JP2007012657A - 半導体装置用リードフレームとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 リード間隙と材料の板厚とプレス時のパンチ形状との関係に影響を受けて形状が制限される事がない半導体装置用リードフレームとその製造方法を提供すること。
【解決手段】 リードまたはダイパット２とパンタグラフ型の吊りリード３とフレーム枠４とを備えたリードフレーム１で、吊りリード３を介してフレーム枠４に配設されたリードまたはダイパット２が構成されているのでフレーム枠４と、吊りリード３を介して該フレーム枠４に配設されたリードまたはダイパット２と、の間に力をかける事により吊りリード３を塑性変形させて互いに対向するリードまたはダイパット２同士間のリード間隙を狭く変化調整できるのでリードフレーム１をプレス加工する際のパンチ形状が狭幅に制限されず、完成時のリード間隙と材料の板厚に制限を課す事がない。
【選択図】 図１

Description

本発明は半導体装置用リードフレームとその製造方法およびそのリードフレームの製造に用いる金型に関する。

近年、ダイオードやトランジスタなど半導体装置において小型化と共に高出力タイプのものが使われている。半導体装置を小型化、高出力化することにより、チップからの発熱による動作不良を防ぐために半導体素子もしくは半導体装置からの熱をどう逃がすかが課題となっている。リードフレームの厚みを大きくして熱容量を増やすことで放熱の助けとする方法がある。

しかし、リードフレームの厚みを大きくするほど、厚みが小さいリードフレームと比較して、板材からリードを打抜く際に大きな力を要し、打抜きパンチが折れたり、金型そのものが破損したりすることがある。必然的に打抜き部、すなわちリード間の隙間が広くなることになる。一般的にはリードフレームの厚みと同じ、もしくは厚みの３/４程度以上の隙間が必要となる。このためリードフレームの厚みを大きくするとリード間の間隙が広がり、その結果ボンディング面積が確保できない、またはフレーム面積が小さくなるという問題が生じる。

そこでリード間の間隙を打抜く際にパンチの強度を大きくして金型の保護を行うなどの工夫がなされている（例えば、特許文献１参照）。図５は、前記特許文献１に記載された座屈強度を高めたリード打抜き用パンチの説明をする為のもので、１００はリードフレーム、１１０はリードまたはダイパット、１２０はパンチ、１２０ａはパンチ先端面形状、ａはリード間隙、を各々示しており、リードフレーム１００のリードまたはダイパット１１０間のリード間隙ａを打抜く為のパンチ１２０の座屈強度を高めるためにパンチ先端面形状１２０ａをＴ字型としたものとして金型（図示せず）の能力を保っていた。
特開２００１−１５００５６号公報

しかしながら、前記従来の構成では、パンチ先端面形状１２０ａをＴ字型に形成するため、リードまたはダイパット１１０周囲にパンチ先端面形状１２０ａが収まる空間が必要となり、更に板材が厚くなると、よりパンチ１２０の肉厚が要求されるのでリードフレーム１００の形状に制限が課せられる事となるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、リード間隙が狭いリードフレームを製造するにあたり、パンチの薄肉化が不要でパンチによる形状制限が課せられる事のない半導体装置用リードフレームとその製造方法を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の半導体装置用リードフレームは、リードまたはダイパットと吊りリードとを含むリード構体であって、リードまたはダイパットの形成位置変位に伴う形状の変化を集中的に受けて塑性変形する吊りリードを有する。

吊りリードは、リードまたはダイパットと該リードまたはダイパットが配設されているフレーム枠との間に形成され、リードまたはダイパットの位置変位に対して幾何学的変形でもって追随する様になっていればよい。

より具体的には、吊りリードが、パンタグラフ型形状を含んでいればよい。

また、別の吊りリードの形状として、Ｓ字型形状を含んでいてもよい。

また、別の吊りリードの形状として、クランク型形状を含んでいてもよい。

また、別の吊りリードの形状として、蛇腹型形状を含んでいてもよい。

本発明に係る半導体装置用リードフレームの製造方法は、金属板材にプレス加工を施して、フレーム枠と、該枠に配設された互いに間隙を有して対向するリードまたはダイパットが形成され、一方または双方のリードまたはダイパットは広帯部を介してフレーム枠に配設された形状を得る第一のプレス工程と、該第一のプレス工程の後に、広帯部の外周縁に沿った内周面をプレス加工にて抜き開けて抜き穴とすることで互いに対向するリードまたはダイパットの一方または双方を吊りリードを備えたリードまたはダイパットとして形成する第二のプレス工程と、該第二のプレス工程の後に、吊りリードを備えたリードまたはダイパットを対向する側のリードまたはダイパット方向へその位置を変位させる位置確定の為に、吊りリードを備えたリードまたはダイパットの先端面の変位予定位置に当接面として芯金をリード間隙中に立設させる変位位置確定工程と、該変位位置確定工程の後に、フレーム枠と、吊りリードを備えたリードまたはダイパットとの間に変位方向に力をかけて吊りリードを塑性変形させる事でリードまたはダイパットを変位させて、吊りリードを備えたリードまたはダイパットの先端面を芯金に当接させる塑性変形工程と、を含む。

変位位置確定工程は、ダイの上にリードフレームを載置し加圧押さえで該リードフレームをダイとの間に加圧勘合させ、ガイド押さえで、変位させるリードまたはダイパットの上に該リードまたはダイパットが可動な程度にガイドさせて押さえ、変位させるリードまたはダイパットの先端面の変位予定部に加圧押さえとガイド押さえとの間に設けられた間隙より芯金を当接面として挿入して立設すればよい。

塑性変形工程は、その上面が、リードまたはダイパットを変位させる反対方向に傾斜する斜面となった受け側の叩きパンチを、リードフレームの抜き穴を含むダイの面に設けられた開口部より抜き穴に挿入し、受け側の叩きパンチの斜面に対して、平行に対向する斜面を有する挿入側叩きパンチを抜き穴を含む上面に形成された加圧押さえとガイド押さえとの間隙を経て、受け側叩きパンチの斜面と該挿入側叩きパンチの斜面とを当接させ、挿入側叩きパンチを垂直に押し下げて挿入して行くことにより、該パンチの斜面と受け側叩きパンチの斜面との間で滑りが起きて該受け側叩きパンチがリードまたはダイパットを変位させる方向に水平に変位して行き、それに伴ってリードまたはダイパットの先端面が芯金に当接するまで変位させればよい。

本構成によって、パンチ形状の薄型化や補強形状に依らず、後加工での塑性変形を利用してリード間隙を決定する事が可能な半導体装置用リードフレームとすることができる。また、プレス工程の後の工程によってリード間隙を所望の幅とするため、プレス工程時のリード間隙は必要に応じて広くとることができるため、リード間隙に影響されることなくパンチの寸法形状を決定できるのでリードフレームの形状がパンチの寸法形状によって制限が課せられる事がない半導体装置用リードフレームの製造方法とすることが出来る。

以上のように、本発明の半導体装置用リードフレームとその製造方法によれば、プレス工程での板材の厚さとパンチ形状に制約を受けてその形状が制限される事がない半導体装置用リードフレームとその製造方法とすることができる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態におけるリードフレームの上面図である。図１において、１はリードフレーム、２はリードまたはダイパット、３は吊りリード、４はフレーム枠、を各々示しており、リードフレーム１の一部分であるリードまたはダイパット２同士が互いに間隙を有して対向してフレーム枠４に配設され、一方のリードまたはダイパット２は吊りリード３を介してフレーム枠４に配設され、吊りリード３はリードまたはダイパット２よりも幅が広い部分を有する広帯部の外縁に沿った内周面を肉抜きされたパンタグラフ型形状を有する。

かかる構成によれば、フレーム枠４と、吊りリード３を介して該フレーム枠４に配設されたリードまたはダイパット２との間に力をかけて、該リードまたはダイパット２を対向する側のリードまたはダイパット２側へ変位させた際に吊りリード３のみが塑性変形し、互いに対向するリードまたはダイパット２同士の間隙を小さくし、力をかけ終わってもその間隙を保つ事ができる半導体装置用リードフレームとできる。

即ち、パンチ形状の、薄型化や補強形状に依らず、後加工での塑性変形を利用してリード間隙を決定する事が可能な半導体装置用リードフレームとすることができる。

ここで、上述の塑性変形時の変形とは、吊りリードの材料素材が引き伸ばされたり断裂したりする様な変形ではなく、例えば上述のパンタグラフ型形状の場合は、構成される各々の辺間の角度が変化する幾何学的な形状の変化をいう。

なお、本実施の形態において、一例として対向する二本のリードまたはダイパットを備えたリードフレームとしたが、これに限定されるものではなく、複数のリードやダイパットを備えたリード構体である一般の半導体装置用リードフレームで実施が可能である。また、塑性変形させる部分をパンタグラフ型形状の吊りリードとしたが、図２（ａ）〜（ｃ）に一例を示す様に、塑性変形させる吊りリードの形状をＳ字型、クランク型、蛇腹型などとしても良く、リードやダイパットを変位させる方向に幾何学的な塑性変形で追随が可能な吊りリードであれば、その形状や数を特に限定するものではない。その他、趣旨を逸脱しない範囲で変更実施が可能である事はいうまでもない。

この様な半導体装置用リードフレームの製造方法は、図３、４を参考に出来る。図３、４において、１はリードフレーム、２はリードまたはダイパット、３は吊りリード、３ａは広帯部、３ｂは抜き穴、４はフレーム枠、５は芯金、６ａは叩きパンチ（挿入側）、６ｂは叩きパンチ（受け側）、７はダイ、８は加圧押さえ、８ａはガイド押さえ、９ｂはリード間隙、９ｂ’は塑性変形後のリード間隙、１０は板材、を各々示しており、図３（Ａ）は、銅もしくは銅合金等の金属から成る板材１０にプレス加工を施して、フレーム枠４と、該枠４に配設された互いに間隙を有して対向するリードまたはダイパット２が形成され、一方のリードまたはダイパット２は広帯部３ａを介してフレーム枠４に配設された形状を得る第一のプレス工程を終えた状態である。

ここで、互いに対向するリードまたはダイパット２間の間隙であるリード間隙９ｂは、パンチの寸法や金型での加工時の都合で決定される寸法で良く、完成時に求められる狭幅である必要はない。

図３（Ｂ）は、第一のプレス工程の後に広帯部３ａの外周縁に沿った内周面をプレス加工にて抜き開けて抜き穴３ｂとすることで互いに対向するリードまたはダイパット２の一方を吊りリード３を備えたリードまたはダイパット２として形成する第二のプレス工程を終えた状態である。

ここで、この第二のプレス工程を終えた状態が、図１に示すものとなる。

図３（Ｃ）は、第二のプレス工程の後に吊りリード３を備えたリードまたはダイパット２を他方のリードまたはダイパット２方向へその位置を変位させるにおいて、吊りリード３を備えたリードまたはダイパット２の先端面の変位予定位置に当接面として芯金５をリード間隙９ｂ中に立設させる変位位置確定工程を終えた状態である。

図３（Ｄ）は、変位位置確定工程の後にフレーム枠４と、吊りリード３を備えたリードまたはダイパット２との間に変位方向に力をかけて吊りリード３を塑性変形させる事で該リードまたはダイパット２を変位させて、吊りリード３を備えたリードまたはダイパット２の先端面を芯金５に当接させる塑性変形工程を終えて半導体装置用リードフレームとして完成させた状態である。ここで、塑性変形後のリード間隙９ｂ’が完成品として求められる寸法である。

図４は、図３（Ｃ）、（Ｄ）の変位位置確定工程と塑性変形工程との詳細を一例として示したものである。

図４（ａ）は、ダイ７の上にリードフレーム１を載置し、加圧押さえ８でリードフレーム１をダイ７との間に加圧勘合させ、ガイド押さえ８ａを変位させるリードまたはダイパット２の上に該リードまたはダイパット２が可動な程度にガイドさせて押さえ、リードまたはダイパット２の先端面の変位予定部に加圧押さえ８とガイド押さえ８ａとの間に設けられた間隙より芯金５を当接面として挿入し、その上面がリードまたはダイパット２の変位方向と反対方向に傾斜する斜面となった叩きパンチ（受け側）６ｂをダイ７のリードフレーム１に開けられた抜き穴３ｂを含む面に設けられた開口部より抜き穴３ｂに挿入し、叩きパンチ（受け側）６ｂの斜面に平行に対向する斜面を有する叩きパンチ（挿入側）６ａを抜き穴３ｂを含む上面に加圧押さえ８とガイド押さえ８ａとの間に形成された間隙より、叩きパンチ（受け側）６ｂの斜面と叩きパンチ（挿入側）６ａの斜面とを当接させて叩きパンチ（挿入側）６ａをセットした状態である。

図４（ｂ）は、図４（ａ）の状態から叩きパンチ（挿入側）６ａを垂直に押し下げて挿入して行くことにより、該パンチ６ａの斜面と叩きパンチ（受け側）６ｂの斜面との間で滑りが起きて叩きパンチ（受け側）６ｂがリードまたはダイパット２を変位させる方向に水平に変位して行き、それに伴ってリードまたはダイパット２の先端面が芯金５に当接するまで変位して、その変位にて図３（Ｄ）に示す吊りリード３の塑性変形と塑性変形後のリード間隙９ｂ’とを得ることが出来る。

かかる構成により、プレス工程の後の工程によってリード間隙を所望の幅とするため、プレス工程時のリード間隙は必要に応じて広くとることができるため、リード間隙に影響されることなくパンチの寸法形状を決定できるのでリードフレームの形状がパンチの寸法形状によって制限が課せられる事がない半導体装置用リードフレームの製造方法とすることが出来る。

尚、本発明の実施の形態では、第一のプレス工程でリードまたはダイパットの形状を形成し、第二のプレス工程で吊りリードの形状を形成する手順を示したが、これらの工程を一工程で行っても良いし又、どちらか一方を先に行っても良いが、無用な変形を避けるためにまずはリードまたはダイパットの形状を形成する第一のプレス工程を先に行うと良いがこれに限定するものではない。

また、本発明の実施の形態では、対向するリードまたはダイパット双方に吊りリードを設けて該吊りリード双方に塑性変形を施すと誤差が生じやすくなるため、吊りリードを設けるのは一方のリードまたはダイパットのみとしたが、これは双方に吊りリードを設けることを制限するものではない。

さらに、吊りリードを塑性変形させることにより該吊りリードの歪が内部応力として残留し、後の半導体装置の製造過程における熱処理などの歪開放がなされる工程にて、寸法のばらつきなどに繋がる場合は、吊りリードにさらなる塑性加工や熱処理を施すことで予期しない変形を減らすことができる。

半導体装置の分野として有用であり、特に高出力でリードが狭ピッチなものに適している。

本発明の実施の形態における半導体装置用リードフレームの上面図 本発明の実施の形態における半導体装置用リードフレームの上面図 本発明の実施の形態における半導体装置用リードフレームの製造方法を示す上面図 本発明の実施の形態における半導体装置用リードフレームの製造方法を示す断面図 従来の半導体装置用リードフレームの上面図

符号の説明

１、１００ リードフレーム
２、１１０ リードまたはダイパット
３ 吊りリード
３ａ 広帯部
３ｂ 抜き穴
４ フレーム枠
５ 芯金
６ａ 叩きパンチ（挿入側）
６ｂ 叩きパンチ（受け側）
７ ダイ
８ 加圧押さえ
８ａ ガイド押さえ
９ｂ、９ａ リード間隙
９ｂ’ 塑性変形後のリード間隙
１０ 板材
１２０ パンチ
１２０ａ パンチ先端面形状

Claims (6)

1. リードまたはダイパットと吊りリードとを含むリード構体であって、前記リードまたはダイパットの形成位置変位に伴う形状の変化を集中的に受けて塑性変形する前記吊りリードを有する事を特徴とする、半導体装置用リードフレーム。
2. 前記吊りリードは、前記リードまたはダイパットと該リードまたはダイパットが配設されているフレーム枠との間に形成され、前記リードまたはダイパットの位置変位に対して幾何学的変形でもって追随する事を特徴とする、請求項１に記載の半導体装置用リードフレーム。
3. 前記吊りリードが、パンタグラフ型形状を含む事を特徴とする、請求項１または２に記載の半導体装置用リードフレーム。
4. 金属板材にプレス加工を施して、フレーム枠と、該枠に配設された互いに間隙を有して対向するリードまたはダイパットが形成され、一方または双方の前記リードまたはダイパットは広帯部を介して前記フレーム枠に配設された形状を得る第一のプレス工程と、
   前記第一のプレス工程の後に、前記広帯部の外周縁に沿った内周面をプレス加工にて抜き開けて抜き穴とすることで互いに対向する前記リードまたはダイパットの一方または双方を吊りリードを備えた前記リードまたはダイパットとして形成する第二のプレス工程と、
   前記第二のプレス工程の後に、前記吊りリードを備えた前記リードまたはダイパットを対向する側の前記リードまたはダイパット方向へその位置を変位させる位置確定の為に、前記吊りリードを備えた前記リードまたはダイパットの先端面の変位予定位置に当接面として芯金をリード間隙中に立設させる変位位置確定工程と、
   前記変位位置確定工程の後に、前記フレーム枠と、前記吊りリードを備えた前記リードまたはダイパットと、の間に変位方向に力をかけて前記吊りリードを塑性変形させる事で前記リードまたはダイパットを変位させて、前記吊りリードを備えた前記リードまたはダイパットの先端面を前記芯金に当接させる塑性変形工程と、を含む事を特徴とする、半導体装置用リードフレームの製造方法。
5. 前記変位位置確定工程は、ダイの上にリードフレームを載置し加圧押さえで該リードフレームを前記ダイとの間に加圧勘合させ、
   ガイド押さえで、変位させる前記リードまたはダイパットの上に該リードまたはダイパットが可動な程度にガイドさせて押さえ、
   変位させる前記リードまたはダイパットの先端面の変位予定部に前記加圧押さえと前記ガイド押さえとの間に設けられた間隙より前記芯金を当接面として挿入して立設する事を特徴とする、請求項４に記載の半導体装置用リードフレームの製造方法。
6. 前記塑性変形工程は、その上面が、前記リードまたはダイパットを変位させる反対方向に傾斜する斜面となった受け側の叩きパンチを、前記リードフレームの抜き穴を含む前記ダイの面に設けられた開口部より前記抜き穴に挿入し、
   前記受け側の叩きパンチの前記斜面に対して、平行に対向する斜面を有する挿入側叩きパンチを前記抜き穴を含む上面に形成された前記加圧押さえと前記ガイド押さえとの間隙を経て、前記受け側叩きパンチの斜面と該挿入側叩きパンチの斜面とを当接させ、
   前記挿入側叩きパンチを垂直に押し下げて挿入して行くことにより、該パンチの斜面と前記受け側叩きパンチの斜面との間で滑りが起きて該受け側叩きパンチが前記リードまたはダイパットを変位させる方向に水平に変位して行き、それに伴って前記リードまたはダイパットの先端面が前記芯金に当接するまで変位する事を特徴とする、請求項４に記載の半導体装置用リードフレームの製造方法。

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