JP4007143B2 - 電子部品、電子部品の製造方法及び製造装置 - Google Patents

電子部品、電子部品の製造方法及び製造装置 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子部品、電子部品の製造方法及び製造装置に関し、さらに詳しくは、ケースに設けられた端子と素子とを接続するボンディングワイヤを超音波溶接して製造される電子部品、電子部品の製造方法及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子部品として、図１８及び図１９に示すような、例えばパワーモジュールとして用いられる半導体装置１００がある。なお、図１８は半導体装置１００の斜視図、図１９は図１８のＷ−Ｗ断面図である。
【０００３】
図１８に示すように、この半導体装置１００は、複数の端子１０１を一体に成型した樹脂でなる矩形額縁形状のケース１０２の内部に、半導体素子１０３が配置され、この半導体素子１０３と端子１０１とがボンディングワイヤ１０４で接続されている。さらに詳細には、この半導体装置１００では、ケース１０２の上下方向の投影面と略同じ大きさの板状のヒートシンク１０５がケース１０２の枠開口を塞ぐように下面全体に設けられている。半導体素子１０３は、基板１０６の上にはんだ１０７で接続されている。また、基板１０６は、ヒートシンク１０５の上面に接着層１０８を介して接着されている。なお、基板１０６の上下面には、所定パターンの配線層１０６Ａ、１０６Ｂが形成されている。
【０００４】
端子１０１は、図２０に示すように側面がＬ字形状に形成されている。この端子１０１は、ケース１０２にインサート成型されている。図２１に示すように、端子１０１の上端部分１０１Ａは、ケース１０２の段部１０２Ａの上面から露出して立ち上がり、下端部分１０１Ｂは段部１０２Ａの下部から上面が露呈するようにケース１０２の内側底部１０２Ｂに埋設されている。なお、端子１０１の下端部分１０１Ｂは、ケース１０２を構成する樹脂で両側壁が保持されている。
【０００５】
以下、このような構造の半導体装置１００の製造方法を説明する。
【０００６】
（１）端子１０１を溶融した樹脂で一体成型してケース１０２を作製する。
【０００７】
（２）次に、両面に金属でなる配線層１０６Ａ、１０６Ｂを有する基板１０６の上面に半導体素子１０３をはんだ付けする。
【０００８】
（３）基板１０６を、ヒートシンク１０５上にはんだ付けする。
【０００９】
（４）ケース１０２を、基板１０６を取り囲むように、ヒートシンク１０５上に接着剤で接着する。
【００１０】
（５）半導体素子１０３の図示しないパッド部と、対応する端子１０１とをボンディングワイヤ１０４で接続する。ここでは、ボンディングワイヤ１０４と端子１０１の下端部分１０１Ｂとを超音波を印加して接合させる。
【００１１】
なお、上述の製造方法においては、基板１０６上に半導体素子１０３を搭載した後、ヒートシンク１０５上に基板１０６をはんだ付けするが、ケース１０２をヒートシンク１０５上に接着した後、ヒートシンク１０５上に基板１０６をはんだ付けし、その後、半導体素子１０３を基板１０６上にはんだ付けすることも行われている。
【００１２】
また、従来の半導体装置における端子一体型のケースとしては、図２２に示すようなものがある。なお、図２２は、ケース１０２の一部分を示す斜視図である。
【００１３】
図２２に示すケースでは、図２１に示した構造において、段差１０２Ａの下部から露呈する、端子１０１の下端部分１０１Ｂの上面の両側部に係当して、この下端部分１０１Ｂが浮き上がるのを防止する突起１０２Ｂがケース１０２と一体に形成されている。
【００１４】
さらに、他のケースとしては、図２３に示すようなものがある。図２３に示すケース１０２では、端子１０１の下端部分１０１Ｂは、段差１０２Ａの下部から露呈して先端がケース樹脂で覆われて埋設された構造となっている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１５】
【特許文献１】
特開２０００−３３２１７９号公報 （第１頁、図１）
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した半導体装置１００においては、ケース１０２を構成する樹脂で端子１０１の下端部分１０１Ｂの両側面や上面を押さえる構造であるため、端子１０１とケース１０２を構成する樹脂の線膨張率が同一でないかぎり、製造工程中の加熱や冷却などにより、図２４（ａ）〜（ｃ）に示すように、端子１０１とケース１０２との間に微小な空隙１０９、１１０、１１１が生じる。
【００１７】
なお、図２４（ａ）は図２１のＸ−Ｘ断面図、図２４（ｂ）は図２２のＹ−Ｙ断面図、図２４（ｃ）は図２３のＺ−Ｚ断面図である。
【００１８】
このように端子１０１の下端部分１０１Ｂとケース１０２との間に空隙１０９、１１０、１１１ができると、端子１０１の下端部分１０１Ｂの上面に、超音波エネルギーを利用したワイヤボンディングを行う際に、超音波エネルギーが空隙１０９、１１０、１１１に吸収・分散されて端子１０１に効率よく伝わらないため、ボンディング不良が発生するという問題があった。
【００１９】
そこで、本発明は、超音波を用いたワイヤボンディングの際に、ボンディング不良の発生が防止できる電子部品、その製造方法、及びその製造装置を提供することを目的としている。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、電子部品であって、導電性材料で形成され、ボンディングワイヤが超音波溶接される接続面を有する端子板と、前記端子板の前記接続面が露呈するように固定されると共に、前記端子板の前記接続面と反対側に位置する部分に、前記端子板に当接して振動を抑制する端子板支持部材が挿入可能な貫通孔が形成された電気絶縁材料でなるケースと、を備えることを特徴とする。
【００２１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の電子部品であって、前記貫通孔は、少なくとも一部が前記ケースの前記端子板支持部材の挿入方向外側から内側に向けて漸次狭くなるテーパ面を有することを特徴とする。
【００２２】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の電子部品であって、前記ケースは前記端子板の前記接続面の近傍を覆う端子板保持部が形成されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の電子部品であって、前記端子板は複数個が間隔を隔てて配置され、前記貫通孔は前記複数の端子板のうち、少なくとも隣接する複数の前記端子板に亘って一体に形成され、該貫通孔に挿入される端子板支持部材は一体的に形成されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項５記載の発明は、電子部品の製造方法であって、導電性材料でなる端子板の、ボンディングワイヤが接続される接続面が露呈し、且つ前記端子板の前記接続面の反対側に位置する部分に貫通孔が形成され、前記端子板を保持するように、電気絶縁性樹脂で一体成形してケースを作製する工程と、前記貫通孔に前記端子板の前記接続面と反対側の面に当接する端子板支持部材を挿入した状態で、前記接続面にボンディングワイヤを超音波溶接する工程と、を備えることを特徴とする。
【００２５】
請求項６記載の発明は、電子部品の製造方法であって、導電性材料でなる端子板の、ボンディングワイヤが接続される接続面が露呈し、且つ前記端子板の前記接続面の反対側に位置する部分に貫通孔が形成され、前記端子板を保持するように、電気絶縁性樹脂で一体成形して中央部に開口が形成された枠状のケースを作製する工程と、前記ケースの下面に前記開口を塞ぐようにヒートシンクを取り付ける工程と、前記ヒートシンク上面に素子を搭載する工程と、前記貫通孔に端子板支持部材を挿入した状態で、前記素子と前記端子板の接続面とをボンディングワイヤを超音波溶接して接続する工程と、を備えることを特徴とする。
【００２６】
請求項７記載の発明は、請求項５又は請求項６に記載された電子部品の製造方法であって、前記端子に前記ボンディングワイヤを超音波溶接した後に、前記端子板支持部材を前記貫通孔から抜き出すことを特徴とする。
【００２７】
請求項８記載の発明は、請求項６又は請求項７に記載された電子部品の製造方法であって、前記ヒートシンクに、前記貫通孔に対応する位置に前記端子板支持部材が挿入可能な支持部材挿入孔を形成し、前記ケースの下面に前記ヒートシンクを取り付けた後に、前記支持部材挿入孔と前記貫通孔とに、前記端子板支持部材を挿入することを特徴とする。
【００２８】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の電子部品の製造方法であって、前記端子板支持部材を平板状の治具に立設し、ワイヤボンディング装置のボンディングステージ上に、前記治具を載置した後、前記ヒートシンクを取り付けた前記ケースを、前記治具に立設した前記端子板支持部材が、対応する前記支持部材挿入孔及び前記貫通孔に嵌合するように、前記治具上に配置した状態で、前記端子に前記ボンディングワイヤを超音波溶接することを特徴とする。
【００３０】
請求項１０記載の発明は、ボンディングワイヤが接続される接続面を有する端子板が、前記接続面が露呈するようにケースに固定され、前記接続面にボンディングワイヤを超音波溶接する電子部品の製造装置であって、前記ケースにおける、前記端子板の前記接続面と反対側に位置する部分に挿入されて、前記端子板に当接する端子板支持部材と、前記端子板支持部材が前記端子板に当接した状態で、前記ボンディングワイヤを前記接続面に超音波溶接するボンディング部と、前記ケースを載置するボンディングステージと、を備え、前記端子板支持部材の少なくとも先端部は、磁石を構成する材料で形成されていることを特徴とする。
【００３１】
請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の電子部品の製造装置であって、前記端子板は複数であり、前記端子板支持部材は、少なくとも隣接する２以上の前記端子板支持部材が一体に設けられていることを特徴とする。
【００３２】
請求項１２記載の発明は、請求項１０又は請求項１１のいずれかに記載の電子部品の製造装置であって、前記ボンディング部が前記端子板の前記接続面に超音波溶接を行うときに、前記端子板の前記接続面と反対側の面に向けて前記端子板支持部材を駆動する昇降駆動部が設けられていることを特徴とする。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、端子におけるボンディングワイヤの接続面の反対側に位置するケース部分に、貫通孔が形成されているため、端子とケースとの間に空隙が生じても、端子の接続面と反対側の面に端子板支持部材を当接させることで端子板を支持し、超音波溶接でボンディングワイヤを接続する際に、超音波エネルギーが吸収・分散されることを抑制できる。この結果、請求項１記載の発明によれば、ボンディングワイヤを接続不良なく超音波溶接することができる。
【００３４】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明の効果に加えて、貫通孔がケースにおける端子板支持部材の挿入方向外側から内側に向けてテーパ面となっているため、端子板支持部材を貫通孔に挿入し易く、位置決めが容易となる。このため、請求項２記載の発明によれば、超音波溶接によるワイヤボンディングの作業性を向上することができる。
【００３５】
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、ケースに形成された端子板保持部が、端子板の接続面近傍を覆うため、端子板支持部材が端子板の接続面の反対側の面に当接して押圧した場合においても、端子板の過度の変形を防止することができる。
【００３６】
請求項４記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、複数の端子板に亘って形成された貫通孔内に、一体的に形成された端子板支持部材を挿入することで、端子板支持部材の剛性が向上する。このため、端子板にボンディングワイヤを超音波溶接する際に、端子板支持部材の振動による超音波の吸収・分散を防止することができる。
【００３７】
請求項５記載の発明によれば、貫通孔に端子板の接続面と反対側の面に当接する端子板支持部材を挿入した状態で、超音波溶接してボンディングワイヤを接続するため、端子板が端子板支持部材で支持され、端子板とケースとの間に空隙が生じていても、端子板が振動をすることが防止できる。このように端子板が振動することを防止したため、超音波による振動が端子板で吸収されることがなく、超音波溶接によるワイヤボンディングを確実に行うことができる。
【００３８】
請求項６記載の発明によれば、中央部に開口が形成された枠状のケースの下面にヒートシンクを配置して開口を塞ぐヒートシンク上面に搭載された素子を備える電子部品の製造に際して、ケースの貫通孔に端子板支持部材を挿入することにより、超音波溶接により、端子板の接続面にボンディングワイヤを確実に接続することができる。
【００３９】
請求項７記載の発明によれば、請求項５及び請求項６に記載された発明の効果に加えて、端子板支持部材がケースの製造や電子部品の製造を妨げることがない。
【００４０】
請求項８記載の発明によれば、請求項６及び請求項７に記載された発明の効果に加えて、ヒートシンクに支持部材挿入孔を形成したことにより、ケースの下面にヒートシンクを取り付けた後に、超音波溶接により端子板にボンディングワイヤを接続することができる。この発明では、ヒートシンク上面に搭載・実装された素子にも同工程でボンディングワイヤを超音波溶接することができる。
【００４１】
請求項９記載の発明によれば、請求項８記載の発明の効果に加えて、ケースに形成された複数の貫通孔へ、端子板支持部材を、同時に挿入させることができるため、超音波溶接によるワイヤボンディング工程を迅速に行うことができる。また、ワイヤボンディングが終了した際に、全部の端子板支持部材をケースから同時に引き抜くことができる。
【００４３】
請求項１０記載の発明によれば、端子板とケースとの間に空隙が生じていても、超音波溶接時に端子板が端子板支持部材によって支持されるため、超音波溶接に際して端子板での振動吸収を抑制できる。このため、ボンディングワイヤと端子板とを接合させるための振動エネルギーを有効に利用することができる。従って、請求項１０記載の発明によれば、端子板にボンディングワイヤを確実に接続することができる。さらに、端子板と端子板支持部材の先端との間に隙間があっても、端子板支持部材の少なくとも先端部が磁石を構成する材料で形成されているため、端子板が端子板支持部材に引き付けられ、端子板支持部材によって端子板を確実に支持することができる。
【００４４】
請求項１１記載の発明によれば、請求項１０記載の効果に加えて、少なくとも隣接する２以上の前記端子板支持部材が一体に設けられているため、端子板支持部材の剛性が向上する。このため、請求項１１記載の発明によれば、端子板支持部材の振動を抑制することができ、端子板へボンディングワイヤを確実に超音波溶接することができる。
【００４５】
請求項１２記載の発明によれば、請求項１０又は請求項１１のいずれかに記載の発明の効果に加えて、端子板支持部材が超音波溶接時のみ端子板に当接する位置に移動するため、超音波溶接時以外は端子板に当接しておらず、ケースの製造を妨げることがない。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電子部品、電子部品の製造方法及び製造装置の詳細を図面に示す各実施の形態に基づいて説明する。なお、各実施の形態は、本発明を電子部品としての半導体装置に適用した例である。
【００４７】
（第１の実施の形態）
［電子部品］
図１〜図７は、本発明の第１の実施の形態を示している。第１の実施の形態に係る半導体装置１は、図１に示すように、ケース２と、複数の端子板３と、ケース２の下面に設けられたヒートシンク４と、ヒートシンク４上に配置される絶縁基板５と、絶縁基板５の上に実装された半導体素子６と、ボンディングワイヤ７とを備えて大略構成されている。
【００４８】
まず、ケース２の構造について説明する。ケース２は、例えば、ポリブチレンフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等の絶縁性樹脂でなる。また、ケース２は、平面形状が長方形の枠状（額縁状）の構造を有する。すなわち、ケース２は、互いに平行をなして対向する一対の壁部８、８と、一対の壁部９、９とで四方を取り囲むように形成されている。図２は、壁部８において１つの端子３が設けられた部分を破断して示す部分斜視図である。図２に示すように、壁部８は、内側下部に所定寸法内側へ向けて突出し且つ壁部８の長さ方向に沿って形成された枠底部８Ａと、枠底部８Ａの外側上部から所定高さ立ち上がり且つ壁部８の長さ方向に沿って形成された枠側部８Ｂとを有する。図２に示すように、枠底部８Ａと枠側部８Ｂとは、断面が略Ｌ字状をなしている。また、枠底部８Ａと枠側部８Ｂとの内側境界部分には、壁部８の長さ方向に沿って段部８Ｃが形成されている。そして、壁部８の枠底部８Ａには、端子板３の取り付け位置に、上下方向に貫通孔８Ｄが形成されている。
【００４９】
一方、壁部９は、単に板状に形成されている。このような構造のケース２では、壁部８、９で取り囲まれる矩形状の開口が図１に示すように、板状のヒートシンク４で閉塞されるようになっている。なお、このヒートシンク４は、熱伝導性の高い金属で形成されている。また、図３及び図４に示すように、ヒートシンク４には、上記した貫通孔８Ｄと対応する位置に支持部材挿入孔４Ａが形成されている。図３は図２のＡ−Ａ断面図、図４は図２のＢ−Ｂ断面において端子板３の一方側の部分（下部水平部）３Ａがケース２の枠底部８Ａからやや浮き上がった状態を示している。
【００５０】
次に、端子板３について説明する。端子板３は、例えば、銅、真鍮等の導電性材料でなり、図２及び図４に示すように、棒状の板が直角に折り曲げられた形状を有している。端子板３における折り曲げ位置の一方側の部分（下部水平部）３Ａは枠底部８Ａに埋め込まれ、他方側の部分３Ｂは基部が枠側部８Ｂに埋め込まれて端部側が枠側部８Ｂの上面から突出するようになっている。また、端子板３の一方側の部分３Ａは、段部８Ｃの下縁から枠底部８Ａの内側縁までの領域で表面が露呈している。このように露呈した部分が、ボンディングワイヤ７が超音波溶接される接続面３Ｃとなっている。
【００５１】
このような端子板３は、図１に示すようにケース２の壁部８の長さ方向に沿って間隔を隔てて複数が配置されている。なお、端子板３は、絶縁性樹脂でなるケース２にインサート成形されて一体的に設けられている。
【００５２】
絶縁基板５は、上面に図示しない配線パターンが形成され、配線パターンの所定位置に半導体素子６の図示しないパッド部分がはんだ付けされている。また、この絶縁基板５は、上記したヒートシンク４の上面に図示しない接着剤で接着されている。
【００５３】
さらに、ボンディングワイヤ７は、ケース２の枠底部８Ａの上面で露呈する端子板３の接続面３Ｃと、半導体素子６の図示しなパッド部や絶縁基板５の図示しないパッド部との間を超音波溶接で接続されている。
【００５４】
第１の実施の形態に係る半導体装置１は、ケース２の枠底部８Ａに貫通孔８Ｄが形成され、この貫通孔８Ｄに端子板３の接続面３Ｃと反対側の面が臨んでいる。このような構造の半導体装置１の構造的な利点は、ケース２の重量が貫通孔８Ｄを形成した分だけ軽量となっている。また、貫通孔８Ｄに端子板３が臨んでいるため、端子板３の下面が空気に晒されて放熱性が高められている。
【００５５】
ところで、このような構成の半導体装置１では、ケース２を形成する絶縁性樹脂の線膨係数と、端子板３を形成する金属の線膨張係数との相違により、ケース２の製造工程中の加熱と冷却などの熱的変化により、図４に示すように、端子板３の一方側の部分３Ａがケース２に対して浮き上がる傾向がある。一般的に、端子板３を構成する金属の線膨張係数よりもケース２を構成する絶縁性樹脂の線膨張係数のほうが大きい。従って、高温中でのケース２の成形が終了した場合や、はんだ付けが終了した場合に、高温から常温まで冷却されると、端子板３よりもケース２のほうが大きく収縮するため、図４に示したように、端子板３の一方側の部分３Ａはケース２から僅かに浮き上がり、微小な空隙Ｓを生じる。
【００５６】
そこで、本実施の形態のように、ケース２の枠底部８Ａに貫通孔８Ｄを形成し、ヒートシンク４に貫通孔８Ｄに対応した位置に支持部材挿入孔４Ａを形成したことにより、ボンディングワイヤ７を超音波溶接する際に、後述する端子板支持部材としての固定ピン１１をこれら連通する貫通孔８Ｄ及び支持部材挿入孔４Ａに挿入することができる。このように固定ピンを挿入することにより、端子板３の一方側の部分の下面（接続面３Ｃと反対側の面）を固定ピンで支持することができる。従って、端子板３における超音波溶接する部分（接続面３Ｃ）の下面を支持することで、超音波溶接に伴う超音波振動が端子板３の振動で吸収されてしまうことを抑制できる。このような構造の半導体装置１とした結果、端子板３の接続面３Ｃにボンディングワイヤ７を良好に超音波溶接することが可能となる。
【００５７】
本実施の形態に係る半導体装置１では、軽量化が図れると共に、放熱性を向上することができ、しかも超音波溶接によるボンディングワイヤ７の接続不良の防止を図ることができる。
【００５８】
［電子部品の製造方法］
次に、図５〜図７を用いて半導体装置１の製造方法について説明する。
【００５９】
まず、図５に示すような、複数の端子板３がインサート成形されたケース２を作製する。このとき、端子板３の一方側の部分３Ａの端部側上面が、ケース２の枠底部８Ａの上面で接続面３Ｃとして露呈するように、端子板３がケース２にインサート成形する。
【００６０】
次に、ケース２の下面にヒートシンク４を貼り合わせる。この工程では、ヒートシンク４の上面の所定位置に、上面に半導体素子６を実装した絶縁基板５を予め接着しておいてもよいし、ヒートシンク４をケース２に貼り合わせた後に絶縁基板５をヒートシンク４上に接着してもよい。なお、この貼り合わせでは、互いに対応する、ケース２の貫通孔８Ｄとヒートシンク４の支持部材挿入孔４Ａとが合致するようにする。
【００６１】
その後、図５に示すように、ヒートシンク４を貼り合わせたケース２を、端子板支持部材である複数の固定ピン１１が立設された板状の治具１０の上に載置する。治具１０は、図５に示すように治具プレート１２の表面の、上記した合致しているケース２の貫通孔８Ｄとヒートシンク４の支持部材挿入孔４Ａとの連通口にそれぞれ対応する配置に固定ピン１１が立設されている。このため、治具１０上に位置あわせしてケース２を載置したときには、図６に示すように、支持部材挿入孔４Ａ及び貫通孔８Ｄに、対応する固定ピン１１が挿入されるようになっている。なお、固定ピン１１の高さは、ヒートシンク４の厚みと枠底部８Ａの厚みと空隙Ｓの高さとを加算した長さ、若しくはその長さより僅かに長くなるように設定されている。このため、固定ピン１１の上端部は、端子板３の接続面３Ｃと反対側の下面に当接した状態となる。なお、治具１０の上にケース２を載置する場合は、図６に示すように、ワイヤボンダのボンディングステージ２１の上に予め治具１０を載置しておく。
【００６２】
次に、ワイヤボンダを用いてワイヤボンディングを行う。図６に示すように、ボンディングステージ２１上の治具１０にケース２を載置した状態で、ワイヤガイド２２と、ロッド状のツール２３とを用いて、端子板３の接続面３Ｃにボンディングワイヤ７を超音波溶接する。具体的には、図７に示すように、ワイヤガイド２２の先端から突出するボンディングワイヤ７の先端部を接続面３Ｃに置く。その後、このボンディングワイヤ７の先端部をツール２３の先端で加圧しつつ、超音波を印加する。この結果、ボンディングワイヤ７の先端部は、接続面３Ｃに超音波エネルギーを受けて合金層を形成して接合される。
【００６３】
上記したように、ボンディングワイヤ７の先端部を接合した後は、ワイヤガイド２２、ツール２３及びこのツール２３に付随するカッター２４とを、半導体素子６や絶縁基板５の図示しないパッド部に移動させ、再度ボンディングワイヤ７の接合を行う。その後、カッター２４にて、ボンディングワイヤ７の切断を行うことで、端子板３と、半導体素子６や絶縁基板５などとの間のワイヤボンディングを行う。なお、このワイヤボンディングは、端子板３の数に応じて繰り返して行って半導体装置１が製造される。さらに、ケース２で囲まれる領域には、絶縁性樹脂などで封止を行えばよい。
【００６４】
上記した半導体装置の製造方法では、ケース２の貫通孔８Ｄ及び支持部材挿入孔４Ａに、端子板支持部材としての固定ピン１１を挿入した状態で、超音波溶接してボンディングワイヤを接続するため、端子板３におけるボンディングワイヤ７の接合部分近傍が支持されている。このため、端子板３とケース２との間に空隙Ｓが生じていても、端子板３が振動をすることが防止できる。このように端子板３が振動することを防止したため、超音波による振動が端子板３で吸収・消費されることがなく、超音波溶接によるワイヤボンディングを確実に行うことができる。
【００６５】
また、この半導体装置の製造方法では、半導体装置１の製造後（ワイヤボンディング後）に治具１０をケース２から取り外すため、ケース２の製造を妨げることがない。
【００６６】
さらに、この半導体装置の製造方法では、ヒートシンク４に支持部材挿入孔４Ａを形成したことにより、ケース２の下面にヒートシンク４を取り付けた後に、超音波溶接により端子板３にボンディングワイヤ７を確実に接続することが可能となる。
【００６７】
また、この半導体装置の製造方法では、ケース２に形成された複数の貫通孔８Ｄへ、固定ピン１１を同時に挿入させることができるため、超音波溶接によるワイヤボンディング工程を迅速に行うことができる。また、ワイヤボンディングが終了した際に、全部の固定ピン１１をケース２から同時に抜き取ることができる。
【００６８】
［電子部品の製造装置］
次に、図８（ａ）〜（ｃ）を用いて上記した半導体装置１の製造装置としてのワイヤボンダ３０の構成とその動作について説明する。なお、図８は、上記した製造方法で使用した装置とは異なる構成のものを示している。
【００６９】
図８（ａ）に示すように、このワイヤボンダ３０は、ボンディングステージ３１と、このボンディングステージ３１の上方を任意に移動可能なワイヤガイド３２と、超音波印加を行うツール３３と、このツール３３に付随してボンディングワイヤ７の切断を行うカッター３４と、ボンディングステージ３１の下方に配置された昇降駆動部３５と、この昇降駆動部３５により昇降駆動される端子板支持部材としての固定ピン３６とを備えてなる。
【００７０】
このワイヤボンダ３０のボンディングステージ３１の上には、図８（ａ）に示すように、上記した半導体装置１のワイヤボンディングが施される前の状態のものが載置されるようになっている。このボンディングステージ３１には、ケース２の貫通孔８Ｄ及びヒートシンク４の支持部材挿入孔４Ａと対応する配置で複数のステージ貫通孔３１Ａが形成されている。なお、このステージ貫通孔３１Ａの径寸法は、ヒートシンク４の支持部材挿入孔４Ａの径寸法よりも長く設定されている。
【００７１】
また、昇降駆動部３５は、固定ピン３６を任意に昇降駆動するものであり、例えば、電磁アクチュエータやカム機構により押し上げ・下降を行う機械的な昇降装置などを用いることができる。なお、この昇降駆動部３５は、固定ピン３６を上昇させて固定ピン３６の先端面を端子板３の下面に当接させるものであるが、固定ピン３６が端子板３に必要以上に突き当たらないように、固定ピン３６には図示しない緩衝部材が介在されている。この緩衝部材としては、例えばバネなどを用いることができる。そして、この昇降駆動部３５にて昇降駆動される固定ピン３６は、先端から基部に向けて、ヒートシンク４の厚みと枠底部８Ａの厚みと空隙Ｓの高さとを加算した長さ、若しくはその長さより僅かに長い長さ寸法だけ細い径寸法の細径部３６Ａとなっている。この固定ピン３６における細径部３６Ａよりも基部側は、細径部３６Ａより太い太径部３６Ｂとなっている。なお、この太径部３６Ｂは、ステージ貫通孔３１Ａの径より細く、且つヒートシンク４の支持部材挿入孔４Ａの径より太く形成されている。なお、上記した昇降駆動部３５は、個々の固定ピン３６を駆動する構成としたが、全部の固定ピン３６を同時に昇降駆動するように構成してもよい。
【００７２】
なお、ワイヤガイド３２、ツール３３及びカッター３４は、図７に示した上記製造方法で説明したものと同様の構成である。
【００７３】
以下、このワイヤボンダ３０の動作を説明する。まず、ボンディングステージ３１の上に、ヒートシンク４が下面に貼り付けられたケース２を位置決めして載置・固定する。
【００７４】
その後、ワイヤボンディングを開始する。１点目のボンディング箇所に着目すると、図８（ａ）に示すように、昇降駆動部３５で固定ピン３６を押し上げると共に、ワイヤガイド３２と、ツール３３と、カッター２４とを下降させる。このとき、固定ピン３６の細径部３６Ａの先端面を端子板３の接続面３Ｃと反対側の面（下面）に当接させる。なお、図８（ｂ）に示すように、固定ピン３６の太径部３６Ｂは、ヒートシンク４の支持部材挿入孔４Ａの径より太く形成されているため、シンク４の支持部材挿入孔４Ａの下面周縁に当たり、必要以上の固定ピン３６の挿入が防止される。
【００７５】
図８（ｂ）に示すように、固定ピン３６の細径部３６Ａの先端面が端子板３の下面に当接し、ボンディングワイヤ７の端部がツール３３で接続面３Ｃに押し当てられた状態で、ツール３３に超音波印加を行いボンディングワイヤ７の端部を接続面３Ｃに超音波溶接する。
【００７６】
次に、図８（ｃ）に示すように、ワイヤガイド３２と、ツール３３と、カッター２４とを上昇させて２点目のボンディング箇所へ移動させてワイヤボンディングを行う。この２点目のボンディング箇所は、半導体素子６や絶縁基板５の任意のパッド部である。なお、２点目のボンディング箇所では、固定ピン３６で振動吸収を防止する必要がない。２点目のワイヤボンディングが終了した時点で、配線接続に供しない側のボンディングワイヤ７をカッター３４で切断する。
【００７７】
以上のワイヤボンディングを繰り返すことにより、半導体装置１の配線接続工程が終了する。
【００７８】
このようなワイヤボンダ３０を用いれば、固定ピン３６を自動的にケース２内に挿入することができるため、作業効率を向上することができる。また、このワイヤボンダ３０を用いることにより、端子板３とケース２との間に空隙Ｓが生じていても、超音波溶接時に端子板３が端子板支持部材である固定ピン３６によって支持されるため、超音波溶接に際して端子板３の接続面３Ｃ近傍の振動吸収を抑制できる。このため、ボンディングワイヤ７と端子板３とを接合させるための振動エネルギーを有効に利用することができ、ボンディングワイヤを確実に接続することができる。
【００７９】
（第２の実施の形態）
次に、本発明に係る第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態に係る半導体装置の構成は、上記した第１の実施の形態に係る半導体装置１と要部を除いて同様であるため、この要部以外の構成の説明は省略する。図９及び図１０は、本発明に第２の実施の形態に係る半導体装置の要部を示している。なお、図９は第２の実施の形態に係る半導体装置のケース２の要部を示し、上記した第１の実施の形態に係る図２のＡ−Ａ断面に相当する図である。また、図１０は同じくケース２の要部を示し、上記した第１の実施の形態に係る図２のＢ−Ｂ断面に相当する図である。なお、第２の実施の形態に係る半導体装置において、上記した第１の実施の形態に係る半導体装置１の構成と同一部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００８０】
図９に示すように、第２の実施の形態の半導体装置においても、端子板３がケース２の枠底部８Ａの表面に端子板３の接続面３Ｃが露呈するように埋設されている。ケース２の枠底部８Ａにおける、端子板３の接続面３Ｃの下方の部分には、貫通孔８Ｅが形成されている。この貫通孔８Ｅは、上部開口から下部開口に向けて漸次径寸法が拡大して内側面がテーパ状となるように形成されている。また、ヒートシンク４における、上記した貫通孔８Ｅに連通する支持部材挿入孔４Ａの径寸法は、貫通孔８Ｅの下部開口と同程度に設定されている。
【００８１】
第２の実施の形態の半導体装置における他の構成は、上記した第１の実施の形態の半導体装置１の構成と同様である。
【００８２】
第２の実施の形態に係る半導体装置では、ケース２に形成した貫通孔８Ｅの内側面がテーパ状となっているため、固定ピンが単に棒状であっても確実に貫通孔８Ｅ内に固定ピンを導くようになっている。このため、固定ピン側とケース２側との位置決めが容易となる。
【００８３】
なお、第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法及びこの製造に用いるワイヤボンダは、上記した第１の実施の形態で説明した方法及びワイヤボンダを用いることができる。
【００８４】
（第３の実施の形態）
図１１及び図１２は、第３の実施の形態を示している。この第３の実施の形態に係る半導体装置の構成は、上記した第１の実施の形態に係る半導体装置１と要部を除いて同様であるため、この要部以外の構成の説明は省略する。図１１は、本発明に係る半導体装置の要部を示している。本実施の形態では、ケース２の枠底部８Ａにテーパ状の貫通孔８Ｅを形成した点は、上記した第２の実施の形態の半導体装置と同様である。
【００８５】
本実施の形態では、端子板３の一方側の部分３Ａの端部を、ケース２を構成する枠底部８Ａの上端縁部に盛り上げて一体に形成した端子板保持部としての固定部８Ｆで覆って端子板３の一方側の部分３Ａの浮き上がりを防止した構造としている。
【００８６】
このような構造としたことにより、図１１に示すように、固定ピン１１を立設した治具１０を用いてワイヤボンディングする際に、固定ピン１１の端部が端子板３の下面を僅かに突き上げたとしても、固定部８Ｆが端子板３の一方側の部分３Ａの端部を固定しているため、端子板３が塑性変形することを防止できる。このため、端子板３の板厚を薄くしても超音波が分散・吸収されることがなく、端子板３の軽量化や低コスト化が図れる。同様の理由から、変形し易い銅で端子板３を形成して塑性変形を防止できる。なお、本実施の形態では、端子板３の端子板３の端部を固定部８Ｆで押さえる構造としたが、接続面３Ｃの近傍を押さえる構造であれば、他の構造であってもよい。
【００８７】
第３の実施の形態では、端子板３の塑性変形を防止して、確実にワイヤボンディングを行えるという利点がある。
【００８８】
このような構造の半導体装置において、端子板３を例えばアロイ等の鉄系合金で形成した場合、端子板３の下面を支持する固定ピンは、図１２に示すように、磁石を構成する材料で形成した磁石ピン１１Ａとすることが好ましい。この場合、治具１０としては、図１２に示すように、治具プレート１２に磁石ピン１１Ａを植設したものを用いればよい。なお、磁石ピン１１Ａとしては、少なくとも先端部が磁石を構成する材料で形成されていればよい。また、上記した第１及び第２の実施の形態で用いる固定ピンも磁石を構成する材料で形成してもよい。
【００８９】
（第４の実施の形態）
図１３〜図１５は、本発明の第４の実施の形態を示している。なお、図１３は第４の実施の形態に係る半導体装置のケース２の要部斜視図、図１４はケース２の下面にヒートシンク４を貼り付けた構造における図１３のＣ−Ｃ断面に相当する断面図、図１５は端子板支持部材の斜視図である。なお、第４の実施の形態に係る半導体装置は、要部を除き上記した第１の実施の形態と同様の構成であるため、要部以外の構成の説明を省略する。また、第４の実施の形態に係る半導体装置における各部の符号は、上記した第１の実施の形態に係る半導体装置１と同様の符号を用いる。
【００９０】
本実施の形態に係る半導体装置のケース２では、図１３及び図１４に示すように、互いに隣接する３つの端子板３の一方側の部分３Ａに亘るように、枠底部８Ａに、連続する貫通孔８Ｇが形成されている。このような貫通孔８Ｇを設けたことによって、これら３つの端子板３の一方側の部分３Ａの下方に位置する枠底部８Ａには、図１５に示すような、３つの端子板３に当接する端子板支持部材としての固定板１１Ｂを用いることができる。なお、図１４に示すように、ケース２の下面に貼り付けるヒートシンク４には、上記貫通孔８Ｇと対応する長孔状のシンク４の支持部材挿入孔４Ｂが形成されている。なお、本実施の形態では、貫通孔８Ｇが隣接する３つの端子板３に亘るように設定したが、隣接する端子板３が３つ以外に複数の端子板３に亘る構成としてもよい。
【００９１】
このように本実施の形態では、超音波溶接によるワイヤボンディングの際に、ピン形状に比較して剛性の高い固定板１１Ｂを用いることができるため、端子板３を確実に支持することができる。この結果、本実施の形態においては、超音波の振動が端子板３に分散・吸収されることをより効果的に防止することができる。本実施の形態で用いる固定板１１Ｂは、少なくとも端子板３の下面を支持できる強度をもつ材料であればよいが、端子板３が鉄系材料である場合は磁石を構成する材料で形成してもよい。
【００９２】
（第５の実施の形態）
図１６及び図１７は、本発明の第５の実施の形態を示している。本実施の形態では、上記した第４の実施の形態におけるケース２に形成した貫通孔８Ｇを変形して図１６の示すように、隣接する３つの端子板３の個々の下面に臨む小貫通孔８Ｉとこれら小貫通孔８Ｉの下端を連通させる大貫通孔８Ｈとを一体に形成したものである。また、図１７に示すように、上記したケース２側の孔構造に応じて、端子板支持部材としての固定板１１Ｃも上面に３つの突起１１Ｄを突設した構造となっている。他の構成は、上記した第４の実施の形態と同様である。
【００９３】
この実施の形態のように、ケース２に、固定板１１Ｃの突起１１Ｄが挿通される小貫通孔８Ｉを形成することで、ケース２における枠底部８Ａの肉厚を確保できるため、ケース２の剛性の低下を防止することができる。
【００９４】
以上、本発明を、半導体装置、その製造方法、及び製造装置に適用した第１〜第５の実施の形態について説明したが、本発明は半導体装置以外に、超音波溶接を用いる各種の電子部品に適用することが可能である。
【００９５】
また、上記した各実施の形態においても、半導体装置１のタイプや構造などは適宜変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子部品としての半導体装置の第１の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】第１の実施の形態に係る半導体装置の要部斜視図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】第１の実施の形態の製造方法を示す斜視図である。
【図６】第１の実施の形態の製造工程を示す断面図である。
【図７】第１の実施の形態の製造工程を示す断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）第１の実施の形態の製造工程及びワイヤボンダを示す断面図である。
【図９】本発明に係る電子部品としての半導体装置の第２の実施の形態を示す要部断面図である。
【図１０】本発明に係る電子部品としての半導体装置の第２の実施の形態を示す要部断面図である。
【図１１】本発明に係る電子部品としての半導体装置の第３の実施の形態を示す要部断面図である。
【図１２】本発明に係る電子部品としての半導体装置の第３の実施の形態において他の治具を用いた例を示す要部断面図である。
【図１３】本発明に係る電子部品としての半導体装置の第４の実施の形態の要部を示す斜視図である。
【図１４】本発明に係る電子部品としての半導体装置の第４の実施の形態の要部を示す断面図である。
【図１５】本発明に係る電子部品としての半導体装置の第４の実施の形態に用いる固定板である。
【図１６】本発明に係る電子部品としての半導体装置の第５の実施の形態の要部を示す断面図である。
【図１７】第５の実施の形態に用いる固定板の斜視図である。
【図１８】従来の半導体装置を示す斜視図である。
【図１９】図１８のＷ−Ｗ断面図である。
【図２０】端子板を示す斜視図である。
【図２１】従来の半導体装置の要部斜視図である。
【図２２】従来の他の半導体装置の要部斜視図である。
【図２３】従来の他の半導体装置の要部斜視図である。
【図２４】（ａ）は図２１のＸ−Ｘ断面図、（ｂ）は図２２のＹ−Ｙ断面図、（ｃ）は図２３のＺ−Ｚ断面図である。
【符号の説明】
１ 半導体装置（電子部品）
２ ケース
３ 端子板
３Ａ 端子板の一方側の部分（下部水平部）
３Ｃ 接続面
４ ヒートシンク
４Ａ、４Ｂ 支持部材挿入孔
５ 絶縁基板
６ 半導体素子（素子）
７ ボンディングワイヤ
８Ａ 枠底部（ケース）
８Ｄ、８Ｅ、８Ｇ 貫通孔
８Ｆ 固定部（端子板保持部）
１１ 固定ピン（端子板支持部材）
１１Ａ 磁石ピン（端子板支持部材）
１１Ｂ、１１Ｃ 固定板（端子板支持部材）
１１Ｄ 突起（端子板支持部材）
２１、３１ ボンディングステージ
２２、３２ ワイヤガイド
２３、３３ ツール
２４、３４ カッター
３０ ワイヤボンダ
３５ 昇降駆動部
３６ 固定ピン（端子板支持部材）
Ｓ 空隙

Claims (12)

  1. 導電性材料で形成され、ボンディングワイヤが超音波溶接される接続面を有する端子板と、
    前記端子板の前記接続面が露呈するように固定されると共に、前記端子板の前記接続面と反対側に位置する部分に、前記端子板に当接して該端子板の振動を抑制する端子板支持部材が挿入可能な貫通孔が形成された、電気絶縁材料でなるケースと、
    を備えることを特徴とする電子部品。
  2. 前記貫通孔は、少なくとも一部が前記ケースの前記端子板支持部材の挿入方向外側から内側に向けて漸次狭くなるテーパ面を有することを特徴とする請求項１記載の電子部品。
  3. 前記ケースは、前記端子板の前記接続面の近傍を覆う端子板保持部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の電子部品。
  4. 前記端子板は複数個が間隔を隔てて配置され、前記貫通孔は前記複数の端子板のうち、少なくとも隣接する複数の前記端子板に亘って一体に形成され、該貫通孔に挿入される端子板支持部材は一体的に形成されていることを特徴とする請求項１記載の電子部品。
  5. 導電性材料でなる端子板の、ボンディングワイヤが超音波溶接される接続面が露呈し、且つ前記端子板の前記接続面の反対側に位置する部分に貫通孔が形成され、前記端子板を保持するように、電気絶縁性樹脂で一体成形してケースを作製する工程と、
    前記貫通孔に前記端子板の前記接続面と反対側の面に当接する端子板支持部材を挿入した状態で、前記接続面にボンディングワイヤを超音波溶接する工程と、
    を備えることを特徴とする電子部品の製造方法。
  6. 導電性材料でなる端子板の、ボンディングワイヤが接続される接続面が露呈し、且つ前記端子板の前記接続面の反対側に位置する部分に貫通孔が形成され、前記端子板を保持するように、電気絶縁性樹脂で一体成形して中央部に開口が形成された枠状のケースを作製する工程と、
    前記ケースの下面に前記開口を塞ぐようにヒートシンクを取り付ける工程と、
    前記ヒートシンク上面に素子を搭載する工程と、
    前記貫通孔に端子板支持部材を挿入した状態で、前記素子と前記端子板の接続面とをボンディングワイヤを超音波溶接して接続する工程と、
    を備えることを特徴とする電子部品の製造方法。
  7. 前記端子板に前記ボンディングワイヤを超音波溶接した後に、前記端子板支持部材を前記貫通孔から抜き出すことを特徴とする請求項５又は請求項６のいずれかに記載された電子部品の製造方法。
  8. 前記ヒートシンクに、前記貫通孔に対応する位置に前記端子板支持部材が挿入可能な支持部材挿入孔を形成し、
    前記ケースの下面に前記ヒートシンクを取り付けた後に、前記支持部材挿入孔と前記貫通孔とに、前記端子板支持部材を挿入することを特徴とする請求項６又は請求項７のいずれかに記載された電子部品の製造方法。
  9. 前記端子板支持部材を平板状の治具に立設し、
    ワイヤボンディング装置のボンディングステージ上に、前記治具を載置した後、前記ヒートシンクを取り付けた前記ケースを、前記治具に立設した前記端子板支持部材が、対応する前記支持部材挿入孔及び前記貫通孔に嵌合するように、前記治具上に配置した状態で、前記端子に前記ボンディングワイヤを超音波溶接することを特徴とする請求項８記載の電子部品の製造方法。
  10. ボンディングワイヤが接続される接続面を有する端子板が、前記接続面が露呈するようにケースに固定され、前記接続面にボンディングワイヤを超音波溶接する電子部品の製造装置であって、
    前記ケースにおける、前記端子板の前記接続面と反対側に位置する部分に挿入されて、前記端子板に当接する端子板支持部材と、
    前記端子板支持部材が前記端子板に当接した状態で、前記ボンディングワイヤを前記接続面に超音波溶接するボンディング部と、
    前記ケースを載置するボンディングステージと、を備え、
    前記端子板支持部材の少なくとも先端部は、磁石を構成する材料で形成されていることを特徴とする電子部品の製造装置。
  11. 前記端子板は複数であり、前記端子板支持部材は、少なくとも隣接する２以上の前記端子板支持部材が一体に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の電子部品の製造装置。
  12. 前記ボンディング部が前記端子板の前記接続面に超音波溶接を行うときに、前記端子板の前記接続面と反対側の面に向けて前記端子板支持部材を駆動する昇降駆動部が設けられていることを特徴とする請求項１０又は請求項１１のいずれかに記載された電子部品の製造装置。
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