JP4472773B1 - リードフレームの製造方法及びリードフレーム、ヒートシンクの製造方法及びヒートシンク - Google Patents
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Abstract
【解決手段】金属製のリードフレームと、ICチップを樹脂封止して製造するICパッケージ2用のリードフレームの製造方法であって、リードフレームのダイパッド11の裏面のコーナー部の距離L2の長さを2辺とする特定の領域D2に、波長1μm程度で平均出力が数Wのレーザ光線を数回〜数十回同一位置に照射して深さ2〜30μmのディンプルを形成し、これを多数高密度で設けることでエッチング加工と同等の特性を有したディンプルを熱による変質や変形を抑制しつつ極めて生産性高く形成することができる。
【選択図】図4
Description
また、エッチングによるディンプルを多数設けて、剥がれにくくするようなものも提案された。
ところが、前記プレスによるディンプルでは、加工性は高いもののリードフレームの反りなどの原因となるという問題があった。
さらに、不純物の酸化物が煤としてコンタミネーションとなったような場合は、ボンディング不良やクラックの原因ともなりうるためパッケージの信頼性低下を招くことも考えられる。
なお、同様な問題は、リードフレームと、ここに接着されるICチップとの間にも生じる。さらに、ICパッケージ内のICチップと、このICチップの放熱のためのヒートシンク及びその製造方法においても生じるため、併せてこれらにおいても適用することを目的とする。
特に、従来の汎用のレーザ加工機で形成するディンプルに比べて浅く、精度の点で良好である。
なお、前記レーザ光線の出力を2.4W以上とすれば、特に効率的にディンプルを形成することができる。
そして、望ましくは、前記レーザ光線の出力が3.6W以上4.8W以下とすれば、効率が良く、それでいて過熱を抑制できるバランスのよい製造方法とすることができる。
さらに、加工に必要な熱エネルギーを分割して与えるため、金属表面の温度上昇を防止して効果的に過熱を抑制するとともに、効果的に樹脂との密着性を高める所定の深さのディンプルを形成することができる。
その一方で、50回以内に分割してレーザ光線を照射して形成するため、加工時間を短くして、生産効率を上げることができる。
さらに、アンカー効果により樹脂との密着性を高め効果的にリードフレームと樹脂の剥離を抑制するに十分な深さを備えつつ、かつ、リードフレームの強度低下・歪み・変形や、ディンプル内の空気の残留などを抑制できるように深すぎないディンプルとすることができる。
特に、10〜30μmとすることで密着性と強度のバランスの取れたリードフレームを製造することができる。
特に、10μm以上に形成することで、さらに密着性が高いものとすることができる。
加えて、本発明によれば、当該ディンプルを隣接するディンプルと0.5mm以下の間隔で多数配置するため、従来のレーザ加工機でのディンプル形成の密度に比べ、はるかに密度が高いため、浅いディンプルでも効果的に密着性を高めることができる。
本発明は、発明者の知見に基づいたもので、この領域にディンプルを設けることで狭い面積で効率的に樹脂の剥離を抑制することができることに基づく。
本発明によれば、請求項1〜8のリードフレームの製造方法により形成された特定のディンプルを備えるため、樹脂や接着剤との密着性が高く、強度的に安定したリードフレームとすることができる。
請求項11に係るヒートシンクでは、請求項9又は10に記載のヒートシンクの製造方法により製造されたことを要旨とする。
なお、同様な問題は、リードフレームと、ここに接着されるICチップとの間にも生じる。さらに、ICパッケージ内のICチップと、このICチップの放熱のためのヒートシンクにおいても生じるため、併せてこれらにおいても適用することができる。
以下、本発明を具体化したリードフレームの製造方法の一実施形態を図1〜図5にしたがって説明する。
<形成されるICパッケージ>
まず、図1により本発明のリードフレーム1が適用されるICパッケージの一例について、説明する。図1は、ICパッケージ2を図2のリードフレーム1のA−A部分で断面図とした図である。このICパッケージ2は、金属製のリードフレーム1と、ICチップ3を封止樹脂4により封止して形成されている。
<リードフレーム>
次に、本発明により製造されるリードフレーム1について、さらに説明を加える。
リードフレーム1の素材は、実施例1では、42合金である。42合金は、強度・防錆性の良好なFe/Niが主体で、Niが42質量%で残部がFeである。強度・弾性・防錆・はんだ濡れ性・導電性の向上などを目的に適宜他の金属・非金属などが添加されてもよい。厚さは、実施形態では0.15mmである。
(2)実施例2
実施例2では、銅合金を使用している。基本的には電気抵抗の低い純銅性で、強度・弾性・防錆・はんだ濡れ性・導電性の向上などを目的に適宜他の金属・非金属などが添加されてもよい。厚さは、実施形態では0.15mmである。
(3)実施例3
実施例3では、素材はCu合金で、Cu合金部分の厚さは、実施形態では0.15mmである。Pd−PPF(Palladium Pre Plated Lead Frame) として構成され、全体があらかじめ下メッキとして0.5μmのNiメッキが施されて、その上にPdメッキがなされている。さらに、Auメッキをアウターリードに施している。
次に、本実施形態のディンプルについて説明する。本実施形態のディンプルは、基本的にレーザ光線のパルスを所定位置に、所定回数、所定出力で照射し、その部分を加熱して溶融させるものである。
およそ20〜25μmのクレータ状のディンプルが形成された。
<深さ>
以下の表は、平均出力3.6Wでパルス数を変化させてその深さを焦点深度計で測定した。
基本的には、過熱による酸化に関して目視による色の変化を観察し、基準色サンプルと比較してこい褐色に変化したものは、焦げ(酸化)が進行したものと判断して不適とした。また、耐久性試験と接着強度の試験を参考とした。耐久性は、所定時間振動を与え剥離したものは不適とした。接着強度については、SEMIジャパン編、2000年2月29日発行、Semiconductor Equipment and Materials International の「BOOK OF SEMI STANDARDS 1999 日本語版第4分冊」P359-367記載の、「SEMI G69-0996 試験方法 リードフレームとモールディングコンパウンド間の接着強度の測定」に準拠する。
ディンプルの深さは、少なくとも1.0μm以上が効果があり、好ましくは、1.5μm以上、望ましくは2.0μm以上である。10μm以上に形成することで、さらに密着性が高いものとすることができる。
<ピッチ>
例えば、出願人の製造するQFP等の256ピンのリードフレームでは、そのインナーリード先端のピッチは、130μmとなり、インナーリード先端の幅は75μm、隣接するリードとの幅は僅か55μm程度となるが、本実施形態においては、この程度の狭い場所においても、マトリクス状などのパターンでディンプルを形成することが可能である。
さらに、厚みも125μm程度しかないが、本実施形態では、2〜20μm程度の浅いディンプルを形成できるため、インナーリードの反りや歪みなど、精度に与える影響が極めて小さい。とりわけ熱の影響が極めて小さいため、深さに加えて、極めて精度が高い加工をすることが可能となった。
ディンプルの形状を顕微鏡で観察すると、ミルククラウン状のクレータとなっていることがわかる。そして、その周縁には溶融した金属が、球状になって突出して凝固している。このため、ディンプルの凹部だけでなく、この周縁部の形状にアンカー効果があることは明らかである。この形状は、隣接するディンプルが重なり合うようなピッチにしたような場合にも効果を奏する。
ディンプルの配置は、要求される密度と加工時間に応じて、例えば、長方形を形成するマトリクス状や、三角形を形成するパターンで、所定の領域に多数配置する。もちろん、ランダムに配置されたものも応力が分散される点から好ましい。
<ダイパッド>
次に、ディンプルを形成する領域について説明する。まず、ディンプルをダイパッド11の下面(基板実装側)全面に配設することも可能であるが、ダイパッド11と封止樹脂4との剥離が、その周縁部から生じることが発明者の知見から判明している。
また、密着強度と加工時間の兼ね合いから、必ずしも連続した環状に領域を設ける必要はなく、図4に示すように、ダイパッド11の周縁部において不連続な領域D2にディンプルを形成してもよい。
リードフレーム1と封止樹脂4の剥離は、最も面積が大きく、ICチップ3の熱の影響を受けやすいダイパッド11にディンプルを設けるのが効果的であるが、図5に示すように、ディンプルを、リードフレーム1のボンディング面14を除く、インナーリード13の樹脂封止された場合に封止樹脂4と接する領域D3に形成することも好ましい。この場合は、リードフレーム1の下面に限らず、ボンディング面14を備える上面側にもディンプルを形成することでより密着性が高まる。特に過酷な条件で使用され、信頼度が要求される場合には好ましい。このような場所にディンプルを形成するのは、従来の汎用レーザ加工機では到底なしえなかった。
さらに、同様の理由から、図5に示すようにディンプルを、リードフレーム1のダイパッド11の吊りリード12の樹脂封止された場合に封止樹脂4と接する領域D4に形成することも好ましい。この場合も、上面及び下面においてディンプルを形成するのが効果的である。
この実施形態において、ディンプルは、リードフレーム1と封止樹脂4との密着性を高めるために設けている。しかしながら、ディンプルのアンカー効果は、封止樹脂との密着性を高めるだけに留まらない。そこで、図1に示す、ダイパッド11のICチップ3との接着面11aにおいてディンプルを形成することも好ましい。このように接着面11aにおいて、ディンプルを形成することで、そのアンカー効果で接着剤や接着用両面テープの熱硬化性接着剤との密着性を高めることができる。
<リードフレームの製造方法>
ここで、ICパッケージに用いるリードフレームの製造方法について説明する。まず、リールに巻き取られた板厚0.15mmの金属条(ここでは例としてCu合金若しくは42合金であるが、SUSなど、これに限らない。)から、例えば、1次スタンピング、メッキ、2次スタンピングの各工程により製造される。
なお、後述のように、ディンプル形成工程は、前準備も後処理もなく、且つ前後の工程に影響を与えないため、基本的にどの工程の間にも入れることができる。また、装置も小型で設置場所も極めて小さく、加工時間も短くできるため、プレス工程とプレス工程の間などにも行なうことができる。
<ディンプル形成工程>
<レーザ装置>
<周波数>金属の種類によってレーザ光線の吸収率が異なり、例えば、Cuは、550nmで35%程度でそれより長波長では極端に吸収率が低下する。650nmでは、およそ8%である。また、Auでは、450nmでは光吸収率が60%を超えるが650nmでは、およそ7%程度まで落ちる。Niでは、450nmで、およそ46%程度であるが、それより長波長では徐々に光吸収率が落ちるが、1064nmでも37%程度の光吸収率があり、波長に対する光吸収率の変化は少ない。また、Feでは、450nm〜1064nmの間で45〜48%程度の光吸収率を示し波長の影響は小さいといえる。上述の表1からも分かるように、FeとNiの合金である42合金は、Cu合金よりもディンプルを形成しやすい。一方、CO2レーザは、波長が9.3〜10.6μmと長いため、高出力で熱効率も高いものの、金属の表面での反射率が高く、結局金属の表面の加工には適していない。
上記のとおり、リードフレーム1に用いられる金属では、レーザ光線は、波長が概ね532nm≦λ≦1064nmであると特に効率的である。特に、短波長の方が、熱効率が低いとしても化学的な反応に結びつきやすく、過熱を抑制しやすい。
本実施形態では、1回のパルス時間や出力を抑え、平均出力が1.2W以上12w以下のレーザ光線を複数回同一位置に照射してディンプルを形成することを特徴とするものである。このような照射方法により、ディンプル形成時の過熱を抑制し、酸化物の生成や、熱による金属の反りや歪みなどの変形を抑制しつつ短時間で適正なディンプルを形成するものである。
ここでは、平均出力により好ましい出力を定義しているが、パルスはピークパワーが大きく立ち上がりが良いものが、熱の拡散が少なく好ましい。例えば、ピークパワーは8kw以上で、パルス時間は300ns以下が好ましい。特に、ピークパワーが2〜20kw、好ましくは10kw、パルスは、短ければ短いほどよいが、30ns以下が好ましい。
<時間制御>
また、本実施形態のディンプル形成工程では、ディンプルを2回以上に分割して同一位置にレーザ光線を照射して形成する。このため、1回当たりのエネルギーを小さくしてディンプルが過熱することを抑制できる。
<深さ制御>
最終的なディンプルの深さは、レーザ装置の出力と、レーザ光線のスポット径、金属の反射率、1パルス当たりの時間、照射するパルス回数などに依存し、気温なども影響するので、焦点深度計などで計測して、その結果をフィードバックして制御することも好ましい。
前述のとおり、ディンプルの密度を高めることで、応力の集中を抑制でき、一つひとつのディンプルを小さくすることが可能になる。このためレーザ光線の位置制御は精密に制御できることが好ましい。
(好ましい実施例)
<機種>本実施形態では、汎用のレーザ加工機では出力できない小さな出力で、複数回同一位置での加熱をすることでディンプルの過熱を防止している。そこで、本実施形態では、通常物体の表面に大きな傷をつけないで、或いはまったく傷つけないで変色させるだけで文字や記号を印字するレーザマーカー(レーザ印字機)を用いて、このビームを繰り返し照射することでレーザ加工している。
この出力を調整して実施したところ、出力が10%(1.2%)未満では、十分に温度が上昇せず加工できなかった。一方、出力が100%(12W)では、焦げ(目視で確認できる酸化による黒化)を生じる程度が大きいことが分かった。また、20%(2.4W)〜50%(6W)が加工性が高く、焦げも少ない。特に30%(3.6W)が最も適正であった。
以下、この完成したリードフレーム1を用いてICパッケージ2を製造する過程の概略を説明する。このように完成したリードフレーム1上にICチップ3が、接着材や両面テープを介在して載置され接着される。このICチップ3の所定の端子31とインナーリード13のボンディング面14のボンディングポイントとがキャピラリー(不図示)によりボンディングワイヤ5でワイヤボンディングされ電気的に接続される。その後、これらの位置の固定、絶縁、劣化の防止、外部環境からの保護のためエポキシ樹脂などの封止樹脂4により樹脂封止される。樹脂の硬化後、ダムバー16が切除され、はみ出した不要な封止樹脂が除去され、図2に示すフレーム枠17からICパッケージ2が切り取られる。そして、アウターリード15が所定の形状に整形されて、必要に応じて洗浄、刻印がなされ、ICパッケージ2として完成する。
<実施形態の効果>
(1) 本実施形態によれば、例えばリードフレームの製造方法がエッチング加工からプレス加工に移行したときでも、エッチング加工のリードフレームと同等の特性を有する浅いディンプルを備えたリードフレームを生産効率高く製造することができる。
(3) 特に、従来の汎用のレーザ加工機で形成するディンプルに比べて浅く、精度の点で良好である。
(6) 小型のレーザ装置とすることができ、特にプレス工程やめっき工程にインラインでディンプルを形成する工程を加えることができる。また、他のレーザ装置に比べ、比較的安価で、1ラインに複数のレーザ装置を配備して同時に稼動させることも容易になる。
(8) 本実施形態では、レーザマーカを用い、特殊な使い方をすることで、その特質を生かし通常用いられるレーザ加工機では出力させることができない極めて小さい出力のレーザ光線を発生でき、かつ出力や照射制御も精密にコントロールでき、その上装置も極めて小型で低価格である。そのため、インラインで好適に使用することができる。
(11) ディンプルを形成する領域を、前記ダイパッドのコーナー部に形成することで極めて効率的に樹脂の剥離を抑制することができる。
次に、図6を参照して第2の実施形態を説明する。本実施形態は、第1の実施形態と異なるのは、ICパッケージ2にヒートシンク6を備えたことにある。このヒートシンク(ヒートスプレッダ)は、ICチップ3に密着させ、ICチップ3の熱を吸収し、大気に拡散する部材である。従来は、密着性を高めるための表面の粗化を、プレスやエッチング、あるいはショットブラストによってもおこなっていた。このうちショットブラストが設備も簡易で一番作業効率が良いが、ショットの一部が残留するとコンタミネーションとなり、ICパッケージの信頼性を損ねる原因となりことがあった。
第2の実施形態では、特に次のような効果がある。
(17) ヒートシンク6とICチップ3との密着性が向上する。
Claims (11)
- ICチップを搭載するダイパッド備えた金属製のリードフレームと、当該リードフレームを前記ICチップとともに樹脂封止して製造するICパッケージ用のリードフレームの製造方法であって、
前記リードフレームに、出力が1.2W以上12w以下のレーザ光線を5回〜50回同一位置に繰り返し照射して、深さ10〜30μmのディンプルを形成するとともに、前記ダイパッドのICチップを搭載する面と反対の面の封止樹脂と接する面の領域であるディンプル形成エリアにおいて当該ディンプルを隣接するディンプルと0.5mm以下の間隔で多数配置することを特徴とするリードフレームの製造方法。 - 前記レーザ光線は、YAGレーザ装置により射出される印字用のレーザマーカから射出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の製造方法。
- 前記ディンプル形成エリアに形成された多数のディンプルを、接触させて配置して線状に連続して形成することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のリードフレームの製造方法。
- 前記ディンプル形成エリアを、前記ダイパッドの周縁部において不連続な領域に形成することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のリードフレームの製造方法。
- 前記ディンプル形成エリアを、前記ダイパッドのコーナー部のみに形成することを特徴とする請求項4に記載のリードフレームの製造方法。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載のリードフレームの製造方法において、少なくとも前記ディンプルを、前記リードフレームのボンディング面を除くインナーリード若しくは吊りリードの樹脂封止された場合に樹脂と接する面のいずれかにさらに形成することを特徴とするリードフレームの製造方法。
- 前記ダイパッドのICチップとの接着面において、さらに前記ディンプルを形成することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のリードフレームの製造方法。
- 請求項1〜7のいずれか1項のリードフレームの製造方法により製造され、特定のディンプルを備えたことを特徴とするリードフレーム。
- 金属製のリードフレームと、ICチップと、ICチップの放熱用の金属製のヒートシンクを樹脂封止して製造するICパッケージ用のヒートシンクの製造方法であって、
前記ヒートシンクに、出力が1.2W以上12w以下のレーザ光線を5回〜50回同一位置に繰り返し照射して、深さ10〜30μmのディンプルを形成するとともに、樹脂封止する面若しくはICチップとの接着面の領域であるディンプル形成エリアにおいて、当該ディンプルを隣接するディンプルと0.5mm以下の間隔で多数配置することを特徴とするヒートシンクの製造方法。 - 前記ヒートシンクのICチップとの接着面において前記ディンプルを形成することを特徴とする請求項9に記載のヒートシンクの製造方法。
- 請求項9又は10に記載のヒートシンクの製造方法により製造されたことを特徴とするヒートシンク。
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