JP2013149701A - リードフレーム及びこれを用いた半導体パッケージの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リードフレームを積層する場合でも、挿間紙を必要とせず、リードフレームを積み重ねた時に隙間を設けられると共に、従来の半導体パッケージ組立工程における治工具の改造や新規作製を必要としない、リードフレームとこれを用いた半導体パッケージの製造方法を提供すること。
【解決手段】短冊状となるリードフレーム１の外枠部分２に、曲折部４，４’で前記外枠部分２より立ち上げることにより二つの立ち上げ部６，６’が形成されるとともに前記二つの立ち上げ部６，６’の立ち上げられた相互の先端５，５’に連結され変形可能な変形部８が形成される曲げ加工用パターン３が所望数形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、短冊状に加工されるリードフレーム及びこれを用いた半導体パッケージの製造方法に関する。

通常リードフレームは、０．１〜０．２５ｍｍの厚さの金属材料を所定のパターンにプレス加工あるいはエッチング加工等によりパッド部やリード部等を形成し、複数個のリードフレームを約２００ｍｍの長さの短冊状にして複数枚を積層した状態で梱包し、半導体素子を搭載するための組立て工程へ搬送される。そしてこの短冊状に成形された１枚の状態でもリードフレームと呼ぶ。

この複数枚を積層した場合には、積み重ねたリードフレームが擦れ合い、変形や傷等の不具合が発生する場合がある。そのため、無塵紙や樹脂製の挿間紙と呼ばれる間紙を、リードフレーム間に挟んで不具合を防止している。

しかし、挿間紙を使用した場合、製品形状に合わせた挿間紙が必要となり、コストがかかるという問題があった。また、リードフレーム製造時には挿間紙を挿入し、リードフレームを用いて半導体パッケージを組立てる際には挿間紙を除去する必要があり、生産性を低下させるという問題もあった。

そこで特許文献１、２には、挿間紙を使用しないで済むように、リードフレームのフレーム部に曲げ加工を施して突起を形成し、リードフレームを積み重ねた時に隙間ができるようにして、重なったリードフレームの変形や傷等を防止する方法が記載されている。

特許文献１には、リードフレーム外枠部にポンチを突き当てて凹ませ、反対側に半球状の突起部を形成したリードフレームが開示されている。そして、リードフレームを積み重ねた時に、突起部の高さに見合った分の間隔が設けられるようになっている。

また、特許文献２に記載されたリードフレーム及びその製造方法では、リードフレームにダイとポンチを使用し、ポンチとダイのクリアランスを通常の打ち抜きの場合よりも大きくし、リードフレームの板厚の１／４〜１／６程度の半抜き加工を行うことで積み重ねた時の間隔を得るようにしている。

特開昭５３−６６１７０号公報 特開平６−１７７３０９号公報

しかし、挿間紙を使用しないで済むように、リードフレームに突起を形成した場合には、半導体パッケージの組立工程において、その突起が干渉しないように、あらかじめ各工程の治工具等に突起を逃がすための加工を施しておく必要があった。そして、１つの工程でも前記の加工が不可能な工程が存在する場合には、リードフレームに突起形状を形成する方法は採用できなかった。

そこで本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、リードフレームを積層する場合でも、挿間紙を必要とせず、リードフレームを積み重ねた時に隙間を設けられると共に、従来の半導体パッケージ組立工程における治工具の改造や新規作製を必要としない、リードフレームとこれを用いた半導体パッケージの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のリードフレームは、短冊状となるリードフレームの外枠部分に、曲折部で前記外枠部分より立ち上げることにより二つの立ち上げ部が形成されるとともに前記二つの立ち上げ部の立ち上げられた相互の先端に連結され変形可能な変形部が形成される曲げ加工用パターンが所望数形成されていることを特徴とする。

また、本発明においては前記変形部には、少なくとも一箇所以上の屈曲部が形成されることが好ましい。

また、本発明においては前記二つの立ち上げ部は、立ち上げられた先端が相互に対向するように形成されることが好ましい。

また、本発明においては前記曲折部の幅より前記変形部の幅の方が狭く形成されることが好ましい。

また、本発明においては前記曲折部の幅はリードフレーム厚さの１．５倍以上であり、前記変形部の幅はリードフレーム厚さの０．８〜１．２倍であることが好ましい。

あるいは、本発明のリードフレームは上記のリードフレームを用い、前記曲げ加工用パターンが、半導体素子が搭載される側に突出するように曲げ加工が施されていることを特徴とする。

また、本発明においては前記曲げ加工用パターンは、前記曲折部で立ち上げることにより立ち上げ部が形成され、前記変形部が広がる方向に変形することが好ましい。なお、リードフレームの厚さ以上の曲げ高さを有することがより好ましい。

また、本発明においては折り曲げられた前記曲げ加工用パターンは、押し下げ加工によって概平坦に戻ることが好ましい。

あるいは、本発明の半導体パッケージの製造方法においては、短冊状となるリードフレームの外枠部分に、曲折部で前記外枠部分より立ち上げることにより形成される二つの立ち上げ部と、前記曲折部より幅が狭く前記曲折部で立ち上げられる前記二つの立ち上げ部相互の先端を連結し変形可能な変形部とが形成される曲げ加工用パターンを所望数形成し、前記曲げ加工用パターンに必要な高さとなる曲げ加工を行い、次に曲げ加工した前記曲げ加工用パターンが他のリードフレームと接触してリードフレームが複数枚積層された状態で搬送し、その後の任意の工程で積層された状態から１枚のリードフレームを取り出した後、曲げ加工した前記曲げ加工用パターンを押し戻して概平坦とし、その後の工程へ投入される工程を含むことを特徴とする。

本発明により、リードフレーム製造後に挿間紙を使用せずに積層することが可能となり、かつ半導体パッケージの組立工程においては、治工具の改造も必要としないリードフレームを提供することが可能となる。また、挿間紙を使用しない事により、コストの削減、生産性の向上が可能となる。

本発明の曲げ加工用パターンを外枠部に配置したリードフレームの一例を示す平面図である。 本発明のリードフレームを積層させた状態の側面から見た図である。 曲げ前における曲げ加工用パターンの拡大平面図である。 曲げ後における曲げ加工用パターンの拡大平面図である。 曲げ後における曲げ加工用パターンの拡大側面図である。 曲げ後における曲げ加工用パターンの拡大斜視図である。 曲げ前における曲げ加工用パターンの他例を示す拡大平面図である。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。
本発明のリードフレームは、短冊状となるリードフレームの外枠部分に、曲折部で外枠部分より立ち上げることにより立ち上げられた先端が、同様に立ち上げられた他の立ち上げ部の先端と相互に対向するように形成される二つの立ち上げ部と、曲折部より幅が狭く二つの立ち上げ部の立ち上げられた相互の先端に連結され変形可能なように屈曲部を有する変形部とが形成される曲げ加工用パターンが所望数形成されている。

この曲げ加工用パターンを金属材料が十分にあるリードフレームの外枠部に形成することで幅の広い曲折部で折り曲げ加工しても反りや変形を生じることはない。そして、曲折部での立ち上げ角度を６５度以上８５度以下とすることにより、立ち上げ部は板厚の減少を伴わず挿間紙厚みと同等以上の隙間を上下のリードフレーム間に確保することができる。また、二つの立ち上げ部の先端を連結している幅の狭い変形部は、立ち上げ部が立ち上げられることにより広がる立ち上げ部先端相互の距離を、屈曲部が開くように変形することによりこの広がりに対処できるようになっている。

そして立ち上げ部は、屈曲部が開くように広がった変形部が元に戻ろうとする力に対向して立ち上がった形状を保持できる強度が必要である。そのため、曲折部の幅はリードフレーム厚さの１．５倍以上とし、変形部の幅はリードフレーム厚さの０．８〜１．２倍程度とする。変形部は、形成したパターンに対して立ち上げ部を立ち上げたときに、厚さ方向ではなく幅方向に開く。そのため変形部は、板厚に対し幅が広いと変形しにくく、狭いと変形し易くなる。そこで、変形部は変形し易いようにするために幅はリードフレーム厚さの０．８〜１．２倍程度とする一方、曲折部はリードフレーム厚さの１．５倍以上と幅広くし、変形部が元に戻ろうとする力に対向して立ち上がった形状を保持できる強度を確保する。

また、本発明の半導体パッケージの製造方法は、短冊状となるリードフレームの外枠部分に、曲折部で外枠部分より立ち上げることにより形成される二つの立ち上げ部と、曲折部より幅が狭く曲折部で立ち上げられる二つの立ち上げ部相互の先端を連結し変形可能な変形部とが形成される曲げ加工用パターンを所望数形成し、曲げ加工用パターンに必要な高さとなる曲げ加工を行い、次に曲げ加工した曲げ加工用パターンが他のリードフレームと接触してリードフレームが複数枚積層された状態で搬送し、その後の任意の工程で積層された状態から１枚のリードフレームを取り出した後、曲げ加工した曲げ加工用パターンを押し戻して概平坦とし、その後の工程へ投入される工程を含むものである。

曲げ加工時には、幅の広い曲折部で立ち上げ部が立ち上げられるようにして折り曲げられ、幅の狭い変形部は広がった距離を屈曲部が開くように変形して広がって形成される。一方、半導体パッケージの組立工程においては、曲げ加工用パターンを押し戻すことで、変形して広がった屈曲部が狭くなる方向に変形し、幅の広がった変形部は元の形状に戻り、折り曲げられた曲げ加工用パターンが概平坦に戻され、短冊状のリードフレームは、曲げ加工を施す前の状態に戻されるので、組立工程の治工具の改造を必要せず、従来の治工具がそのまま使用可能である。

なお、曲げ加工した曲げ加工用パターンが相隣接する他のリードフレームと接触することにより他のリードフレームとの隙間量が決まることとなるが、この隙間量は立ち上げ部の角度と長さにより決まる。そして、隙間を確実に確保するためには、例えばリードフレームの厚さ以上の曲げ高さを有することが好ましい。曲げ高さを板厚以上とすると曲げ寸法の安定性が高まる。すなわち、曲げ高さが低い場合は、変形部の変形量が少なく、すなわち屈曲部での開きが小さいためスプリングバックの影響で曲げ高さが安定しないのである。

また、曲げ高さを確保するためには、立ち上げ部は曲折部で立ち上げ角度を６５度以上８５度以下とすることが好ましい。立ち上げ角度が小さいと上記したように、変形部の変形量が少なく、スプリングバックの影響で曲げ高さが安定しないので立ち上げ角度を６５度以上とする。一方、半導体パッケージの組立工程においては、曲げ加工用パターンを押し戻すことで、変形して広がった屈曲部が狭くなる方向に変形し、幅の広がった変形部が元の形状に戻り、立ち上げ部も元の形状に戻り、折り曲げられた曲げ加工用パターンが概平坦に戻され、短冊状のリードフレームは、曲げ加工を施す前の状態に戻される必要があるため、立ち上げ部が確実に元の形状に押し下げにより戻るようにするためには、立ち上げ角度を８５度以下とする。

次に、本発明のリードフレームの一実施例を図面に基づいて説明する。
図１に短冊状のリードフレーム１を示す。図１の上下の部分のリードフレーム１の外枠部分２に、図３に示すような曲げ加工用パターン３を形成している。図１の例では、曲げ加工用パターン３を配線パターンピッチと同一で配置しているが、間欠に配置しても構わない。また、図１の例では、曲げ加工用パターン３は上下で９０度向きが異なるものを示したが、これに限定されるものではない。

ここで、図３と図４に基づき本発明で形成される曲げ加工用パターン３についてより詳細に説明する。曲げ加工用パターン３は短冊状となるリードフレーム１の外枠部分２に設けられている。そして、曲折部４で外枠部分２より立ち上げることにより立ち上げられた立ち上げ部６の先端５が、同様に曲折部４’で立ち上げられた他の立ち上げ部６’の先端５’と相互に対向するように形成される二つの立ち上げ部６，６’と、曲折部４，４’より幅が狭く二つの立ち上げ部６，６’の立ち上げられた相互の先端５，５’に連結され、開くように変形可能な屈曲部７を有する変形部８とから構成されている。なお、図示した例では変形部８の屈曲部７は平面視Ｚ形状としたが、変形部８において変形可能であれば、屈曲部８は少なくとも一箇所以上あればよい。そして、屈曲部７は開くように変形できればその屈曲角度は任意に選択できる。

なお、曲げ加工用パターン３の形成方法としては、リードフレーム１製造時にプレスもしくはエッチングによるパターン形成を行う際に、同時に外枠部２に曲げ加工用パターン３も形成することができる。例えば、帯状金属材に対しプレス加工やエッチング加工によってリードフレーム１の内部リードやパッドなどを形成するのと同様にして曲げ加工用パターン３を形成する。そして、その次にめっき処理を行って、その後、約２００ｍｍ程度の短冊状に切断する際に、折り曲げ加工を行って、フラットだった曲げ加工用パターン３を上方に出すようにする。

また、上記のパターン形成後、リボン状、シート状で製造する工程方法があるが、例えば、リボン状での製造工程方法の場合はリードフレーム製造の最終工程としてパッド部（チップ実装部）の押し下げ加工、またシート状への切断が必要となるが、この工程においてパッド部の押し曲げ加工に加え、曲げ加工用パターン３の押し曲げ加工を実施する場合もある。

次に、上記リードフレーム１を用いて、本発明の半導体パッケージの製造方法について説明する。
本発明の半導体パッケージの製造方法においては、上記リードフレーム１の曲げ加工用パターン３に必要な高さとなる曲げ加工を行う。基本的には、半導体素子が搭載される側に曲げ加工用パターン３が突出するように曲折部４，４’で曲げ加工して立ち上げ部６，６’を立ち上げ、立ち上げ部６，６’がリードフレーム１の厚さ以上の曲げ高さを有するようにする。そして、基本的には図５に示す曲折部４，４’での立ち上げ角度Ａは６５度以上８５度以下とする。立ち上げ部６，６’が立ち上げられると対向する先端５．５’の間隔は広がることとなり、先端５，５’に連結されている変形部８は屈曲部７が広がる方向に変形することとなる。なお、曲折部４，４’の幅は変形部８の幅よりも広くて強度が十分にあるため、立ち上げ部６，６’のみが変形し、立ち上げ部６，６’は立ち上げられた状態を維持し変形することはない。

次に、図２に示すように曲げ加工した前記曲げ加工用パターン３が他のリードフレームと接触するようにして、リードフレーム１が複数枚積層された状態にして搬送する。そしてその後の任意の工程で、積層された状態から１枚のリードフレーム１を取り出した後、曲げ加工した前記曲げ加工用パターン３を図３に示す状態に押し戻して概平坦とし、その後の工程へ投入されるようにする。概平坦に押し戻す方法としては、例えばモールド（樹脂封止）金型によりクランプする際に押し戻すが、他の工程における治工具やその他の装置で行っても構わない。

本来、リードフレーム１は半導体素子を実装する面を表面側（上面側）として半導体パッケージの組立工程内で搬送されることから、搬送不具合を発生させないために、図２に示すように側面から見た場合に曲げ加工用パターン３が上向きとなるように曲げ加工を施す。そして、曲げ加工を行う形状は、半導体パッケージの組立工程で設備装置や搬送機器等に当る場所などは外して配置する必要がある。すなわち、通常のリードフレームの外枠部は、位置決め用の貫通穴が形成されているのみでフラットな外枠部であり、したがって設備上はフラットな外枠部のリードフレームを扱うことを前提に設計されている。

そこで、リードフレームが変わっても設備は共用されることになるので、本発明は上向きに曲げ加工を行うことで、搬送に影響を与えず、曲げ加工部分が、元に戻ることで、固定時にフラットな外枠部になるようにしているのである。また、モールド金型に入って樹脂封止を行う際に、曲げ加工部が重なるように強制的に戻されると部分的に板厚＋αの高さが生じ、金型とリードフレームの間で隙間ができて樹脂が漏れるおそれがある。そのため、重ならないように元に戻るようなパターンが必要となり、広がった変形部が同じ平面内でモールド金型に押さえ込まれて再変形してフラットになるようになっている。

また、一般的に曲げ加工は、折り曲げる斜め部（折り曲げ部）の板厚を減少させて伸ばし、曲げによる距離を確保している。しかし、本発明のようにリードフレームが積層可能となる隙間を確保するためには立ち上げ角度を急角度、例えば６５度以上、８５度以下の角度で曲げ加工を施し、上に重なるリードフレームを持ち上げなければならない。そのため前述の一般的な曲げ加工では、斜め部の板厚減少により強度低下を招き、破断が生じる恐れがある。そこで、本発明は強度低下等が生じないよう、曲げて立ち上げられる立ち上げ部６，６’の板厚を減少させず、変形部８の屈曲部７が開くように変形して距離が確保されるようにしている。

つまり、図３に示す曲げ加工用パターン３に曲げ加工を施すことにより、曲げ加工用パターン３は図４に示すように変形部８の屈曲部７が開き、その変形により立ち上げ部６，６’を立ち上げたときに先端５，５’の広がる距離が確保される。この変形により、立ち上げ部の板厚減少をさせず立ち上げ角度Ａを急角度、例えば６５度以上、８５度以下という大きな角度でもって曲げ加工を施すことが可能となる。

この曲げ加工用パターン３は、リードフレーム１の外枠部分２に形成するが、図３を９０度回転させた形状でも構わなく、また図１に示すように外枠部分２の両側（図では上下側）で９０度回転していても構わない。つまり積層時に同じ向きの曲げ加工用パターンが重なることで持ち上げることが可能となる。また、図７に示すように上下左右の４箇所に設けるようにしてもよい。あるいはこれらのうちの任意の２箇所とし、二つの立ち上げ部の先端が必ずしも対向していなくてもよい。

そして半導体パッケージの組立工程に投入後は図５の上面より平面で押し下げる事が出来、組立加工時には曲げ加工用パターン３は平坦に戻る。この押し下げが確実に行えるようにする為にも、立ち上げ部６，６’をリードフレーム１の外枠部分２から曲折部４で立ち上げ、図５に示すように上面に面となるとともに双方の先端５，５’に連結されている変形部８を確保しておくとともに、立ち上げ部６，６’は曲折部４，４’で立ち上げ角度Ａを８５度以下にしておく必要がある。

これによりパッケージ組立工程における治工具の改造、新規作成を必要としない、重なり合ったリードフレーム及びその製造方法を提供する事が出来る。

１ リードフレーム
２ 外枠部分
３ 曲げ加工用パターン
４，４’ 曲折部
５，５’ 先端部
６，６’ 立ち上げ部
７ 屈曲部
８ 変形部
Ａ 立ち上げ角度

本発明の曲げ加工用パターンを外枠部に配置したリードフレームの一例を示す平面図である。 本発明のリードフレームを積層させた状態の側面から見た図である。 曲げ前における曲げ加工用パターンの拡大平面図である。 潰し戻し後における曲げ加工用パターンの拡大平面図である。 曲げ後における曲げ加工用パターンの拡大側面図である。 曲げ後における曲げ加工用パターンの拡大斜視図である。 曲げ前における曲げ加工用パターンの他例を示す拡大平面図である。

ここで、図３と図４に基づき本発明で形成される曲げ加工用パターン３についてより詳細に説明する。曲げ加工用パターン３は短冊状となるリードフレーム１の外枠部分２に設けられている。そして、曲折部４で外枠部分２より立ち上げることにより立ち上げられた立ち上げ部６の先端５が、同様に折曲部４′で立ち上げられた他の立ち上げ部６′の先端５′と相互に対向するように形成される二つの立ち上げ部６，６′と、曲折部４，４′より幅が狭く二つの立ち上げ部６，６′の立ち上げられた相互の先端５，５′に連絡され、開くように変形可能な屈曲部７を有する変形部８とから構成されている。なお、図示した例では変形部８の屈曲部７は平面視Ｚ形状としたが、変形部８において変形可能であれば、屈曲部７は少なくとも一箇所以上あればよい。そして、屈曲部７は閉じるように変形できればその屈曲角度は任意に選択できる。

なお、曲げ加工用パターンの形成方法としては、リードフレーム１の製造時にプレスもしくはエッチングによるパターン形成を行う際に、同時に外枠部２に曲げ加工用パターン３も形成することができる。例えば、帯状金属材に対しプレス加工やエッチング加工によってリードフレーム１の内部リードやパッドなどを形成するのと同様にして曲げ加工用パターン３を形成する。そして、その次にめっき処理を行って、その後、約２００ｍｍ程度の短冊状に切断する際に、折り曲げ加工を行って、フラットだった曲げ加工用パターン３を上方に出すようにする。

次に、図２に示すように曲げ加工した前記曲げ加工用パターン３が他のリードフレームと接触するようにして、リードフレーム１が複数枚積層された状態にして搬送する。そしてその後の任意の工程で、積層された状態から１枚のリードフレーム１を取り出した後、曲げ加工した前記曲げ加工用パターン３を図４に示す状態に押し戻して概平坦とし、その後の工程へ投入されるようにする。概平坦に押し戻す方法としては、例えばモールド（樹脂封止）金型によりクランプする際に押し戻すが、他の工程における治工具やその他の装置で行っても構わない。

また、一般的に曲げ加工は、折り曲げる斜め部（折り曲げ部）の板厚を減少させて伸ばし、曲げによる距離を確保している。しかし、本発明のようにリードフレームが積層可能となる隙間を確保するためには立ち上げ角度を急角度、例えば６５度以上、８５度以下の角度で曲げ加工を施し、上に重なるリードフレームを持ち上げなければならない。そのため前述の一般的な曲げ加工では、斜め部の板厚の減少により強度低下を招き、破断が生じる恐れがある。そこで、本発明は強度低下等が生じないよう、曲げて立ち上げられる立ち上げ部６，６′の板厚を減少させず、変形部８の屈曲部７が閉じるように変形して距離が確保されるようにしている。

Claims (9)

1. 短冊状となるリードフレームの外枠部分に、曲折部で前記外枠部分より立ち上げることにより二つの立ち上げ部が形成されるとともに前記二つの立ち上げ部の立ち上げられた相互の先端に連結され変形可能な変形部が形成される曲げ加工用パターンが所望数形成されていることを特徴とするリードフレーム。
2. 前記変形部には、少なくとも一箇所以上の屈曲部が形成されることを特徴とする請求項１に記載のリードフレーム。
3. 前記二つの立ち上げ部は、立ち上げられた先端が相互に対向するように形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のリードフレーム。
4. 前記曲折部の幅より前記変形部の幅の方が狭く形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のリードフレーム。
5. 前記曲折部の幅はリードフレーム厚さの１．５倍以上であり、前記変形部の幅はリードフレーム厚さの０．８〜１．２倍であることを特徴とする請求項４に記載のリードフレーム。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のリードフレームを用い、前記曲げ加工用パターンが、半導体素子が搭載される側に突出するように曲げ加工が施されていることを特徴とするリードフレーム。
7. 前記曲げ加工用パターンは、前記曲折部で立ち上げることにより立ち上げ部が形成され、前記変形部が広がる方向に変形することを特徴とする請求項６に記載のリードフレーム。
8. 折り曲げられた前記曲げ加工用パターンは、押し下げ加工によって概平坦に戻ることを特徴とする請求項６または７に記載のリードフレーム。
9. 半導体パッケージの製造方法において、短冊状となるリードフレームの外枠部分に、曲折部で前記外枠部分より立ち上げることにより形成される二つの立ち上げ部と、前記曲折部より幅が狭く前記曲折部で立ち上げられる前記二つの立ち上げ部相互の先端を連結し変形可能な変形部とが形成される曲げ加工用パターンを所望数形成し、前記曲げ加工用パターンに必要な高さとなる曲げ加工を行い、次に曲げ加工した前記曲げ加工用パターンが他のリードフレームと接触してリードフレームが複数枚積層された状態で搬送し、その後の任意の工程で積層された状態から１枚のリードフレームを取り出した後、曲げ加工した前記曲げ加工用パターンを押し戻して概平坦とし、その後の工程へ投入される工程を含むことを特徴とする半導体パッケージの製造方法。

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