JP2003236632A - 金属板及びその成形方法 - Google Patents

金属板及びその成形方法

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澄男 上原
Yoshihisa Nagamine
義久 永峯
Toshifumi Iizuka
敏文 飯塚
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Shinko Electric Industries Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 一方の面に凹部を形成し、この形成によって
他方の面に突出して形成された凸部を切削することによ
り金属板を成形する方法において、金属板に繋がった切
削片が残らないと共に、金属板の他方の面を略平坦な状
態にすることができる金属板の成形方法を提供する。 【解決手段】 金型を用いたプレス加工で金属板10を
成形することにより、一方の面S1の所定部に第1の凹
部10aが形成されていると共に、第1の凹部10aの
形成によって金属板の他方の面S2に突出する凸部10
bが形成され、かつ凸部10bの周縁部から外側の所定
部に第2の凹部10cが形成された構造を形成する工程
と、金属板10の他方の面S2の凸部10bを切削する
工程とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は金属板及びその成形
方法に係り、さらに詳しくは、半導体素子がパッケージ
に実装された半導体装置に用いられるスティフナ(放熱
板兼補強板)と称される金属板及びその成形方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、マルチメディア機器を実現するた
めのキーテクノロジーであるLSI技術はデータ伝送の
高速化、大容量化に向かって着実に開発が進んでいる。
これに伴って、LSIと電子機器とのインターフェイス
となる実装技術の高密度化が進められている。
【0003】高密度実装に対応するパッケージとして、
さまざまなものが開発されてきている。例えば、リード
端子の代わりにはんだボールの端子がパッケージの面上
にグリッドアレイ(格子配列)に設けられたBGA(Ba
ll Grid Array)タイプのパッケージがある。さらに
は、パッケージ基材にポリイミドテープを使用すること
により、高性能多ピン化を狙ったTBGA(Tape Ball
Grid Array)パッケージがある。このTBGAパッケー
ジには、半導体素子の裏側にスティフナと称される放熱
板兼補強板が設けられているものがある。
【0004】図6はスティフナを備えたTBGAパッケ
ージの一例を示す断面図である。図6に示すように、こ
のタイプのTBGAパッケージ116では、金属板から
なるスティフナ100の一方の面の中央部に凹部100
aが設けられ、この凹部100aの底部に接着層110
bを介して半導体素子108が固着されている。スティ
フナ100の一方の面の凹部100a以外の面上にはC
u配線104を有するポリイミドフィルム102が接着
層110aを介して接着されている。このCu配線10
4上には所定部に開口部を有するソルダレジスト膜10
5が形成され、この開口部を介してCu配線104には
んだバンプ106が接続されている。そして、半導体素
子108の電極パッドとCu配線104のボンディング
パッドとがワイヤ112で結線されている。また、半導
体素子108、Cu配線104のボンディングパッド及
びワイヤ112がモールド樹脂114により封止されて
いる。
【0005】さらにパッケージの放熱効果を高める必要
がある場合には、スティフナ100の半導体素子108
が配置された面と反対面に、例えばプレートフィン型の
ヒートシンクを接着して配置する。このため、スティフ
ナ100の半導体素子108が配置されていない面は平
坦な状態であることが好ましい。
【0006】図7は従来のスティフナの成形方法を示す
断面図、図8は従来のスティフナの成形方法における問
題点を示す断面図である。従来のスティフナの成形方法
は、例えば特開平11−102998号公報に記載され
ている。すなわち、図7(a)に示すように、まず、金
属ポンチ120、押え金属部材122及びダイ124を
備えた金型128を用意し、押え金属部材122とダイ
124との間にスティフナとなる金属板100xを配置
する。
【0007】その後、図7(b)に示すように、金属ポ
ンチ120を移動させて金属板100xを押圧すること
により所定の凹部100aを形成する。このとき同時
に、凹部100aの形成によって金属板100xの他方
の面に突出する凸部100bが形成される。
【0008】次いで、図7(c)に示すように、金属板
100xの基部と凸部100bとの繋がり部Aから切刃
126を横方向にスライドさせて凸部100bを切削す
る。
【0009】従来、以上のような成形方法により、金属
板100xを成形してスティフナを作成していた。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
金属板の成形方法では、切刃126は切削中に上下変動
が起こるため、切刃126が切削中に上方にずれた場合
は、図8(a)に示すように、切刃126による凸部1
00bの切削が完了するとき、切刃126は金属板10
0xの基部に突き刺さるため、切削片101aが金属板
100xに繋がった状態で残ってしまう。
【0011】この対策として、切刃126の切削開始位
置を予め下方にずらして設定して凸部100bを切削す
る方法がある。しかし、この方法の場合、図8(b)に
示すように、金属板100xの基部と凸部100bとの
繋がり部Aの位置より下の位置の凸部100bの側面部
で切刃126による切削が完了するようになるため、凸
部100bを切削しても段差101bが残ってしまう。
【0012】つまり、金属板100xの切削面側にはい
わゆるグローバル段差が残ってしまうため、前述したプ
レートフィン型のヒートシンクをさらに接着して固着す
る場合、不具合が発生する恐れがある。
【0013】以上のように、切刃126は切削中にその
高さが上下変動するため、切削片101aや段差101
bが残らないように凸部100bを切削することは困難
を極める。
【0014】本発明は以上の問題点を鑑みて創作された
ものであり、一方の面に凹部を形成し、この形成によっ
て他方の面に突出して形成された凸部を切削することに
より金属板を成形する方法において、金属板に繋がった
切削片が残らないと共に、金属板の他方の面を略平坦な
状態にすることができる金属板の成形方法及び金属板を
提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明は金属板の成形方法に係り、金型を用いたプ
レス加工で金属板を成形することにより、一方の面の所
定部に第1の凹部が形成されていると共に、前記第1の
凹部の形成によって前記金属板の他方の面に突出する凸
部が形成され、かつ前記凸部の周縁部から外側の所定部
に第2の凹部が形成された構造を形成する工程と、前記
金属板の他方の面の凸部を切削する工程とを有すること
を特徴とする。
【0016】本発明では、図1〜図3に例示するよう
に、まず、金型を用いたプレス加工により、金属板10
の一方の面S1の所定部に第1の凹部10aが形成され
ると共に、第1の凹部10aの形成によって他方の面S
2に突出する凸部10bが形成される。このとき同時
に、金属板10の他方の面S2における凸部10bの周
縁部から外側の所定部に第2の凹部10cが形成される
ようにする。
【0017】あるいは、金属板10の他方の面S2に第
2の凹部10cに相当する微小凹部10eを予め形成し
ておき、その後、金属板10の一方の面S1に第1の凹
部10aが形成され、他方の面S2に突出する凸部10
bが形成されるようにしてもよい。
【0018】その後、切削手段26により金属板10の
他方の面S2に形成された凸部10bを切削する。この
とき、好適には、切削手段26により凸部10bの側面
部Bのうちの他方の面S2の高さに対応する部分から切
削が開始され、その後、切削手段26が反対側の側面部
Cを突き破ることにより凸部10bが金属板10から切
削分離される。
【0019】このように、たとえ凸部10bの切削中に
切削手段26の上下変動が起こるとしても、第2の凹部
10cの深さDが切削手段26の上下変動寸法より大き
くなるようにすることで、切削手段26は凸部10bの
側面部Cを突き破って切削が終了することになる。
【0020】従って、切削片11が金属板10に繋がっ
て残るといった不具合が起こらず、切削片11が金属板
10から完全に切削分離される。しかも、凸部10bの
切削面S3は、他方の面S2とその高さがほぼ同一にな
って略平坦な面が得られるので、他方の面S2にヒート
シンクをさらに設ける場合においても不具合が発生する
恐れがない。
【0021】上記した金属板の成形方法において、前記
金型28が、中央部に空洞部を備えた押え金属部材22
と、前記押え金属部材22の空洞部に配置され、上下に
移動可能な金属ポンチ20と、前記押え金属部材22の
下方に配置されると共に、前記金属ポンチ20に対応す
る部分に空洞部を備え、かつ前記金属ポンチ20の周縁
部の外側に対応する部分に凸部24aを備えた金属台2
4とを有することが好ましい。
【0022】このような金型28を使用することによ
り、上記したような金属板10の一方の面S1の所定部
に第1の凹部10aが形成され、他方の面S2に第1の
凹部10aの形成によって突出した凸部10bが形成さ
れ、しかもこの凸部10bの周縁部の外側に第2の凹部
10cが形成された構造を容易に成形することができ
る。その後、上記した方法により金属板10の凸部10
bを切削すればよい。このように、上記した金型を使用
することにより、上記した金属板の成形方法を容易に実
施することができるようになる。
【0023】なお、上記した図番、符号は発明の理解を
容易にするために引用されたものであって、本発明を限
定するものではない。
【0024】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
を参照しながら説明する。
【0025】図1〜図3は本発明の実施形態の金属板の
成形方法を示す断面図である。本発明の実施形態の金属
板の成形方法は、まず、図1(a)に示すような金型2
8を用意する。この金型28は、押え金属部材22、金
属ポンチ20及びダイ24(金属台)により基本構成さ
れる。押え金属部材22はその中央部に空洞部を備え、
この空洞部には上下に移動可能な金属ポンチ20が配置
されている。押え金属部材22の下方には金属ポンチ2
0に対応する部分に空洞部を備えたダイ24が配置され
ている。このダイ24の金属ポンチ20の周縁部の外側
に対応する部分には凸部24aが設けられている。
【0026】金型28を構成するこれらの部材は、金属
粉を焼結することにより製造された超鋼、例えばタング
ステンカーバイド(WC)などからなる。この金型28
は、被加工物がダイ24と押え金属部材22とで固定さ
れた状態で、金属ポンチ20が被加工物側に移動して被
加工物を押圧することにより、被加工物を所定の形状に
プレス加工したり、打ち抜いたりすることができる。
【0027】この金型28のダイ24には上記した凸部
24aが設けられているため、金属ポンチ20により被
加工物の一方の面に第1の凹部が形成され、同時に他方
の面に凸部が形成されるばかりではなく、被加工物の他
方の面にはダイ24の凸部24aに対応する部分に第2
の凹部が形成される。ダイ24の周縁部に形成された凸
部24aは、例えば、その高さHが2μm〜30μm、
好適には10μm程度、その幅Wが0.3〜2mm、好
適には1mm程度とすればよい。
【0028】このような構成の金型28の押え金属部材
22とダイ24との間に厚みが例えば0.8mm程度の
金属板10を配置する。この金属板10は銅合金、ステ
ンレス鋼又はアルミニウムなどからなり、上記した金型
28によりプレス加工されるなどしてスティフナ(放熱
板兼補強板)となるものである。
【0029】その後、図1(b)に示すように、金属板
10が押え金属部材22とダイ24とで挟まれて固定さ
れた状態で、金属ポンチ20で金属板10を押圧するこ
とにより、金属板10の一方の面S1に例えば深さが
0.4mmの略四角状の第1の凹部10aを形成すると
共に、この凹部10aの形成によって金属板10の一部
が押圧されて他方の面S2に突出する凸部10bが形成
される。このとき同時に、金属板10の他方の面S2に
おいては、ダイ24に設けられた凸部24aに対応する
部分が押圧されて塑性変形を起こし、凸部10bの周縁
部外側の所定部に第2の凹部10cが形成される。
【0030】この第1の凹部10aはその底部に半導体
素子が固着されるものであるので、第1の凹部10aの
形状、寸法、深さなどは各種半導体素子のチップサイズ
やその厚みにに合わせて適宜調整すればよい。また、こ
の第2の凹部10cは、ダイ24の凸部24aに対応し
て形成されるので、その深さDが金属板10の他方の面
S2(凸部10b以外の面)から2μm〜30μm、好
適には10μm程度、その幅Wが0.3〜2mm、好適
には1mm程度に形成される。
【0031】金属板10の他方の面S2に形成された第
2の凹部10cは、後工程で金属板10の凸部10bが
切削される際に、金属板10の他方の面S2に切削片や
グローバル段差が残らないようにするためのものであ
る。
【0032】次に、金属板10を図1(b)に示す形状
に成形する方法の変形例を説明する。前述した例では、
金属板10に第1の凹部10a、凸部10b及び第2の
凹部10cを同時に形成する方法を例示したが、図2に
示すように、最初に第2の凹部10cに相当する微小凹
部10eを形成し、その後、第1の凹部10a及び凸部
10bを形成するようにしてもよい。
【0033】すなわち、まず、図2(a)に示すよう
に、押え部材22xとダイ24xとにより基本構成され
る第1の金型28xを用意する。このダイ24xには前
述した金属板10の第2の凹部10cに相当する微小凹
部10eを形成するための凸部24yが設けられてい
る。
【0034】その後、この第1の金型28xの押え金属
部材22xとダイ24xとの間に金属板10を配置して
プレス加工することにより、この金属板10の他方の面
S2の所定部に第2の凹部10cに相当するリング状の
微小凹部10eを形成する。
【0035】次いで、図2(b)に示すように、図1
(a)に示す金型28(第2の金型)を用意する。続い
て、金属板10の他方の面S2がダイ24側になると共
に、微小凹部10eがダイ24の凸部24aに嵌合する
ようにして金属板10を金型28に配置してプレス加工
する。
【0036】これにより、ダイ24の凸部24aが金属
板10の微小凹部10eに嵌合した状態で、金属板10
の一方の面S1の所定部に第1の凹部10aが形成され
ると共に、この凹部10aの形成によって金属板10の
他方の面S2に突出する凸部10bが形成される。この
ようにして、図1(b)に示す金属板10と同様の構造
を形成してもよい。
【0037】次に、金属板10の他方の面S2に形成さ
れた凸部10bを切削する工程の説明を行う。まず、金
属板10の凸部10bを切削するための切削手段を用意
する。切削手段は、図3(a)に示すように、切刃26
を備えた切削装置(不図示)を用いればよい。この切刃
26は前述した金型28の構成部材と同様に超鋼などか
らなる。続いて、プレス加工された金属板10の他方の
面S2に切刃26の上面を接触又は触しない程度に接近
するように位置設定し、切刃26を金属板10の他方の
面S2に平行に凸部10b側にスライドさせる。
【0038】これにより、図3(b)に示すように、切
刃26の先端部が凸部10bの側面部Bのうちの他方の
面S2に対応する部分に突き刺さって切削が開始され、
その後、反対側の側面部Cを突き破って凸部10bが金
属板10から切削分離される。
【0039】このように、たとえ凸部10bの切削中に
切刃26の上下変動が起こるとしても、第2の凹部10
cの深さが好適には10μm程度であって切刃26の上
下変動寸法(例えば2〜3μm)より大きく設定されて
いるため、切刃26は凸部10bの側面部Cを突き破っ
て切削が終了する。つまり、切刃26が切削開始時の設
定位置から上方にずれたとしても、切削が終了する際に
切刃26の先端部が金属板10の基部に突き刺さること
はない。
【0040】従って、切削が終了しても切削片11が金
属板10に繋がって残るといった不具合が起こらず、切
削片11が金属板10から完全に切削分離される。しか
も、凸部10bの切削面S3は、金属板10の他方の面
S2とその高さが略同一な状態となる。
【0041】本実施形態の成形方法では、凸部10bの
切削が完了した金属板10の他方の面S2には、第2の
凹部10cの凸部10b側の深さが浅くなった溝10d
が残存する。しかし、この溝10dは凸部10bが形成
されていた部分の周縁部に微小なくぼみとして局所的に
残存するものであるので、金属板10の他方の面S2は
殆ど平坦な状態で成形されるといってもよい。従って、
従来例と違って、金属板10の他方の面S2上にプレー
トフィン型のヒートシンクをさらに設ける場合において
も、なんら不具合が発生する恐れがない。
【0042】このようにして、図3(c)に示すよう
に、一方の面S1には半導体素子が固着される第1の凹
部10aが形成され、他方の面S2には第1の凹部10
aの周縁部の近傍又は外側部に対応する部分に微小な溝
10dが形成されたスティフナ10xが完成する。
【0043】なお、本実施形態では、図1(b)に示す
ように、金属板10の第2の凹部10cの形状として
「コ」の字型状のものを例示したが、凹部10cの底部
が突形や半円を有するU字形などになるようにしてもよ
い。つまり、切刃26が凸部10bの側面部Bから側面
部Cに突き抜けるようにして、凸部10bが切削される
ようにすればよい。
【0044】次に、前述した本実施形態の成形方法で成
形されたスティフナ10xを備えたTBGAパッケージ
に半導体素子が実装された半導体装置について説明す
る。
【0045】図4は本実施形態の成形方法で成形された
スティフナを備えたTBGAパッケージに半導体素子が
実装された半導体装置を示す断面図、図5は図4の半導
体装置にさらにヒートシンクが設けられた半導体装置を
示す断面図である。
【0046】図4に示すように、本実施形態に係る半導
体装置44では、前述した成形方法により作成されたス
ティフナ10xの一方の面S1にCu配線34を備えた
ポリイミドフィルム32が接着層30aを介して接着さ
れている。このCu配線34のはんだボール搭載部やボ
ンディングパッドが露出するようにしてソルダレジスト
膜35がパターニングされて形成され、はんだボール搭
載部にははんだボール36が搭載されている。
【0047】また、スティフナ10xの第1の凹部10
aの底部に接着層30bによって半導体素子38が固着
されている。半導体素子38の電極パッドとCu配線3
4のボンディングパッドとはワイヤ40により結線され
ている。さらに、半導体素子38、Cu配線34のボン
ディングパッド及びワイヤ40はモールド樹脂41によ
り封止されている。
【0048】図5に示す半導体装置44aは、図4に示
す半導体装置44のスティフナ10xの溝10dが形成
された面にプレートフィン型のヒートシンク42が接着
層30cを介して固着されたものである。その他の構成
要素は図4の半導体装置44と同一であるのでその説明
を省略する。
【0049】本実施形態の金属板の成形方法を用いると
スティフナ10xのヒートシンク42が固着される面に
局所的に溝10dが形成されるが、溝10d以外の部分
はその面が略同一の高さで平坦なものとすることができ
る。従って、前述したようにスティフナ10xに接着層
30cを介してヒートシンク42を固着する際になんら
不具合は発生しない。
【0050】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
まず、金型を用いたプレス加工により、金属板の一方の
面の所定部に第1の凹部が形成されると共に、この第1
の凹部の形成によって他方の面に突出する凸部が形成さ
れ、かつ金属板の他方の面における該凸部の周縁部から
外側の所定部に第2の凹部が形成される。その後、切削
手段により金属板の他方の面の凸部を切削する。
【0051】このようにすることにより、凸部の周縁部
には第2の凹部が形成されているので、切削手段が凸部
の両側面部を突き破ることで凸部が金属板から切削分離
される。このため、切削片が金属板に繋がって残るとい
った不具合が起こらず、しかも金属板の他方の面を略平
坦なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の実施形態の金属板の成形方法を
示す断面図(その1)である。
【図2】図2は本発明の実施形態の金属板の成形方法を
示す断面図(その1の変形例)である。
【図3】図3は本発明の実施形態の金属板の成形方法を
示す断面図(その2)である。
【図4】図4は本実施形態の成形方法で成形されたステ
ィフナを備えたTBGAパッケージに半導体素子が実装
された半導体装置を示す断面図である。
【図5】図5は図4の半導体装置にさらにヒートシンク
が設けられた半導体装置を示す断面図である。
【図6】図6はスティフナを備えたTBGAパッケージ
の一例を示す断面図である。
【図7】図7は従来のスティフナの成形方法を示す断面
図である。
【図8】図8は従来のスティフナの成形方法における問
題点を示す断面図である。
【符号の説明】
10:金属板 10a:第1の凹部 10b:金属板の凸部 10c:第2の凹部 10d:溝 10e:微小凹部 10x:スティフナ 11:切削片 20:金属ポンチ 22,22x:押え金属部材 24,24x:ダイ(金属台) 24a,24y:ダイの凸部 28,28x:金型 30a,30b,30c:接着層 32:ポリイミドフィルム 34:Cu配線 35:ソルダレジスト膜 36:はんだボール 38:半導体素子 40:ワイヤ 41:モールド樹脂 42:ヒートシンク 44,44a:半導体装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飯塚 敏文 長野県長野市大字栗田字舎利田711番地 新光電気工業株式会社内 Fターム(参考) 4E048 EA04 5F036 AA01 BA23 BB03 BB05

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金型を用いたプレス加工で金属板を成形
    することにより、一方の面の所定部に第1の凹部が形成
    されていると共に、前記第1の凹部の形成によって前記
    金属板の他方の面に突出する凸部が形成され、かつ前記
    凸部の周縁部から外側の所定部に第2の凹部が形成され
    た構造を形成する工程と、 前記金属板の他方の面の凸部を切削する工程とを有する
    ことを特徴とする金属板の成形方法。
  2. 【請求項2】 前記金属板を成形することにより前記構
    造を形成する工程において、前記第1の凹部、前記凸部
    及び前記第2の凹部を同時に形成することを特徴とする
    請求項1に記載の金属板の成形方法。
  3. 【請求項3】 前記金属板を成形することにより前記構
    造を形成する工程が、 第1の金型を用いたプレス加工により、前記金属板の他
    方の面に所定部を囲むリング状の前記第2の凹部を形成
    する工程と、 第2の金型を用いたプレス加工により、前記金属板の一
    方の面のうちの第2の凹部が囲む所定部に対応する部分
    に前記第1の凹部を形成すると共に、前記第1の凹部の
    形成によって前記金属板の他方の面の第2の凹部が囲む
    所定部が突出する前記凸部を形成する工程とを含むこと
    を特徴とする請求項1に記載の金属板の成形方法。
  4. 【請求項4】 前記凸部を切削する工程において、前記
    凸部の一方の側面のうちの前記金属板の他方の面に対応
    する位置から切削手段により切削することを特徴とする
    請求項1乃至3のいずれか一項に記載の金属板の成形方
    法。
  5. 【請求項5】 前記金型が、 中央部に空洞部を備えた押え金属部材と、 前記押え金属部材の空洞部に配置され、上下に移動可能
    な金属ポンチと、 前記押え金属部材の下方に配置されると共に、前記金属
    ポンチに対応する部分に空洞部を備え、かつ前記金属ポ
    ンチの周縁部の外側に対応する所定部に凸部を備えた金
    属台とを有することを特徴とする請求項2に記載の金属
    板の成形方法。
  6. 【請求項6】 前記第2の凹部を、前記金属板の他方の
    面から2〜30μmの深さで、かつ0.3〜2mmの幅
    で形成することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか
    一項に記載の金属板の成形方法。
  7. 【請求項7】 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の
    金属板の成形方法により成形された金属板。
  8. 【請求項8】 前記金属板は、前記金属板の一方の面の
    所定部に凹部を有し、かつ前記金属板の他方の面におけ
    る前記凹部の周縁部の近傍又は外側部に対応する部分に
    溝を有することを特徴とする請求項7に記載の金属板。
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