JP2004330214A

JP2004330214A - 半導体パッケージ用切断工具

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Publication number: JP2004330214A
Application number: JP2003125764A
Authority: JP
Inventors: Takehiro Osada; 岳寛長田; Yuichi Uesawa; 裕一上澤; Kyuzo Kubota; 久三窪田; Keiichi Kasai; 慶一笠井; Tomoo Sakamoto; 友男坂本; Koji Iwamoto; 晃二岩本; Hiroyuki Haniyu; 博之羽生; Yasuo Fukui; 康雄福井
Original assignee: Apic Yamada Corp; OSG Corp
Current assignee: Apic Yamada Corp; OSG Corp
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2003-04-30
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】シリカ粒子を含む封止樹脂およびリードを同時に切断する場合でも、困難な研磨処理を施すことなく実用上十分な工具寿命が得られる切断工具を提供する。
【解決手段】半導体パッケージ２０の周縁部に存在するシリカ粒子を含む封止樹脂２４およびリード２２を同時に切断するパンチ５０およびダイ５２は、結晶粒径が２μｍ以下の微結晶ダイヤモンドが積層されることにより膜厚が約１２μｍとされたダイヤモンド硬質被膜６２、６４が表面に設けられているため、通常のダイヤモンド硬質被膜に比較して面粗さが向上し、困難な研磨処理を施すことなく半導体パッケージ２０の切断に使用することが可能で、パンチ５０およびダイ５２の製造コストが大幅に低減される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は切断工具に係り、特に、シリカ粒子を含む封止樹脂およびリードを同時に切断する際に好適に用いられる半導体パッケージ用切断工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体チップを内蔵しているとともに多数のリードが一体的にマウントされた半導体パッケージが、各種の電気製品に広く用いられている。図１９の半導体パッケージ１０は一例で、ＱＦＰ（クワッドフラットパッケージ）と言われるものであり、封止樹脂１２内に半導体チップが収容されているとともに、多数のリード１４が封止樹脂１２から外部に突き出し、それぞれ所定形状に曲げ加工されて電子基板にはんだ付などで接続固定されるようになっている。
【０００３】
一方、図２０の半導体パッケージ２０は、ＱＦＮパッケージと言われるもので、多数のリード２２は封止樹脂２４から突き出すことなく所定の間隔で露出するように周縁部に設けられており、上記半導体パッケージ１０に比較して小型低背で、搭載製品の小型軽量化に大きく貢献することができる。また、半導体チップに直結する放熱板２６をパッケージ下面より露出させることが容易な構造であるため、使用時の発熱量が大きい高負荷回路にも対応することができる。さらに前記半導体パッケージ１０のようにリードを折り曲げる加工をする必要がないため容易かつ安価に製造することができるなど、近未来の産業インフラ製品として大きな期待が寄せられている。
【０００４】
上記半導体パッケージ２０は、例えば図２１に示すように一対の超硬合金製のダイ３０およびパンチ３２により、周縁部から突き出す余分なリード２２が封止樹脂２４と共に同時に切断されることによって完成をみるが、これ等の切断工具３０、３２の摩耗が切断品質や製造効率の低下といった不具合の原因となっている。すなわち、切断ライン上に交互に並んだリード２２と封止樹脂２４とを同時に切断しているが、封止樹脂２４にはパッケージ使用時の発熱に対応する目的などから多量のシリカ粒子が含まれているため、封止樹脂２４を切断する部位のみが急速に摩耗し、例えば図２２に示すように切れ刃先端部で深く、根元部で浅い先細りの摩耗溝３４が封止樹脂２４に対応して発生する。
【０００５】
そして、このように摩耗したパンチ３２を用いて切断を継続すると切断品質の低下が懸念される。すなわち、切れ刃の変形によって樹脂部分のみ本来の切断位置より外側で切断されることとなるために、切断後のパッケージ形状は図２３に示すようにリード２２の間の樹脂部２４ａが突出した異形状となってしまう。また、摩耗溝３４の縁の段差部に切断荷重の集中を生じるようになるために、図２４（ａ）に示すように樹脂部２４ａの両端部にクラック３６が生じ、樹脂脱落を誘発する原因となったり、切れ刃の変形によって突出した樹脂部２４ａを先細り形状の摩耗溝３４が徐々に圧迫しながら擦り下がる際に、樹脂部２４ａの中央に図２４（ｂ）に示すようなクラック３８が生じ、同じく樹脂脱落を誘発する原因になるとともに、欠け（脱落）４０が発生することがある。脱落樹脂は、半導体パッケージ２０を電子基板に実装する際に、接続実装を阻害する可能性がある理由から問題視される。
【０００６】
これに対し、例えば特許文献１に示されているようにダイヤモンドの硬質被膜をコーティングすることにより、上記のような切断工具の摩耗やそれに伴う種々の問題を防止することが考えられる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２８２９５８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、通常のダイヤモンド硬質被膜は面粗度が粗く、処理後に研磨加工して面粗度を向上しなければ切れ刃として用いることができないため、技術的にもコスト的にも非常に困難である。しかも、研磨処理を施すと切れ刃がピン角になるため、チッピングが生じ易くなる一方、リードとパンチとの接触圧力が小さくなって十分な広さの剪断面領域を確保することができないため、実装用はんだに作用する表面張力が小さくなり、はんだ付が難しかった。リードとパンチとが高圧力で接触することによって得られる剪断面は、面粗さが非常に優れており、大きな表面張力が得られてはんだ付が容易になるのである。
【０００９】
一方、前記ダイ３０とパンチ３２との間の切断クリアランスを小さくすると、純粋な剪断に近い切断が行なわれるようになり、上記剪断面領域が拡大するとともに、半導体パッケージ２０に作用する負担が軽減されるが、例えば１０μｍ以下の切断クリアランスを実現するためには、切断工具３０、３２の製作に際して厳しい寸法管理が必要になるだけでなく、切断装置のあらゆる構成部品の寸法精度が問われるうえに、それら部品の撓みや熱膨張さえも考慮に入れる必要がある。たとえ切断クリアランスの初期値が設計狙いどおり実現されていたとしても、切断工具３０、３２を使用する際に変動してしまうとすれば、期待通りの性能が得られないばかりでなく、切れ刃の干渉による工具破損といった不具合さえ懸念されることとなる。このように切断クリアランス設定が１μｍ小さくなるにつれ、工具製作は急激に難しくなってしまうのが実情である。
【００１０】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、シリカ粒子を含む封止樹脂およびリードを同時に切断する場合でも、困難な研磨処理を施すことなく実用上十分な工具寿命が得られる切断工具を提供することで、併せて、比較的大きな切断クリアランスで切断加工を行なうことが可能で、且つリードの切断面に比較的大きな剪断面領域が得られるようにすることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、第１発明は、半導体パッケージを切断する切断工具であって、結晶粒径が２μｍ以下の微結晶ダイヤモンドが積層されることにより膜厚が６〜１６μｍの範囲内とされたダイヤモンド硬質被膜が表面に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
第２発明は、第１発明の半導体パッケージ用切断工具において、（ａ）前記半導体パッケージは、シリカ粒子を含む封止樹脂およびリードを備えている一方、（ｂ）前記切断工具は、前記封止樹脂およびリードを同時に切断するもので、刃先の曲率半径は、前記ダイヤモンド硬質被膜がコーティングされた状態で５〜２０μｍの範囲内であることを特徴とする。
【００１３】
第３発明は、第１発明または第２発明の半導体パッケージ用切断工具において、前記切断工具は、一直線方向へ接近離間させられる一対のパンチおよびダイを有するもので、それぞれ前記ダイヤモンド硬質被膜がコーティングされているとともに、１０μｍを越える切断クリアランスで使用されることを特徴とする。
【００１４】
【発明の効果】
このような半導体パッケージ用切断工具においては、結晶粒径が２μｍ以下の微結晶ダイヤモンドが積層されることにより膜厚が６〜１６μｍの範囲内とされたダイヤモンド硬質被膜が表面に設けられているため、通常のダイヤモンド硬質被膜に比較して面粗さが向上し、困難な研磨処理を施すことなく切断工具として使用することが可能で、製造コストが大幅に低減される。また、ダイヤモンド硬質被膜の作用で耐摩耗性が向上し、例えばシリカ粒子を含む封止樹脂およびリードを同時に切断する場合でも、実用上十分な工具寿命が得られるようになり、切断品質の低下や頻繁な工具交換による製造効率の低下が防止される。
【００１５】
一方、ダイヤモンド硬質被膜がコーティングされることにより、切断工具の剛性が高くなるため、切断加工時の撓み変形が抑制され、切断クリアランスの初期値を大きくすることが可能で、例えば第３発明のように１０μｍを越える切断クリアランスで使用しても、従来のノンコート品における１０μｍ以下の切断クリアランス設定と同程度の切断品質を得ることができ、各部の寸法や形状の要求精度が緩和されて切断加工が容易になる。
【００１６】
また、ダイヤモンド硬質被膜が６〜１６μｍの膜厚でコーティングされることにより刃先が適度に丸みを帯びるため、チッピンクが抑制され、この点でも工具寿命が向上するとともに、例えば第２発明のように封止樹脂およびリードを同時に加工する場合には、リードとパンチとの接触圧力が高くなってリードの剪断面領域が拡大し、表面張力が大きくなってはんだ付による接続固定作業が容易になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の切断工具は、シリカ粒子を含む封止樹脂およびリードを備えている半導体パッケージのその封止樹脂およびリードを同時に切断する場合に好適に用いられるが、封止樹脂のみを切断する場合や、リードのみを切断する場合、或いは半導体パッケージ以外の部材を切断する場合に使用することも可能である。シリカ粒子を含んでいない封止樹脂を備えている半導体パッケージを切断することもできる。
【００１８】
切断工具は、例えば第３発明のように一直線方向へ接近離間させられる一対のダイおよびパンチにて構成されるが、他の切断工具を採用することもできるし、ダイおよびパンチの何れか一方だけ（例えばパンチのみ）に本発明を適用してダイヤモンド硬質被膜を設けても良い。ダイヤモンド硬質被膜がコーティングされる工具母材としては超硬合金が好適に用いられるが、他の工具材料を用いることもできる。
【００１９】
ダイヤモンド硬質被膜は、その表面の総ての結晶粒径が２μｍ以下であることが望ましいが、平均粒径が２μｍ以下であれば良い。結晶粒径は、例えば電子顕微鏡による観察（例えば１０００〜１００００倍程度）などで測定できる。
【００２０】
また、ダイヤモンド硬質被膜の膜厚が６μｍより薄いと剥離し易くなり、１６μｍより厚いと刃先の曲率半径が大きくなり、切れ味が悪化すると共に工具の製造コストも上昇する。刃先に適度な丸みを付ける上でも、ダイヤモンド硬質被膜の膜厚は６〜１６μｍの範囲が適当である。
【００２１】
上記ダイヤモンド硬質被膜は、例えばＣＶＤ法によってダイヤモンドを結晶成長させることによって設けられ、例えばＣＶＤ法を実施できるＣＶＤ装置の反応炉内で、ダイヤモンドの結晶成長の起点となる核を表面に付着させる核付着工程と、その核を起点としてＣＶＤ法によりダイヤモンドを結晶成長させる結晶成長工程と、を繰り返すことにより、微結晶で多層構造の所定の膜厚のダイヤモンド硬質被膜が工具母材の表面に設けられる。ダイヤモンド硬質被膜の密着性を高めるために、必要に応じて予め工具母材の表面に荒し加工を施したり、周期表のＩＶａ族〜ＶＩａ族の金属の炭化物や窒化物、酸化物、或いはＡｌの窒化物などから成る中間層を工具母材とダイヤモンド硬質被膜との間に設けたりすることもできる。
【００２２】
第２発明では刃先の曲率半径が５〜２０μｍであるが、この曲率半径はダイヤモンド硬質被膜の膜厚によって変化し、工具母材の刃先がピン角であれば、６〜１６μｍの膜厚でダイヤモンド硬質被膜が設けられることにより、コーティング後の刃先の曲率半径は５〜２０μｍ程度になるが、必要に応じて工具母材の刃先に丸みを付けることもできる。刃先の曲率半径が５μｍより小さいと、チッピングを生じ易くなるとともにリードの剪断面領域を十分に確保できず、２０μｍを越えると切れ味が損なわれて切断品質が悪化する。
【００２３】
第３発明では１０μｍを越える切断クリアランスで使用されるが、第１発明、第２発明の切断工具は、１０μｍ以下の切断クリアランスで使用することも可能である。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、前記図２０に示す半導体パッケージ２０の外周の余分な部分を切断除去するための切断装置を説明する図で、切断工具として一対のパンチ５０およびダイ５２を備えており、パンチ５０は上下方向へ一直線に往復移動させられてダイ５２に対して接近離間させられる。パンチ５０の下端およびダイ５２の上端にはそれぞれ切れ刃５４、５６が設けられ、半導体パッケージ２０の周縁部に存在する樹脂部２４ａおよびリード２２の余分な部分を同時に切断する。図１の（ａ）は、切れ刃５４、５６の近傍部分を示す正面図で、パンチ５０とダイ５２との間には所定の切断クリアランスＣ（本実施例では約１２μｍ）が設けられている。
【００２５】
図１の（ｂ）はダイ５２の断面図で、図１の（ｃ）はパンチ５０の断面図であり、これ等のパンチ５０およびダイ５２は、それぞれ超硬合金にて構成されている工具母材５８、６０の表面にダイヤモンド硬質被膜６２、６４がコーティングされている。ダイヤモンド硬質被膜６２、６４は、少なくとも切れ刃５４、５６およびその近傍（切断対象物との摺接部分）に設けられれば良いが、本実施例ではパンチ５０およびダイ５２の表面の略全域に設けられている。そして、工具母材５８、６０は、超硬合金に研削加工等を施すことにより前記切れ刃５４、５６に対応する部分がそれぞれ略ピン角で形成されており、その表面にそれぞれダイヤモンド硬質被膜６２、６４が６〜１６μｍの範囲内の所定の膜厚でコーティングされることにより、切れ刃５４、５６の刃先の曲率半径Ｒが５〜２０μｍの範囲内とされている。本実施例では、ダイヤモンド硬質被膜６２、６４の膜厚は約１２μｍで、切れ刃５４、５６の刃先の曲率半径Ｒは約１５μｍである。
【００２６】
ダイヤモンド硬質被膜６２、６４は、何れも平均結晶粒径が２μｍ以下の微結晶ダイヤモンドを積層したもので、例えば図２に示すようなマイクロ波プラズマＣＶＤ装置１２０を用いて設けられる。マイクロ波プラズマＣＶＤ装置１２０は、反応炉１２２、マイクロ波発生装置１２４、原料ガス供給装置１２６、真空ポンプ１２８、および電磁コイル１３０を備えて構成されており、円筒状の反応炉１２２内にはテーブル１３２が設けられて工具母材５８、６０が配置される。なお、ダイヤモンド硬質被膜６２、６４の密着性を高めるために、必要に応じて予め工具母材５８、６０の表面に荒し加工を施したり、周期表のＩＶａ族〜ＶＩａ族の金属の炭化物や窒化物、酸化物、或いはＡｌの窒化物などから成る中間層を工具母材５８、６０とダイヤモンド硬質被膜６２、６４との間に設けたりすることができる。
【００２７】
マイクロ波発生装置１２４は、例えば２．４５ＧＨｚ等のマイクロ波を発生する装置で、このマイクロ波が反応炉１２２内へ導入されることにより工具母材５８、６０が加熱されるとともに、マイクロ波発生装置１２４の電力制御によって加熱温度が調節される。反応炉１２２には、工具母材５８、６０の加熱温度（表面温度）を検出する輻射温度計１３８が設けられており、予め定められた所定の加熱温度になるようにマイクロ波発生装置１２４の電力がフィードバック制御される。また、反応炉１２２内の上部には、マイクロ波を導き入れるための石英ガラス製窓１４０が設けられている。
【００２８】
原料ガス供給装置１２６は、メタン（ＣＨ_４）や水素（Ｈ_２）、一酸化炭素（ＣＯ）などの原料ガスを反応炉１２２内に供給するためのもので、それ等のガスボンベや流量を制御する流量制御弁、流量計などを備えて構成されている。真空ポンプ１２８は、反応炉１２２内の気体を吸引して減圧するためのもので、圧力計１４２によって検出される反応炉１２２内の圧力値が予め定められた所定の圧力値になるように、真空ポンプ１２８のモータ電流などがフィードバック制御される。電磁コイル１３０は、反応炉１２２を取り巻くように反応炉１２２の外周側に円環状に配設されている。
【００２９】
図３は、上記マイクロ波プラズマＣＶＤ装置１２０を用いてダイヤモンド硬質被膜６２、６４をコーティングする際の具体的な手順を説明するフローチャートで、ステップＲ１は、工具母材５８、６０の表面、或いはステップＲ２の結晶成長処理で結晶成長させられた多数のダイヤモンド結晶の表面に、ダイヤモンドの結晶成長の起点となる核の層を付着させる核付着工程である。核付着工程は、例えばメタンの濃度が１０％〜３０％の範囲内で定められた設定値になるようにメタンおよび水素の流量調節を行い、工具母材５８、６０の表面温度が７００℃〜９００℃の範囲内で定められた設定温度になるようにマイクロ波発生装置１２４を調節し、反応炉１２２内のガス圧が２．７×１０^２Ｐａ〜２．７×１０^３Ｐａの範囲内で定められた設定圧になるように真空ポンプ１２８を作動させ、その状態を０．１時間〜２時間継続する。なお、工具母材５８、６０の表面に核を付着させる最初の核付着処理については、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置１２０の反応炉１２２の外で行うことも可能である。
【００３０】
ステップＲ２は、上記核を起点としてダイヤモンドを結晶成長させるとともに、ダイヤモンドの結晶粒径が２μｍ以下になるように予め定められた所定の処理時間で結晶成長を中止する結晶成長工程で、メタンの濃度が１％〜４％の範囲内で定められた設定値になるようにメタンおよび水素の流量調節を行い、工具母材５８、６０の表面温度が８００℃〜９００℃の範囲内で定められた設定温度になるようにマイクロ波発生装置１２４を調節し、反応炉１２２内のガス圧が１．３×１０^３Ｐａ〜６．７×１０^３Ｐａの範囲内で定められた設定圧になるように真空ポンプ１２８を作動させ、その状態を、ダイヤモンドの結晶粒径が２μｍ以下に維持されるように予め定められた所定時間だけ継続する。
【００３１】
ステップＲ３では、工具母材５８、６０の表面上に結晶成長させられたダイヤモンド硬質被膜６２、６４の膜厚が予め定められた設定膜厚（本実施例では１２μｍ程度）に達したか否かを、例えばステップＲ２の実行回数などで判断し、設定膜厚になるまで上記ステップＲ１およびＲ２を繰り返す。ステップＲ１の実行時には、ダイヤモンドの結晶成長が中止し、その結晶上に核の層が形成されるとともに、以後の結晶成長処理（ステップＲ２）では、核の層より下のダイヤモンドの結晶が再成長させられることはなく、新たな核を起点として新たにダイヤモンドが結晶成長させられることにより、結晶粒径が２μｍ以下の微結晶で多層構造のダイヤモンド硬質被膜６２、６４が工具母材５８、６０の表面にコーティングされる。
【００３２】
図４の（ａ）は、上記ダイヤモンド硬質被膜６２、６４の表面粗さを具体的に測定した結果を示す図で、十点平均粗さＲｚで約０．６６μｍであり、図４の（ｃ）に示すようにダイヤモンド硬質被膜６２、６４をコーティングする前の工具母材５８、６０の表面粗さと略同じであった。これに対し、従来のダイヤモンド硬質被膜は結晶粒径が１０μｍ程度で、表面粗さは図４の（ｂ）に示すように十点平均粗さＲｚで２μｍ以上であった。
【００３３】
このように、本実施例の切断工具５０、５２は、結晶粒径が２μｍ以下の微結晶ダイヤモンドが積層されることにより膜厚が約１２μｍとされたダイヤモンド硬質被膜６２、６４が表面に設けられているため、通常のダイヤモンド硬質被膜に比較して面粗さが向上し、困難な研磨処理を施すことなく半導体パッケージ２０の切断に使用することが可能で、切断工具５０、５２の製造コストが大幅に低減される。
【００３４】
また、ダイヤモンド硬質被膜６２、６４の作用で耐摩耗性が向上し、シリカ粒子を含む樹脂部２４ａおよびリード２２を同時に切断しても、実用上十分な工具寿命が得られるようになり、切断品質の低下や頻繁な工具交換による製造効率の低下が防止される。
【００３５】
一方、ダイヤモンド硬質被膜６２、６４がコーティングされることにより、切断工具５０、５２の剛性が高くなるため、切断加工時の撓み変形が抑制され、切断クリアランスＣの初期値を大きくすることができ、本実施例のように切断クリアランスＣ≒１２μｍで使用しても、従来のノンコート品における１０μｍ以下の切断クリアランス設定と同程度の切断品質を得ることができ、各部の寸法や形状の要求精度が緩和されて切断加工が容易になる。
【００３６】
また、ダイヤモンド硬質被膜６２、６４が約１２μｍの膜厚でコーティングされることにより刃先が丸みを帯びるため、チッピンクが抑制され、この点でも工具寿命が向上するとともに、本実施例では刃先の曲率半径Ｒが約１５μｍであるため、リード２２とパンチ５０との接触圧力が高くなり、リード２２の剪断面領域が拡大するとともにはんだの表面張力が大きくなり、はんだ付による接続固定作業が容易になる。
【００３７】
次に、本発明の効果を更に具体的に明らかにするために本発明者等が行なった試験や解析結果について説明する。
先ず、耐摩耗性については、前記図２１に示した従来の切断装置による超硬合金製のダイ３０、パンチ３２によって切断加工を行なったところ、約２万個の切断でパンチの摩耗により寿命に達したが、超硬合金製の工具母材５８、６０にダイヤモンド硬質被膜６２、６４をコーティングした本実施例の切断工具５０、５２によれば、１０万個切断しても前記図２１に示すような摩耗溝３４は観察されず、継続使用が可能であった。耐摩耗効果を得るために従来用いられてきたダイヤモンドコーティングは処理面の面粗度が粗く、処理後に研磨加工して面粗度を向上しなければ切れ刃として用いることができず、利用が大変困難であったが、本発明によるダイヤモンドコーティングは微小粒子の積層によって生成するため、処理面の面粗度が良く、処理面を直接切れ刃として使用して上記耐摩耗性を得られるので、工具の製作が大幅に容易になる。
【００３８】
図５〜図８は、切断加工時に前記パンチ５０またはダイ５２に作用する撓み方向分力、すなわち図１における左右方向の荷重を有限要素法動解析によって算定した結果で、図５はパンチ５０とリード２２との間に働く力、図６はパンチ５０と樹脂部２４ａとの間に働く力、図７はダイ５２とリード２２との間に働く力、図８はダイ５２と樹脂部２４ａとの間に働く力で、それぞれ切断時間の経過に沿って示している。この場合は、各刃先の曲率半径Ｒを５μｍ、切断クリアランスＣを８μｍとして求めた。
【００３９】
そして、こうして得られた切断荷重の撓み方向分力を、図９〜１２に示すように従来の切断装置による超硬合金製のパンチ３２、ダイ３０と、超硬合金製の工具母材５８、６０にダイヤモンド硬質被膜６２、６４をコーティングした本発明によるパンチ５０、ダイ５２とにそれぞれ作用させ、得られる撓み量δを有限要素法静解析によって算出した。静解析を用いるのは、動解析に含まれている振動的挙動を除外して問題を単純化するためである。よって、今解析例は動解析で算定された瞬間最大荷重を連続的静荷重として切れ刃５４、５６に負荷した結果である。なお、ここではパンチ５０、ダイ５２のダイヤモンド硬質被膜６２、６４の膜厚を８μｍとして計算した。
【００４０】
図９は、超硬合金製のパンチ３２が撓み方向分力によって撓んだ状態、図１０は超硬合金製の工具母材５８にダイヤモンド硬質被膜６２がコーティングされたパンチ５０が撓み方向分力によって撓んだ状態、図１１は超硬合金製のダイ３０が撓み方向分力によって撓んだ状態、図１２は超硬合金製の工具母材６０にダイヤモンド硬質被膜６４がコーティングされたダイ５２が撓み方向分力によって撓んだ状態である。これらの図の一点鎖線は、撓み方向分力が作用していない自然状態の形状である。
【００４１】
図１３は、上記撓み量δの解析結果をまとめたもので、「超硬パンチ」は超硬合金製のパンチ３２、「コートパンチ」は超硬合金製の工具母材５８にダイヤモンド硬質被膜６２がコーティングされたパンチ５０、「超硬ダイ」は超硬合金製のダイ３０、「コートダイ」は超硬合金製の工具母材６０にダイヤモンド硬質被膜６４がコーティングされたダイ５２を意味する。この結果から、パンチ５０においては撓み量δが０．９５４ μｍ減少（撓み改善量）し、ダイ５２においては撓み量δが２．４７５ μｍ減少（撓み改善量）し、合計で３．４２９ μｍ撓み量が減少する。この計算結果を無条件に用いるものではないが、相当量の剛性向上が期待できるものと考えられ、従来のノンコート工具（超硬工具）において切断クリアランスＣ≒８μｍで切断加工を行なっていたものを、本発明品では１０μｍを超える切断クリアランス設定で代替えすることができる。
【００４２】
また、本発明によるダイヤモンドコーティングによって、切れ刃５４、５６の刃先には曲率半径Ｒ＝５〜２０μｍ程度の微小丸みが設けられる。切れ刃先端にこのような微小丸みを設けて金属部材の打ち抜き加工を行なう切断方法は、塑性加工で“仕上げ抜き”として広く知られた方法であり、打ち抜き切断面の剪断面領域を増す効果がある。本発明に係る半導体パッケージ２０の切断においてリード２２の剪断面は、リード２２とパンチ５０とが高圧力で接触した状態で摺動することによって形成されるが、切れ刃５４、５６の先端に設けられた微小丸みによってリード２２とパンチ５０との接触圧力が高くなり、リード切断面の剪断面領域が増すことによって、半導体パッケージ２０の実装用はんだに作用する表面張力が増し、図１４に示すように剪断面領域を覆う立体的なはんだ付７０を実現して半導体パッケージ２０の電子基板７２への実装強度を増すことが可能である。
【００４３】
図１５〜図１７は、それぞれパンチ５０の切れ刃５４の刃先がエッジ、曲率半径Ｒ＝１０μｍ、曲率半径Ｒ＝２０μｍの場合に、リード２２を切断する際のリード２２とパンチ５０との間の接触圧力を、有限要素法動解析によって算出したもので、この場合の切断クリアランスＣは１２μｍで、ダイヤモンド硬質被膜６２の有無は考慮していない。図１５は、刃先がエッジに形成された切れ刃によってリード２２を切断する際のパンチ５０とリード２２との当接荷重の接触圧力方向分力を示しており、０．１５１８０１Ｎを最大値として算出値の大半が負の値を取っている。負の値は、図１８の（ａ）に示すようにパンチ５０がリード切断面とは反対側のパンチ背面より荷重を受けていることを示すもので、切れ刃先端がエッジに形成されている場合にはリード２２とパンチ５０との接触圧力が低く、剪断面の形成には不利であることがうかがえる。図１８において左向きの分力が負（−）の当接荷重で、右向きの分力が正（＋）の当接荷重である。
【００４４】
図１６は切れ刃先端の曲率半径Ｒ＝１０μｍに形成された切れ刃によってリード２２を切断する際のパンチ５０とリード２２との当接荷重の接触圧力方向分力を示しており、図１８の（ｂ）に示すように先端Ｒ部の作用でパンチ５０がリード切断面から離間する方向へ押圧されることにより、切れ刃先端がエッジの場合（図１５）には見られなかったパンチ５０とリード２２との当接荷重の上昇が生じ、最大値９．２７９５２Ｎが記録されている。この当接荷重の上昇により、リード２２とパンチ５０との接触圧力の上昇がもたらされ、剪断面の形成がより有利に行なわれるのである。
【００４５】
図１７は切れ刃先端の曲率半径Ｒ＝２０μｍに形成された切れ刃によってリード２２を切断する際のパンチ５０とリード２２との当接荷重の接触圧力方向分力を示しており、同じく図１８の（ｂ）に示すように先端Ｒ部の作用でパンチ５０がリード切断面から離間する方向へ押圧されることにより、先端の曲率半径Ｒ＝１０μｍの場合（図１６）にも増してパンチ５０とリード２２との当接荷重の上昇が生じ、最大値１９．２０６５Ｎが記録されている。このように、切れ刃先端に設けられた曲率半径Ｒが大きくなるにしたがって、リード２２とパンチ５０との接触圧力が上昇し、剪断面の形成に有利となることが把握できる。
【００４６】
上記図１５〜図１７は、何れも板厚０．２ｍｍのリード２２を半分の０．１ｍｍ（１００ｍ秒に相当）まで切断した範囲の荷重変化を示したもので、図１６では０．０５ｍｍ（５０ｍ秒に相当）まで切断したところ、図１７では０．０７５ｍｍ（７５ｍ秒に相当）まで切断したところで、それぞれ急速に＋方向（図１８の右方向）の荷重が失われ、パンチ背面より受ける−方向（図１８の左方向）の荷重の中に沈み込んでいるが、切断は未だ完了していない。この接触圧力が効いた０．０５ｍｍ、０．０７５ｍｍの範囲が剪断面に相当し、残りの０．１５ｍｍ、０．１２５ｍｍの範囲は面粗さが粗い破断面になるといえる。
【００４７】
従来、こうした切断品質を得るために、精密研削加工などによって切れ刃先端を丸めるなどしていたが、本発明によるダイヤモンドコートによれば、６〜１６μｍの膜厚でダイヤモンド硬質被膜６２、６４を形成することにより、研削加工などの後加工を必要とすることなく、容易に剪断面の形成にとって理想的な曲率半径Ｒ＝５〜２０μｍ程度の切れ刃形状を得ることができる。
【００４８】
また一方、前記切れ刃先端が曲率半径Ｒで形成された切れ刃は、本発明が問題とする切れ刃摩耗の対極に位置する切れ刃の損耗形態であるチッピング（欠け）の発生を防止するためにも有効な切れ刃形態である。概して、耐摩耗性に優れる切れ刃材質の選択は、一方で靱性を犠牲にした切れ刃材質の選択であると言えるため、摩耗による切れ刃の損耗を防ぐことができる一方で、チッピングの発生による切れ刃損耗の可能性は高くなるといった二律背反の関係にあって、本発明によるダイヤモンドコート切れ刃の場合もその例外ではない。しかしながら、本発明によるダイヤモンドコート切れ刃では、前記のように切れ刃先端を曲率半径Ｒ＝５〜２０μｍの丸み形状とすることで、切れ刃先端に作用する切断応力を分散低下して、チッピングの発生を防止することができる。このようなチッピング防止策は、切削加工では「Ｒホーニング切れ刃」として広く知られるものであり、半導体パッケージ２０の切断加工においても有効な手段である。本発明によるダイヤモンドコートによれば、チッピング防止策を容易に実現することが可能で、耐摩耗性に優れ、且つ耐チッピング性に優れるという極めて高い切れ刃品質を実現することができる。
【００４９】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である半導体パッケージ用切断工具を説明する図で、（ａ）は切断部近傍の正面図、（ｂ）はダイの断面図、（ｃ）はパンチの断面図である。
【図２】図１のパンチおよびダイに微結晶ダイヤモンド硬質被膜を形成するマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の一例を説明する概略構成図である。
【図３】図２のＣＶＤ装置を用いて微結晶ダイヤモンド硬質被膜を形成する際の手順を説明するフローチャートである。
【図４】微結晶ダイヤモンド硬質被膜の表面粗さ（ａ）を、従来のダイヤモンド硬質被膜（ｂ）、および工具母材（ｃ）と比較して示す図である。
【図５】切断加工時にパンチとリードとの間に作用する撓み方向分力の解析結果を示す図である。
【図６】切断加工時にパンチと封止樹脂との間に作用する撓み方向分力の解析結果を示す図である。
【図７】切断加工時にダイとリードとの間に作用する撓み方向分力の解析結果を示す図である。
【図８】切断加工時にダイと封止樹脂との間に作用する撓み方向分力の解析結果を示す図である。
【図９】超硬合金製のパンチに撓み方向分力が作用した場合の撓み量δの解析結果を示す図である。
【図１０】超硬合金製の工具母材にダイヤモンドコーティングを施したパンチに撓み方向分力が作用した場合の撓み量δの解析結果を示す図である。
【図１１】超硬合金製のダイに撓み方向分力が作用した場合の撓み量δの解析結果を示す図である。
【図１２】超硬合金製の工具母材にダイヤモンドコーティングを施したダイに撓み方向分力が作用した場合の撓み量δの解析結果を示す図である。
【図１３】パンチおよびダイに関する撓み方向分力および撓み量をまとめて示した図である。
【図１４】はんだ付による立体的なパッケージ実装の一例を示す斜視図である。
【図１５】刃先がエッジ形状のパンチとリードとの間の当接荷重変化の解析結果を示す図である。
【図１６】刃先の曲率半径Ｒ＝１０μｍのパンチとリードとの間の当接荷重変化の解析結果を示す図である。
【図１７】刃先の曲率半径Ｒ＝２０μｍのパンチとリードとの間の当接荷重変化の解析結果を示す図である。
【図１８】パンチとリードとの間に生じる当接荷重（分力）を説明する図で、（ａ）は刃先がエッジ形状の場合、（ｂ）は刃先が丸みを帯びている場合である。
【図１９】ＱＦＰ半導体パッケージの一例を示す斜視図である。
【図２０】ＱＦＮ半導体パッケージの一例を示す斜視図である。
【図２１】ＱＦＮ半導体パッケージを切断する従来の切断装置の一例を説明する斜視図である。
【図２２】図２１のパンチに生じる摩耗溝を説明する斜視図である。
【図２３】パンチの摩耗により樹脂部が突出した半導体パッケージの一例を示す斜視図である。
【図２４】パンチの摩耗によって樹脂部に発生するクラックなどを示す図である。
【符号の説明】
２０：半導体パッケージ２２：リード２４：封止樹脂５０：パンチ（切断工具）５２：ダイ（切断工具）６２、６４：ダイヤモンド硬質被膜Ｃ：切断クリアランス

Claims

半導体パッケージを切断する切断工具であって、
結晶粒径が２μｍ以下の微結晶ダイヤモンドが積層されることにより膜厚が６〜１６μｍの範囲内とされたダイヤモンド硬質被膜が表面に設けられている
ことを特徴とする半導体パッケージ用切断工具。
前記半導体パッケージは、シリカ粒子を含む封止樹脂およびリードを備えている一方、
前記切断工具は、前記封止樹脂およびリードを同時に切断するもので、刃先の曲率半径は、前記ダイヤモンド硬質被膜がコーティングされた状態で５〜２０μｍの範囲内である
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ用切断工具。
前記切断工具は、一直線方向へ接近離間させられる一対のパンチおよびダイを有するもので、それぞれ前記ダイヤモンド硬質被膜がコーティングされているとともに、１０μｍを越える切断クリアランスで使用される
ことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体パッケージ用切断工具。