(57)【要約】【課題】ＩＣ・ＬＳＩパッケージの加工に使用される工具において、被加工物が接触する部位に、ハンダなど被加工物側の材料が付着しにくく、製造が容易で高精度な工具を提供する。【解決手段】ＩＣ・ＬＳＩパッケージの加工用工具の少なくとも基材の被加工物が接触する部位に、結晶粒径が１μｍ以下でかつ膜厚が１μｍ以上５μｍ以下のダイヤモンド膜を形成する。結晶粒径が小さいので、ダイヤモンド膜の表面粗さＲａは小さくなり高精度な加工ができるが、必要に応じてダイヤモンドペーパーなどで研磨を行う。該膜の硬度はＨｖで８０００〜１００００とするのが好ましい。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＣ・ＬＳＩパッケージの加工用工具において、加工を行う際に少なくとも基材の被加工物が接触する部位に、結晶粒径が１μｍ以下でかつ膜厚が１μｍ以上５μｍ以下のダイヤモンド膜が形成されてなることを特徴とするＩＣ・ＬＳＩパッケージ加工用工具。
【請求項２】
前記ダイヤモンド膜は、硬度がＨｖで８０００〜１００００であることを特徴とする請求項１記載のＩＣ・ＬＳＩパッケージ加工用工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、ＩＣ・ＬＳＩパッケージの製造において、加工工程で使用される工具に関するものであり、特に加工する部位に厳しい精度が要求されるリードフレーム曲げ加工用ダイ・パンチ、タイバーカット用ダイ・パンチ、及びリードカット用ダイ・パンチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータ、制御装置などの各種電子機器に組み込まれる電子部品の製造には、カッティング加工、フォーミング加工、リフォーミング加工などの加工が行われる。例えば機器内部に組み込まれるＩＣ・ＬＳＩパッケージのアウタ・リードのフォーミング加工では、基板に実装しやすいようにリードを折り曲げる加工が行われる。
【０００３】
このようなフォーミング加工では、通常、ダイやパンチを用いてリードの曲げ加工が行われる。上記リードは通常、基板に強固に接着を行うためや、耐食性を向上させるために、表面にハンダメッキが施されており、一方上記曲げ加工に使用されるダイ及びパンチは超硬合金やＳＫＤの一体物で製作されているのが一般的である。
【０００４】
リードの曲げ加工を行う際に、ハンダメッキされたリードとダイ及びパンチは擦れるため、リード表面のハンダメッキがダイやパンチとの接触部位に付着する。その結果、加工が進むに従ってハンダの堆積量は増加してダイ及びパンチの接触面に凹凸を生じさせ、リードの折り曲げの平坦性（コープラナリティ）や、リードの並列方向への曲がり（スキュー）が悪化するという問題があった。また、ダイ及びパンチに付着したハンダの堆積物がリードに転写される場合もあり、リード間でショートして内部の回路を破壊する危険性もあった。
【０００５】
ＩＣ・ＬＳＩのリードの精度は、コープラナリティ、スキューとも１００μｍ以下が求められているが、今後アウタ・リードの多ピン化によりピッチの微細化が進むので、それにつれて例えばピッチ０．５ｍｍ以下では５０μｍ以下というように厳しい精度が要求されてくる。
【０００６】
この精度の悪化を防ぐため、超硬合金やＳＫＤのダイ及びパンチにおいては３０，０００〜５０，０００ショットごとにダイ及びパンチの当たり面をクリーニングしているが、要求精度が厳しくなるにつれて、このクリーニングのインターバルを短くしなければならない。特に溶着しやすい組成のハンダにおいては、数千ショットおきにクリーニングを行うケースもある。また、クリーニングは金属ブラシや金属ヘラなどで堆積物をこすり落として行う作業であるが、ハンダの付着が激しい場合などには金型を装置からはずして行わなければならない。
【０００７】
従って、ハンダの付着発生はリードの成形精度を低下させ、この低下を防ぐためのクリーニング作業は、作業者に嫌われる原始的な作業であるとともに、生産効率を下げる要因となっている。
【０００８】
このような問題を解決するものとして、ダイ及びパンチのリードに接触する部位である当たり面をダイ本体とは分割した基材によって構成し、この基材の当たり面にダイヤモンドやダイヤモンド状炭素膜を形成し、その表面を研磨することにより表面粗さを０．０８μｍＲａより小さく仕上げたダイ及びパンチがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
また、上記とは別の工具で同様の目的を有するものとして、リードフレームのタイバーを切断するためのタイバーカット用パンチでタイバーの切断に作用する部位にダイヤモンド膜が形成されたものがある（例えば、特許文献２参照。）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平７−２１１８４２号公報
【特許文献２】
特開平４−５６２５８号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、基材の接触部位にダイヤモンドやダイヤモンド状炭素膜を形成し、その表面を研磨する方法では、ダイ及びパンチの精度を向上させるのが容易ではないという問題がある。例えば、上記のリードフレーム折り曲げ用のダイでは、ダイヤモンドやダイヤモンド状炭素膜を２０μｍ程度の厚みに形成しておき、さらに表面を研磨して膜厚を１０μｍ程度に仕上げることが行われるが、膜中にピンホールがあるなど膜の状態の違いにより研磨量が異なるため、研磨後の膜厚を一定にすることは容易ではない。ところが、上記のダイではダイヤモンド膜の厚みを含めた全長に厳しい精度が要求され、研磨量を制御する必要が出てくる。また、この制御ができない場合、基材を大きめに作っておきダイヤモンド膜を形成して研磨した後に基材側を加工して所定の精度とする必要が出てくる。
【００１２】
また、タイバーカット用のダイ・パンチにおいては、櫛刃状の刃先の間隔の精度が要求されるので、研磨仕上げによってピッチ間を所定の精度とすることは現実的ではないという問題がある。
【００１３】
さらには、今後、環境問題で脱Ｐｂに移行する中、ハンダの種類がＳｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｂｉあるいはパラジウムなどに変わることになるが、これらのハンダでは潤滑性のあるＰｂが無くなることにより、工具の接触部位には従来以上にハンダが付着しやすくなるという問題が予想され、特にパラジウム系のハンダは従来のハンダよりも硬い材質であるため、工具へのハンダの付着の問題だけではとどまらず工具の摩耗の問題も出てくる。
【００１４】
本発明は上記の問題を解決しようとするものであり、ＩＣ・ＬＳＩパッケージの加工に使用される工具において、少なくとも加工時に基材の被加工物が接触する部位に、ハンダなど被加工物側の材料が付着しにくく、製造上の問題も解決した高精度な工具を提案するものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、ＩＣ・ＬＳＩパッケージの加工に使用される工具において、加工を行う際に少なくとも基材の被加工物が接触する部位に、結晶粒径が１μｍ以下でかつ膜厚が１μｍ以上５μｍ以下のダイヤモンド膜が形成されてなることである。
【００１６】
通常のダイヤモンド膜に比べて結晶粒径の小さいダイヤモンド膜を形成することで、ダイヤモンド膜の表面が平滑になり、研磨をしなくても使用することができる。研磨が必要な場合でも、ダイヤモンドペーパーなどで軽く研磨する程度の加工で十分であり、研磨量が少ないためダイヤモンド膜を厚く積層する必要がない。また結晶粒径が小さいので膜内部にピンホールなどの欠陥がほとんど発生せず、膜内部の欠陥によって研磨量が左右されることはほとんどなく、この点でもダイヤモンド膜を厚く積層する必要がない。さらに、本発明の対象とするＩＣ・ＬＳＩパッケージの加工用工具では、ダイヤモンド膜の厚みを含めた寸法精度は±１μｍという様な精度を要求されるが、上記のように研磨量が少なく必要な研磨量が予測され得るので、容易に高精度な工具が得られる。なお、結晶粒子径は小さいほど良いが、実際に製造可能な大きさは０．１μｍ以上である。
【００１７】
また、ダイヤモンド膜を厚くするには、成膜に長時間を要することになる。そのため基材を高温下で炭素雰囲気に長時間さらすことになり、炭素が基材に固溶して基材が膨張する。高精度な工具とするにはダイヤモンド膜を形成した後、膨張した分も研磨が必要となるが、本発明のように膜厚が５μｍ以下の薄いダイヤモンド膜を形成する場合、成膜時間が短く基材が高温下で炭素雰囲気にさらされる時間が短くなるので基材の膨張が極めて少なくなり、基材の膨張による寸法の調整のための加工も不必要となる。なお、ダイヤモンド膜の膜厚を１μｍ以上とするのは、基材の表面全体を確実に被覆するのに必要なためである。
【００１８】
本発明の実施の態様として、前記ダイヤモンド膜は、表面粗さがＲａで０．０５μｍ以下であることが望ましい。これによりダイヤモンド膜の表面にハンダなどの堆積物が生成しにくくなる。より好ましくはＲａで０．０３μｍ以下とする。ダイヤモンド膜を形成した時に前記の表面粗さよりも粗くてもダイヤモンドペーパーなどで研磨してやれば、容易に向上させることができる。また、前記ダイヤモンド膜は、硬度がＨｖで８０００〜１００００であることが望ましい。８０００以上とするのは耐摩耗性を向上させるのに必要なためであり、１００００以下とするのは加工中に強い衝撃を受けることがあり、耐衝撃性を向上させるためである。
【００１９】
前記基材は、熱膨張係数が６．０×１０−６／℃以下の超硬合金、あるいは熱膨張係数が５．０×１０−６／℃以下のセラミックスであることが望ましい。これは、ダイヤモンド膜と基材との熱膨張係数の差によるダイヤモンド膜の剥離を誘発させないために必要である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明のＩＣ・ＬＳＩパッケージの加工用工具の第１の実施の形態として、リードフレーム曲げ加工用のダイを図１、同パンチを図２に示す。図１のダイは、ダイ本体２にダイ基材３が取り付けられ、ダイ基材３の被加工物が接触する部位にダイヤモンド膜１が形成されている。ダイ本体２とダイ基材３は、熱膨張係数が６．０×１０−６／℃以下の超硬合金からなり、両者はビス４により固定されている。ダイ基材３上に形成されたダイヤモンド膜１は結晶粒子が１μｍ以下のものからなり、表面粗さはＲａで０．０５μｍ以下となっている。図２のパンチは、パンチ本体５にパンチ基材６が取り付けられ、パンチ基材６の被加工物が接触する部位にダイヤモンド膜１が形成されている。パンチ本体５とパンチ基材６は、熱膨張係数が６．０×１０−６／℃以下の超硬合金からなり、両者はビス４により固定されている。パンチ基材６上に形成されたダイヤモンド膜１は結晶粒子が１μｍ以下のものからなり、表面粗さはＲａで０．０５μｍ以下となっている。これらのダイ及びパンチはそれぞれの本体と基材が分割されビスで固定されたものを例示したが、本体と基材が一体になったものでも構わない。
【００２１】
第２の実施の形態として、タイバーカット用のパンチを図３に示す。このパンチは、パンチ本体５の一端側が櫛刃状に形成されており、櫛刃状に形成された先端部にダイヤモンド膜１が形成されている。パンチ本体５は、熱膨張係数が６．０×１０−６／℃以下の超硬合金からなり、ダイヤモンド膜１は結晶粒子が１μｍ以下のものからなっている。このダイヤモンド膜１の表面粗さはＲａで０．０５μｍ以下となっている。図３に示したパンチでは、櫛刃の部分がパンチ本体５と一体になったものを示したが、図４に示すように櫛刃の部分が独立したパンチ基材６からなり、このパンチ基材６をパンチ本体５に固定したものとしても構わない。
【００２２】
第３の実施の形態として、リードカット用のパンチを図５に示す。このパンチは、平板状のパンチ本体５の一端もしくは両端に切れ刃が形成されており、この切れ刃付近にダイヤモンド膜１が形成されている。パンチ本体５は、熱膨張係数が６．０×１０−６／℃以下の超硬合金からなり、ダイヤモンド膜１は結晶粒子が１μｍ以下のものからなっている。このダイヤモンド膜１の表面粗さはＲａで０．０５μｍ以下となっている。切れ刃となる部分は鋭利なコーナーとなっているが、切れ刃とならない側のコーナー部にはＲが形成され、ダイヤモンド膜１がより剥がれにくいようになっている。
【００２３】
【実施例】
（実施例１）
本発明の第１の実施例として、図２に示す形状の曲げ加工用パンチを製作した。パンチ基材６として、熱膨張係数が５．０×１０−６／℃のＫ１０相当の超硬合金を使用したものを準備し、先端部の被加工物と接触する部位にダイヤモンド膜１を形成した。成膜条件は以下の通りである。
【００２４】
成膜装置    熱フィラメントＣＶＤ装置
雰囲気      Ｈ２−２％ＣＨ４
圧力        ５０Ｔｏｒｒ
温度        基材温度８００℃
成膜時間    ３時間
【００２５】
このダイヤモンド膜１は、ダイヤモンド粒子径０．５μｍ、膜厚３μｍで、膜の表面粗さＲａは０．０３μｍとなっていた。パンチ基材６に成膜した後、このパンチ基材６をＳＫＤ鋼製のパンチ本体５にビス４により固定してリードフレーム曲げ加工用パンチとした。
【００２６】
このパンチをＬＳＩリードの折り曲げ機構を備えた成形装置に組み込んで、Ｓｎ−２％Ｃｕのハンダメッキが施された銅合金のリードの成形テストを行った。その結果、５０万ショットを行った時点でハンダの堆積量は５μｍであり、堆積量が少ない段階ではハンダが剥がれ落ちやすい現象が見られた。またこの時、ダイヤモンド膜１の摩耗はほとんど無く、加工されたリードの精度はコープラナリティー・スキュー共に３０μｍ以下であった。
【００２７】
（実施例２）
実施例１と同様にして製作したパンチ基材６のダイヤモンド膜１表面を＃２０００のダイヤモンドペーパーを用いて軽く研磨を行い、膜の表面粗さＲａを０．０１μｍとした。これをパンチ本体５に固定して実施例１と同様の成形加工を行った。その結果、１００万ショットを行った時点でもハンダはほとんど付着していなかった。またこの時、ダイヤモンド膜１の摩耗はほとんど無く、加工されたリードの精度はコープラナリティー・スキュー共に２０μｍ以下であった。
【００２８】
（比較例１）
実施例１と同様のパンチ基材６を準備し、先端部の被加工物と接触する部位にダイヤモンド膜１を形成した。成膜条件は以下の通りである。
【００２９】
成膜装置    熱フィラメントＣＶＤ装置
雰囲気      Ｈ２−１％ＣＨ４
圧力        １００Ｔｏｒｒ
温度        基材温度８５０℃
成膜時間    ３０時間
【００３０】
このダイヤモンド膜１は、成膜後はダイヤモンド粒子径６μｍ、膜厚２０μｍで、膜の表面粗さＲａは２μｍとなっていた。パンチ基材６に成膜した後、ダイヤモンド膜１表面を＃５０００の遊離砥粒で研磨して膜の表面粗さＲａを０．０１μｍとした。この時に、ダイヤモンド膜１内部にピンホールが存在したため、ダイヤモンド膜１を１０μｍ研磨してピンホールが膜表面にない状態にした。この後、パンチ基材６全体の寸法を調整するため、ダイヤモンド膜１を形成した面と反対側の面を約５μｍ研磨して所定の公差内に収めた。このパンチ基材６をＳＫＤ鋼製のパンチ本体５にビス４により固定してリードフレーム曲げ加工用パンチとした。
【００３１】
このパンチを用いて実施例１と同様の成形加工を行った。その結果、１００万ショットでハンダの堆積は無く、ダイヤモンド膜１の摩耗もほとんど無かった。また加工されたリードの精度はコープラナリティー・スキュー共に２０μｍ以下であった。本発明のパンチと比べて、性能面では遜色なかったが、工具の精度を向上させるのにピンホールが存在したため研磨量のばらつきが発生し、パンチ基材６の後加工が必要となったため、製造工程が増えて手間やコストが増大した。
【００３２】
（比較例２）
実施例１と同様のパンチ基材６を準備し、ダイヤモンド膜１を形成しないままでＳＫＤ鋼製のパンチ本体５にビス４により固定してリードフレーム曲げ加工用パンチとした。パンチ基材６先端部の被加工物と接触する部位の表面粗さＲａは０．０２μｍであった。
【００３３】
このパンチを用いて実施例１と同様の成形加工を行った。その結果、３万ショットで約３０μｍの厚みのハンダが堆積し、クリーニングが必要になった。また、このハンダを除去する作業によりパンチ基材６が摩耗し、累積ショット数が１００万ショットの時点でパンチの高さ方向の寸法が１０μｍ減少し、使用することができなくなった。加工されたリードの精度は、使用初期にはコープラナリティー・スキュー共に３０μｍ以下であったが、クリーニングを行うたびにパンチ基材６が摩耗して増大した。
【００３４】
（実施例３）
次に、被加工物との摺動が激しい曲げ加工用ダイを用いて、比較試験を行った。本発明の第３の実施例として、図１に示す形状の曲げ加工用ダイを製作した。ダイ基材３として、熱膨張係数が３．０×１０−６／℃の窒化珪素を使用したものを準備し、被加工物と接触する部位にダイヤモンド膜１を形成した。成膜条件は以下の通りである。
【００３５】
成膜装置    熱フィラメントＣＶＤ装置
雰囲気      Ｈ２−２％ＣＨ４
圧力        ５０Ｔｏｒｒ
温度        基材温度８００℃
成膜時間    １．５時間
【００３６】
このダイヤモンド膜１は、ダイヤモンド粒子径０．３μｍ、膜厚１μｍで、膜の表面粗さＲａは０．０２μｍとなっていた。ダイ基材３に成膜した後、このダイ基材３をＳＫＤ鋼製のダイ本体２にビス４により固定してリードフレーム曲げ加工用ダイとした。
【００３７】
このダイをＬＳＩリードの折り曲げ機構を備えた成形装置に組み込んで、パラジウムのメッキが施された銅合金のリードの成形テストを行った。その結果、４０万ショットを行った時点でもパラジウムの堆積量は３μｍ以下であった。またこの時のダイヤモンド膜１はほとんど摩耗しておらず、加工されたリードの精度はコープラナリティー・スキュー共に３０μｍ以下であった。
【００３８】
（実施例４）
実施例３と同様にして製作したダイ基材３のダイヤモンド膜１表面を＃２０００のダイヤモンドペーパーを用いて軽く研磨を行い、膜の表面粗さＲａを０．０１μｍとした。これをダイ本体２に固定して実施例１と同様の成形加工を行った。その結果、１００万ショットを行った時点でもパラジウムはほとんど付着していなかった。またこの時のダイヤモンド膜１はほとんど摩耗しておらず、加工されたリードの精度はコープラナリティー・スキュー共に２０μｍ以下であった。
【００３９】
（比較例３）
実施例３と同様のダイ基材３を準備し、被加工物と接触する部位にダイヤモンド膜１を形成した。成膜条件は以下の通りである。
【００４０】
成膜装置    熱フィラメントＣＶＤ装置
雰囲気      Ｈ２−１％ＣＨ４
圧力        １００Ｔｏｒｒ
温度        基材温度８５０℃
成膜時間    ３０時間
【００４１】
このダイヤモンド膜１は、成膜後はダイヤモンド粒子径７μｍ、膜厚２０μｍで、膜の表面粗さＲａは３μｍとなっていた。ダイ基材３に成膜した後、ダイヤモンド膜１表面を＃５０００の遊離砥粒で研磨して膜の表面粗さＲａを０．０１μｍとした。この時に、ダイヤモンド膜１内部にピンホールが存在したため、ダイヤモンド膜１を１３μｍ研磨してピンホールが膜表面にない状態にした。この後、ダイ基材３全体の寸法を調整するため、ダイヤモンド膜１を形成した面と反対側の面を約３μｍ研磨して所定の公差内に収めた。このダイ基材３をＳＫＤ鋼製のダイ本体２にビス４により固定してリードフレーム曲げ加工用ダイとした。
【００４２】
このダイを用いて実施例３と同様の成形加工を行った。その結果、１００万ショットでパラジウムの堆積はほとんど無く、この時のダイヤモンド膜１の摩耗もほとんど無かった。また、加工されたリードの精度はコープラナリティー・スキュー共に２０μｍ以下であった。本発明のダイと比べて、性能面では遜色なかったが、工具の精度を向上させるのにピンホールが存在したため研磨量のばらつきが発生し、ダイ基材３の後加工が必要となったため、製造工程が増えて手間やコストが増大した。
【００４３】
（比較例４）
実施例３と同様のダイ基材３を準備し、ダイヤモンド膜１を形成しないままでＳＫＤ鋼製のダイ本体２にビス４により固定してリードフレーム曲げ加工用ダイとした。ダイ基材３先端部の被加工物と接触する部位の表面粗さＲａは０．０２μｍであった。
【００４４】
このダイを用いて実施例３と同様の成形加工を行った。その結果、１０万ショットで約５μｍの厚みのパラジウムが堆積し、クリーニングが必要になった。また、クリーニングを行いながら加工を続けた結果、４０万ショット後のダイ基材３の被加工物と接触する部位の摩耗量は約７μｍであり、加工されたリードの精度は成形開始直後はコープラナリティー・スキュー共に３０μｍ以下であったが、４０万ショット後は７０μｍを超える結果となり、使用できなくなった。本発明のダイと比べて、いずれの点でも大幅に劣る結果となった。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＩＣ・ＬＳＩパッケージ加工用工具は、被加工物が接触する部位に結晶粒径の小さいダイヤモンド膜が形成されているので、表面粗さが小さく膜表面を研磨しなくても高精度な加工を行うことができる。また、研磨を行う場合でもわずかに研磨するだけで十分であり、しかも膜内部のピンホールもほとんどないためダイヤモンド膜を厚くする必要がない。さらに、ダイヤモンド膜が薄くなることで成膜時間が短くなり基材の膨張量も大幅に小さくなるため、容易に高精度な工具とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の曲げ加工用ダイを示した斜視図。
【図２】本発明の曲げ加工用パンチを示した斜視図。
【図３】本発明のタイバーカット用パンチを示す斜視図。
【図４】本発明のタイバーカット用パンチの別の例を示す斜視図。
【図５】本発明のリードカット用パンチを示す斜視図。
【符号の説明】
１    ダイヤモンド膜
２    ダイ本体
３    ダイ基材
４    ビス
５    パンチ本体
６    パンチ基材
【図１】
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【図２】
2004174533.tif 000004
【図３】
2004174533.tif 000005
【図４】
2004174533.tif 000006
【図５】
2004174533.tif 000007