JPH0744753U - 金型等の表面硬化金属製品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】寸法や形状精度が良好で表面の均一性を良好に
保されつつしかも耐摩耗性が極めて良く、大型、複雑形
状も長期に渡って高精度に成形することができるモジュ
ールパッケージ用金型などの金属製品を提供する。 【構成】母地の表面に無電解複合ニッケルめっき法によ
るニッケル合金層を有し、かつ該ニッケル合金層の所要
部分のみにレーザー光線の照射による体心立方晶焼き入
れ硬化層を形成した。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はモジュールパッケージ成形金型で代表される金型等表面硬化金属製品 に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及びその技術的課題】

最近の半導体モジュールのパッケージ材は、主たる材種に硬度の高いプラスチ ックを用いたり、添加剤としてシリカ等を混入することにより、半導体のリード フレームと樹脂の密着性を向上させ、また、生産性向上のためショット数を増加 させる傾向にある。 これに対応して、これらモジュールパッケージ成形用金型には、ＳＫＤ−１１ やＳＫＳ−３等の鋼材に硬質クロムめっきを３〜５μｍの厚さで施すことが行わ れているが、寸法精度の要求が一段と高くなり、また、樹脂の硬度が高くなって きたため、硬質クロームメッキを施しても短期間で摩耗が生じて、リードフレー ム上に樹脂バリが発生したり、樹脂ロスが大きくなるなどの問題が生じていた。 この対策としては、金属製品成形用の金型にニッケルめっき処理を施し、この めっき済み金型を加熱炉にて熱処理することも考えられるが、硬化を要しない部 分を含む全体か硬化するため、熱歪により寸法、形状精度が損なわれ、また金型 全体を装入しうるボリューム大きな熱処理炉を必要とするため、設備コスト、処 理コストが非常に高くなるという問題があり、実用性が乏しかった。

【０００３】

【考案が解決しようする問題点】

本考案は上記した従来の問題点を解決するために研究して考案されたもので、 その目的とするところは、寸法や形状精度が良好で表面の均一性を良好に保され つつしかも耐摩耗性が極めて良く、大型、複雑形状も長期に渡って高精度に成形 することができるモジュールパッケージ用金型などの金属製品を提供することに ある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するため本考案は、母地の表面に無電解複合ニッケルめっき法 によるニッケル合金層を有し、かつ該ニッケル合金層の所要部分のみにレーザー 光線の照射による体心立方晶焼き入れ硬化層を形成した構成としたものである。

【０００５】

【作用】

本考案は母地金属に無電解複合ニッケルめっきによるニッケル合金層を形成し ているため、表面の均一性を向上することができる。しかもそのニッケル合金層 の所要部分のみにレーザー光線の照射による体心立方晶焼き入れ硬化層を形成し ている。すなわち、ニッケル合金層の結晶を、レーザービームの必要最小限度の 照射により、耐摩耗性の必要な個所だけ体心正方晶になるようにヒートアップす るので、金型などの形状や寸法を問わず、要部だけを確実に硬化させることがで きる。 体心立方晶を得る温度は４００℃程度までで十分であり、この温度は表面を溶 融するような大エネルギーではなく、従って、レーザー出力は小さくて済み、か つビームを照射する部分以外は無電解複合ニッケルめっきによるニッケル合金層 のままの状態が維持されるため、形状、寸法精度が損なわれず、無電解複合ニッ ケルめっきによる良好な均一性を保持させることができる。

【０００６】 以下本考案を添付図面に基いて説明する。 ４は金属製品の母材金属であり、この実施例では半導体モジュールパッケージ 用金型やその部品（以下単に金型と称す）の母材金属である。５は前記母材金属 ４に施されたニッケル合金層であり、無電解複合ニッケルめっき法により所要厚 みに形成されたものである。 前記無電解複合ニッケルめっき法は、対象とする金型を脱脂、洗浄等の前処理 後、無電解複合ニッケルめっき浴を使用して行えば良い。 ３は前記金型の局部ことに摩耗しやすい所要部分のニッケル合金層５に設けら れた体心立方晶からなる焼き入れ硬化層である。金型の局部ことに摩耗しやすい 所要部分は、代表的にはキャビテイ部分であり、この部分のニッケル合金層５に 体心立方晶からなる焼き入れ硬化層３を形成するのが本考案の特徴である。

【０００７】 前記体心立方晶からなる焼き入れ硬化層５は、前記めっき処理を施した金型を 適宜活性化処理などの表面調整した後、テーブルや治具類に取付け、所要範囲の ニッケル合金層５のめっき表面２にアルゴン式など任意のレーザーガンを対峙さ せ、所定の出力、送り速度でレーザー光線１を第１図の矢印ように照射し、当該 範囲のニッケル合金層だけを体心立方晶となる温度、すなわち通常４００℃程度 まで加熱することにより得られたものである。

【０００８】 無電解複合ニッケルめっき処理後の硬化法として、めっき処理物を加熱炉に装 入し、めっき膜中のニッケルを４００℃付近までに加熱してＮｉ₃Ｐに結晶変化 させる手法も考えられるが、この方法では、硬化を要しない部位を含む製品全体 が硬化する。そのため、熱歪みにより寸法、形状精度が損なわれたり、金型の一 部だけを効率良く硬化することができず、また、金型全体を装入し得るボリュー ムの熱処理炉を必要とするため、大型金型の要部を経済的に硬化処理することが できず、設備コスト、熱エネルギーのロスが大きくなるという問題がある。 本考案の場合はこのような問題が全くないというメリットがある。すなわち、 金型のニッケル合金層の結晶をレーザービームの必要最小限度の照射により、耐 摩耗性の必要な個所だけ体心正方晶になるようにヒートアップするので、金型の 形状や寸法を問わず、要部だけを確実に硬化させることができ、体心立方晶を得 る温度は４００℃程度までで十分であり、この温度は表面を溶融するような大エ ネルギーではなく、従って、レーザー出力は小さくて済み、かつビームを照射す る部分以外は無電解複合ニッケルめっきによるニッケル合金層５のままの状態が 維持される。このため金型にとって重要な形状、寸法精度が損なわれず、無電解 複合ニッケルめっきによる良好な均一性を保持させることができる。

【０００９】

【実施例】

次に本考案の実施例を示す。 本考案を適用して半導体モジュールパッケージ用金型を得た。 対象金型は、材質ＳＫＳ−３、寸法９０×２５０×３５mmである。 機械加工して得た上記金型を以下のような行程で処理した。 Ｉ．脱脂処理 中性洗剤 ４０℃×５min II．無電解複合ニッケルめっき 成分組成： ＮｉＣｌ₂ ０．１２６mol／ｌ マロン酸 ０．３７８mol／ｌ ジエチルアミンボラン ０．０６mol／ｌ ＴｉＮＯ₃ ７０ml／ｌ 酸性度：ｐＨ６ 浴温度：７０℃ 処理時間：３０min III.表面調整 活性化処理 IV．レーザー照射 照射範囲：上記製品のキャビテイ部分（１０×２０mm） レーザー出力：１KW 送り速度：１０mm／sec 硬化深さ：０．００５mm Ｖ．以上の行程で処理した製品のレーザー照射部の硬度はＨｖ１３００、非照射 部のそれはＨｖ４００で、硬質クロムめっきの硬度Ｈｖ８００より高い硬度を 示した。比較のため、無電解複合ニッケルめっき後、熱処理炉で４００℃で加 熱焼き入れしたものは硬度Ｈｖ８００であった。

【００１０】 得られた金型を用いて成形を行った結果を示すと下記のごとくである。 ａ．硬質めっきによる場合 めっき剥離ショット数（ランナー部）：５００〜６００回 樹脂バリ発生ショット数：５００００回 ｂ．本考案の場合 めっき剥離ショット数（ランナー部）：１３００〜４０００回 樹脂バリ発生ショット数：１０００００回 ｃ．加熱炉装入焼き入れの場合 めっき剥離ショット数（ランナー部）：０回 樹脂バリ発生ショット数：０回 以上の結果から明らかなように、本考案は、表面の均一性と精度に優れている ため樹脂バリが発生しにくく、耐久性が非常に優れていることがわかる。加熱炉 焼き入れでは、寸法変化を起し、使用不可能であった。

【００１１】 なお、本考案は、半導体モジュールパッケージ用金型に好適であるほか、耐摩 耗性を必要とする電子計算機の磁気ディスクのＮｉ−Ｃｏ−Ｐめっきの処理、あ るいはその上の保護層としての無電解Ｎｉ−Ｂ−Ｐめっきの処理等に適用しても 同様の効果が得られる。

【００１２】

【考案の効果】

以上説明した本考案によれば、母地の表面に無電解複合ニッケルめっき法によ るニッケル合金層を有し、かつ該ニッケル合金層の所要部分のみにレーザー光線 の照射による体心立方晶焼き入れ硬化層を形成したため、半導体モジュールパッ ケージ用金型で代表される金型などの高い精度の要求される無電解複合ニッケル めっき金属製品の形状、寸法を良好に保ちつつ、キャビティなど摩耗しやすい部 分だけを大幅に耐摩耗性を向上させることができ、しかも、大型の加熱炉や熱源 を要さないうえに、レーザーの出力も比較的小さくて足りるため、経済的に実現 することができるというすぐれた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による金型等の表面硬化金属製品を模式
的に示す説明図である。

【符号の説明】

１ レーザー光 ３ 体心立方晶焼き入れ硬化層 ４ 母地金属 ５ ニッケル合金層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/56 Ｔ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】母地の表面に無電解複合ニッケルめっき法
   によるニッケル合金層を有し、かつ該ニッケル合金層の
   所要部分のみにレーザー光線の照射による体心立方晶焼
   き入れ硬化層を形成したことを特徴とする金型等の表面
   硬化金属製品。