【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、IC、トランジスター、ダイオード等の半導
体装置に樹脂を加熱溶融し、加圧注入して半導体装置を
樹脂封止する際に用いるモールド金型に関し、特に繰返
し使用寿命が長く、従って長時間連続使用が可能な樹脂
封止形半導体装置用モールド金型に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a mold used when a semiconductor device such as an IC, a transistor, a diode, etc. is sealed with resin by heating and melting the resin and injecting the resin under pressure. In particular, the present invention relates to a mold for a resin-sealed semiconductor device that has a long repeated use life and can therefore be used continuously for a long period of time.
従来の支′r び ■が”ンしようとする5 今生導体
装置の樹脂封止は、通常エポキシ樹脂などの熱硬化性樹
脂のトランスファー成形によって行なわれている。この
成形に使用される樹脂は通常はその粉末を円柱状に圧縮
成形し、裔周波予熱機等で予備加熱され、その後トラン
スファー成形機によって成形される。この時のトランス
ファー成形機に使用されるモールド金型は、ランナー、
ゲート、キャビティで構成されている。Resin sealing of conductor devices is usually done by transfer molding of thermosetting resin such as epoxy resin. The powder is compression molded into a cylindrical shape, preheated with a cylindrical preheater, etc., and then molded with a transfer molding machine.The mold used in the transfer molding machine at this time is a runner,
It consists of a gate and a cavity.
こうした半導体装置の樹脂封止の際に用いられるモール
ド金型の材質は、通常、ダイス鋼、高速度鋼、工具鋼等
が使用されているが、こうした材料を使用したモールド
金型を用いて成形を行なう場合、半導体装置を封止する
樹脂成分として、例えばシリカ粉末を70〜80%使用
するなど、高硬度成分が使用されるため、繰返し使用し
ていくと金型が摩耗してほぼ5万回位で使用できなくな
るといった欠点があった。The materials used for the molds used for resin encapsulation of semiconductor devices are usually die steel, high-speed steel, tool steel, etc. When performing this process, a high hardness component such as 70 to 80% silica powder is used as the resin component to seal the semiconductor device, so the mold wears out with repeated use and becomes approximately 50,000 yen. There was a drawback that it became unusable due to dilution.
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、半導体装置
の樹脂封止の際に用いられ、金型寿命が大幅に(例えば
従来のものに比較して10〜100倍程度)伸び、長期
に亘り繰返し使用することが可能なモールド金型を提供
することを目的とする。The present invention was developed in view of the above circumstances, and is used for resin encapsulation of semiconductor devices, greatly extending the life of the mold (for example, about 10 to 100 times as much as conventional molds), and providing a long-term lifespan. The purpose is to provide a mold that can be used repeatedly.
ル、占を’IUするための手段 び作用本発明者らは、
上述したモールド金型の寿命を著しく向上する方法につ
いて種々検討を行なった結果、モールド金型の材質をロ
ックウェル硬度(Cスケール)67以上のものにすると
、従来の工具鋼等を焼き入れてクロムメッキ処理して得
られたロックウェル硬度60程度の材質に比べて半導体
封止用樹脂成分中の高硬度成分による摩耗が減少し、シ
リカ粉末を70〜80%含有する半導体封止樹脂を使用
した場合においても耐摩耗性を10〜100倍程度向上
し得ることを見い出した。The present inventors have:
As a result of various studies on ways to significantly improve the life of the molding die mentioned above, we found that if the material of the molding die is made of a Rockwell hardness (C scale) of 67 or higher, the conventional tool steel etc. can be hardened and chromium Compared to a material with a Rockwell hardness of about 60 obtained by plating, wear due to high hardness components in the semiconductor encapsulation resin component was reduced, and a semiconductor encapsulation resin containing 70 to 80% silica powder was used. It has been found that the abrasion resistance can be improved by about 10 to 100 times even in cases where
しかし、モールド金型の材質を単に高硬度にするだけで
は金型の靭性が失なわれて金型が脆くなり、金型に負荷
される熱サイクルや金型を開閉する時に発生する衝i8
等により金型が壊れ、かえって金型の寿命が短かくなる
場合が生じることを知見した。更に、上記金型の靭性は
金型材質のヤング率に相関し、金型の脆性から金型を崩
壊させないためには、金型材質のヤング率を6.OX
10’ kg/龍2以下とする必要があり、加えて金型
材質の抗折力を60kg/am”以上とすることにより
、繰返し使用寿命の長い樹脂封止形半導体装置用モール
ド金型が得られることを知見し、本発明を完成するに至
ったものであ。However, simply increasing the hardness of the material of the mold will cause the mold to lose its toughness and become brittle.
It has been found that the mold may be broken due to such factors, and the life of the mold may be shortened. Furthermore, the toughness of the mold is correlated with the Young's modulus of the mold material, and in order to prevent the mold from collapsing due to its brittleness, the Young's modulus of the mold material should be set to 6. OX
10'kg/am" or less, and in addition, by setting the transverse rupture strength of the mold material to 60kg/am" or more, a mold for resin-sealed semiconductor devices with a long repeated use life can be obtained. This led to the completion of the present invention.
従って、本発明は半導体装置を樹脂封止して樹脂封止形
半導体装置を得る際に用いる金型において、金型の成形
材料と接触する少なくとも一部をロックウェル硬度(C
スケール)67以上、ヤング率2.OX 10’ kg
/1m” 〜6.OX 10’ kg/mm”抗折力6
0kg/m■2以上の材料にて形成した樹脂封止形半導
体装置用モールド金型を提供するものである。Therefore, the present invention provides a mold that is used to obtain a resin-sealed semiconductor device by resin-sealing a semiconductor device, in which at least a portion of the mold that comes into contact with the molding material has a Rockwell hardness (C
Scale) 67 or higher, Young's modulus 2. OX 10'kg
/1m" ~ 6.OX 10'kg/mm" Transverse rupture strength 6
The present invention provides a mold for a resin-sealed semiconductor device formed of a material with a weight of 0 kg/m2 or more.
以下、本発明を更に詳しく説明する。The present invention will be explained in more detail below.
本発明の樹脂封止形半導体装置用モールド金型は、金型
材料として、金型の成形材料と接触する部分の少なくと
も一部をロックウェル硬度(Cスケール)67以上、好
ましくは67〜75、ヤング率2x10’kg/龍2〜
6X104kg/寵2、好ましくは2. I X 10
’ kg/ w”〜3×104kg/鶴2、抗折力6
0kg/鶴2以上、好ましくは200 kg/ms”以
上の材料にて形成するものである。ロックウェル硬度が
67未満の場合には、上述したように半導体封止用樹脂
成分による摩耗を防止、減少し得ず、従って耐摩耗性の
点から金型の使用寿命を延ばすことができない。一方、
ヤング率が2 X 10’ kl/mm”未満の場合は
靭性に優れているもののロックウェル硬度が67未満と
なり、6 X 10’ kg/sm”を越える場合は靭
性に劣り、耐衝撃性の面で問題がある。また、抗折力が
60kg/鰭2未満の場合は、トランスファー成形用等
の金型を型締めした時に金型が変形するという欠点があ
る。以上のことから、本発明の範囲を満足しないいずれ
の場合においても本発明の目的とする金型の繰返し使用
寿命の改善を行ない得ない。In the mold for a resin-sealed semiconductor device of the present invention, at least a part of the part of the mold that comes into contact with the molding material has a Rockwell hardness (C scale) of 67 or higher, preferably 67 to 75. Young's modulus 2x10'kg/Ryu 2~
6X104kg/kg, preferably 2. I x 10
'kg/w'' ~ 3 x 104kg/Tsuru 2, transverse rupture strength 6
It is made of a material with a hardness of 0 kg/tsuru 2 or more, preferably 200 kg/ms or more. If the Rockwell hardness is less than 67, as described above, it is necessary to prevent wear due to the resin component for semiconductor encapsulation. Therefore, the service life of the mold cannot be extended in terms of wear resistance.On the other hand,
If the Young's modulus is less than 2 x 10'kl/mm", it has excellent toughness, but the Rockwell hardness is less than 67; if it exceeds 6 x 10' kg/sm, it has poor toughness and poor impact resistance. There is a problem with this. Further, if the transverse rupture strength is less than 60 kg/2 fins, there is a drawback that the mold is deformed when the mold for transfer molding or the like is clamped. From the above, in any case that does not satisfy the scope of the present invention, it is impossible to improve the repeated use life of the mold, which is the objective of the present invention.
このような金型材料としては、上記特性を有するもので
あればいずれのものでもよく、金属材料、セラミック材
料等が用いられ、具体的にはフェロチック、ステライト
、超硬合金、5iC1高速度鋼等の金属、セラミックな
どが挙げられる。また、これらの材料を用いて金型全体
もしくは金型部分を形成する方法に特に限定はなく、例
えば粉末冶金法などの適宜な方法が採用し得る。As such a mold material, any material having the above characteristics may be used, and metal materials, ceramic materials, etc. are used, and specifically, ferrotic, stellite, cemented carbide, 5iC1 high speed steel, etc. metals, ceramics, etc. Further, there is no particular limitation on the method of forming the entire mold or the mold portion using these materials, and an appropriate method such as powder metallurgy may be employed.
この場合、金型材料は、上述した如く耐1g耗性に優れ
ていること及び金型との離型性が優れていることが必要
であるが、かかる性質は材料の均質性、緻密性に依存し
、均質性、緻密性に優れたもの程耐摩耗性、金型との離
型性に優れているため、均質性、緻密性の良好な材質の
ものが好適である。In this case, the mold material needs to have excellent 1g abrasion resistance and good releasability from the mold as described above, but these properties depend on the homogeneity and density of the material. The better the homogeneity and density, the better the abrasion resistance and mold releasability, so materials with good homogeneity and density are preferred.
ここで、このような高均質、緻密な材料を得る方法とし
ては、例えば粉末冶金法の焼結工程後に更に1000気
圧以上、1000℃以上の雰囲気で処理(HI P処理
)する方法が好適である。即ち、通常粉末冶金法により
金型を得る場合、数種類の酸化物及び添加剤を混合粉砕
して共還元し、次いで再度混合粉砕を行なってから圧縮
成形した後に荒加工したものを焼結して、最終加工によ
り金型を得る方法が採用されているが、焼結の後に更に
1000気圧以上、1000℃以上の高圧高温雰囲気下
で処理する方法が有効に採用され、かかる高圧高温雰囲
気下での処理により高均質化、緻密化が効果的に達成さ
れる。Here, as a method for obtaining such a highly homogeneous and dense material, for example, a method of further processing in an atmosphere of 1000 atmospheres or more and 1000° C. or more (HIP treatment) after the sintering step of the powder metallurgy method is suitable. . That is, when a mold is normally obtained by powder metallurgy, several types of oxides and additives are mixed and ground, co-reduced, then mixed and ground again, compression molded, and the rough-processed product is sintered. , a method of obtaining a mold through final processing has been adopted, but a method of further processing under a high pressure and high temperature atmosphere of 1000 atmospheres or more and 1000 degrees Celsius or more after sintering has been effectively adopted. The treatment effectively achieves high homogenization and densification.
本発明に係るモールド金型は、その全体を前記材料で形
成することもできるが、金型の一部、特に摩耗の激しい
個所のみを上述した材料にて形成し、他の部分は従来よ
り使用されている工具鋼等の材料にて形成することもで
きる。この場合、摩耗の激しい個所としては樹脂の流れ
が速くなるゲート部分があるが、このゲート部分を上述
した材料にて形成するだけで金型寿命を10〜100倍
程度伸ばすことができ、しかもこのようなゲート部分は
全金型に対して占める割合が少ないので、経済的にも有
利なものである。この点につき図面を参照して説明する
と、図中1は樹脂封止型ICの上金型、2は下金型を示
し、成形時にこれら両金型1,2を組み合せるものであ
るが、成形に際して半導体封止用樹脂は図中矢印で示し
たようにランナー3からゲート4を通ってキャビティ5
内に充填されるものである。この場合図面から明らかな
ように、ゲート4はランナー3及びキャビティ5に比べ
て非常に狭くなっている。このため樹脂が流動する際の
流速はゲート4内で最大に達し、従ってゲート4部分が
摩耗の特に激しい部分であって、かかる部分に本発明に
係る金型材料を用いることが好ましく、上金型のゲート
構成部品6、下金型のゲート構成部品7に本発明に係る
金型材料を用いることにより本発明の目的をより効果的
に達成し得るものである。Although the mold according to the present invention can be made entirely of the above-mentioned material, only a part of the mold, particularly the parts that are subject to severe wear, is made of the above-mentioned material, and the other parts are made of the above-mentioned material. It can also be made of materials such as tool steel. In this case, the part where the wear is severe is the gate part where the resin flows quickly, but just by forming this gate part with the above-mentioned material, the life of the mold can be extended by about 10 to 100 times. Since such a gate portion occupies a small proportion of the entire mold, it is economically advantageous. To explain this point with reference to the drawings, in the figure 1 indicates the upper mold and 2 the lower mold of the resin-sealed IC, and these molds 1 and 2 are combined during molding. During molding, the semiconductor encapsulation resin passes from the runner 3 through the gate 4 and into the cavity 5 as indicated by the arrow in the figure.
It is filled inside. In this case, as is clear from the drawing, the gate 4 is very narrow compared to the runner 3 and the cavity 5. For this reason, the flow velocity when the resin flows reaches its maximum within the gate 4, and therefore, the gate 4 portion is an area where wear is particularly severe, and it is preferable to use the mold material according to the present invention in this area. By using the mold material according to the present invention for the gate component 6 of the mold and the gate component 7 of the lower mold, the objects of the present invention can be achieved more effectively.
衾凱■四果以上説明したように、本発明は特定の硬度、ヤング率及
び抗折力を有する金属材料を金型の成形材料と接触する
部分、例えば摩耗の激しいゲート部に使用したことによ
り、金型摩耗が少なく、かつ少しの衝撃で破壊されるこ
とがなく、金型の繰返し寿命が飛躍的に増大し、従って
樹脂封止形半導体装置用として好適なモールド金型が得
られるものである。As explained above, the present invention uses a metal material having a specific hardness, Young's modulus, and transverse rupture strength in the parts of the mold that come into contact with the molding material, such as the gate part, which is subject to severe wear. , the mold has little wear and does not break due to the slightest impact, and the repeat life of the mold is dramatically increased. Therefore, a mold suitable for resin-sealed semiconductor devices can be obtained. be.
以下に実施例と比較例とを示し、本発明を具体的に説明
するが、本発明はこれら実施例に制限されるものではな
い。EXAMPLES The present invention will be specifically explained below with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
〔実施例1〕金型のゲート構成部品を形成する材料として、高速度鋼
KF−261(富士ダイス01製)を粉末冶金法により
焼結し、次いで1200気圧、1100℃の高圧高温雰
囲気下で処理したものを使用し、また、ゲート構成部品
を除く金型の他の部分をダ−l’[i[(J I S、
5KD−11) ニ焼き入れをし表面を硬質クロム
めっきしたものにて形成して樹脂封止形半導体装置用金
型を得た。[Example 1] As a material for forming the gate component of the mold, high speed steel KF-261 (manufactured by Fuji Dice 01) was sintered by powder metallurgy, and then sintered in a high pressure and high temperature atmosphere of 1200 atmospheres and 1100°C. The treated mold is used, and other parts of the mold except the gate components are
5KD-11) A mold for a resin-sealed semiconductor device was obtained by forming a die hardened and hard chromium-plated surface.
ナオ、上記ゲート構成部品のロックウェル硬度(Cスケ
ール)は71、ヤング率は2.26 XIO’kg/龍
2、抗折力は230 kg/ l112であった。The Rockwell hardness (C scale) of the gate component was 71, the Young's modulus was 2.26 XIO'kg/Ryu2, and the transverse rupture strength was 230 kg/l112.
次いで、半導体封止用樹脂としてエポキシ樹脂KMC−
130C(信越化学社製)を用い、上記金型を取り付け
たトランスファー成形機にて金型温度175℃、射出圧
カフ0kg/m■2、成形時間3分で成形を行なう成形
作業を繰返し行ない、金型のゲート部の大きさが初期の
大きさに比して2倍の大きさとなる成形回数を測定して
金型の繰返し使用寿命を評価した。Next, epoxy resin KMC- was used as a resin for semiconductor encapsulation.
Using 130C (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), the mold temperature was 175°C, the injection pressure cuff was 0 kg/m2, and the molding time was 3 minutes using a transfer molding machine equipped with the above mold. The repeated use life of the mold was evaluated by measuring the number of molding operations at which the size of the gate portion of the mold became twice as large as the initial size.
以上の測定結果、30万回の成形回数にてゲート部の大
きさが2倍となったが、金型にカケは認められなかった
。As a result of the above measurements, the size of the gate portion doubled after 300,000 molding cycles, but no chipping was observed in the mold.
なお、上記評価は、ゲート部が2倍以上になると成形品
の外観が悪くなり、良い成形品を得るには切断したゲー
ト跡を研磨する必要が生じるが、この為、作業性の面か
ら通常ゲート部が2倍以上となった時点で金型を交換す
るということに基くものである。In addition, in the above evaluation, if the gate part doubles or more, the appearance of the molded product will deteriorate, and in order to obtain a good molded product, it will be necessary to polish the cut gate marks. This is based on the fact that the mold is replaced when the gate area doubles or more.
〔実施例2〕実施例1の樹脂封止形半導体装置用モールド金型のゲー
ト構成部品を得るための金型用金属材料として高速度鋼
KF234(富士ダイス(掬製)を用いた他は実施例1
と同様にして金型を得た。[Example 2] High speed steel KF234 (manufactured by Fuji Dice (manufactured by Kiki) was used as the metal material for the mold for obtaining the gate component parts of the mold for the resin-sealed semiconductor device of Example 1). Example 1
A mold was obtained in the same manner.
なお、上記ゲート構成部品のロックウェル硬度(Cスケ
ール)、ヤング率、抗折力を測定した結果は、それぞれ
68. 2.16 X 10’ kg/m鴎2゜370
kg/龍2であった。The results of measuring the Rockwell hardness (C scale), Young's modulus, and transverse rupture strength of the gate components were 68. 2.16 X 10' kg/m seagull 2゜370
kg/dragon 2.
次いで、実施例1と同様にして金型の繰返し使用寿命を
評価した結果、金型の繰返し使用寿命は20万回と評価
されたが、20万回の繰返し使用に対しても金型にカケ
は認められなかった。Next, as a result of evaluating the repeated use life of the mold in the same manner as in Example 1, the repeated use life of the mold was estimated to be 200,000 times, but even after 200,000 times of repeated use, there was no chipping in the mold. was not recognized.
〔実施例3〕実施例1の樹脂封止形半導体装置用モールド金型のゲー
ト構成部品を超硬合金系材料にて形成した他は実施例1
と同様にして金型を得た。[Example 3] Example 1 except that the gate component of the mold for the resin-sealed semiconductor device of Example 1 was formed of a cemented carbide material.
A mold was obtained in the same manner.
上記ゲート構成部品のロックウェル硬度(Cスケール)
、ヤング率、抗折力を測定した結果は、それぞれ76.
5.8 X 10’ kg/龍”、290kg/關2
であった。Rockwell hardness (C scale) of the above gate components
The results of measuring Young's modulus and transverse rupture strength were 76.
5.8 x 10' kg/dragon, 290 kg/2
Met.
次いで、実施例1と同様にして金型の繰返し使用寿命を
評価した結果、金型の繰返し使用寿命は40万回と評価
された。また、40万回の繰返し使用後、200キヤビ
テイの金型のうち2個のゲート部に若干のカケが発生し
たものの依然として使用に耐える程度のものであった。Next, the repeated use life of the mold was evaluated in the same manner as in Example 1, and the repeated use life of the mold was estimated to be 400,000 times. Furthermore, after repeated use 400,000 times, two gates of the 200-cavity mold developed slight chips, but were still usable.
〔比較例1〕金型用金属材料として全てをダイス鋼(SKD−11)
を用いた樹脂封止形半導体装置用モールド金型につき、
実施例1と同様、ロックウェル硬度、ヤング率、抗折力
を評価した結果、それぞれ6 0、 2.Ox 1
0’ kg/*麟2 、 2 5 0kg
/m■2 であった。[Comparative Example 1] Die steel (SKD-11) was used as the metal material for the mold.
Regarding the mold for resin-sealed semiconductor devices using
As in Example 1, the Rockwell hardness, Young's modulus, and transverse rupture strength were evaluated as 60 and 2. Ox 1
0' kg/*Rin 2, 2 5 0 kg
/m2.
次いで実施例1と同様にして金型の繰返し使用寿命を評
価した結果、金型の繰返し使用寿命は摩耗により5万回
と評価された。Next, the repeated use life of the mold was evaluated in the same manner as in Example 1, and the repeated use life of the mold was estimated to be 50,000 times due to wear.
〔比較例2〕金型用材料としてアルミナ系セラミックを用いた樹脂封
止形半導体装置用モールド金型につき、実施例1と同様
、ロックウェル硬度、ヤング率、抗折力を評価した結果
、それぞれ81,8.OXl 0 ’ kg/w2.
40 kg/霞璽2であった。[Comparative Example 2] As in Example 1, Rockwell hardness, Young's modulus, and transverse rupture strength were evaluated for a resin-sealed semiconductor device mold using alumina ceramic as the mold material. 81,8. OXl 0' kg/w2.
It was 40 kg/Kasui 2.
次いで実施例1と同様にして全型の繰返し使用寿命を評
価したところ、20回の繰返し使用でゲート部が壊れ、
使用不能となった。Next, when the repeated use life of all the molds was evaluated in the same manner as in Example 1, the gate part broke after 20 repeated uses.
It became unusable.
以上の実施例と比較例との比較により、本発明の樹脂封
止形半導体装置用モールド金型は金型の繰返し使用寿命
に優れているのに対し、ロックウェル硬度が本発明の範
囲から外れた金型材料を用いた比較例1の樹脂封止形半
導体装置用モールド金型は耐摩耗性が低く、また、ヤン
グ率、抗折力が本発明の範囲を越えた金型材料を用いた
比較例2の樹脂封止形半導体装置用モールド金型は靭性
に欠け、いずれも繰返し使用寿命に劣るものであった。A comparison of the above Examples and Comparative Examples shows that the mold for resin-sealed semiconductor devices of the present invention has an excellent repeated use life, but the Rockwell hardness is outside the range of the present invention. The molding die for resin-sealed semiconductor devices of Comparative Example 1 using a molding material with a mold material having low abrasion resistance and a molding material with Young's modulus and transverse rupture strength exceeding the range of the present invention was used. The mold for a resin-sealed semiconductor device of Comparative Example 2 lacked toughness, and both had poor repeated use life.
第1図は、樹脂封止型IC成形用上金型を示す平面図、
第2図は同IC成形用下金型を示す平面図、第3図は同
上下金型を組合せた状態における第1図A−A線、第2
図B−B線に沿った断面図である。FIG. 1 is a plan view showing an upper mold for molding a resin-sealed IC;
Figure 2 is a plan view showing the lower mold for molding the IC, Figure 3 is the line A-A in Figure 1, and the line 2
It is a sectional view taken along line B-B in the figure.
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29779585AJPS62152131A (en) | 1985-12-25 | 1985-12-25 | Mold for resin-sealed semiconductor devices |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29779585AJPS62152131A (en) | 1985-12-25 | 1985-12-25 | Mold for resin-sealed semiconductor devices |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62152131Atrue JPS62152131A (en) | 1987-07-07 |
| JPH0415621B2 JPH0415621B2 (en) | 1992-03-18 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29779585AGrantedJPS62152131A (en) | 1985-12-25 | 1985-12-25 | Mold for resin-sealed semiconductor devices |
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62152131A (en) |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07137082A (en)* | 1993-11-16 | 1995-05-30 | Towa Kk | Mold for resin molding |
| US5882692A (en)* | 1994-07-06 | 1999-03-16 | Sony Corporation | Resin molding apparatus |
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| JPH07137082A (en)* | 1993-11-16 | 1995-05-30 | Towa Kk | Mold for resin molding |
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