JP2000232187A - リードフレームの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波接合時の振動に起因するサポートバー
及びダムバーの断線を防止する。 【解決手段】 リードフレーム１のパッド３の裏面に超
音波接合により放熱板８を接合する際に、リードフレー
ム１を、それぞれリードフレーム１当接面側に弾性材１
８ａ、１８ｂを装着した支持板１３ａ及び押さえ板１９
より押圧した状態で超音波接合を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置用リード
フレームの製造方法に係り、更に詳細には、超音波接合
にてパッド裏面に放熱板が接合されてなるリードフレー
ムの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路の多機能化、高集
積化に伴い、半導体素子の消費電力の増加とそれに起因
する発熱量の増大が半導体装置の信頼性を損ねる原因と
して大きな問題となってきている。このような半導体素
子の発熱量の増大に対する対策として、半導体装置の基
材であるリードフレームの半導体素子搭載面の裏面に、
高熱伝導体からなる放熱板を装着したリードフレームが
用いられている。

【０００３】ここでリードフレームの一例について説明
すると、図４に示すようにリードフレーム１は、平行に
配置された一対の連結細条２と、連結細条２間のほぼ中
央に配置された半導体素子を搭載するためのパッド３
と、一端部はパッド３に接続され、また他端部は連結細
条２に接続される、パッド３を支持するサポートバー４
と、パッド３の周囲に配置され、外方に放射状に伸長す
るインナーリード５と、隣接するインナーリード５間を
連結し、根本部が連結細条２に接続されるダムバー６
と、インナーリード５のそれぞれに連接されたアウター
リード７とから構成される。そして前述したように、パ
ッド３の半導体素子搭載面の裏面側には、パッド３の外
径と略同一の外径に形成された放熱板８が装着される。

【０００４】なお、このように放熱板８が装着されたリ
ードフレーム１には、図５に示すように、その後パッド
３の放熱板８装着面とは反対の面に半導体素子９が装着
され、半導体素子９の電極とインナーリード５とをボン
ディングワイヤ１０によって接続した後、封止樹脂１１
によって半導体チップ９及びボンディングワイヤ１０を
含む必要領域を樹脂封止し、更にアウターリード７を所
望の形状に成形加工して、図に示すような半導体装置１
２が得られる。

【０００５】ところで、前述したリードフレーム１と放
熱板８との接合に際しては、これまでは絶縁性接着テー
プによる接合や溶接、あるいはかしめによる接合が用い
られていたが、これらの接合方法は、それぞれ接合時の
熱履歴や機械的衝撃により、リードフレーム、ひいては
半導体装置の信頼性を低下させてしまうことがあった。
また絶縁性接着テープなどの接着材料を使用する場合に
は、その材料分コストが増大してしまうといった問題も
あった。

【０００６】そこで近年、特開平８−１２５０９２号公
報などに開示されているように、リードフレームに放熱
板を装着する際に、超音波接合を用いることが注目を集
めている。

【０００７】ここで超音波接合の方法の一例について説
明する。まずリードフレーム１と放熱板８とをそれぞれ
別体形成し、図３（ａ）に示すように、支持台１３の上
面に設けられた凹部１４内に放熱板８を載置する。な
お、ここで凹部１４の外径は放熱板８の外径とほぼ等し
く、かつ凹部１４の底部の放熱板８との当接面には多数
の小突起１５が形成されている。

【０００８】次に、この放熱板８とリードフレーム１の
パッド３とを位置合わせして、パッド３の半導体素子搭
載面の裏面側と放熱板８とが当接して重なり合うよう
に、支持台１３上にリードフレーム１を載置する。なお
パッド３の上方には加圧ツール１６が配置されており、
この加圧ツール１６は、図示しない超音波ホーンに接続
されている。また、加圧ツール１６の先端のパッド３と
の当接面には、多数の小突起１７が形成されている。

【０００９】それから図３（ｂ）に示すように、加圧ツ
ール１６を下降してその先端をパッド３に当接させると
ともに、パッド３表面に小突起１７を食い込ませる。ま
た、このとき支持板１３の凹部１４に載置されている放
熱板８のパッド３当接面の裏面側には、凹部１４の底面
に形成された小突起１５が食い込む。なお、この場合リ
ードフレーム１のパッド３を除いた部分には何も押さえ
がなく、フリーな状態となっている。そして、このよう
に加圧ツール１６にてパッド３を加圧した状態で、図示
しない超音波発振器により超音波の電気信号を発信して
これを超音波振動子にて機械振動に変換する。そしてこ
の機械振動が超音波ホーンを通じて加圧ツール１６に印
加され、この加圧ツール１６を介してリードフレーム１
のパッド３に超音波振動を付加する。するとパッド３と
放熱板８の接触面で、それぞれの表面を覆っている酸化
膜が破壊され、活性した金属面が現れる。更に摩擦によ
り境界での極部温度が上昇しているので、活性原子間の
距離が近づいて金属接合が行われ、この結果リードフレ
ーム１のパッド３と放熱板８とが固相接合されるのであ
る。

【００１０】このような超音波振動を利用した接合方法
によれば、接合時に発熱がほとんど生じないため、リー
ドフレームに熱履歴が生じず、またリードフレームが機
械的衝撃にさらされることもないので、半導体装置の信
頼性を向上させることができる。更に接合材料などが不
要なので、製造コストも低減できる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし超音波接合にお
いては、接合時の超音波振動がリードフレーム１全体に
伝達されるため、その結果リードフレーム１の強度の弱
い部分、具体的には、通常他のリード部と比較して細幅
に形成されるサポートバー４及びダムバー６の連結細条
２との接続部分に超音波振動に起因する応力が集中して
しまい、その結果この部分で断線が生じてしまうという
問題点があった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明は、超音波接合時に生じる振動を吸収す
る部材を使用して、リードフレームを押圧した状態で超
音波接合を行うことにより、リードフレーム各部への超
音波振動の伝達を抑制して、超音波接合時の振動に起因
するリードフレーム各部の断線を防止するものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明は、リードフレームのパッ
ドの半導体素子搭載面の裏面に超音波接合により放熱板
が接合されてなるリードフレームの製造方法において、
超音波接合時に、リードフレームのパッドを除く部分を
弾性材にて押圧した状態で接合を行うものである。

【００１４】なお弾性材の材質としては、合成ゴムや天
然ゴムなどのラバー材の他、弾性プラスチックやフッ素
系、ウレタン系の樹脂など、振動を吸収できるものなら
ばあらゆる材質のものが適用できる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明について、図面を参照しつつ説
明する。まず、Ａ１９４などの銅系またはＡ４２などの
鉄系の帯状材料をプレスにより打ち抜き、あるいはエッ
チングすることによって形状加工を行い、図１に示すよ
うなリードフレーム１の形状加工を行う。

【００１６】また、リードフレーム１の形状加工とは別
に、放熱板８の形状加工を行う。ここで放熱板８の材質
としては、銅及び銅合金、アルミニウム、ニッケル、ク
ロム、亜鉛及びこれらの合金などの熱伝導性の良好な金
属、あるいは各種セラミックが使用される。なお本実施
例においては、放熱板８はリードフレーム１のパッド３
とほぼ同じ外径の個片に形成されている。

【００１７】次に、それぞれ別体形成されたリードフレ
ーム１と放熱板８とを、超音波接合する。本実施例にお
いては、図１に示すようなツールを使用して接合を行
う。まずリードフレーム１を載置するための支持板１３
ａについて説明する。支持板１３ａのリードフレーム１
載置面の略中央には放熱板８を載置するための凹部１４
ａが設けられおり、この凹部１４ａを除いた部分に、シ
リコンゴムからなる弾性材１８ａが装着されている。な
お、ここで凹部１４ａの外径は放熱板８の外径とほぼ等
しく、かつ凹部１４の底部の放熱板８と当接する面に
は、多数の小突起１５ａが形成されている。また本実施
例においては、支持板１３ａの凹部１４ａの深さと弾性
材１８ａの厚みの和が、放熱板８の高さとほぼ同じか若
干浅くなるように形成されている。

【００１８】更に本実施例においては、超音波接合の際
に、支持板１３ａと対になってリードフレーム１を挟持
するための押さえ板１９を使用する。この押さえ板１９
の略中央のリードフレーム１のパッド３に対応する個所
には貫通孔２０が設けられており、また支持板１３ａ同
様押さえ板１９のリードフレーム１当接面の貫通孔２０
を除いた部分にはシリコンゴムからなる弾性材１８ｂが
装着されている。そして押さえ板１９の上方には、パッ
ド３の外径に対応し、かつ貫通孔２０の外径よりも小さ
な外径を有する加圧ツール１６ａが配置される。

【００１９】次に、これらのツールを使用した接合方法
について説明する。まず図２（ａ）に示すように、支持
板１３ａのリードフレーム１載置面に形成された凹部１
４ａに放熱板８を載置し、この放熱板８とリードフレー
ム１のパッド３とを位置合わせして、パッド３の半導体
素子搭載面の裏面と放熱板８とが当接して重なり合うよ
うに、支持台１３ａの弾性材１８ａ上にリードフレーム
１ａを載置する。

【００２０】そしてリードフレーム１の放熱板８装着面
の反対面側のパッド３を除いた部分全面に、押さえ板１
９の弾性材１８ｂ面を当接させて押圧する。なお本実施
例においては、押圧に際してスプリング２１を使用する
ことにより、押圧力を高めるようにしている。

【００２１】次に押さえ板１９の上方に配置された加圧
ツール１６ａを、押さえ板１９の貫通孔２０を通過させ
て下降させる。なお加圧ツール１６ａは、図示しない超
音波ホーンに接続されており、また加圧ツール１６ａの
先端のパッド３との当接面には、多数の小突起１７ａが
形成されている。

【００２２】それから図２（ｂ）に示すように、下降さ
せた加圧ツール１６ａの先端をパッド３に当接させると
ともに、パッド３の表面に小突起１７ａを食い込ませ
る。また、このとき支持板１３ａの凹部１４ａに載置さ
れている放熱板８のパッド３当接面の裏面側には、凹部
１４ａの底面に形成された小突起１５ａが食い込む。そ
してこのように加圧ツール１６ａにてパッド３を加圧し
た状態で、図示しない超音波発振器により超音波の電気
信号を発信し、これを超音波振動子にて機械振動に変換
する。そしてこの機械振動が超音波ホーンを通じて加圧
ツール１６ａに印加され、この加圧ツール１６ａを介し
てリードフレーム１のパッド３に超音波振動を印加する
ことにより、リードフレーム１のパッド３と放熱板８と
を固相接合するのである。

【００２３】その後、押さえ板１９の押圧を開放して、
放熱板８が装着されたリードフレーム１を以後の工程に
送り、リードフレーム１のパッド３の放熱板８装着面と
は反対の面に、銀ペーストなどの接着剤によって半導体
素子９を装着し、半導体素子９の電極とインナーリード
５とをボンディングワイヤ１０によって接続した後、封
止樹脂１１によって半導体チップ９及びボンディングワ
イヤ１０を含む必要領域を樹脂封止し、更にダムバー６
を切除して各アウターリード７を分離するとともにサポ
ートバー４を連結細条２から分離させる。それからアウ
ターリード７を所望の形状に成形加工することにより、
図５に示すような半導体装置１２が得られる。

【００２４】なお本実施例においては、支持板１３ａ及
び押さえ板１９の両方のリードフレーム１当接面に、そ
れぞれ弾性材１８ａ、１８ｂを装着したが、これはいず
れか一方側にのみ装着するようにしてもよい。また押さ
え板１９の押圧力を高めるためにスプリング２１を使用
したが、これは例えば流体圧機構などにより行ってもよ
く、更に押さえ板１９の自重により十分な押圧力が確保
できる場合は、特に押圧力を高めるための機構を付加す
る必要はない。

【００２５】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。

【００２６】超音波接合時に、リードフレームのパッド
を除く部分を弾性材にて押圧した状態で接合を行うよう
にしたので、超音波接合時の振動をこの弾性材が吸収す
るため、リードフレーム各部への超音波振動の伝達を抑
制することができ、これにより超音波接合時の振動に起
因する断線を防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す図。

【図２】本発明の実施例を示す図。

【図３】従来の実施例を示す図。

【図４】リードフレームを示す図。

【図５】半導体装置を示す図。

【符号の説明】

１ リードフレーム ２ 連結細条 ３ パッド ４ サポートバー ５ インナーリード ６ ダムバー ７ アウターリード ８ 放熱板 ９ 半導体素子 １０ ボンディングワイヤ １１ 封止樹脂 １２ 半導体装置 １３、１３ａ 支持台 １４、１４ａ 凹部 １５、１５ａ 小突起 １６、１６ａ 加圧ツール １７、１７ａ 小突起 １８ａ、１８ｂ 弾性材 １９ 押さえ板 ２０ 貫通孔 ２１ スプリング

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リードフレームのパッドの半導体素子搭
   載面の裏面に放熱板が超音波接合によって接合されてな
   るリードフレームの製造方法において、超音波接合時
   に、リードフレームのパッドを除く部分を弾性材により
   押圧した状態で接合を行うことを特徴とするリードフレ
   ームの製造方法。