JP5349033B2 - スプリングユニット及び金型 - Google Patents

Description

本発明は、金型用のスプリングユニットに係り、特に、金型に組み込む前にその出力を容易に設定可能なスプリングユニットに関する。

半導体装置を製造する際には、リードフレームや配線基板に半導体チップが搭載された被成形品を樹脂モールドする工程がある。この樹脂モールドは、上金型と下金型とを用いて被成形品をクランプしてトランスファ成形や圧縮成形することにより行われる。樹脂モールド工程は、例えば、圧縮成形の場合、上金型と下金型との間に被成形品を配置すると共に所定量の封止樹脂を供給して、上金型と下金型とにより形成されたキャビティ内で被成形品を封止することにより行われる。

ところで、このような樹脂モールド工程において、上金型と下金型とを用いて被成形品をクランプする際には、封止樹脂の漏れや被成形品のクラックを防止する等のため、被成形品をクランプする圧力を所定の圧力に設定する必要がある。

また、特許文献１には、常時下方に付勢されているスプリングを設けたモールド金型（上型）が開示されている。このスプリングにより、その端部に設けられた可動ブロックが、樹脂が供給された基板凹部を押圧し、樹脂量のばらつきをスプリングの撓みで吸収する。
特開２００７−３２０２２２号公報

しかしながら、上述のモールド金型では、スプリングを金型に組み込むための組み込み作業中に、スプリングの圧縮反力により、部品の姿勢変動及び変形を誘発する場合がある。このため、このような姿勢変動や変形を抑制しながら金型にスプリングを組み込むことは高度な熟練技能を要するため難易度が高く、また、多くの作業時間を要していた。また、スプリングは、成形回数に応じて交換が必要となることがある。この場合、交換の度に難易度の高い作業が必要となり、メンテナンスが煩雑となっていた。

そこで本発明は、金型に組み込む前にスプリングの圧縮反力（出力）を容易に設定可能なスプリングユニットを提供する。また、本発明は、金型に容易に組み込み可能なスプリングユニットを提供する。さらに本発明は、容易に組み立て可能な高精度な金型を提供する。

本発明の一側面としての金型は、半導体装置を製造するための金型であって、上金型と、下金型と、前記上金型及び前記下金型の少なくとも一方に設けられたスプリングユニットと、を有し、前記スプリングユニットは、スプリングと、前記スプリングの一端を支持する第１固定部材と、前記スプリングの他端を支持する可動部材と、前記スプリングの内部に挿入され、前記可動部材を支持して前記第１固定部材に当接することにより該スプリングを所定の長さだけ撓ませる第２固定部材と、を有し、前記上金型と前記下金型とを互いに近接させるように変位させると、前記スプリングが変形して、該上金型と該下金型とを引き離すように力が出力され、前記スプリングユニットは、第１ブロックと第２ブロックの間に配置され、前記第１ブロックと前記第２ブロックは、締結手段により保持され、前記第１ブロックと前記第２ブロックとの間隔が、前記可動部材の前記第２固定部材と当接する第１当接面から前記第１固定部材の前記第１ブロックまたは前記第２ブロックと当接する第２当接面までの間隔となるように、前記締結手段が調整されていることを特徴とする。
本発明の他の側面としてのスプリングユニットは、上金型と下金型とを備えた半導体装置を製造するための金型の、前記上金型及び前記下金型の少なくとも一方に設けられたスプリングユニットであって、スプリングと、前記スプリングの一端を支持する第１固定部材と、前記スプリングの他端を支持するワッシャーと、前記スプリングの内部に挿入され、前記ワッシャーを支持して前記第１固定部材に当接することにより該スプリングを所定の長さだけ撓ませるツバ付カラーと、を有し、前記上金型と前記下金型とを互いに近接させるように変位させると、前記スプリングが変形して、該上金型と該下金型とを引き離すように力が出力され、前記ツバ付カラーのカラー部は、前記スプリング及び前記ワッシャーの内部に挿入されており、前記ツバ付カラーのツバ部は、前記スプリングの前記他端を支持する前記ワッシャーの支持面とは反対側の面に当接し、前記第１固定部材は、前記スプリングの撓み方向において第１の長さを有する筒部を備え、前記ツバ付カラーの前記カラー部は、前記スプリングの撓み方向において第２の長さを有し、前記第１の長さ及び前記第２の長さにより前記スプリングの前記所定の長さが決定されることを特徴とする。
本発明の他の側面としてのスプリングユニットは、上金型と下金型とを備えた半導体装置を製造するための金型の、前記上金型及び前記下金型の少なくとも一方に設けられたスプリングユニットであって、スプリングと、前記スプリングの一端を支持する第１固定部材と、前記スプリングの他端を支持するワッシャーと、前記スプリングの内部に挿入され、前記ワッシャーを支持して前記第１固定部材に当接することにより該スプリングを所定の長さだけ撓ませるボルトと、を有し、前記上金型と前記下金型とを互いに近接させるように変位させると、前記スプリングが変形して、該上金型と該下金型とを引き離すように力が出力され、前記ボルトの頭部は、前記スプリングの前記他端を支持する前記ワッシャーの支持面とは反対側の面に当接することを特徴とする。

本発明のその他の目的及び効果は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、金型に組み込む前にスプリングの圧縮反力（出力）を容易に設定可能なスプリングユニットを提供することができる。また、本発明によれば、金型に容易に組み込み可能なスプリングユニットを提供することができる。

さらに、本発明によれば、容易に組み立て可能な高精度な金型を提供することができる。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

まず、本発明の実施例１におけるスプリングユニットの構成について説明する。図１は、本実施例におけるスプリングユニットの概略断面図である。図１（ａ）は、組み立て前のスプリングユニットを示し、図１（ｂ）は、組み立て後のスプリングユニットを示している。

図１（ａ）、（ｂ）において、１００は、撓み量に応じた力を出力可能なカセット式のスプリングユニットである。１０はスプリング（圧縮ばね）である。スプリング１０は所定のばね定数ｋを有し、フックの法則に基づいて、撓み量ｘに応じた力Ｆ（Ｆ＝ｋｘ）を出力可能である。

１２はナット（第１固定部材）である。ナット１２の中央には開口部が設けられており、その開口部の側面には雌ネジ１２ａが形成されている。ナット１２の開口部には、後述するボルト（雄ネジ）が挿入され、その雄ネジが雌ネジ１２ａに螺合する。また、ナット１２は、その支持面１２ｂにおいて、スプリング１０の一端１０ａを支持する。

１４はワッシャー（可動部材）である。ワッシャー１４は、中央部に孔部１４ｃが形成された円形の板状部材である。ワッシャー１４は、その支持面１４ａにおいて、スプリング１０の他端１０ｂを支持する。このように、スプリング１０の両端は、第１固定部材であるナット１２と可動部材であるワッシャー１４によりそれぞれ支持されている。

１６はツバ付カラー（第２固定部材）である。ツバ付カラー１６は、両端が開口した筒状（円筒状）のカラー部１６ａ、及び、カラー部１６ａから外側に延びたツバ部１６ｂを備えて構成され、全体としてフランジ状に形成されている。ツバ付カラー１６のカラー部１６ａは、ワッシャー１４の孔部１４ｃ及びスプリング１０の内部に挿入される。このとき、ツバ付カラー１６のツバ部１６ｂにおける当接面１６ｄは、ワッシャー１４の当接面１４ｂに当接する。すなわち、ツバ部１６ｂは、スプリング１０の他端１０ｂを支持するワッシャー１４の支持面１４ａとは反対側の面に当接する。

１８はボルト（第３固定部材）である。ボルト１８は、頭部１８ａとシャフト部１８ｂとを備えて構成されている。シャフト部１８ｂの先端部には雄ネジ１８ｃが形成されている。ボルト１８のシャフト部１８ｂは、筒状のカラー部１６ａの内部に挿入され、ボルト１８の雄ネジ１８ｃをナット１２の雌ネジ１２ａに螺合させる。

スプリングユニット１００の組み立て時には、図１（ａ）に示されるように各部材を差し込んで組合せ、ボルト１８とナット１２を所定位置まで螺合させると、まず、ボルト１８の頭部１８ａにおける当接面１８ｄがツバ付カラー１６のツバ部１６ｂにおける当接面１６ｅに当接するとともに、ツバ付カラー１６の当接面１６ｄが、スプリング１０に支持されたワッシャー１４の当接面１４ｂに当接する。さらに深くまで螺合させると、スプリング１０が撓むことにより縮む。スプリング１０を縮めながら、ツバ付カラー１６の当接面１６ｃがナット１２の支持面１２ｂに当接するまでボルト１８をナット１２に締め込む。

このように、第１固定部材としてのナット１２と第２固定部材としてのツバ付カラー１６は、第３固定部材としてのボルト１８により固定される。このようにして、図１（ｂ）に示されるようなスプリングユニット１００が組み立てられる。

ここで、スプリング１０の自然長をＸとして、組み立て後のスプリングユニット１００におけるスプリング１０の長さ（ナット１２の支持面１２ｂとワッシャー１４の支持面１４ａとの間の距離）をＹ１とする。このとき、スプリング１０の撓み量（縮み量）はＺ１（Ｚ１＝Ｘ−Ｙ１）で表される。

このように、ツバ付カラー１６は、ワッシャー１４を支持してナット１２に当接することにより、スプリング１０を所定の長さ（撓み量Ｚ１）だけ撓ませる。後述のように、スプリングユニット１００は、ワッシャー１４に当接した外部部材を変位させると、スプリング１０が変形して、外部部材に力を出力する。

なお、本実施例では、第２固定部材としてツバ付カラー１６が用いられているが、これに限定されるものではない。例えば、ツバ付カラー１６の代わりに、ボルト１８（頭部１８ａ）を第２固定部材として用いることもできる。このとき、ボルト１８の当接面１８ｄがワッシャー１４の当接面１４ｂ（ワッシャー１４の支持面１４ａとは反対側の面）に当接することになる。

次に、本実施例におけるスプリングユニットの作用について説明する。図２は、本実施例におけるスプリングユニットを組み込んだ構造体の概略断面図である。ここで、構造体とは例えば金型であるが、これに限定されるものではない。

図２（ａ）は、スプリングユニットを構造体に組み込む前の状態、図２（ｂ）は、スプリングユニットを構造体に組み込んだ状態、図２（ｃ）は、スプリングユニットを構造体に組み込んだ後、構造体に所定の外力を加えた状態をそれぞれ示している。本実施例では、図２に示されるように、型板である上側ブロック２１と下側ブロック２２の間にスプリングユニット１００を組み込んだ構造体２００について説明する。

各図は、例えば金型において下側ブロック２２でワークをクランプするような構成の要部を説明するものである。この場合、例えば上側ブロック２１は、上金型の基端部側のブロックに相当し、複数のスプリングユニット１００を介して下側ブロック２２が取り付けられる。なお、各ブロックは逆向きに配置してもよい。

図２（ａ）に示されるように、上側ブロック２１は、図中の上下方向に貫通した開口部２１ａ、２１ｂを有する。また、下側ブロック２２は、貫通しないネジ穴２２ｂを有する。

構造体２００を組み立てるためには、まず、スプリングユニット１００が少なくとも余裕を持って外部から挿入できるように、上側ブロック２１と下側ブロック２２の間隔を保持する。この状態で、図１（ａ）に示されるように組み立てられたスプリングユニット１００を、図２（ａ）中の左側から矢印Ａの方向に挿入する。

なお、上側ブロック２１の開口部２１ａの直下に位置するように下側ブロック２２上にスプリングユニット１００を配置してから、上側ブロック２１を配置するように組み立ててもよい。また、スプリングユニット１００が所定の位置に到達した場合には、スプリングユニット１００が移動しないように、ネジや接着剤等の固定手段を用いてナット１２の下面１２ｃを下側ブロック２２の上面２２ａに固定してもよい。

同様にして、他のスプリングユニット１００（図示せず）についても、所定の位置に配置する。この場合、例えば他のスプリングユニット１００は、各ブロックの平面視位置において各ブロックの角部や中央付近に配置されたり、各辺の縁部付近において所定間隔に配置されたりといったように下側ブロック２２の全面に対して平均的に、または、バランスよく加圧できるように配置されている。または、スプリングユニット１００を各角部や各辺付近に配置して、下側ブロック２２の外周側を強く加圧できるように配置してもよい。

本実施例において、スプリングユニット１００における伸縮部の高さ（ワッシャー１４の当接面１４ｂとナット１２の下面１２ｃとの間の距離）はＨ１である。構造体２００に外力が加えられない場合、すなわち初期状態において、スプリングユニット１００における伸縮部は高さＨ１を保持することが望ましい。このため、構造体２００に外力が加えられない場合、上側ブロック２１の下面２１ｃと下側ブロック２２の上面２２ａとの間隔は、スプリングユニット１００における伸縮部の高さＨ１と等しくなるように構成される。

本実施例では、初期状態における上側ブロック２１と下側ブロック２２との間隔を所定の高さＨ１に保持するため、締結手段１５０が用いられる。締結手段１５０は、ツバ付カラー２６と固定用のボルト２８とを備えて構成される。

この場合、締結手段１５０もスプリングユニット１００と同様に複数設けられている。ただし、本実施例における締結手段１５０は、スプリング１０を撓ませるために用いているわけではないため、型板の固定に必要最小限の締結力が得られればよい。したがって、このような締結力を満たす程度で細いボルトを用いることができ、その使用数も少なくすることが可能である。

ツバ付カラー２６は、上側ブロック２１の開口部２１ｂの内部に図中の上方から矢印Ｂの方向に挿入される。ツバ付カラー２６はツバ部を有しており、そのツバ部の下面が開口部２１ｂの底面に当接することにより、ツバ付カラー２６は上側ブロック２１の開口部２１ｂの内部に支持される。

ボルト２８は、頭部２８ａ及びシャフト部２８ｂを備えて構成される。シャフト部２８ａの先端部には、雄ネジ２８ｃが設けられている。ボルト２８は、ツバ付カラー２６の中空部に、図中の上方から矢印Ｂの方向に挿入される。そしてボルト２８は、頭部２８ａの下面がツバ付カラー２６の上面に当接することにより、ツバ付カラー２６に支持される。

続いて、ツバ付カラー２６とボルト２８とが挿入された上側ブロック２１を、矢印Ｂの方向に移動させる。ここで、スプリングユニット１００の上方には、上側ブロック２１の開口部２１ａが形成されている。このため、上側ブロック２１を矢印Ｂの方向に移動させて両ブロックを近づけても、上側ブロック２１は、スプリングユニット１００のボルト１８及びツバ付カラー１６には衝突しない。

本実施例において、開口部２１ａの径（幅）は、ツバ付カラー１６の径（幅）より大きく、かつ、ワッシャー１４の径（幅）より小さい。このため、両ブロックを近づけると、図２（ｂ）に示されるように、上側ブロック２１の下面２１ｃは、ワッシャー１４の当接面１４ｂに当接する。また、締結手段１５０は、ボルト２８の先端にある雄ネジ２８ｃが下側ブロック２２のネジ穴２２ｂの雌ネジと螺合することにより、上側ブロック２１及び下側ブロック２２を固定する。

同様にして、全ての締結手段１５０を固定することにより、例えば金型へのスプリングユニット１００の組込みが完了する。この場合、組込作業におけるボルト２８の締め込みは、上側ブロック２１及び下側ブロック２２の固定を目的としている。このため、ボルト２８を強く締め付ける必要はない。例えば、上側ブロック２１と下側ブロック２２との間に通常のスプリングを挟みこみ、ボルトでスプリングを撓ませつつ固定するような構成と比較して、締め付ける力を小さくすることができる。これにより、金型に過大な負荷をかけることなく、ブロック（型板）が傾いたり変形したりするようなこともない。

従来のように上述構成で複数のボルトを用いる場合、型板に傾きや変形が発生しないように固定用のボルトなどをバランスよく締め込むような難易度が高く慎重を要する作業が必要であった。しかし、本実施例のスプリングユニット１００を用いた構成では、このような作業は不要である。また、ボルトの締め込み量も少なくすることができるため、組込み作業を短時間で行うことができる。

図２（ｂ）に示される初期状態の構造体２００のように、本実施例では、初期状態における下側ブロック２２と上側ブロック２１との間隔が高さＨ１になるように、締結手段１５０（ツバ付カラー２６の首下の長さ）が調整されている。このため、この際のスプリング１０の長さは、スプリングユニット１００を構造体２００に組み込む前の長さＹ１のまま変化しない。すなわち、構造体２００の初期状態においては、スプリングユニット１００の撓み量も、組み込む前の撓み量Ｚ１のまま変化しない。

ただし、このとき、この撓み量Ｚ１により生じる力Ｆ１（Ｆ１＝ｋ×Ｚ１）は、スプリングユニット１００のツバ付カバー１６とナット１２がボルト１８により固定されてスプリングユニット１００内に蓄えられているため、スプリングユニット１００の外部に出力されない。

続いて、例えばワークをクランプするようなときには、図２（ｂ）に示される初期状態から、プレス装置などで上側ブロック２１と下側ブロック２２との間隔（相対距離）を小さくして図２（ｃ）に示される状態となるように型締めする。

同図には、下側ブロック２２と上側ブロック２１との間隔が、スプリングユニット１００における伸縮部と共に高さＨ２（Ｈ１＞Ｈ２）に変化した状態が示されている。なお、初期状態において締結手段１５０のツバ付カラー２６のツバ部に当接していた上側ブロック２１は、ツバ付カラー２６のツバ部から離れた状態となる。

この場合、スプリングユニット１００におけるスプリング１０の長さＹ１は長さＹ２（Ｙ１＞Ｙ２）に変化して、下側ブロック２２の下面方向に所定の力（力Ｆ２）を出力する。

図２（ｃ）に示されるように、スプリングユニット１００が力（力Ｆ２）を出力するときには、ワッシャー１４は、上側ブロック２１の下面２１ｃにより、スプリング１０を圧縮する方向に押圧する。このため、ワッシャー１４は、ツバ付カラー１６のツバ部１６ｂから離れる。

図３は、本実施例におけるスプリングユニット１００の出力Ｆと撓み量との関係を示す図である。本実施例では、初期状態において、スプリングユニット１００は撓み量Ｚ１を有する。このため、ワークをクランプしたときのスプリングユニット１００の撓み量Ｚは、Ｚ１以上の値をとる。撓み量ＺがＺ１（初期状態）≦Ｚ＜Ｘ（自然長）の範囲において、スプリングユニット１００の出力Ｆは、フックの法則に従って撓み量Ｚに比例する。

以上のとおり、本実施例のスプリングユニット１００が組み込まれた構造体２００によれば、上側ブロック２１と下側ブロック２２とを互いに近接させるように力Ｆ２を加えて変位させると、スプリング１０が変形して、スプリングユニット１００は上側ブロック２１と下側ブロック２２とを引き離す方向に力Ｆ２を出力する。すなわち、スプリングユニット１００の撓み量Ｚ１は、撓み量Ｚ２（Ｚ１＜Ｚ２）に変化し、構造体２００は、撓み量Ｚ２に応じた力Ｆ２（Ｆ２＝ｋ×Ｚ２＞Ｆ１）が上側ブロック２１と下側ブロック２２に対して出力される。

このように、本実施例によれば、金型等の構造体に組み込む前にスプリングの圧縮反力（出力）を容易に設定可能であり、出力設定を高精度に行うこともできる。

また、スプリングユニット１００のそれぞれをブロック間の所定位置に差し込むと共に、固定用のボルト２８のそれぞれを固定のみを目的として締め込むだけで、所望の力を即出力可能なスプリングを金型内に組み込むことができる。このため、従来の構成で必要となっていた難易度が高く慎重を要する作業を不要とすることができる。したがって、スプリングユニットを金型（構造体）に容易に組み込むことができ、作業時間を短縮することもできる。

また、スプリングユニット１００の組込みの際に、型板が傾いたり変形した状態となることがなく、姿勢変動及び変形を発生させずに金型を組み立てることができる。このため、型板を歪ませることなく、精度よく金型を組み立てることができる。また、スプリングの組込みに起因する姿勢変動及び変形を考慮して設計を行う必要がないため、設計が容易になる。

また、型板の締結用には比較的細いボルト２８を用いることができ、その使用数も少なくすることができるため、ボルトの貫通穴やネジ穴などの数を減らすことが可能である。したがって、型板の剛性の低下を抑制することができ、より精密にワークのクランプを行うことができる。さらに、型板の剛性が確保できるため、型板を小型化（薄型化当該）することができ、スペース効率を高めることが可能となる。

なお、本実施例では、スプリングユニット１００及び締結手段１５０の両方をそれぞれ複数用いる構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。スプリングユニット１００及び締結手段１５０のそれぞれを１個ずつ用いた構成を採用することもでき、また、いずれか一方を１個として他方を複数個用いる構成を採用することもできる。

また、本実施例では、ツバ付カラー２６と固定用のボルト２８で締結手段１５０を構成する構成について説明したが、固定用のボルト２８だけで締結する構成としてもよい。

次に、本発明の実施例２におけるスプリングユニットの構成について説明する。なお、本実施例の説明において、実施例１のスプリングユニット１００と同様の構成及び動作についての説明は省略する。

図４は、本実施例におけるスプリングユニット１２０の概略構成図である。図４（ａ）は、スプリングユニット１２０の外観斜視図を示しており、図４（ｂ）は、スプリングユニット１２０の断面斜視図を示している。なお、図４（ａ）はスプリング１０を省略して描かれており、図４（ｂ）はスプリング１０の存在箇所を破線で示している。

スプリングユニット１２０の基本構造は、実施例１のスプリングユニット１００と同様である。ただし、図４（ａ）、（ｂ）に示されるように、スプリングユニット１２０は、スプリングユニット１００におけるナット１２の代わりに、第１固定部材としてのナット１３を備える。ナット１３は、円筒部１３ａとベース部１３ｂとを備えて構成されている。ナット１３の中央は、円筒部１３ａとベース部１３ｂとを貫通するように開口部が形成されており、その開口部の側面には雌ネジ１３ｃが設けられている。ナット１３の円筒部１３ａは、スプリング１０の撓み方向において第１の長さを有する。

また、スプリングユニット１２０は、スプリングユニット１００におけるツバ付カラー１６の代わりに、ツバ付カラー１７を備える。ツバ付カラー１７は、カラー部１７ａとツバ部１７ｂとを備えて構成されている。ツバ付カラー１７のカラー部１７ａは、スプリング１０の撓み方向において第２の長さを有する。

スプリングユニット１２０は、ナット１３の円筒部１３ａとツバ付カラー１７のカラー部１７ａとを対向させて配置することにより、ツバ付カラー１６の首下長さに相当する所定の高さを得る。この点で、本実施例のスプリングユニット１２０は、ツバ付カラー１６のみで所定の高さを得るように構成された実施例１のスプリングユニット１００とは異なる。このように、スプリングユニット１２０においては、ナット１３の円筒部１３ａの長さ（第１の長さ）及びツバ付カラー１７のカラー部１７ａの長さ（第２の長さ）によりスプリング１０の所定の長さが決定される。

本実施例において、スプリング１０の両端は、実施例１と同様に第１固定部材（ナット１３）と可動部材（ワッシャー１４）によりそれぞれ保持される。本実施例では、スプリング１０及びワッシャー１４の内部に、ナット１３の円筒部１３ａ及びツバ付カラー１７のカラー部１７ａが挿入される。

このように、ナット１３とツバ付カラー１７とを対向配置させてから、ボルト１８（第３固定部材）を用いてこれらを固定する。ナット１３及びツバ付カラー１７は、ボルト１８の先端にある雄ネジ１８ｃがナット１３に設けられた雌ネジ１３ｃと螺合することにより、確実に固定される。

本実施例では、ナット１３とツバ付カラー１７とを対向配置することにより、所定の高さが得られる。このため、ボルト１８でこれらが固定されると、自然長Ｘを有するスプリング１０は、撓み量Ｚ１だけ圧縮する。このとき、スプリング１０の長さは、ナット１３とツバ付カラー１７により得られる所定の高さに依存する長さＹ１に変化する。この状態（初期状態）を図４（ｂ）の左側に示す。

図４（ｂ）の左側に示されるように、このとき、ワッシャー１４には、図中の上方向に力Ｆ１が働く。すなわち、ナット１３とツバ付カラー１７には、互いに引き離される向きの力Ｆ１が働く。ただし、ナット１３とツバ付カラー１７はボルト１８で固定されているため、スプリングユニット１２０の外部には、力が出力されない。

このような初期状態において、ワッシャー１４に力Ｆ１より大きな外力を加えると、ワッシャー１４は、スプリング１０の圧縮方向においてナット１３に近接する向きに移動する。このとき、スプリング１０の長さＹ１は例えば長さＹ２（Ｙ１＞Ｙ２）に変化する。この状態を図４（ｂ）の右側に示す。

図４（ｂ）の右側に示されるように、スプリング１０の長さＹ１が長さＹ２に変化すると、スプリング１０は撓み量Ｚ２（Ｚ１＜Ｚ２）を有し、ワッシャー１４には、図中の上方向に力Ｆ２（Ｆ１＜Ｆ２）が働く。このとき、ワッシャー１４は、ツバ付カラー１７のツバ部１７ｂから離れる。このため、スプリングユニット１２０の外部に、撓み量Ｚ２に応じた力Ｆ２が出力可能となる。

次に、本実施例におけるスプリングユニット１２０を備えた金型の構成及び動作について、図５及び図６を参照しながら説明する。

なお、本実施例の金型は、半導体装置を製造するために用いられる金型であり、特に、真空圧縮成形による樹脂モールドを行うものであるが、これに限定されるものではない。本実施例のスプリングユニットは、例えば、真空引きを行わない圧縮成形やトランスファ成形による樹脂モールドを行うための金型にも適用可能である。また、本実施例のスプリングユニットは、クランパの駆動用、樹脂加圧駒の駆動用、板厚調整用、エジェクタピンの剥離用等、幅広い目的で使用可能である。さらに、本実施例のスプリングユニットは、樹脂モールド用の金型にのみ適用されるものではなく、例えば、プレス金型におけるストリッパープレート駆動等に用いられるためにも適用可能である。

図５は、本実施例におけるスプリングユニットを備えた金型の概略断面図である。図５の左側は、上金型と下金型とを用いて被成形品をクランプする前の状態における金型３００を示し、図５の右側は、被成形品のクランプ時の状態における金型３００を示している。なお、図５に示される金型３００は、一部の構成要素の位置が異なることを除いて左右対称であるため、図中の左右で重複する参照符号を省略している場合もある。

図５において、６１は上金型であり、６２は下金型である。上金型６１は、サポートブロック７１、チェイスブロック７３、クランパ７５、樹脂加圧駒７６、ガイドロッド７７、Ｏリング７９、スプリングユニット１２０、及び、ボルト２８（締結手段）を備えて構成されている。上金型６１は、上金型ベース５１により保持されている。また、下金型６２は、下金型ベース５２により保持されている。

スプリングユニット１２０は、上金型６１のサポートブロック７１の下面に形成された開口凹部７１ａに挿入された状態で設けられている。本図には、３つの開口凹部７１ａのそれぞれに設けられた３つのスプリングユニット１２０が示されている。なお、サポートブロック７１には、同図の紙面奥行き方向においてスプリングユニット１２０が挿入可能な複数の開口凹部７１ａが数形成されている。開口凹部７１ａは、その中央部の深さが外周部よりも深く形成されている。このため、開口凹部７１ａの上面７１ｂとスプリングユニット１２０の上面（ツバ付カラー１７の上面）との間には、空間７１ｃが形成されている。

一方、開口凹部７１ａは、その外周部の深さが初期状態のスプリングユニット１２０におけるツバ付カラー１７の首下の面からナット１３の端面までの高さと同じ距離となっている。このため、スプリングユニット１２０のワッシャー１４（当接面１４ｂ）は、開口凹部７１ａの周囲上面７１ｄに当接している。ただし、このとき、スプリングユニット１２０のスプリング１０は、ナット１３とツバ付カラー１７で決定される所定の高さに応じた撓み量を有する。すなわち、スプリングユニット１２０は初期状態にある。このため、スプリングユニット１２０は、外部に力を出力していない。

サポートブロック７１とチェイスブロック７３との間は、ボルト２８により締結されている。このため、サポートブロック７１の底面７１ｅ及びスプリングユニット１２０の底面（ナット１３の底面１３ｄ）は、チェイスブロック７３の上面７３ｃに当接している。

また、チェイスブロック７３には開口凹部７３ａが設けられている。開口凹部７３ａの内部には、クランパ７５及び樹脂加圧駒７６が挿入されている。また、チェイスブロック７３の上面から開口凹部７３ａに向けて貫通孔７３ｂが形成されている。貫通孔７３ｂの内部には、本実施例における外部部材を構成するガイドロッド７７が設けられている。

ガイドロッド７７の上面７７ａは、スプリングユニット１２０の下面（ナット１３の下面）に接続されている。ガイドロッド７７は、開口凹部７３ａの内部へ延びており、ガイドロッド７７は、その下面７７ｂにおいて、本実施例における外部部材を構成するクランパ７５又は樹脂加圧駒７６のいずれかに接続されている。また、クランパ７５とチェイスブロック７３との間には、クランパ７５の外周に沿う位置にＯリング７９が設けられている。また、装置外に設けられた真空系によってリリースフィルム８１を吸引するためのエア吸引路７８が、Ｏリング７９の内側と金型外部とを接続するようにチェイスブロック７３内に形成されている。

クランパ７５及び樹脂加圧駒７６の下面には、モールド後の成形品の剥離を容易にするため、リリースフィルム８１で覆われている。リリースフィルム８１は、不図示の真空系を用いてクランパ７５及び樹脂加圧駒７６の下面に吸着される。具体的には、チェイスブロック７３の開口凹部７３ａ及び貫通孔７３ｂとサポートブロック７１の開口凹部７１ａとによって形成される空間のエアを吸引することで、樹脂加圧駒７６の外周を介してエアが吸引され、リリースフィルム８１がクランパ７５及び樹脂加圧駒７６に張設される。

９０は被成形品である。被成形品９０は、基板９５、基板９５の上に実装された半導体素子９３、及び、各半導体素子９３上に所定量ずつ塗布された樹脂９７を備えて構成される。なお、本実施例の金型３００は、他の形態を備えた被成形品を樹脂モールドするためにも用いられる。例えば、半導体素子９３が実装された基板９５を被成形品として、これとは別に樹脂９７を供給する構成を採用してもよい。

次に、樹脂モールド時における金型３００の動作について説明する。金型３００は、図５の左側に示される状態において、上金型６１と下金型６２とを相対的に近接させて真空引きを行いながら基板９５をクランプする。例えば、同図の右側に示されるように、上金型６１を所定位置に固定した状態で、下金型６２のみを図中の下方から上方へ移動（上動）させて基板９５をクランプする。なお、これとは逆に、下金型６２を所定位置に固定した状態で、上金型６１のみを図中の上方から下方へ移動（下動）させて基板９５をクランプしてもよい。または、上金型６１を図中の上方から基板９５に近接させ、同時に、下金型６２を図中の下方から基板９５に近接させて、基板９５をクランプしてもよい
上金型６１と下金型６２を用いて被成形品９０（基板９５）をクランプすることにより、キャビティ８３が形成され、キャビティ８３の内部を樹脂９７で充填することが可能となる。

図６は、本実施例におけるスプリングユニットを備えた金型の概略断面図であり、図５と同様の箇所が描かれている。図６の左側は、モールド樹脂の充填途中の状態における金型３００を示し、図６の右側は、樹脂加圧時における金型３００を示している。なお、図６に示される金型３００は、一部の構成要素の位置が異なることを除いて左右対称であるため、図中の左右で重複する参照符号を省略している場合もある。

キャビティ８３形成後に下金型６２をさらに上動させる（上昇させる）ことにより、図６の左側に示されるように、キャビティ８３の内部における樹脂９７の充填が開始される。また、上金型６１（クランパ７５）と下金型６２との間において、基板９５は所定のクランプ力でクランプされる。具体的には、下金型６２の上動によって基板９５と共にクランパ７５が上動し、クランパ７５に接続されたガイドロッド７７を介して、スプリングユニット１２０のナット１３もわずかに上昇する。

この際に、スプリングユニット１２０のワッシャー１４の位置が開口凹部７１ａ内に固定されているため、ナット１３とワッシャー１４との間に設けられたスプリング１０は縮められる。これにより、ガイドロッド７７には、スプリング１０の縮み量に応じた力が出力される。換言すれば、基板９５は、スプリング１０の縮み量に応じたクランプ力でクランプされる。例えば、基板９５は、初期状態のスプリングユニット１２０におけるスプリング１０の撓み量Ｚ１よりも大きく撓ませることによって出力される力Ｆａ（Ｆａ＞Ｆ１）でクランプされる。

また、ナット１３の底面１３ｄとチェイスブロック７３の上面７３ａとの間には空間が形成される。これと同時に、ツバ付カラー１７がワッシャー１４に当接する当接面１７ｄは、ワッシャー１４の当接面１４ｂから離れ、空間７１ｃは狭くなる。

一方、樹脂９７にはリリースフィルム８１を介して樹脂加圧駒７６が押し付けられる。しかしながら、キャビティ８３の内部には未充填の空間が残存し、樹脂９７がその空間に充填されていく。このため、樹脂加圧駒７６は押し上げられることなく初期の位置を維持する。この場合、ガイドロッド７７を介して樹脂加圧駒７６に接続されたスプリングユニット１２０には、スプリング１０を押し縮めるのに要する力Ｆａを上回る力が加えられない。

続いて、下金型６２をさらに上動させることにより、キャビティ８３内における樹脂９７の充填を完了して、樹脂９７の加圧を開始する。この樹脂加圧時における状態を図６の右側に示す。

この際に、クランパ７５によるクランプ力も上昇する。具体的には、下金型６２の上昇に伴い、クランパ７５上のスプリングユニット１２０のスプリング１０は縮み量（撓み量）も大きくなる。これにより、基板９５は、前述のクランプ力Ｆａよりも大きな力Ｆｃでクランプされる。この場合、クランパ７５にはスプリング１０は縮み量に比例した力が加えられる。換言すれば、クランプ力は、クランプ後に下金型６２が上動した距離に比例して大きくなる。

なお、スプリングユニット１２０の上面と開口凹部７１ａの上面７１ｂとの間には十分な隙間が設けられている。このため、樹脂９７が圧縮されるときにも、ツバ付カラー１７が開口凹部７１ａの上面７１ｂに当接して止められることはない。一方、キャビティ８３の内部は、樹脂９７で充填された状態となっている。このため、下金型６２の上昇に伴う樹脂加圧駒７６と下金型６２との間隔の減少により、樹脂９７を圧縮するように加えられる樹脂圧（換言すれば樹脂９７がキャビティ８３壁面を押し返す力）は上昇する。

この場合、樹脂９７の樹脂圧と樹脂加圧駒７６の下面の面積との積として表される力がスプリング１０を押し縮めるのに要する力Ｆａを上回ったときには、樹脂９７によって樹脂加圧駒７６は押し上げられる。これにより、樹脂加圧駒７６上のスプリングユニット１２０のナット１３も押し上げられ、スプリングユニット１２０によって樹脂加圧駒７６に所定の力が加えられる。したがって、下金型６２の上昇量に比例する力（樹脂圧）が樹脂９７に加えられる。

このように、樹脂９７の充填後の加圧成形を行っているときには、クランパ７５及び樹脂加圧駒７６に接続された全てのスプリングユニット１２０は、圧縮された状態となる。ただし、図６の右側に示されるように、クランパ７５を介して下金型６２にクランプ後から縮められるスプリングユニット１２０のほうが、樹脂９７を介して下金型６２に縮められるスプリングユニット１２０よりも縮み量は大きくなる。したがって、基板９５のクランプ力のほうが、樹脂加圧駒７６に加えられる力よりも大きくなる。この場合、クランプ力及び樹脂圧が別々のスプリングユニット１２０におけるスプリング１０の撓み量によって決定するため、スプリングユニット１２０を適宜設計することでクランプ力及び樹脂圧を適宜設定できる。

本実施例では、上金型６１と下金型６２とを近接させるように変位させると、スプリング１０が変形して、スプリングユニット１２０が上金型６１と下金型６２とを引き離すように力を出力する。

なお、本実施例の金型３００において、スプリングユニット１２０は上金型６１に設けられているが、これに限定されるものではない。スプリングユニット１２０を下金型６２に設けることもできる。さらに、スプリングユニット１２０を上金型６１及び下金型６２の両方に設けることもできる。このように、スプリングユニット１２０は、上金型６１及び下金型６２の少なくとも一方に設けられていればよい。

また、本実施例の金型３００にはスプリングユニット１２０が組み込まれるが、この代わりに、実施例１のスプリングユニット１００を組み込んでもよい。この場合でも同様の効果を得ることができる。

以上、本実施例によれば、金型に組み込む前にスプリングの出力（圧縮反力）を容易に設定可能なスプリングユニットを提供することができる。また、本実施例によれば、金型に容易に組み込み可能なスプリングユニットを提供することができる。さらに、本実施例によれば、容易に組み立て可能な高精度な金型を提供することができる。その他にも、本実施例によれば、先の実施形態と同様な構成については同様の作用効果を奏することができる。

以上、本発明の実施例を具体的に説明した。ただし、本発明は、上記各実施例にて説明した事項に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更可能である。

例えばクランプ力や樹脂成形圧のように型板によって出力したい力が異なるときには、各部の出力を適宜調整することができる。例えば、使用するスプリングユニットの個数、スプリングの強さや長さ、又は、例えば実施例１におけるツバ付カラー１６の首下の面からナット１３の端面までの高さに相当する第１固定部材と第２固定部材との間の長さを調整することで、スプリングユニットによる出力を増減することができる。

また、本実施例では、下面に向けて開口する開口凹部７１ａがサポートブロック７１に形成されている構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、開口凹部７１ａにおける上面７１ｂの中央部に相当する領域を貫通孔にして、サポートブロック７１上面にも開口するような構成を採用することもできる。この場合、そこに配置されたスプリングユニットを上面から目視で確認できるため、メンテナンス性を向上させることができる。

実施例１におけるスプリングユニットの概略断面図である。 実施例１におけるスプリングユニットを組み込んだ構造体の概略断面図である。 実施例１におけるスプリングユニットの出力と撓み量との関係を示す図である。 実施例２におけるスプリングユニットの概略構成図である。 実施例２におけるスプリングユニットを備えた金型の概略断面図である。 実施例２におけるスプリングユニットを備えた金型の概略断面図である。

符号の説明

１０：スプリング
１２、１３：ナット（第１固定部材）
１４：ワッシャー（可動部材）
１６、１７：ツバ付カラー（第２固定部材）
１８、２８：ボルト（第３固定部材）
２１：上側ブロック
２２：下側ブロック
５１：上金型ベース
５２：下金型ベース
６１：上金型
６２：下金型
７１：サポートブロック
７３：チェイスブロック
７５：クランパ
７６：樹脂加圧駒
７７：ガイドロッド
７８：エア吸引路
７９：Ｏリング
８１：リリースフィルム
８３：キャビティ
９０：被成形品
９３：半導体素子
９５：基板
９７：樹脂
１００、１２０：スプリングユニット
１５０：締結手段
２００：構造体
３００：金型

Claims (3)

1. 半導体装置を製造するための金型であって、
   上金型と、
   下金型と、
   前記上金型及び前記下金型の少なくとも一方に設けられたスプリングユニットと、を有し、
   前記スプリングユニットは、
   スプリングと、
   前記スプリングの一端を支持する第１固定部材と、
   前記スプリングの他端を支持する可動部材と、
   前記スプリングの内部に挿入され、前記可動部材を支持して前記第１固定部材に当接することにより該スプリングを所定の長さだけ撓ませる第２固定部材と、を有し、
   前記上金型と前記下金型とを互いに近接させるように変位させると、前記スプリングが変形して、該上金型と該下金型とを引き離すように力が出力され、
   前記スプリングユニットは、第１ブロックと第２ブロックの間に配置され、
   前記第１ブロックと前記第２ブロックは、締結手段により保持され、
   前記第１ブロックと前記第２ブロックとの間隔が、前記可動部材の前記第２固定部材と当接する第１当接面から前記第１固定部材の前記第１ブロックまたは前記第２ブロックと当接する第２当接面までの間隔となるように、前記締結手段が調整されていることを特徴とする金型。
2. 上金型と下金型とを備えた半導体装置を製造するための金型の、前記上金型及び前記下金型の少なくとも一方に設けられたスプリングユニットであって、
   スプリングと、
   前記スプリングの一端を支持する第１固定部材と、
   前記スプリングの他端を支持するワッシャーと、
   前記スプリングの内部に挿入され、前記ワッシャーを支持して前記第１固定部材に当接することにより該スプリングを所定の長さだけ撓ませるツバ付カラーと、を有し、
   前記上金型と前記下金型とを互いに近接させるように変位させると、前記スプリングが変形して、該上金型と該下金型とを引き離すように力が出力され、
   前記ツバ付カラーのカラー部は、前記スプリング及び前記ワッシャーの内部に挿入されており、
   前記ツバ付カラーのツバ部は、前記スプリングの前記他端を支持する前記ワッシャーの支持面とは反対側の面に当接し、
   前記第１固定部材は、前記スプリングの撓み方向において第１の長さを有する筒部を備え、
   前記ツバ付カラーの前記カラー部は、前記スプリングの撓み方向において第２の長さを有し、
   前記第１の長さ及び前記第２の長さにより前記スプリングの前記所定の長さが決定されることを特徴とするスプリングユニット。
3. 上金型と下金型とを備えた半導体装置を製造するための金型の、前記上金型及び前記下金型の少なくとも一方に設けられたスプリングユニットであって、
   スプリングと、
   前記スプリングの一端を支持する第１固定部材と、
   前記スプリングの他端を支持するワッシャーと、
   前記スプリングの内部に挿入され、前記ワッシャーを支持して前記第１固定部材に当接することにより該スプリングを所定の長さだけ撓ませるボルトと、を有し、
   前記上金型と前記下金型とを互いに近接させるように変位させると、前記スプリングが変形して、該上金型と該下金型とを引き離すように力が出力され、
   前記ボルトの頭部は、前記スプリングの前記他端を支持する前記ワッシャーの支持面とは反対側の面に当接することを特徴とするスプリングユニット。