(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形金型内のエジェクタピンが摺動して成形品を離型する動作によりエジェクタピンに負荷される荷重を検出して荷重信号として出力するステップと、
該荷重信号を収集及び解析して離型荷重プロフィール（Ｆ１）を検出するステップと、
前記離型荷重プロフィール（Ｆ１）を基に、該エジェクタピンの摺動抵抗（Ｆ２´）の荷重を推定するステップと、
前記離型荷重プロフィール（Ｆ１）から前記推定した摺動抵抗（Ｆ２´）の荷重を差し引くことにより、該成形品に負荷された実効離型力を得るステップとを有することを特徴とする成形品の離型力検出方法。
【請求項２】
該推定したエジェクタピンの摺動抵抗（Ｆ２´）の荷重は、実効離型が開始される点と離型が完了した点とによる近似式を離型荷重プロフィール（Ｆ１）に内挿することにより推定する請求項１記載の成形品の離型力検出方法。
【請求項３】
成形金型内のエジェクタピンが摺動して成形品を離型する動作によりエジェクタピンに負荷される荷重を検出して荷重信号として出力する手段と、
該荷重信号を収集及び解析して離型荷重プロフィール（Ｆ１）を検出する手段と、
前記離型荷重プロフィール（Ｆ１）を基に、該エジェクタピンの摺動抵抗（Ｆ２´）の荷重を推定する手段と、
前記離型荷重プロフィール（Ｆ１）から前記推定した摺動抵抗（Ｆ２´）の荷重を差し引くことにより、該成形品に負荷された実効離型力を得る手段と
を有することを特徴とする成形品の離型力検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱硬化性樹脂等の原料を金型内で成形して得られる成形品の金型からの離型力検出法と、その検出法に用いられる成形品の離型力検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１に原料の加熱成形により成形品を製造する一般的な成形金型およびデータの収集・解析装置を示す。図１中成形金型は断面概略図で示す。図２に、図１中の金型における成形品付近の離型状態の一例を断面概略図で示す。成形金型１において、溶融した樹脂等の原料が上型２と下型３の間の成形キャビティ９に鋳込まれる。キャビティ内で原料が加熱硬化した後は、金型を開くと同時に上型のエジェクタピン１２によって上型キャビティとの離型がなされ、成形品は下型キャビティに保持される。次いで図２に示すように、下型のエジェクタピン１２´によって、下型キャビティから離型されて成形が完了する。
離型時に成形品に過大な力が負荷されると、例えば半導体パッケージの場合、内部のチップのクラックや樹脂との剥離が生じ、半導体製品としての機能や信頼性を損なう問題が生じるため、該離型力の評価は重要である。
従来技術による樹脂成形品の離型力の測定は、キャビティ９内に設けられた下型のエジェクタピン１２´の両端のうち、成形品１８と接しない側の端部（以下、他端という。）に荷重計１５を設けた。そして、図２に示すようにエジェクタピン１２´で成形品１８が下型キャビティから離型される離型動作時に該エジェクタピンに負荷される荷重を前記荷重計により検出し、アンプ１６を経てパソコン１７等で解析し、当該荷重の最大値を該成形品に負荷された離型力としていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、原料が樹脂、特に熱硬化性樹脂の場合には、粘度が熱可塑性樹脂より一桁程度小さい。図３に、成形金型のエジェクタピン廻りのバリ発生状況の概略図を示す。ただし、エジェクトピン１２´のみ側面図である。図３に示すように、特に粘度が小さい樹脂の場合には、成形時にエジェクタピン１２´とその摺動穴１９との隙間（クリアランス）２０に樹脂が浸入し、エジェクタピン１２´廻りにこの樹脂が硬化したバリ２１が生じる。このバリがエジェクタピンの大きな摺動抵抗の要因となって、成形品に負荷される力（荷重）よりも大きな力が荷重計に伝達され、実効離型力が検出できないという問題がある。
ここで、実効離型力とは、成形品を離型するために当該成形品に負荷された力（荷重）と定義する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決するために、成形毎に成形品離型時にエジェクタピンに負荷される荷重プロフィールと、成形品の離型を伴わないエジェクタピンの空離型動作時の荷重プロフィール、すなわちエジェクタピンの摺動抵抗荷重とを検出し、該摺動抵抗荷重を相殺することにより成形品の実効離型力を得ることに着目し、本発明に至った。
【０００５】
すなわち本発明における第一の検出方法は、
成形金型内のエジェクタピンが摺動して成形品を離型する動作によりエジェクタピンに負荷される荷重を検出して第一の荷重信号として出力するステップと、
該第一の荷重信号を収集及び解析して離型荷重プロフィール（Ｆ１）を検出するステップと、
成形品の離型後に引続き前記エジェクタピンが空で摺動する動作によりエジェクタピンに負荷される荷重を検出して第二の荷重信号として出力するステップと、該第二の荷重信号を収集及び解析してエジェクタピン摺動抵抗に相当する空離型荷重プロフィール（Ｆ２）を検出するステップと、
前記離型荷重プロフィール（Ｆ１）から空離型荷重プロフィール（Ｆ２）を差し引くことにより、該成形品に負荷された実効離型力を得るステップと
を有することを特徴とする成形品の離型力検出方法である。
【０００６】
本発明における第二の検出方法は、成形金型内のエジェクタピンが摺動して成形品を離型する動作によりエジェクタピンに負荷される荷重を検出して荷重信号として出力するステップと、
該荷重信号を収集及び解析して離型荷重プロフィール（Ｆ１）を検出するステップと、
前記離型荷重プロフィール（Ｆ１）を基に、該エジェクタピンの摺動抵抗（Ｆ２´）の荷重を推定するステップと、
前記離型荷重プロフィール（Ｆ１）から前記推定した摺動抵抗（Ｆ２´）の荷重を差し引くことにより、該成形品に負荷された実効離型力を得るステップとを有する
ことを特徴とする成形品の離型力検出方法である。
【０００７】
本発明における第一の検出装置は、成形金型内のエジェクタピンが摺動して成形品を離型する動作によりエジェクタピンに負荷される荷重を検出して第一の荷重信号として出力し、成形品の離型後に引続き前記エジェクタピンが空で摺動する動作によりエジェクタピンに負荷される荷重を検出して第二の荷重信号として出力する手段と、
荷重信号を収集及び解析し、前記第一の荷重信号から離型荷重プロフィール（Ｆ１）を、第二の荷重信号からエジェクタピン摺動抵抗に相当する空離型荷重プロフィール（Ｆ２）を検出する手段と、
前記離型荷重プロフィール（Ｆ１）から空離型荷重プロフィール（Ｆ２）を差し引くことにより、該成形品に負荷された実効離型力を得る手段と
を有することを特徴とする成形品の離型力検出装置である。
【０００８】
本発明における第二の検出装置は、成形金型内のエジェクタピンが摺動して成形品を離型する動作によりエジェクタピンに負荷される荷重を検出して荷重信号として出力する手段と、
該荷重信号を収集及び解析して離型荷重プロフィール（Ｆ１）を検出する手段と、
前記離型荷重プロフィール（Ｆ１）を基に、該エジェクタピンの摺動抵抗（Ｆ２´）の荷重を推定する手段と、
前記離型荷重プロフィール（Ｆ１）から前記推定した摺動抵抗（Ｆ２´）の荷重を差し引くことにより、該成形品に負荷された実効離型力を得る手段と
を有することを特徴とする成形品の離型力検出装置である。
前記エジェクタピンの摺動抵抗（Ｆ２´）の荷重は、実効離型が開始される点と離型が完了した点とによる近似式を離型荷重プロフィールＦ１に内挿することにより推定するのが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図にそって本発明にかかる実施態様の一例を説明する。本態様では、半導体封止用のエポキシ樹脂による半導体パッケージの成形を対象にした実効離型力の検出方法および検出装置について述べる。実効離型力とは、成形品を離型するために当該成形品に負荷された力（荷重）と定義する。
【００１０】
先ず、図１、図２にそって、成形金型の構造並びに成形から離型までのプロセスを簡単に説明する。成形金型１は、樹脂封止タイプの半導体パッケージ１８を成形するマルチポット方式の成形金型である。該成形金型１は、上型２と下型３を有し、図示しないが成形装置の成形条件設定部によって加熱条件、離型開始等の作動を設定できる。
【００１１】
下型３の中央に設けられているポット４に、タブレット状に打錠された半導体封止用エポキシ樹脂６を投入する。成形金型を１８０℃前後に加熱し、溶融した該樹脂はプランジャー５の上昇移動によりランナ７、ゲート８を経由して成形キャビティ９に鋳込まれる。キャビティ９には、半導体チップ１０を搭載したリードフレーム１１が予めセットされており、半導体チップ１０は該樹脂により成形封止される。
成形金型に内蔵されているエジェクタロッド（図示せず）により上下のエジェクタプレート１３、１３´１４、１４´の移動動作が行われる。該封止樹脂が加熱硬化した後、下型３を下方へ作動させて金型を開くと同時に、まず上型のエジェクタプレート１３、１４が下方へ作動し、これにより上型のエジェクタピン１２が摺動して上型２のキャビティとの離型がなされる。成形品である半導体パッケージ１８は下型３のキャビティに保持される。
その後、図２に示すように下型のエジェクタプレート１３´、１４´が上方へ作動して下型のエジェクタピン１２´が摺動する動作によって、成形品が下型キャビティから離型されて成形が完了する。
【００１２】
成形された該半導体パッケージ１８の離型力を検出するために、本発明の検出装置は、まず、エジェクタピンに負荷される荷重を検出して荷重信号として出力する手段を有する。この手段として例えば荷重計が挙げられ、成形金型内の下型のエジェクタピン１２´に荷重計１５（例えば、キスラー社製の水晶圧電式ロードセル）を接続することが挙げられる。成形金型の構造上、荷重計は下型のエジェクタピン１２´の他端すなわち下部に設けられている。
また、本発明の検出装置は、荷重信号を収集及び解析し、荷重信号から荷重プロフィールを得る手段を有する。この手段として、アンプ１６、パソコン１７等のデータ収集・解析装置を使用できる。
【００１３】
本発明の第一の検出方法及び検出装置について説明する。
本発明の第一の検出方法は、まず、下型のエジェクタピンが摺動して成形品（例えば半導体パッケージ）を離型する動作により、エジェクタピンに負荷される荷重を検出して第一の荷重信号として出力する。
前記成形品を離型する動作は、具体的には、金型１内で硬化完了した半導体パッケージ成形品を、上型を除いた状態から、所定条件の離型速度（下型のエジェクタピン１２´の速度）、エジェクタピン１２´の摺動距離で離型して図２の状態に至る。この動作を、以下、成形品離型動作という。
【００１４】
次に、該第一の荷重信号を収集及び解析して離型荷重プロフィールを得る。すなわち、荷重計から出力する前記荷重信号をアンプ１６を経て例えばパソコン１７等の収集・解析装置に取り込み、該装置で荷重データの収集と解析が行われる。
荷重計１５からの荷重信号は、離型挙動を明らかにするために、少なくとも５００マイクロ秒（μs）の時間間隔で、時間の関数としての荷重信号をパソコン１７に取り込まれるのが好ましい。
荷重計１５は、成形品の離型荷重の他に、樹脂充填工程での充填圧力も感知する。したがって、離型動作時の荷重のみを検出できるように、成形条件設定部（図示せず）からの離型動作開始信号をトリガーにして荷重計からの荷重信号を収集すること、その収集時間を成形品（半導体パッケージ）の離型完了時間に設定することが好ましい。
前記第一の荷重信号から得られる、１本のエジェクタピン当りの離型荷重プロフィール（離型荷重の経時変化）（以下、離型荷重プロフィールＦ１という。）２２の一例を図４（ａ）に示す。
【００１５】
成形品の離型後に引続き、前記エジェクタピンが空で摺動する動作によりエジェクタピンに負荷される荷重を検出して第二の荷重信号として出力する。
すなわち、下型のエジェクタピンを該離型動作開始前の位置に戻し、成形品がない状態で摺動させる離型動作（以下、空離型動作という。）を行う。この空離型動作は成形装置の動作の設定により自動的に行われる。このときの荷重を上記と同様に荷重計で検出して第二の荷重信号として出力する。
【００１６】
前記第二の荷重信号を収集及び解析して空離型荷重プロフィールを得る。
上記と同様にして、荷重計から出力する前記荷重信号を収集・解析装置に取り込み、該装置で荷重データの収集および解析を行う。空離型動作時の１本のエジェクタピン当りの離型荷重プロフィール（以下、空離型荷重プロフィールＦ２という。）２３の一例を図４（ｂ）に示す。空離型荷重プロフィール２３は、上記成形品離型動作で既に成形品は離型しているので、エジェクタピン１２´の摺動抵抗による荷重に相当する。
【００１７】
図４の（ａ）、（ｂ）に示した離型荷重プロフィールから、従来明らかにされていなかった離型挙動が明らかになった。すなわち、▲１▼エジェクタピン動作開始初期に大きなピークが存在する（エジェクタピンの静摩擦に起因する。）、▲２▼成形品の離型はエジェクタピンが動作開始して約２２ミリ秒(ms)という極めて短い時間で完了している、▲３▼離型完了後にも、エジェクタピンには摺動荷重が負荷されている（エジェクタピンの動摩擦に起因する）ことなどが明らかになった。
このように、図４（ａ）に示される離型荷重プロフィール２２は、実効離型力からかけ離れたものであることが理解される。
【００１８】
したがって、成形品に負荷された実効離型力は、図４（ａ）に示される離型荷重プロフィール（Ｆ１）２２から、図４（ｂ）に示す空離型荷重プロフィール（Ｆ２）２３を差し引くことにより求めることができる。
【００１９】
本発明の第一の検出装置においては、前記成形品離型動作による荷重を第一の荷重信号として出力し、空離型動作による荷重を第二の荷重信号として出力する手段と、
荷重信号を収集及び解析し、前記第一の荷重信号から離型荷重プロフィールＦ１を、第二の荷重信号から空離型荷重プロフィールＦ２を検出する手段との他、
Ｆ１からＦ２を差し引くことにより、成形品に負荷された実効離型力を得る手段を含む。Ｆ１からＦ２を差し引く計算を行う手段は、パソコン１７等のデータ収集・解析装置を使用でき、前記離型荷重プロフィールを検出するデータ収集・解析装置と同一でも異なっていても良い。
【００２０】
図４のＦ１からＦ２を差し引いて実効離型力を得た結果を、図５（ａ）に示す。この図５（ａ）に示される実効離型力（F）プロフィール２４から、最大離型力（実効離型力の最大値）は２．６N（１本のエジェクタピン当り）であることが読み取れる。ちなみに、１回の離型動作のみで離型荷重を判定する従来法では、最大離型力は４．９Nと判定され、実効離型力を表していないことが分る。
【００２１】
なお、先に述べた▲１▼のエジェクタピン動作開始初期の大きな荷重ピークは、半導体封止エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂の粘度は非常に低いため、図３に示すようにエジェクタピン１２´と摺動穴１９との隙間（クリアランス）２０に該樹脂が浸入してバリ２１となり、それが静摩擦の要因となって生じたものである。特に、半導体封止エポキシ樹脂には、数マイクロメータからサブマイクロメータのシリカ粒子が充填されているため、バリ２１によるエジェクタピンの磨耗が進行する。その結果、成形を重ねる毎に摺動抵抗は増大するため、実効離型力を得るには本発明に示した処理が不可欠である。
以上のように、成形品離型動作による離型荷重プロフィールから、成形品がない状態の空離型動作による空離型荷重プロフィールを差し引くことにより、実効離型力プロフィールを得ることができる。
【００２２】
次に、本発明の第二の検出方法および検出装置について説明する。
図４（ａ）に示す離型荷重プロフィール（Ｆ１）２２と図４（ｂ）に示す空離型荷重プロフィール（Ｆ２）２３を吟味すると、図４（ａ）の離型荷重プロフィール（Ｆ１）のみから、空離型荷重プロフィールすなわちエジェクタピンの摺動抵抗（Ｆ２´）の荷重を推定して求めることが可能である。
すなわち、実効離型が開始される点Aと離型が完了した点Bとによる近似式をＦ１に内挿することにより、Ｆ１を基に、エジェクタピンの摺動抵抗を推定できる。図５（ｂ）に前記点A及び点Bとによる近似式をＦ１に内挿した状態を示す。
図５において、図４（ａ）の例から、このエジェクタピンの摺動抵抗のための近似式は下式（１）
F２´=２．４６８９ t-0.1367          （１）
ここで、F２´：エジェクタピンの摺動抵抗（N）、ｔ：時間(ms)
となり、Ｆ１でエジェクタピン動作開始直後の荷重ピークを除いた荷重ピーク点Pの時刻t=１２．５msおよび式(１)から、このＰ点の推定した摺動抵抗（F２´）２５は１．７３Nとなる。
前記離型荷重プロフィールＦ１から前記推定した摺動抵抗Ｆ２´の荷重を差し引くことにより、該成形品に負荷された実効離型力を得られる。例えばＦ１の前記荷重ピーク点Pにおける荷重４．１８Nから１．７３Nを差し引くと、実効離型力２．４５Nが得られる。この値は、先の第一の検出方法で求めた実効離型力の最大値２．６Nと比べて大差ない。
【００２３】
以上、上記したように、この第二の検出方法によれば、離型荷重プロフィール２２から、エジェクタピンの摺動抵抗を推定し、該摺動抵抗を差し引くことにより実効離型力を得ることができる。本発明の第二の検出装置は、上記した荷重信号を出力する手段および離型荷重プロフィールを検出する手段に加えて、離型荷重プロフィールＦ１を基にエジェクタピンの摺動抵抗Ｆ２´の荷重を推定する手段およびＦ１からＦ２´の荷重を差し引いて該成形品に負荷された実効離型力を得る手段を有し、後者の二つの手段としてパソコン１７等のデータ収集・解析装置を使用できる。これら手段を有していれば、第一の検出装置と同一の装置でも良い。
以上、成形品の原料がエポキシ樹脂の場合について述べたが、本発明の検出方法および検出装置は、成形金型による成形であれば、エポキシ樹脂以外の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、さらにセラミックス、粉末金属、溶融金属等の成形にも適用することができる。
【００２４】
【実施例】
（実施例１）
本実施例では、図1に示す金型及び装置を用意した。
すなわち、成形された該半導体パッケージの離型力を検出するために、下型のエジェクタピン１２´の下部に荷重計１５（キスラー社製の水晶圧電式ロードセル）を設けた。荷重計１５からの荷重信号はアンプ１６を経てパソコン１７に取り込まれ、荷重データの収集と解析が行われる。なお、荷重計１５は、成形品の離型荷重の他に、樹脂充填工程での充填圧力も感知するため、本実施例では、離型動作時の荷重のみを検出できるように、成形条件設定部（図示せず）からの離型動作開始信号をトリガーにして荷重信号をパソコン１７に取り込み、その取り込み時間を半導体パッケージの離型完了時間に設定している。
【００２５】
封止用樹脂としてシリカフィラ８０体積％充填のビフェニル系エポキシ樹脂を用いて、金型温度１８０℃、成形圧力１０ＭＰａの条件下で半導体パッケージLQFP（２０×２０×１．４ｍｍ）を成形した。
金型１内で硬化完了した半導体パッケージの成形品を、離型速度（エジェクタピン１２´の速度）８mm/s、エジェクタピン１２´の摺動距離３mmの条件で離型した（成形品離型動作）。荷重計１５からの荷重信号（第一の荷重信号）を、５００マイクロ秒（μs）の時間間隔で、時間の関数としてパソコン１７に取り込んで離型荷重プロフィールを得た。
この第一の荷重信号から得られた離型荷重プロフィール２２を図４（ａ）に示す。
【００２６】
さらに、この１回目の離型動作の後に、引き続きエジェクタピン１２´を当初の離型動作開始前の位置に戻した後、成形品なしで空離型動作を行った。なお、この動作は成形装置の設定により自動的に行われる。このときの荷重を上記と同様に荷重計で検出した第二の荷重信号から、第一の荷重信号と同様にして収集及び解析して空離型荷重プロフィールを得た。
この空離型荷重プロフィール２３を図４（ｂ）に示す。空離型荷重プロフィール２３は、１回目の離型動作で既に成形品は離型しているので、エジェクタピン１２´の摺動抵抗による荷重である。
【００２７】
パソコン１７により計算を行って、図４（ａ）に示される離型荷重プロフィール２２から、図４（ｂ）に示す空離型荷重プロフィール２３を差し引くことにより、実効離型力を求めた。
その結果を、図５（ａ）に示す。図５（ａ）に示される実効離型力（F）プロフィール２４から、最大離型力は２．６N（１本のエジェクタピン当り）であることが読み取れた。
以上のように、成形品を離型する離型荷重プロフィールから成形品のない空離型荷重プロフィールを差し引くことにより、実効離型力プロフィールを得ることができた。
【００２８】
（実施例２）
実施例1で得られた図４（ａ）に示す１回目の離型荷重プロフィール２２のみから空離型荷重プロフィール、すなわちエジェクタピンの摺動抵抗を以下のように求めた。
すなわち、図５（ｂ）に示すように、実効離型が開始される点Aと離型が完了した点Bとを近似式により内挿することによりエジェクタピンの摺動抵抗を推定した。
図４（ａ）の１回目の離型荷重プロフィール２２から、近似式は下式（１）
F２´=２．４６８９ t-0.1367          （１）
ここで、F２´：エジェクタピンの摺動抵抗（N）、ｔ：時間(ms)
となり、エジェクタピン動作開始直後の荷重ピークを除いた荷重ピーク点Pの時刻t=１２．５msから、F２´は式(１)より１．７Nとなった。荷重ピーク点Pにおける荷重４．２Nから１．７Nを差し引くと、実効離型力２．５Nが得られた。この値は、先の実施例１の方法で求めた実効離型力の最大値２．６Nと比べて大差なかった。
【００２９】
以上のように、本実施例によれば、離型荷重プロフィール２２から、エジェクタピンの摺動抵抗を推定し、該摺動抵抗を差し引くことにより実効離型力を得ることができる。
【００３０】
（比較例）
図４（ａ）に示す、成形品を離型する離型動作からの離型荷重プロフィール２２で離型荷重を判定する従来法を使用した以外は、実施例1と同様に行った。最大離型力は４．９Nと判定され、実効離型力を表していないことが分った。
【００３１】
【発明の効果】
本発明により、成形金型と成形品との実効離型力を検出することができ、成形回数を重ねる毎にエジェクトピンの摺動抵抗が増大しても、各成形回毎の実効離型力を容易に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】成形金型およびデータの収集・解析装置の一例を示す概略図。
【図２】図１の金型における成形品付近の離型状態の一例を示す断面概略図。
【図３】成形金型のエジェクタピン廻りのバリ発生状況を示す断面概略図。
【図４】（ａ）本発明による離型荷重プロフィールの一例を示す図。
（ｂ）本発明による空離型荷重プロフィールの一例を示す図。
【図５】（ａ）図４の離型荷重プロフィールによる実効離型力プロフィールを示す図。
（ｂ）図４の離型荷重プロフィールによるエジェクタピン摺動抵抗荷重の推定法を示す図。
【符号の説明】
１…成形金型      ２…上型              ３…下型
４…ポット        ５…プランジャー      ６…半導体封止用エポキシ樹脂
７…ランナ        ８…ゲート            ９…キャビティ
１０…半導体チップ                    １１…リードフレーム
１２…上型のエジェクタピン            １２´…下型のエジェクタピン
１３、１４…上型のエジェクタプレート
１３´、１４´…下型のエジェクタプレート
１５…荷重計        １６…アンプ        １７…パソコン
１８…半導体パッケージ（成形品）        １９…エジェクタピンの摺動穴
２０…クリアランス                      ２１…バリ
２２…離型荷重プロフィール
２３…空離型荷重プロフィール
２４…実効離型力プロフィール
２５…推定したエジェクタピンの摺動抵抗の荷重
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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