JP2015103790A - リードフレーム構造及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リフローにより発生する反りを防止することを可能としたリードフレーム構造及びその製造方法を提供する。【解決手段】リードフレーム構造は、搭載部品７，８がリフローにより実装されるインナーリード２ｂ〜５ｂと、外部電極が電気的に接続されるアウターリード２ａ〜５ａと、インナーリード２ｂ〜５ｂの形状を保持する補強樹脂１０とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、リードフレーム構造及びその製造方法に関する。

ＩＣチップ等を搭載した電子部品の一例としては、プリント基板を用いることなく、リードフレームにチップ型電子部品を搭載し、そのチップ型電子部品をリードフレームと電気的に接続した電子部品がある（例えば、特許文献１参照。）。

上記特許文献１記載の従来の電子部品は、リードフレームに搭載したＩＣチップをモールド封止部により封止した形態でリフロー炉に通すことにより、リードフレームとチップ型電子部品とをはんだ付け接続する構成となっている。リードフレームには、はんだ流出を防ぐためのはんだ流れ防止部が形成されている。

特開平７−２４５３７７号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の従来の電子部品では、はんだ流れ防止部によりリードフレームの長さ方向の形状が非対称になることから、リードフレームには内部応力の違いがある。そのため、リフロー炉でリードフレームが加熱されると、線膨張係数の違いによる熱応力によりリードフレームには反りが発生しやすくなる。

一方、リードフレームをリフロー炉から取り出すことで温度が常温に戻っても、リフローにより発生した反りが残ったままの状態となり、リードフレームを介してＩＣチップやチップ型電子部品にクラックや剥離などを生じやすいという問題点があった。

従って、本発明の目的は、リフローにより発生する反りを防止することを可能としたリードフレーム構造及びその製造方法を提供することにある。

［１］本発明は、搭載部品がリフローにより実装されるインナーリードと、外部電極が電気的に接続されるアウターリードと、前記インナーリードの形状を保持する補強樹脂と、を有してなることを特徴とするリードフレーム構造にある。

［２］上記［１］記載の前記補強樹脂は、前記インナーリードと前記搭載部品とをリフローにより接続するための開口を有してなることを特徴とする。

［３］上記［１］又は［２］記載の前記補強樹脂は、トランスファモールドにより形成されてなることを特徴とする。

［４］本発明は更に、搭載部品がリフローにより実装されるインナーリード、及び外部電極に電気的に接続されるアウターリードを形成する工程と、前記インナーリードに前記搭載部品をリフローにより接続する前に、トランスファモールドにより前記インナーリードの形状を保持する工程と、を含むことを特徴とするリードフレーム構造の製造方法を提供する。

本発明によると、リードフレームの反りを防止することができる構造が効果的に得られるとともに、そのリードフレーム構造を効率的に製造することが可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係る典型的なリードフレーム構造を備えた電子部品を模式的に示す斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線矢視の要部断面拡大図である。 図１のリードフレーム構造の使用例を説明するための要部断面図である。 図１のリードフレーム構造を製造する製造方法の一例を説明するための（ａ）〜（ｄ）図である。 第２の実施の形態に係るリードフレーム構造を備えた電子部品を模式的に示す斜視図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線矢視の要部断面拡大図である。 図５のリードフレーム構造を製造する製造方法の一例を説明するための（ａ）〜（ｃ）図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、本発明の実施の形態に係る図においては、本発明の特徴を理解しやすくするため、リードフレーム構造を構成する部分における寸法の縦横比は、実際のものとは異なり、誇張して示している。

［第１の実施の形態］
（電子部品の全体構成）
図１において、全体を示す符号１は、この第１の実施の形態に係る典型的なリードフレーム構造を備えた電子部品である磁気センサを例示している。

この磁気センサ１は、図１に示すように、給電（電源）端子、接地端子及び出力端子として機能する第１〜第４の４本のリードフレーム２〜５を有している。このリードフレーム２〜５は、多数個取り可能な導電性基板素材を細長い板状に打ち抜くことで一括して形成された細長い板材からなり、同一面上に並列に配置されている。リードフレームの材質としては、例えばアルミニウム、銅や銅合金等の導電性を有する金属材料などが用いられる。

この４本のリードフレーム２〜５が集束した一端部の中心部には、図１に示すように、ボンディング接続によって磁気検出素子６が電気的に接続されている。この第１及び第２のリードフレーム２，３と第３及び第４のリードフレーム４，５とのそれぞれは、ツェナーダイオード７及びコンデンサ８からなるチップ型電子部品を介して電気的に接続されている。このツェナーダイオード７及びコンデンサ８は、リフローにより半田接続されている。

この磁気センサ１は、図１に示すように、例えば検出対象となる電流に基づいて発生する磁場を検出することで検出信号を出力する磁気検出素子６を備えている。この磁気検出素子６は、出力された検出信号に増幅等の処理を行う図示しない周辺回路部を一体的に集積化したセンサＩＣからなり、モールド樹脂により矩形体形状に形成されている。

この磁気検出素子６は、例えば磁界の強さの変化を検出するホール素子又は磁石から発生する磁界に起因する磁気ベクトルの方向変化を検出するＭＲ素子等の磁場に応じた検出信号を出力する素子である。モールド樹脂としては、例えば接着性、耐食性や耐熱性等に優れる熱硬化性のエポキシ系樹脂などが用いられる。

このツェナーダイオード７及びコンデンサ８は、静電気やノイズ等から磁気検出素子６を保護する保護回路として構成されている。このツェナーダイオード７は、例えば磁気検出素子６に印加される電圧を一定に保つ。一方のコンデンサ８は、例えばツェナーダイオード７から発生するノイズを除去する。

（リードフレームの構造）
ところで、この種の電子部品を製造する際には、リフローにより発生する熱に起因してリードフレーム２〜５には反りが発生することから、磁気センサ１に不具合が生じることが懸念される。従って、リードフレーム２〜５については反りを抑制するための工夫が必要となる。

この第１の実施の形態に係る磁気センサ１は、図１及び図２に示すように、リードフレーム２〜５の外形形状を保持する補強樹脂１０を備えることで、リフロー時におけるリードフレーム２〜５の反りの発生を抑制したリードフレーム構造に主要な構成を有している。従って、上記のように構成された磁気センサ１の全体構成は、この第１の実施の形態に係る一構成例を示しており、その構成部品の形状や構造などは、図示例に限定されるものではない。

図示例によると、４本のリードフレーム２〜５の一端部を除く片側全面と磁気検出素子６の全面とが補強樹脂１０により一括して封止されている。この補強樹脂１０は、トランスファモールド成形により形成される。補強樹脂１０の材質としては、例えば接着性、耐食性や耐熱性等に優れるエポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂が好適である。

この補強樹脂１０は、図１及び図２に示すように、磁気検出素子６の全面を封止する補強部分１０ａの表面から所要の高さだけ下がった段差面１０ｂをもつ枠体に形成されている。この段差面１０ｂの下端に連続する補強部分１０ｃには、周面が補強部分１０ｃから露出しているアウターリード２ａ〜５ａと、片面が露出しているインナーリード２ｂ〜５ｂとが形成されている。この補強部分１０ｃの枠体の内部は、インナーリード２ｂ〜５ｂとツェナーダイオード７及びコンデンサ８とをリフローにより半田接続するための開口１３として構成される。

なお、図示例にあっては、補強部分１０ｃの一部が枠体からなる構成を例示したが、図示例に限定されるものではなく、例えば補強部分１０ｃに枠体の壁部を形成することなく、補強部分１０ａの表面から所要の高さだけ下がった段差面１０ｂをもつ階段形状に形成された補強樹脂１０であっても構わない。

この補強樹脂１０は、図３に示すように、内部を外力から保護する樹脂部材からなるハウジング１１により覆うことでコネクタとして用いられる。このハウジング１１から露出しているアウターリード２ａ〜５ａは、磁気センサ１の検出結果を外部へ出力するリード端子として機能する。このリード端子は、図示しない相手方のコネクタに電気的に接続されることで、磁気センサ１の検出結果を制御装置などに伝達する。

この補強樹脂１０の側面には、図３に示すように、凸部である係止爪１０ｄが形成されている。相手方のハウジング１１の側面には、着脱可能にスナップフィットにより結合される凹部である取付孔１１ａが形成されており、補強樹脂１０とハウジング１１とがワンタッチで取り付けられる構成となっている。これにより、補強樹脂１０に対してハウジング１１を容易に組み付けることができる。

なお、補強樹脂１０の側面に係止爪１０ｄが形成され、ハウジング１１の側面に取付孔１１ａが形成されたスナップフィット結合構造を例示したが、図示例に限定されるものではないことは勿論である。このスナップフィット結合構造としては、凹部と凸部とを嵌め込み固定する凹凸結合であることが好適であり、例えば補強樹脂１０の側面に取付孔を形成し、ハウジング１１の側面に係止爪を形成することも可能である。

一方、アウターリード２ａ〜５ａは、アウターリード２ａ〜５ａの一部を曲げ加工して形成された接続用の端子としても構わない。リードフレーム２〜５を基板用の端子として構成することも可能である。

（リードフレーム構造の効果）
以上のように構成されたリードフレーム構造を採用することで、上記効果に加えて以下の効果が得られる。

（１）リフローによる実装が可能な簡単な構造を有する補強樹脂１０でリードフレーム２〜５の外形及び配列を保持することができる。
（２）リフロー時のリードフレーム２〜５の変形を防止することができることから、クラック耐性などを向上させることができる。
（３）補強樹脂１０でリードフレーム２〜５を防水する構成となっているので、外部からの被水を防止することが可能となる。
（４）リードフレーム２〜５をコネクタ用又は基板用の端子構造として構成することが可能であるため、構成部品点数の削減を図ることができる。
（５）リフローによる自動実装が可能なリードフレーム２〜５が得られる。

（リードフレーム構造の製造方法）
この第１の実施の形態は更に、リードフレーム２〜５の構造を製造する方法にもう一つの主要な構成を有している。上述の構成を備えたリードフレーム２〜５の構造は、この第１の実施の形態における製造方法により効率的に製造される。

リードフレーム２〜５の構造を製造する方法は、図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、リードフレーム２〜５を準備する工程と、リードフレーム２〜５に磁気検出素子６を実装する工程と、リードフレーム２〜５及び磁気検出素子６をトランスファモールドする工程と、リードフレーム２〜５とツェナーダイオード７及びコンデンサ８とをリフローにより半田接続する工程と、ツェナーダイオード７及びコンデンサ８をポッティングする工程とを含む一連の工程により効果的に達成される。

（リードフレーム準備工程）
このリードフレーム２〜５の構造としては、一回の製造プロセスで多数個取りすることが好適である。このリードフレーム準備工程で用いられる導電性基板は、矩形平板状の外枠に４本一組のリードフレームを多数個配列した多数個取り可能な多数個取りのフレームである。従って、多数個配列した４本一組のリードフレーム２〜５が同時に製造される。

この第１の実施の形態では、多数個配列した４本一組のリードフレームと、そのリードフレームに実装される搭載部品とは、同一の形状及び構造を有している。従って、以下の説明では、１つの構造及び部材のみを説明する。

（ボンディング工程）
このボンディング工程では、図４（ａ）に示すように、リードフレーム２の搭載面に接着剤を塗布し、その接着剤上に磁気検出素子６が搭載される。４本のリードフレーム２〜５と磁気検出素子６との間でワイヤボンディングを行うことで、ボンディングワイヤを形成する。この接着剤としては、例えばシリコン系ペースト等の絶縁性接着剤あるいは銀系ペースト等の導電性接着剤などが用いられる。

このリードフレーム２〜５にボンディング接続された磁気検出素子６は、次工程のトランスファモールド工程で補強樹脂１０により封止される。

（トランスファモールド工程）
このトランスファモールド工程は、図４（ｂ）に示すように、４本のリードフレーム２〜５と一体でトランスファモールド成形による片面封止を行う。リードフレーム２〜５を金型内に固定した後、段差面１０ｂを有する枠体形状の補強樹脂１０となるモールド樹脂がリードフレーム２〜５の一端部を除く片側全面と磁気検出素子６の全面とに一括して充填される。このリードフレーム２〜５には、トランスファモールドによる樹脂モールドが行われた後、次工程のリフロー工程において、鉛フリーなどの半田ペーストが塗布される。

（リフロー工程）
このリフロー工程では、図４（ｃ）に示すように、補強樹脂１０の開口１３を介して４本のリードフレーム２〜５の接続部位に塗布した半田ペーストにツェナーダイオード７及びコンデンサ８を搭載する。このツェナーダイオード７及びコンデンサ８は、第１及び第２のリードフレーム２，３と第３及び第４のリードフレーム４，５とのそれぞれに仮固定される。

このリードフレーム２〜５をリフロー炉に入れて半田ペーストを溶融させることで、第１及び第２のリードフレーム２，３と第３及び第４のリードフレーム４，５とのそれぞれにツェナーダイオード７及びコンデンサ８の半田付けを一括して行い、リードフレーム２〜５がリフロー炉から取り出される。

（ポッティング工程）
このポッティング工程では、図４（ｄ）に示すように、ツェナーダイオード７及びコンデンサ８がポッティングにより封止される。補強樹脂１０の補強部分１０ｃの枠体の内部は、ポッティングにより形成された封止部１０ｅに覆われる。このポッティングに用いられる樹脂としては、例えば補強樹脂１０と同様に、エポキシ系樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることが好適である。

以上の一連の工程により製造されたリードフレーム構造は、カッティングデバイスを用いてリードフレームの導電性基板を複数の領域に分離するダイシングラインに沿って切断することで、複数の磁気センサ１が完成する。従って、多数個の独立した磁気センサ１を効率的に製造することが可能となる。

（リードフレーム構造の製造方法の効果）
以上のように構成されたリードフレーム構造の製造方法を採用することで、上記効果に加えて以下の効果が得られる。

（１）リフローによる実装が可能な簡単な構造を有する補強樹脂１０が効果的に得られる。
（２）リフローによる半田接続におけるリードフレーム２〜５の反りを厳格に管理する必要がない。
（３）リフローによる自動実装が可能なリードフレーム２〜５の構造を効果的に製造することができる。

［第２の実施の形態］
図５〜図７（ｃ）を参照すると、これらの図には、第２の実施の形態に係るリードフレーム構造の一構成例が模式的に例示されている。この第２の実施の形態では、リードフレームの外形状態を保持する補強樹脂の構成を除いて、他の構成は上記第１の実施の形態と実質的に同様の構成を備えている。従って、上記第１の実施の形態で用いた部材符号と同じ部材符号を用いることで、その部材に関する詳細な説明は省略する。

（リードフレームの構造）
上記第１の実施の形態では、リードフレーム２〜５のインナーリード２ｂ〜５ｂの片側全面を保持した構成であったものを、この第２の実施の形態にあっては、インナーリード２ｂ〜５ｂの表裏面を格子状に保持した点で上記第１の実施の形態とは異なっている。

このリードフレーム２〜５の形状を保持する補強樹脂１０は、図５及び図６に示すように、４本のリードフレーム２〜５の表裏面に格子状リブ１２を一体に形成した構成となっている。

この格子状リブ１２には、図５及び図６に示すように、リードフレーム２〜５の長さ方向に直線的に延びる連続リブ１２ａと、リードフレーム２〜５の幅方向に直線的に延びる連続リブ１２ｂとが交差する格子面が形成されている。

この格子面は、連続リブ１２ａ，１２ｂにより４本のリードフレーム２〜５の表裏面を貫通した開口１３とされている。この開口１３は、リフローにより発生する熱応力の影響を低減する機能と、熱伝導性及び半田付け性を確保する機能とを有している。

図示例では、リードフレーム２〜５の片面に磁気検出素子６、ツェナーダイオード７及びコンデンサ８を搭載した構成例を例示したが、図示例に限定されるものではなく、例えばリードフレーム２〜５の両面にチップ型部品を搭載した構成であってもよいことは勿論である。磁気検出素子６の実装方法にあっても、ワイヤボンディング接続に限定されるものではなく、例えばフリップチップ接続等の実装方法を用いても構わない。

（リードフレーム構造の製造方法）
ここで、図７（ａ）〜（ｃ）を参照すると、これらの図には、第２の実施の形態に係るリードフレーム２〜５の構造を製造する方法の一例が例示されている。この第２の実施の形態に係る製造方法は、リードフレーム２〜５をトランスファモールドする工程前にリードフレーム２〜５に磁気検出素子６を実装する工程を除いて、上記第１の実施の形態と実質的に同様の一般的な製造方法で効果的に達成される。

この第２の実施の形態に係るリードフレーム構造の製造方法は、リードフレーム２〜５を準備する工程と、リードフレーム２〜５をトランスファモールドする工程と、リードフレーム２〜５の接続部位に磁気検出素子６、ツェナーダイオード７及びコンデンサ８をリフローにより半田接続する工程と、磁気検出素子６、ツェナーダイオード７及びコンデンサ８をポッティングする工程とを含む一連の工程を備えている。

（リードフレーム準備工程）
このリードフレーム準備工程では、図７（ａ）に示すように、上記第１の実施の形態と同様に、４本のリードフレーム２〜５が多数個取り可能な導電性基板を細長い板状に打ち抜くことで一括して形成される。

（トランスファモールド工程）
このトランスファモールド工程は、図７（ｂ）に示すように、４本のリードフレーム２〜５の表裏面にトランスファモールド成形による格子状リブ１２を一体に形成する。このトランスファモールドによる樹脂モールドが行われた後、次工程のリフロー工程において、磁気検出素子６がリードフレーム２〜５にフリップチップ接続される。

（リフロー工程）
このリフロー工程では、例えば鉛フリーなどの半田ペーストが４本のリードフレーム２〜５の接続部位に塗布される。磁気検出素子６は、図７（ｃ）に示すように、４本のリードフレーム２〜５のそれぞれにリフローにより一括して半田付けされる。一方、ツェナーダイオード７及びコンデンサ８は、第１及び第２のリードフレーム２，３と第３及び第４のリードフレーム４，５とのそれぞれにリフローにより一括して半田付けされる。

（ポッティング工程）
このポッティング工程では、磁気検出素子６、ツェナーダイオード７及びコンデンサ８がポッティングにより封止される。格子状リブ１２は、ポッティングにより形成された封止部に覆われる。

（第２の実施の形態の効果）
この第２の実施の形態にあっても、上記第１の実施の形態と同様の効果が得られる。それに加えて、次の効果が得られる。

（１）格子状リブ１２によりリードフレーム２〜５の実装部分が表裏面に貫通した開口１３を有する構造となっているため、熱応力の影響を低減することができる。
（２）安定した熱伝導性を確保することができるとともに、半田付け実装の信頼性を高めることができる。

［変形例］
以上より、本発明におけるリードフレーム２〜５の構造、及びリードフレーム２〜５の構造を製造する方法の代表的な構成例を上記実施の形態、変形例及び図示例を挙げて説明したが、次に示すような変形例も可能である。

（１）上記図示例に係る磁気センサ１は、例えばバックル装置、シフト装置又はコンビネーションスイッチ等の車載機器や各種機器に効果的に用いることができる。
（２）磁気センサ１に代えて、例えば電流センサや光センサ等の各種のセンサであってもよく、発光装置などにも効果的に用いることができる。
（３）上記リードフレーム２〜５は、使用目的などに応じて配置個数、配置位置や配置形態などを適宜に選択すればよく、本発明の初期の目的を達成することができる。

以上の説明からも明らかなように、本発明に係る代表的な実施の形態、変形例及び図示例を例示したが、上記各実施の形態、変形例及び図示例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。従って、上記各実施の形態、変形例及び図示例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１…磁気センサ、２〜５…リードフレーム、２ａ〜５ａ…アウターリード、２ｂ〜５ｂ…インナーリード、６…磁気検出素子、７…ツェナーダイオード、８…コンデンサ、１０…補強樹脂、１０ａ，１０ｃ…補強部分、１０ｂ…段差面、１０ｄ…係止爪、１０ｅ…封止部、１１…ハウジング、１１ａ…取付孔、１２…格子状リブ、１２ａ，１２ｂ…連続リブ、１３…開口

Claims (4)

1. 搭載部品がリフローにより実装されるインナーリードと、
   外部電極が電気的に接続されるアウターリードと、
   前記インナーリードの形状を保持する補強樹脂と、
   を有してなることを特徴とするリードフレーム構造。
2. 前記補強樹脂は、前記インナーリードと前記搭載部品とをリフローにより接続するための開口を有してなることを特徴とする請求項１記載のリードフレーム構造。
3. 前記補強樹脂は、トランスファモールドにより形成されてなることを特徴とする請求項１又は２記載のリードフレーム構造。
4. 搭載部品がリフローにより実装されるインナーリード、及び外部電極に電気的に接続されるアウターリードを形成する工程と、
   前記インナーリードに前記搭載部品をリフローにより接続する前に、トランスファモールドにより前記インナーリードの形状を保持する工程と、
   を含むことを特徴とするリードフレーム構造の製造方法。

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