JPS5810860B2 - 電子装置の製法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置、集積回路装置等の電子装置、特に
その組立技術に関するものであり、電力用電子装置の製
作に有効に利用し得るものである。

一般に電力用の電子装置は、小信号用の電子装置と異な
り、大きな放熱用フランジを必要とすることから素子、
フランジ、リード線相互間の組立が複雑となり、またレ
ジン等によりモールド封止等の封止に際してもモールド
型が複雑となり、それがため小信号用電子装置に比べそ
の工業化が遅れている。

したがって本願は電力用電子装置を工業化するに有効な
いくつかの新規な技術を提供せんとするものである。

以下それらの技術を具体的実施例について詳細に説明す
る。

それによって本願にがかる犬くの発明の具体的目的、特
徴および作用効果を理解されよう。

第１図は電子素子を取り付けるためのフリンジの上面図
を示し、また第２図はその縦断面図を示すものであって
、板状体をプレスにより打ちぬくことによって作られる
。

工業的には、例えば電子装置１０個分のフランジが一連
に一体化された形で製造される。

図中１は例えば厚さ１２６ｍｍ巾８ｍｍ１個あたりの長
さ３０ｍｍの大きさのフランジ本体を示し、該フランジ
に接続される素子において生じた熱を有効に外部に放散
させるものであるから、熱伝導の良好な銅、アルミニウ
ム、またはそれらを主体とする合金、さらには上記の物
質を主板とするクラツド板が利用される。

そして上記フランジの表面には防蝕その池の目的により
、ニッケルその池のメッキ層を形成することは有効なこ
とであり、このことは後に詳細に説明される。

フランジ１に対し形成された切り込み部２は後に行なう
モールド封止工程において溶融状態のモールド材料が不
必要な部分に流れ出るのを防止するために形成されたモ
ールド材流れ防止用切り込みである。

孔３は電子装置が完成された時、外部放熱体と、フラン
ジとを密着させるためのボルト通し孔であり、それによ
って熱放散を著しく大ならしめることが可能となる。

４は後に説明されるリードフレームのタブを挿入するた
めに形成された開孔スリット状タブ挿入部である。

該タブ挿入部４の外まわりを構成する細巾の突起部５は
上記タブ挿入部４内に位置するタブをかしめ付けるため
に形成されたタブおさえ部であって、図では小なる圧力
でかしめつけられるようにタブ挿入部、中央上部で分離
されているが、同図中タブ挿入部４の上部左右に形成さ
れたタブおさえ部５はタブ挿入部中央上部で連結された
形であってもよく、その場合タブ挿入部４は閉孔スリッ
ト状となる。

また上記タブ挿入部４は７ランジの長さ方向（図中左右
の方向）と同一の方向に長く形成されているが、それは
突起部５をかしめることによってタブをおさえ付ける場
合に矢印６の方向から力を加えればよく作業上有効であ
り、またタブ挿入部４が図中上下方向に一対形成せしめ
たのはかしめ付けによる圧力により、リードフレームと
フランジ１との位置関係に誤差を生じさせないため、お
よびかしめ付げに際し、リードフレームの弾性を有効に
利用するためであり、これらの目的を考慮しなければタ
ブ挿入部の長さ方向を例えばフランジの長さ方向に直交
するが如き方向に変えてもよく、またタブ挿入部を１つ
にしてもよい。

溝部１は素子を堆り付けるべき位置８を規定するために
形成された４、５φ程度の溝である。

以上７ランジ本体は一回のプレス加工により製作するこ
とができ、少なくとも溝７はタブ挿入部４を形成するた
めのプレス型と一体的に構成されることが望ましい。

すなわち素子取付位置８とタブ挿入部４とが一定の位置
関係に規定され、したがってタブ挿入部４によって保持
されるリードフレームと素子取付位置８との位置関係が
正確に規定されるからである。

第３図は上記第１図、第２図に示されたフランジ本体１
の表面に例えば５μのニッケル被膜９を例えばメッキに
より形成し、さらに上記素子取付位置８におけるニッケ
ル被膜９上に例えば５００μの銀箔１０を電気溶接によ
って接続した状態を示す縦断面図である。

特に上記素子がトランジスタ等の半導体素子または半導
体集積回路素子のような場合、銅、アルミニウム等のフ
ランジ表面に直接素子を取り付けることは望ましくなく
、一方２００μ〜１２００μ程度の銀を介在させればフ
レームの素子に対する影響はなく、熱放散も著しく良好
となり、また銀は軟質金属であることから４．５ｍｍ×
４．５ｍｍ程度のかなり大なる素子を取り付けても熱歪
による素子の破損は生じないから素子とフランジとの間
の介在物１０としては極めて有力なものである。

また１μ〜１０μ程度のニッケル被膜９の介在は、フラ
ンジの防蝕被膜として作用し、さらに７ランジ１と介在
物１０との電気溶接における抵抗材としても作用し、上
記介在物１０とフランジ本体との間を強力に接続する。

上記抵抗材として作用するものとしてはニッケルの他ク
ロム、モリブデン、タングステンさらにはそれらの合金
またはそれらと他の金属との合金等があり、同様に利用
し得る。

なお同図中１１，１２は電気溶接用電極の一部を示す。

上述の如く素子とフランジ１との間に銀箔等の介在物１
０を必要とする場合、まず介在物１０とフランジ１との
間を電気溶接により接続することは有力な方法であり、
他の多くの場合にも利用し得る。

すなわち、フランジ１またはその表面のニッケル等の被
膜および介在物１０の接触表面のみが溶融するように抵
抗溶接すれば介在物の池の面すなわち素子を取り付ける
べき平坦面をそのまま維持でき、後に行なわれる素子の
取り付けを全面にわたって均一に行なうことができ、ま
た電気溶接は極部発熱によるものであり、上記溶接部以
外の部分の変質をおさえることができるからである。

また、池の有効な方法として鍋フランジ１素子取付位置
８に銀箔１０を冷間圧接により接続する方法があり、か
かる方法によれば銀およびフランジ等は変質せずまたそ
の表面も全面平坦に加圧されるから平坦度は阻害されず
したがって上記抵抗溶接の場合と同様の利点を有する。

この場合ニッケル被膜９の形成は、冷間圧接後、上記銀
箔をレジン等の耐蝕性物質により保護した状態でメッキ
により行なうのが望ましい。

上記銀箔１０と銅フランジ１との池の有効な接続方法と
しては銀と銅との界面における共晶を利用して比較的低
部で接続する方法があり、さらに池の方法としては鑞材
を介して接続する方法および介在物全体を溶融せしめて
接続する方法等があるが、これらの場合後に行なわれる
素子取付湿度以上で加熱接続する必要があり、フランジ
１、介在物１０の変質防止に充分な考慮をはらうべきで
ある。

第４図は上記銀箔１０上に素子１３を鑞接によって取り
付けた縦断面図を示すものであって、素子１３としてＳ
ｉを基本とする２、５ｍｍ×２．０ｍｍの大きさの電力
増巾用半導体集積回路素子が用いられ、その−主表面が
金シリコン共晶鑞材１４によって約４４０℃で上記平坦
な銀箔１０の平坦な面に均一にろう接されている。

また上記鑞接による接続にかわる方法として金銀等の導
電性粉末を含む導電性接着材が利用でき、その場合加熱
を必要としないから作業は容易であるが熱抵抗、機械的
強度の面からは鑞接が優れている。

上記素子の池−主表面には図示されていないが、ＳｉＯ
２゜Ｓｉ３Ｎ４等の有効絶縁被膜と、半導体内部に形成
されたトランジスタ、ダイオード、抵抗等の電子素子か
ら上記孔を通して上記絶縁被膜上に延在する配線路と、
後にワイヤーを接続するため素子の周辺部に位置する電
極端子とが形成されている。

上記銀箔、素子のフランジへの接続はかならずしも上記
工程において行なう必要はなく、例えば上記フランジに
対しリードフレームを接続した後において行なってもよ
い。

第５図はリードフレーム２０を示す上面図であり、例え
ば、リン青銅の如く適度の弾性をもった厚さ０．２５ｍ
ｍ電子装置１個あたりの長さ３０ｍｍの帯状の金属板よ
りなり、それに写真処理をほどこしそれによって形成さ
れた耐蝕性マスクを用いてエツチング処理をほどこす所
謂ホトエツチング技術およびプレス成形加工技術を用い
て作ることができる。

他の方法としてはプレス打ちぬきおよびプレス成形技術
を用いて作ることができる。

いずれの場合においても前記フランジの場合と同様例え
ば電子装置を１０個連続した形で作る場合は、かかるリ
ードフレームも１０個分が一連に接続された状態のもの
を製作する必要があるが、ホトエツチング技術を利用す
る場合は上記一連のフレームを同時に１回の処理で作り
、プレス成形加工も同時に１回で処理することができる
が、プレス打ちぬきおよびプレス成形技術においては、
プレス型が複雑となるから多連のプレス型を利用して１
回のプレスで同時に処理せず１組のプレス型で連続的に
打ちぬいて行き一連のフレームを作るのが望ましい。

図中２１ａは後で説明される封止体内（図中２点鎖線１
５で包囲された部分）に位置するリード部分（内部リー
ド部）を示し、その先端は上記素子数り付は位置８の外
周にほぼ一致するように形成するとよい。

２１ｂは封止体外部に導出させるリード部分（外部リー
ド部〕を示し、同図においてはリードとしての形状を示
しているが、かならずしもかかる形状をもつ必要はなく
一半板状としておき、封止後の打ちぬきによりリードと
しての形状となしてもよい。

以上リード部２１ａ、２１ｂは完成品において一体とな
ったリード線２１を構成する。

上記多数の外部リード部２１ｂの間はリードフレーム２
０の１部を構成するリード保持部２２ａ。

２２ｂ（総称して２２とする）によって連結されており
、リード保持部２２の位置は少なくとも外部リード部２
１ｂであればどこでもよく全部であってもよいが、内部
リード２１ａの機械的保持の目的から少なくともその一
部を封止部の境界線１５になるべく近く形成することが
望まれる。

特にレジン等のトランスファーモールド（射出成形）に
よる封止を採用する場合においては封止材の流れどめの
目的をかねさせることから重要な意味をもつ。

また外部リード部２１ｂがリード線としての形をもつ本
例において２つのリード保持部２２ａ、２２ｂの巾が互
に異なっているのはリードフレーム２０の表裏を一目し
て明確化し、かつＩＪの広い方２２ｂはモールド材注入
用パイプ（ランナー）の一部を構成せしめるためである
。

また本例においてはリード部２１ｂの先端を先細に形成
し、プリント基板等への挿入を容易にしたためリード部
２１ｂに対し外界から不必要な機械的作用を受けやすく
、それを防止するためリードフレーム２０によって外部
リード部２１ｂを包囲する如く形成したのであり、これ
によって装置として完成するまでの各工程および各工程
間の運搬においてリード部２１ｂの不必要な変形が防止
される。

リードフレーム２０に形成された孔２３は後に行なわれ
る組立、リード保持部切断およびモールド時の位置合せ
用ガイドとして利用されるガイド孔である。

孔２４はタブ２５を形成するために形成されたタブ形成
孔であり、このタブ２５はフランジ１に接続するための
タブ２５ａと７ランジ１の主面とリードフレームの主面
との間隔を一定に保つためのタブ２５ｂとを有し、特に
タブ２５ａと内部す−ド部２１ａとの位置関係を一定に
保つことがフランジ１の素子取付位置とを合せる上で重
要であり、そのため上記タブ２５の輪郭を形ずくる切り
込み孔２４を第６図に示すように上記内部リード部２１
ａを形成するホトエツチング処理で同時に形成してその
位置関係を一定に規定しておき、つぎにプレス成形によ
りタブとすべき部分２５をおり曲げればよい。

さらに池の方法としてプレス打ちぬきおよびプレス成形
技術により同時または順次に内部リード部２１ａおよび
タブ２５を形成すればよい。

このようなリードフレームはリード線のソルダビリティ
−を高め、また後記する素子リードフレーム間のワイヤ
ーボンディングの接続を良好ならしめ、かつ防蝕の目的
で例えば１μ以上の厚さの銀メッキが施される。

かかる銀メッキ処理はホトエツチング処理を利用する場
合はエツチング後ただちに行なうかまたはプレス成形後
行なえばよく、また全てプレスで行なう場合にはプレス
前後いずれでもよい。

また上記目的を達成するための材料としては金があるが
、高価であり、工業的には銀が好ましい。

上記のいずれの方法によってもリードフレーム２０の長
さ方向（図中左右の方向）と同じ方向にそってタブ２５
ａを曲げるようにした場合にはタブ２５ａの一側端２０
と内部リード部２１ａ郡の中心２７（素子取付位置８の
中心と合致する）とのリードフレーム２０平面上での長
さ方向の距離Ｗが上記タブ２５ａの曲げ成形前後におい
て全く変動しないということは重要なことであり、それ
によって極めて精度の高い位置関係を保つことができる
。

そしてかかるタブ２５ａは原理的には一連のリードフレ
ームに対し１個所あればその基本的目的を達することが
できる。

第１図および第８図は上記リードフレーム２０の上記タ
ブ形成部を拡大して示す斜視図およびそのＢ−Ｂ縦断面
図であってリードフレーム２０の主面２８と直交する一
基線２９に対し互に対称な一対のタブ２５ａを有し、リ
ードフレーム２０の長さ方向と直交する方向の位置ずれ
が生じないようにしである。

そしてこの場合上記タブ２５ａが一連のリードフレーム
に対し一対あれば原理的にはその基本目的を達すること
ができる。

さらにタブ２５とそれと連なるリードフレーム２０の主
面部分２８との成す角度３０は９０°より若干太きく１
８０°より充分小さく形成されており、これとリードフ
レーム２０の弾性によってフランジ１との接続を強固な
ものとすることができる。

またタブ２５ａの先端はさらに外方に曲げられているが
これは上記７ランジ１との接続さらに強固なものとする
ためであり、また上記タブ２５ａの先端なフランジ１に
おける一対のタブ挿入孔４のそれぞれほぼ中心に位置す
るようにすればフランジ１に対するリードフレーム２０
の接続は極めて容易なものとなる。

上述の如く弾性を利用する場合の材質としてはリン青銅
の池コバール、鉄ニツケル合金、ニッケル等が利用し得
る。

またタブ２５ｂはかならずしもタブ２５ａと同一の部分
に形成する必要はないがプレス成形型を簡単化する上に
おいて同一部分の方が有効であり、またタブ２５ａをフ
ランジ１にかしめ付ける時の応力が内部リード部２１ａ
等へ達しないよう補強する意味においてタブ２５ａの両
側にそれと一体に形成することは有効である。

さらにリードフレーム２０とフランジとの間隔を一定に
制匍する池の方法としては、上記フランジの上に平坦に
してフランジと密着する治具をおき、その面に対し、タ
ブ２５ａの先端が接するように成す方法がある。

上述のようにして得られたリードフレーム２０のタブ２
５ａを素子１３を取り付けたフランジ１のタブ挿入部４
に挿入する。

このときタブ２５ｂは上記フランジの上面に接し、フラ
ンジリードフレーム間の間隔を一定に規定する。

一方リードフレームのタブ２５ｂの先端と同じ高さにお
けるタブ２５ａ巾３１はタブ挿入部４の長さ１６とほぼ
同一とすればよくその差はリードフレーム２０の内部リ
ード部２１ａ先端と素子取り付は位置８との間で許容さ
れる値以内に定められるべきであり、タブ２５ａの先端
部の巾はそれより充分小さくしておいてタブ挿入部４へ
の挿入をスムーズにするとよい。

前述した如く考慮をはらって作られたリードフレーム２
０および７ランジを用いた場合上記の内部リード部２１
ａと素子取り付は部８との位置関係は上記タブ２５ａの
挿入のみによって一義的に決定される。

上述の如く位置合せされた後第１図に矢印６で示す方向
より圧力を加えタブおさえ部５を変形させてタブをスリ
ット４内に固定させる。

このとき第９図に断面図にて示す如く矢印６の方向の圧
力によってタブ２５ａがスリット内の上部および下部に
接し、さらに加圧さるしかもリードフレームにはある程
度の弾性をもたせであるから両者の接触は極めて強固な
ものとなる。

第１０図は上述したタブ２５ａをスリット４内において
かしめ付けした状態を示す要部上面図であり、ここで注
意すべき事項はタブ２５ａの中央部すなわち本例ではタ
ブおさえ部５の先端部のみによってかしめ付げが行なわ
れている点であり、封止後上記かしめ付げが行なわれて
いるスリット４の中央部のみでフランジの切断を行なう
如く成しである点であり、これによって、かしめ圧力を
低減でき、かつ切断可能な１コが大きくとれる。

第１１図は素子１３の一生表面に位置する電極端子と内
部リード部２１ａとの間をワイヤーボンディングにより
電気的に接続する一例を示している。

図面中３２は例えば５０μφ程度の金、アルミニウム等
のコネクタワイヤであり、その材質は電極端子および内
部リード部２１ａの先端表面材質および接続技術によっ
て種々選択され得る。

例えは電極端子がアルミニウム、内部リード端子２１ａ
の先端表面材質が銀で、接続技術が熱圧着法にである場
合には、金が適しており、超音波溶接による場合はアル
ミニウムが適している。

上述の如きワイヤーボンディングにおいては内部リード
部２１ａとコネクタワイヤ３２との接続において多少な
りとも圧力を加える必要があり、そのため内部リード部
２１ａが曲がる。

一方熱圧着による場合内部リード部２１ａの先端および
素子電極を３５０℃程度に加熱する必要があり、また超
音波溶接においても核部を１００℃程度に加熱しておく
ことが望ましい。

このために第１１図ａ、ｂに示す如く鉄、銅等の熱伝導
良好な金属スペーサ３３をフランジの長さ方向と直交す
る方向より介入せしめ、介在させボンディング后とりさ
る如く成せばよい。

このとき上記金属スペーサ３３を加熱しておけば内部リ
ード部２１ａを直接加熱することもできる。

また第１２図においてはセラミックリング等の絶縁物ス
ペーサをフランジ１とリードフレームとの接続以前に銀
箔１０によって位置定めして介在させておき完成後もそ
のまま付けたままの状態となしたものである。

いずれの場合においても上記加熱はフランジの載置台３
４を加熱体とするのが簡単であるから上記スペーサ３３
を熱伝導の良好な金属またはアルミナセラミックス、ベ
リリア機器の如き熱伝導の良好な絶縁物であることが好
まれる。

特に、上記したようにスペーサを完成後もそのまま取付
けたままの状態となした場合は、後述するレジンモール
ド時において極めて有効であるっすなわち、第１２図に
示す如（内部リード先端はスペーサ３３により固定され
ているので、レジン注入時のレジンの流れによって移動
することがない。

それゆえ、互いに近接する内部リードの接触あるいはワ
イヤーの切断という問題が防止できる。

さらに池の例によればキャピラリ３５により、コネクタ
ワイヤ３２を電極端子に接続し、次に第１３図ａに示す
ように内部リード部２１ａの弾性を利用して接続時に内
部リード部２１ａの先端をフランジ１または銀箔上に接
触せしめて核部を加熱してコネクタワイヤを接続し、そ
の後内部リード部２１ａの弾性を利用して第１３図すに
示すようにもとの位置に復帰せしめることにより実施す
ることができる。

この場合素子１３に対する接続を先に行なうと第１３図
すに示すように内部リード部２１ｂかもとの位置に復帰
するときにコネクタワイヤ３２を上方に引くという問題
があり、その対策としてはコネクタワイヤ３２に充分な
タワミを設けておいてコネクタワイヤを第１３図ａに示
す如く接続する。

または、はじめ内部リード部２１ａへのコネクタワイヤ
３２の従続を行ない、内部リード２１ａかもとの位置に
復帰したのち素子１３の電極端子にコネクタワイヤを接
続するようにしてもよい。

以上説明して明らかなように、リード先端とフランジと
の間に第１２図に示すようなスペーサを設けることによ
り、■ワイヤ接続時リードがふらつかない。

■リードはスペーサを介してフランジに接しているため
リード先端の加熱が容易である。

等の効果が得られる。つぎに上記により組立の完了した
ものをモールド型内におさめ、第１４図ａ、ｂに示すよ
うに上記リードフレーム２０における巾の広い方のリー
ド保持部２２ｂを底とするレジン注入パイプライン（ラ
ンナー）３６を構成せしめ、レジン等の封入材を注入せ
しめ、レジンの固化後モールド治具を取りはずし、リー
ド保持部２２および外部リード部２１ｂの先端がリード
フレーム２０に接している場合は核部も切断し、前述の
如くフランジ１を各装置毎に切断すれば棺１５図に示す
如き構造物が得られ、これをさらに適当におりまげれば
第１６図に示すようにプリント基板の孔にリード部２１
を挿入しやすい構造とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は７ランジを示す上面図、第２図は第１図におけ
るＡ−Ａ面縦断面図、第３図は第２図におけるフランジ
にニッケル被膜を形成し、かつ銀箔を接続する状態を示
す縦断面図、第４図は第３図に示すフランジに電子素子
を接続した状態を示す縦断面図、第５図はリードフレー
ムを示す上面図、第６図はリードフレームを製作する一
工程におけるリードフレームの一部を示す拡大図、第７
図および第８図はそれぞれリードフレームの一部を拡大
して示す斜視図およびＢ−Ｂ面縦断面図、第９図および
第１０図はそれぞれリードフレームとフランジとの接続
状態を示す断面図および上面図、第１１図ａはリードフ
レームと素子との間を電気的に接続する状態を示す平面
図、第１１図ｂ、第１２図および第１３図ａ、ｂはいず
れもリードフレームと素子との間を電気的に接続する状
態を示す断面図、第１４図ａ、ｂはそれぞれレジン注入
パイプラインの位置を示す上面図および側断面図、第１
５図は完成された電子装置の一例を示す斜視図であり、
第１６図は完成された電子装置の池の一例を示す斜視図
である。 １はフランジ本体、２はモールド材流れ防止用切り込み
部、３はボルト通し孔、４はタブ挿入部、５はタブおさ
え部、６はタブおさえ部に加える圧力の方向、７は素子
取り付は位置を示す溝、８は素子取り付は位置、９はニ
ッケル被膜、１０は銀箔、１１は電気溶接用電極、１２
は電気溶接用電極、１３は電子素子、１４は金・シリコ
ン共晶ろう材、１５は封止体の境界線、１６はタブ挿入
部の長さ、２０はリードフレーム、２１はリード線、２
１ａは内部リード部、２１ｂは外部リード部、２２はリ
ード保持部、２２ａは巾の狭いリード保持部、２２ｂは
巾の広いリード保持部、２３はガイド孔、２４はタブ形
成用切り込み孔、２５はタブ、２６はタブ側端、２１は
内部リード郡部の中心、２８はリードフレームの一生面
、２９はリードフレームの一生面と直交する一基線、３
０はリードフレームとタブとの成す角、３１はタブ２５
ａの巾、３２はコネクタワイヤ、３３はスペーサ、３４
はフランジ載置台、３５はキャピラリ、３６はレジン注
入パイプライン、３７はレジン等の封止材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電子素子取付は用の７ランジ上にこれと所定の間隔
   をおいて重なるようにリードを配置し、このリードの先
   端とフランジとの間にスペーサを取付けておき上記リー
   ドの先端の一部にコネクタワイヤを接続せしめ、しかる
   後上記スペーサを取付けておいた状態でレジンモールド
   することを特徴とする電子装置の製法。