JPS5831293B2 - インサ−ト樹脂封止用成形金型 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体の樹脂封止などのインサートを含む部品
を成形するための成形金型に関する。

従来、半導体の樹脂封止などのインサートを含む部品を
成形するための成形金型は鏡面仕上するのを通例として
いた。

これは成形品を金型から離型する際の力、すなわち離型
力を小とすることが強く要求されたことによるもので、
離型力が犬であるとインサートと樹脂との接着力ｉｔｓ
する等の不具合が生じた。

しかし、鏡面仕上には工数がかかり、金型の製作工数の
１０〜２０％を占め、製作費用も総製作費の１０〜２０
％を占めるものであった。

更に、鏡面仕上された金型による成形品は、微小なひけ
、又はピンホールが目立ち易く、商品名などを示すマー
キングの付着性、耐久性が劣るという欠点があった。

これらの点に関して第１図ないし第５図を参照してさら
に説明する。

第１図はトランスファモールド成形型の一例を示す断面
図であり、第２図はこれによって作られた樹脂封止半導
体の断面図である。

予め予備成形された樹脂が高周波加熱機（図示しない）
によって予備加熱されてポット４に投入され、上型１、
下型２より熱を受けて醇融する。

躊融した樹脂５はプランジャ３によって移送され、ラン
ナ６、ゲート７を経てキャビティ８を充填する。

樹脂が硬化するまで型は閉じた状態に保持され、硬化後
に下型２が下方に移動し、キャビティ８に対応する形状
を持つ成形品が上型１および下型２から離型せしめられ
る。

樹脂封止半導体の場合にはそのインサートとして半導体
ペレット１０がリードフレーム９にマウントされ、金線
１１で相互結線されたものが上型１と下型２とによって
作られるキャビティ８に配置されて樹脂５によって封止
される。

従って樹脂の硬化する過程で樹脂が上型１又は下型２に
接着する力が強いと硬化時の収縮によって内部応力が作
用し、インサートである半導体ペレット１０またはリー
ドフレーム９と樹脂５との間の接着が剥離するおそれが
ある。

樹脂５の硬化が完了して下型２を移動させるとき、すな
わち離型時において樹脂５と型との間の接着力が過大で
あると離型時に内部応力が作用し、樹脂の強度が不十分
であると半導体ペレット１０にクラックが発生するおそ
れがある。

このような欠点はしばしば経験されており、金型面と樹
脂との間の接着力が大きいとインサート部を樹脂で封止
保護するという本来の目的に反する信頼性の悪い製品が
できることになる。

第３図ないし第５図にキャビティ８の表面形状を示す概
念的断面図を示し、第３図は鏡面、第４図は梨地面、第
５図は研削または化学エツチング等によって形成された
面である。

第３図に示す鏡面は第４図、第５図に示す面と対比した
とき明かに樹脂との接着面積が小さく、みかけ単位面積
あたりの接着力が小であると考えられる。

なお、通常接着剤による接着の場合に接着効果を改善す
るためエツチング又はサンドブラスト等を行って粗面化
することも行われている。

第５図のような断面形状を持つ場合には樹脂が表面の小
孔に入りこむことによって接着力が増大するという、い
わゆるアンカー効果があることも一般的に知られている
。

このような理由によって従来はキャビティ８の内面を鏡
面仕上とすることが常識となっている。

本発明の目的は従来の鏡面仕上の金型の欠点を除去し、
優れた離型性を持つ金型を提供するにある。

本発明によれば、なめらかな凹凸形状を有し且つ面粗さ
Ｈｍａｘが５〜１５μの範囲の梨地面仕上となされてい
るインサート樹脂封止用成形金型が提供される。

凹凸形状としてはＨｍ ａｘ ／ピッチが１／１０〜１
／２００の範囲、アボット負荷曲線において基準長さ０
〜１００％の範囲で傾斜が１０μ／２００７ｒｔ７ｎの
範囲とすることが望ましく、梨地面仕上はサンドブラス
ト条件または放電加工条件を調節することによって好便
に行うことができる。

勿論この仕上加工はキャビテイ面についてのみ行えばよ
い。

さらに、本発明によれば、梨地仕上面を硬質クロームメ
ッキ、又は弗化炭素ポリマー複合化金属表面処理（メッ
キ金属マトリックス中に四弗化エチレン樹脂等の合邦化
炭素樹脂を含浸または分散させる処理）などの金属表面
処理を施したインサート樹脂封止用成形金型も提供され
る。

これは前者に比して離型性、耐摩耗性がさらに改善され
る。

本発明の実施例について添付図面を参照して説明する。

第６図は５ＫＤ−１１製の試料に放電加工により梨地面
を形成してその表面粗さを触針法により実測した一例を
示し、第７図はそのアボット負荷曲線を示す。

第８図は第６図の試料に膜厚５μの硬質クロームメッキ
を施したもののアボット負荷曲線を示し、第９図は表面
粗さＨｍａｘが比較的小さい梨地面に硬質クロームメッ
キ処理を行ったもののアボット負荷曲線を示す。

第７図ないし第９図のアボット負荷曲線はいずれも山部
の傾斜が広い範囲においてゆるやかであり、表面形状と
してはあまりエツジの鋭い凹凸を含まない粗面であるこ
とが判る。

すなわち第４図に概略的に示したような梨地面形状を有
し、アンカー効果を持つような凹所なとがないものであ
る。

なお、硬質クロームメッキ処理を施すことにより、傾斜
がゆるやかとなり、凹凸形状がさらになめらかとなって
いることが判る。

第１０図は樹脂成形作業を繰り返したときの表面のぬれ
性の変化を鏡面にクロームメッキを施したもの（Ａ）、
Ｈｍａｘ ＝ ５μおよび１５μの梨地に硬質クロー
ムメッキしたもの（それぞれＢおよびＣ）。

及びｌＨｍａｘ−１０μの梨地に弗化炭素ポリマ複合化
処理をしたもの（Ｄ）について対比して示している。

ぬれ性は型表面に滴下した水滴の接触角として示してい
る。

第１０図によれば（刀樹脂成形をくりかえすことによっ
て型表面は樹脂からにじみ出るエステル、ワックス等に
よって被われこれが内部離型剤として作用して次第に接
触角が犬となり、ぬれにくくなること、（イ）同一表面
処理では表面粗さの粗い梨地面のほうがぬれにくいこと
、（つ）硬質クロームメッキ処理よりも弗化炭素ポリマ
複合化処理のほうがぬれにくいことが判る。

第１１図は連続成形作業を行った場合の離型力の変化を
、従来方式による鏡面に硬質クロームメッキをしたもの
（Ｅ）、本発明による表面粗さ１５μの梨地に硬質クロ
ームメッキを施したもの（Ｆ）、表面粗さ１０μの梨地
に弗化炭素ポリマ複合化処理を施したもの（Ｇ）につい
て示している。

尚表面粗さ１０μの１１１面に硬質クロームメッキを施
したもの印についても示している。

第１１図および第１０図からぬれ性と離型力との間に対
応的関係があることが判る。

すなわち（７）最もぬれにくい弗化炭素ポリマ複合化処
理は樹脂成形作業の初期から後期にいたるまで離型力が
Ｏｋｇ／Ｃ７１１，と測定され、（イ）硬質クロームメ
ッキ処理の場合は成形作業の初期では梨地面のほうが鏡
面よりも離型力が犬であるが、表面が離型剤で次第に覆
われると共に鏡面よりも離型力が小となり、（つ）研削
面に硬質クロームメッキを施したものは、ぬれ性では放
電加工梨地面の場合とあまり差はないが成形作業の初期
では離型力が１０ｋｇ／ｆｆ１以上と測定され、明らか
にアンカー効果が存在することが判る。

上述データは清浄な型表面を持つ試料について連続的に
成形作業を行ったときのぬれ性、離型力を測定したデー
タであるが、実際の成形作業ではダミーショット等によ
り型表面は離型剤で被われており、清浄ではない。

従って第１１図において硬質クロームメッキの場合に本
発明による梨地仕上のほうが鏡面仕上よりも離型力が犬
であるということは実際には生じない。

なお、弗化炭素ポリマ複合化金属表面処理が著しく有利
であることは明らかである。

粗面とぬれ性との関係は一般につぎのウエンツエル（Ｗ
ｅｎｚｅｌ ）の式で表わされる。

ＣＯ３θ’／ｃｏｓθ−Ｒ こＳに θ′：粗面上の接触角 θ：平坦面上の接触角 Ｒ＝Ａｒ／Ａａ （Ｒ≧１） ＡＩ−：真の表面積 Ａａ：見掛けの表面積 したがって θ〈９０°のとき θ′〈θ θ〉９０°のとき θ′〉θ の関係が成立する。

すなわち、ぬれ易い表面材質に対しては表面粗さが粗い
ほどぬれ易くなり、ぬれ難い表面材質の場合は表面粗さ
が粗いほどぬれ難くなる。

従って離型剤または表面処理などによってぬれ難い表面
を形成するようにした金型の場合は鏡面よりも梨地面の
方がぬれ難く、離型に有利であることが判った。

なお接着加工の場合に表面にサンドブラスト等を施して
粗面化しているが、これはぬれ易い表面材に対する効果
を期待したものである。

上述のように表面粗さが粗いはど離型に有利であるが、
実際の成形品は側面を持っており、表面粗さが過大であ
ると離型時に側面にかじり傷が発生する。

本発明による梨地仕上面は離型性が良好であるので硬化
収縮時に型面から剥離するが、かじり傷を防止するため
には抜き勾配を過大にする必要があり、ＨｍａＸを１５
μ以下とすることが望ましい。

伺、Ｈｍａｘを５μより小とすると鏡面仕上との差が小
となり、本発明による効果が得られなくなる。

表面粗さを種々に変えた５４５Ｃ材製の丸棒を離型材の
無い条件下で樹脂に埋込み成形し、引抜力を測定した結
果、引抜力の最大値ＦｍａＸはＦｍａＸ＝１１３１ｏｇ
Ｒ＋３２７ 但し、丸棒の直径１０闘、Ｒ−）（ｍａｘで与えられる
。

）Ｉｍａｘが１５μよりも大きくなるとｐｍａｘが著し
く大となることが判った。

Ｒ＝０．４μのときＦｍａｘ ＝ ２７０−、 Ｒ＝
２０μのときＦｍａＸは１５００）ｃｉ９となる。

凹凸形状はなめらかであることが必要であり、Ｈｍａｘ
／ピッチが１／１０よりも大きい、すなわちピッチに対
してＨｍａｘが犬であると側面のぬき勾配を太きくしな
いと成形品にかじり傷ができる。

通常の抜き勾配（約９５°）を持つ成形品の場合にはこ
の値を１／１０よりも小とすることが望ましい。

さらに、この値が１／１０よりも大であるとアンカー効
果が生ずることになる。

尚、）（ｒ１１ａｘ／ピッチを１／２００よりも小とす
ることはサンドブラスト処理、放電加工処理によって形
成することが困難である。

凹凸形状を判断する別の指標としてアボット負荷曲線が
ある。

これは凹部（ピット）の形状が測定範囲（基準長さ）で
どの程度そろっているかを示すものであり、望ましくは
基準長さ０〜１００％の範囲で傾斜が１０μ７０．２
ｍｍ以下とする。

特に基準長さ０〜５％の範囲における傾斜が１０μ１０
．２朋を超える場合は凸部の先端がサンドペーパー研磨
面の場合の如く尖っていることを示し、アンカー効果が
生ずることになる。

商品名などを成形品に表示するマーキングを施すとき、
成形品は洗浄して表面の離型剤などを除去した状態でマ
ーキングが行われる。

このとき表面はぬれ易くなっており、梨地仕上の金型で
成形された成形品のマーキング用インクの付着性は鏡面
仕上の金型により成形された成形品に比して優れている
。

梨地面仕上された金型で成形された成形品の外観は著し
く良好である。

これは前述のように梨地面がぬれ難く従って樹脂と接着
し難いので、樹脂の硬化収縮時の応力が金型の表面に伝
達されず、均一な接着剥離が生じ易いので部分的なひけ
が生じ難いためと考えられる。

このことは樹脂トインサートとの接着にとっても有利で
ある。

本発明による成形品は鏡面仕上による金型の成形品のよ
うに光を反射しないので、微小なひけ又はピンホール等
が目立たず、高級品であるというイメージを与える効果
もある。

本発明により従来の鏡面仕上された金型を梨地仕上にす
ることにより以下の効果が得られる。

（力 樹脂が梨地の凹部に楔状に入りこむような形状で
ない梨地仕上面を放電加工、サンドブラスト加工などに
よって容易に形成できるので、従来鏡面仕上加工のため
に必要とした工数を省略し、金型の製作日数を１０〜２
０％短縮し、且つ製作費用を約１０〜２０％低減するこ
とができる。

（イ）梨地面仕上とすることにより、離型性を向上せし
め、ダミーショツト数を従来の金型の場合に比し約３０
％低減することができる。

（つ）離型性が向上したので、インサートと樹脂トの接
着性が著しく改善され、製品の不良率が減少し、耐湿信
頼性が向上する。

江）ひけ、ピンホール等の微小な欠陥が目立たなくなり
、製品に高級イメージを与え、商品価値が高められる。

（１） マーキング用インクの付着性および耐久性が
改善され、マーキング不良を約１７５ とすることがで
きた。

曲）弗化炭素ポリマー複合化金属表面処理された梨地仕
上面を薄肉小形パッケージの成形金型に適用することに
より大幅に離型性が向上され、同一成形条件で比較して
モールドクラック発生率を約１／１００に、ペレットク
ラック発生率を約１７１０に低減可能となる。

成形条件で比較すると樹脂の硬化時間を半減しても鏡面
仕上による金型の場合と同程度の不良率とすることがで
き、成形サイクルの短縮に効果が大きい。

すなわち現状の不良限度内においてサイクルタイムを約
４０％低減でき、生産効率を大幅に向上せしめることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はインサートを含む樹脂封止の例を説明するため
のトランスファモールド型の断面図、第２図はインサー
ト樹脂封止製品の実施例として示す樹脂封止ＩＣの断面
図、第３図、第４図、第５図はそれぞれ鏡面、梨地面、
アンカー効果を持っ粗面の概略的断面図、第６図は本発
明により放電加工で形成された梨地面の粗さ測定データ
を示すグラフ、第７図はそのアボット負荷曲線図、第８
図は第６図の梨地面を硬質クロームメッキしたときのア
ボット負荷曲線を示す図、第９図は第６図の場合に比し
て面粗さの小さい梨地面に硬質クロ−ムメツキを施した
もののアボット負荷曲線図、第１０図は本発明による金
型に樹脂を連続成形したときの型表面のぬれ性変化を従
来の鏡面仕上された金型と対比して型表面のぬれ性の変
化を示す図、第１１図は本発明による金型と樹脂との間
の離型力を、従来の鏡面仕上の場合および研削仕上の場
合と対比して示す図である。 １・・・・・・上型、２・・・・・・下型、３・・・・
・・プランジャ、５・・・・・・樹脂、８・・・・・・
キャビティ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ そのキャビテイ面がなめらかな凹凸形状を有し且つ
   面粗さＨｍａｘが５〜１５μの範囲の梨地面仕上となさ
   れていることを特徴とするインサート樹脂封止用成形金
   型。 ２ 前記凹凸形状がＨｍ ａｘ ／ピッチが１／１０〜
   １／２００の範囲、アボット負荷曲線において基準長さ
   ０〜１００％の範囲で傾斜が１０μ／ ０．２ ｍｍ以
   下として限定されることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のインサート樹脂封止用成形金型。 ３ 前記梨地面仕上を放電加工またはサン・ドブラスト
   加工によって形成したことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項または第２項記載のインサート樹脂封止用成形金
   型。 ４ そのキャビテイ面がなめらかな凹凸形状を有し且つ
   面粗さＨｍａｘが５〜１５μの範囲の梨地面上に硬質ク
   ロームメッキ又はメッキ金属マトリックス中に四弗化エ
   チレン樹脂等の合邦化炭素樹脂を含浸あるいは分散する
   金属表面処理が施されていることを特徴とするインサー
   ト樹脂封止用成形金型。 ５ 前記凹凸形状がＨｍ ａｘ ／ピッチが１／１０〜
   １／２００の範囲、アボット負荷曲線において基準長さ
   ０〜１００％の範囲で傾斜が１０μ／ ０．２ ｍｍ以
   下の範囲として限定されることを特徴とする特許請求の
   範囲第４項記載のインサート樹脂封止用成形金型。 ６ 前記梨地面が放電加工またはサンドブラスト加工に
   よって形成されたことを特徴とする特許請求の範囲第４
   項または第５項記載のインサート樹脂封止用成形金型。