KR920004583B1 - 수지의 유동 및 경화특성의 측정장치와 유동 및 경화특성에 따라 금형을 구성하는 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

수지의 유동 및 경화특성의 측정장치와 유동 및 경화특성에 따라 금형을 구성하는 방법

제 1a 도는 본 발명에 따라 구성된 금형의 종단면도.

제 1b 도는 제 1a 도의 금형의 하형부의 상면도.

제 2 도는 본 발명에 따라 구성된 트랜스퍼 성형기 및 그것의 제어를 도시하는 개략적인 도면.

제 3 도는 본 발명의 측정장치의 레코더의 지시값에 따라서 결정되는 데이터의 그래픽.

제 4 도는 데이터를 자동적으로 페칭하기 위한 순서도.

제 5 도는 압력데이터의 그래픽.

제 6 도는 변위데이터의 그래픽.

제 7 도는 플런저 속도데이터의 그래픽.

제 8 도 내지 제 10 도는 다양한 관의 직경과 평균 외견점도의 변화를 도시한 그래픽.

제 11 도는 금형의 온도와 평균 외견점도의 최소값과의 관계를 도시한 그래픽.

제 12 도는 외견겔화 시간과 금형의 온도와의 관계를 도시한 그래픽.

제 13 도는 최종유동거리와 금형온도와의 관계를 도시한 그래픽.

제 14 도는 등온점도시 모델의 특성도.

제 15 도는 비등온 조건에서의 점도변화를 계산하기 위한 데이터의 그래픽.

제 16 도는 성형수지 유동의 시뮬레이션의 개략적인 순서도.

제 17a 도 및 제 17b 도는 성형수지의 유동과 경화파라메터를 평가하기 위한 순서도.

제 18 도는 평균 외견점도의 측정값과 계산값의 비교를 도시한 그래픽.

제 19 도는 본 발명에 따라 구성된 분석시스템의 개략적인 도면.

제 20a 도는 반도체장치의 멀티플리이드 프레임의 평면도.

제 20b 도는 제 20a 도의 반도체장치의 부분을 확대한 상세도.

제 20c 도는 제 20a 도의 반도체장치를 수지로 채우는 방법의 개략적인 도면.

제 20d 도는 제 20c 도의 방법으로부터 얻어진 수지 봉지 반도체장치의 투시도.

제 20e 도는 본 발명에 의해 얻어진 각 수지 봉지 반도체장치의 투시도.

제 21a 도 및 제 21b 도는 금형의 런너내의 압력손실을 계산하는 방법을 묘사하기 위한 개략적인 도면.

제 22 도는 여러개의 성형캐비티가 마련된 금형의 런너와 게이트를 구성하기 위한 순서를 묘사하는 순서도.

제 23a 도, 제 23b 도 및 제 23c 도는 금형의 런너와 게이트의 개략적인 도면.

제 24a 도는 종래의 방법에 의해 충전시간과 금형의 충전율과의 관계를 도시한 그래픽.

제 24b 도는 종래의 방법에 의해 금형의 캐비티를 성형수지로 충전하는 개략적인 도면.

제 25b 도는 본 발명에 의한 충전시간과 금형의 충전율과의 관계를 도시한 그래픽.

제 25b 도는 본 발명에 의한 금형의 캐비티를 충전하는 모드의 개략적인 도면.

제 26 도는 캐비티내의 성형수지의 최대유속과 캐비티를 위한 보유시간을 도시한 그래픽.

제 27 도는 금선의 파괴에서의 금선의 불량 발생률을 도시한 그래픽.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 상부성형 2 : 하부성형

3 : 포트 4 : 런너

5 : 원통관유로 6 : 압력검출기

7 : 트랜스퍼 성형기 8 : 플런저

9 : 변위검출기 10 : 증폭기

11 : 레코더 12 : 데이터 처리장치

13 : 연산부 14 : 플로터

15 : 프린터 16 : 가열기

본 발명은 측정장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 열경화성 수지를 성형하는 금형뿐만 아니라 금형 내에서의 유동과 경화동작의 고정확도의 예측에 적당한 파라메터의 결정에 의해서 열경화성 수지의 성형성을 평가할 수 있는 측정장치 및 방법. 성형중의 결함발생을 방지하지 못할 때에 효과적으로 최소화하는 금형의 런너를 구성하는 방법에 관한 것이다.

이러한 장치로서는, 예를 들면 일본국 특허공개공보 소화 59-88656에 제시되어 있는 바와 같이, 금형의 유로내의 소정의 구간에서의 평균외견 점도를 실제로 측정하였었다.

상기 제시된 기술에 의하면, 부여된 금형의 유로로 치수조건과 부여된 성형조건에서의 외견유동과 경화특성값은 결정되고 있으나, 이와 같은 조건에서 좌우되지 않고 수지 고유의 파라메터를 결정하는 배려가 되어 있지 않기 때문에, 다른 치수의 유로를 갖는 금형에서의 유동을 예측할 수 없다는 문제점이 있었다.

또, 가능한 대량생산 규모에 가까운 유로치수의 금형을 사용할 필요가 있어 금형의 제작비가 비싸다는 문제점이 있었다.

열경화성 수지용 캐비터를 여러개 갖는 금형의 런너를 구성하는 방법은, 예를 들면 일본국 특허공보 소화 55-17697호에 제시된 바와 같이, 금형의 런너깊이를 수지의 흐름방향을 향해서 점차 감소시키며, 게이트의 제한각을 포트로부터 런너에 따라서 가장 멀리 떨어진 각 캐비터에 대응시켜서 점차 증가하도록 유로를 형성하여 런너와 게이트에서의 압력손실의 합계가 각각 캐비티에 대해서 일정하게 되도록 하고 있었다.

상술한 방법은 수지의 온도 및 점도변화시에. 성형수지의 유동이 복잡한 형태를 갖는 런너를 거쳐서 유동한다는 사실에서, 불이익이 있었다. 결과적으로, 같은 충전율에서 금형의 성형캐비티로 충전하는 것은 매우 어렵다. 따라서, 이 기재된 방법에 의해 제작된 금형내에서 성형된 제품 품질의 향상에는 한계가 있었다.

사에키와 가네다의 논문 "Simulation of Balanced Filling in a Multi-Cavity Mold for Encapsulation of Semiconductor Device"(Processing Society Meeting, May 8-11, 1988)에서, 회로단면의 채널을 거쳐서 성형충전력을 해석하는 방법은 점도를 고찰하고, 데이터 측정 및 분석장치에 의해 상업성의 성형구성의 유동특성의 신속 정확한 평가가 가능한 것이 기재되고 있다.

상술한 방법은 제시된 데이터 측정 및 해석장치가 특정 열경화성 수지에 유일한 여러 가지의 파라메터의 평가에 따르지 않는다는 불리한 점이 있었으므로, 이 제시된 기술은 성형에 고정되지 않는 제품결함이 자주 나타나서 안정한 금형구조의 최적화를 도모할 수 없었다.

또, 예를 들어, 니케이 마이크로 디바이스 "Simulation of Balanced Filling in a Multi-Cavity Mold for Encapsulation of Semiconductor Device" Vol. 6, 1988, pp. 95~102에서, 트랜스퍼 성형방법 및 장치는 플라스틱 성형패키지용 LSI를 제작하기 위해서 비용을 감소시키고, 불가피하게 발전시켜야 하는 것에 대해서 제시되고 있다.

상술한 기술이 종래보다 성형내의 보이드 결함을 약 1/3로 저감하고, 금선의 파괴를 약 1/5로 저감하지만, 이와 같은 기술이 열경화성 수지의 비등온점도 작용을 고려하지도 않고 특정한 수지의 단일파라메터도 고려하지 않았으므로 비효과적이다. 따라서 성형방법에 채용되는 특정한 열경화성 수지의 고유한 유동 및 경화특성의 단일파라메터를 이용하지 않고 인식하지도 않았으므로, 금형의 성형품 품질을 최적화하는 전체 해결책을 제공하지는 않았다.

본 발명의 목적은 고정확도를 갖는 유동 및 경화특성의 성형수지 고유의 파라메터, 금형을 결정하는 측정장치 및 유동과 성형수지의 특성곡선을 이용하는 금형의 런너를 구성하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 특성에 의하면, 수지의 유동방향을 따라서 균등구간 치수를 갖는 유로를 갖고, 여러개의 금형을 이용하는 여러개의 금형온도 조건에 따라서, 점도의 변화를 자동측정장치로 측정하고, 성형수지와 유로의 압력손실, 유동거리, 유동비율, 평균비율, 평균의견 점도 등을 계산, 출력하여 금형의 최적구조의 특성을 결정하도록 평가한다.

또, 본 발명에 의하면, 파라메터의 값을 외삽법에 의해 열경화성 수지의 특성값으로부터 유동시뮬레이션용 등온점도식에서 평가하고, 이 값을 입력하여 같은 조건에서 시험적으로 유도되는 유동시뮬레이션을 실행한다. 실제 측정된 값과 점도 변화의 계산된 값을 서로 비교해서 파라메터의 값을 선택적으로 수정하고, 파라메터의 수정된 값이 에러의 소정의 범위로 될 때에 파라메터의 값은 결정된다.

본 발명의 측정장치 및 방법에 의하면, 성형조건에 의해 영향을 받지 않는 성형수지 고유의 파라메터값을 고정확도로 결정할 수 있고, 파라메터의 값을 이용하는 임의치수의 유로를 갖는 금형의 유동시뮬레이션을 실행하는 것에 의해서, 실제의 금형내의 유동 예측을 가능하게 하며, 최적성형 조건의 선택 및 금형유로 치수는 시간의 최소화, 비용저감화의 금형을 용이하게 구성하도록 사전에 쉽게 결정된다.

또, 본 발명에 의하면, 금형내의 열경화성 수지의 유동의 평가는 여러개의 구간으로 금형의 런너를 할당하고, 특정한 형상저항 β와 런너의 각 구간에 대한 유동비율 Q를 계산하고, 런너의 구간모양이 원통형인 것으로 가정하고서 런너의 각 구간내의 열경화성 수지의 유동시뮬레이션을 실행하는 것에 의해서 달성된다.각 구간내의 성형수지의 온도, 점도, 유속 및 평균 외견 점도

를 계산해서 압력손실을 관계식 ΔP=

·Q에 따라서 결정한다.

본 발명에 의하면, 특정한 형상저항 β와 런너의 유동비율 Q를 결정해서 최적 런너의 설계에 필요한 압력손실을 정밀하게 계산하는 것이 가능하다.. 더욱이 복잡한 유동해석과 긴 해석시간이 필요한 실제의 금형의 런너가 원통형 유로의 조합을 해석하는 것에 의해 얻어질 수 있으므로, 각 원통형 유로내의 평균외견점도는 본 발명에서 계산되고, 유동해석은 단시간내에 완료되고, 압력손실은 만족스러운 고정확도로 평가된다.

따라서, 본 발명의 새로운 특징에 의해, 제품 개발에 필요한 시간을 현저하게 저감하고, 금형내의 성형수지의 성형유동의 신속하고 고정확도의 시뮬레이션을 거쳐서 금형의 최적차원과 성형조건을 결정하는 것에 의해 제품을 개선할 수 있다.

본 발명에 의하면, 수지의 유동 및 경화특성을 측정하는 장치는 포트와 포트에 접속되는 유로를 갖는 금형을 포함하며, 수지를 유동하는 플런저는 유로로 포트에 공급된다. 수지압력 검출기는 금형내에 마련되고, 변위검출기는 플런저의 위치를 검출하기 위해 마련된다. 데이터 처리수단은 수지압력 검출기와 변위검출기에서의 신호를 저장하고 배열하기 위해 마련되고, 연산수단은 물리량과 금형의 유로의 다양한 치수에서 계산된 상수를 조합시켜서 처리된 신호의 물리량 전환과 계산을 실행한다. 출력수단은 연산수단에서의 계산결과를 출력하기 위해 마련된다.

본 발명에 의하면, 열경화성 수지의 유동 및 경화특성을 측정하기 위해서, 금형에는 포트를 접속하는 단일 런너와 포트의 대향끝에서 런너의 끝에 접속되는 단일유로가 마련된다. 이 단일유로는 수지의 유동방향을 따라서 균등한 단면치수로 마련되고, 유로의 단면적은 런너의 단면적보다 적다. 바람직하게는 금형의 유로의 단면형태가 원형이며, 열경화성 수지의 유동방향으로 금형의 유로모양이 나선형상으로 되어 있다.

바람직하게는 압력검출기가 금형의 런너의 벽에 탑재되고, 금형의 유로구간이 런너구간에서 분리될 수 있도록 구성되어 있다.

분 발명에 의하면, 열경화성 수지가 유로로 유동하는 것을 개시하고 유동의 측적을 종료할 때를 결정하기 위해 비교목적용 2개의 압력레벨이 설정되는 압력검출기의 신호로서 마련되어 있다. 제 1 의 압력레벨을 초과하면, 열경화성 수지가 유동 개시되는 것이 결정되며, 제 2 의 압력 레벨을 초과하면, 유동측정은 종료된다.

본 발명에 의하면, 변위검출기의 인접신호와의 차를 계산하고, 이와 같은 차가 소정의 레벨보다 낮고 압력 검출기의 신호가 제 2 의 압력레벨을 초과하면, 열경화성 수지의 유동측정은 종료된다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 시간에 대한 압력 데이터의 변화율은 열경화성 수지의 유동측정이 종료되는 시각에서 소급되어 결정되고, 변화율의 값이 소정의 값보다 작게 되는 시각은 유동정지 시각으로서 간주되고 있다.

본 발명에 의하면, 포트와 포트에서 연장하는 런너를 갖는 금형을 구성하는 데이터를 얻기 위해 금형내의 압력손실을 평가하기 위해서, 런너의 체적이 런너의 소정의 치수에 따라서 계산되며, 플런저가 포트에서 도입되는 열경화성 수지를 런너로 주입하는 열경화성 수지 주입시간이 설정된다. 런너로 주입되는 열경화성수지의 유동비율이 계산되며, 이 유동비율은 런너에 의해 형성되는 분기수에 의해 분할된다. 열경화성 수지의 유동비율은 런너내의 임의위치에서 계산되고, 이 런너의 열경화성 수지의 유동방향의 직각으로 연장하는 판에 의해 여러개의 구간으로 분할된다. 런너의 각 구간용 런너의 형상저항은 런너의 폭, 깊이 단면형대 및 길이에 따라서 계산하고, 이 런너의 각 구간은 균등한 원통형 유로에 의해 시뮬레이션 된다. 각 원통형 유로내의 열경화성 수지의 여러 가지 점도 수송현상을 표현하는 기본식은 초기 및 경제조건을 이용하는 것에 의해 해결되고, 각 원통형 유로내의 수지의 온도, 점도, 유속 및 외견 점도가 계산된다. 각 구간내의 압력손실의 계산은 임의의 위치에서의 열경화성 수지의 형상저항, 평균의견 점도 및 유동비율의 관계에 따라서 결정되고, 이 런너의 전체구간의 압력손실은 전체 압력손실은 전체 압력손실을 얻도록 합쳐진다.

본 발명에 의하면, 계산된 전체 압력손실은 소정의 참조 압력손실과 전체 압력손실에 비교되어 소정의 참조 압력손실이 계산된 전체 압력손실 이하일 때 런너의 적어도 하나의 치수의 값, 주입시간, 금형의 온도 및 수지예열 온도를 변화시켜 계산함으로서, 이 조건은 런너의 치수값과 성형조건이 균등하게 만족할 때까지 순차적으로 변화되는 것에 의해 소정의 참조압력 손실은 계산된 전체 압력손실 보다 크게 된다.

본 발명에 의한 런너의 치수와 성형조건은 소정의 참조 압력손실이 계산된 전체 압력손실보다 크게 되도록 결정되고, 소정의 반경위치전의 열경화성 수지의 점도는 소정의 반경위치후의 점도보다 크지 않게 된다.

금형이 포트, 포트에서 연장하는 런너, 런너에 따라 배열되고 게이트 수단에 의해 각각의 런너와 통하는 여러개의 성형캐비티를 가지며, 구간의 접합면의 수가 런너에서 분기하는 분기수와 적어도 대응하며, 각각의 성형캐비티를 위한 게이트 수단의 치수가 본 발명에 따라 결정되므로, 런너와 게이트 수단내의 압력손실의 합은 유동비율이 성형 캐비티의 전체에 균일하게 분포되도록 전체 성형캐비티와 같게 된다.

본 발명에 의하면, 런너에 접속되는 나선형상의 원통관 유로는 런너의 단면적보다 단면적이 적고, 압력검출기는 런너에서 나선형상의 원통관 유로에 유동하는 수지의 압력을 검출한다. 압력검출기와 플런저 변위검출기에서의 신호를 입력하는 데이터 처리수단은 성형의 소정의 값과 변위 및 압력검출기에서의 신호에 따라서 평균의견 점도를 계산한다.

본 발명에 의하면, 특정한 수지의 유동 및 경화특성을 이용하는 성형의 런너를 구성하는 것에 있어서, 열경화성 수지의 유동 및 경화특성, 성형조건 및 성형의 치수의 수지재료값이 얻어진다. 런너는 여러개의 구간으로 분할되고, 각 구간용의 특정한 형상저항과 구간내의 유동비율이 계산된다. 런너의 각 구간은 원통형 유로에 의해 대체되고, 각 구간에서의 압력손실과 점도는 등온점도관계, 비등온점도관계, 연속관계, 모멘트와 에너지 보존관계 등에 따라서 계산된다. 런너내의 압력손실과 점도는 소정의 값과 비교되고, 이와 같은 비교에 따라서 성형의 치수가 결정된다.

이하 본 발명의 구성에 대해서 실시예와 함께 설명한다.

또, 실시예를 설명하기 위한 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 것은 동일한 부호를 붙이고 그 반복적인 설명은 생략한다.

제 1a 도 및 제 1b 도에 있어서, 일반적으로 문자 M으로 나타낸 금형은 성형수지(도시되지 않음)를 받는 포트(3)을 포함하는 상부성형(1)과 하부성형(2)를 포함한다. 포트(3)에서의 성형수지는 큰 단면적을 갖는 런너(4)를 통해서 나선형상의 원통관 유로(5)로 흐른다. 금형 M은 원통관 유로(5) 내에서의 성형수지의 점도변화를 결정하고, 런너(4)의 벽에 탑재된 압력검출기(6)에 의해 압력손실을 측정하는 구조이다.

런너(4)의 단면적을 원통관 유로(5)의 단면적보다 크게 한 것은 성형수지가 원통관 유로(5)에 들어갈 때까지 금형(1)로부터 받는 열이력을 감소시키기 위한 것이며, 런너(4)의 압력손실을 감소해서 성형수지의 유동끝이 단면적이 작은 원통관 유로(5)에 들어가는 순간에 급격한 압력상승을 검출하여 원통관 유로(5)내의 성형수지의 유동 시각 및 원통관 유로(5)내의 성형수지의 유동중의 압력손실을 압력 검출기(6)으로 측정하기 위해서이다. 금형 M이 원통관 유로(5)를 형성하는 상부 및 하부성형 (1),(2)내의 이탈이 자유로운 성형블럭을 갖고 있기 때문에, 임의의 유로를 선택할 수 있다.

표 1은 본 발명의 실제 문제를 검토할 목적으로 원통관 유로(5)의 단면적의 대표적인 목록을 제공하고 있다. 그러나, 원통관 유로(5)에 대해서 기재된 직경은 단순한 예이므로 다른 직경D도 생각될 수 있다.

[표 1]

표 1에 기재된 단면적은 전자부품의 봉지공정에 사용되어도 좋은 금형과 대체로 근사한 값을 갖는 단면적으로 선택되고 있다. 제 1a 도 및 제 1b 도의 런너(4)는 표 1의 유로 №3의 단면적보다 10배정도 큰 단면적을 갖는다. 본 발명의 실시예에서 사용된 성형수지는 전자부품 용도 등의 에폭시 성형재료이며, 성형수지 재료가 원통관 유로(5)의 단자끝까지 흐르지 않고 경화반응에 의해서 나선형상의 원통관 유로(5)의 끝의 중간부에서 정지한다.

제 2 도에 도시된 바와 같이 트랜스퍼 성형기(7)은 서로 대응하는 플런저(8)을 아래 방향으로 이동시켜서 성형수지 재료를 금형 M내로 이송한다. 플런저(8)의 변위는 트랜스퍼 성형기(7)에 탑재된 종래의 변위검출기(9)에 의해 검출되고, 플런저(8)의 변위검출신호는 증폭기(10)을 거쳐 종래의 레코더(11)과 데이터 처리장치(12)에 공급된다. 또 하부성형(2)의 런너의 벽에 탑재된 압력검출기(6)에 의해 검출된 압력검출신호는 증폭기(10)에 의해 레코더(11)과 데이터 처리 장치(12)에 공급된다. 데이터 처리장치(12)는 제어용 마이크로 컴퓨터와 각종 모듈울 조합시킨 것이며, 데이터의 저장과 배열처리가 실행된다.

데이터 처리장치(12)에 의해 처리된 데이터는 연산부(13)에 공급되고, 여기서 신호의 물리량 변환과 특성값 연산을 위한 계산을 실행한다. 마지막으로, 연산부(13)에서의 출력신호는 변위검출기(9)에 의한 플런저(8)의 변위검출과 압력검출기(6)에 의한 압력검출의 결과를 인에이블 하도록 플로터(14)와 프린터(15)에 공급된다.

제 3 도는 성형수지 재료를 금형 M내에 유동시킬 때의 레코더(11)의 지시값의 예를 그래픽한 것이다.

제 3 도에서, t₁은 성형수지의 유동의 리이드 끝이 원통관 유로(5)에 들어가는 시각을 나타내며, 이 시각 t₁전후의 짧은 시간에서 압력검출기(6)에 의해 검출된 압력 P가 급격히 상승한다. 시각 t₁이후, 압력 P는 거의 일정값을 나타내고, 유동정지시각 t_a이상에서 열팽창 성분에 기인하는 압력상승이 재차 초래된다. 또, 플런저(8)의 변위 1_P의 변화는 시간이 지남에 따라 감소하는 경향이 있다.

특히, 데이터를 샘플링하는 시간간격을 각 대역마다 변화시켜 압력변화가 큰 곳에서 짧게 하지만, 압력변화가 작은 곳에서는 간격을 길게하도록 하였다. 제 3 도에서, 제 1 의 대역은 성형수지의 리이드 끝이 원통관유로(5)에 도달하는 시각을 판정하기 위한 것으로, 설정압력 P₁을 초과하는 시각에서는 원통관 유로(5)내의 성형수지의 유동을 개시하는 시각으로 간주된다. 또 제 2 의 대역에서는 설정시각 t₂까지 여전히 압력변화가 큰 영역에서의 샘플링을 실행한다. 제 3 의 영역에서는 시각 t₃까지의 고정압력 영역에서의 샘플링을 실행한다. 제 4 의 대역은 성형수지의 유동이 정지된 시각 t₄를 판정하고, 확실한 측정을 완료시키기 위해서 마련된 것이다. 플런저(8)의 변위 1_P의 인접데이터의 차가 소정값 이하로 되고 압력이 설정압력 P₂이상으로 되는 양쪽의 조건을 만족할 때 시각 t₄에서 측정이 종료된다.

제 4 도는 측정종료를 결정하는 순서도를 도시한 도면이다. 제 4 도에 도시된 바와 같이, 시각 t_a의 자동판정은 성형수지의 흐름시의 압력변화율과 성형수지의 흐름정지후의 압력변화율과의 차이를 이용하고, 측정종료 시각으로 소급하여 인접데이터에서 선형에 근접시켜 변화율을 계속해서 결정해야 하고, 소정값보다 변화율이 작을 때의 시각을 시각 t_a로서 간주한다.

제 5 도에서, 상술한 방식으로 자동측정 및 계산을 했을 때의 압력 P의 값을 B로 나타내고, A는 레코더(11)에 의해 지시된 값을 나타낸다. 제 5 도에서 명확한 바와 같이, A와 B로 나타낸 값의 자동측정과 계산은 일치하고 있다. 제 5 도에 있어서, 시간의 원점과 t_e는 각각 제 4 도의 t₁과 t_a에 해당하고, t_e는 외견 겔화시간으로 정의한다. 제 5 도에 있어서, 원통관 유로(5)의 직경은 4mm이며, 금형의 온도 T_M은 165℃이다.

제 5 도와 같은 조건하의 실험으로 결정된 플런저(8)의 변위 1_p의 자동측정 및 계산결과를 문자 B, 레코더(11)에 의해 지시된 값을 나타낸는 문자 A로 제 6 도에 나타낸다. 제 6 도에서 명확한 바와 같이, 문자 A,B로 나타낸 값은 일치하고, 데이터 B는 노이즈 제거를 위해 연산부(13)에서 고차다항식 근사법으로 데이터의 평활화처리의 실행후의 값을 나타낸다. 제 6 도에 있어서, 또 원통관 유로(5)의 직경 4mm이며, 금형의 온도 T_M은 165℃이다.

연산부(13)은 결정된 고차다항식의 1차 도함수를 계산하고, 그 다음 임의시각에서 플런저(8)의 강하속도 V_P를 계산된 1차도함수로부터 결정한다. 시간계산의 결과를 제 7 도에 그래픽으로 도시한다. 시간에 대해서 완만한 속도곡선이 얻어지고, 성형수지의 점도는 다음식에 따라서 결정된다.

여기서,

=평균외견점도

D =원통관유로(5)의 직경

ΔP=압력손실

Q =유동비율

I =유동거리

원통관 유로(5)의 직경 D는 사전에 설정되고, ΔP는 압력검출기(6)에 의해 결정된 압력값으로부터 결정되며, 유동비율 Q와 유동거리 I는 제 6 도 및 제 7 도에 도시된 변위검출기(9)에 의해 지시된 값과 포인트(3)의 단면적과 원통관 유로(5)와의 비율로부터 결정된다. 따라서, 임의의 시각에서 값

를 식(1)에서 계산할 수 있고, 이 계산은 연산부(13)에 의해 실행되며, 출력용의 설정시간 간격마다 ΔP.Q.I.

등의 작도 출력이 각각 플로터(14)와 프린터(15)에 의해 실행된다.

제 8 도 내지 제 13 도는 다음 조건하에서 본 발명에 의해 결정되는 특성값의 비교를 그래픽한 것이다. 표 1에서 원통관 유로(5)의 3가지 조건이 사용되고 있다 금형 M의 온도 T_M각각 145℃, 165℃ 및 185℃이고, 타블레트형의 성형수지를 고주파 가열기(도시되지 않음)에 의해 75℃로 예비가열 시킨후 포트(3)내에 투입해서 측정하였다.

제 8 도는 원통관 유로(5)가 2mm의 관직경(표 1의 유로 №1)을 가지며 평균외견점도

와 각 온도 T_M에서의 시간과의 관계를 도시한 도면이다. 어떤 온도 T_M에서, 시간경과와 동시에 평균외견점도

는 감소하고, 성형수지의 유동중간에서 증가를 계속한다. 이는 원통관 유로(5)의 벽으로부터 전도열에 의해 성형수지 온도가 상승되고, 수지의 용융반응과 경화반응이 동시에 진행되지만, 성형수지의 유동도중까지는 전자, 그 이하는 후자의 기여가 지배적으로 되기 때문에 용융, 경화반응은 효과적이다. 예를 들어 평균외견점도

의 최저값을 평균외견점도

로 정의하면, 각 온도 T_M이 증가한 후에 평균외견점도

는 감소한다. 또, 각 조건의 마지막 데이터는 외견 겔화시간 t_e직전의 데이터이고, 각 온도 T_M이 증가하므로 성형수지의 유동시간은 감소한다. 이들 조건은 금형에서 성형수지로 전달되는 열량이 감소하므로, 성형수지의 용융반응과 경화반응이 같은 방법으로 갑자기 발생한다는 것을 의미한다.

제 9 도는 원통관 유로(5)가 4mm의 관직경 D를 갖는 것(표 1, 유로 № 2)에 있어서, 각 온도 T_M에서 평균외견점도

의 변화를 그래픽한 것이다. 제 9 도의 평균외견점도

의 변화경향이 2mm의 관직경 D를 갖는 제 8 도의 평균외견점도

의 변화와 유사하고, 원통관 유로(5)의 관직경 D의 크기가 증가하는 것에 의해 각 온도 T_M에서 유동시간이 길어지며, 평균외견점도

도 높아지고, 수지로의 열전도가 천천히 진행하여 용융과 경화는 천천히 발생한다.

제 10 도는 원통관 유로(5)가 6mm의 관직경 D를 갖는 것(표 1, 유로 № 3)에 있어서, 각 온도 T_M에서의 평균외견점도

와 시간과의 관계를 그래픽한 것이다. 제 9 도와 제 10 도에 도시된 관계를 비교하면, 관직경 D가 4mm인 것이 보기에 쉽지만, 제 9 도에 비해 각 온도 T_M에서 유동시간은 길어지며 평균외견점도

는 높아진다.

제 11 도는 각 관직경 D가 2mm, 4mm, 6mm인 것에 대해서 평균외견점도

와 각 T_M과의 관계를 그래픽한 것이다. 제 11 도에 도시된 바와 같이, log

와 1/T_M과의 선형이 각 관직경 D에 대해서 얻어진다. 포트(3)에 투입된 성형수지의 온도와 금형 M의 온도와의 차가 크기 때문에, 원통관 유로(5)를 통하는 수지요동의 도중에서 평균외견점도

를 관찰할 수가 있다. 따라서, 원통관 유로(5)의 벽에서 성형수지로 열전달이 원통관 유로(5)내에서 발생하고, 이와 같은 유동의 초기상태에서 평균외견점도

는 용융에 의해 감소되고 있다.

이상적인 등온조건이 얻어지는 것으로 가정한다면, 성형수지가 원통관 유로(5)로 유동할 때 성형수지의 온도는 금형 M의 온도와 같고, 그 시간까지 열이력의 영향을 받지 않고, 그 때 평균외견점도

의 값은 각 온도 T_M에서의 점도곡선의 초기 점도를 나타내는 성형수지 고유의 특성값이다.

제 11 도의 데이터가 성형수지의 경화반응에 의한 점도의 상승에 아주 적은 영향을 받는 경우, 각 온도 T_M마다 외사법에 의해 관직경이 D=0mm에 해당, 즉 금형 온도가 그대로 수지온도로 간주하는 상태의 평균외견온도

를 결정하면, 이것이 수지고유의 초기점도와 온도와의 관계에 가깝게 되는 것으로 고려된다. 이 관계는 앤드라이드(Andrade)식으로 표현된다.

η0=a exp(b/T)……………………………………………………·(2)

여기서, η0=초기점도

T =절대온도

a 및 b=초기점도에 관한 수지고유의 파라메터

제 12 도는 각각의 관직경 D에 대해서 각각의 온도 T_M가 외견 겔화시간 r_e와의 관계를 도시한 것이다. 임의의 선택된 관직경 D에 있어서도 log t_e와 1/T_M과의 선형관계를 얻는다. 여기서도 이상적인 등온조건의 실험을 가정한다면, 그 때의 t_e는 그 온도에서의 등온점도곡선의 겔화시간을 나타내는 수지고유의 값으로 된다. 이것도 평균외견점도

a를 결정하는 방법과 마찬가지로 외삽법에 의해 관직경이 D=0mm에 해당하는 값을 결정하는 것에 의해서, 근사적으로 겔화시간 t_e와 온도 T_M의 관계를 얻을 수가 있다. 이 관계는 다음의 앤드라이드 식으로 표현된다.

t₀=d exp(e/P)…………………………………………………………·(3)

여기서, t₀=겔화시간

T=절대온도

d와 e=겔화시간 t₀에 대한 성형수지 고유의 파라메터

제 13 도는 각각의 관직경 D에 대해서 각각의 T_M과 최종유동거리 1_P와의 관계를 그래픽으로 도시한 것이다. 제 13 도에 도시된 바와 같이, 관직경 D가 감소함에 따라서 최종유동거리 1_f는 감소한다. 이것은 관직경 D가 감소함에 따라 점도의 저하는 빠르지만, 유로자체의 저항값은 관직경 D의 4승에 비례하고, 이 저항의 증대에 의해 유속이 지연되며, 겔화시간이 단축되기 때문이다.

한편, 같은 관직경에서는 임의의 각각의 온도 T_M에서도 대체로 근사한 값을 갖는 최종유동거리 1_P로 된다. 이것은 각각의 온도 T_M이 높을 때는 점도의 저하가 빠르고, 이 사이에 유동거리가 증가하나 유동정지시각이 빠른 것과 T_M이 낮을 때에는 이 역현상이 초래되는 것이 1_P라는 특성값에는 같은 기여를 하고 있기 때문이다. 열경화성 수지의 성형성 평가에 광범위하게 적용하는 EMI, 나선형상의 유동테스트는 이 최종유동거리 1_P에 해당하는 값만을 결정하며, 본 실시예에 의해서는 성형수지의 유동 및 경화조건을 간주하는 정보를 이용하는 것에 의해 최종거리 1_P를 결정할 수 있다.

수지재료의 선택이나 제조공정에서 금형의 유로의 설계나 성형조건의 선택을 신속하고 합리적으로 실행하기 위해서는 본 발명의 장치에 의해 얻어지는 성형수지 공유의 특성값을 입력데이터로서, 유동시뮬레이션을 실행하는 것이 필요하며, 다음의 방법으로 이와 같은 특성값을 결정할 수 있다.

첫째, 열경화성 성형수지에 대한 등온점도는 다음식에 의해서 결정되게 된다.

여기서, η=점도

η₀=초기점도

t₀=겔화시간

c =점도상승계수

T =절대온도

t =시간

식(4)는 다음식으로 간단하게 된다.

η₀(T)=a exp(b/T)…………………………………………………… (5)

t₀(T)=d exp(e/T)…………………………………………………………(6)

c(T)=f/T-g……………………………………………………………… (7)

또, 식(5),(6)은 각각 (2),(3)식과 같은 것이며,a,b,d,e,f,g는 성형수지 고유의 파라메터이다. 식(4)는 다음의 경계조건을 만족한다.

t=0 일 때, η=η₀(T)……………………………………………………(8)

t=t₀(T)일 때, η=∞ ……………………………………………………(9)

임의의 온도 T에서 식(4)의 특성을 제 14 도에 도시한다.

성형수지가 원통관 유로(5)의 벽에서 열을 받을 때 금형내로 유동하기 때문에, 대부분의 성형수지는 비등온상태로 되어 있다. 이하, 이 경우의 점도의 예측법에 대해서 설명한다. 첫째, 식(4)를 무차원으로 정리하면, 다음식이 얻어진다.

……………………………………………………·(10)

여기서,

μ=(η/η₀(T)^1/C(T)……………………………………………………(11)

τ=t/t₀(T)………………………………………………………………(12)

곡선은 τ=0에서 μ=1, τ=1에서 μ=∞일 때, 제 15 도에 도시된 특성을 갖는다.

제 15 도에 있어서, τ=τ₁에서 μ=μ₁로 되고, 이때의 시간이 t₁, 온도가 T₂로 된다. 시간이 Δt경과 했을 때에 온도도 ΔT증가하여 시간과 온도가 각각 t₂와 T₂로 될 때, 새로운 점도를 계산하게 된다. 식(12)에서 τ는 시간 t와 온도 T의 함수이고, 새로운 상태 τ₂까지의 증분 Δτ는 다음식에서 계산된다.

………………………………………………………… (13)

식(12),(6)에 의해 다음식이 얻어진다.

…………………………………………………………… (14)

……………………………………………………………………… (15)

식(13)의 Δt,ΔT는 제 15도에 도시된 바와 같이 사전에 알고 있으며, 식(14)에 T=T₁을, 식(15)에 T=T₁과 τ=τ₁을 대입하는 것에 의하여 Δτ가 결정되므로, 다음식이 얻어진다.

τ₂=τ₁+Δτ…………………………………………………… (16)

식(10)에 τ=τ₂를 대입하는 것에 의해서 μ2가 다음 식으로 결정된다.

…………………………………………………… (17)

식(11)에서 다음식이 얻어진다.

η=η0(T)μ^C(T)…………………………………………………… (18)

이 식(18)에 T=T₂, μ=μ2의 값을 대입하는 것에 의해서 새로운 상태에서의 점도 η2가 다음식으로 의해 결정된다.

…………………………………………………… (19)

τ=0에서 τ=1까지 기법의 반복하는 것에 의해, 비등온 조건에서의 초기단계로부터 겔화단계까지의 점도변화 μ의 변화를 계산할 수가 있다.

성형수지가 금형내의 흐를 때의 상태를 해석하기 위해서는, 이하 원통관 유로에 대한 상기의 점도예측법과 각종 보존법칙의 기초식을 조합시켜서 해결할 필요가 있다.

……………………………………………………………(20)

…………………………………………………(21)

…………………(22)

여기서, Q=유동비율

R=원통관의 반경

Vz=관축방향의 유속

γ=관방향 직경의 거리

Z=관측방향의 거리

P=압력

η=점도

C =밀도

T=온도

t=시간

λ=열전도율의 계수

식(20),(21) 및 (22)는 각각 연속식, 운동량과 에너지의 보존법칙을 나타낸다.

식(20)~(22)를 등온점도식(4)~(7)과 비등온 점도예측법 식(10)~(19)에 조합시켜 부여된 초기 경계조건하에서 유한 요소법의 차분법과 같은 수치해석법으로 해결하면, 제 16 도에 도시되는 본 발명에 의한 입력 I, 계산 C, 출력 O를 사용하는 시뮬레이션 프로그램의 개요로서 원통관 유로 내에서의 유동시뮬레이션을 유도할 수 있다.

또, 평균외견점도가 출력 O로서 얻어지므로, 제 8 도 ~ 제 10 도에 그래픽으로 도시된 바와 같이, 시뮬레이션 프로그램의 결과와 실제 측정값을 비교할 수 있다.

본 발명의 시뮬레이션 기술에 있어서 사용되는 점도식중의 파라메터는 식(5)~(7)중의 6개의 파라메터 a,b,d,e,f및 g이며, 이 파라메터의 값을 효율좋게 결정하는 것이 중요하다. 이하, 본 발명의 장치에 의해 얻어진 제 8 도 내지 제 12 도에 도시된 데이터에서 파라메터 a,b,d,e,f 및 g의 값을 추정하는 방법을 상세하게 설명한다.

특히, 파라메터 a,b,d 및 e의 값을 추정하는 방법을 제 17a 도에 개락적으로 도사한다. 이하, 파라메터 a,b,d 및 e의 값을 추정하는 방법을 제 11 도 및 제 12 도에 따라서 설명한다.

제 17a 도에서, 원통관 유로(5)의 직경 D와 금형 M의 각 온도 T_M이 변화될 때, 평균외견점도

와 외견겔화시간 t_e의 최소값은 평균 외견점도

의 변화데이터에서 리드되고, 관직경 D=0mm의 위치에 해당하는 각각의 온도 T_M마다 평균외견점도

와 외견 겔화사간 t_e의 값이 외삽법에 의해 얻어지며, 다음의 관계가 유효하게 된다.

(T_M)=η₀(T)

t_e(T_M)=t₀(T)

파라메터a,b,d 및 e의 값은 제 17a 도에 그래픽으로 도시되는 다음의 관계로부터 추정된다.

log t₀-1/T

제 17b 도는 파라메터 f와 g를 결정하는 스텝의 그래픽이며, 이 방법은 시간 t₀에서 외견 겔화시간 t_d사이에 발생하는 점도상승 곡선을 이용해서 동시에 데이터의 무차원화와 식(4)의 변형의 동작을 병합시켜 실행하고, 외상법에 의해 관직경 D=0mm의 위치에 해당하는 특성 값을 추정하는 것이다.

특히, 무차원 점도

는 각 조건에서 (t-t_d)/(t_e-t_b)가 고정값(t_b,〈t〈t_e)으로 있을때의 무차원 시간에서 계산된다. 관직경 D=0의 값에 대응하는

의 값은 각 온도 T_M마다 계산되고 있고, 예를 들면

로 간주된다.

온도 T와

의 관계는 t/t₀값이 일정한 경우에 제 17b 도도에 도시된 바와 같이 그래픽으로 결정되게 된다. T마다

과 t/t₀의 값을 대입시키는 것에 의해서 C의 값을 결정할 수 있고, 파라메터 f 및 g의 값은 제 17b 도에 도시된 C와 1/t과의 관계로부터 평가되게 된다.

상술한 복잡한 기술을 사용하는 이유는, 전자부품의 봉지용 재료는 경화시간이 매우 빠르고 이상적인 등온조건의 실험이 대단히 곤란하다는 것이다. 다음에 제 17a 도 및 제 17b 도의 기술에 의해 추정된 파라메터 a,b,d,e,f 및 g의 값을 이용해서 유동시뮬레이션을 실행하여 평균외견점도

의 계산값과 실제의 측정값을 서로 비교한다. 그래서, 최종적으로는 최소 자승법과 같은 커브피팅 방법에 의해 계산값이 실제의 측정값에 근사하도록 파라메터 a,b,e,f 및 g의 값을 수정하고, 적당한 오차량에 도달되었을 때 파라메터의 값을 결정한다. 이하, 상술한 기술에 의해 결정된 수지의 파라메터값과 다른 장치에 의해서 측정된 열상수값을 표 2에 도시한다.

[표 2]

표 2중의 값은 사용된 수지에 따른 유동시뮬레이션용 입력데이터를 나타낸다. 제 18 도에 평균외견점도

의 측정값과 시뮬레이션에 의해 계산된 값과의 비교를 그래픽으로 도시한다. 제 18 도에서 명확한 바와 같이, 평균외견 점도

의 측정값과 시뮬레이션에 의해 계산된 값이 각 성형온도에서 거의 일치하는 것으로 나타나고, 제 18 도의 그래픽은 본 발명의 주된 문제의 타당성이 증명되고 있다.

본 발명에 의하면, 측정조건에 좌우되지 않는 열경화성 수지고유의 유동, 경화파라메터를 합리적으로, 고정확도로 결정할 수 있다. 또, 결정된 파라메터의 값을 입력데이터로 해서, 본 발명의 점도식, 평균외견점도 변화의 예측법과 대량생산용 금형형태에 따른 여러 가지 보존법칙의 식을 조합시켜 해석하는 것에 의해서, 어떤 조건에서도 유동시뮬레이션이 가능하게 되며, 실험적인 생산없이 대량 생산용 금형의 유로의 최적치수와 최적한 성형조건을 서류상으로 결정할 수 있다. 또, 성형수지 개발시의 성형성의 체크나 수지로트관리로 합리적으로 실행할 수 있다.

제 19 도는 금형 내에서의 수지유동모드의 평가용 시스템을 해석하는 개략적인 도면이며, 수지의 물리특성, 성형조건 및 성형의 런너차원을 포함하는 시뮬레이션에 필요한 데이터는 입력수산(100)에 공급되고 있다. 입력수단(100)은 런너의 데이터 출력을 런너분할 수단(103)가 런너체적 연산수단(101)에 공급한다. 다음에 런너체적 연산수단은 런너의 전체 체적을 계산하며, 런너분할 수단은 구간으로 런너를 분할한다. 구간체적(104)는 런너불할 (103)의 출력데이터를 처리해서 각 구간의 체적을 결정하고, 구간 형태저항연산수단(105)는 마찬가지의 출력데이터를 처리해서 각 구간형태저항을 결정한다 원통형 유로대체수단(106)은 구간체적 연산수단(104)의 출력데이터를 처리해서 원통형 런너의 조합으로 각 구간을 변환한다. 런너체적 연산수단(101)의 출력데이터, 구간체적 연산수단(104)의 출력데이터 및 입력수단(100)에 공급하는 성형조건중의 전달시간의 데이터는 구간유동비율 및 구간통과시간 연산수단(102)에 공급된다. 구간유동비율 및 구간통과 시간 연산수단은 각 구단의 성형수지의 유동비율과 성형수지가 소정의 구간을 통과하는 제 2 의 통과시간을 계산한다. 유동시뮬레이션 수단(108)은 구간유동비율 및 구간 통과시간 연산수단(102)의 출력데이터, 원통형 유로 대체수단(106)의 출력과 입력수단(100)에 공급되는 성형조건의 데이터에 따라서 원통형 런너를 통하는 런너의 각 구간의 성형수지의 온도, 점도, 유속 및 평균외견점도를 결정하는 성형수지의 유동모드를 시뮬레이션한다.

유동시물레이션 수단(108)의 동작의 결과는 점도 비교수단(109)에 공급된다. 점도비교수단(109)에 의한 비교의 결과가 만족스럽지 않으면, 이 시뮬레이션은 이터럽트 된 후에 입력조건 변경수단(107)이 입력수단(100)에 공급되는 입력데이터부를 변경하여 시뮬레이션의 다른 사이클은 초기화된다. 점도비교수단(109)에 의한 비교결과가 만족스러우면, 압력손실 연산수단(110)은 시뮬레이션을 거쳐서 얻어진 데이터, 즉 평균외견점도. 유동비율 및 각 구간용 형성저항을 처리해서 각 구간의 압력손실과 전체 압력손실, 즉 모든 구간의 압력손실의 합을 결정한다.

압력손실 연산수단(110)은 압력손실 비교수단(111)로 연산의 출력을 공급한다. 계산된 각 구간의 압력손실과 계산된 전체 압력손실이 소정의 값보다 크면, 압력손실 비교수단(111)은 입력조건 변경수단(107)에 출력신호를 공급해서 시뮬레이션의 사이클을 초기화한다. 압력손실 비교결과가 만족스러우면, 출력수단(112)는 런너치수, 성형조건 및 다른 필요 적절한 데이터를 포함하는 최종데이터를 제공한다.

제 20a 도 내지 제 20e 도는 수지실 반도체 장치의 제조과정의 다른 단계를 개략적으로 도시한 것이다. 특히, 제 20a 도에 도시된 바와 같이, 여러개의 반도체 칩(32)는 멀티플리이드 프레임(31)에 탑재되고 금선(33)에 의해 연결되어서 여러개의 반도체 장치를 형성하며, 1개의 반도체 장치는 제 20b 도에 좀더 명확하게 도시되어 있다.

제 20c 도에 도시된 바와 같이, 반도체 칩(32)에 각각 탑재된 멀티플리이드 프레임(31)은 하부성형(44)에 형성된 성형캐비티(45)에 배치된다. 다음에 상부성형(46)은 성형 캐비티(45)내의 멀티플 리이드프레임(31)을 안정시키도록 하부성형(44)와 맞물리게 된다. 포트(48)은 고주파 예열기(도시되지 않음)에 의해 예열된 펠릿의 열경화성 수지(47)로 충전된다. 열경화성 수지(47)은 가열기(40)에 의해 가열된 금형으로부터의 열전이에 의해 용융된 후에, 성형기(도시되지 않음)의 플런저(49)는 런너(41)과 게이트(42)를 거쳐서 성형캐비티(45)에 성형수지(47)을 주입하도록 아래쪽으로 눌려진다.

성형캐비티(45)를 성형수지(47)로 충전한 후의 소정의 기간에서, 성형수지(47)은 응결한다. 그후, 상부성형(46)은 제 20d 도에 도시된 바와 같이 수지실 장치가 이탈하도록 하부성형(44)로부터 분리된다.

그후, 멀티플리이드 프레임(31)을 절단해서 반도체 장치를 분리하고, 제 20e 도에 도시된 바와 같이 완성된 반도체 장치를 만들기 위해서 리이드 프레임(31)을 구부린다. 수지충전율에서의 캐비티(45) 사이의 차이는 열경화성 수지(47)의 점도, 유속 및 응결모드의 차이에 기인하기 때문에, 이 완성형태는 금선(33)의 성형변경을 방지한다. 결과적으로, 열경화성 수지(47)은 같은 충전율에서 캐비티(45)로 도입되어야 한다.

본 발명에 따른 상술한 법칙과 기술의 장점에 의해서, 같은 충전율에서 성형 열경화성 수지(47)을 여러개의 캐비티(45)에 채울 수 있는 런너를 구성하는 것이 가능하다.

특히, 본 발명에 의하면, 열경화성 수지(47)은 런너(41)의 각 압력손실과 각 성형캐비티(45)에 대응하는 게이트(42)의 압력손실의 합이 같도록 추정된 런너(41)의 압력손실에 따라 런너(41)의 치수를 결정하는 것에 의해 여러개의 성형캐비티(45)로 균일하게 분포된다. 이와 관련하여 제 20c 도의 런너(41)과 게이트(42) 각각은 반원형이나 역사다리꼴 형태의 단면을 갖고, 최악의 경우에서 이 런너(41)의 단면적은 같은 길이를 갖고 변화한다. 상기 복잡한 경계조건을 사용하는 열경화성 수지(47)의 유동시뮬레이션은 광대한 계산시간을 요구하므로, 이와 같은 시뮬레이션의 방법은 실용적인 설계에 적용되지 않는다. 따라서, 시뮬레이션용 계산을 간략화 하기 위해서, 본 발명은 이하의 시뮬레이션 방법을 이용한다.

본 발명에 의하면, 런너(41)을 여러개의 구간으로 분할하고, 각 구간의 특정한 형상저항 β와 마찬가지의 유동비율 Q를 계산한다. 각 구간을 원통형 유로로 대체하고, 원통형 유로를 통하는 수지의 유동시뮬레이션을 실행해서 온도, 점도, 유속 및 평균외견점도

가 계산되고, 압력손실 ΔP가 다음식으로 계산된다.

ΔP=β·

·Q……………………………………………………(20)

제 21a 도는 구간의 한쪽 끝에서 다른쪽 끝까지의 단면적이 변화하는 구간의 실예를 도시한 것이다. 제 21a 도에서 X는 기준점으로부터의 구간거리를 나타내고, X₁과 X₂각각은 구간의 개시와 끝을 나타내고, W는 유로폭, h는 유로깊이를 나타내며, 유로폭 W와 깊이 h는 거의 X의 함수이며, W와 h는 다음의 관계로 된다.

…………………………·(21)

여기서, F=폭 W와 깊이 h와의 비에 의해 결정되는 형상계수 β의 값은 폭 W. 깊이 h 및 계수 F 각각을 X의 함수로 해서 심프슨의 공식 등을 사용하는 근사적분의 해석접근을 거쳐서 결정될 수 있으며, E＜h일 때 다음의 관계로 된다.

…………………………·(22)

구간내에 W≥h로 되는 부분과 W〈h로 되는 부분이 공존하는 경우에, 각각의 위치에서 (21)과 (22)식을 사용하고 계산결과를 합친다.

제 21b 도는 제 21a 도에 도시된 것과 같은 원통형 유로를 도시한 것이다. 제 21b 도에서 X₁과 X₂사이의 구간은 균일 직경의 원통형 유로를 나타내며, 원통형 유로의 직경은 제 21a 도에 도시된 구간과 제 21b 도의 원통형 유로가 같은 체적이 되도록 결정되다. 제 21b 도에서 수지의 유동방향으로 끝이 뾰족해지는 제 21a 도에 도시된 구간전후와 같은 런너의 원통형 유로는 파선으로 나타내고 있다.

또, 원통형 유로의 유동시뮬레이션의 상술한 절차를 적용해서 각 구간의 평균외견점도

를 평가한다. 이와 관련하여 각 구간의 유동비율 Q는 Qp를 계산하거나 결정하고 분기수에 의해 Qp를 분할하는 것에 의해 계산되며, Qp는 다음 관계에 의해서 결정된다.

Qp=Vf/tp

여기서, Qp=포트(48)에서의 주입비율

Vf=런너(41)의 체적

tp=플런저(49)의 수지주입시간

이런식으로, 런너(41)의 각 구간의 압력손실이 결정되며, 전체 압력손실 ΔP_t는 전체구간의 압력손실을 합하는 것에 의해 결정된다.

제 22 도는 제 20a 도에 도시된 바와 같이 여러개의 성형 캐비티(45)를 갖는 금형의 열경화성 수지를 같은 충전율로 성형캐비티(45)에 채우기 위한 런너(41)과 게이트(42)를 설계하기 위한 순서도의 1예를 도시한 것이다. 제 22 도에 도시된 바와 같이. 표 2에 도시된 것과 같은 열경화성 수지(47)의 물리특성, 성형조건 및 금형의 치수를 포함하는 제 1 의 입력데이터를 입력한다. 이 성형조건은 플런저(49)의 주입시간, tp, 성형기의 최대주입 압력 P_M, 수지예열 온도 및 금형의 온도를 포함한다. 금형의 치수는 성형 캐비티(45)의 피치와 런너(41)의 레이아우트와 같은 고정값 이외의 치수의 일시적인 값을 포함한다. 런너(41)의 전체 체적 Vf를 계산하고 각각의 런너를 구간 분할하며, 이때의 인접구간과의 접합면의 수는 적어도 런너(41)로부터 분기되는 분기수와 같게하고, 열경화성 수지(47)의 유동은 구간내에서 분기되지 않게한다. 다음에 각 구간의 체적 V_N과 형성저항 β_N을 계산한다.

수지주입비율, 즉 포트(48)의 수지배출 비율을 상술한 관계 Qp=Vf/tp를 사용하여 계산하고, 다음에 Qp를 분기수로 분할해서 열경화성 수지(47)을 같은 유동비율에서 성형캐비티(45)에 분포되는 것을 전체로 각 구간의 열경화성 수지(47)의 유동비율 Q_M을 결정한다. 다음에, 각 구간의 통과시간 tn=Vn/Qn, 즉 열경화성 수지(47)이 각 구간을 거쳐서 유동하는 시간을 계산하며, 체적 Vn인 원통형 유로의 직경을 각 구간마다 결정한다. 이때 열경화성 수지(47)과 원통형 유로의 유동모드를 열경화성 수지의 유동방형에 관하여 원통형 유로의 순서대로 순차적으로 시뮬레이션해서 각 구간의 열경화성 수지(47)의 온도, 점도 η, 유속분포 및 평균외견점도

을 계산한다.

각 구간에서 소정의 반경위치전의 열경화성 수지(47)의 점도 η와 반경위치 후의 열경화성 수지(47)의 점도 η을 비교해서 후자 점도 η가 전자 점도 η보다 높은가를 결정한다. 소정의 반경위치후의 점도 η가 소정의 반경위치전의 점도보다 높으면, 성형조건의 금형의 치수가 변화되고 동일한 계산이 반복된다.

열경화성 수지(47)의 점도 η의 상기 역변화는 성형캐비티(45)로 유동하기 전의 열경화성 수지(47)의 경화반응 초과때문이고, 성형캐비티(45)로 이와 같은 고점도의 초경화된 열경화성 수지(47)의 공급은 결함성형을 생산할 가능성이 매우 높다. 열경화성 수지(47)의 점도 η에 관한 요구가 만족스럽게 되었을 때, 런너(41)의 각 구간의 압력손실 ΔP_Rn.

ΔP_Rn=β_n·η_an·Qn은 다음관계에 따라 계산된다.

이때의 압력손실은 합쳐서 런너(41)의 압력손실 ΔP_RT를 얻을 수 있다. 이 계산된 압력손실 ΔP_RT를 참조 압력손실 ΔP_RS와 비교하고, ΔP_RS≤ΔP_RT일 때, 금형의 런너(41)의 치수, 플런저(49)의 수지주입시간, 수지예열온도 및 금형의 온도를 나타내는 적어도 1개의 데이터를 변화시키고, 압력손실 ΔP_RT를 새로운 데이터에 따라 재차 계산한다.

상기 진행을 불균형 ΔP_RS＞ΔP_RT일때의 런너의 치수와 성형조건이 결정될 때까지 반복한다. ΔP_RS＞ΔP_RT를 만족하지 않는, 즉 압력손실이 최대주입압력 P_M에 접근할 때, 플런저(49)는 일정속도로 포트(48)로 이동하고 이것에 의해 의해 런너(41)을 통해서 유동하는 열경화성 수지(47)은 불량성형동작을 피할 수 없다. 실제문제로서, ΔP_RS는 P_M보다 훨씬 작아져야 한다. 각 게이트(42)내의 일시적인 압력손실의 합은 대응하는 캐비티에 도달하는 런너내의 압력손실의 합과 같은 게이트(42)내의 압력손실이 일정하게 되도록 선택하고 있다. 계산된 전체 압력 ΔP_T가 소정의 압력손실 ΔS와 같거나 보다 클 때, 성형조건과 성형치수는 약간 변화되며 압력손실은 재차 계산되고, ΔS〉ΔP_F일때까지 계산이 반복된 후 압력손실 ΔP_Gn이 결정된다.

ΔP_S의 값이 ΔP_S~ΔP_M의 범위내에 있으면, 그후 각 게이트에 대해 부여되는 형상저항 βG_n은 값 ΔP_Gn으로 대체하는 것에 의해 계산되고, 각 게이트(42)용 평균외견점도

G의 값은 열경화성 수지(47)의 유동시뮬레이션을 거쳐서 얻어지며, 각 게이트(42)를 통하는 유동비율 Q_Gn은 다음식으로 표현된다.

βGⁿ=ΔPG_n/

G Q_Gn

이때 게이트(42)의 치수는 식(21)과 (22)를 이용하는 것에 의해 계산된다. 이 계산된 각 게이트(42)의 치수가 각 게이트용 제한조건, 예를들면, 열경화성 수지(47)의 유동방향으로 뾰족해지는 부분에 대한 상하부 제한각과 같은 부분에 대한 상하부 제한깊이를 만족하지 않으며, 금형의 치수와 성형조건은 제한조건에 만족하는 게이트(42)에 대한 치수를 얻도록 변화한다.

제 23a 도 내지 제 23d 도는 본 발명에 따라 구성된 제 20b 도의 런너(41)과 게이트(42)와의 관계를 도시한 것이다. 명백하게 하기 위해서 제 20b 도에 도시된 포트(48), 포트(48)로부터 반경방향으로 연장한 런너(41) 및 캐비티(45)를 수용한다. 제 23b 도에서 명확하게 도시된 바와 같이, 성형 열경화성 수지가 캐비티와의 최소사간차를 갖고 캐비티 C₁,C₂,C₃,C₄,C₅에 도달하도록 유동의 맨 끝의 유동방향을 향해서 점차 감소한다.

제 23c 도 및 제 23d 도에 도시된 바와 같이, 게이트(42)는 각 캐비티와 같은 캐비티용 게이트(42)내에 도달하는 런너(41)내의 각 압력손실의 합을 같게하기 위해서 런너(41)의 맨 끝에 가까운 게이트(42)의 제한각 θ₅가 런너(41)의 맨끝에서 멀리 떨어진 게이트(42)의 제한각 θ₁보다 크도록 형성된다. 약간 실용적인 이유로서 제한각 θ₁,θ₂의 제한조건이 있다면, 게이트(42)의 압력 손실은 각 게이트(42)의 게이트 배출구(43)의 폭과 깊이를 변화시켜 조정해도 된다.

본 발명의 효과의 이점은 제 24a 도, 제 24b 도, 제 25a 도, 제 25b 도, 제 26 도 및 제 27 도와 관련화여 다음 설명으로부터 좀더 명확하게 될 것이며, 제 23a 도 및 제 23b 도에 도시된 것과 같은 구성을 갖는 금형의 캐비티 C₁,C₂,C₃,C₄,C₅를 충전하는 공정을 제 24a 도와 제 24b 도에 그래픽으로, 개략적으로 설명하고, 열경화성수지(47)을 처리하는 종래의 접근방법에 의해 시물레이션 없이 구성된다. 제 24a 도에 도시된 바와 같이, 충전율의 무차원은 세로좌표를 따라서 측정할 수 있고, 충전시간의 무차원, 각 캐비티 C₁,C₂,C₃,C₄,C₅로의 열경화성 수지(47)의 유동개시로부터 경과되는 시간은 가로좌표를 따라서 측정할 수 있다. 젱 24a 도의 점선은 캐비티 C₁~C₅에 같은 충전율로 열경화성 수지(47)을 동시에 충전하는 이상적인 충전모드를 나타낸다.

제 24b 도는 제 24a 도의 시간 0.5에서 캐비티 C₁~C₅의 상태를 도시한 것이고, 제 24a 도 및 제 24b 도로부터 명확한 바와같이, 실제 충전모드는 제 24a 도에 도시된 이상적인 충전모드 곡선에서 크게 빗나가고, 상부 캐비티 C1~C₃용 충전율은 하부캐비티 C₄,C₅용 충전율보다 높다.

제 25a 도 및 제 25b 도는 특히 열경화성 수지인 열경화성 수지(47)의 유동시뮬레이션을 거쳐서 얻어지는 데이터에 따라서 본 발명의 설계방법에 따른 금형의 캐비티 C₁,C₂,C₃,C₄,C₅의 충전방법을 그래픽 및 개략적으로 도시한 것이다.

제 25b 도는 제 25a 도의 시간 0.5에서 캐비티 C₁~C₅의 상태를 도시한 것이다. 제 25a 도 및 제 25b 도로부터 명확한 바와 같이, 전체 캐비티 C₁~C₅에는 제 25a 도의 이상적인 곡선에 의해 나타낸 이상적인 충전모드와 거의 일치하는 충전모드에서, 대체로 같은 충전율로 열경화성 수지(47)이 충전된다.

제 26 도는 각 캐비티 C₁~C₅내의 열경화성 수지(47)의 최대유속, 수지보유시간, 즉 열경화성 수지(47)을 갖는 각 캐비티 C₁~C₅의 충전완료와 플런져(49)의 주입동작 완료사이의 시간을 그래픽으로 나타낸 것이다. 제 26 도에서 수지주입 시간은 tp로 나타낸다. 종래의 설계기술에 따라 설계된 금형에서, 유속은 하부캐비티에 대한 유동비율의 증가마다 상부캐비티가 열경화성 수지로 충전되는 것에 의해 하부캐비티보다 상부캐비티가 높고, 수지보유시간은 제 24a 도 및 제 24b 도에 도시된 방법에서 열경화성 수지(47)을 충전하는 상부캐비티가 하부캐비티보다 길다.

한편, 본 발명에 따라 구성된 금형에서, 캐비티 C₁~C₅에서의 유속은 동일하고, 캐비티 C₁~C₅에 제 25a 도 및 제 25b 도에 도시된 바와 같이 같은 충전율로 열경화성 수지(47)이 충전되기 때문에 전체 캐비티 C₁~C₅에 대해서 수지보유 시간은 거의 0이다.

제 27 도는 금선파괴에 의한 수지충전 장치의 불량발생률을 나타낸 것이다. 제 27 도에서 금선 A의 직경 D_A는 금선 B의 직경 D_B보다 크다. 이 장치의 금선 A의 경우는 종래의 기술에 의해 구성된 금형도에도, 본 발명에 의해 구성된 금형에서도 불량발생은 없다. 종래의 설계방법에 의해 설계된 금형을 이용하여 수지로 충전된 장치의 금선 B의 불량발생률은 수지로 충전된 하부캐비티의 장치보다 크고, 얇은 금선 B의 불량발생은 수지의 유속이 증가함에 따라 증가한다. 본 발명에 의해 구성된 금형의 전체 캐비티의 유속이 일정하기 때문에, 얇은 금선 B이더라도 불량발생은 없다.

표 3은 종래의 설계방법과 본 발명에 의해 고찰된 방법을 비교하는 수지충전장치의 외관에서의 불량발생률을 나타낸 것이다.

[표 3]

표 3에 도시된 바와 같이, t_P=18초일 때, 수지실 장치에서는 금형의 설계방법으로 불량이 발생되지 않는다. 그러나, t_P=30초일 때, 종래기술에 의해 구성된 금형을 사용하는 수지실 장치의 불량발생률은 충분한 압력이 캐비티에 인가되기 전에 열경화성 수지의 보유시간이 길어져 경화하기 때문에 100%이다. 종래의 기술에 의해 설계된 금형에 비해서, 표 3으로부터 명확한 바와 같이 본 발명에 의해서 구성된 금형을 이용하여 수지로 충전된 수지실 장치는 보유시간이 대체로 0이기 때문에 불량이 발생되지 않는다.

본 발명의 상기한 특징에 의해, 대량생산을 위한 금형 런너의 치수의 최적화와 성형조건의 최적화가 상술한 해석에 의해 고속, 고정확도로 결정된다. 따라서, 신제품의 개발에 요구되는 시간이 금형의 시험제작을 생략학 수 있는 것에 의해 상당히 감소되고, 결함성형도 감소되며, 수지실 장치의 비용도 보다 얇은 금선을 사용하는 것에 의해 대체로 감소된다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

Claims (14)

1. 수지를 공급하는 포트수단(3)과 상기 포트수산(3)에 접속되는 유로수단(4,5)를 갖는 금형수단(1,2), 상기 포트수단(3)에서 상기 유로수단(4,5)로 수지를 내보내는 플런저수단(8), 수지의 압력을 검출하여 검출된 압력의 출력신호를 공급하기 위해 금형내에 마련된 압력 검출수단(6), 상기 플런저수단(8)의 위치를 검출하여 검출된 위치의 출력신호를 공급하는 변위검출수단(9), 상기 압력검출수단(6)과 상기 변위검출수단(9)에서 수신된 출력신호를 저당하여 배열하는 데이터 처리수단(12), 상기 데이터 처리수단(12)에 의해 처리된 신호의 물리량 변환을 실행하고, 물리량과 상기 금형의 유로수단(4,5)의 여러 가지 치수에서 계산된 적어도 하나의 정수의 조합을 계산하는 연산수단(13)에서의 계산의 결과를 출력하는 출력수단(14,15)를 포함하는 수지의 유동 및 경화특성을 측정하는 장치.
2. 특허청구의 범위 제 1 항에 있어서, 또 상기 금형수단(1,2)는 상기 포트수단(3)에 접속되는 제 1 의 끝부를 갖는 단일 런너(4)를 포함하고, 상기 유로수단(5)는 상기 포토수단(3)에 대향하는 상기 런너(4)의 제 2 의 끝부에 접속되는 단일유로(5)를 포함하며, 상기 단일유로(5)는 열경화성 수지의 유동방향으로 균일한 구간치수를 갖고, 상기 단일유로(5)의 단면적은 상기 런너(4)의 단면적보다 작은 수지의 유동 및 경화특성을 측정하는 장치.
3. 특허청구의 범위 제 2 항에 있어서, 상기 금형의 상기 유로(5)의 단면적은 원형인 수지의 유동 및 경화특성을 측정하는 장치.
4. 특허청구의 범위 제 3 항에 있어서, 상기 금형의 상기 단일 유로(5)는 열경화성 수지의 유동방향에서 볼 때, 나선형상인 수지의 유동 및 경화특성을 측정하는 장치.
5. 특허청구의 범위 제 2 항에 있어서, 상기 압력검출수단(6)은 상기 금형의 상기 런너(4)의 벽에 탑재되는 수지의 유동 및 경화특성을 측정하는 장치.
6. 특허청구의 범위 제 2 항에 있어서, 상기 금형수단(2)는 상기 단일 유로(5)가 런너(4)에서 분리할 수 있도록 구성되는 수지의 유동 및 경화특성을 측정하는 장치.
7. 특허청구의 범위 제 1,2 항 또는 제 5 항에 있어서, 그의 출력신호가 제 1 의 압력레벨을 초과할 때에는 상기 열경화성 수지가 상기 유로수단(5)로 유동을 개시하고 그의 출력신호가 제 2 의 압력레벨을 초과할 때에는 계측을 종료하도록, 적어도 제 1 및 제 2 의 압력레벨을 감지하여 출력신호를 공급하는 상기 압력검출수단(6)을 포함하는 수지의 유동 및 경화특성을 특정하는 장지.
8. 특허청구의 범위 제 7 항에 있어서, 변위검출 수단(9)의 인접한 출력신호의 차가 소정의 레벨보다 작으며 또한 상기 압력검출수단의 출력신호가 제 2 의 압력레벨을 초과할 때 계측을 종료하도록, 상기 변위검출수단의 인접한 출력신호의 차를 계산하는 연산수단(13)을 포함하는 수지의 유동 및 경화 특성을 측정하는 장치.
9. 특허청구의 범위 제 7 항에 있어서, 계측이 종료하는 시각으로부터 소급하여 압력 데이터의 시간 변화율을 구하고 이 시간 변화율의 값이 소정의 값보다 작게되는 시각을 수지유동 정지시각으로 간주하도록, 적어도 제 1 및 제 2 의 압력레벨을 감지하여 출력신호를 공급하는 상기 압력검출수단(6)을 포함하는 수지의 유동 및 경화특성을 측정하는 장치.
10. 열경화성 수지를 공급하는 포트수단(3), 상기 포트수단(3)에 접속되는 런너수단(4) 및 상기 런너수단(4)에 접속되고 상기 런너수단(4)의 단면적보다 작은 단면적을 갖는 원통관유로수단(5)를 갖는 성형수단, 상기 런너수단(4)에서 상기 원통관유로수단(5)로 유동하는 열경화성 수지의 압력을 검출하는 압력검출수단(6), 상기 포트수단(3)에서 상기 성형수단(1,2)로 수지를 이송하는 플런저수단(8), 상기 플런저수단(8)의 변위를 검출하는 변위검출수단(9)와 상기 압력검출수단(6)에서의 신호와 변위검출수단(9)에서의 신호를 입력하고, 상기 성형의 소정의 값에 따라서 평균외견점도를 계산하며, 또한 상기 변위검출수단(9)와 상기 압력검출수단(6)에서의 신호를 계산하는 데이터처리수단(12)를 포함하는 열경화성 수지의 유동 및 경화특성을 측정하는 장치.
11. 열경화성 수지의 유동 및 경화특성, 성형조건 및 성형(46)의 치수에 따라서 열경화성 수지재료의 단일값을 얻는 스텝, 여러개의 구간으로 상기 성형(46)의 런너수단(41)을 분할하는 스텝, 상기 런너수단(41)의 각 구간에 대한 측정형상 저항과 각 구간내의 상기 열경화성 수지의 유동비율을 계산하는 스텝, 원통형유로에 의해 런너부단(41)의 각 구간을 대체하는 스텝, 등온점관계, 비등온점도관계, 연속관계, 모멘트 및 에너지의 보존관계에 따라서 상기 런너수단(41)의 각 구간에서 압력손실과 점도를 계산하는 스텝, 압력손실과 점도를 소정의 값과 비교하는 스텝과 상기 비교스텝에서 얻어지는 결과에 따라서 성형(46)치수를 결정하는 스텝을 포함하는 열경화성 수지의 유동 및 경화특성을 사용하는 성형의 런너를 설계하는 방법.
12. 열경화성 수지를 공급하는 포트수단(3), 상기 포트수단(3)에 접속되는 제 1 의 끝부를 갖고 상기 포트수단(3)에서 열경화성 수지를 받는 런너수단(4)와 상기 런너수단(4)에 접속되어 상기 런너수단(4)에서 열경화성 수지를 받는 단일 유로수단(5)를 포함하며, 상기 유로수단(5)는 상기 런너수단(4)의 단면적보다 작은 단면적을 갖고 균일한 치수를 갖는 금형.
13. 특허청구의 범위 제 12 항에 있어서, 상기 유로수단(5)는 원형의 단면형상인 금형.
14. 특허청구의 범위 제 13 항에 있어서, 상기 유로수단(5)는 나선경로를 따라 연장하는 금형.

Images