JPS5810861B2 - 電子装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置、集積回路装置等の電子装置、特に
その組立技術に関するものであり、電力用電子装置の製
作に有効に利用し得るものである。

一般に電力用の電子装置は、小信号用の電子装置と異な
り、大きな放熱用フランジを必要とすることから素子、
フランジ、リード線相互間の組立が複雑となり、またレ
ジン等によりモールド封止等の封止に際してもモールド
型が複雑となり、それがため小信号用電子装置に比べそ
の工業化が遅れている。

したがって本願は電力用電子装置を工業化するに有効な
いくつかの新規な技術を提供せんとするものである。

以下それらの技術を具体的実施例について詳細に説明す
る。

それによって本願にかかる多くの発明の具体的目的、特
徴および作用効果を理解されよう。

特に、本願発明では、レジン等の封止体より導出する外
部リード部の先端を所望形状に折り曲げプリント基板の
孔に挿入しやすい構造の電子装置を提供するものであっ
て、その特徴とするところは、その−主面に電極端子を
有する電子素子と、その電子素子の周辺に位置し、かつ
互いに一平面に沿って配列されているところのそれぞれ
が内部リード部と外部リード部とを構成すべく複数のリ
ードと、上記電極端子と上記リードとを電気的に接続し
ているコネクタワイヤと、その電子素子、コネクタワイ
ヤおよび内部リード部を封止する封止体とを有し、上記
外部リード部は２つのリード群配列をなすように折り曲
げられている点にある。

かかる構成にすれば、後述しである第１６図を用いた説
明より理解される如く、プリント基板への実装が極めて
容易となる。

第１図は電子素子を取り付けるためのフランジの上面図
を示し、また第２図はその縦断面図を示すものであって
、板状体をプレスにより打ちぬくことによって作られる
。

工業的には、例えば電子装置１０個分のフランジが一連
に一体化された形で製造される。

図中１は例えば厚さ１．２６ｍｍ巾８ｍｍ１個あたりの
長さ３０ｍｍの大きさのフランジ本体を示し、該フラン
ジに接続される素子において生じた熱を有効に外部に放
散させるものであるから、熱伝導の良好な銅、アルミニ
ウム、またはそれらを主体とする合金、さらには上記の
物質を主板とするクラツド板が利用される。

そして上記フランジの表向には防蝕その池の目的により
、ニッケルその池のメッキ層を形成することは有効なこ
とであり、このことは後に詳細に説明される。

７ランジ１に対し形成された切り込み部２は後に行なう
モールド封止工程において溶融状態のモールド材料が不
必要な部分に流れ出るのを防止するために形成されたモ
ールド材流れ防止用切り込みである。

孔３は電子装置が完成された時、外部放熱体と７ランジ
とを密着させるためのボルト通し孔であり、それによっ
て熱放散を著しく大ならしめることが可能となる。

４は後に説明されるリードフレームのタブリードを挿入
するために形成された開孔スリット状タブリード挿入部
である。

該タブリード挿入部４の外まわりを構成する細巾の突起
部５は上記タブリード挿入部４内に位置するタブリード
をかしめ付けるために形成されたタブリードおさえ部で
あって、図では小なる圧力でかしめつけられるようにタ
ブリード挿入部、中央上部で分離されているが、同図中
サブリード挿入部４の上部左右に形成されたタブリード
おさえ部５はタブリード挿入部中央上部で連結された形
であってもよく、その場合タブリード挿入部４は閉孔ス
リット状となる。

また上記タブリード挿入部４はフランジの長さ方向（図
中左右の方向）と同一の方向に長く形成されているが、
それは突起部５をかしめることによってタブリードをお
さえ付ける場合に矢印６の方向から力を加えればよく作
業上有効であり、またタブリード挿入部４が図中上下方
向に一対形成せしめたのはかしめ付けによる圧力により
、リードフレームとフランジ１との位置関係に誤差を生
じさせないため、およびかしめ付けに際し、リードフレ
ームの弾性を有効に利用するためであり、これらの目的
を考慮しなければタブリード挿入部の長さ方向を例えば
フランジの長さ方向に直交するが如き方向に変えてもよ
く、またタブリード挿入部を１つにしてもよい。

溝部７は素子を取り付けるべき位置８を規定するために
形成された４、５ｍｍφ程度の溝である。

以上フランジ本体は一回のプレス加工により製作するこ
とができ、少なくとも溝７はタブリード挿入部４を形成
するためのプレス型と一体的に構成されることが望まし
い。

すなわち素子取付位置８とタブリード挿入部４とが一定
の位置関係に規定され、したがってタブリード挿入部４
によって保持されるリードフレームと素子取付位置８と
の位置関係が正確に規定されるからである。

第３図は上記第１図、第２図に示されたフランジ本体１
の表面に例えば５μのニッケル被膜９を例えばメッキに
より形成し、さらに上記素子取付位置８におけるニッケ
ル被膜９上に例えば５００μの銀箔１０を電気溶接によ
って接続した状態を示す縦断面図である。

特に上記素子がトランジスタ等の半導体素子または半導
体集積回路素子のような場合、銅、アルミニウム等のフ
ランジ表面に直接素子を取り付けることは望ましくなく
、一方２００μ〜１２００μ程度の銀を介在させればフ
レームの素子に対する影響はなく、熱放散も著しく良好
となり、また銀は軟質金属であることから４．５ｍｍ×
４．５ｍｍ程度のかなり大なる素子を取り付けても熱歪
による素子の破損は生じないから素子と７ランジとの間
の介在物１０としては極めて有力なものである。

また１μ〜１０μ程度のニッケル被膜９の介在は、フラ
ンジの防蝕被膜として作用し、さらにフランジ１と介在
物１０との電気溶接における抵抗材としても作用し、上
記介在物１０とフランジ本体との間を強力に接続する。

上記抵抗材として作用するものとしてはニッケルの他ク
ロム、モリブデン、タングステンさらにはそれらの合金
またはそれらと他の金属との合金等があり、同様に利用
し得る。

なお同図中１１，１２は電気溶接用電極の一部を示す。

上述の如く素子とフランジ１との間に銀箔等の介在物１
０を必要とする場合、まず介在物１０とフランジ１との
間を電気溶接により接続することは有力な方法であり、
池の多くの場合にも利用し得る。

すなわち、７ランジ１またはその表面のニッケル等の被
膜および介在物１０の接触表面のみが溶融するように抵
抗溶接すれば介在物の池の面すなわち素子を取り付ける
べき平坦面をそのまま維持でき、後に行なわれる素子の
取り付けを全面にわたって均一に行なうことができ、ま
た電気溶接は極部発熱によるものであり、上記溶接部以
外の部分の変質をおさえることができるからである。

また池の有効な方法として鍋フランジ１素子取付位置８
に銀箔１０を冷間圧接により接続する方法があり、かか
る方法によれば銀およびフランジ等は変質せずまたその
表面も全面平坦に加圧されるから平坦度は阻害されずし
たがって上記抵抗溶接の場合と同様の利点を有する。

この場合ニッケル被膜９の形成は、冷間圧接後、上記銀
箔をレジン等の耐蝕性物質により保護した状態でメッキ
により行なうのが望ましい。

上記銀箔１０と銅７ランジ１との池の有効な接続方法と
しては銀と銅との界面における共晶を利用して比較的低
温で接続する方法があり、さらに池の方法としては鑞材
を介して接続する方法および介在物全体を溶融さしめて
接続する方法等があるが、これらの場合後に行なわれる
素子取付湯度以上で加熱接続する必要があり、フランジ
１、介在物１０の変質防止に充分な考慮をはらうべきで
ある。

第４図は上記銀箔１０上に素子１３を鑞接によって取り
付けた縦断面図を示すものであって、素子１３としてＳ
ｉを基本とする２、５ｍｍ×２．０ｍｍの大きさの電力
増巾用半導体集積回路素子が用いられ、その一生表面が
金シリコン共晶鑞材１４によって約４４０℃で上記平坦
な銀箔１０の平坦な面に均一にろう接されている。

また上記鑞接による接続にかわる方法として銀金等の導
電性粉末を含む導電性接着材が利用でき、その場合加熱
を必要としないから作業は容易であるが熱抵抗、機械的
強度の面からは鑞接が優れている。

上記素子の池の一生表面には図示されていないが、Ｓｉ
Ｏ２゜Ｓｉ３Ｎ４等の有効絶縁膜と、半導体内部に形成
されたトランジスタ、ダイオード、抵抗等の電子素子か
ら上記孔を通して上記絶縁被膜上に延在する配線路と、
後にワイヤーを接続するため素子の周辺部に位置する電
極端子とが形成されている。

上記銀箔、素子のフランジへの接続はかならずしも上記
工程において行なう必要はなく、例えば、上記フランジ
に対しリードフレームを接続した後において行なっても
よい。

第５図はリードフレーム２０を示す上面図であり、例え
ば、リン青銅の如く適度の弾性をもった厚さ０．２５ｍ
ｍ電子装置１個あたりの長さ３０ｍｍの帯状の金属板よ
りなり、それに写真処理をほどこしそれによって形成さ
れた耐蝕性マスクを用いてエツチング処理をほどこす所
謂ホトエツチング技術およびプレス成形加工技術を用い
て作ることができる。

池の方法としてはプレス打ちぬきおよびプレス成形技術
を用いて作ることができる。

いずれの場合においても前記フランジの場合と同様例え
ば電子装置を１０個連続した形で作る場合は、かかるリ
ードフレームも１０個分が一連に接続された状態のもの
を製作する必要があるが、ホトエツチング技術を利用す
る場合は上記一連のフレームを同時に１回の処理で作り
、プレス成形加工も同時に１回で処理することができる
が、プレス打ちぬきおよびプレス成形技術においては、
プレス型が複雑となるから多連のプレス型を利用して１
回のプレスで同時に処理せず１組のプレス型で連続的に
打ちぬいて行き一連のフレームを作るのが望ましい。

図中２１ａは後で説明される封止体内（図中２点鎖線１
５で包囲された部分）に位置するリード部分（内部リー
ド部）を示し、その先端は上記素子数り付は位置８の外
周にほぼ一致するように形成するとよい。

２１ｂは封止体外部に導出させるリード部分（外部リー
ド部）を示し、同図においてはリードとしての形状を示
しているが、かならずしもかかる形状をもつ必要はなく
一半板状としておき、封止後の打ちぬきによりリードと
しての形状となしてもよい。

以上リード部２１ａ、２１ｂは完成品において一体とな
ったリード線２１を構成する。

上記多数の外部リード部２１ｂの間はリードフレーム２
１の１部を構成するリード保持部２２ａ２２ｂ（総称し
て２２とする）によって連結されており、リード保持部
２２の位置は少なくとも外部リード部２１ｂであればど
こでもよく全部であってもよいが、内部リード２１ａの
機械的保持の目的から少なくともその一部を封止部の境
界線１５になるべく近く形成することが望まれる。

特にレジン等のトランスファーモールド（射出成形）に
よる封止を採用する場合においては封止材の流れどめの
目的をかねさせることから重要な意味をもつ。

また外部リード部２１ｂがリード線としての形をもつ本
例において２つのリード保持部２２ａ、２２ｂの巾が互
に異なっているのはリードフレーム２０の表裏を一目し
て明確化し、かつ巾の広い方２２ｂはモールＦｉｔ注入
用パイプ（ランナー）の一部を構成せしめるためである
。

また本例においてはリード部２１ｂの先端を先細に形成
し、プリント基板等への挿入を容易にしたためリード部
２１ｂに対し外界から不必要な機械的作用を受けやすく
、それを防止するためリードフレーム２０によって外部
リード部２１ｂを包囲する如く形成したのであり、これ
によって装置として完成するまでの各工程および各工程
間の運搬においてリード部２１ｂの不必要な変形が防止
される。

リードフレーム２０に形成された孔２３は後に行なわれ
る組立、リード保持部切断およびモールド時の位置合せ
用ガイドとして利用されるガイド孔である。

孔２４はタブリード２５を形成するために形成されたタ
ブリード孔であり、このタブリード２５はフランジ１に
接続するためのタブリード２５ａとフランジ１の主面と
リードフレームの主面との間隔を一定に保つためのタブ
リード２５ｂとを有し、特にタブリード２５ａと内部リ
ード部２１ａとの位置関係を一定に保つことがフランジ
１の素子取付位置とを合せる上で重要であり、そのため
上記タブリード２５の輪郭を形ずくる切り込み孔２４を
第６図に示すように上記内部リード部２１ａを形成する
ホトエツチング処理で同時に形成してその位置関係を一
定に規定しておき、つぎにプレス成形によりタブリード
とすべき部分２５をおり曲げればよい。

さらに池の方法としてプレス打ち抜きおよびプレス成形
技術により同時または順次に内部リード部２１ａおよび
タブリード２５を形成すればよい。

このようなリードフレームはリード線のソルダビリティ
−を高め、また後記する素子リードフレーム間のワイヤ
ーボンディングの接続を良好ならしめ、かつ防蝕の目的
で例えば１μ以上の厚さの銀メッキが施される。

かかる銀メッキ処理はホトエツチング処理を利用する場
合はエツチング後ただちに行なうかまたはプレス成形後
行なえばよく、また全てプレスで行なう場合にはプレス
前後いずれでもよい。

また上記目的を達成するための材料としては金があるが
、高価であり、工業的には銀が好ましい。

上記のいずれの方法によってもリードフレーム２０の長
さ方向（図中左右の方向）と同じ方向にそってタブリー
ド２５ａを曲げるようにした場合にはタブリード２５ａ
の一側端２０と内部リード部２１ａ郡の中心２７（素子
取付位置８の中心と合致する）とのリードフレーム２０
平面上での長さ方向の距離Ｗが上記タブ２５ａの曲げ成
形前後において全く変動しないということは重要なこと
であり、それによって極めて精度の高い位置関係を保つ
ことができる。

そしてかかるタブリード２５ａは原理的には一連のリー
ドフレームに対し１個所あればその基本的目的を達成す
ることができる。

第７図および第８図は上記リードフレーム２０の上記タ
ブリード成形部を拡大して示す斜視図およびそのＢ−Ｂ
縦断面図であってリードフレーム２０の主面２８と直交
する一基線２９に対し互に対称な一対のタブリード２５
ａを有し、リードフレーム２０の長さ方向と直交する方
向の位置ずれが生じないようにしである。

そしてこの場合上記タブリード２５ａが一連のリードフ
レームに対し一対であれば原理的にはその基本目的を達
することができる。

さらにタブリード２５とそれと連なるリードフレーム２
０の主面部分２８との成す角度３０は９０°より若干大
きく１８０°より充分小さく形成されており、これとリ
ードフレーム２０の弾性によってフランジ１との接続を
強固なものとすることができる。

またタブリード２５ａの先端はさらに外方に曲げられて
いるがこれは上記フランジ１との接続さらに強固なもの
とするためであり、また上記タブリード２５ａの先端を
フランジ１における一対のタブリード挿入孔４のそれぞ
れほぼ中心に位置するようにすればフランジ１に対する
リードフレーム２０の接続は極めて容易なものとなる。

上述の如く弾性を利用する場合の材質としてはリン青銅
の池コバール、鉄ニツケル合金、ニッケル等が利用し得
る。

またタブリード２５ｂはかならずしもタブリード２５ａ
と同一の部分に形成する必要はないがプレス成形型を簡
単化する上において同一部分の方が有効であり、またタ
ブリード２５ａをフランジ１にかしめ付けるときの応力
が内部リード部２１ａ等へ達しないよう補強する意味に
おいてタブリード２５ａの両側にそれと一体に形成する
ことは有効である。

さらにリードフレーム２０と７ランジとの間隔を一定に
制御する池の方法としては、上記フランジの下に平坦に
してフランジと密着する治具をおき、その面に対し、タ
ブリード２５ａの先端が接するように成す方法がある。

上述のようにして得られたリードフレーム２０のタブリ
ード２５ａを素子１３を取り付けたフランジ１のタブリ
ード挿入部４に挿入する。

このときタブリード２５ｂは上記７ランジの上面に接し
、フランジリードフレーム間の間隔を一定に規定する。

一方リードフレームのタブリード２５ｂの先端と同じ高
さにおけるタブリード２５ａ巾３１はタブリード挿入部
４の長さ１６とほぼ同一とすればよくその差はリードフ
レーム２０の内部リード部２１ａ先端と素子取り付は位
置８との間で許容される値以内に定められるべきであり
、タブリード２５ａの先端部の巾はそれより充分小さく
しておいてタブリード挿入部４への挿入をスムーズにす
るとよい。

前述した如く考慮をはらって作られリードフレーム２０
およびフランジを用いた場合上記の内部リード部２１ａ
と素子取り付は部８との位置関係は上記タブリード２５
ａの挿入のみによって一義的に決定される。

上述の如く位置合せされた後第１図に矢印６で示す方向
より圧力を加えタブリードおさえ部５を変形させてタブ
リードをスリット４内に固定させる。

このとき第９図に断面図にて示す如く矢印６の方向の圧
力によってタブリード２５ａがスリット内の上部および
下部に接し、さらに加圧されしかもリードフレームには
ある程度の弾性をもたせであるから両者の接触は極めて
強固なものとなる。

第１０図は上述したタブリード２５ａをスリット４内に
おいてかしめ付けした状態を示す要部上面図であり、こ
こで注意すべき事項はタブリード２５ａの中央部すなわ
ち本例ではタブリードおさえ部５の先端部のみによって
かしめ付けが行なわれている点であり、封止後上記かし
め付が行なわれているスリット４の中央部のみでフラン
ジの切断を行なう如く成しである点であり、これによっ
て、かしめ圧力を低減でき、かつ切断可能な巾が大きく
とれる。

第１１図は素子１３の一生表面に位置する電極端子と内
部リード部２１ａとの間をワイヤーボンディングにより
電気的に接続する一例を示している。

図面中３２は例えば５０μφ程度の金、アルミニウム等
のコネクタワイヤであり、その材質は電極端子および内
部リード部２１ａの先端表面材質および接続技術によっ
て種々選択され得る。

例えば電極端子がアルミニウム、内部リード端子２１ａ
の先端表面材質が銀で、接続技術が熱圧着法にである場
合には、金が適しており、超音波溶接による場合はアツ
ベニウムが適している。

上述の如きワイヤーボンティングにおいては内部リード
部２１ａとコネクタワイヤ３２との接続において多少な
りとも圧力を加える必要があり、そのため内部リード部
２１ａが曲がる。

一方熱圧着による場合内部リード部２１ａの先端および
素子電極を３５０℃程度に加熱する必要があり、また超
音波溶接においても核部を１００℃程度に加熱しておく
ことが望ましい。

このために第１１図ａ、ｂに示す如く鉄、銅等の熱伝導
良好な金属スペーサ３３をフランジの長さ方向と直交す
る方向より介入せしめ、介在させボンディング后とりさ
る如く成せばよい。

このとき上記金属スペーサ３３を加熱しておけば内部リ
ード部２１ａを直接加熱することもできる。

また第１２図においてはセラミックリング等の絶縁物ス
ペーサをフランジ１とリードフレームとの接続以前に銀
箔１０によって位置定めして介在させておき完成後もそ
のまま付けたままの状態となしたものである。

いずれの場合においても上記加熱はフランジの載置台３
４を加熱体とするのが簡単であるから上記スペーサ３３
を熱伝導の良好な金属またはアルミナセラミックス、ベ
リリア磁器の如き熱伝導の良好な絶縁物であることが好
まれる。

さらに池の例によればキャピラリ３５により、コネクタ
ワイヤ３２を電極端子に接続し、次に第１３図ａに示す
ように内部リード部２１ａの弾性を利用して接続時に内
部リード部２１ａの先端を７ランジ１または銀箔上に接
触せしめて核部を加熱してコネクタワイヤを接続し、そ
の後内部リード部２１ａの弾性を利用して第１３図すに
示すようにもとの位置に復帰せしめることにより実施す
ることができる。

この場合素子１３に対する接続を先に行なうと第１３図
すに示すように内部リード部２１ｂかもとの位置に復帰
するときにコネクタワイヤ３２を上方に引くという問題
があり、その対策としてはコネクタワイヤ３２に充分な
タワミを設けておいてコネクタワイヤを第１３図ａに示
す如く接続する。

または、はじめ内部リード部２１ａへのコネクタワイヤ
３２の接続を行ない、内部リード２１ａかもとの位置に
復帰したのち素子１３の電極端子にコネクタワイヤを接
続するようにしていもよい。

つぎに上記により組立の完了したものをモールド型内に
おさめ、第１４図ａｙｂに示すように上記リードフレー
ム２０における巾の広い方のリード保持部２２ｂを底と
するレジン注入パイプライン（ランナー）３６を構成せ
しめ、レジン等の封人材を注入せしめ、レジンの固化後
モールド治具を取りはずし、リード保持部２２および外
部リード部２１ｂの先端がリードフレーム２０に接して
いる場合は核部も切断し、前述の如くフランジ１を各装
置毎に切断すれば第１５図に示す如き構造物が得られ、
これをさらに適当におりまげれば第１６図に示すように
プリント基板の孔にリード部２１を挿入しやすい構造と
することができる。

すなわち、第１６図に示されているように、封止材（封
止体）３７より導入している外部リード部２１は、封止
体３７より近接して折り曲げられた一つの列をなす第１
のリード群と、その第１のリード群をなすリード間にお
いて封止体３７より遠ざけて折り曲げられた池の列をな
す第２のリード群とより成っている。

このことより、実質的にリード間隔は充分大きくなり、
かつ安定しているため図示されていないが、プリント基
板への実装が容易となる。

そして、さらに実装時のリード間ショートも防止できる
などのすぐれた効果をもたらす。

【図面の簡単な説明】

第１図はフランジを示す上面図、第２図は第１図におけ
るＡ−Ａ面縦断面図、第３図は第２図におけるフランジ
にニッケル被膜を形成し、かつ銀箔を接続する状態を示
す縦断面図、第４図は第３図に示すフランジに電子素子
を接続した状態を示す縦断面図、第５図はリードフレー
ムを示す上面図、第６図はリードフレームを製作する一
工程におけるリードフレームの一部を示す拡大図、第７
図および第８図はそれぞれリードフレームの一部を拡大
して示す斜視図およびＢ−Ｂ面１縦断向図、第９図およ
び第１０図はそれぞれリードフレームとフランジとの接
続状態を示す断面図および上面図、第１１図ａはリード
フレームと素子との間を電気的に接続する状態を示す平
面図、第１１図ｂ、第１２図および第１３図ａ、ｂはい
ずれもリードフレームと素子との間を電気的に接続する
状態を示す断面図、第１４図ａ、ｂはそれぞれレジン注
入パイプラインの位置を示す上面図および側断面図、第
１５図は完成された電子装置の一例を示す斜視図であり
、第１６図は完成された電子装置の池の一例を示す斜視
図である。 １はフランジ本体、２はモールド材流れ防止用切り込み
部、３はボルト通し孔、４はタブリード挿入部、５はタ
ブリードおさえ部、６はタブリードおさえ部に加える圧
力の方向、７は素子取り付は位置を示す溝、８は素子取
り付は位置、９はニッケル被膜、１０は銀箔、１１は電
気溶接用電極、１２は電気溶接用電極、１３は電子素子
、１４は金・シリコン共晶ろう材、１５は封止体の境界
線、１６はタブ挿入部の長さ、２０はリードフレーム、
２１はリード線、２１ａは内部リード線、２１ｂは外部
リード部、２２はリード保持部、２２ａは巾の狭いリー
ド保持部、２２ｂは巾の広いリード保持部、２３はガイ
ド孔、２４はタブ形成用切り込み孔、２５はタブリード
、２６はタブリード側端、２７は内部リード部群の中心
、２８はり一層フレームの一主面、２９はリードフレー
ムの一主面と直交する一基線、３０はリードフレームと
タブリードとの成す角、３１はタブリード２５ａの巾、
３２はコネクタワイヤ、３３はスペーサ、３４はフラン
ジ載置台、３５はキャピラリ、３６はレジン注入パイプ
ライン、３７はレジン等の封止材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ その−主面に電極端子を有する電子素子と、その電
   子素子の周辺に位置し、かつ互いに一平面に沿って配列
   されているところのそれぞれが内部リード部と外部リー
   ド部とを構成すべく複数のリードと、上記電極端子と上
   記リードとを電気的に接続しているコネクタワイヤと、
   その電子素子、コネクタワイヤおよび内部リード部を封
   止する封止体とを有し、上記外部リード部は２つのリー
   ド群配列をなすように折り曲げられていることを特徴と
   する電子装置。