JP4215317B2

JP4215317B2 - Ｉｃリードフレーム用切断刃およびその製造方法

Info

Publication number: JP4215317B2
Application number: JP32247998A
Authority: JP
Inventors: 圭一津田; 明彦池ヶ谷
Original assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Current assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Priority date: 1998-11-12
Filing date: 1998-11-12
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2018-11-12
Also published as: JP2000144300A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、耐摩耗性、耐欠損性、経済性に優れるＩＣリードフレーム用切断刃とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣリードフレーム用切断刃は、寿命の長いもの、即ち、耐摩耗性、耐欠損性をより高めたものが望まれているが、その２つの要求に応え、同時に経済性も向上させたものはまだ無い。
【０００３】
耐摩耗性に優れる材料としては、例えば（１）特開平４−１９８４５３号公報に示されるもの、（２）特開平５−５９４８１号公報に示されるもの、或いは、（３）特開平４−２０２７３８号公報に示されるものがある。
【０００４】
（１）は、ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族金属元素の特定粒径の炭化物質の硬質相と特定量の鉄族の金属結合相とから成る超硬合金であって、ビッカース硬度が１８００以上ある。
【０００５】
また、（２）は、ＷＣを主体にしてＭｏやＭｏ₂ＣやＶＣの硬質相を加え、さらに、Ｃｏベースの結合相を加えた超硬合金であって、ビッカース硬度が２３００以上ある。
【０００６】
さらに、（３）は、平均粒径の小さなＷＣ−Ｃｏ系超硬合金であって、飽和磁化量とＣｏ量との関係を特定することで強度と安定性を向上させて微細加工での適性を向上させている。
【０００７】
しかしながら、上記（１）〜（３）の超硬合金は、高硬度化により耐摩耗性が飛躍的に向上している反面、耐欠損性が低下し、ＩＣリードフレーム用切断刃の材料としては、満足のいくものではなかった。
【０００８】
一方、特開平７−２４２９８２号公報は、ｃＢＮ（立方晶窒化硼素）の刃先部と超硬合金のボディを複合化したタイバーカットパンチ（ＩＣリードフレーム用切断刃）を開示している。これは、刃先部がｃＢＮ多結晶焼結体であるので耐摩耗性に優れ、また、ボディは超硬合金であるため耐欠損性に優れる。しかし、高価なｃＢＮ多結晶焼結体を用いているのでコストアップが避けられない。また、超硬合金と異種材料のｃＢＮ多結晶焼結体を接合しているため、接合強度にも問題があり、ボディによる刃先部の補強効果（ボディによる刃先部の欠損防止効果）もあまり期待できない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
超硬合金は、耐摩耗性材料の中で最も一般的な材料であり、他の耐摩耗性材料に比べて安価であるが、耐摩耗性と耐欠損性の双方に優れるものがなく、従って、超硬合金を材料にしたＩＣリードフレーム用切断刃は、早期摩耗又は欠損が生じて短寿命となる。
【００１０】
一方、刃先部をｃＢＮ多結晶焼結体で形成した特開平７−２４２９８２号公報のタイバーカットは、コスト高となり、ボディによる刃先部の補強が充分でないため、耐欠損性にも問題がある。
【００１１】
そこで、この発明は、耐摩耗性と耐欠損性を両立させ、さらに、経済性やボディによる刃先部補強効果も高めたＩＣリードフレーム用切断刃とその切断刃の製造方法を提供することを課題としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明においては、次の２つのＩＣリードフレーム用切断刃を提供する。
【００１３】
そのひとつ（以下、第１発明品と云う）は、下記Ａの超硬合金で形成される刃先部と、下記Ｂの超硬合金で形成されるボディ部が金属結合相を介して一体に接合されて成る。
Ａ：重量比でＷＣを９５％以上、９９．８％未満含有し、残部がＣｏ又はＮｉもしくはＣｏ、Ｎｉの両者と不可避不純物の金属結合相で構成された、抗折力が５０ｋｇ／ｍｍ²以上、ビッカース硬度が２０００以上の超硬合金。
Ｂ：重量比でＷＣを８５％以上、９５％未満含有し、残部がＣｏ又はＮｉもしくはＣｏ、Ｎｉの両者と不可避不純物の金属結合相で構成された、抗折力が３００ｋｇ／ｍｍ²以上、ビッカース硬度が１５００以上の超硬合金。
【００１４】
また、他のひとつ（以下、第２発明品と云う）は、下記Ｃの超硬合金で形成される刃先部と、下記Ｄの超硬合金で形成されるボディ部が金属結合相を介して一体に接合されて成る。
Ｃ：重量比でＷＣを９０％以上、９８％未満、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴａＣ、ＮｂＣ、Ｍｏ₂Ｃ、ＶＣ、Ｃｒ₃Ｃ₂の中から選ばれた物質の少なくとも１種を０．１％以上、１０％未満含有し、残部がＣｏ又はＮｉもしくはＣｏ、Ｎｉの両者と不可避不純物の金属結合相で構成され、かつその金属結合相の含有量が超硬合金Ｄよりも少なく、抗折力が５０ｋｇ／ｍｍ²以上、ビッカース硬度が２０００以上の超硬合金。
Ｄ：重量比でＷＣを８５％以上、９５％未満、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴａＣ、ＮｂＣ、Ｍｏ₂Ｃ、ＶＣ、Ｃｒ₃Ｃ₂の中から選ばれた物質の少なくとも１種を０．１％以上、１０％未満含有し、残部がＣｏ又はＮｉもしくはＣｏ、Ｎｉの両者と不可避不純物の金属結合相で構成された、抗折力が３００ｋｇ／ｍｍ²以上、ビッカース硬度が１５００以上の超硬合金。
【００１５】
これ等の切断刃は、刃先部とボディ部の各超硬合金の金属結合相の含有量に差がつくようにしている（刃先部側が少ない）が、その差が大きくなる場合には、刃先部とボディ部との間に超硬合金で形成される中間層を介在し、その中間層の金属結合相の含有量を刃先部より多く、ボディ部より少なくし、かつ、刃先部からボディ部側に向かって増加させた構成にすると望ましい。
【００１６】
また、刃先部及びボディ部の超硬合金中に含まれるＷＣ粒子の粒径が、１．０μｍ未満であるものが望ましい。
【００１７】
さらに、表面に、ＣＶＤ法又はＰＶＤ法によるＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、Ａｌ₂Ｏ₃又はダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）の被覆層を設けるのも好ましい。この場合の被覆層は上記材料のどれかひとつの層であってもよいし、異なる材料を複数積層した層であってもよい。上記の中間層も単層、多層を問わない。
【００１８】
また、これ等の切断刃は、ボディ部用の超硬合金粉末と刃先部用の超硬合金粉末又はボディ部用の超硬合金粉末と中間層用の超硬合金粉末と刃先部用超硬合金粉末を順に黒鉛型に充填し、その粉末に黒鉛パンチで２００ｋｇ／ｃｍ²以上、５００ｋｇ／ｃｍ²以下の圧力を加え、その加圧下で黒鉛型及び黒鉛パンチに通電して黒鉛型を１０００℃以上、１５００℃未満に発熱させ、この状態を５分以上、１０分未満保持して黒鉛型内の超硬合金粉末を焼結一体化する通電加圧焼結法で製造すると好ましい。
【００１９】
【作用】
第１発明品、第２発明品とも、刃先部をビッカース硬度の高い超硬合金で、ボディ部を抗折力の高い超硬合金で各々形成し、その２種類の超硬合金をそれぞれの合金に含まれる金属結合層を介して一体化させることで耐摩耗性と耐欠損性を両立させている。
【００２０】
刃先部の耐摩耗性は、ｃＢＮ多結晶焼結体を用いた特開平７−２４２９８２号のタイバーカットの方が勝るが、これは、刃先部とボディ部の接合強度、つまりはボディによる刃先部の補強に問題がある。これに対し、この発明の切断刃は、超硬合金の金属結合相が結びついて抗折力の高いボディ部が刃先部をしっかり支えるため、耐欠損性が上記のタイバーカットよりも向上し、耐摩耗性と耐欠損性がバランス良く発揮されて寿命が延びる。
【００２１】
また、刃先部も安価な超硬合金を用いているのでコストも下がる。
【００２２】
ここで、第１発明品において、刃先部（超硬合金Ａ）のＷＣ含有量を限定したのは、その量が９５％（重量比％、以下も同じ）未満では所望の硬度が得られず、耐摩耗性が不足し、一方、９９．８％以上では硬く脆くなって刃先のチッピング（微少欠け）を起こすからである。
【００２３】
ボディ部（超硬合金Ｂ）のＷＣ含有量も、８５％未満では硬さが不足して使用中にボディ部が座屈を生じ、９５％以上では所望の抗折力が得られず、突発的な欠損を起こす可能性があるので８５％以上、９５％未満にした。
【００２４】
さらに、刃先部の抗折力を５０ｋｇ／ｍｍ²以上としたのは、それ未満の値ではチッピングを起こし易いからである。また刃先部のビッカース硬度を２０００以上としたのは、同数値に満たない硬度では従来品と差別化できるだけの耐摩耗性が得られないからである。なお、この抗折力、硬度は高いほど良いので上限を定めていないが、超硬合金Ａの組成での抗折力の上限は３００ｋｇ／ｍｍ²、ビッカース硬度の上限は２７００程度と考えられる。
【００２５】
ボディ部の抗折力を３００ｋｇ／ｍｍ²以上としたのは、これ未満では突発的な欠損が考えられるからである。また、このボディ部のビッカース硬度を１５００以上としたのは、使用中の座屈を回避するためである。この場合も、抗折力、ビッカース硬度は高いほどほいが、超硬合金Ｂの組成での抗折力の上限は６０００ｋｇ／ｍｍ²、ビッカース高度の上限は２０００程度と考えられる。
【００２６】
第２発明品も、上記と同様の理由から、刃先部の超硬合金Ｃとボディの超硬合金ＤのＷＣ含有量、抗折力、ビッカース硬度に限定を加えた。この第２発明品は、リードフレーム切断時にＩＣのパッケージであるレジン樹脂も一緒に切断するときに特に有効なものである。刃先部、ボディ部の各超硬合金に含ませたＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴａＣ、ＮｂＣ、Ｍｏ₂Ｃ、ＶＣ、Ｃｒ₃Ｃ₂がレジン樹脂に対して優れた耐摩耗性を発揮し、延命効果を高めるからである。
【００２７】
この場合、上記元素の炭化物、炭窒化物の添加量が０．１％以下では顕著な効果が現れず、逆に１０％を越えると、超硬合金Ｃ、Ｄが硬く脆くなって刃先部ではチッピング、ボディ部では突発的な欠損の問題が生じて好ましくない。このように、第２発明品は、Ｔｉの炭化物等の硬質相の添加により刃先部、ボディ部の硬度が高まるので、刃先部、ボディ部ともＷＣ含有量を第１発明品より若干少なくしてビッカース硬度を調整している。
【００２８】
この発明の切断刃は、上記超硬合金ＡとＢ又はＣとＤの組合わせにより、ボディ部の金属結合相含有量が刃先部の金属結合相含有量よりも多くなって、ボディ部の熱膨張係数が刃先部のそれより大きくなり、ボディ部との熱膨張差で刃先部に圧縮残留応力が発現する。そのため、刃先部のチッピングが起こり難くなり、これによっても耐欠損性が高められる。
【００２９】
但し、刃先部とボディ部の金属結合相含有量の差が１０％を越えると、刃先部の圧縮残留応力が大きくなり過ぎ、寿命に影響しない程度の微小欠陥でも、それが刃先部にあったならそこを起点に切断刃が大破することがある。そこで、このようなときに上記の中間層を設ける。この中間層は、刃先部側からボディ側に向かって金属結合相の含有量を増加させることで熱膨張係数を変化させており、刃先部とボディ部間での熱膨張係数の急変を防止して刃先部の圧縮残留応力を実用化レベルまで低減させる効果をもつ。
【００３０】
なお、刃先部、ボディ部の合金に含まれるＷＣ粒子の粒径が１μｍ以上あるとアブレイシブ摩耗以外にＷＣ粒子の脱落により摩耗が進行する場合があるので、ＷＣの粒径は１μｍ以下にするのがよい。その粒径は細かいほどよく、下限はないが、現状の技術レベルでは０．３μｍ程度が限界である。
【００３１】
次に、この発明の切断刃の製造を通電加圧焼結法で行うと、金属結合相が結びついて各部の超硬合金の接合が強固になされる。また、中間層を設ける場合、その中間層の金属結合相の量を変化させるのも容易である。例えば、中間層を多層構造にして各層の超硬合金粉末の金属結合相量を変える方法で傾斜組成の中間層を形成できる。従って、現状の接合技術ではこの方法が最良と考えられる。この方法での黒鉛パンチによる加圧力が２００ｋｇ／ｍｍ²未満では、超硬合金にポア（いわゆる巣）が発生し易く、一方、５００ｋｇ／ｍｍ²以上では黒鉛型が破損し易く、経済的でない。
【００３２】
また、焼結温度が１０００℃未満では超硬合金の緻密化が充分でなく、１５００℃を越えると金属結合相が溶出するので好ましくない。焼結温度の保持時間も５分未満では各部の超硬合金の均一焼成ができず、１０分を越えると各部の超硬合金の組成の均一化が起こり、所望の特性を得ることができなくなる。以上の理由から、加圧力、焼結温度、保持時間に限定を加えた。
【００３３】
【発明の実施の形態】
図１、図２に、この発明の切断刃の概要を示す。図の１は刃先部、２はボディ部、３は中間層であり、これ等は焼結によって一体化している。なお、第１発明品は、刃先部１を前述の超硬合金Ａで、ボディ部２を超硬合金Ｂで各々形成し、第２発明品は刃先部１を前述の超硬合金Ｃで、ボディ部２を超硬合金Ｄで各々形成する。
【００３４】
図２の切断刃の中間層３を構成する超硬合金は、金属結合相の含有量が刃先部１側からボディ部２側に行くにつれて増加し、刃先部１との接合部は刃先部１の超硬合金に近似した組成、ボディ部２との接合部はボディ部２の超硬合金に近似した組成になっている。この中間層２は、単層構造、多層構造のどちらであってもよい。
【００３５】
なお、刃先部１の厚みは、切断するリードフレームもしくはＩＣパッケージの厚みよりも３ｍｍ程度大きくしておくのが好ましい。ボディ部２は、ホルダ（図示せず）への取付けを安定して行える厚みにする必要がある。中間層３の厚みは１ｍｍ〜１０ｍｍぐらいが好ましい。従って、一般的には中間層厚み＜刃先部厚み＜ボディ部厚みの関係が成立するものになる。
【００３６】
図３は、通電加圧焼結法による切断刃の製造方法を示している。図中４は、黒鉛ブロック５で支持した黒鉛型であり、外枠４ａと抜き取り自在の底蓋４ｂとから成る。この黒鉛型４内にボディ部用超硬合金Ｂ（又はＤ）の粉末、中間層用超硬合金Ｅの粉末（これは省く場合がある）、刃先部用超硬合金Ａ（又はＣ）の粉末を順に充填し、黒鉛パンチ６で所定の圧力を加える。そして、その加圧下で電極７、８を介して黒鉛型４及び黒鉛パンチ６に通電し（９は電源）、所定の温度を所定時間保持して各部の超硬合金粉末を焼結一体化する。
【００３７】
以下に、より詳細な実施例を挙げる。
【００３８】
−実施例１−
表１に示す組成の超硬合金粉末を準備し、ボディ部用、刃先部用又はボディ部用、中間層用、刃先部用の順に超硬合金粉末を黒鉛型に充填し、黒鉛パンチにより４００ｋｇ／ｍｍ²の圧力を加えてその加圧下で黒鉛型及び黒鉛パンチに通電して黒鉛型を１２００℃に発熱させ、その状態を７分間保持して、サンプル１〜２０を得た。また、従来品として、ＷＣ−２％Ｃｏの組成の超硬合金イとＷＣ粒度の異なるＷＣ−１０％Ｃｏの組成の２種類の超硬合金ロ、ハを準備した。表１に、各サンプルの刃先部、ボディ部、中間層並びに従来品の抗折力とビッカース硬度を示す。
【００３９】
【表１】

【００４０】
次に、サンプル１〜２０及び従来品を用いて０．５ｍｍ径の銅製リードフレームを切断し、寿命に至るまでの切断回数を調べた。この試験での寿命判定は、切断刃の摩耗によって切断後のリードフレームに０．１ｍｍのバリが発生した時点を寿命とした。結果を表２に示す。
【００４１】
【表２】

【００４２】
−実施例２−
実施例１のサンプル２０及び従来品を用いて０．７ｍｍ径の銅製リードフレームをパッケージのレジン樹脂と共に切断し、寿命までの切断回数を調べた。この場合の寿命判定は、切断刃の欠損もしくは摩耗により切断したレジン樹脂に０．１ｍｍのバリが発生した時点とした。結果を表３に示す。
【００４３】
【表３】

【００４４】
−実施例３−
刃先部、ボディ部の材料として、実施例１のサンプル１と同一組成の超硬合金粉末を用い、実施例１で採用した通電加圧焼結法における加圧力、焼結温度、その温度の保持時間を表４のように変化させて同表に示すサンプル２１〜３３を得た。これ等のサンプルの刃先部とボディ部の抗折力とビッカース硬度を表４に示す。
【００４５】
【表４】

【００４６】
−実施例４−
実施例１のサンプル１の表面に表５に示す材料の被覆層をＣＶＤ法にて形成し、こうして得られたサンプル３４〜３８で０．７ｍｍ径の銅製リードフレームをパッケージのレジン樹脂と共に切断した。この試験での寿命までの切断回数を表５に示す。なお、寿命判定の基準は実施例２と同じである。
【００４７】
【表５】

【００４８】
【発明の効果】
この発明の切断刃は、特性の異なる超硬合金を刃先部とボディ部とで使い分け、さらに、その２種類の超硬合金を共通の金属結合相を介して一体に接合することにより、耐摩耗性に優れる反面、抗折力に問題のある刃先部の超硬合金を抗折力に優れるボディ部の超硬合金でしっかりと支えて耐摩耗性と耐欠損性を両立させたので、上記の実施例から判るように、従来品に比べて寿命が大巾に向上する。
【００４９】
また、材料が全て超硬合金であるので経済性にも優れる。
【００５０】
なお、刃先部とボディ部の超硬合金にＴｉの炭化物、炭窒化物やＴａ、Ｎｂなどの炭化物を添加したものは、ＩＣの樹脂パッケージを一緒に切断する場合の寿命向上に顕著な効果を奏する。
【００５１】
また、刃先部とボディ部間に中間層を介在したものは、熱膨張係数差による刃先部の圧縮残留応力を適正レベルに制御できる。
【００５２】
さらに、刃先部、ボディ部の超硬合金に含まれるＷＣ粒子の粒径を１μｍ以下にしたものはＷＣ粒子の脱落が防止されて耐摩耗性がより良くなる。
【００５３】
このほか、表面に硬質材の被覆層を設けたものは、被覆層による耐摩耗性の向上で寿命がより一層延びる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の切断刃の概要を示す断面図
【図２】中間層を設けた切断刃の断面図
【図３】この発明の切断刃の製造法（通電加圧焼結法）を示す概念図
【符号の説明】
１刃先部
２ボディ部
３中間層
４黒鉛型
５黒鉛ブロック
６黒鉛パンチ
７、８電極
９電源

Claims

下記Ａの超硬合金で形成される刃先部と、下記Ｂの超硬合金で形成されるボディ部が金属結合相を介して一体に接合されて成るＩＣリードフレーム用切断刃。
Ａ：重量比でＷＣを９５％以上、９９．８％未満含有し、残部がＣｏ又はＮｉもしくはＣｏ、Ｎｉの両者と不可避不純物の金属結合相で構成された、抗折力が５０ｋｇ／ｍｍ²以上、ビッカース硬度が２０００以上の超硬合金。
Ｂ：重量比でＷＣを８５％以上、９５％未満含有し、残部がＣｏ又はＮｉもしくはＣｏ、Ｎｉの両者と不可避不純物の金属結合相で構成された、抗折力が３００ｋｇ／ｍｍ²以上、ビッカース硬度が１５００以上の超硬合金。
下記Ｃの超硬合金で形成される刃先部と、下記Ｄの超硬合金で形成されるボディ部が金属結合相を介して一体に接合されて成るＩＣリードフレーム用切断刃。
Ｃ：重量比でＷＣを９０％以上、９８％未満、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴａＣ、ＮｂＣ、Ｍｏ₂Ｃ、ＶＣ、Ｃｒ₃Ｃ₂の中から選ばれた物質の少なくとも１種を０．１％以上、１０％未満含有し、残部がＣｏ又はＮｉもしくはＣｏ、Ｎｉの両者と不可避不純物の金属結合相で構成され、かつその金属結合相の含有量が超硬合金Ｄよりも少なく、抗折力が５０ｋｇ／ｍｍ²以上、ビッカース硬度が２０００以上の超硬合金。
Ｄ：重量比でＷＣを８５％以上、９５％未満、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴａＣ、ＮｂＣ、Ｍｏ₂Ｃ、ＶＣ、Ｃｒ₃Ｃ₂の中から選ばれた物質の少なくとも１種を０．１％以上、１０％未満含有し、残部がＣｏ又はＮｉもしくはＣｏ、Ｎｉの両者と不可避不純物の金属結合相で構成された、抗折力が３００ｋｇ／ｍｍ²以上、ビッカース硬度が１５００以上の超硬合金。
刃先部とボディ部との間に超硬合金で形成される中間層を介在し、その中間層の金属結合相の含有量を刃先部より多く、ボディ部より少なくし、かつ、刃先部からボディ部側に向かって増加させたことを特徴とする請求項１又は２記載のＩＣリードフレーム用切断刃。
刃先部及びボディ部の超硬合金中に含まれるＷＣ粒子の粒径が、１．０μｍ未満であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＩＣリードフレーム用切断刃。
表面に、ＣＶＤ法又はＰＶＤ法によるＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、Ａｌ₂Ｏ₃又はダイヤモンドライクカーボンの被覆層を設けた請求項１乃至４のいずれかに記載のＩＣリードフレーム用切断刃。
ボディ部用の前記Ｂ又はＤの超硬合金の粉末と刃先部用の前記Ａ又はＣの超硬合金の粉末、もしくは、ボディ部用の前記Ｂ又はＤの超硬合金の粉末と金属結合相の含有量を刃先部より多く、ボディ部より少なくした中間層用の超硬合金の粉末と刃先部用の前記Ａ又はＣの超硬合金の粉末を順に黒鉛型に充填し、その粉末に黒鉛パンチで２００ｋｇ／ｃｍ^２以上、５００ｋｇ／ｃｍ^２以下の圧力を加え、その加圧下で黒鉛型及び黒鉛パンチに通電して黒鉛型を１０００℃以上、１５００℃未満に発熱させ、この状態を５分以上、１０分未満保持して黒鉛型内の超硬合金粉末を焼結一体化することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のＩＣリードフレーム用切断刃の製造方法。