JP6877568B2 - 金型キャビティに封止材料を供給するプランジャ、このプランジャを組み立てるための部品キット、電子部品を封止する装置および封止材料を供給する方法 - Google Patents

Description

本発明は、金型キャビティに封止材料を供給するプランジャに関する。本発明は、また、本発明のプランジャの組立用の部品キット、キャリアに実装された電子部品を封止するための本発明のプランジャを備える装置、および本発明のプランジャにより提供される方法およびその使用に関する。

電子部品の封止において、より具体的にはキャリア（リードフレーム、基板またはウエハ）に実装された半導体の封止は、いわゆる「トランスファー成形プロセス」によりなされる。電子部品を有するキャリアは、封止用部品の周囲を画定する金型キャビティを構成する２つの金型部品の間でクランプされる。液状の封止材料がその後、それらの金型キャビティ内に導かれる。封止材料が少なくとも部分的に硬化した後で、金型部品が離されて、封止電子部品を有するキャリアが取り外される。

封止材料の供給は、この目的のために提供される封止材料の供給に圧力をかける１以上のプランジャによって行われる。これらのプランジャは、液状封止材料がまだ入っていないハウジング内で変位可能である。プランジャは、同時におよび／または事前に加熱される封止材料に圧力をかけ、その結果、封止材料は液体になる。プランジャにより加えられる圧力に応答して液体封止材料が金型キャビティに流れ、正しい処理条件下においては封止材料で完全に満たす。封止材料をプランジャで置き換える場合には、プランジャをプランジャハウジングに取り付けることが重要である。制御できない量の封止材料がこの取り付けを貫通しないようにしなければならない。

プランジャハウジングへのプランジャの取り付けを調整する既存の解決策では、シリンダーケーシング周辺溝がプランジャのシリンダーケーシングに凹設されている。封止材料はこの溝内に集まり、その後、硬化して、従ってその後の生産工程でシールとして機能する。これは、例えば米国特許公報６，２００，５０４号に記載されている。実際には、封止材料から作られたこのようなシールは当初は十分に機能するが、しばらくすると、ハウジング内でプランジャが詰まるリスクがあることが分かった。これは、プランジャが封止材料から作られたシールを介して、プランジャハウジングに（あまりにも）ぴったりと篏合することを意味する。

国際公開公報第２００５／１０２６５８号は、溝を部分的にのみ充満する材料部分が溝内に配置されるプランジャを開示している。そのようなプランジャの最初の使用後、溝内に配置された材料部分は、封止材料によって少なくとも部分的に囲まれる。材料部分を囲むこの封止材料は、通常、しばらくすると硬化する。そのようなプランジャは、新しく供給された封止材料によるプランジャの使用の際にシールの大きさの補充が可能であるという利点がある。従って、若干の使用後にハウジング内にプランジャが詰まる可能性がなく、プランジャのハウジングへの良好な取り付けが実現される。

しかしながら、先行技術によって提供されるプランジャは、実際にはプランジャハウジング内の硬化した封止材料のバリ（flash）および残留粒子の生成に関する問題が依然と
してあることが分かった。

本発明の目的は、上述した先行技術の利点を保持しながら、プランジャハウジングのバ
リおよび汚染の機会をさらに低減することができる改善されたプランジャを提供することにある。

本発明は、この目的のために金型キャビティに封止材料を供給するプランジャを提供する。プランジャは、プランジャのシリンダーケーシングを囲む凹設された閉じた第１溝と、プランジャのシリンダーケーシングを囲む凹設された閉じた第２溝と、を備え、第２溝は、第１溝と、封止材料の方向を向くプランジャ端面と、の間に位置している。第１溝はシリンダーケーシングの表面上に少なくとも部分的に突出するスクレーパーを備え、オプション的には第２溝はシールリングを備える。
本発明のプランジャは依然として、金型キャビティに供給される液状封止材料に加えられる高圧、すなわち、約７０〜１５０バールの圧力を提供できることが分かった。スクレーパーを提供することにより、プランジャハウジングの壁、すなわち、キャリアに実装される電子部品の封止装置のプランジャ収容スペースは、封止工程でプランジャを使用している際にきれいにされる。

第２溝にシールリングを設けて機能性が改善されたプランジャ、すなわち、金型キャビティに液状封止材料を供給するために必要となる圧力を加えるために必要な改善された真空状態を有するプランジャを提供できることが分かった。第２溝に設けられたシールリングを有するプランジャを提供することにより、使用中のプランジャの良好な機能性は、低い動的（せん断）粘度、すなわち、約１０Ｐａ・ｓ未満、例えば約０．２５〜５Ｐａ・ｓを有する液状封止材料を使用して観察された。使用の際のプランジャの機能性に関する優れた結果は、少なくとも０．５０Ｐａ・ｓ、例えば約１〜２Ｐａ・ｓの動粘度を有する液状封止材料を使用して得られる。シールリングが存在しない場合には、使用に適した液状封止材料の最低粘度には制限がある。第２溝にシールリングが設けられていないプランジャを提供することにより、プランジャの良好な機能性は、少なくとも１０Ｐａ・ｓの動粘度を有する液状封止材料を使用することにより観察された。

封止材料は、熱硬化性プラスチック、熱硬化性プレポリマーまたは熱硬化性樹脂などの硬化性ポリマーからなる群から選択されてもよい。好ましい封止材料は、ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ポリウレア・ポリウレタンハイブリッド、加硫ゴム（vulcanized ru-bbers）、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、デュロプラスト（duroplast）、尿素−ホルムアルデヒド発泡体、メラミン樹脂、ジアリルフタレート、エポキシ樹脂、エポキシノボラック樹脂、ベンゾオキサジン（benzoxazines）、ポリイミド、ビスマレイミド、シアン酸エステル、ポリシアヌレート、金型または金型ランナー、フラン樹脂、熱硬化性フェノール樹脂およびビニルエステル樹脂である。特に好ましい封止材料は、デュロプラスト、アクリル樹脂、エポキシ官能樹脂、ポリウレタン、フェノール樹脂、アミノ樹脂およびフラン樹脂からなる群から選択される。

スクレーパーを備えた第１溝およびシールリングを備えた第２溝を有するプランジャを提供することにより、プランジャの繰り返し使用によるシールリングの摩耗はシールリングのみを備えるプランジャ、例えば、国際公開公報第２００５／１０２６５８号に開示されたプランジャと比較してさらに減少することが分かった。事実、本発明によるプランジャを提供することにより、シールリングのみを有するプランジャと比較してシールリングの使用時間が倍になることが分かった。

本発明のスクレーパーは、硬化した封止材料をプランジャハウジングの壁からこすり落とすために適した任意の材料から作ってもよい。好ましくは、スクレーパーは、鉄、銅および／またはクロムを含む合金などの金属から作られる。本発明の好ましい実施形態においては、スクレーパーは、鋳鉄または鋼から作られ、プランジャハウジングの壁から硬化
した封止材料をこすり落とす際に優れた結果を提供する。

本発明のスクレーパーは、プランジャの第１溝にぴったりと配置された中実のリング形状であってもよい。中実リングの寸法は、リングがプランジャハウジングの壁にぴったりと接触するように選択される。しかしながら、スクレーパーの柔軟性を高めてプランジャハウジング内のプランジャの配置を容易にするために、スクレーパーは、ピストンリング、すなわちスリットが設けられた金属製の拡張可能なピストンリングから形成されることが好ましい。例えば、スクレーパーは、圧縮リング、スクレーパーリング、およびそれらの組み合わせからなる群から選択されてもよい。良好ないし優れたこすり落とし結果は、長方形の圧縮リング、ネーピアリングまたはリッジドッジャーリングにより形成されたスクレーパーを用いることにより得られる。スクレーパーは、また、２つの長方形の圧縮リングの組み合わせによって形成されたスクレーパーを提供することにより構築されてもよい。ネーピアリング状スクレーパーまたはリッジドッジャーリング状スクレーパーを構築するためには、２つの組み合わされた圧縮リングの外径が異なる。

プランジャの第１溝内に設けられたスクレーパーのさらなる柔軟性を得るために、スクレーパーの内径は第１溝の直径より大きくてもよい。とにかく、スクレーパーの内径は第１溝が凹設されているプランジャのシリンダーケーシングの部分の直径よりも小さくなければならない。

シールリングは任意の材料から作ることができるが、好ましくはプラスチックから作られる。プラスチックは、種々のバネ特性が使用可能であり、加えて耐熱性のある形態を与えることができる。従ってシールリングは、少なくとも１２０℃の温度まで、好ましくは少なくとも１４０℃の温度まで、より好ましくは１６０℃の温度まで耐熱性があることが好ましい。これらは結局、電子部品の封止の際に生じる可能性のある温度である。より具体的には、ポリマー、好ましくはいわゆる高性能エンジニアリングポリマーから作られたシールリングが想定される。それらの例を挙げると、パーフルオロアルコキシポリマー（perfluoroalkoxy polymer）（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluor-ethylene）（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（polyetherether ketone）（Ｐ
ＥＥＫ）および（フロオロ）シリコンである。そのような材料は、とりわけ、テフロン（登録商標）、ノルグライド（Norglide）（登録商標）、フロロロイ（Fluoroloy）（登録
商標）、ルーロン（Rulon）（登録商標）、メルディン（Meldin）（登録商標）およびケ
ムラッツ（Chemraz）（登録商標）の商標名で市販されている。
しかしながら、シールリングの製造のためには、耐熱性および耐圧力性を有する他のエラストマーを適用することも可能である。別の可能性は、比較的高い膨張係数を有する材料からシールリングを製造することである。そのような材料の一例として例えば銅合金がある。そのような材料部品を用いると、（約１７５℃の動作温度での）プランジャの使用中に材料部品によってバイアス力を加えることができ、さらに良いシーリングが得られる。

シールリングの簡単だが効率的な形状は、例えばＯリングのような円環形状である。そのようなリングは、他の用途のためにさまざまなバリエーションで市販されている。本発明の実施形態においては、シールリングの内径は、第２溝の直径に実質的に対応する。さらに、シールリングの寸法は、シールリングがシリンダーケーシングの表面の下に完全に位置するように選択されてもよい。代わりに、シールリングの寸法は、シールリングがシリンダーケーシングの表面上に少なくとも部分的に突出するように選択されてもよい。

本発明のプランジャのシリンダーケーシングは、らせん溝がさらに設けられてもよい。好ましくは、らせん溝は、第１溝と、封止材料方向を向くプランジャ端面とは反対側の面と、の間のプランジャのシリンダーケーシングの部分に設けられる。らせん溝は、さらに
、プランジャハウジングの壁に存在する封止材料の除去を容易にする。

本発明はまた、金型キャビティに封止材料を供給するプランジャに関しており、封止材料方向を向くプランジャ端面の周縁部には、プランジャ端面に対して５度から４５度の角度で配置された面取りが設けられている。面取りされた周縁部を有するプランジャを提供することにより、プランジャハウジングの壁からこすり落とされた封止材料のバリは、封止材料方向を向くプランジャ端面の周縁部によって収集されることが分かった。（部分的に）硬化された封止材料から収集されたバリは、金型キャビティへの封止材料の次の供給で再使用することができる。プランジャ端面の面取りされた周縁部の角度が封止材料のバリ収集の効率を決めることが分かった。収集の有効性は、端面が面取りされた周縁部を備えるプランジャを使用することにより、増加することが分かった。面取りは、プランジャ端面に対して１５度から４０度の角度で配置され、２５度から３５度がさらに好ましく、約３０度がより好ましいことが分かった。

上述のような面取りされた上端部は、スクレーパーを備えるプランジャと組み合わせてもよく、オプション的にはシールリングを備えるプランジャと組み合わせてもよい。上述のように面取りされた上端部を提供することにより、バリ取り機能の効能がさらに改善される。

本発明は、さらに、本発明によるプランジャの組み立てのための部品キットに関する。部品キットは、プランジャのシリンダーケーシングを囲む凹設された２つの溝を備えており第２溝が第１溝と封止材料の方向を向くプランジャ端面との間に位置しているプランジャと、第１溝内への配置用のリングとしてのスクレーパーとを備える。部品キットは、第２溝内に配置するためのシールリングをさらに備えてもよい。

本発明の別の態様では、本発明は、キャリアに実装された電子部品を封止する装置に関する。装置は、相互に変位可能であり、１以上の電子部品を囲むための少なくとも１つの金型キャビティで閉鎖位置を規定される少なくとも２つの金型部品と、金型キャビティに接続されている液状封止材料供給手段とを備える。供給手段は、少なくとも１つのプランジャ収容スペース（すなわちプランジャハウジング）を有し、（第１溝および第２溝を備える本発明のプランジャの上端部が）少なくとも１つのプランジャ収容スペース内に位置する。プランジャのスクレーパーの１実施形態においては、プランジャを囲む収容スペースの壁から汚染物質をこすり落とすように構成されている。

プランジャを囲む収容スペースの壁に関連してスクレーパーの寸法に関しては、スクレーパーの内径と第１溝の直径との間の距離の差は、プランジャのシリンダーケーシングとプランジャを囲む収容スペースの壁との間の距離よりも小さくてもよいことを注記する。また、スクレーパーの外径は、スクレーパーがプリテンション下で収容スペースに収容されるように選択されてもよい。このような好ましい実施形態においては、スクレーパーの外径は収容スペースの壁の直径よりも大きい。

封止材料方向を向くプランジャ端面の周縁部に面取りを有するプランジャが提供される場合には、面取りは、好ましくは、収容スペースの壁に対して４５度から８５度の角度で配置されてもよい。すでに述べたように、そのような面取りされた上端部は、封止材料の次の供給サイクルで金型キャビティで再利用するために、面取りされた上端部で（部分的に）硬化してこすり落とされた封止材料のバリを収集してもよい。バリ収集の効率化は、収容スペースの壁に対して５０度から７５度で増加し、より好ましくは５５度から６５度、さらに好ましくは約６０度である。面取りされた上端部は、スクレーパーを備えるプランジャ、およびオプション的には、シールリング、本発明の装置の少なくとも１つのプランジャ収容スペースと組み合わせてもよい。

本発明は、さらに封止材料を金型キャビティの供給する方法に関し、本方法は以下を有する。
ａ）封止材料を提供するステップと、
ｂ）封止材料に圧力を加えることにより封止材料を金型キャビティに供給するステップと、を有し、封止材料に加えられる圧力は本発明のプランジャによって提供される。

金型キャビティに供給される封止材料に加えられる圧力は、少なくとも５０バールであってもよい。好ましくは、金型キャビティに供給される封止材料に加えられる圧力は、少なくとも７０バール、少なくとも９０バール、少なくとも１１０バールまたは少なくとも１３０バールである。好ましくは、金型キャビティに供給される封止材料に加えられる圧力は、７０〜１５０バールの間である。

本発明は、さらに、上述した方法における本発明のプランジャの使用に関する。

添付図面に示す例示的な実施形態に基づいて本発明をさらに詳しく説明する。

本発明のプランジャの分解組立図である。 本発明のプランジャの斜視図である。 面取りされた上端部を有するプランジャの詳細な説明図である。

図１は、金型キャビティに封止材料を供給するためのプランジャ１の分解組立図を示す。プランジャ１は、上面４およびらせん溝８を有するシリンダーケーシング６を備える。プランジャ１のシリンダーケーシング６は、さらに第１溝２および第２溝３を備える。第１溝２はスクレーパー５を収容するように構成されており、第２溝３はシールリング７を収容するように構成されている。

図２は、プランジャ１の斜視図を示す。ここでは、１図の第１溝２および第２溝３には、スクレーパー５およびシールリング７がそれぞれ設けられている。スクレーパー５は、スクレーパー５とプランジャ１のシリンダーケーシング６との間の凹設部１０内におけるネーピアリングの形状である。

図３は、プランジャ１の上端部の詳細な図を示す。図３においては、第２溝３にはシールリングが設けられていない。スクレーパー５は、ある程度の柔軟性を有するスクレーパー５を提供するために、凹設部１０およびばね領域１１をもたらすネーピアリングの形状を有する。上面４の周縁部９は面取りされている。

Claims (24)

1. 金型キャビティに封止材料を供給するプランジャであって、
   −円筒状のシリンダーケーシングと、
   −前記シリンダーケーシングの先端部において、前記シリンダーケーシングの外周面にリング状に凹設された第１溝と、を備え、
   −前記シリンダーケーシングの先端部において、前記シリンダーケーシングの外周面にリング状に凹設された第２溝を備えることを特徴とし、
   前記第２溝は、前記第１溝より前記シリンダーケーシングの先端側に設けられており、
   前記第１溝内に、前記シリンダーケーシングの外周面より少なくとも部分的に突出するリング状のスクレーパーを備え、
   前記第２溝内に、リング状のシールリングを備えることを特徴とするプランジャ。
2. 前記スクレーパーは、金属から作られることを特徴とする請求項１に記載のプランジャ。
3. 前記スクレーパーは、鋳鉄または鋼から作られることを特徴とする請求項１または２に記載のプランジャ。
4. 前記スクレーパーは、ピストンリングによって形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプランジャ。
5. 前記スクレーパーの内径は、前記第１溝の溝底の直径よりも大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプランジャ。
6. 前記スクレーパーの内径は、前記第１溝が凹設されている部分における前記シリンダーケーシングの外周面の直径よりも小さいことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のプランジャ。
7. 前記シールリングは、ポリマー、好ましくは高性能エンジニアリングポリマーから作られていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のプランジャ。
8. 前記シールリングは、パーフルオロアルコキシポリマー、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、（フロオロ）シリコンまたはそれらの組み合わせから作られていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のプランジャ。
9. 前記シールリングの内径は前記第２溝の溝底の直径に実質的に対応することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のプランジャ。
10. 前記シールリングの外径寸法は、前記シールリングが前記シリンダーケーシングの外周面より内周側に位置する寸法に設定されることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のプランジャ。
11. 前記シールリングの外径寸法は、前記シリンダーケーシングの外周面より外周側に少なくとも部分的に突出する寸法であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のプランジャ。
12. 前記封止材料の方向を向く前記プランジャ端面の周縁部が面取りされており、前記面取りは、前記プランジャ端面に対して５度から４５度の角度で配置されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のプランジャ。
13. 前記シリンダーケーシングの前記第１溝より基端側において、外周面にらせん溝が設けられていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のプランジャ。
14. 請求項１〜１３のいずれかに記載のプランジャを組み立てるための部品キットであって、
    −前記第１溝および前記第２溝を備えた前記プランジャと、
    −前記第１溝内への配置用の前記スクレーパーとを備える、部品キット。
15. 前記第２溝内に配置するためのシールリングを備える、請求項１４に記載の部品キット。
16. キャリアに実装された電子部品を封止する装置であって、
    −相互に変位可能であり、１以上の電子部品を囲むための少なくとも１つの金型キャビティで閉鎖位置を規定される少なくとも２つの金型部品と、
    −少なくとも１つのプランジャ収容スペースを有して前記金型キャビティに接続されている液状封止材料供給手段と、を備え、
    請求項１−１３に記載のプランジャが前記少なくとも１つのプランジャ収容スペース内に位置していることを特徴とする装置。
17. 前記スクレーパーは前記プランジャを囲む収容スペースの壁から汚染物をこすり落とすように構成されている請求項１６に記載の装置。
18. 前記スクレーパーの内径と前記第１溝の溝底面の直径との距離の差は、前記シリンダーケーシングの外周面と前記プランジャ収容スペースの壁との間の距離の差よりも小さいことを特徴とする請求項１６または１７に記載の装置。
19. 前記スクレーパーの外径は前記スクレーパーがプリテンション下で収容スペースに収容されるように設定されることを特徴とする請求項１６〜１８のいずれかに記載の装置。
20. 前記スクレーパーの外径は前記収容スペースの壁の直径よりも大きいことを特徴とする請求項１６〜１９のいずれかに記載の装置。
21. 前記封止材料の方向を向く前記プランジャ端面の周縁部には面取りが設けられており、前記面取りは前記収容スペースの壁に対して４５度から８５度であることを特徴とする請求項１６〜２０のいずれかに記載の装置。
22. 金型キャビティに封止材料を供給する方法であって、
    前記方法は、
    ａ）封止材料を提供するステップと、
    ｂ）前記封止材料に圧力を加えることにより金型キャビティに封止材料を供給するステップと、を有し、
    前記封止材料に加えられる圧力は請求項１〜１３のいずれかのプランジャによって提供されることを特徴とする方法。
23. 前記封止材料は、熱硬化性ポリマーから構成される群から選択されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
24. 供給される前記封止材料に加えられる圧力は少なくとも５０バールであることを特徴とする請求項２２または２３に記載の方法。

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