JP3552613B2 - モールド装置及びモールディング方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モールド装置及びモールディング方法に関し、特にＩｒＤＡ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｄａｔａ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ：赤外線データ通信方式）モジュールに使用される光半導体装置を製造するためのモールド装置及びモールディング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯情報機器やノート型パソコン等に搭載して、無線（赤外線）データ通信を行うための装置であるＩｒＤＡモジュールには、赤外線を発信しあるいは受信する光半導体装置が使用されている。この光半導体装置はレンズ部を含み、モールドレジンでモールドされてパッケージングして使用されている。この光半導体装置をモールドするために、成形品の寸法精度の高いものが得られるモールド装置が使用されている。モールド装置は、金型によって構成されるキャビティにゲートからモールドレジンを注入して製品成形を行う装置である。このモールド装置のゲートは、キャビティに流れ込むモールドレジンの流量とキャビティ内の充填状態をコントロールするので、ゲートの形状や位置は製品成形の成功を大きく左右する。
【０００３】
すなわち、モールド装置のゲートの形状や位置がキャビティに対して好ましくない形状や位置であると、モールドレジンがキャビティに注入された時に、バブル（気泡）やボイド（空洞）がモールドレジン中に発生することがある。バブルやボイドがパッケージ中、特にレンズ部にあると、光半導体装置の赤外線を送受信する光学的特性に影響を与えてしまう。また、ウェルドライン（接合部ライン）が発生すると、製品の美観上の点から好ましくないだけでなく、クラック（亀裂）の原因になる。この欠陥をなくすために、種々のゲートの配置が考えられている。
【０００４】
たとえば図１２（ａ）、（ｂ）は、キャビティ１００の片側にのみゲート１０２を設けた例である。これらの場合、１つのゲート１０２からモールドレジンが注入され、キャビティ１００内を順にモールドレジンが空気を巻き込むことなく流れ、モールドレジンによってキャビティ１００を充填していくことができれば、欠陥のない成形品が得られることになる。したがって、どちらの場合も先にゲート１０２に近いほうのレンズ形状部１０４にモールドレジンが注入されるので、ゲート１０２に近いほうのレンズ形状部１０４には不良の発生が少ない。しかし、ゲート１０２から遠いほうのレンズ形状部１０６は、モールドレジンの流れによって空気を巻き込みボイド１０８が発生し易いと言う課題があった。
【０００５】
また、図１３（ａ）、（ｂ）はキャビティ１００の両側にゲート１１２を設けた例である。これらは、２つのレンズ形状部１１０に対して、それぞれ１つずつのゲート１１２が設けられている。したがって、モールドレジンが同時にレンズ形状部１１０に注入されるので、レンズ形状部１１０にボイドによる不良は発生し難い。しかし、モールドレジンが合流するレンズ形状部１１０とレンズ形状部１１０の間に、ウェルドライン１１４ができて、製品の美観上、好ましくないだけでなく、クラックの原因にもなると言う課題があった。
【０００６】
次に、図１４に示すように、キャビティ１００に板状のゲート１１６を設けることが考えられる。たとえば、ゲート１１６の縦断面の形状を同図（ｂ）に示すように、ゲート１１６の上面側に勾配を設け、注入されるモールドレジンの流れの向きをレンズ形状部１１０に向かうようにすることが考えられる。この場合、モールドレジンがレンズ形状部１１０に先に注入されるため、レンズ形状部１１０にはボイド等の不良が発生しない。しかし、キャビティ１００内に配設された光半導体素子１１８の下側から回り込んできたモールドレジンが反転させられる箇所、あるいは光半導体素子１１８の下側から回り込んできたモールドレジンと光半導体素子１１８の上側から注入されてきたモールドレジンがぶつかる箇所で、大きなボイド１２０が発生する。
【０００７】
また、同図（ｃ）にゲートの縦断面の形状を示すように、板状ゲート１１６の内面に勾配を設けないで、板状ゲート１１６からキャビティ１００内に真っ直ぐモールドレジンを注入するようにすることが考えられる。この場合、レンズ形状部１１０の上部に先にモールドレジンが注入されて、その後、レンズ形状部１１０にモールドレジンが注入されるので、レンズ形状部１１０にボイド１２２が発生しやすい。
【０００８】
すなわち、図１３に示すように、レンズ形状部１１０の１つ１つに対してゲート１１２を設けた場合、レンズ形状部１１０にはボイドがほとんど発生しないが、レンズ形状部１１０の間にウェルドライン１１４が発生すると言う課題があった。また、図１４に示すように、板状ゲート１１６を設けた場合、レンズ形状部１１０の間にはウェルドラインが発生しないが、ゲート１１６の縦断面の形状によってレンズ形状部１１０又は光半導体素子１１８の上部にボイド１２０，１２２が発生すると言う課題があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、光半導体素子をモールドレジンによりモールドしたとき、得られた成形品の中にボイドやバブルが入らず、且つウェルドラインの残らないモールド装置と、モールディング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】
そこで、本発明者は、モールド装置及びモールディング方法に関して鋭意研究を重ねた結果、本発明に至ったのである。本発明のモールド装置は、局部的に凸状部を有する成形品を成形する上型と下型を備えた金型によって形成されたキャビティと、該キャビティにモールドレジンを注入するゲートとを含むモールド装置であって、前記成形品の凸状部を含む箇所を成形する凹陥部を含むキャビティにモールドレジンを注入する凹陥部用ゲートと、前記成形品の凸状部のない箇所を成形するキャビティにモールドレジンを平板状に注入する板状ゲートとを含む。なお、キャビティへの注入口をゲート、ランナとキャビティの間の通路をサブランナと称する場合があるが、本明細書においては、両方を合わせてゲートと称する。
【００１１】
本発明のモールド装置によれば、凹陥部用ゲートからたとえばレンズ形状部などになる凹陥部を含む部分のキャビティにモールドレジンが注入されるとともに、板状ゲートから成形品の凸状部のない箇所すなわち凹陥部のない箇所のキャビティにモールドレジンが平板状に注入され、これら両ゲートからキャビティ内に注入されたモールドレジンは連続して繋がっている。したがって、凹陥部用ゲートから注入されたモールドレジンは、キャビティ内の凹陥部にまず流れ込んで、空気を巻き込んだりせずに成形品の凸状部を形成する。それとともに、凹陥部用ゲートから注入されたモールドレジンは、キャビティ内で加圧から開放されて広がり、凹陥部近傍のキャビティ内に充填される。他方、板状ゲートから注入されたモールドレジンは、同じくキャビティ内で加圧から開放されて広がり、キャビティ内に充填される。このとき、モールドレジンはキャビティ内に配設されている光半導体素子を上下から覆い、ボイドなどを生じさせずに充填される。また、凹陥部用ゲートから注入されるモールドレジンと、板状ゲートから注入されるモールドレジンとは一体的に連続しており、ウェルドラインなどが発生することはない。
【００１２】
また、本発明のモールド装置におけるモールディング方法は、上型と下型を備えた金型を合わせて形成したキャビティにゲートからモールドレジンを注入して、局部的に凸状部を有する成形品を成形するモールディング方法であって、前記成形品の凸状部を含む箇所を成形する凹陥部を含むキャビティに凹陥部用ゲートからモールドレジンを注入するステップと、前記成形品の凸状部のない箇所を成形するキャビティにモールドレジンを板状ゲートから注入するステップとが同時に行なわれる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るモールド装置及びモールディング方法の実施の形態について、図面に基づいて詳しく説明する。なお、図面において、モールド装置における金型などの外観は省略し、金型などによって構成されるキャビティとゲートとランナの形状を図示している。
【００１４】
図１は、本発明のモールド装置の１実施形態を示す斜視図である。モールド装置１０は上型と下型とから構成されるキャビティ１２と、そのキャビティ１２内にモールドレジンを注入するゲート１４と、そのゲート１４にモールドレジンを供給するランナ１６を備えて構成されている。本実施形態では、図２、図３及び図４に示すように、上型によって形成される上型キャビティ１８は直方体状をなし、他方の下型によって形成される下型キャビティ２０は直方体状をなすとともに、その底面の２ヶ所に球の一部をなす凹陥部すなわちレンズ形状部２２を備えている。
【００１５】
また、上型キャビティ１８と下型キャビティ２０との間には光半導体素子２４が配設されている。光半導体素子２４は、この光半導体素子２４から延び出す複数のリードピン２６が上型と下型との間に挟持されることによって、キャビティ１２内に支持されている。そして、上型と下型との間に挟持されたリードピン２６とリードピン２６との間に形成される図示しない隙間がキャビティ１２内の空気抜きとされる。なお、図中符号２７はボンディングワイヤである。光半導体素子２４として、たとえばフォトダイオード、ＬＥＤ（発光ダイオード）、信号送受信機用ＩＣ（ＡＳＩＣ ： ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）などを挙げることができる。
【００１６】
上型キャビティ１８と下型キャビティ２０との合わせ部には、モールドレジンをキャビティ１２内に注入するゲート１４が配設される。ゲート１４は、板状ゲート２８とその両側に配設されたレンズ部用ゲート３０とから構成されている。板状ゲート２８は、図４に示すように、キャビティ１２への開口部形状がスリット状をしていて、キャビティ１２内の広範囲の箇所にモールドレジンを均一且つ迅速に充填するように構成されている。また、板状ゲート２８から高圧で押し出されたモールドレジンは、キャビティ内で開放されて上下方向に広がり、キャビティ１２内の光半導体素子２４を覆うようにして充満させられる。
【００１７】
一方、レンズ部用ゲート３０は、図３に示すように、レンズ形状部２２に対向する位置にその開口部が設けられている。レンズ部用ゲート３０のキャビティ１２への開口部形状は四角形をし、レンズ部用ゲート３０を構成する内壁である天井面は傾斜させられている。レンズ部用ゲート３０内のモールドレジンは傾斜させられた天井面に沿うようにして流れ、レンズ部用ゲート３０から押し出されたモールドレジンはレンズ形状部２２に向かう流れを有し、レンズ形状部２２の表面を空気を除去しながら沿うようにして流れ、レンズ形状部２２がまずモールドレジンにより充填される。したがって、レンズ形状部２２にボイドやバブルが生ずることはない。また、高圧でレンズ部用ゲート３０から押し出されたモールドレジンは、キャビティ１２内で開放されて広がり、キャビティ１２内に配設されている光半導体素子２４を覆うようにして充満させられる。
【００１８】
また、この板状ゲート２８からのモールドレジンの充填と、レンズ部用ゲート３０からのモールドレジンの充填は同時に行なわれる。モールドレジンの充填に伴い、キャビティ１２内の空気は、前述したように上型と下型との間に挟持されたリードピン２６とリードピン２６との間に形成された隙間から迅速に排出され、空気がモールドレジン中に巻き込まれることはない。しかも、板状ゲート２８とレンズ部用ゲート３０は連続して繋がっているため、モールドレジンも繋がっている。したがって、成形品にウェルドラインが入ることはない。なお、モールドレジンの種類は、埋設される光半導体素子の光学的特性によって決定され、たとえば、赤外線を用いる場合は赤外線を透過し得る樹脂が用いられ、透明樹脂に限定されない。
【００１９】
ここで、レンズ部用ゲート３０の開口部（注入口）の大きさは、レンズ形状部２２の体積を加味して決定される。すなわち、板状ゲート２８とレンズ部用ゲート３０からキャビティ１２内に注入されるモールドレジンの速度は一定であるので、レンズ部用ゲート３０における単位幅当たりの流量を多くするため、レンズ部用ゲート３０の高さを板状ゲート２８の高さより高くされる。これら板状ゲート２８とレンズ部用ゲート３０のより具体的なサイズは、上型キャビティ１８、下型キャビティ２０及びレンズ形状部２２の体積と充填速度を考慮して決定される。
【００２０】
１例を示すと、本実施形態において、板状ゲート２８の高さは、０．０４ｍｍ〜０．６ｍｍであり、レンズ部用ゲート３０の高さは、０．２ｍｍ〜１ｍｍであるのが好ましい。また、ゲート１４（板状ゲート２８とレンズ部用ゲート３０を合わせたもの）の幅は、４〜１０ｍｍであり、１つのレンズ部用ゲート３０の幅は０．５〜２ｍｍであるのが好ましい。これに対応するキャビティのサイズは、図１乃至図４に示すキャビティ１２の形状において、直方体形状部が約（８〜１５）ｍｍ×約（３〜５）ｍｍ×約（２〜６）ｍｍであり、レンズ形状部が直径約（２〜５）ｍｍ、直方体形状部からの突出高さ約（１〜３）ｍｍである。直方体形状部の側面には、上型キャビティ１８と下型キャビティ２０のそれぞれに抜き勾配が形成されている。この数値は、発明者の経験より導かれたものである。
【００２１】
以上、本発明に係るモールド装置のゲート及びモールディング方法の１実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。なお、説明を要しない箇所には、共通の符号を付して説明を省略する。
【００２２】
たとえば、上述の実施形態ではレンズ部用ゲート３０は内面に傾斜した面を設けていたが、他の形態も可能である。一例として、図５に示すように、ストレート形状のレンズ部用ゲート３２を使用し、そのストレート形状のレンズ部用ゲート３２から注入されるモールドレジンの方向が下型キャビティ２０のレンズ形状部２２に向うように、レンズ部用ゲート３２を傾斜させて構成することも可能である。本実施形態においても前述と同様に、レンズ部用ゲート３２から下型キャビティ２０のレンズ形状部２２に直接モールドレジンが注入される。したがって、レンズ形状部２２の空気が追い出されるので、レンズ形状部２２にボイドはできない。
【００２３】
一方、板状ゲート２８は前述と同じ形状であり、金型の上型キャビティ１８及びキャビティ１２の中央部にモールドレジンが直接注入される。したがって、前述のモールドレジンの注入と同じように、モールドレジンは金型の上型キャビティ１８と下型キャビティ２０に同時に注入されるので、樹脂成形された製品にウェルドラインなどのような不良ができない。
【００２４】
次に、本発明は凸レンズを１個備えた形態の光半導体装置の成形についても適用することができる。すなわち、図６に示すように、下型キャビティに１つのレンズ形状部３４を備えたキャビティ３６に、レンズ部用ゲート３８とその両側に板状ゲート４０を備えてモールド装置４２は構成される。ここで、レンズ部用ゲート３８と板状ゲート４０の構成は、前述の形態と同様である。したがって、レンズ部用ゲート３８から注入されたモールドレジンはレンズ形状部３４に直接充填されるとともに、板状ゲート４０から注入されたモールドレジンは周囲のキャビティ３６内に充填され、キャビティ３６内の角部などに迅速に充填される。レンズ形状部３４が１つである場合、従来の製法であっても製造できるが、本実施形態のモールド装置４２を用いれば、ボイドやバブルの発生はなく、しかも製造速度を大幅に向上させることができる。
【００２５】
また、本発明は凸レンズを３個以上備えた形態の光半導体装置の成形についても適用することができる。たとえば、図７に示すように、下型キャビティに３つのレンズ形状部３４を備えたキャビティ４４に、それぞれのレンズ形状部３４に対応させて配設されたレンズ部用ゲート３８と、レンズ部用ゲート３８とレンズ部用ゲート３８との間に板状ゲート４０を備えてモールド装置４６を構成することも可能である。ここで、レンズ部用ゲート３８と板状ゲート４０の構成は、前述の形態と同様である。したがって、レンズ部用ゲート３８から注入されたモールドレジンはキャビティ４４内のレンズ形状部３４に直接充填されるとともに、板状ゲート４０から注入されたモールドレジンは周囲のキャビティ４４内に充填され、キャビティ４４内の角部などに迅速に充填される。本実施形態のモールド装置４６を用いれば、レンズ形状部３４にボイドやバブルの発生はなく、さらにウェルドラインが発生することもない。
【００２６】
次に、図８に示すように、板状ゲート４８からキャビティ１２内に注入されるモールドレジンの流入方向がレンズ形状部２２に対して異なる方向、すなわち水平方向に対して上方向になるように、板状ゲート４８を傾斜させることも好ましい。高圧で注入されたモールドレジンはキャビティ１２内で開放されて四方に広がるが、重力で下方向へ流れ易く、しかもレンズ部用ゲートから注入されるモールドレジンはレンズ形状部２２方向へ流れるようにされているため、キャビティ１２の上部がモールドレジンにより充填され難い。このため、板状ゲート４８からのモールドレジンの注入方向をレンズ形状部２２の方向とは異なる方向、すなわち水平方向に対して上方向にすることにより、キャビティ１２内にモールドレジンを迅速に充填することができる。
【００２７】
また同様に、図９に示すように、板状ゲート５０の内壁である底面を傾斜させて、その板状ゲート５０から注入されるモールドレジンの流れの方向がレンズ形状部２２の方向とは異なる方向になるように構成することも可能である。この実施形態においても、前述と同様の効果が得られる。
【００２８】
次に、上述の実施形態はいずれも、レンズ部用ゲートと板状ゲートとは、モールドレジンが流れる内部で連続的に繋がった状態で構成されているが、分離することも可能である。
【００２９】
たとえば、図１０に示すように、レンズ部用ゲート５２と板状ゲート５４とを分離するとともに両者を比較的接近させて配置して、モールド装置５６を構成することも可能である。レンズ部用ゲート５２及び板状ゲート５４からキャビティ１２内に注入されたモールドレジンは、高圧状態から圧力ゼロに一気に開放されることになる。その結果、モールドレジンは四方に広がり、それぞれのゲート５２，５４から出たモールドレジンは互いに接触し、且つ融合して一体になる。このため、レンズ部用ゲート５２から出たモールドレジンと、板状ゲート５４から出たモールドレジンとの間に、ウェルドラインが発生することはない。このように、レンズ部用ゲート５２と板状ゲート５４とを分離して構成することにより、それぞれの設計と製作が容易になる。
【００３０】
さらに、レンズ部用ゲートと板状ゲートとの間だけでなく、図１１に示すように、板状ゲート５８を複数に分割して、複数の分割板状ゲート６０により構成することも可能である。本実施形態においても、個々の分割板状ゲート６０からキャビティ１２内に注入されたモールドレジンは、高圧から開放されて四方に広がり、隣り合う分割板状ゲート６０から注入されたモールドレジンと接触して融合し、一体となって全体として連続したモールドレジンが得られる。また、レンズ部用ゲート５２とそれに隣り合う分割板状ゲート６０からキャビティ１２に注入されたモールドレジンも同様に、一体となって全体として連続したモールドレジンが得られる。
【００３１】
以上、本発明に係るモールド装置とモールディング方法について、図面に基づいて説明したが、本発明は図示した例示に限定されるものではない。たとえば、上述の各実施形態を適宜組み合わせて実施することも可能であり、何ら限定されない。
【００３２】
また、本発明では上型と下型とにより挟持されたリードピン２６とリードピン２６との間の間隙より空気抜きを行っているが、間隙の代わりにキャビティ１２にエアベントと呼ばれる浅い溝を設けて、そこから空気抜きを行っても良い。
【００３３】
更に、本発明の実施形態を、ＩｒＤＡモジュ−ルに使用される光半導体装置を例にして説明したが、本発明はレンズ形状部だけでなく、局部的に凸状部を有する成形品を成形するモールド装置であれば、特に限定されるものではない。したがって、本発明は、成形品の凸状部を成形する凹陥部を含むキャビティにモールドレジンを注入する凹陥部用ゲートと、板状ゲートとを含んで構成される。キャビティあるいは凹陥部の形状は特に限定されるものではない。
【００３４】
また、本発明におけるモールド装置のランナの形状についてはどのような形状であってもよい。その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々なる改良，修正，変形を加えた態様で実施できるものである。
【００３５】
【発明の効果】
本発明のモールド装置及びモールディング方法によれば、レンズ形状部などの凹陥部を含むキャビティにモールドレジンを注入する凹陥部用ゲートと、それ以外の箇所にモールドレジンを注入する板状ゲートとを備え、同時にモールドレジンを注入することとしており、ボイド及びウェルドライン等の不良が発生することはない。したがって、得られたＩｒＤＡモジュールなどに使用された光半導体装置は、ボイドによる光学的特性の変化及びウェルドラインによるクラックが発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るモールド装置の１実施形態の要部を拡大して示す斜視図である。
【図２】図１に示すモールド装置の平面図である。
【図３】図１に示すモールド装置の作動を説明するための図であり、図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図１に示すモールド装置の作動を説明するための図であり、図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】本発明に係るモールド装置の他の実施形態の要部を拡大して示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。
【図６】本発明に係るモールド装置のさらに他の実施形態の要部を拡大して示す平面図である。
【図７】本発明に係るモールド装置のさらに他の実施形態の要部を拡大して示す平面図である。
【図８】本発明に係るモールド装置のさらに他の実施形態の要部を拡大して示す断面図である。
【図９】本発明に係るモールド装置のさらに他の実施形態の要部を拡大して示す断面図である。
【図１０】本発明に係るモールド装置のさらに他の実施形態の要部を拡大して示す平面図である。
【図１１】本発明に係るモールド装置のさらに他の実施形態の要部を拡大して示す平面図である。
【図１２】（ａ）及び（ｂ）はいずれも、２箇所のレンズ形状部に対してゲートを１箇所設けたときに生ずるボイドを示す要部平面図である。
【図１３】（ａ）及び（ｂ）はいずれも、２箇所のレンズ形状部に対してそれぞれにゲートを設けたときに生ずるウェルドラインを示す要部平面図である。
【図１４】（ａ）は２箇所のレンズ形状部に対して板状ゲ─トを設けた例を示す要部平面図であり、（ｂ）は板状ゲートの内面に傾斜を設けた例を示す要部断面図、（ｃ）は傾斜のない板状ゲートによりモールドレジンを注入する例を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１０，４２，４６，５６：モールド装置
１２，３６，４４：キャビティ
１４：ゲート
１６：ランナ
１８：上型キャビティ
２０：下型キャビティ
２２，３４：レンズ形状部
２４：光半導体素子
２６：リードピン
２８，４０，４８，５０，５４，５８：板状ゲート
３０，３２，３８，５２：レンズ部用ゲート
６０：分割板状ゲート
【発明の属する技術分野】
本発明は、モールド装置及びモールディング方法に関し、特にＩｒＤＡ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｄａｔａ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ：赤外線データ通信方式）モジュールに使用される光半導体装置を製造するためのモールド装置及びモールディング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯情報機器やノート型パソコン等に搭載して、無線（赤外線）データ通信を行うための装置であるＩｒＤＡモジュールには、赤外線を発信しあるいは受信する光半導体装置が使用されている。この光半導体装置はレンズ部を含み、モールドレジンでモールドされてパッケージングして使用されている。この光半導体装置をモールドするために、成形品の寸法精度の高いものが得られるモールド装置が使用されている。モールド装置は、金型によって構成されるキャビティにゲートからモールドレジンを注入して製品成形を行う装置である。このモールド装置のゲートは、キャビティに流れ込むモールドレジンの流量とキャビティ内の充填状態をコントロールするので、ゲートの形状や位置は製品成形の成功を大きく左右する。
【０００３】
すなわち、モールド装置のゲートの形状や位置がキャビティに対して好ましくない形状や位置であると、モールドレジンがキャビティに注入された時に、バブル（気泡）やボイド（空洞）がモールドレジン中に発生することがある。バブルやボイドがパッケージ中、特にレンズ部にあると、光半導体装置の赤外線を送受信する光学的特性に影響を与えてしまう。また、ウェルドライン（接合部ライン）が発生すると、製品の美観上の点から好ましくないだけでなく、クラック（亀裂）の原因になる。この欠陥をなくすために、種々のゲートの配置が考えられている。
【０００４】
たとえば図１２（ａ）、（ｂ）は、キャビティ１００の片側にのみゲート１０２を設けた例である。これらの場合、１つのゲート１０２からモールドレジンが注入され、キャビティ１００内を順にモールドレジンが空気を巻き込むことなく流れ、モールドレジンによってキャビティ１００を充填していくことができれば、欠陥のない成形品が得られることになる。したがって、どちらの場合も先にゲート１０２に近いほうのレンズ形状部１０４にモールドレジンが注入されるので、ゲート１０２に近いほうのレンズ形状部１０４には不良の発生が少ない。しかし、ゲート１０２から遠いほうのレンズ形状部１０６は、モールドレジンの流れによって空気を巻き込みボイド１０８が発生し易いと言う課題があった。
【０００５】
また、図１３（ａ）、（ｂ）はキャビティ１００の両側にゲート１１２を設けた例である。これらは、２つのレンズ形状部１１０に対して、それぞれ１つずつのゲート１１２が設けられている。したがって、モールドレジンが同時にレンズ形状部１１０に注入されるので、レンズ形状部１１０にボイドによる不良は発生し難い。しかし、モールドレジンが合流するレンズ形状部１１０とレンズ形状部１１０の間に、ウェルドライン１１４ができて、製品の美観上、好ましくないだけでなく、クラックの原因にもなると言う課題があった。
【０００６】
次に、図１４に示すように、キャビティ１００に板状のゲート１１６を設けることが考えられる。たとえば、ゲート１１６の縦断面の形状を同図（ｂ）に示すように、ゲート１１６の上面側に勾配を設け、注入されるモールドレジンの流れの向きをレンズ形状部１１０に向かうようにすることが考えられる。この場合、モールドレジンがレンズ形状部１１０に先に注入されるため、レンズ形状部１１０にはボイド等の不良が発生しない。しかし、キャビティ１００内に配設された光半導体素子１１８の下側から回り込んできたモールドレジンが反転させられる箇所、あるいは光半導体素子１１８の下側から回り込んできたモールドレジンと光半導体素子１１８の上側から注入されてきたモールドレジンがぶつかる箇所で、大きなボイド１２０が発生する。
【０００７】
また、同図（ｃ）にゲートの縦断面の形状を示すように、板状ゲート１１６の内面に勾配を設けないで、板状ゲート１１６からキャビティ１００内に真っ直ぐモールドレジンを注入するようにすることが考えられる。この場合、レンズ形状部１１０の上部に先にモールドレジンが注入されて、その後、レンズ形状部１１０にモールドレジンが注入されるので、レンズ形状部１１０にボイド１２２が発生しやすい。
【０００８】
すなわち、図１３に示すように、レンズ形状部１１０の１つ１つに対してゲート１１２を設けた場合、レンズ形状部１１０にはボイドがほとんど発生しないが、レンズ形状部１１０の間にウェルドライン１１４が発生すると言う課題があった。また、図１４に示すように、板状ゲート１１６を設けた場合、レンズ形状部１１０の間にはウェルドラインが発生しないが、ゲート１１６の縦断面の形状によってレンズ形状部１１０又は光半導体素子１１８の上部にボイド１２０，１２２が発生すると言う課題があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、光半導体素子をモールドレジンによりモールドしたとき、得られた成形品の中にボイドやバブルが入らず、且つウェルドラインの残らないモールド装置と、モールディング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】
そこで、本発明者は、モールド装置及びモールディング方法に関して鋭意研究を重ねた結果、本発明に至ったのである。本発明のモールド装置は、局部的に凸状部を有する成形品を成形する上型と下型を備えた金型によって形成されたキャビティと、該キャビティにモールドレジンを注入するゲートとを含むモールド装置であって、前記成形品の凸状部を含む箇所を成形する凹陥部を含むキャビティにモールドレジンを注入する凹陥部用ゲートと、前記成形品の凸状部のない箇所を成形するキャビティにモールドレジンを平板状に注入する板状ゲートとを含む。なお、キャビティへの注入口をゲート、ランナとキャビティの間の通路をサブランナと称する場合があるが、本明細書においては、両方を合わせてゲートと称する。
【００１１】
本発明のモールド装置によれば、凹陥部用ゲートからたとえばレンズ形状部などになる凹陥部を含む部分のキャビティにモールドレジンが注入されるとともに、板状ゲートから成形品の凸状部のない箇所すなわち凹陥部のない箇所のキャビティにモールドレジンが平板状に注入され、これら両ゲートからキャビティ内に注入されたモールドレジンは連続して繋がっている。したがって、凹陥部用ゲートから注入されたモールドレジンは、キャビティ内の凹陥部にまず流れ込んで、空気を巻き込んだりせずに成形品の凸状部を形成する。それとともに、凹陥部用ゲートから注入されたモールドレジンは、キャビティ内で加圧から開放されて広がり、凹陥部近傍のキャビティ内に充填される。他方、板状ゲートから注入されたモールドレジンは、同じくキャビティ内で加圧から開放されて広がり、キャビティ内に充填される。このとき、モールドレジンはキャビティ内に配設されている光半導体素子を上下から覆い、ボイドなどを生じさせずに充填される。また、凹陥部用ゲートから注入されるモールドレジンと、板状ゲートから注入されるモールドレジンとは一体的に連続しており、ウェルドラインなどが発生することはない。
【００１２】
また、本発明のモールド装置におけるモールディング方法は、上型と下型を備えた金型を合わせて形成したキャビティにゲートからモールドレジンを注入して、局部的に凸状部を有する成形品を成形するモールディング方法であって、前記成形品の凸状部を含む箇所を成形する凹陥部を含むキャビティに凹陥部用ゲートからモールドレジンを注入するステップと、前記成形品の凸状部のない箇所を成形するキャビティにモールドレジンを板状ゲートから注入するステップとが同時に行なわれる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るモールド装置及びモールディング方法の実施の形態について、図面に基づいて詳しく説明する。なお、図面において、モールド装置における金型などの外観は省略し、金型などによって構成されるキャビティとゲートとランナの形状を図示している。
【００１４】
図１は、本発明のモールド装置の１実施形態を示す斜視図である。モールド装置１０は上型と下型とから構成されるキャビティ１２と、そのキャビティ１２内にモールドレジンを注入するゲート１４と、そのゲート１４にモールドレジンを供給するランナ１６を備えて構成されている。本実施形態では、図２、図３及び図４に示すように、上型によって形成される上型キャビティ１８は直方体状をなし、他方の下型によって形成される下型キャビティ２０は直方体状をなすとともに、その底面の２ヶ所に球の一部をなす凹陥部すなわちレンズ形状部２２を備えている。
【００１５】
また、上型キャビティ１８と下型キャビティ２０との間には光半導体素子２４が配設されている。光半導体素子２４は、この光半導体素子２４から延び出す複数のリードピン２６が上型と下型との間に挟持されることによって、キャビティ１２内に支持されている。そして、上型と下型との間に挟持されたリードピン２６とリードピン２６との間に形成される図示しない隙間がキャビティ１２内の空気抜きとされる。なお、図中符号２７はボンディングワイヤである。光半導体素子２４として、たとえばフォトダイオード、ＬＥＤ（発光ダイオード）、信号送受信機用ＩＣ（ＡＳＩＣ ： ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）などを挙げることができる。
【００１６】
上型キャビティ１８と下型キャビティ２０との合わせ部には、モールドレジンをキャビティ１２内に注入するゲート１４が配設される。ゲート１４は、板状ゲート２８とその両側に配設されたレンズ部用ゲート３０とから構成されている。板状ゲート２８は、図４に示すように、キャビティ１２への開口部形状がスリット状をしていて、キャビティ１２内の広範囲の箇所にモールドレジンを均一且つ迅速に充填するように構成されている。また、板状ゲート２８から高圧で押し出されたモールドレジンは、キャビティ内で開放されて上下方向に広がり、キャビティ１２内の光半導体素子２４を覆うようにして充満させられる。
【００１７】
一方、レンズ部用ゲート３０は、図３に示すように、レンズ形状部２２に対向する位置にその開口部が設けられている。レンズ部用ゲート３０のキャビティ１２への開口部形状は四角形をし、レンズ部用ゲート３０を構成する内壁である天井面は傾斜させられている。レンズ部用ゲート３０内のモールドレジンは傾斜させられた天井面に沿うようにして流れ、レンズ部用ゲート３０から押し出されたモールドレジンはレンズ形状部２２に向かう流れを有し、レンズ形状部２２の表面を空気を除去しながら沿うようにして流れ、レンズ形状部２２がまずモールドレジンにより充填される。したがって、レンズ形状部２２にボイドやバブルが生ずることはない。また、高圧でレンズ部用ゲート３０から押し出されたモールドレジンは、キャビティ１２内で開放されて広がり、キャビティ１２内に配設されている光半導体素子２４を覆うようにして充満させられる。
【００１８】
また、この板状ゲート２８からのモールドレジンの充填と、レンズ部用ゲート３０からのモールドレジンの充填は同時に行なわれる。モールドレジンの充填に伴い、キャビティ１２内の空気は、前述したように上型と下型との間に挟持されたリードピン２６とリードピン２６との間に形成された隙間から迅速に排出され、空気がモールドレジン中に巻き込まれることはない。しかも、板状ゲート２８とレンズ部用ゲート３０は連続して繋がっているため、モールドレジンも繋がっている。したがって、成形品にウェルドラインが入ることはない。なお、モールドレジンの種類は、埋設される光半導体素子の光学的特性によって決定され、たとえば、赤外線を用いる場合は赤外線を透過し得る樹脂が用いられ、透明樹脂に限定されない。
【００１９】
ここで、レンズ部用ゲート３０の開口部（注入口）の大きさは、レンズ形状部２２の体積を加味して決定される。すなわち、板状ゲート２８とレンズ部用ゲート３０からキャビティ１２内に注入されるモールドレジンの速度は一定であるので、レンズ部用ゲート３０における単位幅当たりの流量を多くするため、レンズ部用ゲート３０の高さを板状ゲート２８の高さより高くされる。これら板状ゲート２８とレンズ部用ゲート３０のより具体的なサイズは、上型キャビティ１８、下型キャビティ２０及びレンズ形状部２２の体積と充填速度を考慮して決定される。
【００２０】
１例を示すと、本実施形態において、板状ゲート２８の高さは、０．０４ｍｍ〜０．６ｍｍであり、レンズ部用ゲート３０の高さは、０．２ｍｍ〜１ｍｍであるのが好ましい。また、ゲート１４（板状ゲート２８とレンズ部用ゲート３０を合わせたもの）の幅は、４〜１０ｍｍであり、１つのレンズ部用ゲート３０の幅は０．５〜２ｍｍであるのが好ましい。これに対応するキャビティのサイズは、図１乃至図４に示すキャビティ１２の形状において、直方体形状部が約（８〜１５）ｍｍ×約（３〜５）ｍｍ×約（２〜６）ｍｍであり、レンズ形状部が直径約（２〜５）ｍｍ、直方体形状部からの突出高さ約（１〜３）ｍｍである。直方体形状部の側面には、上型キャビティ１８と下型キャビティ２０のそれぞれに抜き勾配が形成されている。この数値は、発明者の経験より導かれたものである。
【００２１】
以上、本発明に係るモールド装置のゲート及びモールディング方法の１実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。なお、説明を要しない箇所には、共通の符号を付して説明を省略する。
【００２２】
たとえば、上述の実施形態ではレンズ部用ゲート３０は内面に傾斜した面を設けていたが、他の形態も可能である。一例として、図５に示すように、ストレート形状のレンズ部用ゲート３２を使用し、そのストレート形状のレンズ部用ゲート３２から注入されるモールドレジンの方向が下型キャビティ２０のレンズ形状部２２に向うように、レンズ部用ゲート３２を傾斜させて構成することも可能である。本実施形態においても前述と同様に、レンズ部用ゲート３２から下型キャビティ２０のレンズ形状部２２に直接モールドレジンが注入される。したがって、レンズ形状部２２の空気が追い出されるので、レンズ形状部２２にボイドはできない。
【００２３】
一方、板状ゲート２８は前述と同じ形状であり、金型の上型キャビティ１８及びキャビティ１２の中央部にモールドレジンが直接注入される。したがって、前述のモールドレジンの注入と同じように、モールドレジンは金型の上型キャビティ１８と下型キャビティ２０に同時に注入されるので、樹脂成形された製品にウェルドラインなどのような不良ができない。
【００２４】
次に、本発明は凸レンズを１個備えた形態の光半導体装置の成形についても適用することができる。すなわち、図６に示すように、下型キャビティに１つのレンズ形状部３４を備えたキャビティ３６に、レンズ部用ゲート３８とその両側に板状ゲート４０を備えてモールド装置４２は構成される。ここで、レンズ部用ゲート３８と板状ゲート４０の構成は、前述の形態と同様である。したがって、レンズ部用ゲート３８から注入されたモールドレジンはレンズ形状部３４に直接充填されるとともに、板状ゲート４０から注入されたモールドレジンは周囲のキャビティ３６内に充填され、キャビティ３６内の角部などに迅速に充填される。レンズ形状部３４が１つである場合、従来の製法であっても製造できるが、本実施形態のモールド装置４２を用いれば、ボイドやバブルの発生はなく、しかも製造速度を大幅に向上させることができる。
【００２５】
また、本発明は凸レンズを３個以上備えた形態の光半導体装置の成形についても適用することができる。たとえば、図７に示すように、下型キャビティに３つのレンズ形状部３４を備えたキャビティ４４に、それぞれのレンズ形状部３４に対応させて配設されたレンズ部用ゲート３８と、レンズ部用ゲート３８とレンズ部用ゲート３８との間に板状ゲート４０を備えてモールド装置４６を構成することも可能である。ここで、レンズ部用ゲート３８と板状ゲート４０の構成は、前述の形態と同様である。したがって、レンズ部用ゲート３８から注入されたモールドレジンはキャビティ４４内のレンズ形状部３４に直接充填されるとともに、板状ゲート４０から注入されたモールドレジンは周囲のキャビティ４４内に充填され、キャビティ４４内の角部などに迅速に充填される。本実施形態のモールド装置４６を用いれば、レンズ形状部３４にボイドやバブルの発生はなく、さらにウェルドラインが発生することもない。
【００２６】
次に、図８に示すように、板状ゲート４８からキャビティ１２内に注入されるモールドレジンの流入方向がレンズ形状部２２に対して異なる方向、すなわち水平方向に対して上方向になるように、板状ゲート４８を傾斜させることも好ましい。高圧で注入されたモールドレジンはキャビティ１２内で開放されて四方に広がるが、重力で下方向へ流れ易く、しかもレンズ部用ゲートから注入されるモールドレジンはレンズ形状部２２方向へ流れるようにされているため、キャビティ１２の上部がモールドレジンにより充填され難い。このため、板状ゲート４８からのモールドレジンの注入方向をレンズ形状部２２の方向とは異なる方向、すなわち水平方向に対して上方向にすることにより、キャビティ１２内にモールドレジンを迅速に充填することができる。
【００２７】
また同様に、図９に示すように、板状ゲート５０の内壁である底面を傾斜させて、その板状ゲート５０から注入されるモールドレジンの流れの方向がレンズ形状部２２の方向とは異なる方向になるように構成することも可能である。この実施形態においても、前述と同様の効果が得られる。
【００２８】
次に、上述の実施形態はいずれも、レンズ部用ゲートと板状ゲートとは、モールドレジンが流れる内部で連続的に繋がった状態で構成されているが、分離することも可能である。
【００２９】
たとえば、図１０に示すように、レンズ部用ゲート５２と板状ゲート５４とを分離するとともに両者を比較的接近させて配置して、モールド装置５６を構成することも可能である。レンズ部用ゲート５２及び板状ゲート５４からキャビティ１２内に注入されたモールドレジンは、高圧状態から圧力ゼロに一気に開放されることになる。その結果、モールドレジンは四方に広がり、それぞれのゲート５２，５４から出たモールドレジンは互いに接触し、且つ融合して一体になる。このため、レンズ部用ゲート５２から出たモールドレジンと、板状ゲート５４から出たモールドレジンとの間に、ウェルドラインが発生することはない。このように、レンズ部用ゲート５２と板状ゲート５４とを分離して構成することにより、それぞれの設計と製作が容易になる。
【００３０】
さらに、レンズ部用ゲートと板状ゲートとの間だけでなく、図１１に示すように、板状ゲート５８を複数に分割して、複数の分割板状ゲート６０により構成することも可能である。本実施形態においても、個々の分割板状ゲート６０からキャビティ１２内に注入されたモールドレジンは、高圧から開放されて四方に広がり、隣り合う分割板状ゲート６０から注入されたモールドレジンと接触して融合し、一体となって全体として連続したモールドレジンが得られる。また、レンズ部用ゲート５２とそれに隣り合う分割板状ゲート６０からキャビティ１２に注入されたモールドレジンも同様に、一体となって全体として連続したモールドレジンが得られる。
【００３１】
以上、本発明に係るモールド装置とモールディング方法について、図面に基づいて説明したが、本発明は図示した例示に限定されるものではない。たとえば、上述の各実施形態を適宜組み合わせて実施することも可能であり、何ら限定されない。
【００３２】
また、本発明では上型と下型とにより挟持されたリードピン２６とリードピン２６との間の間隙より空気抜きを行っているが、間隙の代わりにキャビティ１２にエアベントと呼ばれる浅い溝を設けて、そこから空気抜きを行っても良い。
【００３３】
更に、本発明の実施形態を、ＩｒＤＡモジュ−ルに使用される光半導体装置を例にして説明したが、本発明はレンズ形状部だけでなく、局部的に凸状部を有する成形品を成形するモールド装置であれば、特に限定されるものではない。したがって、本発明は、成形品の凸状部を成形する凹陥部を含むキャビティにモールドレジンを注入する凹陥部用ゲートと、板状ゲートとを含んで構成される。キャビティあるいは凹陥部の形状は特に限定されるものではない。
【００３４】
また、本発明におけるモールド装置のランナの形状についてはどのような形状であってもよい。その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々なる改良，修正，変形を加えた態様で実施できるものである。
【００３５】
【発明の効果】
本発明のモールド装置及びモールディング方法によれば、レンズ形状部などの凹陥部を含むキャビティにモールドレジンを注入する凹陥部用ゲートと、それ以外の箇所にモールドレジンを注入する板状ゲートとを備え、同時にモールドレジンを注入することとしており、ボイド及びウェルドライン等の不良が発生することはない。したがって、得られたＩｒＤＡモジュールなどに使用された光半導体装置は、ボイドによる光学的特性の変化及びウェルドラインによるクラックが発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るモールド装置の１実施形態の要部を拡大して示す斜視図である。
【図２】図１に示すモールド装置の平面図である。
【図３】図１に示すモールド装置の作動を説明するための図であり、図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図１に示すモールド装置の作動を説明するための図であり、図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】本発明に係るモールド装置の他の実施形態の要部を拡大して示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。
【図６】本発明に係るモールド装置のさらに他の実施形態の要部を拡大して示す平面図である。
【図７】本発明に係るモールド装置のさらに他の実施形態の要部を拡大して示す平面図である。
【図８】本発明に係るモールド装置のさらに他の実施形態の要部を拡大して示す断面図である。
【図９】本発明に係るモールド装置のさらに他の実施形態の要部を拡大して示す断面図である。
【図１０】本発明に係るモールド装置のさらに他の実施形態の要部を拡大して示す平面図である。
【図１１】本発明に係るモールド装置のさらに他の実施形態の要部を拡大して示す平面図である。
【図１２】（ａ）及び（ｂ）はいずれも、２箇所のレンズ形状部に対してゲートを１箇所設けたときに生ずるボイドを示す要部平面図である。
【図１３】（ａ）及び（ｂ）はいずれも、２箇所のレンズ形状部に対してそれぞれにゲートを設けたときに生ずるウェルドラインを示す要部平面図である。
【図１４】（ａ）は２箇所のレンズ形状部に対して板状ゲ─トを設けた例を示す要部平面図であり、（ｂ）は板状ゲートの内面に傾斜を設けた例を示す要部断面図、（ｃ）は傾斜のない板状ゲートによりモールドレジンを注入する例を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１０，４２，４６，５６：モールド装置
１２，３６，４４：キャビティ
１４：ゲート
１６：ランナ
１８：上型キャビティ
２０：下型キャビティ
２２，３４：レンズ形状部
２４：光半導体素子
２６：リードピン
２８，４０，４８，５０，５４，５８：板状ゲート
３０，３２，３８，５２：レンズ部用ゲート
６０：分割板状ゲート
Claims (15)
- 局部的に凸状部を有する成形品を成形する上型と下型を備えた金型によって形成されたキャビティと、該キャビティにモールドレジンを注入するゲートとを含むモールド装置であって、
前記成形品の凸状部を含む箇所を成形する凹陥部を含むキャビティにモールドレジンを注入する凹陥部用ゲートと、
前記成形品の凸状部のない箇所を成形するキャビティにモールドレジンを平板状に注入する板状ゲートと
を含むモールド装置。 - 前記凹陥部用ゲートが、該凹陥部用ゲートから注入されるモールドレジンがキャビティ内の凹陥部に向かうように、内面に傾斜した斜面を有する請求項１に記載のモールド装置。
- 前記凹陥部用ゲートが、該凹陥部用ゲートから注入されるモールドレジンがキャビティ内の凹陥部に向かうように、傾斜させられている請求項１に記載のモールド装置。
- 前記凹陥部用ゲートと板状ゲートが連続している請求項１に記載するモールド装置。
- 前記凹陥部用ゲートと板状ゲートが分離させられ且つ注入されたモールドレジンがキャビティ内で一体になる間隔で配設されている請求項１に記載するモールド装置。
- 前記板状ゲートが複数に分割されて分割板状ゲートから構成され、且つ分割板状ゲートから注入されたモールドレジンがキャビティ内で一体になる間隔で該分割板状ゲートが配設されている請求項１に記載するモールド装置。
- 前記板状ゲートが、該板状ゲートから注入されるモールドレジンがキャビティ内の凹陥部の方向に対して異なる方向に向かうように、内面に傾斜した斜面を有する請求項１に記載のモールド装置。
- 前記板状ゲートが、該板状ゲートから注入されるモールドレジンがキャビティ内の凹陥部の方向に対して異なる方向に向かうように、傾斜させられている請求項１に記載のモールド装置。
- 前記板状ゲートの注入口の高さが、前記凹陥部用ゲートの注入口の高さと比較して低い請求項１に記載するモ─ルド装置。
- 前記成形品が局部的に有する凸状部が凸レンズである請求項１に記載のモールド装置。
- 上型と下型を備えた金型を合わせて形成したキャビティにゲートからモールドレジンを注入して、局部的に凸状部を有する成形品を成形するモールディング方法であって、
前記成形品の凸状部を含む箇所を成形する凹陥部を含むキャビティに凹陥部用ゲートからモールドレジンを注入するステップと、
前記成形品の凸状部のない箇所を成形するキャビティに板状ゲートからモールドレジンを注入するステップと
が同時に行なわれるモールディング方法。 - 前記凹陥部用ゲートからモールドレジンを注入するステップにおけるゲートの単位幅当たりのモールドレジンの流量が、前記板状ゲートからモールドレジンを注入するステップにおけるゲートの単位幅当たりのモールドレジンの流量より多い請求項１１に記載のモールディング方法。
- 前記凹陥部用ゲートからモールドレジンを注入するステップが、凹陥部用ゲートからモールドレジンをキャビティの凹陥部に向かって注入するステップである請求項１１又は請求項１２に記載のモールディング方法。
- 前記板状ゲートからモールドレジンを注入するステップが、板状ゲートからモールドレジンをキャビティ内の凹陥部の方向に対して異なる方向に向かうように注入するステップである請求項１１又は請求項１２に記載のモールディング方法。
- 前記凹陥部用ゲートからモールドレジンを注入するステップにより注入されたモールドレジンと、前記板状ゲートからモールドレジンを注入するステップにより注入されたモールドレジンとは、少なくともキャビティ内に注入直後に連続している請求項１１又は請求項１２に記載のモールディング方法。
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