(57)【要約】【課題】リード切断用被覆金型部材において、加工先端部は優れた耐摩耗性と耐溶着性を有し、摩耗の進行が抑えられるよになることから、長期の寿命化が可能となるようなリード切断用被覆金型部材を提供することである。【解決手段】基体の表面に硬質皮膜が被覆されたリード切断用被覆金型部材において、該金型部材の少なくとも加工先端部近傍に硬質皮膜を有し、該硬質皮膜は周期律表４ａ、５ａ、６ａ族、Ａｌ、Ｓｉから選ばれる１種以上の金属成分と、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｂから選ばれる１種以上の非金属成分とから構成され、該金型部材の加工先端部における丸み半径Ｒμｍを、０．０５≦Ｒ≦３としたことを特徴とするリード切断用被覆金型部材である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体の表面に硬質皮膜が被覆されたリード切断用被覆金型部材において、該金型部材の少なくとも加工先端部近傍に硬質皮膜を有し、該硬質皮膜は周期律表４ａ、５ａ、６ａ族、Ａｌ、Ｓｉから選ばれる１種以上の金属成分と、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｂから選ばれる１種以上の非金属成分とから構成されることを特徴とするリード切断用被覆金型部材。
【請求項２】
基体の表面に硬質皮膜が被覆されたリード切断用被覆金型部材において、該金型部材の少なくとも加工先端部近傍に硬質皮膜を有し、該硬質皮膜は周期律表４ａ、５ａ、６ａ族、Ａｌ、Ｓｉから選ばれる１種以上の金属成分と、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｂから選ばれる１種以上の非金属成分とから構成され、該金型部材の加工先端部における丸み半径Ｒμｍを、０．０５≦Ｒ≦３としたことを特徴とするリード切断用被覆金型部材。
【請求項３】
請求項１又は２記載の硬質皮膜を被覆した被覆金型部材において、該金型部材の基体はＷＣ基超硬合金であり、該超硬合金に含まれるＷＣ粒子の平均粒径が０．７μｍ以下、Ｃｏ含有量は質量％で２％から９％であり、該金型部材はダイ１に対向して相対的に離接可能なパンチ２を有し、該硬質皮膜が被覆されたダイ１の加工先端部３とパンチ２の加工先端部４とが交差する交差部を有することを特徴とするリード切断用被覆金型部材。
【請求項４】
請求項１乃至３何れかに記載の硬質皮膜を被覆した被覆金型部材において、該硬質皮膜表面を機械加工により平滑化したことを特徴とするリード切断用被覆金型部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硬質皮膜を被覆したリード切断用金型について、加工先端部の皮膜部分の改善に関する。特に、ＩＣリードフレーム用切断刃、リード抜き加工用工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
リード切断用被覆金型部材に関しては、金型部材の長寿命化や被削材の加工後の形態を考慮して技術が以下の特許文献に開示されている。
特許文献１は、半導体リード抜き加工用工具にダイヤモンドコーティング被膜を被覆した技術が開示されている。ここで、ダイヤモンドコーティング被膜の表面粗さをＲｙ０．０５から０．８μｍの範囲としているが、加工先端部形状を規定した記載はない。
特許文献２は、超硬合金で形成されたＩＣリードフレーム用切断刃の表面に、ＣＶＤ法又はＰＶＤ法によるＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、Ａｌ２Ｏ３又はダイヤモンドライクカーボンの被覆層を設ける技術が開示されているが、加工先端部形状を規定した記載はない。
特許文献３は、リード切断用金型について、パンチの相平行する二つの長辺角部のうち、パッケージ本体寄りに配置される長辺角部が矩形端面に対して断面円弧状又は断面直線状に傾斜した状態で形成することが記載されている。しかし、硬質被膜を被覆した状態においての矩形端面形状を規定したものではない。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２８２９５８号公報
【特許文献２】特開２０００−１４４３００号公報
【特許文献３】特開平８−３１８３２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、基体の表面に硬質皮膜が被覆されたリード切断用被覆金型部材において、優れた耐摩耗性と耐溶着性を有し、摩耗の進行が抑えて長期の寿命化が可能となるようなリード切断用被覆金型部材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、基体の表面に硬質皮膜が被覆されたリード切断用被覆金型部材において、該金型部材の少なくとも加工先端部近傍に硬質皮膜を有し、該硬質皮膜は周期律表４ａ、５ａ、６ａ族、Ａｌ、Ｓｉから選ばれる１種以上の金属成分と、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｂから選ばれる１種以上の非金属成分とから構成されることを特徴とするリード切断用被覆金型部材である。更に、該金型部材の加工先端部における丸み半径Ｒμｍを、０．０５≦Ｒ≦３としたことを特徴とするリード切断用被覆金型部材である。上記構成を採用することにより、加工先端部は優れた耐摩耗性と耐溶着性を有し、摩耗の進行が抑えられるよになることから、長期の寿命化を可能となる。
本発明のリード切断用被覆金型部材は、該金型部材の基体はＷＣ基超硬合金であり、該超硬合金に含まれるＷＣ粒子の平均粒径が０．７μｍ以下、Ｃｏ含有量は質量％で２％から９％であり、ダイ１に対向して相対的に離接可能なパンチ２を有し、側加工部を有し、該硬質皮膜が被覆されたダイ１の加工先端部３とパンチ２の加工先端部４とが交差する交差部によって切断する構成を有し、少なくとも該ダイ側加工先端部３及び／又は該パンチ側加工先端部４に硬質皮膜が被覆されていることが好ましい。更に該硬質皮膜表面は機械加工により平滑化することによって、耐溶着性が向上することから、より好ましい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のリード切断用被覆金型部材は、加工先端部が優れた耐摩耗性と耐溶着性を有し、摩耗の進行が抑えられるよになることから、長期の寿命化が可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１に本発明のリード切断用被覆金型部材の第１の実施形態を示す。図１に示すリード切断用被覆金型は、被加工材である半導体リード部の連結部分５を打ち抜き加工するために用いられる。加工装置にはダイ１が取り付けられ、ダイ１の上側にはパンチ２が取り付けられ、両者ダイ１とパンチ２とは互いに対向し、加工装置の可動機構により上下方向に相対的に離接可能となっている。例えば、ダイ１は加工装置に固定され、一方パンチ２は上下動作が可能である。本実施形態では、ダイ１、パンチ２はＷＣ基超硬合金によって形成され、ダイ１に対向して相対的に離接可能なパンチ２を有する。図２はパンチ２が矢印方向に動作して、半導体リード部の連結部分５を打ち抜いた状態、図３はパンチ２が元の位置に動作して、加工が完了した状態を示す。ダイ１の加工先端部３は、幅の狭い断面が長方形をした四角柱状のピン６の集合体である。各ピン６は半導体リード部の連結部分５を抜き加工するピッチに合わせ、等間隔に並列に形成されている。一方、パンチ２の加工先端部４は、略長方形平板状に形成された櫛歯ピン７の集合体である。各櫛歯ピン７も半導体リード部の連結部分５を抜き加工するピッチに合わせ、等間隔に並列に形成されている。パンチ側の加工先端部４は、ピン６の集合体からなるダイ１側の加工先端部３に対し垂直となるように配置される。そして、第１の実施形態のパンチ２では、パンチ側の加工先端部４の表面に、その先端から該櫛歯ピン７の略全長に渡って硬質皮膜８が被覆されている。
第２の実施形態では、パンチ２に加えてダイ１にもダイ側加工先端部３の各ピン６の表面に、その先端から該ピン６の略全長に渡って硬質皮膜８が被覆されている。ここで、硬質皮膜８は、物理的蒸着法（以下、ＰＶＤ法と言う。）や化学的蒸着法（以下、ＣＶＤ法と言う。）によって被覆することができる。例えば、ＰＶＤ法としては、アーク放電式イオンプレーティング法やスパッタリング法、真空蒸着法などから選択できる。ＣＶＤ法としては、プラズマＣＶＤ法や熱フィラメントＣＶＤ法などから選択することができる。硬質皮膜の膜厚は３〜２０μｍの範囲とすることが、皮膜の密着性と耐摩耗性とのバランスが取れる範囲とすることがより好ましい。
【０００８】
本発明のリード切断用被覆金型のダイ側加工先端部及びパンチ側加工先端部の両加工先端部の丸み半径Ｒμｍを、０．０５≦Ｒ≦３とすることが必要である。しかし、硬質皮膜８を被覆した直後の両加工先端部３、４は、被膜の膜厚分だけ先端部が丸みを帯びてしまう。このことは、被膜の靭性を低下させ被膜の欠損が生じや易くなるため、摩耗の進行や被加工材の加工面形状劣化を引き起こす原因となる。更に、切断時の抵抗が高くなる傾向もある。そこで、図１で示した丸印部分の拡大図を図４に示す。ここで本発明は、例えばパンチ側加工先端部にある角部９の丸み半径Ｒμｍを、０．０５≦Ｒ≦３とする形状に整えるために、硬質皮膜８の表面には被覆された後に、ピン６の四角柱の表面形状、櫛歯ピン７の長方形平板状の表面形状に合わせて機械加工を施した。図５は図４で示した部分の側面図を示し、図６は図５で示したＡ−Ａ断面の様子を示す。角部９の丸み半径Ｒμｍが硬質皮膜の肉厚によって形成されている。加工方法には、例えば研磨加工が挙げられる。加工によって該加工先端部の角部９の丸み半径Ｒμｍを、０．０５≦Ｒ≦３とする。Ｒ値が３μｍ以下であれば被加工材の切断加工に対して十分な丸み半径Ｒを得ることができると共に、切断面でのバリの発生を抑制するのに効果的である。一方、０．０５μｍ以上としたのは、研削加工、研摩加工方法によって０．０５μｍ未満に仕上げるのは困難なためである。本発明の実施形態においては、超硬合金からなる基体に硬質皮膜を被覆した後、金型部材の加工先端部における角部９の丸み半径を有したダイ側加工先端部３及び／又はパンチ側加工先端部４を研削加工、研摩加工方法によって形成した。またこの時、研摩又はラップ加工によって両加工先端部の角部９を仕上げるのと同時に、全体の硬質皮膜表面も仕上げ加工対象にして、平均面粗さＲａを０．００５μｍから０．５μｍの範囲にすることが好ましい。
【０００９】
本発明の金型部材の基体はＷＣ基超硬合金であり、該超硬合金に含まれるＷＣ粒子の平均粒径が０．７μｍ以下、Ｃｏ含有量は重量％で２％から９％であることが好ましい。この理由は、ＷＣ粒子の平均粒径が０．７μｍ以下、Ｃｏ含有量が２％から９％であるの微粒超硬合金は、硬さと伴に靭性も高いため各種小径部材などに適しているからである。
本発明の金型部材に被覆する硬質皮膜は、周期律表４ａ、５ａ、６ａ族、Ａｌ、Ｓｉから選ばれる１種以上の金属成分と、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｂから選ばれる１種以上の非金属成分とから構成されていることが好ましい。被加工材の組成等を考慮し、本実施形態では硬質皮膜として、例えば、ＴｉＮ、ＣｒＮ、（ＴｉＡｌ）（ＣＮ）、（ＴｉＡｌＳｉ）（ＮＯ）、（ＣｒＡｌ）（ＮＯ）、（ＣｒＡｌＳｉ）（ＮＯ）、（ＴｉＳｉ）（ＣＮＯ）、（ＣｒＳｉ）（ＣＮＯ）、（ＴｉＢ）（ＮＯ）、（ＣｒＳｉ）Ｎ等の材質から選択される少なくとも１種以上の皮膜で構成することによって、耐摩耗性を向上させ、加工先端部の寸法精度を長期間に渡って維持することを可能にして、部材寿命を大きく伸ばすことができる。更に、加工先端部の耐摩耗性が向上することによって、再研磨による減少分を見込んで、先端部の初期長さを大きくする必要がなくなることから必要最小限に設計し、先端部の剛性向上を可能にすることが出来る。微粒超硬合金に結合相として含まれるＣｏが、リード材に含まれるＣｕや他の非鉄金属と反応するのを回避して、溶着現象を低減させるのにも好ましい形態である。また、本発明のリード切断用被覆金型部材の基体に用いる材質は、サーメット合金、高速度鋼合金等を用いた場合、超硬合金程ではないが、大幅な改善効果が得られる。
【実施例】
【００１０】
（実施例１）
本発明の金型部材の基体となる超硬合金は、原料粉末として、平均粒径０．６μｍのＷＣ粉末、同０．９μｍのＶＣ粉末、同１．５μｍのＣｒ３Ｃ２粉末、同１．２μｍのＴａＣ粉末、同１．５μｍのＮｂＣ粉末、同１．２μｍのＣｏ粉末を準備し、これら原料粉末を所定の配合組成に配合し、アトライターにて１２時間湿式混合し乾燥した。この原料粉末は超硬合金製の成形用金型で油圧式にて圧力１００ＭＰａでプレスして所定の寸法の成形体とし、焼結条件は、１．３〜１３．２Ｐａの真空雰囲気中、１３３０度から１４７０度の温度で、３０分から６０分間保持後、雰囲気の圧力を９８０ｋＰａ以上の加圧雰囲気に変え、この加圧雰囲気に１５〜６０分間保持後、１２００度までを５０〜１００度／分の冷却速度で急冷した。これにより、本発明の金型部材の基体を作成した。
ＷＣの平均粒径は、焼結素材の断面を鏡面研磨した面を、村上試薬で０．５分、王水で０．５分エッチングすることにより結晶粒界を明確にして、走査型電子顕微鏡により倍率１０ｋで撮影した画像を拡大コピーし、これを画像解析装置により解析することにより算出した。
次に、上記で作成した基体に硬質被膜を被覆した。超硬合金製の基体表面を脱脂するためにアルカリ洗浄液中で６分間洗浄し、純水で中和洗浄した。各組成からなるターゲットを配置したアークイオンプレーティング装置内に金型部材をセットし、真空中４５０度で１時間の脱ガス加熱工程を実施し、Ａｒイオンによる被覆基体のクリーニング処理を行った。硬質皮膜の被覆には粉末法により作成した合金ターゲットを用いた。硬質皮膜内への炭素、酸素、硼素の添加には、反応ガスであるＮ２ガス、ＣＨ４ガス、Ｃ２Ｈ２ガス、Ａｒガス、Ｏ２ガス、Ｂ３Ｎ３Ｈ６ガスから目的の皮膜が得られるものを１種以上、もしくはその組合せによるガスを選択し、真空装置内へ導入した。各反応ガスを真空装置内に導入後、全圧を１２Ｐａ、負バイアス電圧を−１６０Ｖ／正バイアス電圧を＋４０Ｖのパルスバイアス電圧を用い、そのときの周波数を２０ｋＨｚ、振幅をマイナス側に８０％で行った。被覆温度は４５０度とした。この時、膜厚は加工しろを考慮して約５μｍとしたが、これは上記の被覆条件を採用することによって、硬質皮膜の残留応力を小さく制御することが可能となり、アークイオンプレーティング法による被覆としては厚膜化することができた。
続いて、被覆を施した金型部材に、研削加工と研磨加工とを行う事によって、金型部材としてのダイ側加工先端部とパンチ側加工先端部における角部の丸み半径Ｒμｍを、０．０５≦Ｒ≦３に形成した。ここで、ダイ側加工部の角部のＲ値は、略１μｍの一定値とした。また、研磨加工後における金型部材の加工先端部の膜厚は、約３μｍ以上の膜厚を維持した。更に両加工先端部の硬質皮膜表面を機械加工により平滑化した。加工金型のパンチ側の加工先端部形状はリードフレームの打ち抜き加工を想定して幅Ｗを６０μｍ、長さＬを１０ｍｍとした。パンチ側の加工金型表面には表１に示す組成の硬質皮膜を被覆して、本発明例１から１０を作成した。比較のために、Ｒ値の大きな比較例１１から１３に示すパンチ側の加工金型や、基体がサーメット合金、高速度鋼合金からなる比較例１４、１５も作成した。
【００１１】
【表１】
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【００１２】
表１に示す本発明例１から１０、比較例１１から１５のパンチ側の加工金型を用いて、以下の条件で試験を行い各種パンチ側の加工金型が夫々打ち抜き加工が可能な回数を評価した。評価方法は、パンチ側の加工金型の加工先端部である切断刃の欠損もしくは摩耗により切断した被加工材の切断面に０．１ｍｍ以上のバリが発生した時点を寿命と判定した。
（加工条件）
加工方法：打ち抜き加工
被削材：半導体用銅製リードフレーム材
【００１３】
表１の結果から、本発明例１から１０の超硬合金を基体としたパンチ側の加工金型は、比較例１１から１５と比較して加工回数が多く優れていた。この理由は、本発明例のＲ値が３μｍ以下であったので被加工材の切断加工に対して十分な丸み半径Ｒを得ることができ、切断面でのバリの発生を抑制するのに効果的であった事及び、硬質皮膜の被覆により耐摩耗性に優れていたためである。また、摩耗形態も正常摩耗をしながら推移した。Ｒ値が小さい値である程バリ等の発生の少ない切断刃となり、被加工材の切断面も良好であった。特に、本発明例３と６から１０は、高硬度を有する（ＴｉＳｉ）（ＮＯ）系被膜であることから、切断刃部の耐摩耗性に優れ、寸法の変化量も小さい効果を示した。また、被膜の平滑化処理も耐折損性の向上や、潤滑性の向上に効果的であった。一方、Ｒ値が本発明の範囲外の比較例１１から１３では、耐摩耗性に優れた被膜を施したにも拘らず、バリの発生によって加工回数は少ない結果となった。特にＲ値が１５μｍの比較例１３は、加工寸法の変化量が大きい結果となった。基体材料が超硬合金以外のサーメット、高速度鋼合金では、基体の強度が超硬合金に劣るため、欠損が原因による短寿命の結果となった。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明のリード切断用被覆金型部材を示す。
【図２】図２は、本発明のリード切断用被覆金型部材を示す。
【図３】図３は、本発明のリード切断用被覆金型部材を示す。
【図４】図４は、図１の丸印部分の拡大図を示す。
【図５】図５は、図４の側面図を示す。
【図６】図６は、図５のＡ−Ａ断面を示す。
【符号の説明】
【００１５】
１：ダイ
２：パンチ
３：ダイ側の加工先端部
４：パンチ側の加工先端部
５：半導体リード部の連結部分
６：ピン
７：櫛歯ピン
８：硬質皮膜
９：角部
Ｗ：パンチ側の加工金型の先端形状の幅
Ｌ：パンチ側の加工金型の先端形状の長さ
Ｒ：丸み半径
【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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【図６】
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