JP2000277675A - 放熱板の接合方法及びそれに使用する放熱板フレーム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リードフレームのパッドの裏面に放熱板を超
音波接合する際に、生産性を向上する。 【解決手段】 リードフレーム１ａの上方に放熱板フレ
ーム８ａを直交させ、任意のリードフレーム１のパッド
３とこれに対応する放熱板８とを位置合わせした状態
で、加圧ツール１４を放熱板８に当接させて超音波振動
を印加することによりパッド３と放熱板８とを超音波接
合する際に、超音波振動により放熱板８を連結フレーム
１８から個別に分離する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は放熱板の接合方法及
びそれに使用する放熱板に係り、更に詳細には、超音波
接合にてパッド裏面に放熱板を接合する方法に関するも
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８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９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。図７は超音波接合装置の概略を示す図である。
ここで示す超音波接合装置は、リードフレーム１及び放
熱板８を載置する支持台１３と、リードフレーム１の上
方に配置され、リードフレーム１のパッド３に当接させ
てリードフレーム１及び放熱板８を加圧し、超音波振動
を伝達する加圧ツール１４とからなり、また支持台１３
のリードフレーム１当接面側には放熱板８の外径とほぼ
等しい外径を有する凹部１５が設けられており、この凹
部１５内には多数の小突起１６が形成されている。ま
た、加圧ツール１４のリードフレーム１のパッド３当接
面側にも多数の小突起１７が形成されている。

【０００８】このような超音波接合装置を使用した接合
方法について説明すると、まず図６（ａ）に示すよう
に、個片状に形成された放熱板８を支持台１３の上面に
設けられた凹部１５内に供給し、載置する。それから、
複数のリードフレーム１を連結して、帯状あるいは短尺
状に形成したリードフレーム１ａを接合装置内に送り、
放熱板８と対応する任意のリードフレーム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１４が配置されており、この加圧ツ
ール１４は、図示しない超音波ホーンに接続されてい
る。

【０００９】次に図６（ｂ）に示すように、加圧ツール
１４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の半導体素子搭載面に小突起１７を食い込
ませる。また、このとき支持台１３の凹部１５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
１５の底面に形成された小突起１６が食い込む。そし
て、このように加圧ツール１４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１４に印加され、この加圧ツール１４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、従来の超音波
接合においては、前述したように放熱板を個片として形
成して供給するため、非常に生産性が悪かった。また放
熱板を個片として供給するためには、放熱板を個片に切
断するための金型や、個片状の放熱板をピックアップす
る装置及び移送する装置などの複雑かつ高価な設備が必
要であり、このために製造コストが高くなってしまうと
いった問題があった。

【００１２】なお、放熱板を連結フレームなどにより複
数連結した状態で接合装置に供給し、リードフレームに
放熱板を接合した後に、金型装置により放熱板と連結フ
レームとの接続部を切断、除去して放熱板を個片に分離
することもできなくはないが、その場合、放熱板の切断
時に生じる応力によってリードフレームがダメージを受
けてしまうという問題があった。

【００１３】

【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、複数の放熱板を連結した状態で超音
波接合装置に送り、超音波接合時に生じる機械的振動に
より放熱板を個片に分離するようにしたものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明は、リードフレームのパッ
ドと放熱板とを当接し、この状態で超音波振動を付加す
ることによってパッドに放熱板を接合する放熱板の接合
方法において、複数の放熱板を、それぞれ支持リードに
よって連結フレームに連結した状態で超音波接合装置に
送り、超音波接合時の振動によりそれぞれの放熱板の支
持リードを破断することによって、放熱板を個別に分離
するものである。

【００１５】なお、その場合に使用される放熱板フレー
ムとしては、各放熱板のそれぞれの支持リードの一部
が、振動により破断されやすい形状に形成されていると
よい。ここで破断されやすい形状としては、例えば、支
持リードの放熱板との接続部分を細幅に形成するのが望
ましい。なお、この細幅部は、支持リードの他の部分の
幅と比較して５０％以下、望ましくは３０％程度の幅と
することが好ましい。また、同部分を支持リードの他の
部分と比較して薄肉に形成したり、あるいはこれらを組
み合わせた形状としてもよい。更に、同部分に溝や凹部
などを形成するようにしてもよいし、更にまた、スリッ
トもしくは貫通孔を設けるようにしてもよい。

【００１６】

【実施例】（第１の実施例）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、複数のリードフレーム１を直列
に連結した短尺状あるいは帯状のリードフレーム１ａを
形成する。

【００１７】また、リードフレーム１ａの形成とは別
に、放熱板の形状加工を行う。ここで放熱板の材質とし
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。

【００１８】なお本実施例においては、放熱板８は、図
１に示すように、連結フレーム１８にて複数の放熱板８
を直列に連結した短尺状あるいは帯状の放熱板フレーム
８ａとして形成され、各放熱板８は、それぞれ支持リー
ド１９により連結フレーム１８と接続されている。また
本実施例においては、支持リード１９の放熱板８との接
続部分は、図２に示すように、支持リード１９の他部の
幅の１／３程度の細幅に形成されており、超音波接合時
の振動で容易に破断されるようにしてある。

【００１９】次に、上述したようにそれぞれ別体に形成
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に示すように、まずリー
ドフレーム１ａの任意のリードフレーム１を、リードフ
レーム１のパッド３に対応する個所に多数の小突起１６
ａが形成された支持台１３ａ上に、半導体素子搭載面側
が支持台１３ａに当接するように、位置合わせして載置
する。なお本実施例においては、支持台１３ａ上には位
置決めピン２０が複数設けられており、この複数の位置
決めピン２０を、リードフレーム１ａの連結細条２に形
成された複数の位置決め孔２１に挿入することにより、
両者の位置決めを行うようにしている。

【００２０】それから、複数の放熱板８を連結フレーム
１８にて連結した放熱板フレーム８ａを、リードフレー
ム１ａの送り方向に直交させて支持台１３ａ上のリード
フレーム１ａの上方に送り、任意の放熱板８を対応する
リードフレーム１のパッド３の半導体素子搭載面の裏面
側に位置合わせして当接させる。なお、この場合の位置
決めも、放熱板フレーム８ａの連結フレーム１８に設け
られた、リードフレーム１ａに設けられた複数の位置決
め孔２１に対応する複数の位置決め孔２２に位置決めピ
ン２０を挿入することにより行われる。

【００２１】そしてこの状態で、放熱板８の上方に配置
された加圧ツール１４ａを下降させる。なお加圧ツール
１４ａ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１４ａ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、従来同様に加圧ツール１４ａを
下降させ、その先端を放熱板８に当接させるとともに、
放熱板８の表面に小突起１７ａを食い込ませる。また、
このとき支持台１３ａ上に載置されているリードフレー
ム１のパッド３の半導体素子搭載面側には、支持台１３
ａのパッド３に対応する個所に形成された多数の小突起
１６ａが食い込む。そしてこのように加圧ツール１４ａ
にて放熱板８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１４ａに印加され、この加
圧ツール１４ａ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】この両者の接合と、その経緯を図面を参照
しつつ簡単に説明すると、まず図３（ａ）に示すよう
に、前述したとおりリードフレーム１のパッド３の半導
体素子搭載面の裏面側に放熱板フレーム８ａを重ね合わ
せ、パッド３と任意の放熱板８とを当接させた状態で放
熱板８の上方に配置された加圧ツール１４ａを下降させ
る。そして図３（ｂ）に示すように、この状態で加圧ツ
ール１４ａに超音波振動を印加する。このとき加圧ツー
ル１４ａを介して放熱板８及びパッド３にも超音波振動
が印加され、このとき生じる機械的振動は、特に加圧ツ
ール１４ａと当接している放熱板８ａ全体に伝達される
ことになる。ここで放熱板８と連結フレーム１８とを連
結する支持リード１９の放熱板８との接続部分は、前述
したように細幅に形成されているため、他の部分と比較
して機械的強度が弱くなっており、そのため図３（ｂ）
に拡大して示すように、この部分が接合時の振動に耐え
きれずに破断し、この結果連結フレーム１８と放熱板８
とが分離されるのである。この後図３（ｃ）に示すよう
に、連結フレーム１８をリードフレーム１から分離させ
ると、超音波接合された放熱板８のみがリードフレーム
１のパッド３上に残るというわけである。

【００２４】その後、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９に示すような半導体装置１２
が得られる。

【００２５】なお本実施例においては、支持リード１９
の放熱板８との接続部分を細幅に形成することにより振
動によって破断しやすい形状に形成したが、このような
破断しやすい形状の形成箇所は本実施例に限定されず、
支持リード１９の任意の破断させたい個所に設けること
ができる。

【００２６】また本実施例においては、支持台１３ａ、
リードフレーム１ａ、放熱板フレーム８ａの位置決めに
位置決めピン２０を使用したが、これに限定されず、他
の周知の機械的あるいは光学的な位置決め方法を適用す
ることも可能である。

【００２７】（第２の実施例）次に、本発明の第２の実
施例について説明する。本実施例においては、図４に示
すように、４つのリードフレーム１を直列に連結した短
尺状のリードフレーム１ｂとして形成し、また放熱板８
もリードフレーム１ｂの各リードフレーム１の連結ピッ
チと等しく、各リードフレーム１のパッド３に対応した
４つの放熱板８を連結フレーム１８ｂにて直列に連結し
た短尺状の放熱板フレーム８ｂとして形成している。な
お、リードフレーム１ｂ及び放熱板フレーム８ｂには、
第１の実施例同様それぞれ複数の位置決め孔２１、複数
の位置決め孔２２が形成されている。

【００２８】そして図４に示すように、このように形成
されたリードフレーム１ｂを、リードフレーム１ｂのサ
イズ及びパターンに対応した長方形状の支持台１３ｂ上
に、半導体素子搭載面が支持台１３ｂに当接するように
載置する。なお支持台１３ｂの上面には、リードフレー
ム１ｂそれぞれのリードフレーム１のパッド３に対応す
る個所に多数の小突起１６ｂが形成されており、またリ
ードフレーム１ｂの複数の位置決め孔２１に対応する複
数の位置決めピン２０が設けられていて、これら位置決
めピン２０を、それぞれ対応するリードフレーム１ｂの
複数の位置決め孔２１に挿入することにより、支持台１
３ｂとリードフレーム１ｂとの位置決めががなされる。

【００２９】次にリードフレーム１ｂの上に放熱板フレ
ーム８ｂを重ね合わせる。なお、このときも支持台１３
ｂに設けられた位置決めピン２０をそれぞれ対応する放
熱板フレーム８ｂの位置決め孔２２に挿入して位置決め
を行う。このとき、リードフレーム１ｂの各リードフレ
ーム１のパッド３と放熱板フレーム８ｂの各放熱板８と
は、それぞれ対応するように形成されているので、両者
は正確かつ容易に位置決めされる。

【００３０】ここで放熱板フレーム８ｂの各放熱板８の
上方には、それぞれに対応する加圧ツール１４ｂが配置
されており、この状態で各加圧ツール１４ｂを下降させ
る。なお加圧ツール１４ｂは、それぞれ図示しない超音
波ホーンに接続されており、また加圧ツール１４ｂの先
端の各放熱板８との当接面には、多数の小突起１７ｂが
形成されている。

【００３１】それから従来同様に、下降させた各加圧ツ
ール１４ｂの先端をそれぞれ対応する放熱板８に当接さ
せるとともに、各放熱板８の表面に小突起１７ａを食い
込ませる。また、このとき支持台１３ｂ上に載置されて
いるリードフレーム１ｂの各リードフレーム１のパッド
３の半導体素子搭載面側には、支持台１３ｂの各パッド
３に対応する個所に形成された多数の小突起１６ｂが食
い込む。そしてこの状態で超音波接合を行うことは、第
１の実施例と同様である。

【００３２】本実施例によれば、複数個のリードフレー
ム１及びそれに対応する放熱板８を一括して接合するこ
とができるので、生産性が格段に向上する。なお本実施
例においては、複数のリードフレーム１及び放熱板３を
それぞれ短尺状に連結し形成した例について説明した
が、これは例えば帯状に形成してもよいし、また本実施
例においてはリードフレーム及び放熱板を一列に直列に
連結した例について説明したが、これは例えばマトリッ
クス状に連結してもよい。

【００３３】（第３実施例）次に、本発明の更に他の実
施例について説明する。図５に示す放熱板フレーム８ａ
の放熱板８及び支持リード１９を含む部分のＡ−Ａ´部
の断面形状としては、通常図５（ａ）に示すように、放
熱板８、支持リード１９、連結フレーム１８の各部の厚
さは等しく形成されるが、本実施例においては、図５
（ｂ）に示すように、少なくとも支持リード１９の片面
側の板厚を他部よりも薄い薄肉部として形成するか、ま
たは図５（ｃ）に示すように、少なくとも支持リード１
９の両面の板厚を他部よりも薄い薄肉部として形成して
いる。なお薄肉部は、通常の板厚の３０〜５０％程度薄
肉化するとよい。本実施例では、図５（ｂ）の場合には
板厚が０．６ｍｍの放熱板フレーム８ａにおいて、パッ
ド３接合面側の支持リード１９及び放熱板８の周縁部を
０．１８ｍｍ薄肉化している。また図５（ｃ）の場合に
は、同じく板厚が０．６ｍｍの放熱板フレーム８ａにお
いて、パッド３接合面側及びその裏面側の支持リード１
９及び放熱板８の周縁部を、片側０．１８ｍｍずつ薄肉
化している。このようにすれば、支持リード部１９の機
械的強度が更に弱くなるため、超音波接合時に更に破断
しやすくなる。また、前述したように放熱板８の周縁部
も他部よりも薄く形成しておくと、図９に示すような半
導体装置１２として組立後、放熱板８と封止樹脂１１と
の密着性が良くなるなど、半導体装置の信頼性を向上さ
せることができる。

【００３４】

【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。

【００３５】複数の放熱板を連結した状態で超音波接合
装置内に送り、パッドと放熱板とを超音波接合する際
に、超音波振動により支持リードを破断させて放熱板を
連結フレームから分離させるので、生産性が向上すると
ともに、高価な設備などが不要となり、製造コストを低
減することができる。

【００３６】また、放熱板を連結フレームと連結するた
めの支持リードの一部が振動により破断されやすい形状
に形成されているので、放熱板を容易に連結フレームか
ら分離することができる。

【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】本発明の実施例を示す図。

【図４】本発明の他の実施例を示す図。

【図５】本発明の他の実施例を示す図。

【図６】従来の実施例を示す図。

【図７】従来の実施例を示す図。

【図８】リードフレームを示す図。

【図９】半導体装置を示す図。

【符号の説明】

１、１ａ、１ｂ 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 ８ａ、８ｂ 放熱板フレーム 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、１３ｂ 支持台 １４、１４ａ、１４ｂ 加圧ツール １５ 凹部 １６、１６ａ、１６ｂ 小突起 １７、１７ａ、１７ｂ 小突起 １８ 連結フレーム １９ 支持リード ２０ 位置決めピン ２１ 位置決め孔 ２２ 位置決め孔

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リードフレームのパッドと放熱板とを当
   接し、この状態で超音波振動を付加することによってパ
   ッドに放熱板を接合する放熱板の接合方法において、複
   数個の放熱板を、それぞれ支持リードによって連結フレ
   ームに連結した状態で超音波接合装置に送り、超音波接
   合時の振動によりそれぞれの放熱板の支持リードを破断
   することによって、放熱板を個別に分離することを特徴
   とする放熱板の接合方法。
2. 【請求項２】 各放熱板のそれぞれの支持リードの一部
   が、振動により破断されやすい形状に形成されているこ
   とを特徴とする放熱板フレーム。