JP2007134449A - 半導体装置のリード切断装置および半導体装置のリード切断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外部リード切断時の半田の再付着によるリード間の短絡不良を防止する。
【解決手段】リード切断装置５はパンチ１２およびダイ１０を有し、これらを外部リード３の厚さ方向に交差するように相対的に移動させて、外部リード３の先端を切断する。パンチ１２およびダイ１０の側面（切刃面）には、外部リード３の切断面の摺動方向とほぼ平行に研削加工が施され、これらの部分には、ダイヤモンド膜１１ｂ、１１ａがコーティングされている。このような構造とすることにより、外部リード３を切断する際に、半田が剥離することを抑制し、再付着することを防止することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は半導体装置のリード切断装置、および半導体装置のリード切断方法に関し、特に、半導体装置のリード成形後の外部リード切断に用いられるリード切断装置、およびリード切断方法に関するものである。

樹脂封止型の半導体装置の製造工程では、通常、半導体チップが樹脂封止された後に、リードが成形される。その後、外部リードの先端部が規定長に切断される。この工程には、例えば、パンチおよびダイを有する切断工具が用いられる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−３３０２１４号公報

上記従来のリード切断装置を用いて外部リードを切断する際、外部リード表面に形成された鉛半田、又は鉛フリー半田からなるめっき膜が切刃面に付着し、堆積する。このめっき膜がリードに再付着すると、外部リード間が短絡し、電気特性不良となり得る。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、半導体装置の外部リードを切断する際に、めっき膜が再付着して外部リード間が短絡することを抑制することを目的とする。

本発明に係る半導体装置のリード切断装置は、半導体装置の外部リードを挟持するパンチおよびダイを有し、前記パンチと前記ダイとを前記外部リードの厚さ方向で交差するように相対的に移動させて前記外部リードを切断する半導体装置の外部リード切断装置であって、前記外部リード切断後に前記外部リードの切断面と摺動する前記ダイの側面に、前記摺動する方向に沿って所定幅の溝が設けられ、前記溝の幅は、前記摺動の前記溝の幅方向の移動距離以上であることを特徴とする。

また、本発明に係る半導体装置のリード切断方法は、半導体装置の外部リードを挟持するパンチおよびダイを有し、前記外部リードの切断後に前記外部リードの切断面と摺動する前記ダイの側面に、前記摺動する方向に沿って所定幅の溝が設けられ、前記溝の幅は、前記摺動の前記溝の幅方向の移動距離以上である半導体装置の外部リード切断装置を用いて、半導体装置の外部リードを前記パンチおよび前記ダイにより挟持し、前記パンチと前記ダイとを前記外部リードの厚さ方向で交差するように相対的に移動させて前記外部リードを切断することを特徴とする。本発明のその他の特徴については、以下において詳細に説明する。

本発明によれば、半導体装置の外部リードを切断する際に、めっき膜が再付着して外部リード間が短絡することを抑制することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において同一または相当する部分には同一符号を付して、その説明を簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
本実施の形態に係る半導体装置のリード切断装置（以下、単に「リード切断装置」という）について説明する。まず、リード切断装置により外部リードが切断される半導体装置の形状について説明する。この半導体装置の側面図を図１に示す。半導体装置１の内部には半導体チップ（図示しない）が搭載され、封止樹脂２により覆われている。封止樹脂２の側面には、外部リード３が設けられている。外部リード３は、半導体チップと接続され、封止樹脂２の側面からリード先端部３ａに向かって、ガルウィング型に成形されている。外部リード３の表面には、鉛半田、または鉛フリー半田（以下、単に「半田」という）からなるめっき膜４が形成されている。

図１に示した外部リード３を切断するためのリード切断装置の断面図を図２に示す。ここでは、半導体装置１の外部リード３の先端部が切断された直後の状態を示している。リード切断装置５の底部には、ダイプレート６が設けられている。その外周付近に、ダイプレート６を貫通するように、カス孔６ａが設けられている。ダイプレート６の底面の中央部には、ネジ７が設けられ、その上にバネ８が取り付けられている。バネ８の上には、パッケージホルダー９が設けられている。パッケージホルダー９は、パッケージホルダー側面９ａを有している。パッケージホルダー９の上面には凹部が設けられ、この凹部に半導体装置１が載置されている。半導体装置１は、パッケージホルダー９により位置調節されている。パッケージホルダー側面９ａの外側には、ダイ１０が設けられている。ダイ１０は、ダイプレート６により位置調節され、保持されている。ダイ１０はダイ側面１０ａを有し、その上端部には、切刃面が設けられている。ダイ１０の外側は、ダイホルダー１０ｃにより保持されている。

ダイ側面１０ａの上端部には、外部リード３が切断される際の切断面の摺動方向（ほぼ鉛直方向）に沿って、研削加工（表面粗さ０．１Ｓ以下、または表面の凹凸段差が０．１μｍ以下）が施されている。つまり、ダイ側面１０ａの切刃面には、外部リード３の切断面の摺動方向に沿って、研削加工が施されている。この部分を覆うように、ダイヤモンド膜１１ａ（結晶粒径は１μｍ以下、膜厚１〜３μｍ）がコーティングされている。また、ダイ１０を貫通するように、カス孔１０ｂが設けられている。カス孔１０ｂは、カス孔６ａと接続されている。

パッケージホルダー９の上面の両端部上に、パンチ１２が配設されている。パンチ１２は、パンチ側面１２ａを有している。パンチ側面１２ａとダイ側面１０ａとの間には、切断クリアランス１３が設けられている。外部リード３の先端を切断する前は、パンチ１２およびダイ１０により外部リード３が挟持されている。外部リード３を切断する際には、パンチ１２とダイ１０とを外部リードの厚さ方向で交差するように相対的に移動させる。

パンチ側面１２ａの下端部には、外部リード３が切断される際の切断面の摺動方向に沿ってほぼ平行に、研削加工（表面粗さ０．１Ｓ以下、または表面の凹凸段差が０．１μｍ以下）が施されている。この部分を覆うように、ダイヤモンド膜１１ｂ（結晶粒径は１μｍ以下、膜厚１〜３μｍ）がコーティングされている。パンチ１２の底面と、パッケージホルダー９の上面の両端部との間に、リード先端部３ａが挟まれている。外部リード３の先端部が切断された直後は、外部リード３の切断面がダイヤモンド膜１１ａと接触している。

半導体装置１の上面を覆うように、ストリッパーピース１４が設けられている。これを貫通するように、嵌挿孔１５が設けられている。ストリッパーピース１４の上を覆うように、ストリッパープレート１６が設けられている。これを貫通し、嵌挿孔１５と接続するように、嵌挿孔１７が設けられている。嵌挿孔１５、１７に沿って、パンチ１２が緩挿されている。パンチ１２はストリッパーピース１４により位置調節され、保持されている。ストリッパーピース１４はストリッパープレート１６により位置調節され、保持されている。

上述したように、ダイ側面１０ａ、パンチ側面１２ａには研削加工が施されている。この研削加工の方法について説明する。ここでは、ダイ側面１０ａに研削加工を行う方法について説明する。図２に示したダイ１０の平面図を図３に示す。また、図３のＡ−Ａ部の断面図を図４に示す。図３に示したダイ１０は、ダイ１０ｄ〜１０ｇごとにダイ側面１０ａが研削加工され、その後に組み合わされたものである。

上述したダイ１０ｄ〜１０ｇのダイ側面１０ａの研削加工を施す例について説明する。ここでは、ダイ１０ｅのダイ側面１０ａを研削加工する例を説明する。ダイ１０ｅのダイ側面１０ａに研削加工を行う際の平面図を図５に示す。また、図５のＢ−Ｂ部の断面図を図６に示す。図６に示すように、円柱状の砥石１８をその中心軸の周りに回転させながら、矢印Ｃの方向にシフトさせて研削を行う。このようにして、ダイ側面１０ａに研削加工が施される。このとき、研削加工される方向が、外部リード３の切断面の摺動方向とほぼ平行となるようにする。

上記研削加工後、ダイ１０ｅの研削加工された部分の平面拡大図を図７に示す。ダイ１０ｅのダイ側面１０ａには、隣接する山部１９ａ-１９ｂ間に、幅がＷ_０の溝２０が形成されている。このような加工は、ダイ１０を従来の一体式から分割式としたことにより可能となった。また、上記加工はダイ側面１０ａの加工について説明したが、パンチ側面１２ａの加工についても同様に行うことができる。

図７のＤ方向から見たダイ側面１０ａの拡大図を図８に示す。上記研削加工は、外部リード３の切断面の摺動方向とほぼ平行に施されているが、上記摺動方向と、溝２０の方向との間には、僅かなずれが生じている。図８に示すように、外部リード３が切断された直後、外部リード３の切断面の任意の点は、摺動範囲２１で、ダイ側面１０ａと摺動する。このとき、摺動範囲２１の溝２０の幅方向の移動距離をＷ_１とすると、溝２０の幅Ｗ_０が、Ｗ_１以上となるようにする。すなわち、
Ｗ_１≦Ｗ_０ （式１）
の関係を満たすようにする。このようにすることにより、外部リード３の切断直後に、外部リード３から半田が剥離し、図７に示したいずれかの山部に半田が付着した場合であっても、この半田が隣接する山部を乗り越えることを防ぐことができる。従って、剥離した半田が外部リード３の切断面に付着するのを抑制することができる。

前述したように、摺動範囲２１の方向と、溝２０の方向との間には、僅かなずれが生じている。これらの方向のなす角度と、溝２０の幅Ｗ_０との関係について説明する。図９に示すように、摺動範囲２１の方向と溝２０の方向とのなす角度がθの場合について考える。摺動範囲２１の長さをＳ、Ｗ_１＝Ｗ_０のときのθをθ₀とすると、
Ｗ_１＝Ｓ・sinθ （式２）
Ｗ_０＝Ｓ・sinθ₀ （式３）
となる。（式１）〜（式３）より、θとθ₀の関係は、sinθ≦sinθ₀、つまり
θ≦θ₀ （式４）
である。ここで、（式３）より
θ₀＝sin^-１（Ｗ_０/Ｓ） （式５）
であるから、（式４）、（式５）により、θは、
θ≦sin^-１（Ｗ_０/Ｓ） （式６）
の関係を満たせば良いことになる。

すなわち、（式６）より、摺動範囲２１の方向と、研削により形成された溝２０とのなす角度は、溝２０の幅Ｗ_０と、摺動範囲２１の長さＳとの関係で決まる。たとえば、Ｗ_０＝５μｍ、摺動範囲２１の長さＳが５００μｍのとき、上記角度は、（式６）により、０．５７°以下とすれば良いことが分かる。

次に、図２に示したリード切断装置５を用いて、外部リード３を切断する工程について説明する。外部リード３が切断される前は、外部リード３は、ダイ側面１０ａの上端部よりも上方に位置している。外部リード３を切断する際には、パンチ１２、ストリッパーピース１４、ストリッパープレート１６を下降させる。すると、ストリッパープレート１６はダイホルダー１０ｃと当接し、下降が停止する。次に、パンチ１２を嵌挿孔１５、１７と当接させ、ほぼ鉛直方向に摺動させながら、底面を外部リード部３に接触させる。さらに、パンチ１２を下降させると、外部リード３の先端部が、ダイ側面１０ａの上端部により切断される。このように、リード切断装置５は、パンチ１２およびダイ１０を外部リード３の厚さ方向で交差するように相対的に移動させて、外部リード３を切断することができる。

外部リード３の切断後の長さは、前述した切断クリアランス１３により規定される。外部リード３の切断された部分３ｂは、カス孔１０ｂ、６ａを経由して外部に排出される。さらに、パンチ１２は下降端まで下降し、バネ８が圧縮される。その後、パッケージホルダー９は、圧縮されたバネ８の反力により上昇する。外部リード３の切断直後にパンチ１２が下降する間と、上昇する間は、外部リード３の切断面はダイ側面１０ａの上端部と当接しながら、ほぼ鉛直方向に摺動する。このようにして、外部リード３の切断工程が完了する。

上記切断工程において、外部リード３の先端部が切断された後は、外部リード３の切断面がダイ側面１０ａの上端部と当接しながら、摺動する。この間、めっき膜４から半田が剥離しやすい状態となる。前述したように、ダイ側面１０ａの上端部、パンチ側面１２ａの下端部には、外部リード３の切断面の摺動方向に沿って、ほぼ平行に研削加工（表面粗さ０．１Ｓ以下、または表面の凹凸段差が０．１μｍ以下）が施されている。このため、外部リード３が切断される際に、外部リード３の切断面と、ダイ側面１０ａとの間の摺動抵抗を小さくすることができる。その結果、外部リード３の切断時に外部リード３の切断面から、めっき膜４の半田が剥離することを抑制できる。これにより、ダイ側面１０ａ、パンチ側面１２ａに半田が再付着することを抑制できる。従って、外部リード間の電気特性不良を抑制できる。

前述したように、ダイ側面１０ａに形成された溝２０は、摺動範囲２１の溝２０の幅方向の移動距離をＷ_１とすると、溝２０の幅Ｗ_０が、Ｗ_１以上となるようにした（図８参照）。このようにすることにより、外部リード３の切断直後に、外部リード３から半田が剥離し、図７に示したいずれかの山部に半田が付着した場合であっても、この半田が隣接する山部を乗り越えることを防ぐことができる。従って、剥離した半田が外部リード３の切断面に付着するのを抑制することができる。

また、前述したように、ダイ側面１０ａの上端部にはダイヤモンド膜１１ａがコーティングされ、パンチ側面１２ａの下端部には、ダイヤモンド膜１１ｂがコーティングされている。これらのダイヤモンド膜は、半田との親和性が小さい。このため、上記切断工程において、めっき膜４の半田が剥離した場合であっても、外部リード３、ダイ側面１０ａ、パンチ側面１２ａに半田が再付着することを抑制できる。従って、外部リード間が短絡することを抑制し、電気特性不良となることを、さらに効果的に抑制できる。

また、前述したように、ダイヤモンド膜１１ａ、１１ｂは、結晶粒径が１μｍ以下で、膜厚が１〜３μｍの範囲となるようにした。このため、これらの膜が形成された部分の硬度Ｈｖは１００ＧＰａ以上となり、天然ダイヤモンドとほぼ同等の硬度を有する。これにより、パンチ１２やダイ１０の耐磨耗性が向上し、寿命を長くすることができる。従って、これらの部品費用を削減することができる。

実施の形態２．
本実施の形態に係るリード切断装置を図１０に示す。本実施の形態では、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。図１０では、外部リード３が切断された直後の状態を示している。ダイ１０が接触するパッケージホルダー９と、ダイヤモンド膜１１ａとの間に、所定幅を有するガイド孔２２ａが設けられている。上記構造とすることにより、リード切断工程において、ダイヤモンド膜１１ａは、パッケージホルダー側面９ａと接触することがない。これにより、ダイヤモンド膜１１ａが剥がれるのを防止することができる。

また、パンチ１２が接触するストリッパーピース１４と、ダイヤモンド膜１１ｂとの間に、所定幅を有するガイド孔２２ｂが設けられている。上記構造とすることにより、リード切断工程において、ダイヤモンド膜１１ｂが、ストリッパーピース１４と接触することがない。これにより、ダイヤモンド膜１１ｂが剥がれるのを防止することができる。その他の構成、リード切断方法については、実施の形態１と同様である。

本実施の形態に係るリード切断装置によれば、実施の形態１の効果に加えて、ダイヤモンド膜１１ａ、１１ｂの剥離を防止し、部品費用を削減することができる。

実施の形態３．
本実施の形態に係る半導体装置の外部リード切断装置の断面図を図１１に示す。本実施の形態では、実施の形態２と異なる点を中心に説明する。図１１は、リード切断装置の一部の拡大断面図である。この断面図は、外部リード３が切断された直後の状態を示している。図示しないが、外部リード３が切断される前は、外部リード３は、パンチ１２の底面と、ダイ１０の上面の端部との間で挟持されている。本実施の形態の外部リード切断装置では、図１１に示すように、ダイ１０の上面とダイ側面１０ａとの間に、９０°未満の所定角度が設けられている。つまり、外部リード３の切断面の摺動方向と、ダイ側面１０ａとの間に、所定の逃がし角度２３（θ_２）が設けられている。例えば、ダイ１０の上面とダイ側面１０ａとの角度が約８５°の場合、逃がし角度２３は、５°程度となる。その他の構成については、実施の形態２と同様である。

上記構造とすることにより、リード切断工程において、外部リード３が切断された後は、ダイ側面１０ａは、外部リード３の切断面から速やかに分離される。従って、上記逃がし角度２３を設けない場合と比較して、外部リード３の切断面とダイ側面１０ａとの摺動長さを短くすることができる。これにより、半田がダイ側面１０ａに付着することを、実施の形態２よりも効果的に抑制することができる。

本実施の形態に係るリード切断装置によれば、実施の形態２の効果に加えて、外部リード３、ダイ側面１０ａへの半田の再付着をさらに効果的に抑制できる。従って、外部リード間の短絡を防止し、電気特性不良をさらに効果的に抑制できる。

半導体装置の形状を説明する図。 実施の形態１に係るリード切断装置を示す図。 実施の形態１に係るリード切断装置を示す図。 実施の形態１に係るリード切断装置を示す図。 実施の形態１に係るリード切断装置のダイ側面１０ａの研削方法を示す図。 実施の形態１に係るリード切断装置のダイ側面１０ａの研削方法を示す図。 実施の形態１に係るリード切断装置を示す図。 実施の形態１に係るリード切断装置を示す図。 実施の形態１に係るリード切断装置を示す図。 実施の形態２に係るリード切断装置を示す図。 実施の形態３に係るリード切断装置を示す図。

符号の説明

１ 半導体装置、３ 外部リード、４ めっき膜、５ リード切断装置、６ ダイプレート、９ パッケージホルダー、１０、１０ｄ〜１０ｇ ダイ、１０ａ ダイ側面、１１ａ、１１ｂ ダイヤモンド膜、１２ パンチ、１４ ストリッパーピース、１８ 砥石、２０ 溝、２３ 逃がし角度。

Claims (6)

1. 半導体装置の外部リードを挟持するパンチおよびダイを有し、前記パンチと前記ダイとを前記外部リードの厚さ方向で交差するように相対的に移動させて前記外部リードを切断する半導体装置の外部リード切断装置であって、
   前記外部リード切断後に前記外部リードの切断面と摺動する前記ダイの側面に、前記摺動する方向に沿って所定幅の溝が設けられ、前記溝の幅は、前記摺動の前記溝の幅方向の移動距離以上であることを特徴とする半導体装置の外部リード切断装置。
2. 前記溝の段差は、０．１μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の外部リード切断装置。
3. 前記ダイの側面に、結晶粒径が１μｍ以下、膜厚が１〜３μｍのダイヤモンド膜が被覆されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の外部リード切断装置。
4. 前記ダイの側面が接触する部材と、前記ダイヤモンド膜との間に、所定幅の隙間が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の外部リード切断装置。
5. 前記ダイの前記外部リードを挟持する面と前記ダイの側面との間に、９０°未満の所定角度を設けたことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の外部リード切断装置。
6. 半導体装置の外部リードを挟持するパンチおよびダイを有し、前記外部リードの切断後に前記外部リードの切断面と摺動する前記ダイの側面に、前記摺動する方向に沿って所定幅の溝が設けられ、前記溝の幅は、前記摺動の前記溝の幅方向の移動距離以上である半導体装置の外部リード切断装置を用いて、
   半導体装置の外部リードを前記パンチおよび前記ダイにより挟持し、前記パンチと前記ダイとを前記外部リードの厚さ方向で交差するように相対的に移動させて前記外部リードを切断することを特徴とする半導体装置の外部リード切断方法。

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