JP2003234446A - 半導体装置用ベースおよびその製造方法ならびにそれを用いた半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベース２と接着物と絶縁リード線７ａ、７ｂ
との加圧・引張り等の外部応力により、それぞれの界面
に剥離現象を起こすことの無い、信頼性が高く安価なベ
ースおよびその製造方法ならびにそれを用いた半導体装
置ベースの提供。 【解決手段】 絞り込みなどプレス加工した薄板材から
なるベース２が環状壁部内面の折り曲げ部内面１３にへ
こみ部２１を少なくとも一カ所形成し、前記へこみ部２
１に充填された熱硬化性樹脂８がアンカー効果（機械的
結合）の役割を果たすと共に前記ベース２と熱硬化性樹
脂８との接着面積が大きくなり外部応力に対する強度が
向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置用ベー
スおよびそれを用いた半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５（ａ）は従来の半導体装置用ベース
（以下、ベースと称する。）の断面図、図５（ｂ）は図
５（ａ）におけるＡ部の拡大図であり、１は環状壁部を
有するよう折り曲げる金属板材（図示せず）、２は金属
板材１を後述するようにプレス加工して形成した凹形状
のベース、３はベース２に形成された環状壁部、４はベ
ース２に一体形成された半導体素子取り付け部、５はベ
ース２に設けられた貫通穴、６はベース２と導通接続さ
れたアースリード線、７ａ、７ｂは貫通穴５に挿通され
た絶縁リード線、８はベース２と絶縁リード線７ａ、７
ｂを接着する絶縁性接着物として例えば熱硬化性樹脂、
９ａ、９ｂは半導体素子取り付け部４に載置された半導
体素子、１０ａ、１０ｂは絶縁リード線７ａ、７ｂと半
導体素子９ａ、９ｂを導通接続する導電性ワイヤー、１
１は環状壁部３の環状壁部内面、１２は環状壁部３を有
したベース２の底部分、１３は環状壁部３と底部分１２
の接合部であってベース２の凹部内壁部である折り曲げ
部内面である。

【０００３】詳細の構成を下記に説明する。金属板材１
（図示せず）を板金加工によりベース２を形成する。ベ
ース２は環状壁部３と半導体素子取り付け部４とからな
り、貫通穴５が半導体素子取り付け部４の両側のベース
２に設けられている。アースリード線６はベース２と導
通接着されており、一方、絶縁リード線７ａ、７ｂはベ
ース２の貫通穴５に挿通されている。ベース２の凹部内
には熱硬化性樹脂８が装填されて、ベース２と加熱接着
されている。絶縁リード７ａ、７ｂは熱硬化性樹脂８に
よりベース２と絶縁されている。半導体素子取り付け部
４には半導体素子９ａ、９ｂが導電性ペースト（図示せ
ず）により載置され、導電性ワイヤー１０ａ、１０ｂに
より、絶縁リード７ａ、７ｂとそれぞれ導通接続されて
いる。また、環状壁部３の環状壁部内面１１は金属板材
１の表面状態のまま保たれている。折り曲げ部内面１３
には、板金加工の際の張出しで肉厚が薄くなり破断する
ことを防ぐために、緩やかな湾曲形状が底部分１２の周
縁に沿って連続的に形成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の構成では、
ベース２ならびに絶縁リード線７ａ、７ｂは、例えばＦ
ｅやＦｅ−Ｎｉ合金などの金属からなり、絶縁性接着物
として例えば熱硬化性樹脂８は、例えばメラミン，フェ
ノ−ル，エポキシ等からなるが、金属は熱硬化性樹脂８
とはぬれ性（相溶性）が悪い。このためベース２ならび
に絶縁リード線７ａ、７ｂと熱硬化性樹脂８との界面
は、接着強度が非常に弱い。一方、半導体素子９ａ、９
ｂを半導体素子取り付け部４へ取り付ける時や組立完成
後ハウジングに取り付ける時などの実装工程では、絶縁
リード線７ａ、７ｂへ圧縮や引張り力などの外部応力が
加わる。このため、絶縁リード線７ａ、７ｂと熱硬化性
樹脂８との界面ならびにベース２と熱硬化性樹脂８との
界面に剥離現象が発生し、絶縁リード線７ａ、７ｂが熱
硬化性樹脂８から抜けたり、熱硬化性樹脂８がベース２
から外れるなどの不具合が発生するという問題がある。

【０００５】一方、絶縁リード線７ａ、７ｂと熱硬化性
樹脂８間の密着力不足を解決する方法として、図５
（ｃ）に示すように、絶縁リード線７ａ、７ｂの熱硬化
性樹脂８と接触する部分に凹凸部１４を形成し、アンカ
ー効果（機械的結合）による抜け防止処理を設けた絶縁
リード線７ａ、７ｂを用いることが広く知られている。

【０００６】この方法は絶縁リード線７ａ、７ｂが熱硬
化性樹脂８から抜けることを防ぐには効果的ではある。
しかし、この方法だけでは半導体素子９ａ、９ｂを半導
体素子取り付け部４へ取り付ける時や組立完成後ハウジ
ングに取り付ける時などの実装工程において絶縁リード
線７ａ、７ｂへ加わる圧縮・引張り力などの外部応力に
より、ベース２の凹部の内面と熱硬化性樹脂８との接着
部が剥離するという問題は依然解決せずに残る。

【０００７】本発明は、上記問題を解決するものであ
り、半導体素子９ａ、９ｂを半導体素子取り付け部４へ
取り付ける時や組立完成後ハウジングに取り付ける時な
どの実装工程において加わる絶縁リード線７ａ、７ｂへ
の圧縮・引張り力などの外部応力で、ベース２と熱硬化
性樹脂８間の界面が剥離することがない安価で信頼性が
高いベースおよびその製造方法ならびにそれを用いた半
導体装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明のベースは、環状壁部と底部分と接合部とから
なり、前記接合部は前記環状壁部と前記底部分とを接合
しており、前記接合部の内面の前記環状壁部にへこみ部
が形成された半導体装置用ベースであり、更に、環状壁
部は凹形状の側壁であり、底部分は凹形状の底であり、
接合部は凹形状の角の箇所である。また、金属板材を折
り曲げて形成した凹形状の半導体装置用ベースであっ
て、前記凹形状をなす環状壁部の内面にへこみ部が形成
された半導体装置用ベースである。更に、金属の皮膜を
施されたものであり、更に具体的には金属の皮膜が熱伝
導に優れた金属で構成されたものである。これによれ
ば、半導体素子を半導体素子取り付け部へ取り付ける時
や組立完成後ハウジングに取り付ける時など実装する時
に加わる外部応力で、前記ベースおよび絶縁リード線と
熱硬化性樹脂間の界面に剥離現象が発生することがない
安価で放熱性に優れた信頼性の高いベースである。

【０００９】次に、本発明の製造方法は、金属板材を折
り曲げて環状壁部と底部分とを接合し凹形状に形成する
工程と、前記環状壁部と前記底部分との接合部の内面の
前記環状壁部にへこみ部を形成する工程と、前記底部分
に半導体素子を取り付ける半導体素子取り付け部および
リード線を挿通する貫通穴を形成する工程と、前記半導
体素子取り付け部を折り曲げ立設する工程とを有したも
のである。更に、前記金属板材に金属の皮膜を施された
ものであり、更に具体的には、金属の皮膜が熱伝導に優
れた金属で構成されたものである。これによれば、半導
体素子取り付け部へ取り付ける時や組立完成後ハウジン
グに取り付ける時など実装する時に加わる外部応力で、
前記ベースおよび絶縁リード線と熱硬化性樹脂間の界面
が剥離することがない、安価で放熱性に優れた信頼性の
高いベースを製造することが可能である。

【００１０】次に、本発明の半導体装置は、金属板材が
環状壁部を有するよう折り曲げられるとともに半導体素
子取り付け部が一体的に形成された凹形状の半導体装置
用ベースと、絶縁性接着物により前記半導体装置用ベー
スと電気的に絶縁された絶縁リード線と、前記半導体素
子取り付け部に載置された半導体素子とからなる半導体
装置であって、前記ベースの環状壁部内面の折り曲げ部
内面にへこみ部が形成され、前記へこみ部に前記絶縁性
接着物が埋め込まれる構成である。更に、ベースとアー
スリード線は電気的に接続され、絶縁リード線は環状壁
部内で熱硬化性樹脂により接着されたものであり、更
に、金属板材に金属の皮膜を施されたものであり、更に
具体的には、金属の皮膜が熱伝導に優れた金属で構成さ
れたものである。これによれば、半導体素子取り付け部
へ取り付ける時や組立完成後ハウジングに取り付ける時
など実装する時に加わる外部応力で前記ベースおよび前
記絶縁リード線と前記熱硬化性樹脂間の界面が剥離する
ことがない安価で放熱性に優れた信頼性の高い半導体装
置となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。図１（ａ）は本発明に
係る半導体レーザー装置用ベースを示したものであっ
て、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ’線に沿った断面
図、図１（ｃ）は図１（ｂ）におけるＢ部（接合箇所）
の拡大図である。図１（ａ）、図１（ｂ）において、２
は円板状の金属板材１（図示せず）から後述する絞り加
工により折り曲げ形成した凹形状のベース、３はベース
２に形成された環状壁部、４はベース２に一体形成され
た半導体素子取り付け部、５はベース２に設けられた貫
通穴、６はベース２と導通接続されたアースリード線、
７ａ、７ｂは貫通穴５に挿通された絶縁リード線、８は
ベース２と絶縁リード線７ａ、７ｂを接着する絶縁性接
着物として例えば熱硬化性樹脂、９ａ、９ｂは半導体素
子取り付け部４に載置された半導体素子、１０ａ、１０
ｂは絶縁リード線７ａ、７ｂと半導体素子９ａ、９ｂを
導通接続する導電性ワイヤー、１１は環状壁部３の環状
壁部内面、１２は環状壁部３を有したベース２の底部
分、１３は環状壁部３と底部分１２との接合箇所であっ
て、ベース２の凹部の折り曲げ部内面、１４は熱硬化性
樹脂８から絶縁リード線７ａ、７ｂが抜けることを防ぐ
ために設けた凹凸部である。以上の構成は従来の構成と
同様である。２１はベース２から熱硬化性樹脂８が剥離
することを防ぐため折り曲げ部内面１３の環状壁部内面
１１側に形成したへこみ部であり、このへこみ部２１を
設けた点が従来例と異なる。

【００１２】図１（ａ）に示したように、金属板材１
（図示せず）にプレス加工を行いベース２を形成する際
に、金属板材１に貫通穴５を設けるとともに環状壁部３
と半導体素子取り付け部４を形成した。このときベース
２の折り曲げ部内面１３の環状壁部内面１１側に前記へ
こみ部２１が形成されるようなプレス加工を施した。そ
して、ベース２のへこみ部２１に熱硬化性樹脂８を充填
した。これは半導体レーザー装置を組立後、前記へこみ
部２１に充填された熱硬化性樹脂８がアンカー効果（機
械的結合）の役割を果たすと共に前記ベース２と熱硬化
性樹脂８との接着面積を大きくするものである。

【００１３】次に、ベース２の製造工程を斜視図である
図２と、その断面図である図３とを用いて説明する。金
属板材１に絞り加工を施す際、ベース２の底部分１２の
板厚が薄くなり破断することが無いよう絞り直径、板厚
等を考慮して金属板を適宜選択する。金属板は、例えば
厚さ０．５ｍｍ程度のＦｅやＦｅ−Ｎｉ合金などの金属
からなり、その金属板を打ち抜いて、円板状の金属板材
１を形成する（図２（ａ））。次に、金属板材１に絞り
加工を施し、ほぼ直角に折り曲げて環状壁部３を有した
凹形状の中間加工物を形成する（図２（ｂ））。この時
絞り加工の条件を後に詳細に説明する方法を用いること
で、底部分１２は角部分の肉厚を薄く、環状壁部内面１
１の肉厚が厚くなる様にへこみ部２１を形成している
（図２（ｂ）のＹ−Ｙ’線に沿った断面形状：図３
（ａ））。次に、前記中間加工物の底部分１２の中央部
に半導体素子取り付け部４を残し、絶縁リード線７ａ、
７ｂを挿通する貫通穴５を打ち抜いた中間加工物を形成
する（図２（ｃ））。次に、前記中間加工物の半導体素
子取り付け部４を断面視Ｌ字型に折り曲げ立設して半導
体素子取り付け部４を形成する（図２（ｄ））。この
時、ベース２ならびに絶縁リード線７ａ、７ｂを接着す
る熱硬化性樹脂８の装填を考慮し、環状壁部３の開口部
付近の内径側にしごき加工を施している（図２（ｄ）の
Ｚ−Ｚ’線に沿った断面形状：図３（ｂ））。前記へこ
み部２１は半導体レーザー装置を組立後、前記へこみ部
２１に充填された熱硬化性樹脂８がアンカー効果（機械
的結合）の役割を果たすと共に、一度のプレス加工工程
で前記ベース２と熱硬化性樹脂８との接着面積を大きく
することができる。

【００１４】次に、前記製造方法で製造されたベースの
半導体素子取り付け部４に導電性ペースト（図示せず）
により半導体素子９ａ、９ｂを載置し、ベース２の上面
には、頂部に透過窓を有したキャップ（図示せず）を抵
抗溶接やろう付けなどにより接着して、半導体レーザー
装置が完成する。前記へこみ部２１に充填された熱硬化
性樹脂８がアンカー効果（機械的結合）の役割を果たす
と共に前記ベース２と熱硬化性樹脂８との接着面積が大
きくなり外部応力に対する強度が向上する。

【００１５】前記へこみ部２１に充填された熱硬化性樹
脂８が、アンカー効果（機械的結合）をもたらすへこみ
量αは２０μｍ以上であった（図１（ｃ））。

【００１６】次に、上記で説明したへこみ部２１を絞り
加工で形成する方法について図４で詳細に説明する。２
２はベース２の内径を上下の往復運動により打接成形す
る円筒状のポンチ、２３はベース２の外径を打接成形す
る円筒状の穴を有したダイスである。ダイス２３に金属
板材１を載置する（図４（ａ））。ポンチ２２が上下運
動しダイス２３とはめ合わされる際のポンチ２２とダイ
ス２３のクリアランスを広く設定し、金属板材１を凹形
状のベース２を形成する（第一絞り：図４（ｂ））。円
筒状の穴径を小さくしたダイス２３と前記ポンチ２２で
クリアランスを第一絞りよりも狭く、かつベース２を所
望の外形寸法より大きく設定し、前記金属板材１をほぼ
直角に折り曲げ、へこみ部２１および半導体素子取り付
け部４を残した貫通穴５をベース２に形成する（第二絞
り：図４（ｃ））。ポンチ２２の直径を大きくし、ダイ
ス２３の円筒状の穴径はベース２の外形寸法に合わせ、
クリアランスを第二絞りよりも狭く設定し、ベース２の
環状壁部内面１１の開口部付近をしごくとともにベース
２の環状壁部３を所望の外径寸法にするために、０．１
ｍｍ程度シェービング加工を施す（図４（ｄ））。半導
体素子取り付け部４を断面視Ｌ字型に折り曲げ立設し
（図４（ｅ））、ベース２の完成品となる（図４
（ｆ））。この様にしてへこみ部２１を形成する事が出
来る。

【００１７】へこみ部２１のへこみ量は、金属板材１の
厚み、前記金属板材１を打接形成するポンチ２２の角部
の曲率を規定する角半径（Ｐｒ）、ポンチ２２の直径
（Ｄｐ）、ダイス２３の円筒状穴径（Ｄｄ）、絞り率
（ポンチ２２の直径（Ｄｐ）／金属板材１の直径）で制
御できる（図４（ａ））。

【００１８】なお、実施形態では、絶縁性接着物として
熱硬化性樹脂を用いて説明したが、感圧形接着剤や低融
点ガラス等を用いることも可能である。

【００１９】更に、金属板に熱硬化性樹脂８とのぬれ性
（相溶性）や熱伝導率に優れたＣｕめっきを施すことで
ベース２と熱硬化性樹脂８の接着力が向上するとともに
高出力半導体素子を実装した場合でも放熱性が確保され
る。

【００２０】また、金属板に施されるめっきは、金属板
材料が上層へ拡散することを防ぐＮｉめっきおよび導電
性ペーストや導電性ワイヤーなどと馴染み易いＡｕめっ
きなどを部材ごとに適宜選択し施すことができる。

【００２１】以上、本発明によるベースおよびその製造
方法ならびにそれを用いた半導体装置の一実施形態につ
いて説明したが本発明の思想に逸脱しない限り適宜変更
可能である。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、金
属板材を絞り込みプレス加工したベースの環状壁部に接
着物を充填するへこみ部を設けることにより、充填され
た接着物がアンカー効果（機械的結合）の役割を果たす
と共に前記ベースと熱硬化性樹脂との接着面積を大きく
することが出来る。

【００２３】また、本発明の製造方法によれば、一度の
プレス工程で上記効果を有するベースを効率よく安価に
提供できるという効果を得ることができる。

【００２４】また、本発明の半導体装置によれば、半導
体素子取り付け部へ取り付ける時や組立完成後ハウジン
グに取り付ける時などの実装する時に加わる外部応力に
対する破壊強度の向上、ならびに放熱特性の向上など、
信頼性の高い半導体装置を安価に提供することができる
という効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態による半導体レーザー装置用
ベースを示すもので、 （ａ）は斜視図 （ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ’線に沿った断面図 （ｃ）は図１（ｂ）のＢ部拡大図

【図２】本発明の実施形態によるベースの製造工程の斜
視図を示すもので、 （ａ）は金属板材を示す図 （ｂ）、（ｃ）は中間加工物を示す図 （ｄ）はベース完成品を示す図

【図３】本発明の実施形態によるベースの製造工程の断
面図を示すもので、 （ａ）は図２（ｂ）のＹ−Ｙ’線に沿った断面図 （ｂ）は図２（ｄ）のＺ−Ｚ’線に沿った断面図

【図４】本発明の実施形態によるベースの製造工程の詳
細説明断面図を示すもので、 （ａ）は金属板材を載置した状態を示す図 （ｂ）〜（ｅ）はベースの中間加工物を示す図 （ｆ）はベース完成品を示す図

【図５】従来例の半導体装置用ベースを示すもので、 （ａ）は断面図 （ｂ）は図５（ａ）のＡ部拡大図 （ｃ）は抜け防止処理を設けた絶縁リード線を示す図

【符号の説明】

１ 金属板材 ２ ベース ３ 環状壁部 ４ 半導体素子取り付け部 ５ 貫通穴 ６ アースリード線 ７ａ 絶縁リード線 ７ｂ 絶縁リード線 ８ 熱硬化性樹脂 ９ａ 半導体素子 ９ｂ 半導体素子 １０ａ 導電性ワイヤー １０ｂ 導電性ワイヤー １１ 環状壁部内面 １２ 底部分 １３ 折り曲げ部内面 １４ 凹凸部 ２１ へこみ部 ２２ ポンチ ２３ ダイス

フロントページの続き (72)発明者 二川 智之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 環状壁部と底部分とからなり、前記環状
   壁部と前記底部分とが接合された接合部の内面の前記環
   状壁部にへこみ部が形成されたことを特徴とする半導体
   装置用ベース。
2. 【請求項２】 環状壁部は凹形状の側壁であり、底部分
   は凹形状の底であり、接合部は凹形状の角の箇所である
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置用ベース。
3. 【請求項３】 金属板材を折り曲げて形成した凹形状の
   半導体装置用ベースであって、前記凹形状をなす環状壁
   部の内面にへこみ部が形成されたことを特徴とする半導
   体装置用ベース。
4. 【請求項４】 金属の皮膜が施されていることを特徴と
   した請求項１または請求項２ならびに請求項３記載の半
   導体装置用ベース。
5. 【請求項５】 金属の皮膜が熱伝導に優れた金属である
   ことを特徴とした請求項４記載の半導体装置用ベース。
6. 【請求項６】 金属板材を折り曲げて環状壁部と底部分
   とを接合し凹形状に形成する工程と、前記環状壁部と前
   記底部分との接合部の内面の前記環状壁部にへこみ部を
   形成する工程と、前記底部分に半導体素子を取り付ける
   半導体素子取り付け部およびリード線を挿通する貫通穴
   を形成する工程と、前記半導体素子取り付け部を折り曲
   げ立設する工程とを有したことを特徴とする半導体装置
   用ベースの製造方法。
7. 【請求項７】 金属板材には金属の皮膜が施されている
   ことを特徴とした請求項６記載の半導体装置用ベースの
   製造方法。
8. 【請求項８】 金属板材に施されている金属の皮膜が熱
   伝導に優れた金属であることを特徴とした請求項７記載
   の半導体装置用ベースの製造方法。
9. 【請求項９】 金属板材が環状壁部を有するよう折り曲
   げられるとともに半導体素子取り付け部が一体的に形成
   された凹形状の半導体装置用ベースと、絶縁性接着物に
   より前記半導体装置用ベースと電気的に絶縁された絶縁
   リード線と、前記半導体素子取り付け部に載置された半
   導体素子とからなる半導体装置であって、前記ベースの
   環状壁部内面の折り曲げ部内面にへこみ部が形成され、
   前記へこみ部に前記絶縁性接着物が埋め込まれたことを
   特徴とする半導体装置。
10. 【請求項１０】 半導体装置用ベースとアースリード線
    は電気的に接続され、絶縁リード線は環状壁部内で熱硬
    化性樹脂により接着されたことを特徴とする請求項９記
    載の半導体装置。
11. 【請求項１１】 金属板材には金属の皮膜が施されてい
    ることを特徴とした請求項１０記載の半導体装置。
12. 【請求項１２】 金属板材に施されている金属の皮膜が
    熱伝導に優れた金属であることを特徴とした請求項１１
    記載の半導体装置。