JP4799128B2 - 樹脂成形用金型および樹脂成形方法 - Google Patents

Description

本発明は樹脂成形用金型および樹脂成形方法に関し、光半導体装置用パッケージの樹脂成形技術に係るものである。

従来、発光ダイオード（以下、ＬＥＤと称す）やフォトダイオードなどの受発光素子を搭載した光半導体装置の多くに、樹脂成形により得られる樹脂外囲器を有した光半導体装置用パッケージが使用されている。

この光半導体装置用パッケージの製造は、図５から図８に示すような樹脂成形用金型を使用して製造しており、射出成形でリードフレームをインサート成形して樹脂外囲器を形成している。

図５から図８は、従来からある樹脂成形用スリープレート金型構造を示す図である。上プラテン１と上型取り付け板３及び下プラテン２と下型取り付け板４はそれぞれクランプ５で固定されている。

上型取り付け板３には上側型板７およびランナーストリッパプレート１２が支持ロッド１２ａによって懸垂支持されている。支持ロッド１２ａは上端側が上型取り付け板３の係合孔３ａを挿通し、上端部１２ｂにおいて係合孔３ａの底部に係合しており、係合孔３ａ内において上端部１２ｂの昇降が許容される。また、支持ロッド１２ａは下端側が上側型板７の貫通孔７ａを挿通し、下端部１２ｃにおいて上側型板７を昇降自在に下支えしている。

上型取り付け板３に固定したメインポスト１４は、ランナーストリッパプレート１２のストリッパプレートガイドブッシュ１２ｄおよび上側型板７の上側型板ガイドブッシュ１３を挿通している。また、上側型板７の下面には位置決めガイド６を設けている。

下型取り付け板４には下側型板８およびエジェクター９が装備されており、下側型板８には上側型板７の位置決めガイド６に係合する位置決め孔８ａを設けている。
上記した構成において、上プラテン１と下プラテン２とで上側型板７および下側型板８の型締を行う工程を以下に説明する。図６（ａ）に示す初期状態から上プラテン１と共に、上側型板７およびランナーストリッパプレート１２が降下すると、図６（ｂ）に示すように、位置決めガイド６が位置決め孔８ａに係合して上側型板７を下側型板８に対して位置決めする。つまり、型締工程中において位置決めガイド６と位置決め孔８ａとにより上側型板７と下側型板８との型ズレ量を補正する。

上側型板７と下側型板８が当接して上側型板７のキャビティー７ｂと下側型板８のキャビティー８ｂが対応し、上側型板ガイドブッシュ１３においてメインポスト１４の下端側を位置決めする。

この状態から上プラテン１およびランナーストリッパプレート１２がさらに降下すると、上側型板７が貫通孔７ａにおいて支持ロッド１２ａの通過を許容し、メインポスト１４が上側型板ガイドブッシュ１３を通過しながらランナーストリッパプレート１２を上側型板７の所定位置に導いて位置決めする。

最後に、ランナーストリッパプレート１２が上側型板７に当接する状態で上プラテン１が降下して上プラテン１とランナーストリッパプレート１２が当接し、図７（ａ）に示す状態にセットされる。この型締状態で樹脂を射出して、上側型板７のキャビティー７ｂと下側型板８のキャビティー８ｂとで形成するキャビティーに樹脂をモールドする。

モールド終了後に、上プラテン１を上昇させて上側型板７および下側型板８との型開きする。この際に、上プラテン１が上昇すると、図７（ｂ）に示すように、上型取り付け板３の係合孔３ａで支持ロッド１２ａの上端部１２ｂの移動が許容される範囲においてランナーストリッパプレート１２が留まり、ランナー１１が上型取り付け板３から離型される。

さらに上プラテン１およびランナーストリッパプレート１２が上昇すると、図８（ａ）に示すように、ランナー１１が上側型板７に残る状態でランナーストリッパプレート１２から離型される。この後、上プラテン１およびランナーストリッパプレート１２の上昇に続いて、図８（ｂ）に示すように、上側型板７が支持ロッド１２ａに懸垂支持されて下側型板８から離間する。この型開き状態で、成形されたパッケージ１０をエジェクター９により突き出し、パッケージ１０およびランナー１１を別途の手段にて回収して一連の工程が完了する。

ところで、上記した従来のスリープレート金型等のように、加熱して使用される一般的な樹脂成形金型は、上型取り付け板３及び下型取り付け板４が上プラテン１および下プラテン２にクランプ５においてボルトで直接固定される構造である為に、熱による変形の影響を受けて上側型板７と下側型板８に型ズレが生じる。

この型ズレは型締め工程において上側型板７と下側型板８とを位置決めする際に補正するが、図５に示すように、位置決めガイド６と位置決め孔８ａとの係合によっても補正しきれなかった上側型板７と下側型板８との型ズレ量αは、結果としてパッケージ１０のパーティング面１０ａのズレ量βとしてパッケージの仕上がりに現れる。

なお、上記の型ズレ量αの発生を防止する対策として、例えば、特許文献１、２ではクランプ部にて型ズレを吸収する方法などが行われている。
実開平５−６２０３８号公報 特開２００２−１５４１３８号公報

しかしながら、図５に示すように、型開き状態においてランナー１１を回収する為には、上死点にあるランナーストリッパプレート１２と上側型板７の距離ａは、ランナー１１のランナー高さ（全高）ｂに対してａ＞ｂの関係でなくてはならない。ここで、ｃはランナーストリッパプレート１２の可動量である。

従って、上述した型締工程中において上側型板ガイドブッシュ１３はメインポスト１４に対して相対的に距離ａ＋ｃにわたって摺動することになる。このように、ランナー１１の取り出しに必要な距離ａを確保するために上側型板ガイドブッシュ１３とメインポスト１４との相対的な摺動距離が長くなる事に加えて、上プラテン１の熱影響を受けることで、上型取り付け板３に固定したメインポスト１４が垂直度不良を起こし、型締め工程時に上側型板ガイドブッシュ１３に大きな負担を掛けることとなり、最悪の場合はカジリ（磨耗等）により型締不能状態となることもある。

また、上述した金型構造において型ズレ修正の機能を担う箇所は位置決めガイド６しかなく、正確な型ズレ補正を行う為には、位置決めガイド６を位置決め孔８ａに擦れながら挿入することが必要であるが、上側型板７は上プラテン１と下プラテン２の熱膨張等による水平方向の型ズレ量の影響を受けながら降下するので、負荷のかかる状態で嵌合し、位置決めガイド６および位置決め孔８ａが磨耗し易く、型ズレが発生する要因となる。

このため、常に正確な型ズレ補正を実現するためには、頻繁に位置決めガイド６を交換することが必要となり、保全作業頻度が増えるとともに、保全作業時のマシン停止による稼働率の低下という問題がある。特にハイサイクルで生産を行う射出成形金型では、位置決めガイド６の磨耗が短時間で進行し、頻繁な位置決めガイド交換が必要となり、長時間にわたって高精度な型締めを維持することが非常に困難である。
本発明は、メインポストのカジリ（磨耗等）による型締不良を解消しつつ、保全作業頻度を少なくし、型ズレを発生させずに高精度の型締めを長期維持でき、稼働率の向上を図れる樹脂成形用金型および樹脂成形方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の樹脂成形用金型は、上側型を保持する上型保持手段と、下側型を保持する下型保持手段とを相対的に上下方向に接近、離間させて、上側型と下側型との型締め工程および型開き工程を行う樹脂成形用金型であって、下型保持手段に下側型を固定し、上型保持手段に上側型を懸垂支持手段により昇降自在に保持し、上側型と下側型の間に上側型の移動ストロークをガイドする主ガイド手段を配置し、上側型で主ガイド手段を固定支持するとともに、下側型で主ガイド手段を軸心方向に摺動自在に保持し、上側型と下側型の対向部に上側型と下側型との相対位置を位置決めする位置決め手段を設け、懸垂支持手段により上型保持手段と上側型の間にランナーストリッパ手段を昇降自在に懸垂支持し、ランナーストリッパ手段に主ガイド手段を軸心方向に挿通する貫通孔を形成し、上型保持手段に主ガイド手段と軸心方向で摺動自在に係合するガイド孔を設け、上型保持手段とランナーストリッパ手段との間にランナーストリッパ手段の移動ストロークをガイドする副ガイド手段を配置し、上側保持手段とランナーストリッパ手段の何れか一方で副ガイド手段を固定支持するとともに、他方で副ガイド手段を軸心方向に摺動自在に保持することを特徴とする。

また、位置決め手段は、嵌合する凸部および凹部からなり、上側型と下側型の何れか一方に前記凸部を形成し、他方に前記凹部を形成することを特徴とする。

本発明の樹脂成形方法は、下型保持手段に固定した下側型と、上型保持手段に懸垂支持手段で昇降自在に装着した上側型とを相対的に上下方向に接近させて型締め工程を行うものであって、上側型で固定支持する主ガイド手段を下側型で軸心方向に摺動自在に保持して上側型の移動ストロークをガイドし、上側型と下側型との当接時に、上側型と下側型の対向部に設けた位置決め手段をなす凸部および凹部が嵌合して上側型と下側型との相対位置を位置決めし、上側型と下側型とが当接した後に、上型保持手段と上側型の間に懸垂支持手段で昇降自在に懸垂支持するランナーストリッパ手段が上側型に当接し、上側保持手段とランナーストリッパ手段の何れか一方で固定支持する副ガイド手段を他方で軸心方向に摺動自在に保持してランナーストリッパ手段の移動ストロークをガイドし、主ガイド手段がランナーストリッパ手段に形成した貫通孔を軸心方向に挿通して、上型保持手段に設けたガイド孔に軸心方向で摺動自在に係合して上型保持手段を位置決めすることを特徴とする。

本発明によれば、主ガイド手段は上型保持手段から切り離して上側型で固定支持されることで上型保持手段の熱影響を直接に受けない構造となり、かつランナーの高さに応じて必要とされるランナーストリッパ手段の移動ストローク長に拘らず、下側型における主ガイド手段の摺動距離が上側型の移動ストローク長に応じて短くなるので、主ガイド手段の垂直度不良が抑制されてカジリ（磨耗等）による型締不良解消が可能となる。

又、上側型に固定支持された主ガイド手段を、上側型の移動ストロークの全行程において下側型が摺動自在に保持することで、上側型と下側型が常にある一定の型ズレ量以内に補正されている。このため、最終的に上側型と下側型との型ズレ補正を行う位置決め手段に極端な負担が掛からず、位置決め手段の交換頻度が飛躍的に減少し、高精度の型締めを維持しつつ長期間のマシン稼働が可能となるので稼働率が向上する。特にハイサイクルで大量製造を行う射出成形においては、位置決め手段の交換に伴う保全作業頻度の減少により稼働率を向上させることができる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１から図４は、本発明の実施の形態における樹脂成形用スリープレート金型構造を示す図である。図１から図４において、上型保持手段をなす上プラテン１と上型取り付け板３及び下型保持手段をなす下プラテン２と下型取り付け板４はそれぞれクランプ５で固定されている。

上型取り付け板３には上側型をなす上側型板７およびランナーストリッパ手段をなすランナーストリッパプレート１２が懸垂支持手段をなす支持ロッド１２ａによって懸垂支持されている。支持ロッド１２ａは上端側が上型取り付け板３の係合孔３ａを挿通し、上端部１２ｂにおいて係合孔３ａの底部に係合しており、係合孔３ａ内において上端部１２ｂの昇降が許容される。また、支持ロッド１２ａは下端側が上側型板７の貫通孔７ａを挿通し、下端部１２ｃにおいて上側型板７を昇降自在に下支えしている。上側型板７の下面には位置決め手段をなす位置決めガイド６を設けており、位置決めガイド６は凸部状のピンからなる。

下型取り付け板４には下側型をなす下側型板８およびエジェクター９が装備されており、下側型板８には位置決め手段をなす位置決め孔８ａを設けており、位置決め孔８ａは位置決めガイド６のピンに嵌合する凹部状のピン孔からなる。

本実施の形態において、主ガイド手段をなすメインポスト１５は上側型板７で固定支持し、下側型板８にメインポスト１５が挿通する下側型板ガイドブッシュ１６を設けている。メインポスト１５は下側型板ガイドブッシュ１６で軸心方向に摺動自在に保持しており、上側型板７の移動ストロークの全行程中の最大型開（上死点）時においても下側型板ガイドブッシュ１６からでも抜けない長さを有している。

また、ランナーストリッパプレート１２にメインポスト１５が挿通する貫通孔１２ｅを形成し、上型取り付け板３にメインポスト１５が軸心方向で摺動自在に係合する上型取り付け板ガイドブッシュ１７を設けている。

また、上型取り付け板３により副ガイド手段をなすランナーストリッパ用ガイドポスト１８を固定支持し、ランナーストリッパプレート１２にランナーストリッパ用ガイドポスト１８を軸心方向に摺動自在に保持するランナーストリッパ用ガイドブッシュ１９を設けており、ランナーストリッパプレート１２をメインポスト１５にてガイドしない構造としている。

ここで、メインポスト１５と下側型板ガイドブッシュ１６のクリアランスをＣＬ２とし、メインポスト１５と上型取り付け板ガイドブッシュ１７のクリアランスをＣＬ１とし、位置決めガイド６のピンと位置決め孔８ａのピン孔のクリアランスをＣＬ３とすると、条件式ＣＬ１＞ＣＬ２＞ＣＬ３の条件式を満たすように各クリアランスを設定する。

以下、上記した構成における作用を説明する。上プラテン１と下プラテン２とで上側型板７および下側型板８の型締を行う工程において、図２（ａ）に示す初期状態から上プラテン１と共に、上側型板７およびランナーストリッパプレート１２が降下すると、メインポスト１５が下側型板ガイドブッシュ１６を摺動しながら降下し、上側型板７の移動ストロークをガイドして下側型板８の所定位置に導く。

そして、図２（ｂ）に示すように、位置決めガイド６が位置決め孔８ａに係合して上側型板７を下側型板８に対して位置決めし、上側型板７と下側型板８が当接して上側型板７のキャビティー７ｂと下側型板８のキャビティー８ｂが対応する。

したがって、型締工程中において位置決めガイド６と位置決め孔８ａとにより上側型板７と下側型板８との型ズレ量を補正するのに際して、メインポスト１５が上側型板７に固定支持された状態で上側型板７の移動ストロークの全行程において下側型板ガイドブッシュ１６に摺動自在に保持されることで、上側型板７と下側型板８が常にある一定の型ズレ量つまりＣＬ２以内に補正されている。

このため、最終的に上側型板７と下側型板８との型ズレ補正を行う位置決めガイド６と位置決め孔８ａに極端な負担が掛からず、位置決めガイド６のピンの交換頻度が飛躍的に減少し、高精度の型締めを維持しつつ長期間のマシン稼働が可能となるので稼働率が向上する。

次に、この状態から上プラテン１およびランナーストリッパプレート１２がさらに降下すると、図３（ａ）に示すように、上側型板７が貫通孔７ａにおいて支持ロッド１２ａの通過を許容し、メインポスト１５がランナーストリッパプレート１２の貫通孔１２ｅに挿通し、ランナーストリッパプート１２が上側型板７に当接する。

このとき、上型取り付け板３に設けたランナーストリッパ用ガイドポスト１８をランナーストリッパプレート１２のランナーストリッパ用ガイドブッシュ１９が摺動自在に保持することでランナーストリッパプレート１２の移動ストロークをガイドする。

最後に、図３（ｂ）に示すように、ランナーストリッパプレート１２が上側型板７に当接する状態で上プラテン１が降下し、メインポスト１５が上型取り付け板ガイドブッシュ１７に係合し、図１（ｂ）に図示するガイド部分において上型取り付け板３の移動ストロークをガイドして上プラテン１とランナーストリッパプレート１２が当接する。

したがって、上プラテン１と下プラテン２の熱膨張等による水平方向の型ズレ量がＣＬ１＋ＣＬ２以内であればその型ズレ量は金型内で吸収可能となる。つまり、メインポスト１５と下側型板ガイドブッシュ１６のクリアランスＣＬ２および、メインポスト１５と上型取り付け板ガイドブッシュ１７のクリアランスＣＬ１において、強制力を伴うことなく吸収可能である。

しかも、このとき位置決めガイド６のピンと位置決め孔８ａのピン孔は既に嵌合しており、上プラテン１と下プラテン２の熱膨張等による水平方向の型ズレが、位置決めガイド６のピンと位置決め孔８ａのピン孔との嵌合に影響することはなく、極端な負担が掛からない。換言すると、上プラテン１と下プラテン２の熱膨張等による水平方向の型ズレの影響が発現する前に、位置決めガイド６と位置決め孔８ａとにより上側型板７と下側型板８との型ズレ量を補正することで、上プラテン１と下プラテン２の熱膨張等による水平方向の型ズレの影響を排除できる。

また、上プラテン１と下プラテン２の熱膨張等による水平方向の型ズレ量がＣＬ１＋ＣＬ２以上あった場合には、メインポスト１５と上型取り付け板ガイドブッシュ１７が係合することで強制力を伴う補正を行う。この場合にも、位置決めガイド６のピンと位置決め孔８ａのピン孔は既に嵌合しており、上プラテン１と下プラテン２の熱膨張等による水平方向の型ズレが、位置決めガイド６のピンと位置決め孔８ａのピン孔との嵌合に影響することはない。

次に、図３（ｂ）に示すように、型締め状態で樹脂を射出して、上側型板７のキャビティー７ｂと下側型板８のキャビティー８ｂとで形成するキャビティーに樹脂をモールドする。モールド終了後に、上プラテン１を上昇させて上側型板７および下側型板８との型開きする。この際に、上プラテン１が上昇すると、図４（ａ）に示すように、上型取り付け板３の係合孔３ａで支持ロッド１２ａの上端部１２ｂの移動が許容される範囲においてランナーストリッパプレート１２が留まり、ランナー１１が上型取り付け板３から離型される。

さらに上プラテン１およびランナーストリッパプレート１２が上昇すると、図４（ｂ）に示すように、ランナー１１が上側型板７に残る状態でランナーストリッパプレート１２から離型される。この後、上プラテン１およびランナーストリッパプレート１２の上昇に続いて、図１（ａ）に示すように、上側型板７が支持ロッド１２ａに懸垂支持されて下側型板８から離間する。この型開き状態で、成形されたパッケージ１０をエジェクター９により突き出し、パッケージ１０およびランナー１１を別途の手段にて回収して一連の工程が完了する。

本実施の形態において、上型取り付け板ガイドブッシュ１７は磨耗するが、磨耗による精度低下はパッケージ１０のパーティング面１０ａのズレβ（図５参照）に直接影響を及ぼさない。

また、メインポスト１５は、上側型板７に固定されている為、型締め時に上プラテン１の熱膨張等によるズレの影響を直接受けず、下側型板ガイドブッシュ１６はメインポスト１５上を上下型板の開き量である距離ｄの短い摺動量で済み、特に距離ｄを比較的必要としない光半導体装置のパッケージ（外囲器）のフープインサート成形等には有効な金型構造となる。

なお、本実施の形態において、型ズレの最終補正にピン（凸パーツ）とピン孔（凹パーツ）にて構成される位置決めガイドを使用しているが、他に例えばテーパーブロックのようなガイドとして機能するものを使用しても良い。又、上プラテン１と下プラテン２の熱膨張等による水平方向の型ズレの補正を行うために設けるガイド部分２０、つまりメインポスト１５と上型取り付け板ガイドブッシュ１７による係合構造は、メインポスト構造から独立した上記のようなガイドとして機能するものを使用しても良い。

本発明に係る樹脂成形用金型および樹脂成形方法によれば、型ズレに対して高精度が要求される製品の長時間製造が実現できる。特に上下型板の開き量をあまり必要としない光半導体装置用パッケージのフープインサート成形等には有用な金型構造である。

（ａ）本発明の実施の形態における樹脂成形用金型を示す型開き状態の断面図、（ｂ）同樹脂成形用金型の型締め状態の断面図 （ａ）同樹脂成形用金型の型締め工程を示す断面図、（ｂ）同樹脂成形用金型の型締め工程を示す断面図 （ａ）同樹脂成形用金型の型締め工程を示す断面図、（ｂ）同樹脂成形用金型の型締め工程を示す断面図 （ａ）同樹脂成形用金型の型開き工程を示す断面図、（ｂ）同樹脂成形用金型の型開き工程を示す断面図 （ａ）従来のスリープレート金型における型開き状態の断面図、（ｂ）同スリープレート金型における型締め状態の断面図 （ａ）同金型の型締め工程を示す断面図、（ｂ）同金型の型締め工程を示す断面図 （ａ）同金型の型締め工程を示す断面図、（ｂ）同金型の型開き工程を示す断面図 （ａ）同金型の型開き工程を示す断面図、（ｂ）同金型の型開き工程を示す断面図

符号の説明

１ 上プラテン
２ 下プラテン
３ 上型取り付け板
３ａ 係合孔
４ 下型取り付け板
５ クランプ
６ 位置決めガイド
７ 上側型板
７ａ 貫通孔
７ｂ キャビティー
８ 下側型板
８ａ 位置決め孔
８ｂ キャビティー
９ エジェクター
１０ パッケージ
１１ ランナー
１２ ランナーストリッパプレート
１２ａ 支持ロッド
１２ｂ 上端部
１２ｃ 下端部
１２ｄ ストリッパプレートガイドブッシュ
１２ｅ 貫通孔
１３ 上側型板ガイドブッシュ
１４ メインポスト
１５ メインポスト
１６ 下側型板ガイドブッシュ
１７ 上型取り付け板ガイドブッシュ
１８ ランナーストリッパ用ガイドポスト
１９ ランナーストリッパ用ガイドブッシュ
２０ ガイド部分

Claims (3)

1. 上側型を保持する上型保持手段と、下側型を保持する下型保持手段とを相対的に上下方向に接近、離間させて、上側型と下側型との型締め工程および型開き工程を行う樹脂成形用金型であって、下型保持手段に下側型を固定し、上型保持手段に上側型を懸垂支持手段により昇降自在に保持し、上側型と下側型の間に上側型の移動ストロークをガイドする主ガイド手段を配置し、上側型で主ガイド手段を固定支持するとともに、下側型で主ガイド手段を軸心方向に摺動自在に保持し、上側型と下側型の対向部に上側型と下側型との相対位置を位置決めする位置決め手段を設け、懸垂支持手段により上型保持手段と上側型の間にランナーストリッパ手段を昇降自在に懸垂支持し、ランナーストリッパ手段に主ガイド手段を軸心方向に挿通する貫通孔を形成し、上型保持手段に主ガイド手段と軸心方向で摺動自在に係合するガイド孔を設け、上型保持手段とランナーストリッパ手段との間にランナーストリッパ手段の移動ストロークをガイドする副ガイド手段を配置し、上側保持手段とランナーストリッパ手段の何れか一方で副ガイド手段を固定支持するとともに、他方で副ガイド手段を軸心方向に摺動自在に保持することを特徴とする樹脂成形用金型。
2. 位置決め手段は、嵌合する凸部および凹部からなり、上側型と下側型の何れか一方に前記凸部を形成し、他方に前記凹部を形成することを特徴とする請求項１に記載の樹脂成形用金型。
3. 下型保持手段に固定した下側型と、上型保持手段に懸垂支持手段で昇降自在に装着した上側型とを相対的に上下方向に接近させて型締め工程を行うものであって、上側型で固定支持する主ガイド手段を下側型で軸心方向に摺動自在に保持して上側型の移動ストロークをガイドし、上側型と下側型との当接時に、上側型と下側型の対向部に設けた位置決め手段をなす凸部および凹部が嵌合して上側型と下側型との相対位置を位置決めし、上側型と下側型とが当接した後に、上型保持手段と上側型の間に懸垂支持手段で昇降自在に懸垂支持するランナーストリッパ手段が上側型に当接し、上側保持手段とランナーストリッパ手段の何れか一方で固定支持する副ガイド手段を他方で軸心方向に摺動自在に保持してランナーストリッパ手段の移動ストロークをガイドし、主ガイド手段がランナーストリッパ手段に形成した貫通孔を軸心方向に挿通して、上型保持手段に設けたガイド孔に軸心方向で摺動自在に係合して上型保持手段を位置決めすることを特徴とする樹脂成形方法。

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