JP4194317B2 - リードフレーム加工用コイニングポンチ、及びコイニングポンチの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、リードフレーム加工用コイニングポンチ、及びコイニングポンチの製造方法に関し、詳細には半導体部品の半田付け時における半田の広がりを止めるためのリードフレームに設けられるV字状、U字状などのコイニング加工技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の半導体装置のリードフレームのダイパッドには、例えば図5に示すようにダイパッド41の表面の外周側に沿って矩形リング状に凹溝42が形成されている。半導体チップ43は、前記リング状に形成された凹溝42の内側でダイパッド41に半田付けされる。前記凹溝42は、その半田付けの際に溶融した半田が接合部以外に流出して広がるのを防止するための溝である。なお、図において、wは溝幅、hは溝深さを示す。
【0003】
上記凹溝42は、リードフレームを成形加工する工程において、例えば図6に示すようなコイニングポンチ44をプレス装置に取付けコイニング加工して成形される。前記コイニングポンチ44の先端面45の外周部には、ダイパッド41に形成する矩形リング状の凹溝42の溝幅と溝深さに対応するコイニング加工部(凸部)46が形成され、その内側はダイパッド41の表面と接する平面47に形成され、凹溝の成形部48となっている。なお、49はコイニング加工の際の空気圧を逃がすための孔である。また、コイニングポンチ44は、主に超硬合金が用いられる。
【0004】
一方、近年、半導体装置の小型、軽量化の要請により、半導体チップやリードフレームが小さくなり、ダイパッドに設けられる上記凹溝の範囲(接合領域)も小さくなるので、凹溝の投影形状が厳しいものになってきている。言い換えれば、小型になっても半導体チップのダイパッドへの所定の接合領域は必要でそれを確保するためには、凹溝の矩形リング形状の角部のコーナーRを小さくより直角に近い形状に形成する必要があると同時に、凹溝の溝幅を狭く形成する必要がある。凹溝の溝幅を狭く形成する場合、半田付けの際の半田の広がりを防止するために漏出する半田を収容すべく凹溝の断面積を大きく形成する必要がある。凹溝の断面積を大きく形成するには、溝幅の狭くなった分溝深さを深くする必要がある。このようなことから、凹溝の断面形状はV字状からU字状へ、また浅い溝から深い溝へと変える必要があり、例えば、半田の広がりを止めるために溝幅を狭めるには限界があるために溝深さを0.20mmから0.3mm乃至0.35mmへと深くする必要がある。結果として凹溝の断面形状はU字状で且つ深さのある溝が要求されることになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のようにリードフレームのダイパッドに設ける凹溝のリング状の形状のコーナーRを小さく、且つ、凹溝の断面形状をU字状で深さのある形状とした場合、この凹溝を加工するコイニングポンチの先端面の形状(凹溝の成形部の形状)は、図7に部分拡大して示すような、ダイパッドに形成する矩形リング状の凹溝の溝幅と溝深さに対応するコイニング加工部(凸部)50が形成された形状となる。すなわち、矩形の一方の辺51と他方の辺52が交差するコーナー部分53は、従来よりも辺51と辺52の間が小さなRで形成され、且つ、コイニング加工部50内側のダイパッドの表面に接する平面54とコイニング加工部50との立ち上がり部分のコーナーrも極めて小さく形成されている。
【0006】
上記凹溝の成形部48の形状を有するコイニングポンチ44でダイパッド41に凹溝42をコイニング加工した場合、コイニングポンチ44の成形部48は大きな反力を受ける。この反力はコイニング加工部50のコーナー部分53、特に辺51と辺52の間のコーナーRと平面54とコイニング加工部50との立ち上がり部分のコーナーrが交差している部分55に応力集中を発生させ、大きな応力集中は割れの起点を作り、成形部48のコイニング加工部50の一部を欠落させる。特に、コイニング加工部50の幅が狭く且つ高さがある形状で、更にコーナーRとrが小さくなると割れやすくなり、上述した、断面形状がU字状で且つ深さのある凹溝の要請には対応できていない。因みに、凹溝42の溝深さh、溝幅wとした場合にその比率(h/w)が1以下であれば、例えば溝深さh=0.20mmのとき数十万回のコイニング加工に耐えるコイニングポンチが、比率(h/w)が1を超えh=0.27mmとしただけで数十回で割れを生じる。
【0007】
本発明は、上記の問題点を解消するためになしたものであって、その目的は、凹溝の溝深さが深く且つ溝幅が狭くなってもその加工で割れることなく耐え得るリードフレーム加工用コイニングポンチ及びその製造方法を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記第1の目的を達成するために、本発明(請求項1)に係るリードフレーム加工用コイニングポンチは、リードフレームの表面に凹溝を加工するコイニングポンチであって、加工時に前記リードフレームの表面に相対するポンチ先端部を有するポンチ中子部と、加工時に前記リードフレームに凹溝を形成するコイニング加工部を有しそのポンチ軸方向の中空部を有する中空ポンチ本体部とを備えるとともに、前記ポンチ中子部が前記中空ポンチ本体部の中空部に嵌入されてなるものである。
【0009】
上記の構成では、加工時にリードフレームの表面と相対するポンチ先端部をポンチ中子部に、加工時にリードフレームに例えばリング状の凹溝を形成するコイニング加工部(凸部)を中空ポンチ本体部にそれぞれ別々に構成しているので、コーナーrが無くなりコーナーrに掛かる応力集中が無くなるため凹溝のh/wの比率が1以上であっても、コイニング加工部が割れや欠落を起こすことなくコイニング加工することができる。なお、実験によれば、銅合金の材質、板厚さ及び凹溝の溝幅wなどにもよるが、一般的なもので凹溝のh/wの比率が2.0程度までは割れることなくコイニング加工が可能である。
【0010】
そして、上記請求項1のリードフレーム加工用コイニングポンチにおいては、中空ポンチ本体部の中空部とポンチ中子部が共にポンチ先端部に向かって細くなる形状に形成されている。このように構成することで、ポンチ中子部を中空ポンチ本体部の中空部内にしっかりと嵌入できる上に、凹溝の溝深さhに対応するコイニング加工部の凸部の突出量が調整しやすくなる。なお、ストレートに切り離した場合には、スペーサを挿入することでしっかりと嵌入できる。
【0011】
また、上記目的を達成するために、本発明(請求項2)に係るリードフレーム加工用コイニングポンチの製造方法は、リードフレームの表面に凹溝を加工するコイニングポンチの製造方法であって、外形がコイニングポンチの製品外形に形成された棒状素材を製造し、この棒状素材の先端面にリードフレームの表面に形成する凹溝を残すようにして中心部材(ポンチ中子部に相当)と中空部材(中空ポンチ本体部に相当)とに棒状素材の軸方向で切り離し、前記中空部材の軸方向に貫通している中空部に前記中心部材を少なくともその先端面がリードフレームの表面に形成する凹溝の溝深さに相当する長さを設けて挿入されてなるものである。
【0012】
上記製造方法により、請求項1に係るリードフレーム加工用コイニングポンチが比較的容易に製造できる。そして特に、前記中心部材と前記中空部材との切り離しをワイヤ放電加工により行う(請求項3)ことで、切り離しが精度良く行える上に、前記中心部材と前記中空部材が共にリードフレーム加工用コイニングポンチ先端に向かって細くなる形状に加工することも容易に行える。
【0014】
すなわち、請求項1に係るリードフレーム加工用コイニングポンチの出現により、溝幅wの寸法より溝深さhの深い(比率h/wが1以上)例えばリング状の凹溝をダイパッドの表面に有するリードフレームを安定して製造できるようになり、これにより、ダイパッドを小さく構成しても半導体チップの半田付けを半田の広がりを止めて行え、半導体装置の小型、軽量化の要請に応えることができる。
【0015】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の参考となるリードフレーム加工用コイニングポンチの説明図であって、aは軸方向断面図、bはaのA矢視図である。1はリードフレーム加工用コイニングポンチ、2はポンチ中子部、3は中空ポンチ本体部である。
【0016】
ポンチ中子部2は、断面矩形の中実の棒状体であって、先端に、加工時にリードフレーム(ダイパッド)4の表面5に接するポンチ先端部6を有する。
【0017】
中空ポンチ本体部3は、外形は従来のポンチと同形状であって本例では軸方向先端から中央までの間にテーパ部7を有する断面矩形の棒状体であって、先端に、加工時にリードフレーム4にリング状の凹溝8を形成するコイニング加工部9を有する。また、そのコイニング加工部9から軸方向の反コイニング加工部の端部までコイニングポンチ1の中心にポンチ軸方向の中空部10を有する
【0018】
そして、上記ポンチ中子部2を、上記中空ポンチ本体部3の中空部10との間にスペーサ11を介挿して嵌入することでリードフレーム加工用コイニングポンチ1を構成している。
【0019】
上記構成のリードフレーム加工用コイニングポンチ1によれば、ポンチ中子部2のポンチ先端部6と中空ポンチ本体部3のコイニング加工部9とは分離しており、従来のようにコーナーrが無くなりコーナーrに掛かる応力集中が無くなるため凹溝のh/wの比率が1以上であっても、コイニング加工部9が割れや欠落を起こすことなくコイニング加工することができる。
【0020】
図2は、上記構成のリードフレーム加工用コイニングポンチを製造する手順の概要を示す説明図である。上記構成のリードフレーム加工用コイニングポンチの製造は、先ず、外形がコイニングポンチ1の製品外形に形成された棒状素材12を製造して準備し、この棒状素材12の中心に空気圧逃がし孔13を開ける(図2a参照)。
【0021】
次いで、空気圧逃がし孔13に挿通して放電加工用ワイヤ14を設け、この放電加工用ワイヤ14を、図2cの矢印15のように断面矩形となるように移動させて、中心部材(ポンチ中子部に相当)16と中空部材(中空ポンチ本体部に相当)17とに軸方向で切り離す(図2b〜2d参照)。この切り離しにおいて、中空部材17の先端側の肉厚をリードフレームの表面に形成するリング状の凹溝の溝幅となるように放電加工を行う。
【0022】
上記のように放電加工して切り離した中心部材16と中空部材17を用いて、中心部材16を切り離して開けた中空部材17の中空部18に、図1に示したように中心部材16をスペーサ11を介挿して嵌入することでリードフレーム加工用コイニングポンチ1を製造する。この嵌入の際に、中心部材16をその先端面19がリードフレームの表面に形成するリング状の凹溝の溝深さに相当する長さ分だけ後退させて強固に嵌入することで、凹溝の溝幅と溝深さに対応する形状のコイニング加工部(凸部)が形成される。
【0023】
図3は、本発明に係るリードフレームの説明図であって、ダイパッドのみを拡大して示す。このリードフレーム(ダイパッド)4の表面5には、溝幅wと溝深さhの比率(h/w)が2(w=0.2mm、h=0.4mm)の凹溝8がダイパッド4の外周側に沿って矩形リング状に形成されている。このリードフレーム4のコイニング加工は、上記図2に示す要領で製造した凹溝の溝幅w=0.2mmで溝深さh=0.4mmに対応するコイニング加工部9を有する図1に示すリードフレーム加工用コイニングポンチ1を用いて銅合金リードフレーム材に行ったものである。このコイニング加工は、数十万回程度行った時点でもリードフレーム加工用コイニングポンチ1のコイニング加工部9に割れが認められておらず、従来よりも格段に耐久性に優れている。
【0024】
図4は本発明の一実施形態のリードフレーム加工用コイニングポンチの軸方向断面図である。
【0025】
上記図4に示すリードフレーム加工用コイニングポンチ21は、上記図2に示す製造要領において、中心部材16の断面の大きさが後端側に行くに伴い大きくなるようにテーパを形成して中空部材17と切り離す。そして、中心部材16の先端部を凹溝の溝深さに相当する長さ分だけ切除してポンチ中子部22とし、テーパに形成されている中空部24を有する中空部材17を中空ポンチ本体部23とし、この中空ポンチ本体部23の中空部24内に、ポンチ中子部22を嵌入するとともに、ポンチ中子部22の後端にスペーサ25を設け、更に抜け止め手段26を設けて構成される。
【0026】
上記構成のリードフレーム加工用コイニングポンチ21であっても、図1に示すリードフレーム加工用コイニングポンチ1と同様に、ポンチ中子部22のポンチ先端部6と中空ポンチ本体部23のコイニング加工部9とは分離しており、従来のようにコーナーrが無くなりコーナーrに掛かる応力集中が無くなるため凹溝のh/wの比率が1以上であっても、コイニング加工部9が割れや欠落を起こすことなくコイニング加工することができる。
【0027】
なお、上記例では、凹溝8がリング状に形成される場合を例に説明したが、L字状、コの字状に形成される場合であっても同様の効果が得られる。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るリードフレーム加工用コイニングポンチによれば、コイニング加工部の内側のダイパットの表面に接する平面とコイニング加工部との立ち上がり部分のコーナーrが無くなりコーナーrに掛かる応力集中が無くなるため、リ−ドフレームに加工される凹溝のh/wの比率が1以上であっても、コイニング加工部が割れや欠落を起こすことなくコイニング加工することができる。また、中空ポンチ本体部の中空部とポンチ中子部が共にポンチ先端部に向かって細くなる形状に形成されていることで、ポンチ中子部を中空ポンチ本体部の中空部内にしっかりと嵌入できる上に、凹溝の溝深さhに対応するコイニング加工部の凸部の突出量が調整しやすくなる。
【0029】
また、本発明に係るリードフレーム加工用コイニングポンチの製造方法によれば、本発明に係るリードフレーム加工用コイニングポンチを比較的容易に製造できる。特に、ポンチ中子部と中空ポンチ本体部との切り離しをワイヤ放電加工により行うことで、切り離しが精度良く行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の参考となるリードフレーム加工用コイニングポンチの説明図であって、aは軸方向断面図、bはaのA矢視図である。
【図2】本発明の参考例のリードフレーム加工用コイニングポンチを製造する手順の概要を示す説明図であって、aは棒状素材の外観図、bは放電加工状態図、cはbのB矢視図、dは中心部材の外観図である。
【図3】本発明に係るリードフレームの説明図であって、aは正面図、bはaのC−C断面図である。
【図4】本発明の一実施形態のリードフレーム加工用コイニングポンチの軸方向断面図である。
【図5】従来のリードフレームの説明図であって、aは正面図、bはaのD−D断面図である。
【図6】従来のリードフレーム加工用コイニングポンチの説明図であって、aは軸方向断面図、bはaのE矢視図である。
【図7】リードフレーム加工用コイニングポンチの先端手前部分を切り欠いて示す拡大斜視図である。
【符号の説明】
1:リードフレーム加工用コイニングポンチ 2:ポンチ中子部
3:中空ポンチ本体部、 4:リードフレーム(ダイパッド)
5:表面 6:ポンチ先端部 7:テーパ部
8:リング状の凹溝 9:コイニング加工部 10:中空部
11:スペーサ 12:棒状素材 13:空気圧逃がし孔
14:放電加工用ワイヤ 15:矢印 16:中心部材
17:中空部材 18:中空部 19:先端面
21:リードフレーム加工用コイニングポンチ 22:ポンチ中子部
23:中空ポンチ本体部 24:中空部 25:スペーサ
26:抜け止め手段 w:溝幅 h:溝深さ
Claims (3)
- リードフレームの表面に、溝深さh、溝幅wとしたときの比率(h/w)が1.0〜2.0の凹溝を加工するコイニングポンチであって、加工時に前記リードフレームの表面に接するポンチ先端部を有するポンチ中子部と、加工時に前記リードフレームに凹溝を形成するコイニンング加工部を有しそのポンチ軸方向の中空部を有する中空ポンチ本体部を備え、前記中空ポンチ本体部の前記中空部とポンチ中子部が共にリードフレーム加工用コイニングポンチ先端に向かって細くなる形状に形成されていると共に、前記ポンチ中子部が前記中空ポンチ本体部の中空部に嵌入されてなり、前記コイニンング加工部の交差方向に位置する辺と辺の間にはコーナーRが形成されていることを特徴とするリードフレーム加工用コイニングポンチ。
- リードフレームの表面に、溝深さh、溝幅wとしたときの比率(h/w)が1.0〜2.0の凹溝を加工する請求項1記載のコイニングポンチの製造方法であって、外形がコイニングポンチの製品外形に形成された棒状素材を製造し、この棒状素材の先端面にリードフレームの表面に形成する凹溝の溝幅wを残すようにして中心部材と中空部材とに棒状素材の軸方向で切り離し、前記中心部材の先端部を加工時に前記リードフレームの表面に接するポンチ先端部とすると共に、前記中空部材の軸方向に貫通している中空部に前記中心部材を少なくともその先端面がリードフレームの表面に形成する凹溝の溝深さhに相当する長さを設けて挿入されてなることを特徴とするリードフレーム加工用コイニングポンチの製造方法。
- 前記中心部材と前記中空部材との切り離しをワイヤ放電加工により行う請求項2に記載のリードフレーム加工用コイニングポンチの製造方法。
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