JP4760509B2 - リードフレーム組立体 - Google Patents

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Description

本発明は、異なる材質の複数のリード部材により、電子部品の複数の電極と単一のリード端子とを接続するリードフレーム組立体に関する。
リードフレームの支持板上に単一若しくは複数の半導体素子又は回路基板等の電子部品を搭載し、電子部品の複数の上面電極とリードフレームのリード端子との間をリード細線等のリード部材によって電気的に接続するリードフレーム組立体は公知である。例えば、図４に示す従来のリードフレーム組立体(20)は、支持板(2)と、支持板(2)の縁部(2b)側に並列に配置された６本のリード端子(3)と、支持板(2)の主面(2a)に固着された電力用半導体素子(5)及び小信号用半導体素子(6)と、各半導体素子(5,6)の上面電極(15a,15b,16a,16b)とリード端子(3)のパッド部(13)とを電気的に接続する材質の異なる２種類のリード部材(23,24)とを備える。支持板(2)及び各リード端子(3)は、連結細条(18)によりその長手方向に複数個連結され、リードフレーム(19)を構成する。
各リード部材(23,24)をリード端子(3)のパッド部(13)にワイヤボンディングすると、各リード部材(23,24)とリード端子(3)のパッド部(13)との間に金属間化合物が形成される。各リード部材(23,24)とリード端子(3)との機械的な接続強度は、金属間化合物の成分又は種類等に依存すると考えられる。各リード端子(3)の接続面は、通常、半田濡れ性等を考慮してニッケル等の同一の金属材料で形成されるため、リード端子(3)に異なる材質の各リード部材(23,24)をボンディングすると、アルミニウム等の特定の金属で形成されるリード部材(23)には十分大きな接続強度が得られるが、金等の他種の金属で形成されるリード部材(24)には十分な接続強度が得られない場合がある。
リードフレーム(19)は、周知のプレス加工により、銅板から一体に形成され、銅から成る母材の表面にニッケルめっきが施される。半田及びろう材の付着性（濡れ性）の良いニッケルによりリードフレーム(19)を被覆すると、半田及びろう材により、電力用半導体素子(5)等を支持板(2)の主面(2a)に強固に固着すると共に、半導体装置のリード端子(3)を外部プリント基板に強固に固着することができる。これに対し、リード部材(23,24)は、大きな電流容量を要するリード部材には、線径の大きなアルミニウム細線(23)が使用されるが、全方向にルーピングが必要な箇所には、ボールボンディングが可能な金細線(24)が使用される。
図４に示すリードフレーム組立体(20)では、リード端子(3)のパッド部(13)に部分銀めっきを施すことにより、リード端子(3)に金細線(24)とアルミニウム細線(23)との両方を強固に固着することができる。アルミニウム細線(23)により、電力用半導体素子(5)の第１の上面電極(15a)とリード端子(3)とが接続され、金細線(24)により、小信号用半導体素子(6)の第２の上面電極(16a)とリード端子(3)とが接続される。また、金細線(24)により、電力用半導体素子(5)の第４の上面電極(15b)と小信号用半導体素子(6)の第３の上面電極(16b)とが接続され、小信号用半導体素子(6)の第３の上面電極(16b)と５本のリード端子(3b)とがそれぞれ接続される。
５本のリード端子(3)のパッド部(13)の先端面に銀めっき面(22)が形成され、リード端子(3)の１つ(3a)にアルミニウム細線(23)及び金細線(24)が接続される。アルミニウム細線(23)がニッケルめっき面(21)に接続され、金細線(24)が銀めっき面(22)に接続されるので、異なる材質の各リード部材(23,24)とリード端子(3)との機械的な接続強度を向上できる。この種のリードフレーム組立体は、例えば、本特許出願人による下記特許文献１に開示される。
特開２００３−２０９１３２公報
しかしながら、リード端子(3)のパッド部(13)に部分銀めっきを施すと、マスキング工程等の煩瑣な製造工程の増加により、ニッケルめっきのみを施す従来のリードフレームと比較して、リードフレーム(19)の製造コストが増加する問題があった。また、アルミニウム細線(23)と金細線(24)との両方を接続するリード端子(3a)のパッド部(13)は、単一のリード端子(3a)のパッド部(13)にニッケルめっき面(21)と銀めっき面(22)との両面を形成するため、パッド部(13)の平面面積が増大する欠点があった。
よって、本発明は、複数の金属によりリード端子の接続面を形成せずに、単一のリード端子に異なる材質の複数のリード部材を高い接続強度で接続できるリードフレーム組立体を提供することを目的とする。
本発明のリードフレーム組立体は、支持板(2)と、支持板(2)の主面(2a)に固着される第１及び第２の電子部品(5,6)と、支持板(2)の縁部(2b)側に並列に配置され且つニッケルを主成分とする同一の金属により形成される接続面(14)をそれぞれ有する複数のリード端子(3)と、第１の電子部品(5)の第１の上面電極(15a)に接続される第１の端部及び複数のリード端子(3)の１つ(3a)の接続面(14)に接続される平坦な第２の端部を有し且つアルミニウムを主成分として形成される金属ストラップ(7)と、第２の電子部品(6)の第２の上面電極(16a)に接続される第１の端部及び金属ストラップ(7)の平坦な第２の端部に接続面(14)上で接続される第２の端部を有し且つ金を主成分として形成される金属細線(8)とを備える。第２の電子部品(6)の第２の上面電極(16a)とリード端子(3)の１つ(3a)とを金属細線(8)により電気的に接続する。金属ストラップ(7)とリード端子(3)の１つ(3a)の接続面(14)との間の接続強度及び金属細線(8)と金属ストラップ(7)との間の接続強度は、金属細線(8)とリード端子(3a)の１つ(3a)の接続面(14)との間の接続強度よりも高い。アルミニウムを主成分として形成される金属ストラップ(7)の平坦な第２の端部を、ニッケルを主成分として形成されるリード端子(3a)の接続面(14)に高い接続強度で接続できると共に、金を主成分として形成される金属細線(8)を、金属ストラップ(7)の平坦な第２の端部に高い接続強度で接続することができる。この場合に、金属細線(8)との接続強度の高い金属から成る接続面(14)をリード端子(3a)に形成する必要がないので、リード端子(3a)の接続面(14)の平面面積が増大せず且つ製造工程を簡略化して、製造コストを低減することができる。
本発明によれば、複数の金属によりリード端子(3a)の接続面(14)を形成せずに、単一のリード端子(3a)に異なる材質の複数のリード部材を高い接続強度で接続できるため、信頼性の高いリードフレーム組立体を容易且つ安価に供給することができる。
以下、本発明によるリードフレーム組立体の実施の形態を図１〜図３について説明する。但し、図１では図４に示す箇所と実質的に同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図１及び図２に示すように、本実施の形態のリードフレーム組立体(1)は、支持板(2)と、支持板(2)の縁部(2b)側に並列に配置される６本のリード端子(3)と、支持板(2)の主面(2a)に固着される電子部品としての電力用半導体素子(5)及び小信号用半導体素子(6)と、電力用半導体素子(5)及び小信号用半導体素子(6)の複数の上面電極(15,16)と各リード端子(3)のパッド部(13)とを電気的に接続するリード部材としての金属ストラップ(7)及び金属細線(8)を備える。
リード端子(3)は、支持板(2)側の先端部に形成される幅広のパッド部(13)を有し、左端のリード端子(3c)は、支持板(2)の縁部(2b)に連結される。支持板(2)は、リード端子(3)及び連結細条(18)よりも肉厚に形成されて、主面(2a)に固着された電力用半導体素子(5)の動作時に発生する熱を効率良く放出する。電力用半導体素子(5)の底面電極は、半田又はろう材等の導電性接着剤(9)により支持板(2)の主面(2a)に固着されるので、電力用半導体素子(5)の底面電極が支持板(2)と同一電位となり、リード端子(3c)から電力用半導体素子(5)の底面電極の出力を取り出すことができる。小信号用半導体素子(6)は、導電性又は非導電性の接着剤により支持板(2)の主面(2a)に電力用半導体素子(5)に隣接して固着される。
図１〜図３に示すように、金属ストラップ(7)の第１の端部は、電力用半導体素子(5)の第１の上面電極(15a)に接続され、金属ストラップ(7)の平坦な第２の端部は、複数のリード端子(3)の１つ(3a)の接続面(14)に接続されるため、金属ストラップ(7)は、電力用半導体素子(5)の第１の上面電極(15a)と複数のリード端子(3)の１つ(3a)とを接続する。また、複数の金属細線(8)の１つの第１の端部は、小信号用半導体素子(6)の第２の上面電極(16a)に接続され、金属細線(8)の１つの第２の端部は、リード端子(3)の１つ(3a)の接続面(14)上で金属ストラップ(7)の平坦な第２の端部に接続されるため、金属細線(8)は、小信号用半導体素子(6)の第２の上面電極(16a)と金属ストラップ(7)の上面(7a)とを接続する。金属ストラップ(7)を接続するリード端子(3a)のパッド部(13)は、ニッケルを主成分として形成される上面(13a)を有するのに対し、金属ストラップ(7)は、アルミニウムを主成分として形成され、金属細線(8)は、金を主成分として形成される。ニッケルを主成分とするパッド部(13)の上面(13a)にアルミニウムを主成分とする金属ストラップ(7)を接続し、アルミニウムを主成分とする金属ストラップ(7)に金を主成分とする金属細線(8)を接続するので、金属ストラップ(7)とパッド部(13)の上面(13a)との間及び金属細線(8)と金属ストラップ(7)との間に高い接続強度が得られる。パッド部(13)の上面(13a)は、金属ストラップ(7)が接続されるリード端子(3a)の接続面(14)となる。
従って、本発明では、金属ストラップ(7)を形成する金属とリード端子(3a)の接続面(14)を形成する金属との間の接続強度及び金属細線(8)を形成する金属と金属ストラップ(7)を形成する金属との間の接続強度は、金属細線(8)を形成する金属とリード端子(3a)の接続面(14)を形成する金属との間の接続強度よりも高く形成される。本実施の形態では、異なる材質の金属ストラップ(7)及び金属細線(8)を接続するリード端子(3a)の接続面(14)は、ニッケルを主成分とする同一の金属により形成される。しかしながら、リード端子(3a)の接続面(14)に金属ストラップ(7)を接続し、金属ストラップ(7)の上面(7a)に金属細線(8)を接続するため、リード端子(3a)の接続面(14)を金属ストラップ(7)との接続強度の高い金属により形成するだけで、リード端子(3a)に金属ストラップ(7)及び金属細線(8)を高い接続強度で電気的に接続することができる。リード端子(3a)に金属細線(8)との接続強度の高い金属から成る接続面(14)を形成するために、別の金属を部分めっきする必要がないので、リード端子(3a)の接続面(14)の平面面積が増大せず且つ製造工程を簡略化して、リードフレーム(19)の製造コストを低減することができる。
また、金属細線(8)を接続するリード端子(3b)のパッド部(13)もニッケルを主成分として形成される上面(13a)を有し、パッド部(13)の上面(13a)には、アルミニウムを主成分として形成されるストラップ片(17)が固着される。ニッケルを主成分とするパッド部(13)の上面(13a)にアルミニウムを主成分とするストラップ片(17)を接続し、アルミニウムを主成分とするストラップ片(17)に金を主成分とする金属細線(8)を接続するので、ストラップ片(17)とパッド部(13)の上面(13a)との間及び金属細線(8)とストラップ片(17)との間を強固に接続することができる。よって、従来のように、リード端子(3b)のパッド部(13)に金属細線(8)を接続する銀めっき面を形成する必要がなく、リードフレーム(19)を容易且つ製造コストを低減して安価に製造することができる。
電力用半導体素子(5)及び小信号用半導体素子(6)の各上面電極(15,16)は、アルミニウムにより形成されるため、アルミニウムを主成分とする金属ストラップ(7)と金を主成分とする金属細線(8)との両方を強固に接続できる。円形の断面形状を有する金属細線(8)に対し、金属ストラップ(7)は、扁平な断面形状を有し、直線状の又は湾曲する帯状に形成される。また、金属ストラップ(7)は、通常、２５〜５０μm程度に形成される金属細線(8)の直径に対して、２〜４０倍程度の幅寸法を有する。金属ストラップ(7)の幅寸法が狭いと、金属細線(8)の接続領域が小さいため、ワイヤボンダにより金属ストラップ(7)の上面(7a)に金属細線(8)を確実に接続することができない。金属ストラップ(7)の幅寸法がリード端子(3a)のパッド部(13)の幅寸法よりも広いと、隣接する他のリード端子(3b)に金属ストラップ(7)が接触する危険がある。金属ストラップ(7)の厚さ寸法は、金属ストラップ(7)の機械的強度を考慮して適宜に決定されるが、ワイヤボンダにより良好にウェッジボンディング等を行うことができる厚さ寸法を有する。
電力用半導体素子(5)の第４の上面電極（複数の他の上面電極）(15b)と小信号用半導体素子(6)の第３の上面電極（複数の他の上面電極）(16b)とは、金属細線(8)により接続される。また、小信号用半導体素子(6)の第３の上面電極(16b)と４本の他のリード端子(3b)とは、ストラップ片(17)を介して金属細線(8)により接続される。ストラップ片(17)は、金属ストラップ(7)と略同様の扁平な断面形状を有するが、金属ストラップ(7)に対して短い長さ寸法でリード端子(3b)のパッド部(13)の先端部に配置される。
本実施の形態では、金属ストラップ(7)とストラップ片(17)とは、同一のストラップ接続装置により形成される。図示しないが、金属ストラップ(7)及びストラップ片(17)を接続するストラップ接続装置は、例えば、アルミニウム等の金属リボンを収納する収納装置と、収納装置の金属リボンを搬送してキャピラリから外部に送出する搬送装置と、キャピラリから送出される金属リボンを所定の長さで切断して金属ストラップ(7)を形成する切断装置とを備える。ストラップ接続装置は、例えば、特開２００６−３２８７３公報により公知であり、各装置の詳述を省略する。
リードフレーム組立体(1)を形成する際に、リードフレーム(19)を準備し、支持板(2)の主面(2a)に電力用半導体素子(5)及び小信号用半導体素子(6)を固着する。次に、ストラップ接続装置により、リード端子(3b)のパッド部(13)にストラップ片(17)を固着すると共に、電力用半導体素子(5)の第１の上面電極(15a)に金属ストラップ(7)の第１の端部を接続し、リード端子(3a)のパッド部(13)の接続面(14)に金属ストラップ(7)の平坦な第２の端部を接続して、電力用半導体素子(5)の第１の上面電極(15a)とリード端子(3a)の接続面(14)とを金属ストラップ(7)により接続する。続いて、ワイヤボンダにより、小信号用半導体素子(6)の第２の上面電極(16a)に複数の金属細線(8)の１つの第１の端部を接続し、金属ストラップ(7)の第２の端部の上面(7a)に金属細線(8)の１つの第２の端部を接続することにより、小信号用半導体素子(6)の第２の上面電極(16a)とリード端子(3a)とを金属細線(8)により接続する。小信号用半導体素子(6)の第３の上面電極(16b)とリード端子(3b)のパッド部(13)上のストラップ片(17)とを金属細線(8)により接続する。また、電力用半導体素子(5)の第４の上面電極(15b)と小信号用半導体素子(6)の第３の上面電極(16b)とを金属細線(8)により接続する。
本実施の形態によれば、同一のストラップ接続装置により、金属ストラップ(7)から成るリード部材を形成できると共に、金属細線(8)とリード端子(3b)のパッド部(13)とを高い接続強度で連結する台座を形成できる。金属ストラップ(7)及びストラップ片(17)は、ストラップ接続装置により、キャピラリから送出する金属ストラップの長さを変更するだけで容易に形成できるので、製造コストの増加を抑制して、良好に金属細線(8)とリード端子(3b)のパッド部(13)とを連結することができる。ストラップ接続装置と金属細線(8)を接続するワイヤボンダとは、キャピラリのみを変更した同一の装置により構成してもよい。製造コストの増加を更に抑制できる。
金属ストラップ(7)は、略平坦な上面(7a)及び下面(7b)を有するので、ストラップ接続装置により良好に電力用半導体素子(5)の第１の上面電極(15a)とパッド部(13)の上面(13a)に接続することができる。図３に示すように、例えば、金属ストラップ(7)を接続するリード端子(3a)のパッド部(13)は、支持板(2)、導電性接着剤(9)及び電力用半導体素子(5)を加えた厚さ寸法と同様の高さに形成される。このように、第１の上面電極(15a)とパッド部(13)の上面(13a)とを略平行に配置すると、ストラップ接続装置により電力用半導体素子(5)の第１の上面電極(15a)とリード端子(3a)との間に金属ストラップ(7)を良好に架設することができる。図２及び図３では、第４の上面電極(15b)と第３の上面電極(16b)とを接続する金属細線(8)及び第３の上面電極(16b)とストラップ片(17)とを接続する金属細線(8)の図示を省略する。
本実施の形態では、電力用半導体素子(5)の第１の上面電極(15a)とリード端子(3a)とを電気的に接続するリード部材を金属細線(8)よりも断面積の広い金属ストラップ(7)により形成するので、電力用半導体素子(5)の大電流を電力損失を少なく良好にリード端子(3a)に流すことができる。また、金属ストラップ(7)の上面(7a)に金属細線(8)を接続して、単一のリード端子(3a)の小さい接続領域に異なる材質の金属ストラップ(7)及び金属細線(8)を積重して接続することができるので、金属ストラップ(7)及び金属細線(8)を接続するリード端子(3a)の平面面積を減少して、リードフレーム組立体(1)を小型化することができる。
リードフレーム組立体(1)は、例えば、周知のトランスファモールド法により、図１の破線に示すように、支持板(2)、各半導体素子(5,6)、金属ストラップ(7)、金属細線(8)及びリード端子(3)の端部がエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂から成る樹脂封止体(11)により被覆される。連結細条(18)等の不要部を除去して、各リードフレーム組立体(1)を個別化することにより、ハイブリッドＩＣ（集積回路）等の樹脂封止型電子部品としての半導体装置(10)が形成される。
本発明の実施の態様は前記実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。図示しないが、例えば、複数の金属ストラップ(7)又は３個以上の半導体素子(5,6)を有するリードフレーム組立体(1)を本発明により形成してもよい。また、金属ストラップ(7)の上面(7a)に複数の金属細線(8)を接続してもよい。金属ストラップ(7)は、平坦な板状に形成するが、中央部が上方に湾曲するアーチ状の金属ストラップ(7)を形成してもよい。金属ストラップ(7)は、リード端子(3a)のパッド部(13)に固着される端部が平坦に形成されるため、ワイヤボンダにより金属ストラップ(7)の平坦な端部に金属細線(8)を接続することができる。電子部品は、半導体素子(5,6)に限定されず、支持板(2)の主面(2a)に配置され且つ上面電極を有する回路基板も包含する。また、金属ストラップ(7)は、リボン状、テープ状及び矩形の板状に形成された金属部材も包含する。
本発明は、異なる材質の複数のリード部材により、電子部品の複数の電極と単一のリード端子とを接続するリードフレーム組立体及びそのリードフレーム組立体を使用する半導体装置に良好に適用できる。
本発明の実施の形態を示すリードフレーム組立体の平面図 図１の断面図 図１の部分拡大断面図 従来のリードフレーム組立体を示す平面図
符号の説明
(1)・・リードフレーム組立体、 (2)・・支持板、 (2a)・・主面、 (2b)・・縁部、 (3,3a,3b,3c)・・リード端子、 (5)・・電子部品（電力用電子部品、電力用半導体素子）、 (6)・・電子部品（小信号用半導体素子）、 (7)・・金属ストラップ（リード部材）、 (7a)・・上面、 (8)・・金属細線（リード部材）、 (10)・・半導体装置、 (11)・・樹脂封止体、 (13)・・パッド部、 (13a)・・上面、 (14)・・接続面、 (15,16)・・電極、 (15a)・・第１の上面電極（第１の電極）、 (16a)・・第２の上面電極（第２の電極）、 (17)・・ストラップ片、 (19)・・リードフレーム、

Claims (2)

  1. 支持板と、該支持板の主面に固着される第１及び第２の電子部品と、前記支持板の縁部側に並列に配置され且つニッケルを主成分とする同一の金属により形成される接続面をそれぞれ有する複数のリード端子と、前記第１の電子部品の第１の上面電極に接続される第１の端部及び前記複数のリード端子の１つの前記接続面に接続される平坦な第２の端部を有し且つアルミニウムを主成分として形成される金属ストラップと、前記第２の電子部品の第２の上面電極に接続される第１の端部及び前記金属ストラップの平坦な第２の端部に前記接続面上で接続される第２の端部を有し且つ金を主成分として形成される金属細線とを備え、
    前記第２の電子部品の第２の上面電極と前記リード端子の１つとを前記金属細線により電気的に接続し、
    前記金属ストラップと前記リード端子の１つの接続面との間の接続強度及び前記金属細線と前記金属ストラップとの間の接続強度は、前記金属細線と前記リード端子の１つの接続面との間の接続強度よりも高いことを特徴とするリードフレーム組立体。
  2. 前記複数のリード端子の残りのパッド部は、ニッケルを主成分として形成される上面と、アルミニウムを主成分として形成され且つ前記上面に固着されるストラップ片とを有し、
    金を主成分として形成される他の金属細線により、前記第２の電子部品の第３の上面電極と前記ストラップ片とを接続する請求項１に記載のリードフレーム組立体。
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