JP4755068B2 - 電子部品の樹脂封止金型 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品を樹脂材料にて樹脂成形体内に封止して成形する電子部品の樹脂封止金型の改良に関するものであり、特に、前記金型に表面処理を行う技術に関するものである。

従来から、固定上型と可動下型とから成る電子部品の樹脂封止金型を用いて、リードフレーム（或は、基板）に装着された電子部品（例えば、半導体やＩＣ等）を樹脂材料にて樹脂成形体（成形品）内に封止して成形することが行われている。

即ち、両型のパーティングライン（Ｐ．Ｌ）面に対設された上下両金型キャビティ内に加熱溶融化された樹脂材料を注入充填することにより、金型キャビティ内でリードフレームに装着された電子部品とその周辺のリードとを金型キャビティの形状に対応した樹脂成形体に封止成形するようにしている。そして、樹脂材料の硬化に必要な所要時間の経過後、両型を型開きすると共に、上下両金型キャビティ内の樹脂成形体とリードフレームとをエジェクターピンにて突出して離型することになる。

金型で樹脂封止成形した後、例えば、金型のＰ．Ｌ面（型面）等に付着した樹脂ばり等を除去するために、金型の表面をクリーニングシート（例えば、クリーニング用ラバーシートやメラミン樹脂等）を用いてクリーニングすることが行われている。

また、金型の表面には、通常、耐食性のあるクロムを主成分とするハードクロムめっき層（表面処理層）を表面処理することが行われている。このハードクロムめっき層は、金型表面を六価クロム酸を含む硫酸溶液に浸すことによって、めっき処理法にて金型の表面に形成される。

一方、金型の表面にハードクロムめっき層に換えて、耐酸化性に非常に優れたニッケル複合めっき層を表面処理することも行われている（例えば、特許文献１参照）。つまり、ニッケル複合めっき層を表面処理した金型では、エポキシ系樹脂材料を用いて電子部品を樹脂封止成形する場合に、表面処理層の金型にて成形された樹脂成形体に対する離型性が非常に優れているからである。
特開２００１−１６０５６４号公報

しかしながら、従来のハードクロムめっき層やニッケル複合めっき層によれば、近年のグリーンコンパウンドに代表される強接着封止材料に対しては、離型性および耐食性の両者を満足させる金型表面処理が未だ得られていないのが現状である。

また、ハードクロムめっき層を表面処理した金型では、一般的なエポキシ系樹脂材料を用いても、樹脂成形体を金型から効率良く離型できない離型不良の問題が未だ解決されていない。そして、強接着封止材料を用いれば、より一層の離型不良の問題が深刻化する。つまり、この離型不良の問題を解決するために、エジェクターピンで強引に樹脂成形体を金型から離型しようとすると、樹脂成形体のクラック、ワイヤダメージ、さらに樹脂成形体と基板との剥離等の樹脂成形体不良が頻繁に発生する。従って、金型で樹脂封止成形される製品（成形品）の品質が低下して高品質性・高信頼性の製品を得ることができないと云う問題がある。

ここで、前記した離型不良の問題が未解決のまま金型を使用すれば、当然のことながら、金型の表面に付着する樹脂ばり等にて金型汚れを悪化させる。この悪化した金型汚れを除去するために、クリーニングシートによるクニーニング作業の頻度が増加する。このことにより、リードフレーム（或は、基板）に装着された電子部品（例えば、半導体、ＩＣ等）を樹脂材料にて樹脂成形体（成形品）内に封止して成形する樹脂封止工程を行うことができないと云う問題にも発展していく。

また、ニッケル複合めっき層を表面処理した金型において、クリーニング用ラバーシートには、主成分としてイミダゾール系洗浄剤が含まれるために、イミダゾール系洗浄剤が金型のニッケル複合めっき層を浸食することになる。つまり、このクリーニング用ラバーシートを用いて金型の表面をクリーニングした場合、金型表面が短期間で変色し、更に、巣状に浸食されて剥れる等、クリーニング用ラバーシートに対する耐食性が低くて金型の耐久性が低下すると云う問題がある。

また、クリーニング用ラバーシートには加硫剤（イオウ）が含まれるものであり、イミダゾール系洗浄剤と同様に、金型表面が浸食されて剥れる等、クリーニング用ラバーシートに対する耐食性が低く、金型の耐久性が低下すると云う問題がある。

また、クリーニングシートの主成分としてメラミン系樹脂を使用した場合、メラミン系樹脂にはその分子構成単位としてアミンが含まれるため、長期的には、クリーニング用ラバーシートと同様に、金型表面が剥れる等、金型の耐久性が低下すると云う問題がある。

また、樹脂材料にも硬化剤としてアミンが使用されているため、メラミン系クリーニングシートを用いた場合と同様に、長期的に、金型表面が剥れる等、樹脂に対する耐食性が低く、金型の耐久性が低下すると云う問題がある。

従って、金型の離型性を効率良く向上させると共に、金型の表面が浸食されることを効率良く防止することにより（耐食性を効率良く向上させることにより）、金型の耐久性を効率良く向上させることが求められている。

さらに、ハードクロムめっき層の表面処理技術で用いる六価クロム酸の六価クロム成分は、環境対応に苦慮する成分であるので、代替の表面処理技術を早急に要求されるものとなる。つまり、めっき処理法による表面処理では限界が生じてきている。

以上のことから、本発明は、様々な樹脂材料（強接着封止材料を含む）であっても、金型の離型性および耐食性の両者を満足させ、さらには、環境対応に十分考慮した金型の表面処理層を形成させる電子部品の樹脂封止金型を提供することを目的とする。

前記技術的課題を解決するための本発明に係る電子部品の樹脂封止金型は、電子部品５を樹脂材料Ｒにて封止成形する電子部品５の樹脂封止金型であって、金型１・２の表面における所要個所に、炭化クロム膜Ａを真空成膜法により成膜するように構成したことを特徴とする。

また、前記技術的課題を解決するための本発明に係る電子部品の樹脂封止金型は、樹脂材料Ｒとしてエポキシ樹脂を用いると共に、炭化クロム膜Ａは、エポキシ樹脂の接着度合をつかさどる水素結合を抑制させる作用を備えていることを特徴とする。

また、前記技術的課題を解決するための本発明に係る電子部品の樹脂封止金型は、炭化クロム膜Ａが、Ｃｒ_xＣ_1-xにより組成されると共に、前記Ｘの組成量が０．３以上０．５以下となるように構成したことを特徴とする。

本発明によれば、電子部品５の樹脂封止金型１・２において、金型１・２の離型性および耐食性の両者を満足させ、さらには環境対応に十分考慮した金型１・２の表面処理層（炭化クロム膜Ａ）を用いることにより、金型１・２の耐久性を効率良く向上させ、更に、樹脂封止される成形品１３（製品）の生産性を向上させることができると云う優れた効果を奏する。

以下、本実施形態において、図１および図２を用いて詳細に説明する。図１は、本発明に係る電子部品の樹脂封止金型である。図２は、図１に示す金型の要部を拡大した図である。

まず、図１および図２に示す電子部品の樹脂封止金型の構造と、金型を用いる樹脂封止方法について説明する。金型は、固定上型１と、該上型１に対向配置した可動下型２と、両型１・２のパーティングライン面（Ｐ．Ｌ面）に対設した樹脂成形用の上下両キャビティ３・４と、電子部品５を装着した基板６を供給セットするセット用凹所７と、下型２側に配置した樹脂材料供給用のポット８と、ポット８内に嵌装した樹脂加圧用のプランジャ９と、ポット８と上キャビティ３とを連通させる樹脂移送用の樹脂通路１０と、両型１・２に夫々配設した加熱手段１１・１２と、上下両キャビティ３・４内で成形した樹脂成形体（成形品）１３を上下両キャビティ３・４内から突出して離型するエジェクターピン１４・１５と、エジェクターピン１４・１５を嵌合するエジェクターピンの嵌合孔１６・１７と、上キャビティ３と金型外部とを連通させるエアベント１８とが備えられている。

また、樹脂通路１０は、例えば、下型ポット８に対向配置した樹脂分配用の上型カル１９とランナ・ゲート２０とから構成されている。

また、金型１・２の表面（金型表面）における所要個所には、真空成膜法を用いて、炭化クロム膜Ａ（表面処理層）が所要厚さをもって成膜（表面処理）される（図２参照）。

ここで、従来のハードクロムめっき層と炭化クロム膜Ａとを比較して、炭化クロム膜Ａの特徴点を以下に説明する。

第一の特徴点は、炭化クロム膜Ａの成膜手法として、めっき処理法ではなく、真空成膜法を採用している点にある。真空成膜法としては、例えば、スパッタリング法やイオンプレーティング法等の物理的蒸着法（ＰＶＤ法）、および化学的蒸着法（ＣＶＤ法）等が採用される。

第二の特徴点は、炭化クロム膜Ａが、樹脂材料Ｒとして一般的に用いられるエポキシ樹脂の接着度合をつかさどる水素結合を抑制させる作用を備えている点にある。また、エポキシ樹脂の接着は、この水素結合が支配的であることが解明されている。

この水素結合を分析する手段、即ち、該表面処理の耐酸化性の度合は、酸化物量を分析することにより、金型１・２の離型性の検証を行っている。つまり、この検証結果は、炭化クロム膜Ａが、クロムを主成分とする表面処理層、ここでは、従来のハードクロムめっき層と比較しても、酸化物量は、２０％から５０％程度、少なくなっていることが実証されている。

このことから、炭化クロム膜Ａは、従来のハードクロムめっき層と比較して耐酸化性に優れている。そのために、グリーンコンパウンドと呼ばれる強接着性を有する樹脂材料Ｒであっても、樹脂材料Ｒ（エポキシ樹脂）と金型表面（炭化クロム膜Ａ）との接着度合、即ち、エポキシ樹脂における水素結合に対し炭化クロム膜Ａの抑制作用により、グリーンコンパウンド（強接着封止材料）においても金型１・２の離型性を効率良く向上させることができる。グリーンコンパウンドとは、アンチモンや臭素を使わないノンハロゲン系の素材を意味する。

また、耐食性に優れたクロム主体の構造を採用しているので、金型１・２の表面処理層として、炭化クロム膜Ａを長期的なスパンで活用することができる。

第三の特徴点は、炭化クロム膜Ａが、Ｃｒ_xＣ_1-xにより組成されている点にある。通常、固体セラミックとして知られるＣｒ₃Ｃ₂の構造を採用している。このＣｒ₃Ｃ₂の構造に代表される炭化クロム膜Ａを金型１・２に表面処理する際に、主な金型素材に対して安全で且つ低温で行えるので、非常に金型１・２への表面処理作業も改善される。

また、ハードクロムめっき層における六価クロム成分は、環境対応に苦慮している。このことから、環境対応に十分考慮される炭化クロム膜Ａにおいて、六価クロム成分を用いず、Ｃｒ₃Ｃ₂の構造、その他にもＣｒ₇Ｃ₃、Ｃｒ₂₃Ｃ₆の構造を採用することができる。より好ましくは、Ｃｒ_xＣ_1-xにおける組成量としては、ｘが０．３以上０．５以下となる構造であることが望ましい。つまり、この組成範囲内であれば、主な金型素材に対して安全で且つ低温で表面処理作業を最適に行うことができる。

即ち、前述した第一から第三の特徴点における炭化クロム膜Ａを金型１・２の表面の所要箇所に、例えば、特開２００２−２５６４１５号公報（株式会社神戸製鋼所出願）に開示されている真空成膜法（例えば、アンバランスド・マグネトロン・スパッタリング法）を採用することによって、なお一層、炭化クロム膜Ａ（表面処理層）を効率良く成膜（表面処理）することができる。

従って、この開示された真空成膜法によれば、電子部品５の樹脂封止金型１・２に用いる一般的な樹脂材料Ｒ（エポキシ樹脂）、ならびにグリーンコンパウンドに代表される強接着性を有する樹脂材料Ｒであっても、金型１・２における離型性および耐食性の両者を満足させ、さらには、環境対応に十分考慮した炭化クロム膜Ａ（表面処理層）を金型１・２の表面の所要個所に、炭化クロム膜Ａ（表面処理層）を真空成膜法により成膜（表面処理）して形成することにより、基板６に装着した電子部品５を金型キャビティ３・４内で樹脂封止成形することができる。

金型１・２の表面の所要個所とは、樹脂材料Ｒが接触する個所を意味し、例えば、上下両キャビティ３・４の内面、樹脂通路１０（カル１９とランナ・ゲート２０）の内面、エアベント１８面、セット用凹所７面、ポット８の内面、金型１・２のＰ．Ｌ面（型面）、プランジャ９の外面、エジェクターピン１４・１５の外面、エジェクターピン嵌合孔１６・１７の内面に、炭化クロム膜Ａ（表面処理層）を形成すればよい。炭化クロム膜Ａ（表面処理層）の膜厚は特に限定されないが、２〜３μｍ程度とすればよい。

次に、電子部品５を樹脂封止する成形方法について説明する。まず、両型１・２を加熱手段１１・１２にて樹脂成形温度にまで加熱すると共に、下型２の所定位置に電子部品５を装着した基板６（或は、リードフレーム）を供給セットし且つポット８内に樹脂材料Ｒ（成形材料）を供給し、下型２を上動して両型１・２を型締めする。このとき、上下両キャビティ３・４内には電子部品５とその周辺の基板６とが嵌装セットされる。

次に、ポット８内で加熱溶融化された樹脂材料をプランジャ９で加圧することにより上下両キャビティ３・４内に溶融樹脂を注入充填すると共に、上下両キャビティ３・４内で電子部品５とその周辺の基板６とを上下両キャビティ３・４の形状に対応した樹脂成形体（成形品）１３内に封止成形する。

硬化に必要な所要時間の経過後、両型１・２を型開きして上下両キャビティ３・４から樹脂成形体１３をエジェクターピン１４・１５で突出して離型することができる。

また、次に、金型１・２から樹脂成形体１３と基板６とを取り出すと共に、金型１・２の表面をクリーニングシートでクリーニングすることができる。

即ち、本実施形態によれば、炭化クロム膜Ａを金型表面に真空成膜法にて成膜（表面処理）した電子部品５の樹脂封止金型１・２を用いる。炭化クロム膜Ａにて、金型１・２の離型性を効率良く向上させ、且つ、金型表面が浸食されることを効率良く防止することにより、金型１・２の耐久性を効率良く向上できる。なお、従来、金型の耐久性が低下した場合、金型の成形回数が低下するので、金型を早期に新品と交換しなければならず、製品（成形品）の生産性が低下した。しかしながら、本実施形態に示すように、金型１・２の耐久性を効率良く向上させることができるので、金型１・２にて高品質性・高信頼性の製品（成形品１３）を得ることができるとともに、製品（成形品１３）の生産性を効率良く向上することができる。

さらに、従来の六価クロム成分を含むハードクロムめっき層をめっき処理法にて金型表面処理を行っていたので環境対応に苦慮していた。しかしながら、六価クロム成分を含まないクロムを主成分とする炭化クロム層Ａを金型１・２の表面に真空成膜法によって表面処理することができるので、環境対応を十分に考慮した代替の表面処理技術となり得ることができる。

また、本実施形態においては、金型として電子部品５の樹脂封止金型１・２を例示したが、射出成形金型、圧縮成形金型に採用することができる。

また、樹脂材料Ｒにおいては、タブレット状樹脂に限らず、顆粒・粉末状樹脂、液状樹脂、シート状樹脂等の樹脂材料Ｒを採用することができる。

本発明に係る電子部品の樹脂封止金型を概略的に示す断面図である。 図１に示す金型の要部を拡大して概略的に示す断面図である。

符号の説明

１ 固定上型
２ 可動下型
３ 上キャビティ
４ 下キャビティ
５ 電子部品
６ 基板
７ セット用凹所
８ ポット
９ プランジャ
１０ 樹脂通路
１１ 加熱手段
１２ 加熱手段
１３ 樹脂成形体（成形品）
１４ エジェクターピン
１５ エジェクターピン
１６ 嵌合孔
１７ 嵌合孔
１８ エアベント
１９ カル
２０ ランナ・ゲート
Ａ 炭化クロム薄膜層
Ｒ 樹脂材料（成形材料）

Claims (4)

1. 電子部品を樹脂材料にて封止成形する電子部品の樹脂封止金型であって、
   前記金型の表面における所要個所に、炭化クロム膜を真空成膜法により成膜するように構成したことを特徴とする樹脂材料の離型性に優れた電子部品の樹脂封止金型。
2. 前記樹脂材料としてエポキシ樹脂を用いる請求項１に記載の電子部品の樹脂封止金型。
3. 前記樹脂材料としてノンハロゲン系材料を用いる請求項１に記載の電子部品の樹脂封止金型。
4. 前記炭化クロム膜は、Ｃｒ_xＣ_1-xにより組成されると共に、前記ｘの組成量は、０．３以上０．５以下となるように構成したものである請求項１〜３のいずれかに記載の電子部品の樹脂封止金型。

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