JP4551931B2

JP4551931B2 - 樹脂封止方法

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Publication number: JP4551931B2
Application number: JP2008000952A
Authority: JP
Inventors: 大福岡
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-01-08
Filing date: 2008-01-08
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2023-12-26
Also published as: JP2008143186A

Description

本発明は、上下に対向する上型及び下型間に形成されるキャビティ内に樹脂を投入して封止・成形する樹脂封止方法に関する。

従来、上下に対向する一対の上型及び下型間に形成されるキャビティ内に樹脂を投入して封止・成形する装置が提案されている。

このような樹脂封止装置にあっては、樹脂の投入の際にそれまでキャビティ内に存在していた空気と投入されてゆく樹脂との入れ替えを円滑に行うために、キャビティ内の空気を強制的に排出する装置が付設されている。空気を排出するには、一般に、空気流路を用いた減圧機構が用いられる。

また、圧縮成形を行う樹脂封止装置にあっては、通常上型及び下型間に形成されるキャビティの内面の一部が可動とされている。これは、成形するための樹脂が溶融状態においてその体積が膨らんでいることから、その分成型時に例えば下型のキャビティ底面を上型側に押し進めて該キャビティ内の容積を小さくしてゆく必要があるためである。

一方、封止の際にリリースフィルムを用いるようにした樹脂封止装置も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

リリースフィルムとは金型と樹脂の接触面を被覆して、該接触面に樹脂が付着して離型が良好にできなくなるのを防止するためのものである。そのため金型の加熱温度に耐え得る耐熱性があると共に、金型及び樹脂の双方に対して剥離性があるフィルム材が使用される。このような特性を有するフィルム材としては、例えば、ＦＥＰフィルム、ＰＥＴフィルム、ポリ塩化ビニリデン等がある。

圧縮成形においては、前述した理由により成形前の段階でキャビティの可動底面が他の内面より後退している。そのため、リリースフィルムを用いる場合、該リリースフィルムをそのまま載置したのでは、樹脂を投入する面がキャビティの可動底面から浮いた位置にあることになってしまう。樹脂が金型から浮いてしまうと金型から熱を十分受けることができなくなり、特に熱硬化性の樹脂を用いて精密な電子部品の基板を樹脂封止する場合等においては、製品の封止品質に影響が及び易い。そこで、一般にリリースフィルムを用いる成形においては、金型側からリリースフィルムを吸引して、該リリースフィルムをキャビティの可動底面に密着させるようにしている。

特開２００２−５９４５３号公報

一般に、減圧成形においては、数トール（ｔｏｒｒ）まで減圧する必要があるため、排気効率が低いと所望の気圧を得るのに時間が掛かる。ここでの時間ロスは、そのまま製造のサイクルタイムの増大に直結し、生産性低下の要因となると共に、樹脂の特性上成形が困難となり製品不良が発生する要因ともなる。

とりわけリリースフィルムを用いた樹脂封止の場合、樹脂を封入する際のキャビティ内の空気を如何に円滑に排出するかが大きな問題となる。それは、リリースフィルムが存在する状態で、樹脂を漏らさずに空気だけを抜くような流路を確保する必要があるため、流路の形成自体が難しいだけでなく、その断面積が狭くならざるを得ず、排気効率が低下してしまい易いためである。

また、特に圧縮成形においてリリースフィルムを使用する場合、前述した理由によりリリースフィルムをキャビティの可動底面に吸着するようにしているが、成形の種類によっては、このときのキャビティ可動底面のストローク（リリースフィルムの伸びる長さ）は、６ｍｍ〜８ｍｍ、場合によっては１０ｍｍ程度にまで達することがあるという問題もある。即ち、キャビティ可動底面のストロークが大きいとリリースフィルムに無理な伸長負荷が加わり、吸引時（伸長時）に亀裂が発生したり、引き伸ばされたリリースフィルムが圧縮時に緩んで被封止部材にしわが発生したりするなどの不具合が生じてしまうことがある。しわの発生は、その分、当該製品の歩留まりの低下を誘引する。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、リリースフィルムの使用、不使用に関わらず、比較的簡単な構造で良好な品質の封止製品を、短いサイクルタイムで生産することのできる樹脂封止方法を提供することをその課題としている。

本発明は、上下に対向する金型間に形成されるキャビティ内に樹脂を投入して封止・成形する樹脂封止方法において、前記金型が、上型と、前記キャビティの底面を形成する底部と該底部の周囲に該底部と相対的に上下動可能とされた外周部を備えた下型とを有してなり、前記上型と下型とがプレス装置によって接近する工程と、該接近する工程中の所定の段階で、前記外周部を前記底部に対して相対的に上昇させる工程と、を含むことにより、上記課題を解決したものである。

「キャビティ内の減圧の早期開始」ということのみに着目した場合には、例えば、キャビティの可動底面（底部の上面）のストロークを本来必要なストロークよりも大きく設定するようにすれば、（該可動底面が本来必要なストローク位置に至る以前から）減圧を開始することはできる。しかしながら、この場合、前述したようにリリースフィルムの伸長寸法が更に増大してしまい該リリースフィルムに厳しい伸長負荷が発生する。また、（リリースフィルムの使用不使用に関わらず）キャビティの可動底面のストロークが必要以上に長くなるのは、製品の品質維持の観点上好ましくない。

本発明では、前記上型と下型とがプレス装置によって接近する工程と、該接近する工程中の所定の段階で、前記外周部を前記底部に対して相対的に上昇させる工程と、を含む構成とする。そのため、減圧の早期開始（サイクルタイムの短縮）を実現しながら、キャビティの可動底面のストロークを小さく抑えることができ、たとえリリースフィルムを使用する場合であっても、該リリースフィルムに過度の伸長負荷がかかってしまうのを防止できる。

本発明に係る樹脂封止方法によれば、製品の品質低下に繋がるキャビティの可動底面のストローク増大を回避しながら、キャビティ内の減圧の開始時期をより早めることができ、製造のサイクルタイムを減少して生産性をより高めることができる。

最初に、本発明に対する比較例を図面に基づいて説明する。

図１及び図２は、比較例とされた樹脂封止装置の要部概略正断面図である。この樹脂封止装置１０は、上下に対向する金型（上型１２及び下型１４）の間に形成されるキャビティ１６内の一面を成すように電子部品基板Ａを設置し、熱硬化性の樹脂を投入して封止・成形するものである。

上型１２は、本体２０と該本体２０の周囲に組み込まれた枠型１８とを備える。枠型１８は、該上型１２の本体２０に対して摺動面Ｓ１を介して上下動可能とされ、且つばね２２を介して下型１４側に付勢可能な状態で組み込まれている。なお、ばね２２がフリーの状態では、枠型１８は基板載置面よりも下方の位置にまで押し下げられている。

枠型１８の下面１８ＡにはＯリング（シール機構）２４が配備されている。このＯリング２４は、上型１２の本体２０及び下型１４の本体（外周部５４：後述）が成形最終時の上下方向位置にまで到達する以前に、前記キャビティ１６を含む密閉空間ＳＰの空気の流出入を遮断可能とするためのものである。なお、気密性の一層の向上のために、前記摺動面Ｓ１にもＯリング（第２のシール機構）２６が配備されている。

上型１２の本体２０内には、第１空気流路３０が形成されている。この第１空気流路３０は、負圧源３２からバルブ３４を経由して上型１２の本体２０内を通り、最終的なキャビティ１６の空間を含む密閉空間ＳＰ内に臨んでいる。すなわち、上側から密閉空間ＳＰ内の空気の排出（減圧）を行わせるためのものである。

一方、下型１４は、キャビティ１６の可動底面１６Ａを有する底部５０と、該底部５０の周囲にＯリング（第３のシール機構）５２を介して該底部５０と相対的に上下動可能とされた外周部５４とを備える。この例では、底部５０の方が外周部５４よりも大きく描かれているが、外周部５４が本発明でいう「下型本体」に相当している。外周部５４と底部５０は摺動面Ｓ２を介して相対的に上下動可能とされており、両者の間にはばね５６が介在されている。キャビティ１６の可動底面１６Ａのストロークは、被成形品厚さと投入樹脂厚さを足した程度の長さ（樹脂の膨張量を考慮した程度の短い長さ）ＳＴ１に設定されている。

下型１４の外周部（本体）５４内には、第２空気流路７０及び第３空気流路７２が形成されている。第２空気流路７０は、負圧源３２からバルブ３６を経由して外周部５４の側面から入り、該外周部５４の上面５４Ａよりキャビティ１６を含む密閉空間ＳＰ内に臨んでいる。第３空気流路７２は、負圧源３２からバルブ３８を経由して下型１４の外周部５４の側面から入り、該外周部５４と底部５０との摺動面Ｓ２に臨んでいる。即ち、結局上型１２及び下型１４の双方を通って計３系統の空気流路３０、７０、７２が、前記キャビティ１６内に接続されていることになる。なお、この比較例では共通の負圧源３２と個別のバルブ３４、３６、３８が各空気流路３０、７０、７２の圧力調整手段を構成している。

この樹脂封止装置１０では、上型１２に対して下型１４側（すなわち底部５０及び外周部５４）が図示せぬプレス装置によって接近・後退する構成とされている。

なお、図の符号６２は電子基板Ａを保持するための開閉自在の爪である。また、符号６４、６６はヒータである。

次に図２を合わせて使用しながらこの樹脂封止装置１０の作用を説明する。

図２においては、リリースフィルム８０を用いたトランスファ成形での封止工程が例示されている。

図２の（Ａ）は、バルブ３６及び３８を操作して、第２空気流路７０及び第３空気流路７２を介してリリースフィルム８０を下型１４側に吸引している様子が示されている。このとき、下型１４の底部５０の上面、すなわちキャビティ１６の可動底面１６Ａは、外周部５４の上面、すなわちキャビティ１６の底面１６Ｂに対して僅かなストロークＳＴ１の長さ（高さ）のみ低くなっている。また、上型１２の外周に配置された枠型１８は、ばね２２（図２においては図示省略）によって上型１２の本体２０よりもストロークＳＴ２の分だけ大きく下がった位置に置かれている。

図２の（Ｂ）は、下型１４（底部５０及び外周部５４）がプレス装置によって上昇されて該下型１４の外周部５４の上面５４Ａがちょうど枠型１８の下面１８Ａに当接した状態を示している。このとき、Ｏリング（シール機構）２４、２６、５２（図１参照）の存在により、キャビティ１６を含む密閉空間ＳＰが形成される。３カ所にＯリング２４、２６、５２が配置されているため、該密閉空間ＳＰの気密性を非常に高く維持することができる。この段階で、プレスを停止または低速駆動に切り替え、バルブ３４を開き、第１空気流路３０を介して密閉空間ＳＰの内部を減圧する。このとき第２空気流路７０及び第３空気流路７２はそのまま減圧した状態を維持している。なお、第１空気流路３０の吸引力が、第２、第３空気流路７０、７２の吸引力より若干小さくなる程度が理想である。ただ、それぞれの吸引力に多少の大小のばらつきがあっても実用上は特に問題ない。

（プレスを停止していた場合は）減圧を開始してから所定時間（数秒）後に、再び下型１４（底部５０及び外周部５４）を所定の速度で上昇させる。減速していた場合は、そのまま上昇させるか、又は上昇速度を速める。この結果、枠型１８は下型１４の外周部５４に押されて上方に後退し、図２の（Ｃ）に示されるような状態になる。

更に上昇させ所定の位置（樹脂がキャビティ内に充填、充満された位置より）、速度制御から圧力制御に切り換えて底部５０を上昇させることによってキャビティ１６の可動底面１６Ａを押し上げ、図２の（Ｄ）の状態となるまで成形圧力をかける。この状態でしばらく保持し（保圧し）、所定のキュア時間経過後、下型１４を下降させ成形を終了する。リリースフィルム８０の存在により、円滑な離型を行うことができる。

第１空気流路３０は保圧に切り換った以降に大気圧に戻すようにする。また、第２、第３空気流路７０、７２は、この比較例では離型後に大気圧に戻すようにしているが、保圧に切り換った後であればいつ大気圧に戻しても構わない。

なお、この比較例では、第２空気流路７０及び第３空気流の７２をそれぞれ独立したバルブ３６、３８によって操作・制御するようにしているため、さまざまな形状の成形品、あるいはさまざまな材質のリリースフィルムに対しても吸引タイミングを変えることによって最適な吸引態様で吸引することができ、広い適応範囲を確保することができる。

即ち、第２、第３空気流路７０、７２の機能により、リリースフィルム８０を確実に下型１４側に吸着できるため、金型の熱を効果的に樹脂に伝達可能である。又、キャビティ１６の可動底面１６Ａのストロークを長くしなくても済むため、樹脂への熱伝導のコントロールも行い易く、製品のばらつきも低減できる。その上で、早くから効率的に減圧できるため、サイクルタイムも短縮できる。従って、この比較例のように、精密な電子基板Ａを（低圧、低粘度での封止が可能な）熱硬化性の樹脂を用いて封止するような用途において、特に著しい効果が得られる。

次に、図３を用いて、本発明の実施形態について説明する。

この実施形態では、下型１１４の外周部１５４に下方にのみ力を受けることが可能なフック（接続部）１９０を固着し、該フック１９０を介して外周部１５４を強制的に下方に引き下げ可能な引き下げ機構１９２を付設するようにしている。引き下げ機構１９２は、フック１９０を下方に引き下げ可能な係止部１９４と、該係止部１９４を上方に付勢するばね１９６と、係止部１９４と一体化され、該係止部１９４を下方に駆動可能なシャフト１９８と、を備える。シャフト１９８を下方へ引き下げるための具体的な構造としては、図示はしないが、例えば、カム構造、ラックとピニオン構造、ボールネジを用いて傾斜部を有するスライダをスライドさせる構造など、種々の構造が採用できる。

図３（Ａ）に示されるように、この実施形態では、型開きの状態で下型１１４の底部１５０の上面（キャビティ１１６の可動底面１１６Ａ）と外周部１５４の上面１５４Ａが面一となるように、引き下げ機構１９２によって外周部１５４を押し下げることができる。リリースフィルム１８０はこの状態でセットする。

また、図３（Ｂ）に示されるように、この実施形態では、第２、第３空気流路１７０、１７２を介してリリースフィルム１８０を吸着させた状態で、引き下げ機構１９２を操作して外周部１５４を上昇させ、ばね１５６の弾性力によって外周部１５４を上方に押し上げることによって、樹脂投入空間を確保することができる。

そのため、この実施形態では、例えば図４（Ａ）〜（Ｅ）に示されるような態様で樹脂封止を行うことができる。

即ち、図４の（Ａ）に示されるように、上型１１２の外周部１５４と下型１１４の外周部１５４との接触時においてリリースフィルム１８０を変形（伸長）させることなくセットすることができる上に、更に、図４の（Ｂ）に示されるように、減圧が開始された後においても当該面一状態を維持することができる。外周部１５４の上昇は、樹脂が最初に基板と接触した段階で開始する（図４（Ｂ）→（Ｃ））。圧縮成形を行った後（図４（Ｄ））、型開きを行うが（図４（Ｅ））、ここで再び外周部１５４を引き下げることによってリリースフィルム１８０を面一状態とすることができるため、被成形品とリリースフィルム１８０との剥離を一層円滑に行うことができる。

その他の構成については、比較例と同様であるため、図面上で同一又は類似する部分に比較例と下２桁が同一の符号を付すにとどめ、重複説明を省略する。

なお、この実施形態の更なる改良例として、例えば、投入された樹脂と電子部品基板Ａとが接触した後（図４（Ｂ）の状態となった後）において、下型１１４の外周部１５４の前進（上昇）、及びプレス装置による下型１１４全体の上昇を最適に制御するようにすると、下型１１４のキャビティ１１６の可動底面１１６Ａと外周部１５４の上面１５４Ａとの段差を最終的な封止空間に相当する寸法、すなわち被成形品自体の寸法（高さ）とほぼ同じ寸法程度に抑えることも可能である。このような制御を行った場合、リリースフィルム１８０の伸長を文字通り「必要最小限の寸法」に抑えることができるようになる。

なお、上記実施形態においては、シール機構として、３カ所におけるＯリング２４、２６、５２を配備するようにしていたが、本発明においては、必ずしも３カ所全てにシール機構を配置することを要求するものではなく、逆に、構造上、気密性の高い密閉空間を確保するために必要と考えられる場合には、これ以外の場所にもシール機構を配置しなければならない場合もあり得る。例えば、上記実施形態においては、枠型１８の下面１８Ａにシール機構としてのＯリング２４を配置するようにしているが、該Ｏリング２４に代えて、あるいはＯリング２４と並べて、同様のＯリングを下型１４の外周部５４の上面５４Ａに配置するようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、３系統の空気流路３０、７０、７２を備えると共に、この内第２の空気流路７０と第３空気流路７２をそれぞれ独立して制御可能な構成とすることにより、さまざまな製品のさまざまな封止形態に対応できるようにしていたが、この空気流路の系統数及び配置場所についても上記実施形態の構成に限定されるものではない。特に、リリースフィルムを用いない成形の場合には、空気流路は一系統のみで足りることもある。

さらに、上記実施形態においては、下型側にキャビティの可動底面が配備されているため、スペース上のバランスを考慮して上型側に「枠型」を組み込むようにしていたが、枠型は、その機能上、上型側及び下型側のいずれに対しても組み込むことが可能である。例えば、図５は、枠型２１８を下型２１４側に組み込んだ例を示している。図の符号２２２は比較例におけるばね２２に相当するばね、２２４は比較例におけるＯリング２４に相当するＯリング（シール機構）、２５６は比較例におけるばね５６に相当するばねをそれぞれ示している。また、その他の部材についても、比較例と対応する部材には下２けたが同一の符号が付されている。

このように、下型２１４側に枠型２１８を組み込んでも、先の実施形態と基本的に同様の作用効果を得ることができる。

本発明は、リリースフィルムを用いて減圧・圧縮成形を行う樹脂封止装置に適用すると特に顕著な効果が得られるが、リリースフィルムを用いない樹脂封止装置に対しても、キャビティの可動面のストロークを増大させることなく減圧の開始時期をより早めることができるという効果はそのまま得られる。

減圧を必要とするあらゆる種類の樹脂封止装置に適用可能である。

比較例とされた樹脂封止装置の要部概略正断面図図１の装置の作用を説明するための封止工程図本発明の実施形態を示す、下型部分の要部概略正断面図図３の装置の作用を説明するための封止工程図本発明の他の実施形態を示す、要部概略正断面図

１０…樹脂封止装置
１２…上型
１４…下型
１６…キャビティ
１６Ａ…可動底面
１８…枠型
２０…本体
２４…Ｏリング（シール機構）
２６…Ｏリング（第２のシール機構）
３０…第１空気流路
３２…負圧源
３４、３６、３８…バルブ
５０…底部
５２…Ｏリング（第３のシール機構）
５４…外周部
５６…ばね
７０…第２空気流路
７２…第３空気流路
８０…リリースフィルム

Claims

上下に対向する金型間に形成されるキャビティ内に樹脂を投入して封止・成形する樹脂封止方法において、
前記金型が、上型と、前記キャビティの底面を形成する底部と該底部の周囲に該底部と相対的に上下動可能とされた外周部を備えた下型とを有してなり、
前記上型と下型とがプレス装置によって接近する工程と、
該接近する工程中の所定の段階で、前記外周部を前記底部に対して相対的に上昇させる工程と、を含む
ことを特徴とする樹脂封止方法。
請求項１において、
前記所定の段階が、前記下型にセットされた前記樹脂が最初に基板と接触した段階である
ことを特徴とする樹脂封止方法。