JP4165143B2 - Manufacturing method of stem for semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置用ステムとその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図4(c)は従来の半導体装置用ステムの完成図を示したものである。図4(c)において、21は円盤状の金属板材から絞り加工により折り曲げ形成した凹形状のベース、22はベース21に一体形成された半導体素子取り付け部、23はベース21に設けられた貫通孔、24はベース21と導通接続されたアースリード線、25は貫通孔23に挿通された絶縁リード線、26はベース21と絶縁リード線25に充填する硬化した樹脂充填部、27は絶縁リード線25に形成された凹凸部、28a、28bはバリ対策の低温低圧縮で施した際の凹凸部近傍の未充填部、29はベース21の内側に形成された環状壁部内面であって、金属板を凹形状に加工されたベースと、絶縁リード線と未硬化樹脂充填部品30とからなり、前記ベースには前記絶縁リード線を挿通する貫通孔が形成されてあり、前記絶縁リード線の硬化した樹脂充填部には凸部が形成された構成をとる半導体装置用ステムである。なお、図4(a)はタブレット状の未硬化樹脂充填部品30であり、図4(b)はベース21と絶縁リード線25と未硬化樹脂充填部品30とを治具(図示せず)に組み合わせた状態を示す組立図である。
【0003】
上記の構成は、絶縁リード線25と硬化した樹脂充填部26との密着力不足を解決する方法として提案されたもので、図4(b)に組立断面図で示すように、絶縁リード線25と硬化した樹脂充填部26の接触する部分に凹凸部27を形成し、ベース21に挿通したリード線に樹脂を加熱圧入することにより、リード線の凹凸部27と硬化した樹脂充填部26で機械的な引っ掛かりの効果を示すアンカー効果(機械的結合)で、押し込みや引張りなどの外部応力から耐破壊強度を大きくしようとしたものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の構成では合成樹脂を充填する際、絶縁リード線凹凸部近傍に樹脂の未充填部が形成されることによって、リード線と合成樹脂間の耐破壊強度が弱くなる。
【0005】
ベース21ならびに絶縁リード線25は、例えば、FeやFe−Ni合金などの金属からなり、合成樹脂系充填材は、例えば、メラミン、フェノール、エポキシ等からなるが、これらの樹脂充填材は金属と硬化した樹脂充填部26の両者のぬれ性(相溶性)が悪いのが現状であり、そのためベース21ならびに絶縁リード線25と硬化した樹脂充填部26との界面は、接着強度が非常に弱いのである。
【0006】
その為に、半導体素子を半導体素子取り付け部22へ取り付ける時や組立完成後ハウジングに取り付ける時などの実装工程では絶縁リード線25へ、押し込みや引張り力などの外部応力が加わると、絶縁リード線25と硬化した樹脂充填部26との界面に剥離現象が発生し、絶縁リード線25が硬化した樹脂充填部26から、抜けたり傾くなどの不具合が発生するという問題がある。
【0007】
それに対し、絶縁リード線25と硬化した樹脂充填部26間の密着力不足を解決する方法として、図4(b)に示すように、絶縁リード線25の硬化した樹脂充填部26と接触する部分に凹凸部27を形成し、アンカー効果(機械的結合)による抜け防止処理を設けた絶縁リード線25を用いることが広く知られている。
【0008】
図4(a)のsと図4(b)のl、hの関係でl<h<sをとる従来の技術は、図4(b)のような構成で組立てられる。すなわち、lはリード線径、sは絶縁リード線用孔32及びアースリード線用孔31のリード線用に施した孔径、hは凹凸部27の凸部の外径である。これを加熱圧入し、成形・キュアーすると絶縁リード線25の凹凸部27近傍に硬化した樹脂とリード線壁面とに図4(c)に示す凹凸部近傍の未充填部28a、28bが発生するという問題が生じる。
【0009】
この方法は絶縁リード線25が硬化した樹脂充填部26から抜けることを防ぐには効果的である。しかし、この方法だけでは、バリ対策のため、低圧圧縮及び全工程200℃以下で行うので、前記絶縁リード線25に設けた凹凸部27の近傍で凹凸部近傍の未充填部28a、28bが残り、半導体素子を半導体素子取り付け部22へ取り付ける時や組立完成後、ハウジングに取り付ける時などの実装工程において、絶縁リード線25へ加わる押し込みや引張り力などの外部応力により、絶縁リード線25が硬化した樹脂充填部26から剥離を起こしたり、傾くなどの不具合が発生するという問題は依然解決せずに残る。
【0010】
そして、その改善のために図3に示す方法が考えられる。101は円盤状の金属板材から絞り加工により折り曲げ形成した凹形状のベース、102はベース101に一体形成された半導体素子取り付け部、103はベース101に設けられた貫通孔、104はベース101と導通接続されたアースリード線、105は貫通孔103に挿通された絶縁リード線、106はベース101と絶縁リード線105に充填する硬化した樹脂充填部、107は絶縁リード線105に形成された凹凸部、108はバリ対策の低温低圧縮で施した際の凹凸部近傍の未充填部、109はベース101の内側に形成された環状壁部内面であって、金属板を凹形状に加工されたベースと、絶縁リード線と未硬化樹脂充填部品110とからなり、凹凸部107の上下から、個別の未硬化樹脂充填部品110を充填することを行うことが考えられる。
【0011】
しかし、上記に示す方法で未硬化樹脂充填部品110を溶融充填固化することは樹脂界面で大量の気泡が発生することと、上部及び下部の未硬化樹脂充填部品110が加熱圧入による充填で樹脂同士がなじんでいない界面が生じることが懸念される。
【0012】
本発明は上記問題を解決するためのものであり、半導体素子を半導体素子取り付け部へ取り付ける時や組立完成後ハウジングに取り付ける時などの実装工程において加わる絶縁リード線への押し込み・引張り力などの外部応力で、前記絶縁リード線と硬化した樹脂充填部間の界面が剥離することなく、又、絶縁リード線が傾くことや剥離することなどのない半導体装置用ステムとその製造方法を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、ベースに一体に形成した半導体レーザ素子の取り付け部及び絶縁リード線、合成樹脂系充填材により充填してなるステムを備えた半導体装置用ステムの製造方法において、粉末状の合成樹脂に粒径を粒度として所定の粒度毎に分級設定された中から選択したフィラーを投入、混合させる工程と、フィラーを混合させた粉末状の合成樹脂をベース開口部の内径に金型の内径を合わせた金型に入れ、プレス成型により打錠して、絶縁リード線に施した凸部の外径より小さく絶縁リード線の線径より大きい孔径の絶縁リード線用孔を有する未硬化樹脂充填部品を形成する工程と、ベース開口部側から未硬化樹脂充填部品を絶縁リード線に施した凸部まで挿通して組立てる工程と、未硬化樹脂充填部品をベース内部にキュアー・成型する際の低温低圧縮する工程とからなる製造方法である。この様な製造方法によればリード線の凹部近傍に硬化した樹脂未充填部を作らないようにすることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0016】
図1(a)は本発明に係る半導体装置用ステムを示したもので、図1(b)は図1(a)のX−X線に沿った断面図である。図1(a)および図1(b)において、1は円盤状の金属板材から絞り加工により折り曲げ形成した凹形状のベース、2はベース1に一体形成された半導体素子取り付け部、3はベース1に設けられた貫通孔、4はベース1と導通接続されたアースリード線、5は貫通孔3に挿通された絶縁リード線、6はベース1と絶縁リード線5に充填する硬化した樹脂充填部、7は絶縁リード線5に形成された凹凸部、8はバリ対策の比較的低圧で熱圧縮成形を施した際の凹凸部近傍の未充填部、9はベース1の内側に形成された環状壁部内面という構成をとり、前記絶縁リード線5の凹凸部7の金属ベースの閉口部側に凹凸部近傍の未充填部が形成された半導体装置用ステムである。
【0017】
ここで、未硬化樹脂充填部品10は液状からなるAステージもしくは半固体のBステージからなり、ベースの内側形状を合わせ、且つ絶縁リード線凸部の外径未満にした孔を形成したものである。
【0018】
図2(a)、(b)、(c)および図2(d)は本発明に係る半導体装置用ステムの製造方法を工程処理順に示したもので、図2(a)はベース1にリード線を挿通した組立断面図、図2(b)は図2(a)のリード線に未硬化樹脂充填部品10のアースリード線用孔11と絶縁リード線用孔12との位置を合わせた後、未硬化樹脂充填部品10を凹凸部7まで挿通した組立断面図、図2(c)は完全に未硬化樹脂充填部品10がベース1に加熱圧縮された完成品断面図である。
【0019】
未硬化樹脂充填部品10は例えば、熱硬化性樹脂からなり、その熱硬化性樹脂にはフィラーを混入させてある。
【0020】
フィラーの含有量を、適宜増すことでリード引張り強度が強くなる。
【0021】
フィラーの粒度は粒径の異なる3種、0.25mmから1.27mm、0.25mmから0.85mm及び0.25mmから0.60mmの中から選定した。
【0022】
このとき、未硬化樹脂充填部品10の必要タブレット重量と、バラツキを21±1mgとし、そのスペックを満たす粒径を選定した。特性は例えば、比重は2、ガラス転移点は190℃、線膨張係数1×10-5/℃、吸湿率は0.3wt%で多官能型エポキシ、高Tg・低熱膨張の特徴を有するもので、特に膨張係数は金属に近づく。
【0023】
次に、ベース内側の内径に金型の内径を合わせた金型に入れ、且つ絶縁リード線に施した凸部の外径より小さい孔径で、プレス成型した未硬化樹脂充填部品を形成する。
【0024】
特に接着性、絶縁リード線5の引張り強度などで優れていた粒度0.25mmから0.60mmの間で粉末を得、プレス成型により、図2(d)のとおり打錠して、図2(c)から、l<s<hという関係とし、例えば、孔径sは0.5mm程度とし、未硬化樹脂充填部品10を得た。
【0025】
ここで、絶縁リード線5と前記未硬化樹脂充填部品10の関係は図2(c)のとおり、l<s<hとするものである。絶縁リード線5は直径を適宜選択可能で、例えば、直径0.45mm程度のFeやFe−Ni合金などの金属からなり、凹凸部7の形状は適宜選択可能であり、例えば、凹凸部7を得、凸部の外径を0.78mm程度とし、また、合成樹脂系充填材も適宜選択可能で、ここでは熱硬化性樹脂を用いた。
【0026】
上記の絶縁リード線5と未硬化樹脂充填部品10をベース開口部側から絶縁リード線5に施した凸部まで未硬化樹脂充填部品10を挿通して組立てる。
【0027】
次に、未硬化樹脂充填部品10をベース内部にキュアー・成型する際に低温低圧縮する。
【0028】
そして、絶縁リード線5の凹凸部近傍にて、未硬化樹脂充填部品10が加熱圧入され、ベース開口部側の凹凸部近傍の未充填部を充填させる。
【0029】
上記の方法は、ベース開口部側の凹凸部近傍の未充填部8を無くし、引張りや押し込みなどの外部応力から前記絶縁リード線とステムを保護するための半導体装置用ステムの製造方法である。これによれば、半導体素子を半導体素子取り付け部2へ取り付ける時や組立完成後ハウジングに取り付ける時など実装する時に加わる外部応力で、前記ステムおよび絶縁リード線と硬化した樹脂充填部6間との界面に剥離現象が発生することがない一工程のみの半導体装置用ステムの製造方法である。
【0030】
なお、前記製造方法は全工程で200℃を超えないため、組立てる以前に金属めっきを施しておける。従って、半導体装置用ステムを製造後、後処理のめっき工程を必要としない、且つ低温低圧圧縮で製造するため貫通孔側のバリの発生を抑制するものである。
【0031】
また、実施形態では、合成樹脂系充填材として熱硬化性樹脂を挙げたが、感圧形接着剤や低融点ガラス及び溶融粘度の比較的高い熱可塑性樹脂等を用いることも可能である。
【0032】
更に、未硬化樹脂充填部品10はベース内側とほぼ同形の形状に打錠して充填するため、樹脂の使用率がほぼ100%であり樹脂廃棄物の発生が殆どない。
【0033】
以上、本発明による半導体装置およびその製造方法の一実施形態について説明したが、本発明の思想に逸脱しない限り適宜変更可能である。
【0034】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の半導体装置用ステムは金属と合成樹脂充填材の接着強度は粉末状の合成樹脂にフィラーを投入、混合させた構成であるから接着強度が大きくなる。また、無機フィラーの含有量を制御することにより接着強度を制御することも可能である。
【0035】
また、絶縁リード線に施した凹凸部により、硬化した樹脂充填部が絶縁リード線と接触面積を大きくする役割を果たすと共に、絶縁リード線が係り止めを目的とした特有な形状部を有しているため、アンカー効果(機械的結合)による硬化した樹脂充填部と絶縁リード線との引張り強度が強くなる。
【0036】
なお、絶縁リード線と未硬化樹脂充填部品の関係は、l<s<hとするもので、lはリード線径、sは絶縁リード線及びアースリード線のリード線用の孔径、hは凹凸部の凸部の外径である。sがhより小さいことにより、未硬化樹脂充填部品を加熱圧入することで、絶縁リード線の凹凸部近傍のベース開口部側が充填される効果を示す。
【0037】
さらにまた、本発明の半導体装置用ステムの製造方法によれば、一工程の成形で合成樹脂系充填材を充填させることができ、全工程200℃以下で行う低温低圧縮により、ステムを効率よく提供できる効果を得ることができる。
【0038】
更に、低温で製造できるため樹脂材種の種別範囲が広い効果がある。
【0039】
そして、さらに本発明は、半導体素子取り付け部に半導体素子を取り付ける時や組立完成後ハウジングに取り付ける時など、実装を施す際の外部応力による絶縁リード線と硬化した樹脂充填部の耐破壊強度の向上で、剥離現象や傾くなどの不良率の低減を図れるといった多大の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態における半導体装置用ステムを示すもので、
(a)は、斜視図
(b)は、図1(a)のX−X線に沿った断面図
【図2】本発明の実施形態による半導体装置用ステムの製造工程の詳細説明断面図を示すもので、
(a)は、ベースと絶縁リードの組立断面図
(b)は、絶縁リード線に樹脂を挿通させた組立断面図
(c)は、未硬化樹脂充填材が溶融して硬化したステム完成品の断面図
(d)は、合成樹脂系充填材をプレス成型した未硬化樹脂充填部材を示す図
【図3】本発明の課題克服で提案された絶縁リード線と樹脂の組立を示す断面図
【図4】従来の実施形態によるステムの製造工程を示すもので、
(a)は、合成樹脂系充填材をプレス成型した未硬化樹脂充填部材を示す図
(b)は、絶縁リード線と樹脂の組立断面図
(c)は、未硬化樹脂充填材が溶融して硬化したステム完成品の断面図
【符号の説明】
1、21、101 ベース
2、22、102 半導体素子取り付け部
3、23、103 貫通孔
4、24、104 アースリード線
5、25、105 絶縁リード線
6、26、106 硬化した樹脂充填部
7、27、107 凹凸部
8、28a、28b 凹凸部近傍の未充填部
9、29、109 環状壁部内面
10、30、110 未硬化樹脂充填部品
11、31 アースリード線用孔
12、32 絶縁リード線用孔[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a stem for a semiconductor device and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
FIG. 4C shows a completed view of a conventional stem for a semiconductor device. In FIG. 4C, 21 is a concave base formed by bending a disk-shaped metal plate by drawing, 22 is a semiconductor element mounting portion integrally formed with the
[0003]
The above configuration has been proposed as a method for solving the shortage of adhesion between the
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above configuration, when the synthetic resin is filled, an unfilled portion of the resin is formed in the vicinity of the concave portion of the insulating lead wire, so that the fracture resistance between the lead wire and the synthetic resin is weakened.
[0005]
The
[0006]
Therefore, when an external stress such as pushing or pulling force is applied to the insulating
[0007]
On the other hand, as a method for solving the shortage of adhesion between the
[0008]
The conventional technique in which l <h <s in the relationship between s in FIG. 4 (a) and l and h in FIG. 4 (b) is assembled in the configuration as shown in FIG. 4 (b). That is, l is the lead wire diameter, s is the hole diameter provided for the lead wires of the insulating
[0009]
This method is effective in preventing the insulating
[0010]
And the method shown in FIG. 3 can be considered for the improvement. 101 is a concave base formed by bending a disk-shaped metal plate material, 102 is a semiconductor element mounting portion formed integrally with the
[0011]
However, melt-filling and solidifying the uncured resin-filled
[0012]
The present invention is for solving the above-mentioned problems, and external force such as pushing and pulling force on an insulating lead wire applied in a mounting process such as when a semiconductor element is attached to a semiconductor element attachment portion or when it is attached to a housing after assembly is completed. To provide a stem for a semiconductor device in which the interface between the insulating lead wire and the cured resin filling portion does not peel due to stress, and the insulating lead wire does not tilt or peel off, and a method for manufacturing the same. Objective.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for manufacturing a stem for a semiconductor device including a mounting portion of a semiconductor laser element integrally formed on a base, an insulating lead wire, and a stem filled with a synthetic resin filler. Filling the powdered synthetic resin with a particle size as a particle size, and adding and mixing the filler selected from the classification set for each predetermined particle size, and setting the powdered synthetic resin mixed with the filler to the inner diameter of the base opening Placed in a mold with the same inner diameter of the mold , pressed by press molding , and has a hole for an insulation lead wire having a hole diameter smaller than the outer diameter of the convex portion formed on the insulation lead wire and larger than the wire diameter of the insulation lead wire forming an uncured resin filler pieces, a step of assembling the uncured resin filling member from the base opening portion side is inserted to the convex portion is subjected to the insulated lead wire, based interior uncured resin filler pieces Is a manufacturing method comprising a step of cold low compression when curing-molding. According to such a manufacturing method, it is possible to prevent a cured resin-unfilled portion from being formed near the concave portion of the lead wire.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0016]
FIG. 1A shows a stem for a semiconductor device according to the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line XX of FIG. 1 (a) and 1 (b), 1 is a concave base formed by bending a disk-shaped metal plate by drawing, 2 is a semiconductor element mounting part integrally formed with the
[0017]
Here, the uncured resin-filled
[0018]
2 (a), 2 (b), 2 (c) and 2 (d) show a method for manufacturing a stem for a semiconductor device according to the present invention in the order of process processing. FIG. 2B is an assembled cross-sectional view through which the wire is inserted, and after the positions of the ground lead wire hole 11 and the insulated
[0019]
The uncured resin-filled
[0020]
The lead tensile strength is increased by appropriately increasing the filler content.
[0021]
The particle size of the filler was selected from among three types having different particle sizes, 0.25 mm to 1.27 mm, 0.25 mm to 0.85 mm, and 0.25 mm to 0.60 mm.
[0022]
At this time, the necessary tablet weight of the uncured resin-filled
[0023]
Next, an uncured resin-filled part that is press-molded is formed with a hole diameter that is smaller than the outer diameter of the convex portion formed on the insulating lead wire, and placed in a mold in which the inner diameter of the mold is matched with the inner diameter of the base.
[0024]
In particular, a powder having a particle size of 0.25 mm to 0.60 mm, which was excellent in adhesiveness and tensile strength of the insulating
[0025]
Here, the relationship between the insulating
[0026]
The insulating
[0027]
Next, when the uncured resin-filled
[0028]
Then, the uncured resin-filled
[0029]
The above method is a method for manufacturing a stem for a semiconductor device for eliminating the
[0030]
In addition, since the said manufacturing method does not exceed 200 degreeC at all processes, metal plating can be given before an assembly. Accordingly, after the semiconductor device stem is manufactured, a post-treatment plating step is not required, and since it is manufactured by low-temperature and low-pressure compression, generation of burrs on the through-hole side is suppressed.
[0031]
Moreover, although thermosetting resin was mentioned as a synthetic resin type filler in embodiment, it is also possible to use a pressure sensitive adhesive, a low melting glass, a thermoplastic resin having a relatively high melt viscosity, or the like.
[0032]
Furthermore, since the uncured resin-filled
[0033]
As mentioned above, although one Embodiment of the semiconductor device by this invention and its manufacturing method was described, unless it deviates from the thought of this invention, it can change suitably.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, since the stem for a semiconductor device of the present invention has a configuration in which a filler is added to and mixed with a powdered synthetic resin, the adhesive strength between the metal and the synthetic resin filler increases. It is also possible to control the adhesive strength by controlling the content of the inorganic filler.
[0035]
In addition, the cured resin-filled portion plays a role in increasing the contact area with the insulated lead wire due to the uneven portions formed on the insulated lead wire, and the insulated lead wire has a specific shape portion for locking purposes. Therefore, the tensile strength between the cured resin filling portion and the insulating lead wire due to the anchor effect (mechanical coupling) is increased.
[0036]
The relationship between the insulation lead wire and the uncured resin-filled part is such that l <s <h, where l is the lead wire diameter, s is the hole diameter for the lead wire of the insulation lead wire and the ground lead wire, and h is the unevenness. It is the outer diameter of the convex part of a part. When s is smaller than h, an effect of filling the base opening side in the vicinity of the concavo-convex portion of the insulating lead wire by hot-pressing the uncured resin-filled part is shown.
[0037]
Furthermore, according to the method for manufacturing a stem for a semiconductor device of the present invention, the synthetic resin filler can be filled in one step molding, and the stem can be efficiently processed by low temperature and low compression performed at 200 ° C. or less in all steps. The effect which can be provided can be acquired.
[0038]
Furthermore, since it can be manufactured at a low temperature, there is an effect that the range of types of resin materials is wide.
[0039]
Further, the present invention further improves the fracture resistance of the insulation lead wire and the cured resin-filled portion due to external stress when mounting, such as when the semiconductor element is attached to the semiconductor element attachment portion or when the assembly is attached to the housing. Thus, it is possible to obtain a great effect that the defect rate such as a peeling phenomenon or tilting can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a stem for a semiconductor device in an embodiment of the present invention.
(A) is a perspective view (b) is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 1 (a). FIG. 2 is a detailed cross-sectional view of a manufacturing process of a stem for a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. To show
(A) is an assembly cross-sectional view of the base and the insulation lead (b) is an assembly cross-sectional view (c) in which the resin is inserted through the insulation lead wire, and is a completed stem product in which the uncured resin filler is melted and cured. Sectional view (d) is a view showing an uncured resin-filled member obtained by press-molding a synthetic resin-based filler. FIG. 3 is a sectional view showing an assembly of an insulating lead wire and a resin proposed in overcoming the problems of the present invention. 4 shows a manufacturing process of a stem according to a conventional embodiment.
(A) is a diagram showing an uncured resin-filled member obtained by press-molding a synthetic resin-based filler. (B) is an assembly cross-sectional view of an insulating lead wire and a resin. Cross section of the cured stem finished product 【Explanation of symbols】
1, 21, 101
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