(57)【要約】【課題】パンチとダイのリードに接触する部位の表面層をダイヤモンド焼結体によって形成したリード曲げ治具において、ダイヤモンド焼結体層の表面にメッキ金属が付着しにくい表面性状を解明して、曲げ加工後のリードの成形精度を高めるとともに治具の寿命延長をはかる。【解決手段】パンチ２とダイ３のリード４２に接触する部位の表面層に形成したダイヤモンド焼結体Ｓの、金属成分を使用したバインダーＢの体積を１５％以下とし、表面に露出したダイヤモンド粒Ｄの表面積を９２％以上とし、かつダイヤモンド粒Ｄのバインダーの表面からの突出高さｈを０．０８μｍ〜砥粒粒径の３０％とすることにより、耐摩耗性が向上するとともに、リード４２の曲げ加工時にパンチ２とダイ３の焼結体層の表面にメッキ金属が付着しにくくなる。【選択図】　　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置のリードの曲げ工程に用いられるパンチとダイを備えたリード曲げ治具において、パンチとダイのいずれか一方または双方のリードに接触する部位の表面層がダイヤモンド焼結体によって形成され、同ダイヤモンド焼結体は、金属成分を使用したバインダーの体積が１５％以下で、表面に露出したダイヤモンド粒の表面積が９２％以上であり、かつ前記ダイヤモンド粒が前記バインダーの表面から突出して形成されていることを特徴とする半導体装置のリード曲げ治具。
【請求項２】
前記ダイヤモンド粒の前記バインダーの表面からの突出高さが０．０８μｍから砥粒粒径の３０％の範囲内である請求項１記載の半導体装置のリード曲げ治具。
【請求項３】
前記ダイヤモンド粒の粒径が５μｍ以下である請求項１または２に記載の半導体装置のリード曲げ治具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置パッケージ製造工程においてリードの曲げ加工に使用されるパンチとダイを備えたリード曲げ治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ，ＬＳＩ，ＶＬＳＩ等の半導体装置の樹脂封止パッケージは、図６（ａ）の平面図、および、同図（ｂ）の側面図に一例を示すように、プレス成形された多連のリードフレーム（図示せず）に半導体素子をマウントし、ワイヤボンディングの後、エポキシ系またはシリコン系樹脂でモールドすることにより、半導体パッケージ４１として形成される。半導体パッケージ４１は次工程で、リードフレームから切り離され、パンチ５１とダイ５２とからなるリード曲げ治具５０によりリード４２が曲げ加工されて、個々の独立した半導体装置４０となる。
【０００３】
リード曲げ治具のパンチおよびダイは、従来一般に、超硬合金やＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ　Ｌｉｋｅ　Ｃａｒｂｏｎ）コートを施した超硬合金が使用されているが、リード表面のメッキ金属が付着するのを防止するために、曲げ加工時にリードに接触する部分をダイヤモンド焼結体で形成することも提案されている（たとえば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１７９８６号公報（第２〜第４頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般的にダイヤモンド焼結体は、粒径０．１〜５０μｍのダイヤモンド粒と結合材（金属、合金、セラミックス、サーメット）で構成される。ダイヤモンド粒の含有量は８５％以上である。一般の耐摩耗性工具には、耐摩耗性と被加工性のバランスの点から、ダイヤモンド粒の平均粒径１０〜３０μｍのダイヤモンド焼結体が用いられており、パンチやダイのダイヤモンド焼結体層を形成する場合もこのようなダイヤモンド焼結体が用いられている。前記特許文献１に記載のリード曲げ加工用工具のパンチやダイのダイヤモンド焼結体層にもこのようなダイヤモンド焼結体が用いられているものと推定される。
【０００６】
しかしながら、本発明者らが上記特許文献１に記載のような、リードに接触する部分をダイヤモンド焼結体で形成したパンチとダイを実際に使用して、リードの曲げ加工を行う試験を繰り返したところ、耐摩耗性の高いダイヤモンド焼結体を使用したことによる寿命の延長効果は確認できたが、メッキ金属の付着防止効果は十分とはいえなかった。
【０００７】
この原因について種々検討した結果、ダイヤモンド焼結体層の表面性状がメッキ金属の付着防止に大きく影響していることが判明した。特許文献１に記載のパンチやダイにおいては、ダイヤモンド焼結体層の表面を研磨により表面粗さが０．０８μｍＲａより小さく仕上げられている。ダイヤモンド焼結体層の表面粗さをこのように小さくすると、ダイヤモンド粒の露出面とバインダーである金属の表面とが実質的に同一面となり、メッキ金属との濡れ性のよい金属面にメッキ金属が付着しやすい、ということがわかった。
【０００８】
そこで本発明では、パンチとダイのリードに接触する部位の表面層をダイヤモンド焼結体によって形成したリード曲げ治具において、ダイヤモンド焼結体層の表面にメッキ金属が付着しにくい表面性状を解明して、曲げ加工後のリードの成形精度を高めるとともに治具の寿命延長をはかることを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体装置のリードの曲げ工程に用いられるパンチとダイを備えたリード曲げ治具において、前記パンチとダイのいずれか一方または双方のリードに接触する部位の表面層がダイヤモンド焼結体によって形成され、同ダイヤモンド焼結体は、金属成分を使用したバインダーの体積が１５％以下で、表面に露出したダイヤモンド粒の表面積が９２％以上であり、かつ前記ダイヤモンド粒が前記バインダーの表面から突出して形成されていることを特徴とする。
【００１０】
一般のダイヤモンド焼結体のバインダーには、セラミックや金属が用いられるが、バインダーに金属成分を使用したダイヤモンド焼結体は放電加工ができるので、工具用にダイヤモンド焼結体を用いる場合は加工面から金属成分を含むバインダーを用いることが多い。しかし、リード曲げ治具のパンチやダイの表面層を、金属成分を含むバインダーを用いたダイヤモンド焼結体で形成すると、バインダー中の金属にメッキ金属が付着しやすくなる。そこで本発明では、ダイヤモンド焼結体層の表面に露出したダイヤモンド粒の表面積が９２％以上で、かつダイヤモンド粒をバインダーの表面から突出させ、これによりメッキ金属の付着を防止するようにした。
【００１１】
ダイヤモンド焼結体層の表面に露出したダイヤモンド粒の表面積が９２％以上となるようにするために本発明では、焼結体中のバインダーの体積を１５％以下とする。バインダーの体積が１５％を超えると、表面に露出するダイヤモンド粒の表面積が９２％以上とならず、増加したバインダー表面にメッキ金属が付着しやすくなる。
【００１２】
また、ダイヤモンド粒をバインダー表面から突出させるために本発明では、ダイヤモンド焼結体層の表面を放電加工により形成すると同時に表面の金属成分を除去した後、酸溶液で表面に残った金属成分を除去する。金属成分のみからなるバインダーであれば、一定の厚さにわたって全面的にバインダーを除去することができるので、バインダーとしては金属成分のみからなるバインダーとするのが望ましい。ダイヤモンド粒の表面積を９２％以上にすることとダイヤモンド粒をバインダー表面から突出させることとが相まって、焼結体層の表面にメッキ金属が付着しにくくなる。
【００１３】
図３はダイヤモンド焼結体層の表面状態を模式的に示す図で、（ａ）は放電加工前の状態を示し、（ｂ）は放電加工後に酸溶液によりバインダー表面の金属成分を溶解除去した状態を示す。同図（ｂ）に示すように、バインダー表面の金属成分を除去した後の焼結体層Ｓの表面は、バインダーＢの表面からダイヤモンド粒Ｄが突出した状態になっている。
【００１４】
バインダーＢ表面からのダイヤモンド粒Ｄの突出高さｈは、０．０８μｍから砥粒粒径の３０％の範囲内とするのが望ましい。焼結体層表面のダイヤモンド粒ＤがバインダーＢ表面から突出し、リードの曲げ加工時にバインダーＢがリードに接触しなければメッキ金属が付着しにくくなるので、突出高さｈは０．０８μｍ以上あればよい。ただし、突出高さｈが砥粒粒径の３０％より大きくなるとバインダーＢによる砥粒保持力が小さくなり、砥粒が脱落しやすくなるので、突出高さｈは上記の範囲内とする。
【００１５】
ダイヤモンド焼結体層の表面粗さはＲｍａｘ０．８Ｓ以下とするのが好ましい。ここでいう表面粗さは、リードが接触する方向と同じ方向で、実表面の断面曲線に現れるうねり成分と粗さ成分を合わせた最大山高さから最小山高さまでの差をもって表面粗さとする。この表面粗さがＲｍａｘ０．８Ｓを超えると、その凹凸によりリード表面のメッキ層が削られて凹部に詰まり、いわゆる目詰まりを生じる。この表面粗さは、ダイヤモンド粒の粒径とバインダーの除去処理によって調整することができる。ダイヤモンド粒の粒径を５μｍ以下とし、表面からの突出高さｈを０．０８μｍから砥粒粒径の３０％の範囲内とすることにより、表面粗さをＲｍａｘ０．８Ｓ以下とすることができる。
【００１６】
ダイヤモンド焼結体層の厚さは０．３〜０．７ｍｍが好ましい。０．３ｍｍより薄いとダイヤモンド焼結体の加工が困難になるとともに耐摩耗効果を長時間にわたって維持できなくなり、０．７ｍｍを超えると焼結しにくくなるためヤング率が低下し、またコストが上がる。０．３〜０．７ｍｍの厚さにすることにより、耐摩耗効果を長時間維持するとともに、製造および加工を容易にでき、ヤング率の高いダイヤモンド焼結体を製造することができる。
【００１７】
ダイヤモンド焼結体のヤング率は６５０ＧＰａ以上であることが好ましい。ヤング率が６５０ＧＰａより小さいとダイヤモンド焼結体層の変形が大きくなり、リードの曲げ加工時にリードが焼結体層表面のバインダーに接触してメッキ金属が付着しやすくなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態におけるリード曲げ治具の使用状態を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【００１９】
図１に示すように、本発明のリード曲げ治具１は、半導体装置４０のリード４２の曲げ加工工程において用いられるパンチ２とダイ３を備えている。
パンチ２は、矩形の天板部（図示せず）の四辺に設けられた側板部で構成され、パンチ２の下端部は傾斜面となっている。天板部は、ダイ３の矩形の支持枠部３１より少し大きく形成され、パンチ２はダイ３の支持枠部３１との間に少しの隙間をあけて配置されている。
【００２０】
パンチ２の下部で、曲げ加工時に半導体装置４０のリード４２に接触する部分には、厚さ０．６ｍｍの板状のダイヤモンド焼結体２１が基材２２に接着され、このダイヤモンド焼結体２１によって摺動部が構成されている。
ダイヤモンド焼結体２１は、粒径２μｍのダイヤモンド粒９０％とＣｏベースの金属バインダー１０％を焼結したもので、ヤング率は７５０ＧＰａ、表面粗度はＲｍａｘ０．６Ｓである。
【００２１】
ダイ３は、半導体装置４０のリード４２の基端部を支持する支持枠部３１と、支持枠部３１の内側に形成された直方体状の凹部３２と、支持枠部３１の外側に矩形枠状に形成され、支持枠部３１の下端部を基点として各辺から外側に少し下がるように傾斜した四面を有する外周部３３を備えている。
【００２２】
支持枠部３１の内側の幅は、半導体装置４０の半導体パッケージ（樹脂モールド部）４１より大きく形成され、凹部３２の深さは、半導体パッケージ４１が当接可能な深さ以上に形成されている。このような構成によって、寸法の異なる複数の半導体装置のリード曲げ加工を行うことができるようになっている。
【００２３】
外周部３３の各辺には、深さ１．４ｍｍ程度の板状の溝が形成されており、この溝に平板状のダイヤモンド焼結体３４が基材３５に接着されている。ダイヤモンド焼結体３４は厚さ０．５ｍｍで、バックアップ材としての超硬金属に接合されている。さらに支持枠部３１の上面と外側面にダイヤモンド焼結体３４が基材３５に接着されて、これらのダイヤモンド焼結体３４によって摺動部が構成されている。
【００２４】
つぎにリード４２の曲げ加工時の状態について説明する。図２の（ａ）〜（ｄ）は、リードの曲げ加工時の状態を示す図である。
図２（ａ）に示すように、半導体装置４０は、ダイ３の支持枠部３１にリード４２の基端部を載置された状態で配置される。
パンチ２を下降させると、パンチ２の下部がリード４２に当接し、そのままパンチ２を下降させると、支持枠部３１の上面に支持されたリード４２の基部が下方に屈曲し、図２（ｂ）に示すように第１屈曲部４２ａが形成される。
【００２５】
さらにパンチ２を下降させると、リード４２の先部がダイ３の外周部３３のダイヤモンド焼結体３４からなる摺動部に当接する。
さらにパンチ２を下降させると、図２（ｃ）に示すように、リード４２の基端部の先側がダイ３の支持枠部３１の外側面とパンチ２の内側面に沿って変形するとともに、リード４２の先部がダイ３の外周部３３の摺動部の表面に沿って内側に摺動する。
図２（ｄ）に示すように、パンチ２がリード４２の上面に当接するときには、パンチ２の内側角部によって、リード４２に第２屈曲部４２ｂが形成される。
この状態からパンチ２を上昇させると、リード４２に第１屈曲部４２ａ、第２屈曲部４２ｂが形成された半導体装置が形成される。
【００２６】
この曲げ加工工程において、ダイ２の支持枠部３１と外周部３３にダイヤモンド焼結体３４からなる摺動部が形成されているので、リード４２の先部が摺動するときの摩擦係数が小さくなっており、リード４２の下面側のメッキ金属が摩擦により剥離することが少なくなる。
【００２７】
また、パンチ２にもダイヤモンド焼結体２１からなる摺動部が形成されているので、リード４２の上面側でもメッキ金属が摩擦により剥離することが少なくなり、剥離したメッキ金属がダイ２のダイヤモンド焼結体３４の上に堆積することも少なくなる。
【００２８】
また、パンチ２およびダイ３の摺動部がヤング率の大きいダイヤモンド焼結体で形成されているので、パンチ２の下降時にパンチ２およびダイ３に圧力が加わっても変形はわずかであり、リード４２が伸縮してメッキ金属が剥離するということが生じない。
【００２９】
〔試験例〕
本発明に係るダイヤモンド焼結体（ＰＣＤ）を摺動部に形成した実施形態のパンチとダイの組合せ（本発明例）、特許文献１に記載のダイヤモンド焼結体を摺動部に形成したパンチとダイの組合せ（比較例）、超硬合金にＤＬＣコートを施したパンチとダイの組合せ（従来例１）、および、超硬合金製のパンチとダイの組合せ（従来例２）についてリードの曲げ加工試験を連続して行い、付着メッキ金属を除去するための清掃周期を比較した。ここで、清掃を行う時期は、目視によるダイ表面の観察により判断した。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
表１からわかるように、パンチとダイの摺動部にダイヤモンド焼結体層を形成することにより清掃周期は長くなるが、比較例のパンチとダイは本発明例のパンチとダイに比べてメッキ金属の付着が多く、清掃期間は本発明例の場合の３／４程度であった。このように、本発明例では、比較例に比べて１．３倍以上、従来例１に比べて５倍以上、従来例２に比べて１１倍以上の清掃周期となった。
【００３２】
図４は、パンチとダイの摺動部のダイヤモンド焼結体表面に露出したダイヤモンド粒の表面積とメッキ金属付着量との関係を示すグラフである。メッキ金属付着量は、リード曲げ加工を１０万回行った後のダイに付着したメッキ金属の重量を示している。
ダイヤモンド粒の表面積が９２％以上の場合には、メッキ金属付着量は０．０１５ｇ以下であり、ダイヤモンド粒の表面積が９２％より小さくなるとメッキ金属付着量が急増することが確認できた。
【００３３】
図５は、ダイヤモンド焼結体層のバインダーの表面からのダイヤモンド粒の突出高さとメッキ金属付着量との関係を示すグラフである。
ダイヤモンド粒の突出高さが０．０８〜０．６μｍ（砥粒粒径２μｍの３０％）の範囲であればメッキ金属付着量は０．０１８ｇ未満であり、突出高さが０．０８μｍ未満ではメッキ金属付着量が急増することが確認できた。一方、突出高さが０．８μｍでは砥粒の脱落が発生し、精度不良となった。
【００３４】
【発明の効果】
パンチとダイのリードに接触する部位の表面層をダイヤモンド焼結体で形成し、このダイヤモンド焼結体の金属成分を使用したバインダーの体積を１５％以下とし、表面に露出したダイヤモンド粒の表面積を９２％以上とし、かつダイヤモンド粒がバインダーの表面から適正な高さに突出するように形成することにより、耐摩耗性が向上するとともに、リードの曲げ加工時にパンチとダイの焼結体層の表面にメッキ金属が付着しにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態におけるリード曲げ治具の使用状態を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】リードの曲げ加工時の状態を示す図である。
【図３】ダイヤモンド焼結体層の表面状態を模式的に示す図である。
【図４】ダイヤモンド焼結体表面に露出したダイヤモンド粒の表面積とメッキ金属付着量との関係を示すである。
【図５】ダイヤモンド焼結体層のバインダーの表面からのダイヤモンド粒の突出高さとメッキ金属付着量との関係を示すである。
【図６】半導体装置のリードの曲げ加工の説明図である。
【符号の説明】
１　リード曲げ治具
２　パンチ
２１　ダイヤモンド焼結体
２２　基材
３　ダイ
３１　支持枠部
３２　凹部
３３　外周部
３４　ダイヤモンド焼結体
３５　基材
４０　半導体装置
４１　半導体パッケージ
４２　リード
４２ａ　第１屈曲部
４２ｂ　第２屈曲部
Ｓ　ダイヤモンド焼結体
Ｄ　ダイヤモンド粒
Ｂ　バインダー
【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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