JP4606126B2 - 成型装置及び樹脂モールド方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般には、成型に係り、特に、被成型物の一部を露出した状態で残りを樹脂封止する成型方法に関する。

近年は、自動車や二輪車の普及に伴って、それらに使用される制御装置が安定して動作するだけでなく、比較的低コストで簡単かつ歩留まりよく製造することが要求されている。制御装置を安定して動作させるためには、水分や振動等に対して内部の電子部品や電子回路基板等を保護する必要があるので、制御装置は金型を利用して樹脂封止される。（例えば特許文献１を参照。）
制御装置は、基板と基板に実装された各種電子部品から構成され、電子部品にはコネクタを必要とする。コネクタは、ケーブル等の接続部材を介して外部の電子機器と接続されるため、樹脂封止の際には、コネクタの接続部を金型から露出する必要がある。即ち、金型は密閉されたキャビティを形成するのではなくキャビティに開口部を必要とする。そして、開口部からコネクタを部分的に露出すると共にコネクタ及び金型により密閉されたキャビティを形成する。従来は、例えば、開口部を有する金型の開口部に、基板のコネクタ部を係合して形成されたキャビティ空間に樹脂を導入していた。

しかし、コネクタの基板に対する実装精度は金型の製造精度よりも低いので、上型（開口部）とコネクタの位置合わせ精度は低い。この結果、上型を下降させるとコネクタと衝突し、コネクタを損傷するおそれがある。一方、上型の開口部とコネクタとの間にクリアランスを設けて位置合わせ誤差を吸収すればコネクタの損傷を防止することができるが、クリアランスにより樹脂が漏れ出し、金型に付着した樹脂を清掃する必要が発生する。

そこで、上型とコネクタとの間に弾性部材を配置し、弾性部材の変形によって位置合わせ誤差を吸収すると共に樹脂漏れを防止する方法が提案されている（例えば、特許文献２乃至３を参照のこと）。
特開平０７−２２７２２ 特開平１０−７６５２８ 特開２０００−２１０９８１

しかしながら、特許文献２乃至３の方法は、コネクタとモールド金型の当接する部位にコネクタを挟持する部品を設置する為に、モールド金型すなわち上型と下型に挟持部品取付溝を加工しなければならないという問題を有する。金型への微細加工はコストの増加を招く。また、弾性部材を使用したとしても、依然として、上型とコネクタが衝突してコネクタを破損するおそれがある。更に、コネクタは、基板から突出しているために搬送中に外部の部材と衝突して破損するおそれもある。このように、コネクタは破損するおそれが高く、歩留まりが低いという問題が存在する。

また、コネクタのキャビティ側面は面積が比較的大きい為、離型がしづらいという難点もある。

そこで、本発明は、被成型物を簡単且つ歩留まりよく、また、比較的低コストで樹脂封止する成型方法を提供することを例示的目的とする。

本発明の一側面としての成型装置は、キャビティに接続して被成型物の電子部品が配置されてこれを露出可能な開口部を有する樹脂モールド金型と、前記電子部品に装着可能なガイドブロックと、を有する成型装置であって、前記開口部は、樹脂封止時において、前記金型の外部から前記電子部品に装着されたガイドブロックによって覆われ、前記ガイドブロックには、前記開口部に接続し、前記キャビティのエアを排出するベントが設けられていることを特徴とする。
本発明の別の側面としての成型方法は、キャビティに接続して被成型物の電子部品が配置されてこれを露出可能な開口部を有する樹脂モールド金型を使用して前記被成型物を樹脂封止する成型方法であって、前記開口部に接続して前記キャビティのエアを排出するベントを有するガイドブロックを装着した前記電子部品が前記金型の外部に配置された状態で、前記開口部が前記金型の外部から前記電子部品に装着されたガイドブロックによって覆われるように前記被成型物を前記金型内に搬入するステップと、前記キャビティに樹脂を注入するステップとを有し、前記ベントを介して前記キャビティのエアを排出することを特徴とする。

上記成型装置およびそれを用いた成型方法によれば、電子部品（例えば、コネクタ）と金型とガイドブロックによって密閉されたキャビティを形成して樹脂の漏れ出しを防止する。ガイドブロックは、電子部品に装着されて、例えば、搬送中に電子部品の破損を防止する。更に、ガイドブロックはキャビティ開口部よりも大きく外側に位置する。このため、電子部品の成型の不要な個所は金型から力が加わらず破損しない。このように、電子部品の破損が防止されるので被成形物を樹脂封止する際の歩留まりは向上する。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明する。

本発明によれば、被成型物を簡単且つ歩留まりよく、また、比較的低コストで樹脂封止する成型方法を提供することができる。

まず、最初に被成型物３００について説明する。

被成型物３００は、所定の電気的動作を行なうとともに図１に示すように、基板３１０と、電子部品３１５とを有する。また、電子部品３１５には、コネクタ３５０が含まれる。ここで、図１は、被成型物３００の構成図であり、図１（ａ）は樹脂２００により樹脂封止後の被成型物３００の正面図であり、図１（ｂ）は樹脂封止後の被成型物３００の側面図であり、図１（ｃ）は樹脂封止後の上面図である。また、図１（ｄ）は樹脂封止前の被成型物３００の側面図であり、図１（ｅ）は樹脂封止前の被成型物３００の上面図であり、図１（ｆ）は樹脂封止前の被成型物３００の正面図である。被成型物３００は、他の部品と接続するためコネクタ３５０が基板３１０から突出して配置されている。また、被成型物３００は、本実施形態では、自動車や二輪車の制御回路として使用されるが、これに限定されずに様々な被成型物として使用することが可能である。

被成型物３００は、図１（ａ）に示すように、コネクタ３５０の周囲を樹脂封止して、水分や振動などからコネクタ３５０や電子部品３１５を保護する。

次に、図２乃至４を参照して、モールド金型の構成図について説明する。ここで、図２（ａ）は、上型１１０の平面図であり、図２（ｂ）は、下型１３０の平面図である。図３（ａ）は、被成型物３００が配置されていない上型１１０及び下型１３０を示す側面図であり、図３（ｂ）は、被成型物３００が配置された上型１１０及び下型１３０を示す側面図である。図４（ａ）は図２（ａ）における上型１１０のＡ−Ａ断面図であり、図４（ｂ）は図２（ｂ）における下型１３０のＢ−Ｂ断面図である。

下型１３０は、上型１１０と共同してキャビティ空間ＳＳを形成する。下型１３０は、２つの基板を樹脂封止するように基板の形状に基づいた凹部（基板載置部１３１）が２つ形成されている。また、下型１３０は、上述したように、上型１１０の下面の形状と対になっており、本実施形態では、矩形形状の面を有するとともに基板載置部１３１と、センターインサート１３４、ポット１３５、チェイス１７０を有する。下型１３０の中央は、ポット１３５が形成されている。

基板載置部１３１は、被成型物３００を載置する機能を有する。基板載置部１３１は、被成型物３００を固定するとともに段差１３２及び１３３を有しており、被成型物３００のズレを防ぎ、段差１３２の高さは基板３１０の厚みと略等しく設計される。基板載置部１３１は、被成型物３００の裏面３００ａと当接する。また、裏面３００ａの突出部分が基板載置部１３１に接触しないための凹型を有する基板載置部１３１であってもよい。基板載置部１３１は平面であるが、被成型物３００の背面には、半田などの突出部分が存在するので、ゴムやシリコンなどの弾性部材を基板載置部１３１に配置して突出部分を保護してもよい。
チェイス１７０は、下型１３０を固定する。チェイス１７０は、中央にポット１３５が貫通している。

ポット１３５は、中空円柱形状を有し、複数（本実施形態では、八個）から構成される。ポット１３５は、下型１３０の中央に直線的に配列されており、ポット１３５の中空部分に樹脂２００が導入される。樹脂２００は、例えば、エポキシ樹脂に無機質粉を混合した樹脂本材と、この樹脂本材を硬化させる硬化剤とを混合した熱硬化性の樹脂材から構成されている。この場合、本実施形態は、複数のポット１３５から構成されるマルチプランジャ金型であるが、単数の樹脂供給口１３５であるシングルプランジャ金型であってもよい。

上型１１０は、２つの基板を樹脂封止する為のキャビティＳＣが２つ形成されている。また、上型１１０は、下型１３０の上面の形状と対になっており、本実施形態では、矩形状のキャビティＳＣを有するとともにカル１１５、ゲート１１７を有している。ポット１３５より注入された樹脂２００は、カル１１５、ゲート１１７を通ってキャビティＳＣへ均等に流れ込むことができる。
更に、上型１１０は、図３（ａ）に示すように、金型側面に開口部１１３が形成されている。係る開口部１１３は、被成型物３００に実装されたコネクタ３５０などを露出させるために形成されている。また、上型１１０は、被成型物３００を配置すると図３（ｂ）のようになる。図３（ｂ）では、コネクタ３５０の接続部分だけを金型の外部に露出させている。本実施形態では、開口部１１３は、コネクタ３５０が的確に導入できるように、下部へ向かって末広がり形状となっている。

以下、図５を参照して、ガイドブロック１５０について説明する。ここで、図５（ａ）乃至（ｃ）は、それぞれガイドブロック１５０の上面図、側面図及び正面図である。

ガイドブロック１５０は、被成型物３００を挟み保護するとともに上型１１０と下型１３０とで形成されるキャビティ空間ＳＳを密閉する。これにより、樹脂２００が開口部１１３のクリアランスから漏れること防止して、不要な工程（例えば、金型に付着した樹脂を清掃する工程）などを減らし、スループットを向上させることが可能となる。また、弾性部材によって、注入する樹脂を塞き止める構造である特許文献２乃至３であると、耐久年数が短く、早期の交換を必要としてしまう。そのため、ランニングコストが高くなり、被成型物３００の製造コストも比較的高くなっていた。一方、本発明は、樹脂２００を塞き止める構造として、ガイドブロック１５０（金属もしくは硬質樹脂部材により形成されるものであればよい）を使用しているので、耐久年数を長くすることができ、ランニングコストを抑えることが可能となり、被成型物３００の製造コストも抑えることができる。

ガイドブロック１５０は、図５に示すように、左ガイドブロック１５１と、右ガイドブロック１５５とから構成される。左ガイドブロック１５１と右ガイドブロック１５５は、それぞれ対称形となっており、横方向のＵ字形状を有する。係るＵ字形状の内側には、弾性部材１５２及び１５６が形成されており、係るＵ字形状からの樹脂２００の漏れを防ぐとともにガイドブロック１５０とコネクタ３５０との間に生ずる傷を防ぐ働きがある。また、ガイドブロック１５１、１５５にはキャビティのエアを排出する為のベント１１９が設けてある。ベント１１９は深さ０.０２〜０.０３ｍｍの溝状であり、図示しない真空ポンプと連通している。なお、ベント１１９は、単数本であっても複数本であってもよい。係るＵ字形状の切欠部は、コネクタ３５０のサイズ及び形状に基づいて決定される。また、ガイドブロック１５０は、上型１１０及び下型１３０と独立しているため、交換及び補修が容易である。そのため、ランニングコストを抑えることができ、被成型物の製造コストも抑制することができる。

更に、ガイドブロック１５０は、上型１１０の開口部１１３の開口面積よりも大きく作られている。このため、電子部品３５０と接触しながら金型をクランプする従来技術とは異なり、本発明の成型方法１０００で製造される電子部品は密閉されたキャビティを形成する際に金型から力が加わらず破損しない。このように、電子部品の破損が防止されるので被成型物３００を樹脂封止する際の歩留まりを向上する。

以下、図６及び図７、図８を参照して、ガイドブロック１５０の別の実施形態であるガイドブロック１５０Ａ及び１５０Ｂ、１５０Ｃについて説明する。ここで、図６は、ガイドブロック１５０の別の実施形態であるガイドブロック１５０Ａ、図７、図８は、ガイドブロック１５０の別の実施形態であるガイドブロック１５０Ｂ、１５０Ｃを示す構成図である。

ガイドブロック１５０Ａは、ガイドブロック１５０と同様に、被成型物３００を保護するととともに上型１１０と下型１３０とで形成されるキャビティ空間ＳＳを密閉する。ガイドブロック１５０Ａは、図６に示すように、上ガイドブロック１５１Ａと、下ガイドブロック１５５Ａとから構成される。上ガイドブロック１５１Ａと下ガイドブロック１５５Ａは、それぞれ対称形となっており、縦方向のＵ字形状を有する。係るＵ字形状の内側には、弾性部材１５２Ａ及び１５６Ａが形成されており、係るＵ字形状からの樹脂２００の漏れを防ぐとともにガイドブロック１５０Ａとコネクタ３５０との間に生ずる傷を防ぐ働きがある。係るＵ字形状の切欠部は、コネクタ３５０のサイズ及び形状に基づいて決定される。
ガイドブロック１５０Ｂは、図７に示すように、中空四角形の形状であり、係る中心の内側には、弾性部材１５２Ｂが形成されている。

ガイドブロック１５０Ｃは、図８に示すように、ガイドブロック１５１Ｃと１５５Ｃで構成される。ガイドブロック１５１Ｃとガイドブロック１５５Ｃは、ガイドブロック１５０Ｂを対角線に分割した形状をしている。ガイドブロック１５１Ｃとガイドブロック１５５Ｃの内側には弾性部材１５２Ｃ、１５６Ｃが形成されている。

ガイドブロックのキャビティ空間ＳＳと対向する面には、ＰＴＦＥ等の離型をよくするコーティングを施す事により、金型開放時、ガイドブロックと樹脂との接着が容易に外れ、ガイドブロックにかかる負担を減らすことができる。

以下、図１１を参照して、本発明の一実施例としての金型を利用した成形方法１０００について説明する。ここで、図１１は、成型方法１０００を示すフローチャートである。

まず、前記電子部品を保護するガイドブロックを前記電子部品に装着する。つまり、被成型物３００のコネクタ３５０にガイドブロック１５０を取り付ける（ステップ１００２）。この場合、ガイドブロック１５０は、ガイドブロック１５０、１５０Ａ及び１５０Ｂ及び１５０Ｃのいずれの実施形態を使用してもよい。尚、ガイドブロック１５０の取り付けは、自動制御または手動で行う。ガイドブロック１５０がコネクタ３５０に取り付けられることで、搬送中に衝突して、形状の変形又は部材の破損などの可能性を低減することができる。それにより、生産性を向上させることができる。

次にガイドブロック１５０を取り付けられた被成型物３００を下型１３０に載置する（ステップ１００４）。この場合、被成型物３００は、段差１３２及び１３３によって位置決めされる。

次に、上型１１０と下型１３０をクランプさせて、下型１３０と、上型１１０と、ガイドブロック１５０とでキャビティ空間ＳＳを形成する。（ステップ１００６）（図９参照）。

次にキャビティ空間ＳＳを真空引きする（ステップ１００８）。この場合、図示しない真空ポンプを使用して、ベント１１９を介してキャビティ内の空気を排気する。

次に、前記ガイドブロックと前記金型と前記電子部品とによって密閉されたキャビティに樹脂を注入する。つまり、キャビティ空間ＳＳにポット、カル、ゲートを介して樹脂２００を流し込み、樹脂２００を固化させて被成型物３００を樹脂封止する（ステップ１０１０）。この場合、図９に示すように、樹脂２００をポット１３５に配置し、図１０に示すように、樹脂２００をキャビティ空間ＳＳへ流し込んでいき、空隙を生じさせずに充填させることができる。ここでは、ガイドブロック１５０があるため、樹脂２００がクリアランスから漏れ出すことがない。

これにより、樹脂２００がクリアランスからの漏れを防止して、不要な工程（例えば、金型に付着した樹脂を清掃する工程）などを減らし、スループットを向上させることが可能となる。

次に、上型１１０と下型１３０を開放させて、樹脂封止された被成型物３００をゲート１１７から分割し、搬送する（ステップ１０１２）。この場合、ガイドブロック１５０は取り付けられたまま、搬送される。それによって、搬送中に衝突して、形状の変形又は部材の破損などの可能性を低減することができる。その結果、生産性を向上させることができる。また、被成型物３００を分割する場合にガイドブロック１５０を取り外して、次の被成型物３００に使用することも可能である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことは言うまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

図１１の成型方法によって製造された電子部品を示す概略構成図である。 上型の概略底面図と、下型の概略上面図である。 図２に示す成型装置の上型、下型及びコネクタを示す概略側面図である。 図２に示す成型装置の上型及び下型Ａ−Ａ及びＢ−Ｂを示す概略断面図である。 ガイドブロックを示す概略構成図である。 図５に示すガイドブロックの別の実施形態を示す概略構成図である。 図５に示すガイドブロックの別の実施形態を示す概略構成図である。 図５に示すガイドブロックの別の実施形態を示す概略構成図である。 図１１の成型方法を示す概略構成図である。 図１１の成型方法を示す概略構成図である。 成型方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１１０ 上型
１１３ 開口部
１１５ カル
１１７ ゲート
１１９ ベント
１３０ 下型
１３１ 基板載置部
１３２、１３３ 段差
１３４ センターインサート
１３５ ポット
１５０ ガイドブロック
１７０ チェイス
２００ 樹脂
３００ 被成型物
３１０ 基板
３１５ 電子部品
３５０ コネクタ
ＳＣ キャビティ
ＳＳ キャビティ空間

Claims (2)

1. キャビティに接続して被成型物の電子部品が配置されてこれを露出可能な開口部を有する樹脂モールド金型と、
   前記電子部品に装着可能なガイドブロックと、
   を有する成型装置であって、
   前記開口部は、樹脂封止時において、前記金型の外部から前記電子部品に装着されたガイドブロックによって覆われ、
   前記ガイドブロックには、前記開口部に接続し、前記キャビティのエアを排出するベントが設けられていることを特徴とする成型装置。
2. キャビティに接続して被成型物の電子部品が配置されてこれを露出可能な開口部を有する樹脂モールド金型を使用して前記被成型物を樹脂封止する成型方法であって、
   前記開口部に接続して前記キャビティのエアを排出するベントを有するガイドブロックを装着した前記電子部品が前記金型の外部に配置された状態で、前記開口部が前記金型の外部から前記電子部品に装着されたガイドブロックによって覆われるように前記被成型物を前記金型内に搬入するステップと、
   前記キャビティに樹脂を注入するステップとを有し、
   前記ベントを介して前記キャビティのエアを排出することを特徴とする成型方法。