JP2011125918A - 切断金型装置、及びそれを用いた切断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パンチの先端部から確実に切断カスを分離させることができる切断金型装置、及びそれを用いた切断方法を提供すること。
【解決手段】本発明にかかる切断金型装置は、パンチ受け孔１ａを有するダイ１と、パンチ受け孔１ａに対して挿脱可能に設けられたパンチ２とにより切断対象となる薄板材を切断する切断金型装置であって、パンチ２が、第１パンチ２ａと第２パンチ２ｂとを含む複数のパンチに分割され、第２パンチ２ｂは、第１パンチ２ａと協働して薄板材を切断するとともに、その下死点がパンチ受け孔１ａ内に設けられたパンチストッパー１ｂにより制限され、第１パンチ２ａの下死点が第２パンチ２ｂの下死点よりも下になっているものである。
【選択図】図３

Description

本発明は、切断金型装置、及びそれを用いた切断方法に関する。

一般に、半導体装置の製造工程では、リードフレームに搭載した半導体素子（チップ）を樹脂にて封止したのち、その封止済リードフレームの不要リード部を切断金型装置で切断除去している。

図４は、従来の切断金型装置及びそれを用いた切断方法を説明するための図である。図４（ａ）は、従来の切断金型装置の平面図を示している。また、図４（ｂ）は、従来の切断金型装置の切断前の状態における断面図、図４（ｃ）は、従来の切断金型装置の切断時における断面図をそれぞれ示す。この種の切断金型装置は、通常、図４に示すように、パンチ受け孔１ａを有するダイ１と、パンチ受け孔１ａに対して挿脱可能に設けられたパンチ２とを備えて構成されている。そして、パンチ２を、ダイ１の上に置かれたリードフレーム３の不要部分３ａに突き当てつつダイ１のパンチ受け孔１ａに挿入させることにより、リードフレーム３の不要部分３ａを打ち抜き、これを切断除去する構造となっている。

なお、ダイとパンチを用いて板状部材の打ち抜きを行う切断金型装置として、例えば、特許文献１、２に記載されたものがある。図５は、特許文献１に開示された切断金型装置を示す拡大断面図である。図６は、特許文献２に開示された切断金型装置を示す断面図である。特許文献１には、図５に示すように、パンチ２３２の下降によって切断された切断カス２０２ａの落下部２４２での詰まりを解消するために、ダイ２２０Ａの落下部２４２をテーパー状にした切断金型装置が開示されている。一方、特許文献２には、分割パンチを用いて板状部材の連続切断を行う切断金型装置が開示されている。特許文献２では、図６に示すように、一方のパンチ３２０で板材３４０を切断すると共に、他方のパンチ３２５で板材３４０の切断曲げを行うことで連続した切断を行う。

ところで、図４に示した従来の切断金型装置では、「カス上がり」という現象が発生することがある。図７は、従来の切断金型装置を用いてリードフレーム３を切断する際に発生する問題点を説明するための断面模式図である。図４に示した従来の切断金型装置においては、パンチ２を、図７（ａ）に示すパンチ上昇端（上死点）から図７（ｂ）に示すパンチ下降端（下死点）まで下降させてリードフレーム３の切断除去を行うが、パンチ２の下降によって切断されたリードフレーム３の切断カス３ｂがパンチ２の先端から分離されないことがある。そうすると、図７（ｃ）に示すように、パンチ２を下死点から再び上死点へと戻す際、切断カス３ｂがパンチ２の先端に付着したまま上昇する「カス上がり」が発生する。

図８は、カス上がりの要因を説明するための断面拡大図である。この種の切断金型装置では、パンチ２で不要部分３ａを打ち抜くことによって切断除去するため、切断後、切断された切断カス３ｂが、図８の丸で囲った部分に示すようにパンチ２に食い込む。そのため、パンチ２先端部に切断カス３ｂが付着したまま離れず、カス上がりが発生すると考えられている。

カス上がりが発生すると、パンチ２を上昇させた際に、それまで付着していた切断カス３ｂがダイ１の上に落下したり、次に加工すべきリードフレーム３の上に落下するなどして、半導体装置のリードフレーム３の重要部分（端子部分等）に圧痕を生じる虞がある。また、切断カス３ｂの介在によって、リードフレーム３に搭載された半導体パッケージ部分に欠けやクラック等が発生したり、パンチ２に付着した切断カス３ｂの影響で、パンチ２やダイ１などにも破損をきたす虞がある。

このカス上がりの問題を対策するための技術が、例えば特許文献３、４に開示されている。図９は、特許文献３に開示された切断金型装置を示す部分断面図である。図１０は、特許文献４に開示された切断金型装置を示す側断面図である。特許文献３には、図９に示すように、パンチ６０４にエアー流路６１４を設け、パンチ６０４先端部に開口させた吹出口６１５からエアーを噴出することにより切断カスとパンチ６０４の分離を行うことが記載されている。一方、特許文献４には、図１０に示すように、パンチ１１２が固定されたパンチ固定部材１１４Ｂにエアー流路１１４Ｈを設け、ダイ１５０のパンチ受け孔１５０Ｈとパンチ１１２との隙間にエアーを噴出することにより切断カスとパンチの分離を行うことが記載されている。

特開平６−２１８４４９号公報 実開平５−５２２５号公報 特開平１０−３１３０８４号公報 特開２００７−２９００２１号公報

特許文献３、４の切断金型装置は、上述したように、パンチに食い込んだ切断カスをエアー圧力により分離しようとしたものである。しかしながら、特許文献３、４の切断金型装置では、切断カスの食い込み力がエアー圧力よりも大きく、パンチから切断カスを充分分離できないという問題がある。そのため、依然としてカス上がり対策の効果が得られるものではなかった。

さらに、特許文献３においては、高集積化した半導体装置の切断除去に適用することは困難である。すなわち、リードピッチの小さいリードフレームの不要部分を正確に切断するには、パンチ幅が０．５ｍｍ程度の微細なパンチが必要となるが、高い硬度が必要とされるパンチに更に微細なサイズの穴あけ加工を施すことは困難である。また、加工できたとしても加工費用が高くなり、かつエアーの圧力も小さいものとなってしまうためカス上がり対策の十分な効果が得られない。

なお、特許文献１の切断金型装置では、切断カス２０２ａの落下部２４２での詰まりに効果があるものの、カス上がりに対しては効果がなく、図４に示した従来の切断金型装置と同様、カス上がりが生じてしまう。また、特許文献２の切断金型装置では、切断除去を行うのは一方のパンチ３２０のみである。そして、このパンチ３２０が切断して戻ってくるまで、他方のパンチ３２５は動かず、切断除去を行わない。そのため、一方のパンチ３２０によって切断された切断カスは、このパンチ３２０の先端に貼り付き、図４に示した従来の切断金型装置と同様、カス上がりが生じてしまう。

本発明にかかる切断金型装置は、パンチ受け孔を有するダイと、前記パンチ受け孔に対して挿脱可能に設けられたパンチとにより切断対象となる薄板材を切断する切断金型装置であって、前記パンチが、第１パンチと第２パンチとを含む複数のパンチに分割され、前記第２パンチは、前記第１パンチと協働して前記薄板材を切断するとともに、その下死点が前記パンチ受け孔内に設けられたパンチストッパーにより制限され、前記第１パンチの下死点が前記第２パンチの下死点よりも下になっているものである。このような構成にすることにより、パンチを下降させる圧力で第１パンチと第２パンチの下死点をずらすことができる。

本発明によれば、パンチの先端部から確実に切断カスを分離させることができる切断金型装置、及びそれを用いた切断方法を提供することができる。

実施の形態に係る切断金型装置の全体構成を説明するための図である。 実施の形態に係る切断金型装置の全体構成を説明するための図である。 実施の形態に係る切断金型装置の要部構成を示す拡大模式図である。 従来の切断金型装置及びそれを用いた切断方法を説明するための図である。 従来の切断金型装置の一例を示す拡大断面図である。 従来の切断金型装置の一例を示す断面図である。 従来の切断金型装置を用いてリードフレームを切断する際に発生する問題点を説明するための断面模式図である。 カス上がりの要因を説明するための断面拡大図である。 従来の切断金型装置の一例を示す部分断面図である。 従来の切断金型装置の一例を示す側断面図である。

以下、例えばリードフレーム上の半導体素子を樹脂にて封止した樹脂封止済リードフレームを切断対象とした場合の本発明の実施の形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本発明は樹脂封止済リードフレーム以外にも、例えば気密封止用の樹脂パッケージを一体に備えたリードフレームなど、半導体封止用のパッケージとリードフレームとを一体化した半導体装置用部品を切断対象としたもの、さらには半導体装置以外の薄板材の不要部を切断除去する切断金型装置、及びそれを用いた切断方法として広く適用し得るものである。なお、説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略及び簡略化がなされている。

始めに、本実施の形態に係る切断金型装置について、図１及び図２を用いて説明する。図１及び図２は、実施の形態に係る切断金型装置の全体構成を説明するための図である。図１（ａ）は、実施の形態に係る切断金型装置の正断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す切断除去装置上に載置され、この切断金型装置にて切断除去が行われている樹脂封止済リードフレームの上面図をそれぞれ示している。また、図２（ａ）は、実施の形態に係る切断金型装置の側断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す切断除去装置上に載置され、この切断金型装置にて切断除去が行われている樹脂封止済リードフレームの上面図をそれぞれ示している。なお、図１（ｂ）及び図２（ｂ）では、樹脂封止済リードフレームとの位置関係を示すため、樹脂封止済リードフレームとともにパンチの位置についても図示している。

図１及び図２において、本実施の形態に係る切断金型装置は、下型１０と、下型１０に対して相対的に昇降可能な上型２０とを備えている。

下型１０上には、パンチ受け孔１ａを有するダイ１が設けられている。ここでは、リードフレーム３に搭載された樹脂パッケージ３１の周囲を取り囲むように、例えば合計４つのパンチ受け孔１ａがダイ１に設けられている。そして、パンチ受け孔１ａに連通する形で集塵用の孔１２が下型１０に設けられている。また、下型１０にはガイドポスト１３が設けられ、このガイドポスト１３に上型２０が摺動自在に係合支持されている。なお、下型１０上には、後述するパンチガイド２２の下降側への移動を制限するためのパンチガイドストッパー１４が設けられている。

上型２０は、パンチ受け孔１ａに対して挿脱可能に設けられたパンチ２と、パンチ２を係合支持するパンチガイド２２とを有している。パンチガイド２２は、バネ等の弾性体２３を介して上型２０に設けられ、上型２０に摺動自在に係合支持されている。そして、パンチ２が、パンチガイド２２に案内されるように、このパンチガイド２２に対して上下に移動するようになっている。ここでは、パンチ受け孔１ａに対応して合計４つのパンチ２が垂設されている。

ここで、パンチ２とダイ１について、図３を用いて詳細に説明する。図３は、実施の形態に係る切断金型装置の要部構成を示す拡大模式図である。図３（ａ）は、実施の形態に係る切断金型装置の要部平面図、図３（ｂ）は、実施の形態に係る切断金型装置の要部側断面図をそれぞれ示している。

本実施の形態では、パンチ２は、図３に示すように、上型２０に対して固設された第１パンチ２ａと、上型２０に対して弾性体２５を介して設けられた第２パンチ２ｂとを有している。第２パンチ２ｂは、上型２０に対して摺動自在に係合支持されている。各パンチ受け孔１ａのそれぞれに、第１パンチ２ａと第２パンチ２ｂとが対向して設けられている。ここでは、第１パンチ２ａは、例えば上型２０に対して固設されている第１パンチ固定プレート２４ａに、その一端が固定されている。一方、第２パンチ２ｂは、バネ等の弾性体２５を介して上型２０に摺動自在に設けられている第２パンチ固定プレート２４ｂに、その一端が固定されている。なお、第２パンチ２ｂと上型２０との間に設けられた弾性体２５の弾性力は、パンチ２がリードフレーム３を切断できる切断力よりも大きく、上型２０を下型１０に向けて下降させるプレス圧力よりも小さいものに設定されている。

そして、本実施の形態では、ダイ１が、パンチ受け孔１ａ内に、第２パンチ２ｂの下降側への移動を制限するためのパンチストッパー１ｂを有している。パンチストッパー１ｂは、例えば、図３（ｂ）に示すように、パンチ受け孔１ａの側面に設けられた突出部であってもよい。このパンチストッパー１ｂに第２パンチ２ｂの下端の切断面が当接することによって、第２パンチ２ｂの下降側への移動を停止させることができる。パンチストッパー１ｂは、これによって停止された第２パンチ２ｂの下死点（下降端）が、第１パンチ２ａの下死点よりも０．数ｍｍ程度上方に位置するように設けられていることが好ましい。

なお、パンチストッパー１ｂは、第２パンチ２ｂの切断面のうち、リードフレーム３の不要部分３ａとオーバーラップしない部分と接触するように設けられていることが好ましい。すなわち、パンチストッパー１ｂは、第２パンチ２ｂの切断面の一部と接触するように設けられている。これにより、パンチストッパー１ｂによって第２パンチ２ｂが停止した際、これらパンチストッパー１ｂと第２パンチ２ｂの間に切断カス３ｂが挟まれるのを防止できる。

また、パンチストッパー１ｂは、第２パンチ２ｂが第１パンチ２ａとともにリードフレーム３の不要部分３ａを打ち抜くのに十分な深さに設けられていることが好ましい。これにより、リードフレーム３の不要部分３ａを第１パンチ２ａと第２パンチ２ｂとで切断除去した後、第２パンチ２ｂをパンチストッパー１ｂで停止できる。

続いて、本実施の形態に係る切断金型装置の動作について説明する。まず、図１及び図２に示すように、上型２０と下型１０とが開いた状態で、切断対象となる樹脂封止済みリードフレーム３を図示しない搬送機構により搬送させて、ダイ１の上に配置させる。続いて、上型２０を下型１０側に閉じる動作を行う。これにより、上型２０がガイドポスト１３に沿ってスライド（摺動）し、下型１０に対して相対的に下降する。このとき、上型２０と一緒にパンチ２及びパンチガイド２２が下降し、最初にパンチガイド２２がパンチガイドストッパー１４に接触する。これにより、パンチガイド２２の下降側への移動が停止する。

この状態から更に上型２０が下降すると、パンチガイド２２からパンチ２の先端部が突出する。すなわち、パンチガイド２２は、上型２０が下降しても弾性体２３が縮むのでパンチガイドストッパー１４に当接したまま下降しないが、パンチ２は上型２０とともに下降し、パンチガイド２２に対して下側に移動する。パンチ２は、パンチガイド２２にガイドされつつ、パンチ受け孔１ａへと向けて降下移動する。このとき、パンチ２は、第１パンチ２ａの下端の切断面と第２パンチ２ｂの下端の切断面とが同一面上に位置するよう降下していく。

そして、パンチ２がリードフレーム３の不要部分３ａに突き当たり、そのままパンチ２の先端部がダイ１側のパンチ受け孔１ａに挿入されることで、リードフレーム３の不要部分３ａが切断除去される。ここで、第２パンチ２ｂの上端側に設けられた弾性体２５がリードフレーム３を切断する切断力よりも強い弾性力を有しているため、第２パンチ２ｂはこの不要部分３ａに突き当たった後も第１パンチ２ａとともに下降を続ける。すなわち、第１パンチ２ａの下端の切断面と第２パンチ２ｂの下端の切断面とが同一面上に位置した状態のままパンチ受け孔１ａに挿入され、第１パンチ２ａと第２パンチ２ｂとによって不要部分３ａがリードフレーム３から切断される。このようにして切断された不要部分３ａは、切断カス３ｂとしてリードフレーム３から切断分離される。

不要部分３ａをリードフレーム３から切断後、第２パンチ２ｂの下端の切断面がパンチストッパー１ｂに接触する。ここで、第２パンチ２ｂの上端側に設けられた弾性体２５が上型２０を下降させるプレス圧力よりも弱い弾性力を有しているため、第２パンチ２ｂはパンチストッパー１ｂに接触すると下降側への移動を停止する。従って、この位置が第２パンチ２ｂの下死点となる。

そして、更に上型２０が下降すると、第１パンチ２ａが、第２パンチ２ｂに対して相対的に下側へ移動する。すなわち、第２パンチ２ｂは、上型２０が下降しても弾性体２５が縮むのでパンチストッパー１ｂに当接したまま下降しないが、第１パンチ２ａは上型２０とともに下降する。そして、第１パンチ２ａは、第２パンチ２ｂの下死点よりも０．数ｍｍ程度下方で、下死点に到達する。すなわち、下死点が、第１パンチ２ａと第２パンチ２ｂとで０．数ｍｍずれた状態にある。

このように、上型２０を下降させるプレス圧力によって第１パンチ２ａと第２パンチ２ｂの下死点をずらすことにより、切断カス３ｂがパンチ２に食い込む食い込み面積を小さくすることができる。そのため、第２パンチ２ｂが下死点に達するまでに切断カス３ｂがパンチ２の先端から分離されなかった場合でも、そこから第１パンチ２ａが下死点に達するまでの間に、容易に切断カス３ｂをパンチ２先端から落とすことができる。従って、パンチ２先端から確実に切断カスを分離することができる。パンチ２先端から分離された切断カス３ｂは、集塵用の孔１２から排出される。

このようにして、第１パンチ２ａが下死点に到達するまで上型２０を下降させた後、上型２０を上昇させて、パンチ２を上死点まで戻す動作を行う。これによってパンチ２の先端部もパンチ受け孔１ａから引き抜かれることになる。本実施の形態では、パンチ２先端から確実に切断カス３ｂが分離されるため、切断カス３ｂがパンチ２の先端に付着したまま引き上げられることがなく、カス上がりを防止できる。

以上のように、本実施の形態では、パンチ２が第１パンチ２ａと第２パンチ２ｂとに２分割されている。そして、第２パンチ２ｂが第１パンチ２ａと協働してリードフレーム３を切断した後、第２パンチ２ｂの下死点がパンチ受け孔１ａ内に設けられたパンチストッパー１ｂにより制限されて、第１パンチ２ａの下死点が第２パンチの下死点よりも下になるよう構成されている。これにより、パンチ２を下降させる圧力で第１パンチ２ａと第２パンチ２ｂの下死点をずらすことができるので、切断カスをパンチ２先端から落とすことが可能である。従って、本実施の形態によれば、パンチの先端部から確実に切断カスを分離させることができる切断金型装置、及びそれを用いた切断方法を提供することができる。

本実施の形態の切断金型装置は、上述したように、第１パンチ２ａと第２パンチ２ｂとでリードフレーム３の不要部分３ａを打ち抜き、その後、第１パンチ２ａと第２パンチ２ｂとを相対的にずらすことでパンチ２に付着した切断カス３ｂを落とすよう構成されているが、特許文献２の切断金型装置にはこのような機能はない。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記実施の形態では、パンチ２を２分割する場合について例示的に説明をしたが、それに限定されるものではなく、パンチ２は、少なくとも第１パンチ２ａと第２パンチ２ｂを含む複数のパンチに分割されていればよい。

１ ダイ、１ａ パンチ受け孔、１ｂ パンチストッパー、
２ パンチ、２ａ 第１パンチ、２ｂ 第２パンチ、
３ リードフレーム、３ａ 不要部分、３ｂ 切断カス、
１０ 下型、１２ 集塵用の孔、１３ ガイドポスト、
１４ パンチガイドストッパー、
２０ 上型、２２ パンチガイド、２３ 弾性体、
２４ａ 第１パンチ固定プレート、２４ｂ 第２パンチ固定プレート、
２５ 弾性体、３１ 樹脂パッケージ、
１１２ パンチ、１１４Ｂ パンチ固定部材、
１１４Ｈ エアー流路、１５０ ダイ、１５０Ｈ パンチ受け孔、
２０２ａ 切断カス、２２０Ａ ダイ、２３２ パンチ、２４２ 落下部、
３２０ パンチ、３２５ パンチ、３４０ 板材、
６０４ パンチ、６１４ エアー流路、６１５ 吹出口

Claims (6)

1. パンチ受け孔を有するダイと、前記パンチ受け孔に対して挿脱可能に設けられたパンチとにより切断対象となる薄板材を切断する切断金型装置であって、
   前記パンチが、第１パンチと第２パンチとを含む複数のパンチに分割され、
   前記第２パンチは、前記第１パンチと協働して前記薄板材を切断するとともに、その下死点が前記パンチ受け孔内に設けられたパンチストッパーにより制限され、
   前記第１パンチの下死点が前記第２パンチの下死点よりも下になっている切断金型装置。
2. 前記ダイが固定された下型と、
   前記パンチが設けられ、前記下型に対して相対的に昇降可能な上型と、をさらに備え、
   前記第２パンチは、前記上型に対して弾性体を介して設けられている請求項１に記載の切断金型装置。
3. 前記第１パンチは、前記上型に固設されている請求項２に記載の切断金型装置。
4. 前記弾性体の弾性力は、前記第２パンチが前記薄板材を切断できる切断力よりも大きく、前記上型を前記下型に向けて下降させる圧力よりも小さい請求項２又は３に記載の切断金型装置。
5. 前記パンチストッパーは、前記パンチ受け孔内において、前記第２パンチが前記第１パンチとともに前記薄板材を切断除去するのに十分な深さに設けられている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の切断金型装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の切断金型を用いた切断方法であって、
   前記第１パンチ下端の切断面と前記第２パンチ下端の切断面とが同一面上にある状態で、前記第１パンチと前記第２パンチとを前記パンチ受け孔に挿入して前記薄板材を切断し、
   前記薄板材の切断後、前記第２パンチを前記パンチストッパーに当接させることにより、前記第１パンチ下端の切断面と前記第２パンチ下端の切断面の位置を異ならせる切断方法。

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