KR100923623B1 - 저밀착성 재료, 수지 성형틀 및 방오성 재료 - Google Patents
저밀착성 재료, 수지 성형틀 및 방오성 재료Info
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Abstract
상형(1)은, 캐비티(4)의 내저면(5)을 구성하는 캐비티 부재(6)와, 주변 부재(7)를 갖는다. 캐비티 부재(6)는, 본 발명에 관한 저밀착성 재료로서, 본체부(8)와 본체부(8)의 면중 유동성 수지가 접촉하는 하면(9)에 형성된 표면층(10)에 의해 구성된다. 본체부(8)는, 3YSZ로 이루어지는 제 1의 재료와 ZrN으로 이루어지는 제 2의 재료로 소정의 비율로 구성된다. 표면층(10)은, 경화 수지에 대한 저밀착성을 갖는 Y2O3로 구성되고, 그 열팽창계수는 본체부(8)보다 더 작다. 본체부(8)와 표면층(10)이 고온하에서 접합된 후에 냉각됨에 의해, 열팽창계수의 차에 기인하여 표면층(10)에서 압축잔류응력이 발생하고, 그 압축잔류응력이 표면층(10)에 존재하고 있다.
Description
본 발명은, 염기성을 갖는 물질에 대해 낮은 밀착성을 갖는 재료, 즉 저밀착성 재료와, 그 저밀착성 재료에 의해 적어도 형면의 일부가 구성된 수지 성형틀과, 유기물로 이루어지는 오물의 부착을 방지하는 기능을 갖는 방오성(防汚性) 재료에 관한 것이다.
종래의 수지 밀봉 성형에서는, 트랜스퍼 성형법 또는 사출 성형법이 이용되고 있다. 트랜스퍼 성형법 또는 사출 성형법에서는, 수지 성형용의 금형에 각각 마련된 수지 유로와 캐비티가 사용된다. 또한, 수지 유로를 경유하여 캐비티에 유동성 수지가 충전된다. 충전된 유동성 수지는 경화하여, 경화 수지가 형성된다. 그로 인해, 경화 수지를 갖는 성형체가 완성된다. 또한, 예를 들면, 유동성 수지로서 에폭시 수지 등의 열경화성 수지가 사용되고 있음과 함께, 금형 재료로서 공구강 등의 강계(鋼系) 재료나 초경합금(WC-Co계 합금) 등이 사용되고 있다. 이 경우에는, 용이하게 성형체를 취출할 수 있도록, 경화 수지와 금형의 표면(형면) 사이의 밀착성을 저하시키는, 환언하면, 경화 수지와 형면 사이의 이형성을 향상시키는 것이 바람직하다.
그런데, 본 출원의 발명자들은, 공기중에서 안정한 소결체인 Y2O3(이트리아)가 에폭시 수지에 대한 저밀착성을 갖는 것을 발견하였다. 여기서 말하는 저밀착성이란, 「종래의 금형 재료인 강계 재료나 초경합금 등과 에폭시 수지로 대표되는 염기성을 갖는 물질 사이의 밀착성의 비교에서, 밀착성이 낮은 것」을 의미한다. 그리고, 본 출원의 발명자들에 의해, Y2O3 등의 산화물(염기성 산화물)을 사용하여 형면 또는 수지 성형틀을 구성하는 것이 제안되어 있다(일본 특개2005-274478호 공보의 제 8 내지 9페이지 및 도 2 참조).
또한, 본 출원의 출원인들에 의한 다른 특허출원에서는, 수지 성형틀을 구성하는 저밀착성 재료로서, Y2O3 고용체, 이트리아 복합산화물(LaYO3), 및, Y2O3 고용체와 이트리아 복합산화물의 혼합물이 나타나 있다(일본 특원 2006-017335호). 이들의 기술에 의하면, 경화 수지에 대한 저밀착성 재료인 Y2O3 등의 염기성 산화물, Y2O3 고용체 등이, 형면을 구성하는 수지 성형틀용 재료에 포함된다. 따라서, 우수한 이형성을 갖는 수지 성형틀이 실현된다. 또한, 일본 특원2006-017335호에 개시되어 있는 발명은 아직 공개되지 않은 것이다.
그러나, 상술한 종래의 기술, 즉 Y2O3 등의 염기성 산화물, Y2O3 고용체 등(이하 「염기성 산화물 등」이라고 한다)을 포함하는 수지 성형틀용 재료를 사용하여 형면 또는 수지 성형틀을 구성하는 기술에 의하면, 다음 2가지의 문제가 있다.
제 1의 문제는, 수지 성형틀의 내마모성이 불충분하다는 것이다. 특히 큰 문제가 있다고 생각되는 경우는, 리드 프레임이나 프린트 기판 등(이하 「기판」이라고 한다)에 장착된 LSI(Large Scale Integration) 칩 등의 칩형상의 전자 부품(이하 「칩」이라고 한다)을 수지 밀봉하는 경우이다. 이 경우에는, 유동성 수지로서, 세라믹스로 이루어지는 필러를 함유하는 열경화성 수지(예를 들면, 에폭시 수지)가 사용된다. 이 필러에 의해, 수지 성형틀의 형면을 구성하는 염기성 산화물 등이 마모한다.
제 2의 문제는, 염기성 산화물 등은, 외부로부터 충격을 받으면 치핑이 발생하기 쉬운 것, 환언하면 내충격성이 낮다는 것이다. 따라서, 단지 저밀착성 재료인 염기성 산화물 등에 의해 형면 또는 수지 성형틀을 구성하는 기술에 의하면, 우수한 이형성을 갖는 수지 성형틀은 얻어지지만, 우수한 내마모성과 내충격성을 함께 구비한 수지 성형틀을 얻는 것은 곤란하였다.
특허문헌1 : 일본 특개2005-274478호 공보(제 8 내지 9페이지, 도 2)
도 1은 본 발명의 실시예 1에 관한 수지 성형틀을 도시하는 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 관한 저밀착성 재료를 제조하는 공정을 도시하는 흐름도.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 관한 저밀착성 재료에서의 표면층의 두께와 그 저밀착성 재료의 파괴인성치와의 관계를 도시하는 설명도.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 관한 수지 성형틀을 도시하는 단면도.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
1 : 상형(수지 성형틀) 2 : 하형
3 : 수지 유로 4 : 캐비티
5 : 내저면 6 : 캐비티 부재(저밀착성 재료)
7 : 주변 부재 8, 15 : 본체부
9, 16 하면 10, 17 : 표면층
11 : 기판 12 : 칩
13 : 와이어 14 : 상형(저밀착성 재료, 수지 성형틀)
18 : 형면
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 우수한 내마모성과 내충격성을 함께 구비한 저밀착성 재료 또는 방오성 재료를 얻는 것, 및, 우수한 이형성에 더하여 우수한 내마모성과 내충격성을 함께 구비한 수지 성형틀을 얻는 것이 곤란하다는 점이다.
과제를 해결하기 위한 수단
과제를 해결하기 위한 수단을 설명하기 전에, 마모에 관해 설명한다. 여기서 말하는 마모는 에로전 마모이다. 그리고, 문헌(S.Srinivasan and R.O.Scattergood, R curve effects in solid particle erosion of ceramics, Wear, 142(1991) 115.)에 의하면, 이 에로전 마모는, 재료 경도(H), 파괴인성치(破壞靷性値)(KIC)의 증가에 수반하여 저하한다고 되어 있다(동 문헌의 P.117, TABLE 1에 기재된 식을 참조). 따라서 일반적으로, 취성(脆性) 재료에서, 경질(硬質) 입자에 대한 내마모성을 향상시키기 위해서는, 파괴인성치를 증대시키는 것이 유효하다고 할 수 있다. 또한, 취성 재료에서 내충격성을 향상시키기 위해서도, 파괴인성치를 증대시키는 것이 유효하다. 이들의 것을 감안하여, 본 발명의 발명자들은, 다음과 같은 발명을 하였다.
상술한 과제를 해결하는 것을 목적으로 하여, 본 발명에 관한 저밀착성 재료는, 염기성을 갖는 물질에 대한 저밀착성을 갖는 저밀착성 재료로서, 본체부와, 본체부에서의 표면의 적어도 일부에 형성된 표면층을 구비한다. 표면층은 염기성을 갖는 물질에 대한 저밀착성과 본체부보다 더 작은 열팽창계수를 갖는 재료로 이루어진다. 고온하에서 본체부에 표면층이 형성되어 있다. 본체부와 표면층이 냉각됨에 의해 표면층에서 압축잔류응력이 발생하고, 그 결과, 그 압축잔류응력이 표면층에 존재하고 있다.
또한, 본 발명에 관한 저밀착성 재료에서는, 표면층이 Y2O3, Y2O3 고용체, 및 이트리아 복합산화물의 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 저밀착성 재료에서는, 본체부가, ZrO2를 주성분으로 하고 Y2O3나 CeO2 등을 포함하는 ZrO2계 재료로 이루어지는 제 1의 재료와, 해당 제 1의 재료보다 더 작은 열팽창계수를 갖는 제 2의 재료를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 저밀착성 재료에서는, 본체부가 도전성을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 수지 성형틀은, 캐비티에 충전된 유동성 수지를 경화시킴에 의해 염기성을 갖는 물질로 이루어지는 경화 수지를 형성하고 해당 경화 수지를 포함하는 성형체를 성형할 때에 사용된다. 또한, 수지 성형틀은, 유동성 수지가 접촉하는 형면의 적어도 일부에 겹치도록 마련된 본체부와, 유동성 수지가 접촉하는 형면의 적어도 일부를 구성하도록 본체부의 표면에 형성된 표면층을 구비하고 있다. 표면층은 경화 수지에 대한 저밀착성과 본체부보다 더 작은 열팽창계수를 갖는 재료로 이루어진다. 고온하에서 본체부에 표면층이 형성된다. 본체부와 표면층이 냉각됨에 의해 표면층에서 압축잔류응력이 발생하고, 그 결과, 그 압축잔류응력이 존재하고 있다.
또한, 본 발명에 관한 수지 성형틀에서는, 표면층이 Y2O3, Y2O3 고용체, 및 이트리아 복합산화물의 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 수지 성형틀에서는, 본체부가, ZrO2를 주성분으로 하여 Y2O3나 CeO2 등을 포함하는 ZrO2계 재료로 이루어지는 제 1의 재료와, 해당 제 1의 재료보다 더 작은 열팽창계수를 갖는 제 2의 재료를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 수지 성형틀에서는, 본체부가 도전성을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 저밀착성 재료는, 유기물로 이루어지는 오물의 부착을 방지하는 기능을 갖는 방오성 재료로서도 이용할 수 있는 것이다.
발명의 효과
본 발명에 관한 저밀착성 재료는, 본체부와, 본체부에서의 표면의 적어도 일부에 형성된 표면층을 구비한다. 또한, 그 표면층은, 염기성을 갖는 물질에 대한 저밀착성과 본체부보다 더 작은 열팽창계수를 갖는 재료에 의해 구성된다. 또한, 고온하에서 본체부에 표면층이 형성되고, 본체부와 표면층이 냉각됨에 의해 본체부와 표면층의 열팽창계수의 차에 기인하여 표면층에서 압축잔류응력이 발생하고, 그 압축잔류응력이 표면층에 존재하고 있다. 그리고, 표면층에서의 압축잔류응력의 존재에 의해 표면층에서의 파괴인성치가 증대한다고 생각된다. 따라서, 표면층에서의 파괴인성치가 증대함에 의해, 우수한 내마모성과 내충격성을 갖는 저밀착성 재료를 얻을 수 있다. 더하여, 이 저밀착성 재료에 의해 적어도 형면의 일부가 구성됨에 의해, 우수한 이형성과 내마모성과 내충격성을 갖는 수지 성형틀을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 염기성을 갖는 물질에 대한 저밀착성을 각각 갖는 Y2O3, Y2O3 고용체, 및, 이트리아 복합산화물의 적어도 어느 하나가, 상술한 저밀착성 재료의 표면층에 포함되어 있어도 좋다. 이 경우에는, Y2O3 등을 포함하고, 염기성을 갖는 물질에 대한 우수한 저밀착성과 내마모성과 내충격성을 갖는 저밀착성 재료를 얻을 수 있다. 더하여, 이 저밀착성 재료에 의해 적어도 형면의 일부가 구성됨에 의해, 우수한 이형성과 내마모성과 내충격성을 갖는 수지 성형틀을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 본체부에, ZrO2계 재료로 이루어지는 제 1의 재료와, 해당 제 1의 재료보다 더 작은 열팽창계수를 갖는 제 2의 재료가 포함된다. 그리고, 제 1의 재료와 제 2의 재료의 비율을 바꿈에 의해, 본체부와 표면층의 열팽창계수의 차를 바꿀 수 있다. 따라서 본체부와 표면층의 계면박리가 발생하지 않고, 또한, 표면층에서의 파괴인성치가 증대하도록, 본체부와 표면층의 열팽창계수의 차가 최적으로 정해진 저밀착성 재료를 얻을 수 있다. 더하여, 이 저밀착성 재료에 의해 적어도 형면의 일부가 구성됨에 의해, 우수한 이형성과 내마모성과 내충격성을 갖는 수지 성형틀을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 본체부는 도전성을 갖고 있는 경우에는, 본체부 자체가 발열함에 의해, 수지 성형틀에서의 캐비티의 내저면 및 형면을 효율적으로 가열할 수 있다. 이로써, 수지 성형틀을 가열하기 위한 에너지의 저감을 실현할 수 있다. 여기서, 본체부 자체를 발열시키는데는, 본체부에 전류를 공급하고, 또는, 전자유도에 의한 유도전류를 발생시켜서, 본체부를 자기(自己)발열시키면 좋다. 더하여, 본체부의 도전성을 이용하여, 본체부에 대해 방전(放電)가공에 의한 정밀 가공을 행할 수 있다.
이 발명의 상기 및 다른 목적, 특징, 국면 및 이점은, 첨부한 도면과 관련하여 이해되는 본 발명에 관한 다음의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.
발명을 실시하기
위한 최선의 형태
상형(1)은, 형면중 캐비티(4)의 내저면(5)을 구성하는 직육면체형상의 캐비티 부재(6)와, 캐비티 부재(6) 이외의 부분을 구성하는 주변 부재(7)를 갖는다. 이 캐비티 부재(6)는, 본 실시예에 관한 저밀착성 재료에 의해 구성되어 있고, 구체적으로는, 본체부(8)와, 그 본체부(8)의 표면중 유동성 수지가 접촉하는 측의 면인 하면(9)에 형성된 표면층(10)에 의해 구성되어 있다. 본체부(8)는, 3YSZ(3mol% Y2O3, 97mol% ZrO2)로 이루어지는 제 1의 재료와, 도전성을 갖는 ZrN으로 이루어지는 제 2의 재료로 소정의 비율로 구성되고, 열팽창계수는 10.5×10-6/℃이다. 표면층(10)은, 경화 수지에 대한 저밀착성을 갖는 Y2O3로 구성되고, 그 열팽창계수는 본체부(8)보다 작은 8.4×10-6/℃이다. 그리고, 본체부(8)와 표면층(10)이 고온하에서 접합된 후에 냉각됨에 의해, 본체부(8)와 표면층(10)의 열팽창계수의 차에 기인하여 표면층(10)에서 압축잔류응력이 발생하고, 그 압축잔류응력이 표면층(10)에 존재하고 있다.
실시예
1
본 발명의 실시예 1에 관한 수지 성형틀과 저밀착성 재료가, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된다. 이 저밀착성 재료는, 직육면체형상의 본체부와 그 본체부에서의 하나의 표면에 형성된 표면층으로 이루어지는 적층구조체이다.
도 1은 본 실시예에 관한 수지 성형틀을 도시하는 단면도이다. 도 2는 본 실시예에 관한 저밀착성 재료를 제조하는 공정을 도시하는 흐름도이다. 도 3은 본 실시예에 관한 저밀착성 재료에서의 표면층의 두께와 그 저밀착성 재료의 파괴인성치와의 관계를 도시하는 설명도이다.
이하에 도시되는 어느 도면에 대해서도, 알기 쉽게 하기 위해 과장하여 그려져 있다.
또한, 이하의 설명에서는, 수지 성형의 예로서 트랜스퍼 성형에 의해, 기판에 장착된 칩을 수지 밀봉하는 경우를 설명한다. 이 수지 밀봉에서는, 우선, 와이어에 의해 배선된 칩이 캐비티에 수용된다. 다음에, 수지 밀봉형이 닫힌 상태에서 캐비티에 유동성 수지가 충전된다. 그 후, 유동성 수지를 경화시켜서 경화 수지가 형성된다. 그로 인해, 기판과 경화 수지를 갖는 성형체(패키지)가 완성된다.
도 1에 도시되어 있는 상형(1)과 하형(2)은, 아울러서 수지 밀봉형을 구성한다. 또한, 상형(1)이, 본 실시예에 관한 수지 성형틀에 상당한다. 상형(1)에는, 유동성 수지(도시 생략)가 유동하는 수지 유로(3)와, 수지 유로(3)에 연통되고 유동성 수지가 충전되는 캐비티(4)가, 각각 오목부형상으로 마련되어 있다. 또한, 상형(1)은, 형면중 캐비티(4)의 내저면(5)을 구성하는 직육면체형상의 캐비티 부재(6)와, 캐비티 부재(6) 이외의 부분을 구성하는 주변 부재(7)를 갖는다.
이 캐비티 부재(6)는, 본 실시예에 관한 저밀착성 재료에 의해 구성되어 있고, 구체적으로는, 본체부(8)와, 그 본체부(8)의 표면중 유동성 수지가 접촉하는 하면(9)에 형성된 표면층(10)에 의해 구성되어 있다. 따라서, 수지 성형틀에서의 유동성 수지가 접촉하는 형면중 캐비티(4)의 내저면(5)에서는, 표면층(10)이 노출하여 있게 된다. 또한, 본체부(8)와 표면층(10)을 구성하는 재료는 후술된다.
하형(2)은, 통상의 수지 성형틀용 재료, 예를 들면, 공구강 등의 강계 재료나 초경합금 등에 의해 구성되어 있다. 하형(2)의 형면의 위에는 기판(11)이 재치되어 있다. 기판(11)의 위에는 칩(12)이 장착되고, 기판(11)과 칩(12)의 전극(모두 독시 생략)끼리가 와이어(13)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 하형(2)이, 일정한 기계적 특성을 갖는 세라믹스계 재료에 의해 구성되어도 좋다.
그리고, 본 실시예에 관한 저밀착성 재료로 이루어지는 캐비티 부재(6)의 본체부(8)와 표면층(10)을 각각 구성하는 재료가 설명된다. 우선, 본체부(8)는, 제 1의 재료와 그 제 1의 재료보다 더 작은 열팽창계수를 갖는 제 2의 재료를 포함하고 있다. 본 실시예에서는, 본체부(8)는, YSZ(Y2O3 함유 안정화 ZrO2)계 재료인 3YSZ(3mol% Y2O3, 97mol% ZrO2)로 이루어지는 제 1의 재료와, 도전성을 갖는 ZrN으로 이루어지는 제 2의 재료로부터 구성된다. 제 1의 재료와 제 2의 재료의 비율은 75vol% : 25vol%이다.
여기서, 3YSZ의 열팽창계수는 11.4×10-6/℃이고, ZrN의 열팽창계수는, 7.8×10-6/℃이다. 그리고, 상술한 비율로 3YSZ와 ZrN으로 구성되는 재료(본체부(8)를 구성하는 재료)의 열팽창계수는 10.5×10-6/℃이다. 또한, 제 1의 재료는, ZrO2를 주성분으로 하여 Y2O3나 CeO2 등을 포함하는 ZrO2계 재료라면 좋다. 또한, 제 2의 재료로서는, 제 1의 재료보다 더 작은 적당한 열팽창계수를 갖는 재료를 사용하면 좋고, 예를 들면, 도전성을 갖는 ZrB2 등이나 비도전성 재료를 사용할 수 있다.
캐비티 부재(6)에서, 본체부(8)가 전술한 바와 같이 구성되어 있는 이유는, 다음의 3가지이다. 첫째, 캐비티 부재(6)는, 수지 성형틀로서 필요한 일정한 기계적 특성을 갖고 있을 필요가 있기 때문이다. 여기서 말하는 기계적 특성이란, 예를 들면, 파괴강도, 파괴인성, 또는 내충격성 등을 의미한다. 둘째, 본체부(8)와 표면층(10)을 구성하는 재료끼리의 열팽창계수의 차를 작게 함과 함께, 본체부(8)의 열팽창계수를 표면층(10)의 열팽창계수보다 더 크게 하는 것이 필요하기 때문이다. 셋째, 본체부(8)는 소정의 도전성을 갖고 있는 것이 바람직하기 때문이다.
또한, 캐비티 부재(6)에서는, 표면층(10)은, Y2O3, Y2O3 고용체, 및 이트리아 복합산화물중의 적어도 어느 하나를 포함하고 있다. 이로써, 표면층(10)은, 경화 수지에 대한 저밀착성을 갖는다. 본 실시예에서는, 표면층(10)은 Y2O3로 구성된다. 고온 프로세스, 즉 고온하에서 처리되는 프로세스에 의해, 표면층(10)은, 본체부(8)의 표면(도에서는 하면(9))에 접합하도록 하여 형성되어 있다.
여기서, Y2O3의 열팽창계수는, 8.4×10-6/℃이고, 본체부(8)의 열팽창계수(10.5×10-6/℃)보다 더 작다. 또한, 고온 프로세스에서의 처리 온도는, 상술한 본체부(8)와 표면층(10)이 접합 후에 냉각됨에 의해, 그들의 열팽창계수의 차에 의거하여 표면층(10)에 어느 정도의 크기의 압축잔류응력이 발생하는 정도의 온도이다.
상술한 캐비티 부재(6)를 갖는 상형(1)은, 다음 4가지의 특징을 갖고 있다. 제 1의 특징은, 도전성과 일정한 기계적 강도를 갖는 본체부(8)의 표면에 고온하에서 접합된 표면층(10)이 마련되고, 그 표면층(10)의 열팽창계수(8.4×10-6/℃)는 본체부(8)의 열팽창계수(10.5×10-6/℃)보다 작은 것이다.
그리고, 본체부(8)와 표면층(10)이 고온하에서 접합된 후에 냉각됨에 의해, 본체부(8)와 표면층(10)의 열팽창계수의 차에 기인하여 표면층(10)에서 압축잔류응력이 발생하고, 그 압축잔류응력이 표면층(10)에 존재하고 있다. 이 압축잔류응력이 표면층(10)에 존재함에 의해 표면층(10)의 파괴인성치가 증대한다고 생각된다. 따라서, 우수한 내마모성과 내충격성을 갖는 저밀착성 재료에 의해 구성된 수지 성형틀을 얻을 수 있다.
제 2의 특징은, 표면층(10)이 경화 수지에 대한 저밀착성을 갖는 재료인 Y2O3로 구성되어 있는 것이다. 이로써, 우수한 이형성을 갖는 저밀착성 재료에 의해 구성된 수지 성형틀을 얻을 수 있다.
제 3의 특징은, 본체부(8)가, 각각 열팽창계수가 11.4×10-6/℃인 3YSZ(제 1의 재료)와, 7.8×10-6/℃인 ZrN(제 2의 재료)으로 구성되어 있고, 이들의 재료가 일정한 비율로 되어 있는 것이다.
이로써, 본체부(8)의 열팽창계수(10.5×10-6/℃)는, 표면층(10)의 열팽창계수(8.4×10-6/℃)보다 더 크며 또한 표면층(10)의 열팽창계수(8.4×10-6/℃)에 가까운 적당한 값으로 되어 있다. 본체부(8)와 표면층(10)의 열팽창계수의 이와 같은 조합에 의해, 본체부(8)와 표면층(10)을 고온하에서 접합할 때에 계면박리가 발생하는 것이 방지된다. 따라서, 본체부(8)와 표면층(10) 사이에서 계면박리가 발생하지 않는 저밀착성 재료와, 그 저밀착성 재료로 구성된 수지 성형틀을 얻을 수 있다.
제 4의 특징은, 본체부(8)가, 도전성을 갖는 것이다. 이로써, 본체부(8)에 전류를 공급하고, 또는, 전자유도에 의한 유도전류를 발생시켜서, 본체부(8)를 자기발열시킬 수 있다. 따라서, 본체부(8) 자체가 발열함에 의해, 수지 성형틀(1)에서의 캐비티(4)의 내저면(5)을 효율적으로 가열할 수 있다.
이로써, 수지 성형틀(1)을 가열할 때의 에너지 절약화가 가능해진다. 또한, 본체부(8)의 도전성을 이용하여, 필요에 따라 본체부(8)에 대해 방전가공에 의한 정밀 가공을 행할 수 있다.
도 1에 도시된 수지 성형틀의 동작이 설명된다. 우선, 하형(2)의 위에 위치 결정되고 기판(11)이 배치되고, 흡착 등의 방법에 의해 기판(11)이 하형(2)에 고정된다. 다음에, 상형(1)을 하강시켜서 상형과 하형(2)이 닫힌다. 다음에, 플런저(도시 생략)를 사용하여 열경화성 수지로 이루어지고 일정한 점성을 갖는 유동성 수지(도시 생략)를 가압함에 의해, 수지 유로(3)를 경유하여 캐비티(4)에 유동성 수지가 충전된다.
다음에, 상형(1)과 하형(2)에 마련된 히터(도시 생략)를 사용하여, 유동성 수지를 가열하고 이것을 경화시킴에 의해, 경화 수지가 형성된다. 이 공정에서는, 도전성을 갖는 본체부(8)에 전류를 공급하고, 또는, 전자유도에 의한 유도전류를 발생시켜서, 본체부(8)를 자기발열시켜도 좋다. 다음에, 상형(1)을 상승시켜서 상형(1)과 하형(2)를 열고, 경화 수지에 의해 기판(11)과 칩(12)과 와이어(13)가 일체적으로 밀봉된 성형체가 상형(1)으로부터 분리된다. 이 공정에서, 경화 수지에 대한 저밀착성을 갖는 재료인 Y2O3로 구성되어 있는 표면층(10)으로부터 경화 수지가 용이하게 분리된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 우수한 저밀착성과 내마모성과 내충격성을 갖는 저밀착성 재료를 얻을 수 있다. 또한, 그 저밀착성 재료에 의해 구성되고 우수한 이형성을 갖는 수지 성형틀을 얻을 수 있다.
본 실시예에 관한 저밀착성 재료와 수지 성형틀은 다음과 같은 방법에 의해 제조된다. 우선, 도 2에 도시하는 바와 같이, 공정 S1에서, 본체부(8)의 재료인 3YSZ와 ZrN의 분말이 소정의 비율로 조합된다. 다음에, 공정 S2에서, 조합된 분말에 대해 볼밀 혼합이 행하여진다. 다음에, 공정 S3에서, 볼밀 혼합된 재료를 건조시켜 체에 처진다. 다음에, 공정 S4에서, 가(假)성형을 행함에 의해 직육면체형상의 부재(도 1의 본체부(8)에 상당)가 완성된다.
또한, 상술한 직육면체형상의 부재의 제작과는 별도로, 우선, 도 2에 도시하는 바와 같이, 공정 S5에서, 표면층(10)의 재료인 Y2O3의 분말이, 필요한 양만큼 준비된다. 다음에, 공정 S6에서, Y2O3의 분말을 가성형하여, 박판형상의 부재가 제작된다.
다음에, 각각 가성형된 직육면체형상의 부재와 Y2O3로 이루어지는 박판형상의 부재를 핫프레스에 의해 적층화되고, 적층구조체가 형성된다. 이 경우에서의 처리 조건은, 예를 들면, N2 분위기중에서 처리 온도가 1350℃, 처리 시간이 1시간, 프레스 압력이 48kN이다. 그 후에, 형성된 적층구조체가 처리 온도로부터 실온까지 냉각된다. 이 냉각은, 적층구조체를 실온 또는 실온 이하의 분위기에 방치함에 의해 행하여져도 좋고, 송풍 등의 수단을 사용하여 강제적으로 행하여져도 좋다.
여기까지의 공정에 의해, 본체부와 표면층으로 이루어지는 적층구조체, 즉 본 실시예에 관한 저밀착성 재료(도 1에서의 본체부(8)와 표면층(10)으로 이루어지는 캐비티 부재(6)에 상당)가 완성된다. 또한, 완성한 저밀착성 재료에서는, 1350℃라는 고온하에서 처리된 프로세스에 의해, 본체부(8)에 포함되는 3YSZ에 대해 표면층(10)에 포함되는 Y2O3가 고상(固相) 확산하고 있다. 이로써, 본체부(8)에 표면층(10)이 접합된다.
다음에, 도 1에 도시하는 바와 같이, 제작된 저밀착성 재료로 이루어지는 캐비티 부재(6)가, 통상의 수지 성형틀용 재료, 예를 들면, 공구강 등의 강계 재료나 초경합금 등으로 이루어지는 주변 부재(7)에 부착된다. 이로써, 본 실시예에 관한 수지 성형틀인 상형(1)이 완성된다.
이하, 본 실시예에 관한 저밀착성 재료에서, Y2O3로 구성되는 표면층(10)의 두께와, 그 저밀착성 재료의 파괴인성치와의 관계가, 도 3을 참조하여 설명된다. 이 관계를 평가하기 위해, 표면층의 두께가 다른 3개의 시료(n=5)를 제작하고, JIS IF법(JIS R 1607)에 의해 각 시료의 파괴인성치가 측정되었다(압입가중(押入加重)=lkgf≒9.8N). 그 결과, 표면층의 두께가 1.4㎜, 0.9㎜, 및 0.25㎜인 시료의 파괴인성은, 각각, 0.9MPa·m1/2, 1.7MPa·m1/2, 2.3MPa·m1/2라는 측정 결과가 얻어졌다. 얻어진 결과가 도 3에 도시되어 있다.
또한, 본체부(지지층)(8)-표면층(10)의 계면에서 표면층측의 잔류압축응력의 값은, 산출식에 의해 682MPa 정도라고 산출되었다. 여기서, 잔류압축응력(σ)의 산출식은, 식 σ=E△α·△T/(1-ν)로 표시된다. 식중의 기호 E는 표면층의 종탄성계수, ν는 포아송비(比), △α는 지지층과 표면층의 선팽창계수의 차, △T는 처리 온도와 사용 온도의 차이다. 또한, 이때의 각 파라미터의 값은, E=171GPa, △T=1350-20=1330℃, ν=0.3이다. 또한, 도 3에서 해칭을 그은 파괴인성치의 범위는, Y2O3 단체(單體)로 수지 성형틀을 구성한 경우의 파괴인성치를 나타낸다.
도 3으로부터, 도 1에 도시된 본체부(8)와 표면층(10) 사이의 계면과 표면층(10)의 표면과의 사이의 거리를 접근할수록, 환언하면 압축잔류응력이 존재하는 표면층(10)의 두께를 작게 할수록, 파괴인성치가 증가하고 있다는 관계가 발견된다. 이 관계와 Y2O3 단체로 수지 성형틀을 구성한 경우의 파괴인성치를 고려하면, 저밀착성 재료로서 적당한 표면층(10)의 두께는 1.2㎜ 이하여야 하며, 또한 보다 작은 것이 바람직하다. 그리고, 표면층(10)의 바람직한 두께는 1.0㎜ 이하이고, 보다 바람직한 두께는 0.25㎜ 이하라고 생각된다. 또한, 표면층(10)의 두께의 하한은, 표면층(10)을 구성하는 물질이 단위격자(單位格子)를 형성할 정도(예를 들면, 수㎚ 정도)라면 좋다.
또한, 본 실시의 형태에서는, 상형(1)을 구성하는 부재중 캐비티(4)의 내저면(5)을 구성하는 직육면체형상의 캐비티 부재(6)는, 본 실시예에 관한 저밀착성 재료에 의해 구성되어 있다. 이에 대신하여, 수지 유로(3)의 내저면을 구성하는 부재가, 본 실시예에 관한 저밀착성 재료에 의해 구성되어도 좋다. 또한, 수지 성형틀에서, 형면중 유동성 수지가 접촉하는 면의 전부를 포함하는 부분이(또는 그 면의 대부분이), 본 실시예에 관한 저밀착성 재료에 의해 구성되어도 좋다.
예를 들면, 도 1에서 캐비티(4)의 내저면(5)과 수지 유로(3)의 내저면을 포함하는 부분이, 본 실시예에 관한 저밀착성 재료에 의해 구성되어도 좋다. 요컨대, 캐비티 부재(6)의 본체부(8)가, 유동성 수지가 접촉하는 형면의 적어도 일부에 평면으로 보아 겹치도록 마련되고, 표면층(10)이, 유동성 수지가 접촉하는 형면의 적어도 일부를 구성하도록 본체부(8)의 표면에 형성되어 있으면 좋다.
실시예
2
본 발명의 실시예 2에 관한 수지 성형틀과 저밀착성 재료가, 도 4를 참조하여 설명된다. 본 실시예에 관한 저밀착성 재료는, 직육면체형상의 모재(母材)에 대해 표면(하나의 면 ; 도면에서는 하면)에 오목부가 마련된 본체부와, 그 표면에 형성된 표면층으로 이루어지는 적층구조체이다. 도 4는, 본 실시예에 관한 수지 성형틀을 도시하는 단면도이다.
도 4에 도시되어 있는 상형(14)이, 본 실시예에 관한 저밀착성 재료 및 수지 성형틀에 상당한다. 또한, 상형(14)은, 본 실시예에 관한 저밀착성 재료에 의해 구성되어 있다. 구체적으로는, 상형(14)은, 본체부(15)와, 그 본체부(15)의 표면중 유동성 수지가 접촉하는 하면(16)의 전면(全面)에 형성된 표면층(17)에 의해 구성되어 있다. 따라서, 상형(14)에서의 유동성 수지가 접촉하는 형면의 전부는 표면층(17)에 의해 구성되어 있는 것이 된다.
본체부(15)는, 실시예 1에서의 본체부(8)와 같은 재료에 의해, 즉 3YSZ로 이루어지는 제 1의 재료와 도전성을 갖는 ZrN으로 이루어지는 제 2의 재료에 의해 구성되어 있다. 또한, 표면층(17)은, 실시예 1에서의 표면층(10)과 같은 재료에 의해, 즉 Y2O3, Y2O3 고용체, 및 이트리아 복합산화물의 적어도 어느 하나를 포함하는 재료에 의해 구성되어 있다.
본 실시예에서도, 표면층(17)은 Y2O3에 의해 구성되어 있는 것으로 하였다. 본 실시예에 의하면, 유동성 수지가 접촉하는 형면(18)에서 이 표면층(17)이 존재함에 의해, 도 1에 도시된 수지 성형틀 및 저밀착성 재료에 의해 얻어지는 효과와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
도 4에 도시된 수지 성형틀은, 다음과 같이 하여 얻어진다. 우선, 절삭가공 등에 의해 직육면체형상의 원재료가 적당하게 가공되고, 수지 유로(3)와 캐비티(4)에 상당하는 오목부가 형성된다. 다음에, 오목부가 형성된 면인 하면(16)에, 주지의 방법중 적절한 방법을 사용하여, 층상(層狀)(막형상)의 표면층(17)이 형성된다.
여기서 말한 주지의 방법이란, 예를 들면, CVD(Chemical Vapor Deposition), 졸겔 법, 용사(溶射)법 등의 각종 코팅, 및, 시트형상 재료의 핫프레스 적층화 등의 방법이다. 또한, 이들의 주지의 방법에 의해서도, 실시예 1에서 설명된 방법과 마찬가지로, 일정한 고온하에서 표면층(17)이 형성되고, 냉각 후의 표면층(17)에서 어느 정도의 크기의 압축잔류응력이 발생하고 있다.
또한, 상술한 각 실시예에서는, 기판(11)에 장착된 칩(12)을 수지 밀봉할 때에 사용되는 수지 성형틀을 예로 들어 설명이 되었다. 이것으로 한하지 않고, 일반적인 트랜스퍼 성형, 사출 성형, 압축 성형 등과 같이, 캐비티에 유동성 수지가 충전된 상태에서 그 유동성 수지를 경화시켜서 성형체를 성형할 때에 사용되는 수지 성형틀에 대해, 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 본체부(8, 15)는, 통상의 수지 성형틀용 재료, 예를 들면, 공구강 등의 강계 재료나 초경합금 등에 의해 구성되어도 좋다. 그리고, 상술한 각 실시예와 마찬가지로, 본체부(8, 15)와 표면층(10, 17)의 열팽창계수를 적절하게 정함에 의해, 표면층(10, 17)에서 압축잔류응력을 존재시킬 수 있다.
또한, 각 실시예에서는, 각각 본 발명에 관한 저밀착성 재료와 이것을 사용한 수지 성형틀의 설명이 되었다. 이것으로 한하지 않고, 저밀착성 재료는, 수지 성형틀 이외의 용도에 사용될 수 있다. 그 용도는, 염기성을 갖는 물질에 대한 젖음성이 낮은 것이 요구됨과 함께, 내마모성과 내충격성이 요구되는 다른 용도이다. 구체적으로는, 본 발명에 관한 저밀착성 재료는, 부재 등에서의 유동성 수지가 접촉하는 부분의 코팅 등에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 저밀착성 재료는, 수지 이외의 물질로서 염기성을 갖는 물질에 대한 저밀착성에 더하여, 내마모성과 내충격성이 요구되는 용도에 사용되는 것이 가능하다. 예를 들면, 이와 같은 저밀착성 재료는, 유기물로 이루어지는 오물의 부착을 방지하는 기능을 갖는 재료로서 사용될 수 있다. 구체적으로 말하면, 건물의 외벽 등에 사용되는 건축재, 욕조, 위생도기나 이것에 유사한 기기 등의 재료로서 사용하는 것이 고려된다. 또한, 이들의 용도에 사용되는 부재의 표면을 코팅하는 재료로서, 본 발명에 관한 저밀착성 재료가 사용되어도 좋다.
또한, 전술한 저밀착성 재료(3)는, 유기물로 이루어지는 오물의 부착을 방지하는 기능을 갖는 방오성 재료로서도 이용될 수 있는 것이다.
본 발명을 상세히 설명하여 나타내 왔지만, 이것은 예시를 위한 것일 뿐이고, 한정으로 취하면 않되고, 발명의 범위는 첨부한 청구의 범위에 의해서만 한정되는 것을 분명히 이해하여야 될 것이다.
Claims (12)
- 강계 재료 및 초경합금의 어느 하나와 염기성을 갖는 물질과의 사이의 밀착성 비교에 있어서, 상기 염기성을 갖는 물질에 대하여 저밀착성을 갖는 저밀착성 재료(6, 14)로서,본체부(8, 15)와,상기 본체부(8, 15)에서의 표면의 적어도 일부에 형성된 표면층(10, 17)을 구비함과 함께,상기 표면층(10, 17)은 상기 염기성을 갖는 물질에 대한 저밀착성과 상기 본체부(8, 15)보다도 작은 열팽창계수를 갖는 재료로 이루어지고,열처리에 의해 상기 본체부(8, 15)에 상기 표면층(10, 17)이 형성되고, 상기 본체부(8, 15)와 상기 표면층(10, 17)이 냉각됨에 의해 상기 표면층(10, 17)에서 압축잔류응력이 발생하고, 해당 압축잔류응력이 상기 표면층(10, 17)에 존재하고 있고,상기 표면층은 Y2O3를 포함하고,상기 본체부는 제 1의 재료와 해당 제 1의 재료보다도 작은 열팽창계수를 갖는 제 2의 재료를 포함하는 혼합 재료로 이루어지고,상기 제 1의 재료는 ZrO2계 재료인 것을 특징으로 하는 저밀착성 재료(6, 14).
- 강계 재료 및 초경합금의 어느 하나와 염기성을 갖는 물질과의 사이의 밀착성 비교에 있어서, 상기 염기성을 갖는 물질에 대하여 저밀착성을 갖는 저밀착성 재료(6, 14)로서,본체부(8, 15)와,상기 본체부(8, 15)에서의 표면의 적어도 일부에 형성된 표면층(10, 17)을 구비함과 함께,상기 표면층(10, 17)은 상기 염기성을 갖는 물질에 대한 저밀착성과 상기 본체부(8, 15)보다도 작은 열팽창계수를 갖는 재료로 이루어지고,열처리에 의해 상기 본체부(8, 15)에 상기 표면층(10, 17)이 형성되고, 상기 본체부(8, 15)와 상기 표면층(10, 17)이 냉각됨에 의해 상기 표면층(10, 17)에서 압축잔류응력이 발생하고, 해당 압축잔류응력이 상기 표면층(10, 17)에 존재하고 있고,상기 표면층(10, 17)은, Y2O3 고용체 및 이트리아 복합산화물의 적어도 어느 하나를 포함하고,상기 본체부는, 제 1의 재료와 해당 제 1의 재료보다도 작은 열팽창계수를 갖는 제 2의 재료를 포함하는 혼합 재료, 강계 재료, 또는 초경합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저밀착성 재료(6, 14).
- 제 2항에 있어서,상기 제 1의 재료는, ZrO2계 재료인 것을 특징으로 하는 저밀착성 재료(6, 14).
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 혼합 재료는 도전성을 갖는 것을 특징으로 하는 저밀착성 재료(6, 14).
- 캐비티(4)에 충전된 유동성 수지를 경화시킴에 의해 염기성을 갖는 물질로 이루어지는 경화 수지를 형성하고 해당 경화 수지를 포함하는 성형체를 성형할 때에 사용되는 수지 성형틀(1, 14)로서,상기 수지 성형틀(1, 14)에서 상기 유동성 수지가 접촉하는 형면의 적어도 일부에 겹치도록 마련된 본체부(8, 15)와,상기 유동성 수지가 접촉하는 형면의 적어도 일부를 구성하도록 상기 본체부(8, 15)의 표면에 형성된 표면층(10, 17)을 구비함과 함께,상기 표면층(10, 17)은, 강계 재료 및 초경합금의 어느 하나와 상기 경화 수지와의 사이의 밀착성 비교에 있어서 상기 경화 수지에 대한 저밀착성과 상기 본체부(8, 15)보다도 작은 열팽창계수를 갖는 재료로 이루어지고,열처리에 의해 상기 본체부(8, 15)에 상기 표면층(10, 17)이 형성되고, 상기 본체부(8, 15)와 상기 표면층(10, 17)이 냉각됨에 의해 상기 표면층(10, 17)에서 압축잔류응력이 발생하고, 해당 압축잔류응력이 상기 표면층(10, 17)에 존재하고 있고,상기 표면층은 Y2O3를 포함하고,상기 본체부는 제 1의 재료와 해당 제 1의 재료보다도 작은 열팽창계수를 갖는 제 2의 재료를 포함하는 혼합 재료로 이루어지고,상기 제 1의 재료는 ZrO2계 재료인 것을 특징으로 하는 수지 성형틀(1, 14).
- 캐비티(4)에 충전된 유동성 수지를 경화시킴에 의해 염기성을 갖는 물질로 이루어지는 경화 수지를 형성하고 해당 경화 수지를 포함하는 성형체를 성형할 때에 사용되는 수지 성형틀(1, 14)로서,상기 수지 성형틀(1, 14)에서 상기 유동성 수지가 접촉하는 형면의 적어도 일부에 겹치도록 마련된 본체부(8, 15)와,상기 유동성 수지가 접촉하는 형면의 적어도 일부를 구성하도록 상기 본체부(8, 15)의 표면에 형성된 표면층(10, 17)을 구비함과 함께,상기 표면층(10, 17)은, 강계 재료 및 초경합금의 어느 하나와 상기 경화 수지와의 사이의 밀착성 비교에 있어서 상기 경화 수지에 대한 저밀착성과 상기 본체부(8, 15)보다도 작은 열팽창계수를 갖는 재료로 이루어지고,열처리에 의해 상기 본체부(8, 15)에 상기 표면층(10, 17)이 형성되고, 상기 본체부(8, 15)와 상기 표면층(10, 17)이 냉각됨에 의해 상기 표면층(10, 17)에서 압축잔류응력이 발생하고, 해당 압축잔류응력이 상기 표면층(10, 17)에 존재하고 있고,상기 표면층(10, 17)은, Y2O3 고용체 및 이트리아 복합산화물의 적어도 어느 하나를 포함하고,상기 표면층은 Y2O3 고용체 또는 이트리아 복합산화물의 적어도 어느 하나를 포함하고,상기 본체부는, 제 1의 재료와 해당 제 1의 재료보다도 작은 열팽창계수를 갖는 제 2의 재료를 포함하는 혼합 재료, 강계 재료, 또는 초경합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수지 성형틀(1, 14).
- 제 6항에 있어서,상기 제 1의 재료는, ZrO2계 재료인 것을 특징으로 하는 수지 성형틀(1, 14).
- 제 5항 또는 제 6항에 있어서,상기 제 1의 재료는 도전성을 갖는 것을 특징으로 하는 수지 성형틀(1, 14).
- 유기물로 이루어지는 오물의 부착을 방지하는 기능을 갖는 방오성 재료(6, 14)로서,본체부(8, 15)와,상기 본체부(8, 15)에서의 표면의 적어도 일부에 형성된 표면층(10, 17)을 구비함과 함께,상기 표면층(10, 17)은, 강계 재료 및 초경합금의 어느 하나와 염기성을 갖는 물질과의 사이의 밀착성 비교에 있어서 상기 염기성을 갖는 물질에 대한 저밀착성과 상기 본체부(8, 15)보다도 작은 열팽창계수를 갖는 재료로 이루어지고,열처리에 의해 상기 본체부(8, 15)에 상기 표면층(10, 17)이 형성되고, 상기 본체부(8, 15)와 상기 표면층(10, 17)이 냉각됨에 의해 상기 표면층(10, 17)에서 압축잔류응력이 발생하고, 해당 압축잔류응력이 상기 표면층(10, 17)에 존재하고 있고,상기 표면층은 Y2O3를 포함하고,상기 본체부는 제 1의 재료와 해당 제 1의 재료보다도 작은 열팽창계수를 갖는 제 2의 재료를 포함하는 혼합 재료로 이루어지고,상기 제 1의 재료는 ZrO2계 재료인 것을 특징으로 하는 방오성 재료(6, 14).
- 유기물로 이루어지는 오물의 부착을 방지하는 기능을 갖는 방오성 재료(6, 14)로서,본체부(8, 15)와,상기 본체부(8, 15)에서의 표면의 적어도 일부에 형성된 표면층(10, 17)을 구비함과 함께,상기 표면층(10, 17)은, 강계 재료 및 초경합금의 어느 하나와 염기성을 갖는 물질과의 사이의 밀착성 비교에 있어서 상기 염기성을 갖는 물질에 대한 저밀착성과 상기 본체부(8, 15)보다도 작은 열팽창계수를 갖는 재료로 이루어지고,열처리에 의해 상기 본체부(8, 15)에 상기 표면층(10, 17)이 형성되고, 상기 본체부(8, 15)와 상기 표면층(10, 17)이 냉각됨에 의해 상기 표면층(10, 17)에서 압축잔류응력이 발생하고, 해당 압축잔류응력이 상기 표면층(10, 17)에 존재하고 있고,상기 표면층은, Y2O3 고용체 및 이트리아 복합산화물의 적어도 어느 하나를 포함하고,상기 본체부는, 제 1의 재료와 해당 제 1의 재료보다도 작은 열팽창계수를 갖는 제 2의 재료를 포함하는 혼합 재료, 강계 재료, 또는 초경합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방오성 재료(6, 14).
- 제 10항에 있어서,상기 제 1의 재료는, ZrO2계 재료인 것을 특징으로 하는 방오성 재료(6, 14).
- 제 9항 또는 제 10항에 있어서,상기 혼합 재료는 도전성을 갖는 것을 특징으로 하는 방오성 재료(6, 14).
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