JP2012114238A - 電子部品用リードフレームとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な方法で、小型薄型化を維持しながら、接合強度を向上させることを目的とする。
【解決手段】一つの金属板２に形成された穴４の内部に、パンチ５を用いてその他の金属板３を延伸させて、穴４の内側面にて２つの金属板を接続することにより、簡易な方法で、小型薄型化を維持しながら、接合強度を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、２枚以上の金属を重ね合わせて製造される電子部品用リードフレーム並びにその製造方法に関する。

２枚以上の金属板を接合して電子部品用リードフレームを作製する際に、接合の手段にはかしめ工法を用いている。２枚以上の金属板を重ね合わせて接合する方法としては、他にも溶接や接着といった方法があるが、それぞれ接合させるために、溶接材料や接着材料が必要となる。それらと比較するとかしめ工法に関しては特に部材を必要としないため、生産コストをおさえることが可能となる。

図５は、従来の電子部品用リードフレームの製造方法を示す工程断面図である。
従来の電子部品用リードフレームは、図５（ａ）のように穴２４が形成されたリードフレーム２２と穴２６が形成されたリードフレーム２３が重ねられ、それぞれに形成された穴の位置を合わせた状態で、図５（ｂ）のようにかしめ用パンチ２５でスタンピングすることで２枚のリードフレームが接合される（例えば、特許文献１参照）。

また、一方のリードフレームにあらかじめ突起部を形成しておき、もう一方のリードフレームには穴を形成しておくことも可能である。この場合、その穴に突起部が入るように金型内でリードフレームをセットし、突起部を加工用パンチで潰すことで、かしめ接合が完成される。

図６は、従来の突起部を用いてかしめ接合した電子部品用リードフレームの製造方法を示す工程断面図である。
図６に示すように、まず、一方のリードフレーム３２に突起部３６を設け、もう一方のリードフレーム３３に形成された穴３４に前述突起部３６を挿入させる（図６（ａ））。次に図６（ｂ）のように、かしめ用パンチ３５を下降させ、図６（ｃ）のように突起部３６をスタンピングすることで潰し、かしめ接合を完成させる（図６（ｄ））。

特開平８−２１５７７８号公報

しかしながら、図５に示した従来の電子部品用リードフレームでは、接合した２枚以上のリードフレームの接合強度が弱く、後工程での加工中や使用時に離脱するという問題があった。また、２枚以上のリードフレームをかしめ接合する際に、それぞれのリードフレームに開けられたかしめ用の穴２４を位置合わせすることが、非常に困難であるという問題が発生する。更に図６に示した従来の電子部品用リードフレームについては、一方のリードフレーム３２に突起部３６が設けられた形状となっているが、かしめ接合時のスタンピング加工において、突起部３６の厚さは薄くなるものの、２枚以上のリードフレームを重ね合わせて、接合させた後の総合厚さについては、２枚以上のリードフレーム厚みに突起部３６の厚さが加えられてしまい、軽薄短小にシフトしている近代の電子部品としての役割を一部欠くことと成る。

このように、従来の電子部品用リードフレームは、単純に一方の金属板をパンチで圧力をかけて、もう一方の金属板に重ねるという構造であり、かしめ接合自体の強度が大きくなく、離脱してしまうという問題があった。また、かしめ工程において、２枚以上の金属板と金型内のパーツ位置を合わせることが非常に困難であり、かしめ接合時に位置ズレを引き起こしてしまうことで、所望の接合状態にならず、その結果、かしめ強度を低下させてしまうという問題があった。また、複数枚の金属板を重ね合わせる構造になるが、かしめを行うための突起部３６を設置することで、かしめ接合後に突起部３６が電子部品用リードフレームに残ってしまうため、電子部品用リードフレームが厚くなってしまう。これにより、電子部品自体の薄型化に支障を及ぼし、実装時の障害になるという問題があった。

そこで、本発明は、簡易な方法で、小型薄型化を維持しながら、接合強度を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の電子部品用リードフレームの製造方法は、穴が形成された第１金属板をダイ上に載置する第１載置工程と、前記穴上に接するように前記第１金属板上に第２金属板を載置する第２載置工程と、前記第２金属板上から前記穴内にパンチを挿入する加工工程とを有し、前記第２金属板が前記穴内部に延伸され、前記穴の内側面で前記第１金属板と前記第２金属板とが金属間結合することを特徴とする。

また、前記パンチが側面から突出可能な第１の突起部と前記第１の突起部を突出させるのに用いる稼動ピンとを内蔵し、前記加工工程の後に、前記稼動ピンにより前記第１の突起部を前記パンチ側面から突出させ、前記穴の内側面で前記第２金属板を前記第１金属板に食い込むように突出させることが好ましい。

また、前記パンチの前記穴内に挿入される位置の側面に複数の突起形状が形成され、前記突起形状により、前記穴の内側面の前記第２金属板に前記第２金属板が前記第１金属板に食い込むような複数の凸部を形成しても良い。

また、前記ダイの前記第１金属板を載置する面に突出可能な第２の突起部が収納され、前記加工工程の後に、前記第２の突起部を突出させて前記第１金属板の前記ダイと接する面の前記穴直下に対応する領域の周囲に凹部を形成し、前記金属間結合を促進しても良い。

さらに、本発明の電子部品用リードフレームは、第１の主面に穴を備える第１金属板と、少なくとも前記穴の内側面および前記第１の主面の一部と接するように接合される第２金属板とを有し、前記穴の内側面において前記第１金属板と前記第２金属板とが金属間結合することを特徴とする。

また、前記穴の内側面で前記第２金属板が前記第１金属板に食い込むように突出することが好ましい。
また、前記第１金属板の前記ダイと接する面の前記穴直下に対応する領域の周囲に凹部が形成されても良い。

また、前記穴が前記第１金属板を貫通して形成されても良い。
以上により、簡易な方法で、小型薄型化を維持しながら、接合強度を向上させることができる。

以上のように、一つの金属板に形成された穴の内部に、パンチを用いてその他の金属板を延伸させて、穴の内側面にて２つの金属板を接続することにより、簡易な方法で、小型薄型化を維持しながら、接合強度を向上させることができる。

実施の形態１における電子部品用リードフレームの製造方法を示す工程断面図 実施の形態２における電子部品用リードフレームの製造方法を示す工程断面図 実施の形態３における電子部品用リードフレームの製造方法を示す工程断面図 実施の形態４における電子部品用リードフレームの製造方法を示す工程断面図 従来の電子部品用リードフレームの製造方法を示す工程断面図 従来の突起部を用いてかしめ接合した電子部品用リードフレームの製造方法を示す工程断面図

通常、電子部品用リードフレームでは、放熱機能をリードフレームに持たせるために、放熱部のみを厚くした段付き材を用いる。しかし、段付き材は特殊な形態であるため、製作するためには、通常の平板と比較して、多くの工数が必要となり、また、生産コストも高い。そこで、厚みの異なる２種の金属板を用意し、一方を放熱機能を持たせるための厚材とし、もう一方を放熱以外の機能を持たせるための材料とする。それら２種の金属板をかしめ工法により接合させることで、段付き材を製作するよりも少ない工数で、生産コストを下げながら、放熱機能を有する電子部品用リードフレームを形成することが可能となる。

また、２種の異なる金属板をかしめ接合させて、様々な機能を発揮する１枚の電子部品用リードフレームを形成することも可能となる。例えば、１つのパッケージに搭載されるチップが２種存在する場合等に、電子部品用リードフレームに放熱性と絶縁性が求められる場合、１種の材料で放熱性と絶縁性とを両立させることが困難となる。そこで、放熱性に優れる金属板と絶縁性に優れる金属板との２種の金属板を用意し、それら２種の金属板をかしめ接合させることで、放熱性と絶縁性とを両立させた１枚の電子部品用リードフレームを製作することが可能となる。このように、機能の異なる複数種類の金属板をかしめ接合することにより、複数の機能を有する１枚の電子部品用リードフレームを製作することが可能となる。

また、電子部品用リードフレームの一部の領域にのみ他の領域と異なる機能が要求される場合等でも有効に活用できる。例えば、電子部品用リードフレームの一部の領域にのみめっきが求められ、他の領域ではめっきが求められない場合、１枚の金属板で電子部品用リードフレームを製作すると、領域を選択してめっきを施すか、全面にめっきを施すことにより対応する必要がある。しかしながら、２枚の金属板を個別に製作し、後にかしめ接合で一体化させる場合には、それぞれの金属板を製作する際に、一方の金属板のみに全面にめっきを施し、他方の金属板にはめっきを施さず、めっきが要求される領域にめっきが施された金属板が配置されるように２枚の金属板をかしめ接合して電子部品用リードフレームを製作する。これにより、求められないエリアにめっきを施すことが無く、めっき材料費を抑えることが可能である。

本発明は、複数枚の金属板を接合して形成される電子部品用リードフレームであって、金属板の接合箇所において、一方の金属板に形成した穴の内部に他方の金属板を延伸させ、穴の内側面で両金属板を接合することを特徴とする。これにより、簡易な方法で、小型薄型化を維持しながら、接合強度を向上させることができるものである。

以下、金属板であるリードフレームを２枚接合する構成を例に具体的に説明する。なお、電子部品用リードフレームを形成する金属板は２枚に限らず、複数の金属板の内２枚の接合箇所が下記のように接合されれば良い。

（実施の形態１）
まず、実施の形態１における電子部品用リードフレームの製造方法について、図１を参照して具体的に説明する。

図１は、実施の形態１における電子部品用リードフレームの製造方法を示す工程断面図である。
図１（ａ）において、かしめ接合用金型内のダイ１上に、穴４が形成された１枚目の金属板であるリードフレーム２を載置し、その上に２枚目の金属板であるリードフレーム３を重ね合わせて載置する。このとき重ね合わせたリードフレームに形成されている穴４の位置を、かしめ接合用パンチ５と中心が一致するように載置する。

次に、図１（ｂ）に示すように、重ね合わせた２枚のリードフレーム２、３をガイド６でおさえながら、かしめ接合用パンチ５を下降させる。下降させたパンチ５が２枚目のリードフレーム３に接触した瞬間から、２枚目のリードフレーム３の穴４上部が変形を開始し、１枚目のリードフレーム２に形成された穴４内へパンチ５の先端形状の影響を受けながら変形を進め、移動していく。図１（ｃ）に示すように、パンチ５はあらかじめ規定された下死点まで降下され、パンチ５が下死点に到達することにより変形は終了するが、この時既に、２枚のリードフレーム２、３は、穴４内にリードフレーム３の塑性変形部分がはめ込まれた状態になり、機械的に接合されて電子部品用リードフレームが形成される（図１（ｄ））。パンチ５が下降していく中で、パンチによって変形させられるリードフレーム３が、もう一方のリードフレーム２に向かい移動する。金属の移動により、リードフレーム２も変形を始めるが、リードフレーム２の穴４内面とリードフレーム３の塑性変形部分の接合部においては、２枚のリードフレームの金属分子レベルの移動が起こっており、パンチ５が更に下降することによってリードフレーム２，３間で互い作用する応力が生じ、金属分子同士の移動が活発化し、リードフレーム２，３間で互いの金属分子が移動して接合強度が向上する。この時、リードフレーム２における穴４のエッジ部において、パンチにより押し込まれたリードフレーム３の金属が変形を開始する。エッジ部を起点として変形した金属は、押し込まれたパンチに沿ってリードフレーム２の穴４側面に押し付けられる。変形した箇所のリードフレーム２の金属が、穴４を形成するリードフレーム３の金属を覆い被さるようにして同一化し、特に変形の起点となるエッジ部でお互いの金属が複雑に絡み合い、接合を強化している。

本発明において、従来の例を示した図５中のリードフレーム２３のように穴を作製しないのは、接合に必要な金属充填量を増加させるためである。従来例のように穴が作製されているエリアに、本発明では金属が存在することで全体の金属量が多くなる。これにより金属充填量が増加し、２種の金属板をかしめ接合する際の接合面積が大きくなるため、接合強度が向上する。

このとき、かしめ接合後のリードフレーム厚みは、２枚のリードフレーム厚みの合計と等しく、１枚目のリードフレーム３がパンチ５によって移動させられるが、パンチ深さを適切に調整しておくことで、２枚目のリードフレーム３がダイ１と接触している面から突出し、厚みを増加させてしまうことは起こらない。

ここで、パンチ５および穴４の形状は任意であるが、円柱状のパンチ５と開口部の形状が円形の丸穴である穴４とすることが好ましい。また、パンチ５の径は、穴４の内径から、穴４の内側面に延伸される金属板の必要厚みの合計を減じた長さにする。

本発明の電子部品用リードフレームおよびその製造方法では、２枚以上の金属板であるリードフレームを接合して形成される電子部品用リードフレームにおいて、一つの金属板に形成された穴の内部に、パンチを用いてその他の金属板を延伸させて、穴の内側面にて２つの金属板を接続する。このように、穴の内側面にてパンチにより両金属板の接合面を形成することにより、接合面に生じる応力により金属板が金属間結合されて結合強度を向上させることができる。このとき、金属板同士の位置合わせが必要ないので、容易に結合強度を向上することができる。また、突起を形成する従来技術に対しては、金属板の形成の際に突起形成工程も不要になり、より容易に結合強度を向上できる。さらに、穴の内部に接合面が形成されるので、電子部品用リードフレームの外形に影響を及ぼすことがなく、小型薄型化を維持することができる。また、接合強度が向上することで、後工程における扱いも容易になる。さらに、２種以上の金属板が接合される領域において、隙間無く金属板が接合されることにより、接合部における電気的な抵抗が少なくなり、かしめたリード上の電気伝導性を向上させることも可能となる。

なお、リードフレーム２，３は金属板で形成され、電子部品用リードフレームの形状に応じて、１または複数の端子部分や素子搭載部分が形成されている。
（実施の形態２）
図２は、実施の形態２における電子部品用リードフレームの製造方法を示す工程断面図である。

本実施の形態においては、実施の形態１におけるパンチ５に替わり、パンチの側面から突出可能な１または複数の突起部８と、突起部８を突出させる稼動ピン７とを備えるパンチ１１を用いる。製造工程の前に、突起部８はパンチ１１の側面と面一になるようにパンチ１１に収納されており、稼動ピン７によってパンチ１１の側面から突出可能な構成である。パンチ１１は突起部８の内側が露出するような中空部を備え、中空部内にパンチ１１の下降方向と平行な方向に移動可能に稼動ピン７を収納している。稼動ピン７は突起部８と接する部分に先端が細くなるようなテーパーが形成されており、パンチ１１内を降下することでテーパー部が突起部８を押し出すことができる構成である。

パンチによりリードフレーム２とリードフレーム３を接合する図１（ｃ）の状態までは実施の形態１と同様の工程を行い、図２（ａ）に示すように、かしめ接合用パンチ１１にて２枚のリードフレーム２、３を接合させる。その後、図２（ｂ）で示すように、パンチ１１に内蔵された稼動ピン７を下方に移動させる。稼動ピン７の先端はテーパー形状となっており、その形状に沿うようにして、稼動ピン７と同じくパンチ１１に内蔵された突起部８が直前にかしめ接合された２枚のリードフレーム２，３の方向に突出し、２枚のリードフレーム２，３をリードフレーム３の変形部がリードフレーム２に食い込むようにくさび状に変形させ、接合面積を増加させる。接合部が変形し、接合面積が増したことで、接合強度が向上し、２枚のリードフレーム２，３が離脱する可能性の有る上下方向の動きを、形成した凹凸でくい止めることが可能となる。接合強度を向上させるための突起形状を形成した後、図２（ｃ）に示すように、稼動ピン７を上方に移動させることで、突起部８が収納されて、その後かしめ接合用パンチ１１を上げて、図２（ｄ）で示すような、穴４内面においてリードフレーム２とリードフレーム３とが金属間結合すると共に、その接合面においてリードフレーム３がリードフレーム２にくさび状に食い込む電子部品用リードフレームが形成される。

以上のように、パンチ１１に内蔵された突起部８を突出させることにより、簡易な方法で、小型薄型化を維持しながら、穴４内面の接合面においてリードフレーム３をリードフレーム２にくさび状に食い込ませることにより、アンカー効果が生じ、実施の形態１に比べて、リードフレーム２とリードフレーム３との接合強度を向上させることができる。

（実施の形態３）
図３は実施の形態３における電子部品用リードフレームの製造方法を示す工程断面図であり、図２で示した実施の形態と同じく、かしめ接合強度向上のための接合方法である。

図３（ａ）で示すように、かしめ接合用パンチ１２にて２枚のリードフレーム２、３を接合させるが、その際に図３（ｂ）に示すようなパンチ１２に設置された複数の突起形状９が、リードフレーム２、３の金属材料を変形させながらかしめ接合を行っていく。突起形状９によって、一方のリードフレーム３の金属部分が移動していき、その移動に伴ってもう一方のリードフレーム２も変形する。図２で示した強度向上施策と同様に、変形した２枚のリードフレーム２、３は接合部についても変形し、接合面積が増したことで接合強度が向上し、２枚のリードフレーム２、３が離脱する可能性の有る上下方向の動きを、形成した凹凸でくい止めることが可能となる。その後、図３（ｃ）に示すように、パンチ１２を引き上げ。ここで、かしめ接合用パンチ１２が下死点まで下降した際に、パンチ１２自身に回転を発生させ、２枚のリードフレーム２、３及び接合部の変形をより多く引き起こし、接合面積を増加させて接合強度を向上させても良い。あるいはパンチ１２を回転、振動させながら下降させることで、同じように接合強度を向上させることが可能となる。

図３は、パンチを下降させた際に下死点において突起形状が無い箇所の断面を示している。突起が有る箇所については、突起に沿って側面に連続的に溝が形成されるが、図３のように突起形状が下死点において存在しない場合は、後のパンチ１２自身の回転により、接合部に凹凸が形成されることとなる。

最後に、パンチ１２を引き抜くことにより、接合面に溝状の複数の凹凸が形成された電子部品用リードフレームが形成される。
（実施の形態４）
図４は実施の形態４における電子部品用リードフレームの製造方法を示す工程断面図であり、実施の形態２，３と同様にかしめ接合強度向上のための接合方法を示す。

本実施の形態では、実施の形態１におけるダイ１に替わり、ダイのリードフレーム２との接触面における穴４の周囲領域に、突出可能な突起部１０を備えるダイ１３を用いる。
まず、図４（ａ）のように、実施の形態１と同様に、かしめ接合用パンチ５にて２枚のリードフレーム２、３を接合する。次に、図４（ｂ）に示すように、パンチ５がスタンピングした後、パンチ５を引き上げた状態で、ダイ１３側に収納されていた突起部１０を一方のリードフレーム２に向けて突出させる。この突起部１０によってリードフレーム２が変形を引き起こす。更にその変形がもう一方のリードフレーム３まで波及するように突起部１０を突出させても良い。このような変形により接合部において、接合面積が更に増加し、接合強度を向上させる。さらに、このような変形が波及して接合部についてもくさび状に変形させ、アンカー効果によりリードフレーム２，３間の接合強度をさらに向上させても良い。この後、図４（ｃ）に示すように、ダイ１３側から突出させた突起部１０をダイ１３に収納して、図４（ｄ）で示すような、接合強度を向上させた接合工程が完了し、電子部品用リードフレームが形成される。

以上のように、リードフレーム２のダイ１３と接する面を突起部１０により変形させることにより、接合面の金属間結合を促進させることができ、外形寸法を拡大することなく、容易に、リードフレームの接合強度を向上することができる。さらに、接合面にくさび状の凹凸を形成することにより、さらにリードフレームの接合強度を向上することができる。

ここでの説明では、実施の形態１における接合の際にリードフレーム２の裏面側から突起部を突出させたが、実施の形態２，３における接合の際にリードフレーム２の裏面側から突起部を突出させることも可能である。

上記、各実施の形態の説明では、リードフレーム２に形成される穴４がリードフレーム２の表裏を貫通する例を用いて説明したが、リードフレーム２のリードフレーム３に接する面に対する裏面側が開口されないような穴を形成しても良い。

本発明は、簡易な方法で、小型薄型化を維持しながら、接合強度を向上させることができ、金属を２枚以上重ね合わせた電子部品用リードフレームとその製造方法等に有用である。

１ ダイ
２ リードフレーム
３ リードフレーム
４ 穴
５ パンチ
６ ガイド
７ 稼動ピン
８ 突起部
９ 突起形状
１０ 突起部
１１ パンチ
１２ パンチ
１３ ダイ
２２ リードフレーム
２３ リードフレーム
２４ 穴
２５ パンチ
２６ 穴
３２ リードフレーム
３３ リードフレーム
３４ 穴
３５ パンチ
３６ 突起部

Claims (9)

1. 穴が形成された第１金属板をダイ上に載置する第１載置工程と、
   前記穴上に接するように前記第１金属板上に第２金属板を載置する第２載置工程と、
   前記第２金属板上から前記穴内にパンチを挿入する加工工程と
   を有し、前記第２金属板が前記穴内部に延伸され、前記穴の内側面で前記第１金属板と前記第２金属板とが金属間結合することを特徴とする電子部品用リードフレームの製造方法。
2. 前記パンチが側面から突出可能な第１の突起部と前記第１の突起部を突出させるのに用いる稼動ピンとを内蔵し、
   前記加工工程の後に、前記稼動ピンにより前記第１の突起部を前記パンチ側面から突出させ、前記穴の内側面で前記第２金属板を前記第１金属板に食い込むように突出させることを特徴とする請求項１記載の電子部品用リードフレームの製造方法。
3. 前記パンチの前記穴内に挿入される位置の側面に複数の突起形状が形成され、前記突起形状により、前記穴の内側面の前記第２金属板に前記第２金属板が前記第１金属板に食い込むような複数の凸部を形成することを特徴とする請求項１記載の電子部品用リードフレームの製造方法。
4. 前記ダイの前記第１金属板を載置する面に突出可能な第２の突起部が収納され、
   前記加工工程の後に、前記第２の突起部を突出させて前記第１金属板の前記ダイと接する面の前記穴直下に対応する領域の周囲に凹部を形成し、前記金属間結合を促進することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電子部品用リードフレームの製造方法。
5. 前記穴が前記第１金属板を貫通して形成されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の電子部品用リードフレームの製造方法。
6. 第１の主面に穴を備える第１金属板と、
   少なくとも前記穴の内側面および前記第１の主面の一部と接するように接合される第２金属板と
   を有し、前記穴の内側面において前記第１金属板と前記第２金属板とが金属間結合することを特徴とする電子部品用リードフレーム。
7. 前記穴の内側面で前記第２金属板が前記第１金属板に食い込むように突出することを特徴とする請求項６記載の電子部品用リードフレーム。
8. 前記第１金属板の前記ダイと接する面の前記穴直下に対応する領域の周囲に凹部が形成されることを特徴とする請求項６または請求項７のいずれかに記載の電子部品用リードフレーム。
9. 前記穴が前記第１金属板を貫通して形成されることを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれかに記載の電子部品用リードフレーム。

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