JP4499899B2

JP4499899B2 - 電子部品パッケージにおけるリードフレームろう付方法

Info

Publication number: JP4499899B2
Application number: JP2000279230A
Authority: JP
Inventors: 吉田　　誠
Original assignee: Amada Miyachi Co Ltd
Current assignee: Amada Miyachi Co Ltd
Priority date: 2000-09-14
Filing date: 2000-09-14
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2020-09-14
Also published as: JP2002093984A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品パッケージのパッケージ導体にリードフレームをろう付する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、セラミックパッケージにおいては、内蔵する半導体チップの電極から外部リードへの電気的な接続を行うために、セラミックベースにメタライズ処理を施して、パッケージの側面ないし裏面に露出するパッケージ導体を形成し、このパッケージ導体にリードフレームをろう付で接合するようにしている。
【０００３】
図８および図９に、セラミックパッケージにおけるリードフレームろう付方法の従来例を示す。この方法では、セラミックパッケージ本体１００のパッケージ導体にリードフレーム１０２をろう付するために、３つの固定治具つまりパッケージ本体固定用のベース１０４、ろう材固定用のスペーサ１０６およびリードフレーム固定用の重し１０８を用いる。
【０００４】
詳細には、ベース１０４の上面中心部に形成されている凹所１０４ａ内に、セラミックパッケージ本体１００を仰向けにして、つまりパッケージ導体の露出するパッケージ裏面を上に向けて収容固定し、パッケージ導体面の上にろう材たとえば銀ろう１１０を介してリードフレーム１０２を重ね合わせる。ここで、パッケージ導体面の各列に配置されている各導体（図示せず）の上にリードフレーム１０２の各先端部または被ろう付部１０２ａが重なるように位置合わせする。この位置合わせのために、ベース１０４の上面には複数の所定位置にガイドピン１１２が立設される一方で、リードフレーム１０２側の対応する箇所に各ガイドピン１１２と嵌合可能なガイド孔１０２ｂが形成されている。
【０００５】
もっとも、そのようにパッケージ本体１００とリードフレーム１０２とを互いに位置合わせしても、両者の間に挟まれるろう材１１０が位置ずれを起こすおそれがある。そこで、パッケージ本体上に板状のスペーサ１０６を配置して、内側からろう材１１０をパッケージ導体列上に位置規制するようにしている。さらに、加熱炉に入れてろう材１１０を溶かす際に振動や衝撃が加わるとろう材が割れたり位置ずれするおそれがあるため、ベース凹所１０４内でリードフレーム１０２の上に被さるように重し１０８を置く。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記したような従来のリードフレームろう付方法では、１種類のセラミックパッケージについて数個の治具（１０４，１０６，１０８）を必要とするため、現在および近い将来市場に出まわる様々なパッケージ形状やパッケージ導体パターンに応じて数多くの治具を用意しなければならず、実装コストが高くついていた。また、現場の作業員においては、治具の種類や数が多いと管理や取扱いも面倒であり、そのぶん作業ミスを起こしやすく、たとえば、所要の治具の装着を忘れてしまうことがあり、結果として、加熱炉内でろう材が溶ける際に振動等でリードフレームやろう材の位置がずれてしまい、接合不良を来すことがあった。
【０００７】
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、電子部品パッケージにおいてリードフレームをろう付するに際して必要な治具の点数を削減してコスト性、効率性および作業性を改善する方法を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明の別の目的は、電子部品パッケージにおいてリードフレームをろう付する際の加工精度を改善する方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、電子部品パッケージにおいてリードフレームを安全かつ良好にろう付する方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の方法は、電子部品パッケージの本体に露出して設けられるパッケージ導体にリードフレームをろう付する方法であって、前記リードフレームの被ろう付部に所定のろう材を重ね合わせる工程と、前記ろう材とその下からはみ出ている前記リードフレームの被ろう付部との境界にレーザ光を照射して、前記ろう材の前記レーザ光を照射された付近の部位を局所的に溶かして前記リードフレームに仮付けする工程と、前記パッケージ導体に前記ろう材を仮付けした前記リードフレームを前記ろう材を挟んで位置合わせして重ねる工程と、前記ろう材を加熱により全部または大部分溶かして前記パッケージ導体と前記リードフレームとを接合する工程とを有する。
【００１０】
本発明の第１の方法では、予めリードフレーム１０にろう材１２を仮付けして一体化したものをセラミックパッケージ本体２０にセットする。セット後に、振動や衝撃が加わっても、ろう材はリードフレームに仮付けで固定されているため、位置ずれするおそれはない。したがって、ろう材は所定位置で溶ける。溶けたろう材は、濡れ性の小さいパッケージ本体表面から濡れ性の大きいパッケージ導体へ吸い寄せられるように移動し、そこで固まる。その結果、セラミックパッケージ本体の各パッケージ導体の上にリードフレームの各対応する被ろう付部が重なるようにしてろう付される。
【００１１】
上記第１の方法においては、ろう材とその下からはみ出ているリードフレームの被ろう付部との境界にレーザ光を照射することにより、好ましくはレーザビーム中心部を境界に合わせてレーザ光を照射することにより、ろう材の局所にレーザエネルギーを安全かつ効率的に与え、良好な仮付けを行うことができる。
【００１２】
本発明の第２の方法は、電子部品パッケージの本体に露出して設けられるパッケージ導体にリードフレームをろう付する方法であって、前記パッケージ導体に所定のろう材を挟んで前記リードフレームを位置合わせして重ね合わせする工程と、前記ろう材をレーザ光のエネルギーで局所的に溶かして、前記パッケージ導体に前記リードフレームを仮付けする工程と、前記ろう材を加熱により全部または大部分溶かして前記露出導体と前記リードフレームとを接合する工程とを有する方法とした。
【００１３】
上記第２の方法では、リードフレーム、ろう材およびパッケージ本体（厳密にはそのパッケージ導体）の三者をセッティングしてから、レーザ光のエネルギーでろう材の一部を局所的に溶かして三者を一体的に仮付けする。その後に、振動や衝撃が加わっても、ろう材はリードフレームとパッケージ本体とに仮付けで固定されているため、位置ずれするおそれはない。したがって、第１の方法と同様に、ろう材の位置ずれはなく、リードフレームろう付の位置精度は高い。
【００１４】
この方法において、好ましくは、前記仮付け工程が、前記電子部品パッケージ本体と前記リードフレームとの隙間を通して前記ろう材の一側面または周面にレーザ光を照射する工程を含んでよい。このレーザ照射方法により、レーザエネルギーをろう材に効率的に供給できるとともに、リードフレームにおけるレーザ照射痕を隙間の中に隠すことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図７を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００１６】
図１および図２に、本発明の一実施形態においてリードフレーム１０にろう材１２を仮付けする方法を示す。
【００１７】
先ず、図示のように、作業台１４の上にリードフレーム１０をセットする。ここで、リードフレーム１０は、先端部の被ろう付部１０ａが上を向くような姿勢で配置される。また、作業台１４の所定位置に複数本たとえば一対のガイドピン１４ａが立設され、リードフレーム１０側の各ガイド孔１０ｂが各対応するガイドピン１４ａに嵌合することで、作業台１４上でのリードフレーム１０の位置決めと固定がなされる。
【００１８】
上記のようにして作業台１４の上にセットされたリードフレーム１０に対して、たとえば銀ろうからなる板片状のろう材１２をセットする。詳細には、リードフレーム１０の全部の被ろう付部１０ａを端から端まで横断するように、被ろう付部１０ａの上にろう材１２を重ねる。この際、図２に示すように、リードフレーム１０の被ろう付部１０ａがその長さ方向でろう材１２からはみ出るように、ろう材１２の幅Ｗを被ろう付部１０ａの長さＬよりも短い寸法に選ぶと、より作業が行いやすい。
【００１９】
次いで、レーザ装置たとえばＹＡＧレーザ装置の出射ユニット１６より出射されるＹＡＧレーザ光ＬＢを用いて、リードフレーム１０にろう材１２を仮付け（仮接合）する。好ましくは、仮付けポイントＰを複数箇所に設定してよい。たとえば、図示のように、リードフレーム１０の両端の被ろう付部１０ａに仮付けポイントＰを設定してよい。
【００２０】
この仮付けに際しては、ＹＡＧレーザ光ＬＢの当て方（照射方法）が重要である。すなわち、図２に明示するように、ろう材１２とその下からはみ出ているリードフレーム１０の被ろう付部１０ａとの境界Ｅ12,10付近に上方からＹＡＧレーザ光ＬＢを照射すること、好ましくはＹＡＧレーザ光ＬＢのビームスポット中心部を境界Ｅ12,10に合わせることが重要である。
【００２１】
ＹＡＧレーザ光ＬＢをろう材１２側だけに当てた場合は、ろう材（銀）１２の光反射率が高いため、入射したレーザ光ＬＢの多くがそこで反射してしまって、レーザエネルギーがうまく吸収されず、ろう材１２が溶けにくい。また、ＹＡＧレーザ光ＬＢをリードフレーム１０側だけに照射した場合は、入射したレーザ光ＬＢのエネルギーがろう材１２へ回りにくく、やはりろう材１２が溶けにくい。そのようなエネルギー吸収または伝達効率の低さを補うためにレーザ光ＬＢの出力を高くすると、被ろう付部１０ａとは反対側のリードフレーム面（実装後のおもて面）側にレーザエネルギーが貫通してレーザ照射痕が付くおそれがあり、好ましくない。
【００２２】
この点、この実施形態のように、ろう材１２とその下からはみ出ているリードフレーム１０の被ろう付部１０ａとの境界Ｅ12,10にレーザ光ＬＢを照射する方法においては、入射するレーザ光ＬＢのエネルギーが境界Ｅ12,10の隙間から、さらにはリードフレーム１０側から伝ってろう材１２に効率よく及ぶことにより、小さなレーザエネルギーでもってろう材１２のレーザ被照射部位付近を確実に溶かして、リードフレーム１０にろう接で仮付けすることができる。なお、ＹＡＧレーザ光ＬＢはパルスレーザ光でよく、たとえば、パルス幅を５ｍｓ程度、１パルス当たりのレーザエネルギーを１．５Ｊ程度に設定してよい。
【００２３】
また、リードフレーム１０に対しては、このように小さなレーザエネルギーのＹＡＧレーザ光ＬＢを被ろう付部１０ａ側に照射するため、被ろう付部１０ａとは反対側のリードフレームおもて面にレーザ照射痕（傷）がつくこともない。この品質上の利点は実用的に大きい。通常、リードフレームをろう付してなる電子部品パッケージにおいては、リード表面に目視可能な傷がついているものは市場において商品価値がないからである。因みに、スポット溶接を用いてリードフレーム１０にろう材１２を仮付けする方法は、リードフレーム１０のおもて面に電極の痕が不可避的に付いてしまうという不都合がある。
【００２４】
上記のようにしてリードフレーム１０にろう材１２を仮付けした後で、電子部品パッケージ本体に対するリードフレーム１０のろう付を行う。この実施形態では、図３および図４に示すように、ろう付用の固定治具として、パッケージ固定用のベース１８だけを用いる。ベース１８の材質は、耐熱性にすぐれ、かつろう材に濡れにくいもの、たとえばカーボンでよい。
【００２５】
図３および図４において、ベース１８の上面中心部に形成されている凹所１８ａ内に、セラミックパッケージ本体２０を仰向けにして、つまりパッケージ導体２０ａの露出するパッケージ裏面を上に向けて収容固定する。この凹所１８ａ内に収容固定されたセラミックパッケージ本体２０の上に、ろう材１２を挟んでリードフレーム１０を重ね合わせる。
【００２６】
この例のセラミックパッケージ本体２０においては、パッケージ裏面の左右両端部に複数個（図示の例は５個）のパッケージ導体２０ａが各一列に露出してメタライズされている。各パッケージ導体２０ａは、本体２０内部で内蔵の半導体チップの各対応する電極とワイヤボンディングで電気的に接続されている。リードフレーム１０は、１個で一列分のパッケージ導体２０ａに対応している。したがって、この例のセラミックパッケージ本体２０に対しては、図示のように、左右列のパッケージ導体２０ａに一対のリードフレーム１０をそれぞれ充てる。その際、各パッケージ導体２０ａの上にリードフレーム１０の各被ろう付部１０ａが重なるように位置合わせする。この位置合わせのために、たとえば、ベース１８の上面に複数の所定位置でリードフレーム１０のガイド孔１０ｂと嵌合可能なガイドピン２２を立設してよい。
【００２７】
この実施形態では、図３および図４に示すようにベース１８上でセラミックパッケージ本体２０のパッケージ導体２０ａにろう材１２を挟んでリードフレーム１０を位置合わせして重ねた状態で、コンベアに乗せて加熱炉（図示）に通し、炉内で所定時間加熱してろう材１２を溶かす。その際、搬送中に何らかの原因で振動や衝撃が加わったとしても、ろう材１２はリードフレーム１０に予め仮付けされて固定されているため、位置ずれするおそれはなく、所定位置で溶ける。ろう材（銀ろう）１２が溶けると、セラミックパッケージ本体２０のパッケージ裏面上でろう１２が濡れ性の小さいセラミック面から濡れ性の大きい隣接するパッケージ導体２０ａへ吸い寄せられるように移動する。そして、加熱炉を出ると、各パッケージ導体２０ａの上でろう１２が固まってリードフレーム１０がろう付される。なお、この実施形態では加熱炉を通してろう付を行っているが、レーザ光や光ビームの照射によるろう付でもよい。
【００２８】
図５に、ベース１８から取り出されたセラミックパッケージ本体２０におけるリードフレーム１０の接合状態を示す。図示のように、セラミックパッケージ本体２０の各パッケージ導体２０ａの上にリードフレームの各対応する被ろう付部１０ａが重なってろう付されている。
【００２９】
上記したように、この実施形態では、セラミックパッケージ本体２０におけるリードフレーム１０のろう付に必要な固定治具はセラミックパッケージ本体２０を固定するためのベース１８だけであり、ろう材１２やリードフレーム１０を固定するための治具（１０６，１０８）を必要としない。このため、治具に掛かるコストや作業・管理の煩わしさが解消される。しかも、リードフレーム１０にろう材１２を仮付けしてからセラミックパッケージ本体２０にセットするため、ろう材１２の位置ずれがなく、ろう付の位置精度または加工精度を向上させることができる。さらに、仮付けにはレーザ光ＬＢのレーザエネルギーを用いることで、リードフレーム１０に傷のつく危険性を回避できる。
【００３０】
次に、図６および図７につき本発明の別の実施形態を説明する。この実施形態では、リードフレーム１０、ろう材１２およびセラミックパッケージ本体２０の三者をレーザ光ＬＢのエネルギーによって同時に仮付けする。
【００３１】
詳細には、図６に示すように、適当な作業台または治具（図示せず）上でこれら三者（１０，１２，２０）を互いに位置合わせして一体に重ね合わせる。その際、セラミックパッケージ本体２０の裏面の左右両端部に各一列に設けられているパッケージ導体２０ａにろう材１２を挟んでリードフレーム１０の被ろう付部１０ａが重なり合うようにする。図７に示すように、好ましくは、ろう材１２の外側の側面１２ａがセラミックパッケージ本体２０とリードフレーム１０の隙間Ｇの中に位置するようにする。
【００３２】
そして、図７に示すように、横向き姿勢の出射ユニット１６よりＹＡＧレーザ光ＬＢを該隙間Ｇを通してろう材１２の側面１２ａ付近に照射する。ＹＡＧレーザ光ＬＢは隙間Ｇの中でろう材１２だけでなくリードフレーム１０やセラミックパッケージ本体２０にも入射するため、レーザエネルギーが効率よくろう材１２に供給され、ろう材１２が局所的に溶ける。このようにろう材１２が局所的に溶けた箇所にてセラミックパッケージ本体２０にリードフレーム１０が仮付けされる。セラミックパッケージ全体で、このような仮付け箇所Ｑを複数個設定してよく、たとえば図６に示すように、各リードフレーム１０において両端部の被ろう付部１０ａに仮付け箇所Ｑを設定してよい。
【００３３】
次に、上記のような仮付けによって一体化されたリードフレーム１０、ろう材１２およびセラミックパッケージ本体２０のアッセンブリを加熱炉に通し、炉内でろう材１２を全部または大部分溶かす。これにより、図５と同様のろう付結果が得られる。つまり、セラミックパッケージ本体２０の各パッケージ導体２０ａの上にリードフレームの各対応する被ろう付部１０ａが重なってろう付される。
【００３４】
この実施形態においても、セラミックパッケージ本体２０におけるリードフレーム１０のろう付に必要な治具の点数を大幅に削減できるるとともに、ろう付の位置精度を改善できる。また、仮付けに際しては、セラミックパッケージ本体２０とリードフレーム１０の隙間Ｇの中にレーザ光ＬＢを照射するため、隙間Ｇ内でリードフレーム１０の表面にレーザ照射痕が生じても外からはほとんど見えないので、商品価値に影響することはない。
【００３５】
上記した実施形態における各部の構造および形状は一例にすぎず、本発明の技術思想を何ら限定するものではない。たとえば、上記実施形態におけるセラミックパッケージ２０はデュアルインライン（ＤＩＰ）タイプであるが、他の任意のパッケージ構造たとえばＳＩＰやＰＧＡタイプにも本発明は適用可能である。本発明におけるろう材の形状は上記実施形態におけるような板片状のものに限定されるわけではなく、たとえば円柱状のものでも可能である。また、ＹＡＧレーザの代わりに、ＣＯ2レーザや半導体レーザ等を使用することもできる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電子部品パッケージにおいてリードフレームをろう付するに際して必要な治具の点数を削減してコスト性、効率性および作業性を改善できるとともに、ろう付の加工精度、安全性、品質を向上させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態においてリードフレームにろう材を仮付けする方法を示す図である。
【図２】実施形態の仮付けにおける要部の構成および作用を示す図である。
【図３】実施形態のろう付における要部の構成を示す断面図である。
【図４】実施形態のろう付における要部の構成を示す平面図である。
【図５】実施形態におけるろう付の結果を示す平面図である。
【図６】別の実施形態においてリードフレーム、ろう材およびパッケージ本体を仮付けする方法を示す図である。
【図７】図６の実施形態の仮付けにおける要部の構成および作用を示す図である。
【図８】従来技術のろう付における要部の構成を示す断面図である。
【図９】従来技術のろう付における要部の構成を示す平面図である。
【符号の説明】
１０リードフレーム
１２ろう材
１４作業台
１６レーザ出射ユニット
１８ベース
２０セラミックパッケージ本体
２２ガイドピン

Claims

電子部品パッケージの本体に露出して設けられるパッケージ導体にリードフレームをろう付する方法であって、
前記リードフレームの被ろう付部に所定のろう材を重ね合わせる工程と、
前記ろう材とその下からはみ出ている前記リードフレームの被ろう付部との境界にレーザ光を照射して、前記ろう材の前記レーザ光を照射された付近の部位を局所的に溶かして前記リードフレームに仮付けする工程と、
前記パッケージ導体に前記ろう材を仮付けした前記リードフレームを前記ろう材を挟んで位置合わせして重ねる工程と、
前記ろう材を加熱により全部または大部分溶かして前記パッケージ導体と前記リードフレームとを接合する工程と
を有するリードフレームろう付方法。
前記仮付けのためのレーザ光の照射において、前記レーザ光のビームスポット中心部を前記境界に合わせることを特徴とする請求項１に記載のリードフレームろう付方法。
電子部品パッケージの本体に露出して設けられるパッケージ導体にリードフレームをろう付する方法であって、
前記パッケージ導体に所定のろう材を挟んで前記リードフレームを位置合わせして重ねる工程と、
前記ろう材をレーザ光のエネルギーで局所的に溶かして、前記パッケージ導体に前記リードフレームを仮付けする工程と、
前記ろう材を加熱により全部または大部分溶かして前記パッケージ導体と前記リードフレームとを接合する工程と
を有するリードフレームろう付方法。
前記仮付け工程が、前記電子部品パッケージ本体と前記リードフレームとの隙間を通して前記ろう材の一側面または周面付近にレーザ光を照射する工程を含むことを特徴とする請求項３に記載のリードフレームろう付方法。