专利名称:切割金属板的切割装置以及用这种装置切割金属板的方法
技术领域:
本发明涉及切割金属板的切割装置,以及使用这种装置切割金属板的方法;更具体地说,本发明涉及适合用于切割金属板,例如在其表面上镀有金属层的引线框的切割装置,以及涉及到使用这种装置切割金属板的方法。
引线框是一种与半导体元件相连的金属板。目前,在使用切割装置剪切引线框时,引线框被放置在支承模上,并由压杆压在支承模上以保持这一状态。然后,使冲头朝着模孔下降,以这种方式通过支承模和冲头来切割引线框。引线框的剪切切割面大致是垂直状态的。
因此,铅材料暴露在切割面上。因而在半导体元件切割之后的加工过程中,焊料难以附着在引线框的切割面上。
因此,经验表明,焊料将难以连结到引线框的接点上,这会造成电阻增大,连接强度降低、切割面锈蚀以及其它种种问题,因而降低了质量的可靠性。
此外,焊接凸起不能凸出到引线框接点的外面。因此,例如在焊接光学检测装置下检测时,焊接凸起的高度不够会增大废品率,有可能会被认为是焊接缺陷而加以剔除。
对于上面所述的铅材料暴露在引线框的切割面上,作为补救措施,有一种方式是在冲头端部的一侧上成形出一个平面形或弧形的倒角部分。
另一种现有技术提出了一种结构,将支承模的模孔与冲头之间的间隙设定为引线框板厚尺寸的14%-20%。
上述这些现有技术的设计是利用倒角或间隙产生出对引线框的纯化的剪切作用,并且利用此时发生在切割面上的拉延或延展的镀层部分来覆盖住引线框的切割面,从而尽可能地避免铅材料暴露在切割面上。
此外,这些现有技术在冲头端部的一侧上制造出一个弧形或平面形的倒角部分,以促使镀层产生出拉延部分。
然而,上述的现有技术没有对冲头形状以及冲头与模孔之间的间隙予以综合考虑,结果是延展到引线框切割面上的镀层只是很小的一部分。
另外,由于倒角部分只成形在冲头的一侧上,在冲头下降时引线框的另一侧首先被剪切。因此,对于这些现有技术来说,断裂载荷集中在倒角部分上,由于这一载荷而使引线框在开始阶段就被切下。于是现有技术将难以充分地解决上述的种种问题。
因此,本发明的目的是要提供金属板的切割装置,它能够利用金属镀层的拉延部分覆盖住由于金属板的切割而露出来的切割面,以避免暴露出切割面;还要提供一种基于这种切割装置的切割金属板的方法。
本发明的另一目的是要提供金属板的切割装置,该发明应用于切割半导体元件的引线框,它能够利用焊料镀层覆盖住半导体元件引线框切口处的接点,以利于形成焊接凸起,于是减少了半导体元件的焊接外观缺陷;还要提供一种使用这种切割装置切割金属板的方法。
本发明进一步的目的是要提供金属板的切割装置,它能够防止由于焊料不能连结到引线框的接点上而造成的电阻增大、连接强度降低、引线框切割面锈蚀等等缺陷,因而提高质量的可靠性;还要提供一种使用这种切割装置切割金属板的方法。
当本发明应用于切割半导体元件的引线框时,它能够利用焊料镀层覆盖住半导体元件引线框切口处的接点,从而有助于焊接凸起的形成,以减少半导体元件的焊接外观缺陷。
按照本发明,提供了一种用以切割金属板的切割装置,它包括支承模,该支承模具有沿第一方向延伸的用来安放金属板的安装面,支承模还具有—个孔,孔壁确定出一个从安装面沿着垂直于第一方向的第二方面延伸的模孔;可沿第二方向运动的,用以与支承模相配合通过插入到模孔中而切割金属板的冲头,冲头具有一个冲压金属板的端面和一对沿第二方向延伸的侧面,冲头还具有一对在端面和侧面之间延伸的并且与第一和第二方向相交的斜面,当冲头插入到模孔中时,冲头的每一侧面面对着孔壁并且在两者之间具有预定的间隙。
按照本发明,还提供了一种基于上述切割装置的切割金属板的方法,该装置用来切割带有镀层的金属板,它包括支承模,该支承模具有沿第一方向延伸的用来安放金属板的安装面,支承模还具有一个孔,孔壁确定出一个从安装面沿着垂直于第一方向的第二方向延伸的模孔;用来将金属板压在安装面上以便将金属板固定的加压件;以及可沿第二方向运动的,用以与支承模相配合通过插入到模孔中而切割金属板的冲头,冲头具有一个冲压金属板的端面和一对沿第二方向延伸的侧面,冲头还具有一对在端面和侧面之间延伸的并且与第一和第二方向相交的斜面,当冲头插入到模孔中时,冲头的每一侧面面对着孔壁并且在两者之间具有预定的间隙;该切割方法的步骤包括将金属板安放在安装面上;通过加压件将金属板压在支承模上以便将金属板固定;冲头从镀层上方下降,使冲头进入到模孔中,从而在通过每一斜面而减小金属板中的剪切应力的同时,在金属板中产生出使金属板变形的塑性变形力;沿金属板的厚度方向压延金属板,使镀层相互靠近,通过每—镀层的延伸而产生出一个拉延部分;以及通过冲头下降过程中产生的剪切应力将金属板切下。
通过下面结合附图对本发明较佳实施例的详细描述,本发明的目的和特点将变得更加清楚,其中
图1是现有切割装置的横截面图,并且表示了引线框切割方法的一个实例;图2是从切割侧观察的侧视图,表示了由图1所示切割装置切割的引线框切割面的状况;图3是另一种现有切割装置的横截面图;图4是从切割侧观察的侧视图,表示了由图3所示切割装置切割的引线框的切割面;图5是又一种现有切割装置的横截面图;图6A至6C是根据本发明第一实施例的切割装置的横截面图,这些图也是对使用该装置切割引线框的切割方法的很好的图示说明;图7是从切割侧观察的侧视图,表示了由图6A-6C切割装置切割的引线框切割面的状况;以及图8A至8C是根据本发明第二实施例的切割装置的横截面图,这些图也是对使用该装置切割引线框的切割方法的很好的图示说明。
为了有助于理解本发明,在描述本发明的实施例之前,对现有技术的金属板切割装置先加以描述。
目前,作为剪切金属板的装置,已知的有利用冲头剪冲金属板的切割装置。例如,使用切割装置来剪切和去掉半导体元件的引线框的一部分。
图1表示了使用现有切割装置切割引线框的一种方法。在图1中,半导体元件1配有金属板形式的引线框2,引线框与(未示出的)印刷电路板上的电路相连。切割装置包括用来承装半导体元件1和引线框2的支承模20,用来将引线框2压在支承模20上的加压件21,以及沿着垂直方向对准支承模20中的模孔作上下运动的冲头23。
引线框2包括金属铅材料4和金属镀层3a,3b,镀层是由金属材料镀在铅材料4的前后表面上而形成的。
在切割装置切割引线框时,引线框2和半导体元件1被放置在支承模20的安装面25上。然后,通过加压件21将引线框2压在支承模20上以便固定在那里。此时,引线框的将被切掉的那部分与支承模20中的模孔22相互对准。在这种情况下,使冲头23朝着模孔22下降,从而将支承模20和冲头23之间的引线框2切去。
在现有的这种切割装置中,为了提高引线框2被切割部分的切割特性,冲头23和模孔22之间的尺寸差值,即所谓的间隙,应设定为尽可能地小。
因此,如图2所示,被剪切的引线框2当然就具有大致垂直的切割面。于是,铅材料4显露在引线框2的切割面上;而且,切割面上几乎没有镀层3a。
而且,由于铅材料显露在引线框2的切割面上,在半导体元件1切割之后的加工过程中,焊料将难以附着在引线框2的切割面上。
因此,焊料难以连结在引线框2的接点上,这会造成电阻增大、连接强度降低、切割面锈蚀以及其它种种问题,因而降低了质量的可靠性。另外,经验表明,引线框2的接点上还难以形成焊接凸起,以及在自动焊接的光学检测装置中,由于焊接凸起的高度不够,会作为焊接缺陷而被剔除,这就会增大废品率。
作为引线框2的切割面上露出铅材料4的补救措施,在日本待审定专利公开3-264140中公开了一种已知的现有技术。在这种现有技术中,如图3所示,只在冲头23端部的一侧上设有平面形状的倒角部分24。
在切割引线框2时,由于有倒角部分24,镀层3a就很容易延展到切割面上。如图4所示,引线框2的切割面的一部分被延展过来的或者说拉延过来的镀层3a的一部分25所覆盖。
此外,日本待审定专利公开8-37262是另一种现有技术,如图5所示,只在冲头23端部的一侧上成形出弧形的倒角部分27。
还有,尽管未予以表示,日本待审定专利公开7-211838提出了另一种现有技术的结构,其中支承模和冲头之间的间隙被设定为引线框的板厚度的14%~21%。
在上述的现有技术中,通过倒角或间隙使得对于引线框的剪切作用变得纯化;利用拉延到切割面上的镀层部分,使切割面被镀层所覆盖,因而尽可能地防止铅材料暴露在切割面上。
然而,由于在上述现有技术的设计中,没有综合考虑冲头23的形状以及冲头23与模孔22之间的间隙,结果是拉延到引线框切割面上的镀层只是很小的一部分25。因此,切割面的1/2面积以上仍露出了铅材料。
在现有技术中,尤其是只在冲头23端部—侧上成形出弧形或平面形的倒角24,27以使镀层3a产生延展。因此,由于倒角部分24,27只在冲头23的一侧,当冲头向下运动时,冲头的另一侧先开始切割。因此,在这种现有技术的情形中,断裂载荷集中在倒角部分24、27上,从而由于这个载荷而使引线框2过早地切断。因此对现有技术来说,将难以有效地解决上述问题。
现在参照附图下面来描述按照本发明第一实施例的剪切金属板的切割装置。图6A至6C表示了本发明第一实施例的切割装置,还表示了金属板的切割方法。
在图6A中,切割装置包括支承模101,它具有用来放置金属板200的安装面100;用来将金属板200压在安装面100上并将它固定的加压件111;以及沿着垂直于安装面100的垂直方向作上下运动的冲头121。
支承模101具有模孔114,当冲头121下降时,冲头的端部122进入到该模孔中。在冲头121端部122的两侧上成形出一对倒角部分123,因此冲头的端部朝着其末端呈锥形。更具体地说,冲头121的端部具有锥形的形状,因而其平行于安装面100的宽度方向上的尺寸,随着接近于冲头121的末端而逐渐减小。
为了更具体地说明该实施例,下面就这样一种情形作出如下描述,其中用作引线框200的是与半导体元件300相连的金属板200。
引线框200包括铅材料204和金属镀层203a,203b,镀层成形在铅材料204的一对平行表面上。铅材料204是薄的金属板件,镀层203a,203b制作得比铅材料204更薄。
支承模101和冲头121都由高硬度的金属材料制成。如图6A所示,在模孔114和冲头121之间确定出所需的间隙。在图6A中,一对倒角部分123假定其平面部分的尺寸C=0.15mm。也就是说,这对倒角部分123产生—个具有上述假定的锥形。此外,间隙L设定为大约是引线框200板厚度的20%。
下面描述引线框200的切割方法;它使用了根据第一实施例的切割装置。
如图6A中所示,在使用切割装置切割引线框200的过程中,将半导体元件300和引线框200放置在支承模101上。然后,通过加压件111将引线框200压在支承模101的安装面100上,以使它固定在那里。
然后,如图6B中箭头所示,冲头121朝着安装面100下降,使冲头121进入到模孔114中。此时,如图6B中所示,由于冲头121端部的两侧都成形有倒角部分123,因此断裂载荷不会集中发生在冲头121两侧与支承模101之间,这样会消弱了剪切作用。此外,由于此时减弱了发生在引线框200中的剪切应力,在引线框中便产生了塑性变形力。与此同时,引线框200沿着板厚方向发生变形。因此,在引线框200上产生沿着板厚方向的拉延作用,从面使引线框200两个表面上的镀层203a,203b相互靠近。
再其后,如图6C中箭头所示,随着冲头121在模孔114中进一步降低,引线框200在板厚方向上的尺寸也减小到一个给定的厚度,并且最终由于剪切应力而将引线框200切下,此时,上表面的镀层203a延展覆盖的范围几乎相应于铅材料204的整个厚度。结果,如图7中所示,上表面镀层203a的一个拉延的或延展的部分205基本上与下表面镀层203b相接触。因此,铅材料204几乎被上表面镀层203a完全覆盖,这就避免了铅材料204暴露在切割面上。
在这个第一实施例中,焊料在引线框200接点上的附着率,与现有技术的0~70%相比,本例中大于95%。
此外,当半导体元件300被装到电路板上时,焊料在引线框200接点上的高度大致能够达到引线框200的板厚尺寸。当它在焊接外观自动检测装置下被检测时,由于焊接凸起高度不够而造成的废品率就可以减小到接近于零。
此外,还可以避免在质量可靠性方面的危害,例如电阻增大,连接强度的降低,以及引线框200切割面的锈蚀,这些都源于焊料不能连接到引线框200的接点上。
根据本发明人的实验,业已发现,镀层203a在引线框200的切割面上产生出适当的延展部分205的条件是制造在冲头121上的倒角部分123的尺寸设为C=0.1~0.2mm;以及,冲头121与支承模101之间的间隙的最佳范围是引线框200板厚尺寸的15%~25%。
图8A至8C表示了本发明第二实施例的金属板切割装置,还表示了金属板的切割方法。在对第二实施例的描述中,那些与第一实施例相同的元件被标以与前者相同的数字,为简洁起见,还将略去对它们的描述。
在这个第二实施例中,在冲头121端部122的两侧上成形出一对弧形的倒角部分125。构成这对倒角部分125的弧形结构的曲率半径R最好是0.1~0.2mm。此外,冲头121与支承模101之间的间隙L设定为与第一实施例相同。
在第二实施例的切割装置中,在切割引线框200的时候,如图8A中所示,半导体元件300被放置在支承模101上,以及用加压件111将引线框200压在支承模101的安装面100上,以将它固定在那里。然后,如图8B中所示,冲头121下降,进入到模孔114中。此时,由于成形在冲头121两侧上的一对倒角部分125,断裂载荷不会集中发生在冲头121两侧与支承模101之间,于是就减弱了剪切作用。同时,由于减弱了发生在引线框200中的剪切应力,引线框200中便产生了塑性变形力,因而引线框200沿着板厚方向产生变形。因此,引线框200沿板厚方向被拉延,引线框200两个表面上的镀层203a,203b于是就相互靠近。
随后,如图8C中所示,当冲头121进一步下降,从而引线框200的板厚减小到一个给定的厚度,引线框200由于剪切应力而被切下。此时,上表面的镀层203a产生出一个拉延的部分205,它延展覆盖的范围几乎相应于铅材料204的整个厚度。因此,引线框200切割面上的铅材料204几乎被上表面镀层203a完全覆盖,这就避免了铅材料204暴露在切割面上。
于是,象第一实施例那样,由于焊料凸起的高度不够而造成的废品率可以减小到接近于零。此外,还可以避免在质量可靠性方面的危害,例如电阻增大,连接强度的降低,以及引线框200切割面的锈蚀,这些都源于焊料不能连接到引线框200的接点上。
在本发明中,尽管一对倒角部分123或125是成形在冲头121端部的两个侧部上,但只要每个倒角部分123,125的尺寸相对于间隙L而言是比较大的,就能获得象第一和第二实施例中那样的镀层拉延部分。因此,在这种情况下,引线框200切口的切割面被镀层203a所覆盖。
另外,尽管本发明的第一和第二实施例被应用于切割半导体元件300引线框200的切割装置,但本发明也可应用于用来切割金属板200的任何装置,其中的金属板在其至少一个表面上制有镀层203a。
另外,还可以通过将冲头121端部的两个侧部刮削成平面形或弧形的结构,以这种方式制出倒角部分123,125。
如上所述,本发明包括用来产生剪切应力的冲头121和支承模101,其中在冲头121端部的两个侧部上成形有一对倒角部分123,125,以及在冲头两侧与支承模101的模孔114之间确定了所需的间隙L。
于是,在冲头121和支承模101之间的金属板200的切割过程的开始阶段,剪切载荷不会集中发生在引线框(即金属板200)中,在引线框(即金属板200)中会产生塑性变形力,以减小板的厚度。然后,由剪切应力将引线框200切下。结果,由于塑性变形,表面镀层203a的拉延覆盖部分205的形成变得非常显著,因而引线框200切口的几乎整个切割表面都被镀层203的拉延部分205所覆盖,这就可以避免切割面中暴露出铅材料204。
因此,当本发明应用于半导体元件300引线框200的切割时,就可以用焊料镀层覆盖住半导体元件300的引线框200的接点,从而有利于形成焊接凸起,以减少半导体元件300的焊接外观缺陷。
应当懂得,上面的描述只涉及到本发明的较佳实施例,以及这些描述旨在概括这里出于说明的目的而涉及的本发明实施例的所有变化和改进,这些变化和改进并未偏离本发明的精神和范围。
权利要求
1.切割金属板的切割装置,该装置包括支承模,该支承模具有沿第一方向延伸的用来安放所述金属板的安装面,支承模还具有一个孔,孔壁确定出一个从所述安装面沿着垂直于第一方向的第二方向延伸的模孔;可沿所述第二方向运动的,用以与支承模相配合通过插入到所述模孔中而切割金属板的冲头,该冲头具有一个冲压金属板的端面和一对沿所述第二方向延伸的侧面,该冲头还具有一对在所述端面和侧面之间延伸的并且与所述第一和第二方向相交的斜面,当所述冲头插入到模孔中时,冲头的每一侧面面对着孔壁并且在两者之间具有预定的间隙。
2.如权利要求1所述的金属板切割装置,其特征在于,所述的每一斜面沿着平面样表面延伸。
3.如权利要求1所述的金属板切割装置,其特征在于,所述的每—斜面沿着弧形表面延伸。
4.如权利要求1所述的金属板切割装置,其特征在于,所述的金属板具有一个板厚尺寸,所述的预定间隙的尺寸等于板厚尺寸的15%~25%。
5.如权利要求1所述的金属板切割装置,其特征在于,该装置还包括,用来将金属板压在安装面上以便将金属板固定的加压件。
6.一种用上述切割装置的切割金属板的方法,该切割装置用来切割带有镀层的金属板,它包括支承模,该支承模具有沿第一方向延伸的用来安放金属板的安装面,支承模还具有一个孔,孔壁确定出一个从所述安装面沿着垂直于第一方向的第二方向延伸的模孔;用来将金属板压在所述安装面上以便将金属板固定的加压件;以及可沿第二方向运动的,用以与支承模相配合通过插入到所述模孔中而切割金属板的冲头,该冲头具有一个冲压金属板的端面和一对沿所述第二方向延伸的侧面,该冲头还具有一对在所述端面和侧面之间延伸的并且与所述第一和第二方向相交的斜面,当所述冲头插入到模孔中时,冲头的每一侧面面对着孔壁并且在两者之间具有预定的间隙;该切割方法的步骤包括将金属板安放在所述的安装面上;通过所述加压件将金属板压在支承模上以便将金属板固定;冲头从镀层上方下降,使冲头进入到模孔中,从而在通过每—斜面而减小所述金属板中的剪切应力的同时,在金属板中产出使金属板变形的塑性变形力;沿金属板的厚度方向压延金属板,使所述镀层相互靠近,通过每一镀层的延伸而产生出一个拉延部分;以及通过冲头下降过程中产生的剪切应力将金属板切下。
7.如权利要求6所述的金属板切割方法,其特征在于,金属板具有由所述拉延部分所覆盖的切割面。
8.如权利要求6所述的金属板切割方法,其特征在于,所述的每一斜面是一个平面样表面,所述的拉延部分由该平面样表面所形成。
9.如权利要求6所述的金属板切割方法,其特征在于,所述的每一斜面是一个弧形表面,所述的拉延部分由该弧形面所形成。
10.如权利要求6所述的金属板切割方法,其特征在于,所述的金属板具有一个板厚尺寸,所述的预定间隙的尺寸等于板厚尺寸的15%~25%。
11.如权利要求6所述的金属板切割方法,其特征在于,所述的金属板在其至少一个表面上具有金属镀层,所述冲头的端部被定位在能从镀层一侧进入到所述的模孔中。
12.如权利要求6所述的金属板切割方法,其特征在于,所述的金属板是与半导体元件相连的引线框,该引线框在其至少一个表面上具有金属镀层,所述冲头的端部被定位在能从所述镀层的上方进入到所述的模孔中。
全文摘要
一种由冲头和支承模构成的金属板切割装置,以及基于这种切割装置的金属板切割方法。冲头端部两侧有一对倒角部分,这对倒角消除了正被切割的金属板中的集中剪切载荷。由于塑性变形,由金属板的至少一个表面上的金属镀层明显地产生出一个镀层拉延部分,金属板整个切割面则由该镀层覆盖。将本发明用于切割半导体元件的引线框,半导体元件接点处的铅材料可由焊接镀层覆盖,因而有助于形成焊接凸起,以减小半导体元件的焊接外观缺陷。
文档编号H01L23/48GK1212185SQ9811726
公开日1999年3月31日 申请日期1998年7月9日 优先权日1997年7月10日
发明者相场正人 申请人:日本电气株式会社