JPH1036974A - 封止材成形金型の表面処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 離型性及び耐摩耗性に優れ、耐食性にも優れ
る封止材成形金型を得ることができる表面処理方法を開
発する。 【解決手段】 少なくとも溶融した封止材が接触する封
止材成形金型の表面に、ストライクニッケルメッキ法に
よりニッケルメッキ層を形成した後、その上に無電解メ
ッキ法によりニッケル−リン膜を形成し、さらにその上
に無電解メッキ法によりニッケル−リン−タングステン
膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は封止材成形金型の表
面処理方法に関するものであり、更に詳しくは半導体集
積回路のパッケージを製造するためのプラスチック樹脂
封止モールド成形用金型表面に、離型性および耐摩耗性
を向上させ、型汚れを低減する機能を持った膜を形成さ
せる表面処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路（ＩＣ、ＬＳＩ）素子、
およびＣＣＤ、ＬＤなどの光学素子のパッケージは、量
産性、経済性および成形における精密度や精度に優れて
いるなどの理由から、エポキシ樹脂を用いた低圧トラン
スファー成形法による封止が主流になっている。

【０００３】この封止材として用いられるエポキシ樹脂
のうちＩＣ、ＬＳＩなどの素子に使用されている樹脂は
一般に黒樹脂と称され、ノボラック系エポキシ樹脂ない
しはビフェニル系エポキシ樹脂に、シリカ粒子を約６０
〜９０重量％高充填されたものが用いられている。この
ため、パッケージを成形する場合、成形金型表面の金属
との接着性が強く離型性が悪く、またフィラーが入って
いるために成形金型表面を摩耗させやすいという問題が
ある。

【０００４】従来、これらの問題を解決するため、黒樹
脂自体にシリコーン系オイルや鉱物油あるいはパラフィ
ン系ワックス等の内部離型剤を添加することが行われて
いるが、製品パッケージとリードフレームの接着性を低
下させ、パッケージクラックの原因となるため添加量が
制限される上、効果が十分でない。また、金型表面に外
部離型剤の塗布が行われているが、離型成分が製品であ
るパッケージ表面に付着したり、パッケージ樹脂中に混
入する問題があり、この結果、パッケージの外観不良、
パッケージ表面のマーキング、品番刻印の塗装ムラなど
の問題を発生させる原因となる。

【０００５】さらに、長時間連続成形を行っていると、
これらの内部離型成分あるいは外部離型成分が高温の金
型表面で劣化、固化して汚染するため、量産成形中の金
型表面の洗浄頻度が高くなり、生産性が低下してしまう
という問題もある。

【０００６】一方、金型表面処理として、耐摩耗性と耐
食性の向上のために通常、硬質クロムメッキ処理を施す
のが一般的であるが、硬質クロムメッキ処理は離型性が
十分ではなく、また、電気メッキ法のため複雑な形状の
金型では要求される膜厚精度が十分に出ない、膜の表面
硬度が低いため耐摩耗性が十分ではないなどの問題があ
る。

【０００７】また、ＣＣＤ、ＬＤ等の光学用受光素子用
パッケージには、一般に白樹脂とよばれる透明性の高い
エポキシ樹脂が用いられている。この白樹脂の場合は、
光の透過率が低下するため離型剤の使用は非常に制限さ
れるので、例えば、離型性改良のためには、金型表面の
荒さを変えたり、抜き勾配を多く取ったりするなど、型
構造の工夫が行われているが、まだ十分とはいえない。

【０００８】金型表面の耐摩耗性や離型性を改善するた
めに、金型のＰ．Ｌ．（パーテイングライン）面におけ
る少なくとも溶融樹脂材料との接触面を、ニッケルまた
はニッケル合金で形成した金型（特開平１−２３５６２
０号公報）や、銅メッキ層などを介在させてその上に無
電解ニッケルメッキ層を構成した金型（特開平３−１０
４８７４号公報）などが提案されている。しかし、これ
らの金型は未だ耐摩耗性、離型性、耐食性などが不十分
であり、耐摩耗性、離型性、耐食性などを全て満足する
ような封止材成形金型の表面処理方法が強く求められて
いる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、内部
離型成分あるいは外部離型成分を使用しなくても離型性
に優れ、かつ耐摩耗性、耐食性などにも優れた封止材成
形用金型表面を得ることができる表面処理方法を提供す
ることである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者等はこれらの状
況を鑑み、鋭意研究検討の結果、封止材用金型表面にま
ずストライクニッケルメッキ法により第１層のニッケル
膜を形成し、その上に無電解メッキ法によって第２層の
ニッケル−リン−タングステン膜を形成するかあるい
は、ストライクニッケルメッキ法により第１層のニッケ
ル膜を形成し、その上に無電解メッキ法によって第２層
のニッケル−リン膜を形成し、さらにその上に第３層と
してニッケル−リン−タングステン膜を形成することに
より、離型性、耐摩耗性、耐食性などに優れた封止材用
金型の表面処理膜が得られることを見いだし、本発明を
完成するに到った。

【００１１】本発明の第１の発明は、少なくとも溶融し
た封止材が接触する封止材成形金型の表面に、ストライ
クニッケルメッキ法によりニッケルメッキ層を形成した
後、その上に無電解メッキ法によりニッケル−リン−タ
ングステン膜を形成したことを特徴とする封止材成形金
型の表面処理方法である。

【００１２】本発明の第２の発明は、少なくとも溶融し
た封止材が接触する封止材成形金型の表面に、ストライ
クニッケルメッキ法によりニッケルメッキ層を形成した
後、その上に無電解メッキ法によりニッケル−リン膜を
形成し、さらにその上に無電解メッキ法によりニッケル
−リン−タングステン膜を形成したことを特徴とする封
止材成形金型の表面処理方法である。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明に係わる封止材成形用金型
の材料には、高い耐摩耗性と高精密加工性が要求され、
被研削性の良いこと、高温焼き戻し熱処理安定性に優
れ、経時変化のない材料が使用される。一般には合金工
具鋼が選択されており、冷間ダイス鋼や粉末ハイス鋼、
ステンレス鋼が使用されている。

【００１４】これら金型材料の表面には、一般には酸化
膜や加工過程の油膜などが薄く形成されている。このた
め本発明の表面処理方法により表面処理を行う前に、通
常のニッケル電気メッキにおいて行われる周知の脱脂、
酸洗浄等の前処理を施した後に、ストライクニッケルメ
ッキ法によってニッケル膜（以下、Ｎｉ膜と称す）を形
成させることが好ましい。

【００１５】このストライクニッケルメッキを施すこと
により、次に形成する無電解メッキ層［ニッケル−リン
膜（以下、Ｎｉ−Ｐ膜と称す）、ニッケル−リン−タン
グステン膜（以下、Ｎｉ−Ｐ−Ｗ膜と称す）］と金型素
地とがより強固に密着する。この場合のＮｉ膜は極薄い
膜厚でよく、通常０．１〜２μｍ程度であり、０．１〜
１μｍが望ましい。２μｍを超えて厚くすると膜厚が不
均一となって、Ｎｉ膜表面に凹凸が生ずることとなり、
金型表面の表面荒さを悪化させる。一方、０．１μｍ未
満では無電解層と金型素地との密着性が劣るので好まし
くない。

【００１６】このＮｉ膜上にさらに形成するＮｉ−Ｐ膜
は、その上にさらに被覆、形成する高硬度で耐摩耗性に
優れたＮｉ−Ｐ−Ｗ膜の硬さによる応力を緩和回避する
ためと、耐食性向上の一助としての機能を有しているの
で、本発明においてはＮｉ膜とＮｉ−Ｐ−Ｗ膜の間にＮ
ｉ−Ｐ膜を形成することが好ましい。このＮｉ−Ｐ膜を
形成するのに用いられる無電解メッキ液の組成は特に制
限はない。具体的には、例えば、ニッケル源としては塩
化ニッケル等、還元剤としては次亜リン酸塩、錯化剤と
してはクエン酸ソーダ等、さらに安定剤、その他所望の
成分などを含有する公知のメッキ液を用いる例を挙げる
ことができる。またＮｉ−Ｐ膜の形成は前述成分を含ん
だ無電解液による常法に従ったメッキ条件で行うことが
できる。

【００１７】上記Ｎｉ−Ｐ膜に含まれるリンの含有量は
通常１〜１３重量％であり、耐食性が要求される場合は
８重量％以上が望ましい。またＮｉ−Ｐ膜の膜厚は１〜
８μｍが好ましく、特に耐食性より耐摩耗性が要求され
る場合は１〜５μｍが好適である。

【００１８】最外表面に形成するＮｉ−Ｐ−Ｗ膜を形成
するのに用いられる無電解メッキ液の組成も特に制限は
ない。具体的には、例えば、ニッケル源としては塩化ニ
ッケル、硫酸ニッケル等、タングステン源としてはタン
グステン酸ソーダ等のタングステン酸塩、還元剤として
は次亜リン酸塩、錯化剤としてクエン酸ソーダ等、さら
に安定剤、その他所望の成分を含有する公知のメッキ液
を用いる例を挙げることができる。またＮｉ−Ｐ−Ｗ膜
の形成は前述成分を含んだ無電解液による常法に従った
メッキ条件で行うことができる。

【００１９】上記Ｎｉ−Ｐ−Ｗ膜に含まれるリンの含有
量は通常８〜１１重量％、タングステンの含有量は７〜
１１重量％が望ましい。またＮｉ−Ｐ−Ｗ膜の膜厚は１
〜８μｍが好ましく、特に耐摩耗性が要求される場合は
２μｍ程度が好適である。また上記Ｎｉ膜とＮｉ−Ｐ−
Ｗ膜、あるいは、Ｎｉ膜、Ｎｉ−Ｐ膜、Ｎｉ−Ｐ−Ｗ膜
をあわせた３層の膜厚は金型表面に施されたブラストや
放電加工等の表面荒さを損なわない範囲であればよく、
通常３〜１０μｍであり、２〜６μｍが望ましい。

【００２０】

【実施例】以下、実施例、比較例により本発明を具体的
に説明するが、本発明の主旨を逸脱しない限り、本発明
はこれらの実施例に限定されるものではない。 （実施例１）金型用材料として一般的に使用される鋼材
（ＳＫＤ−１１）を用い、３０ｍｍ×５０ｍｍ×２ｍｍ
のサイズに切り出し、表面を鏡面仕上げした。これに通
常広く実施されている脱脂、洗浄等のメッキの前処理を
施して表面の酸化皮膜や油脂分を除去した後、ストライ
クニッケルメッキ法により電解メッキして厚さ０．５μ
ｍのＮｉ膜を形成した。さらにその上に、公知のメッキ
液を用い無電解メッキ法によって厚さ２μｍのＮｉ−Ｐ
膜を形成し、さらにその上に公知のメッキ液を用い無電
解メッキ法によって厚さ３μｍのＮｉ−Ｐ−Ｗ膜を形成
し、テストピースとした。このテストピースに、５重量
％ＮａＣｌ水溶液を３５℃の温度に保持して塩水噴霧
し、耐食性テストを行った結果を表１に示す。なお、試
験条件はＪＩＳ−Ｚ−２３７１に準じ、表面処理膜面を
上向きにして噴霧させ、錆の発生状況を観察した。錆の
発生状況はレーティングナンバーによって表示した。

【００２１】さらに別のテストピースを大越式摩耗試験
器を用い、鋳鉄製の重さ０．５ｋｇの摺動回転層を回転
速度１．９７ｍ／ｓｅｃ、回転時間３５ｓｅｃの条件で
比摩耗量の測定を行った結果を表２に示す。但し、測定
条件 無潤滑（ドライ） 最終荷重 ２．１１ｋｇ及び６．３０ｋｇ 摩耗距離 ６９ｍ

【００２２】さらに別のテストピースを用いて、表面硬
度をマイクロビッカース硬度計を用いて測定した結果を
表３に示す。但し、測定条件 負荷荷重 それぞれ５０ｇ、２５ｇ、１０ｇとし
て５回ずつ測定し、それらの平均値を示した。 荷重保持時間 １５ｓｅｃ

【００２３】（比較例１）実施例１と同じ鋼材を用い、
実施例１と同様にして前処理を行った後、公知の電解メ
ッキ法によって厚さ５μｍのクロム膜（以下、Ｃｒ膜と
称す）を形成し、テストピースとした。このテストピー
スを用いて、実施例１と同様にして塩水噴霧し、耐食性
テストを行った結果を表１に、実施例１と同様にして比
摩耗量の測定を行った結果を表２に、そして表面硬度を
マイクロビッカース硬度計を用いて測定した結果を表３
に示す。

【００２４】（比較例２）実施例１と同じ鋼材を用い、
実施例１と同様にして前処理を行った後、実施例１と同
様にして、電解メッキによって厚さ０．５μｍのＮｉ膜
を形成し、その上にさらに公知のメッキ液を用い無電解
メッキ法（カニゼンメッキ）によって厚さ５μｍのＮｉ
−Ｐ膜を積層形成し、テストピースとした。このテスト
ピースを用いて、実施例１と同様にして塩水噴霧し、耐
食性テストを行った結果を表１に、実施例１と同様にし
て比摩耗量の測定を行った結果を表２に、さらに表面硬
度をマイクロビッカース硬度計を用いて測定した結果を
表３に示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】

【表３】

【００２８】表１から明らかなように、実施例１の無電
解メッキ法によって形成されたＮｉ−Ｐ膜およびＮｉ−
Ｐ−Ｗ膜は膜厚の均一性にすぐれ、ピンホールが極めて
少なく、耐塩水噴霧性に優れている。上記塩水噴霧試験
においては通常４８時間が屋外暴露試験の１年に相当す
ると言われており、１００時間以上にわたって腐食が発
生しない本発明の表面処理膜は実用上何ら問題はなく、
極めて有用であることがわかる。また比較例１の従来か
ら広く行われている電解メッキによるＣｒ膜には多数の
ピンホールが存在するため全面に錆が発生することがわ
かる。また比較例２のＮｉ−Ｐ膜の錆の発生は比較例１
より少ないが、変色し易いことがわかる。

【００２９】表２から明らかなように、実施例１におけ
る本発明による最外表面にＮｉ−Ｐ−Ｗ膜を形成させた
表面処理膜は金型寿命に関係する耐摩耗性に優れている
ことが判る。これに対して比較例１のＣｒ膜や比較例２
のＮｉ−Ｐ膜は耐摩耗性に劣る。

【００３０】表３から明らかなように、本発明による最
上層にＮｉ−Ｐ−Ｗ膜を形成させた表面処理膜は表面硬
度が高く、金型表面に傷がつきにくいため、実用上極め
て有効であることが判る。これに対して比較例１のＣｒ
膜や比較例２のＮｉ−Ｐ膜は表面硬度が低い。

【００３１】（実施例２）金型用鋼材として一般に使用
されているＳＫＤ−１１を使用し図１に示す試験用封止
材成形用金型を作成した。図１において、１は試験用封
止材成形用金型であり、金型１には、プランジャー２を
備えた上型３と、この上型３に対向配設した樹脂ポット
４を備えた下型５と、樹脂ポット４からの溶融樹脂が通
る樹脂通路６、７および図示しない電子部品などを封止
するキャビテイー８、９を備えた下型１０が備えられて
いる。下型５と下型１０はパーテイングライン１１で上
下に開閉可能になっている。下型１０には、実施例１と
同様にしてキャビテイー８、９に対応する内表面を前処
理して、Ｎｉ膜、Ｎｉ−Ｐ膜およびＮｉ−Ｐ−Ｗ膜を形
成した試験駒Ｎｏ．１と試験駒Ｎｏ．２が配設、固定さ
れている。１２、１３はキャビテイー８、９内に成形さ
れた製品を突き出すための下ピンである。上記金型１を
用いて離型性などを試験する際は、金型１をプレス試験
機の上下プレス板間に固定し、樹脂ポット４内に封止材
用エポキシ樹脂ペレット（黒樹脂）（ノボラック系エポ
キシ樹脂）を投入して下記の成形条件で図示しない加熱
ヒータにより溶融し、前記上プレス板を下降させてプラ
ンジャー２により溶融樹脂を樹脂ポット４から樹脂通路
６、７を通って試験駒Ｎｏ．１およびＮｏ．２内へ注入
し、一定時間保持して、硬化させて試験用エポキシ樹脂
パッケージを成形する。そして、一定時間冷却した後、
下型１０を取り出し、応力測定用試験機（テンシロン試
験機、オリエンテック製）を用いて下ピン１２、１３を
押して試験駒Ｎｏ．１およびＮｏ．２内にある試験用エ
ポキシ樹脂パッケージを突き出して（下ピンの突出し速
度 １００ｍｍ／ｍｉｎ）離型する時の応力を測定し
た。これを５０回繰り返して、平均値を算出した結果を
表４に示す。

【００３２】（成形条件） 成形温度 １８０℃ 成形材料 ノボラック系エポキシ封止材樹脂またはビ
フェニル系エポキシ封止材樹脂 成形圧力 １００ＫｇＧ キュア時間 ９０ｓｅｃ 冷却時間 １０ｍｉｎ（５０ＫｇＧ）

【００３３】（実施例３）ノボラック系エポキシ樹脂の
代わりにビフェニル系エポキシ樹脂を用いた他は実施例
２と同様にして試験した結果を表４に示す。

【００３４】（比較例３）比較例１と同様にしてキャビ
テイー８、９に対応する内表面を前処理して、電解メッ
キにより厚さ５μｍのＣｒ膜を形成した試験駒Ｎｏ．１
と試験駒Ｎｏ．２を用いた他は、実施例２と同様にして
試験した結果を表４に示す。

【００３５】（比較例４）ノボラック系エポキシ樹脂の
代わりにビフェニル系エポキシ樹脂を用いた他は比較例
３と同様にして試験した結果を表４に示す。

【００３６】

【表４】

【００３７】表４から明らかなように、本発明による表
面処理を行った試験駒を用いた場合（実施例２、実施例
３）は付着力が低いことが判る。これに対して比較例
３、比較例４のＣｒ膜を形成した試験駒を用いた場合は
付着力が高い。

【００３８】

【発明の効果】本発明の表面処理方法により処理された
封止材成形金型は、離型性及び耐摩耗性に優れ、耐食性
にも優れる。最外表面に形成されるＮｉ−Ｐ−Ｗ膜は耐
食性に優れるとともに硬く、損傷を受けることが防止さ
れる。Ｎｉ膜とＮｉ−Ｐ−Ｗ膜との間にＮｉ−Ｐ膜を介
在させれば、表面処理膜が金型母材に対して強固に固定
されるとともに耐食性向上の一助となり、最外表面のＮ
ｉ−Ｐ−Ｗ膜は上記のように耐食性に優れるとともに硬
く、損傷を受けることが防止され、しかも硬いことによ
り発生する応力がＮｉ−Ｐ膜に吸収される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 試験用封止材成形用金型の断面説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 試験用封止材成形用金型 ２ プランジャー ３ 上型 ４ 樹脂ポット ５、１０ 下型 ６、７ 樹脂通路 ８、９ キャビテイー １１ パーテイングライン １２、１３ 下ピン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも溶融した封止材が接触する封
   止材成形金型の表面に、ストライクニッケルメッキ法に
   よりニッケルメッキ層を形成した後、その上に無電解メ
   ッキ法によりニッケル−リン−タングステン膜を形成し
   たことを特徴とする封止材成形金型の表面処理方法。
2. 【請求項２】 少なくとも溶融した封止材が接触する封
   止材成形金型の表面に、ストライクニッケルメッキ法に
   よりニッケルメッキ層を形成した後、その上に無電解メ
   ッキ法によりニッケル−リン膜を形成し、さらにその上
   に無電解メッキ法によりニッケル−リン−タングステン
   膜を形成したことを特徴とする封止材成形金型の表面処
   理方法。