JPS602777B2 - 電子装置用リ−ドフレ−ム - 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に使用
されるリードフレーム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外部引
き出しリードに制約をうけ、多ピン化を計ることが困難
であった。

本発明は、特に電力用電子装置の組立に適した新規なり
ードフレームを提供せんとするものである。

以下、本発明のリードフレームを用いた電力用電子装置
の組立技術の具体的実施例について詳細に説明する。

それによって本発明にかかる具体的目的、特徴および作
用効果が理解されよう。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
１針固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１．２６柳幅８肋１個あたりの
長さ３仇帆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
を主板とするクラッド板が利用される。

そして上記フランジの表面には防鮫その他の目的により
。ニッケルその他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。フランジ
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、外部放熱体とフランジ
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ち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関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幅の突起
部５はタブリード挿入部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であって
、図では小なる圧力でかしめっけられるタブリード挿入
部、中央部で分離されているが、同図中タブリード挿入
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は閉孔スリットとなる。

また上記タプリード挿入部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ー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−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４．５収め程度の溝である。

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とと
が一定の位置関係に３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
位暦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５〃のニッケル被膜９を３例えばメッキに
より形成し、さらに上記秦子取付位置８におけるニッケ
ル被膜９上に例えば５００ムの銀箔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４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２０
０ｒ〜１２００仏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４．５肋×４．５脚程度
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フ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１ム〜１０ｒ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池クロム、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１
１，１２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１０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Ｌ他の多くの場
合にも利用し得る。

すなわち、フランジ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他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
た他の有効な方法として銅フランジ１素子取付位置８に
銭箔１０を袷間圧綾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
がって上記抵抗熔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と銅フランジ
１との他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であり、
さらに他の方法としてはろう村を介して接続する方法お
よび介在物全体を溶融せ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温度で加熱接
続する方法があり、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をろう姿によって取
り付けた縦断面図を示すものであって、素子１３として
Ｓｊを基体とする２．５肌×２．０肌の大きさの電力増
幅用半導体集積回路素子が用いられ、その一主表面が金
シリコン共晶ろう材１４によって約４４ぴ０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。

また上記ろう接による接続にか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Ｚ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ろう酸が優れている。上記素子の
他の一主表面には図示されていないが、Ｓｊ０２，Ｓｉ
３Ｎ４等の有孔絶縁膜と、半導体内部に形成されたトラ
ンジスタ、ダイオード、抵抗等の露Ｚ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
ヤ一を接続するため素子の周辺部に位置する電極素子と
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０．２５側
電子装置１個あたりの長さ３．仇帆の帯状の金属板より
なり、それに写真処理をほどこしこれによって形成され
た耐員虫性マスクを用いてエッチング処理をほどこす所
謂ホトェ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。

他の方法としてはプレス打ちぬきおよび成形プレス成形
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ＩＭ固連
続した形で作る場合は、かかるリードフレームも１針固
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、ホトェッチング技術を利用する場合は上記一運のフ
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点鎚線１５で包囲された部分）に
位置するりード部分（内部リード部）を示し、その先端
は上記素子取り付け位置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）を示す。

ここで注目されることは、外部リード部の長さが交互に
異なり、そしてそのフレーム２０の外枠２０ｂに対して
連結していないもの（２１ｂ，，２１ｂ３，２１ｂ５）
とがあることである。外部リード部の長さを交互に異な
らせているのは、後述するようにＩＪ−ドを折り曲げて
ほぼ同じ高さのりード配列群を２列とした電子装置を得
るためである。外部リード部２１ｂ２，２１はの先端は
外枠２０ｂに連結され、組立時にその先端が折り曲がる
のを防止している。一方、外部リード部２１０，２１は
，２１ｂ５の先端は自由端となっているがリード長が短
いことや外部リード部２１ｂ２，２１ｂ４等によって取
り囲まれていることから、その先端は折り曲がり０にく
し、。したがって、このリードフレームを用いた鰭子装
置の組立は自動化を計りやすくなる。上記多数の外部リ
ード部２１ｂの間はリードフレーム２０の１部を構成す
るりード保持部２２ａ，２２ｂ（総称して２２とする）
によって連結夕されており、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、内部リード部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０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とめの目的をかねさ
せることから重要な意味をもつ。また外部リード部２１
ｂがリード線としての形をもつ本例において２つのりー
ド保タ持部材２２ａ，２２ｂの幅が互に異なっているの
はリードフレーム２０の表裏を十目して明確化し、かつ
幅の広い方２２ｂはモールド材注入用パイプ（ラン内一
）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４０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りード部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‘こよって外部リード部２
１ｂを包囲する如く形成したものであり、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Ｙ必要な変形が防止される
。リードフレーム２川こ形成された孔２３は後に行なわ
れる組立、リード部保持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はタプリード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とフランジーの主面とＩＪ
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２５ａ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
の黍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の輪郭を形づくる切り込み孔２１を第
６図に示すように上記部内リード部２１ａを形成するホ
トェッ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を折り曲げればよい。

さらに他の方法としてプレス打ちぬ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。このようなりードフ
レームはリード線のソルダビリティーを高め、また後記
する素子リードフレーム間のワイヤーボンデイングの接
続を良好ならしめ、かつ防蝕の目的で例えば１ム以上の
厚さの銀〆ッキが施される。かかる銀〆ツキ処理はホト
ェツチング処理を利用する場合はエッチング後ただちに
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夕ブリード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群の中心２７（素子取付位置８の中心
と合致する）との１」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２６ａ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２煩ａ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図は上託りードフレ
ーム２０の上記タプリード形成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
のタプリード２５ａ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てあ
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。さらにタプリード２５とそれと連な
るリードフレーム２０の主面部分２８とのなす角度３０
は９０ｏより若干大きく１８０ｏ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の接続ば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
の他コバール、鉄ニッケル合金、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２
５ａと同一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２６ａ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１」−ドフレーム２０とフ
ランジとの間隔を一定に制御する他の方法としては、上
記フランジの下に平担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
ようになる方法がある。上述のようにして得られたりー
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のタプリード挿入部４に挿入する。

このときタブリード２５ｂは上記フランジの上面に接し
Ｌ フランジリードフレーム間の間隔を一定に親定する
。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の幅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
け位置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の先端部の幅はそれより充分小
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と素子取り付け部８との位置関係は上記
タブリード２５ａ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を変形させてタ
プリードをスリット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て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２５
ａをスリット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２５
ａ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てある点で
あり、これによって、かしめ圧力を低減でき、かつ切断
可能な幅が大きくとれる。第１１図は素子１３の一主表
面に位置する電極端子と内部リードブ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５０〆？程度の金、アルミニウム等
のコネクタワィャであり、その材質は電極端子および内
部リードブ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、
内部リードブ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、金が通しており、超音波溶
接による場合はアルミニウムが適している。上述の如き
ワイヤーボンディングにおいては内部リードブ２ｌａと
コネクタワィヤ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ブ２１ａが曲
がる。一方熱圧着による場合内部リードブ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該部を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、鋼等の熱伝導良好な金属スべ−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
せボンディング後とりさる如く成せばよい。このとき上
記金属スベーサ３３を加熱しておけば内部リード部２１
ａ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ベーサをフランジ１と
りードフレームとの接続以前に銀箔１０１こよって位置
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
状態となしたもおである。いずれの場合においても上記
加熱はフランジの載層台３４を加熱体とするのが簡単で
あるから上記スベーサ３３を熱伝導の良好な金属または
アルミナセラミツクス，ベリリァ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。さらに他の例によれ
．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
の先端をフランジ１または銀箔上に接触せしめて該部を
加熱してコネクタワィャを接続し、その後内部リード部
２１ａの弾性を利用して第１３図ｂ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
ｂに示すように内部リード部２１ｂがもとの位置に復帰
するときにコネクタワィャ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ィャ３２に充分な
タワミを設けておいてコネクタワィャを第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ヘ
コネクタワィヤ３２の接続を行ない、内部リード部２１
ａがもとの位置に復帰したのち素子１３の電極端子にコ
ネクタワィャを接続するようにしてもよい。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ａ，ｂに示すように上託りードフレーム２０１こ
おける幅の広い方のり‐ド保持部２２ｂを底とするレジ
ン注入パイプライン（ライナー）３６を構成せしめ、レ
ジン等の封入材を注入せしめ、レジンの固化後モールド
拾具を取りはずし、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
は該部も切断し、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、封止部村（
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のリード群をなすりード間に
おいて封止体３７より遠ざけて曲げられた他の列をなす
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、さらに実装時のり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面縦断面図、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１
５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他の一例を示す斜視図
である。 １：フランジ本体、２：モールド材流れ防止用切り込み
部、３：ボルト通し孔、４：タブリード挿入部「 ５：
タブリードおさえ部、６：タブリードおさえ部に加える
圧力の方向に加える圧力の方向、７：素子取り付け位置
を示す溝、８：素子取り付け位置、９：ニッケル被膜、
１０：銀箔、１１：電気溶接用電極、亀２：電気溶接用
電極、１３：電子素子、１４：金・シリコン共晶ろう材
、１５：封止体の境界線、１６：タブ挿入部の長さ、２
０：リードフレーム、２１：リード線、２１ａ：内部リ
ード部、２１ｂ，，２１ｂ２，２１Ｇ，２１ｂ４，２１
は：外部リード部、２２：リード保持部、２２ａ：幅の
狭いリード保持部、２２ｂ：幅の広いリ−ド保持部、２
３：ガイド孔、２４：夕ブ形成用切り込み孔、２５：タ
ブリード、２６：タブリード側端、２７：内部リード部
群の中心、２８：リードフレームの一主面、２９リード
フレームの一主面と直交する一基線、３０：リードフレ
ームとタブリードとの成す角、３１：タフリード２５ａ
の幅、３２：コネクタワィャ、３３：スベーサ、３４：
フランジ戦暦台、３５：キヤピラリ、３６：レジン注入
パイプライン、３７：レジン等の封止材。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第８図 第９図 第７図 第１０図 第１１図 第１２図 第１３図 第１４図 第１５図 第１６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数の外部リードとなるべき部分を有し、それらリ
   ード部分は先端がフレーム部の外枠に連結している長リ
   ードと連結していない短リードとからなることを特徴と
   する電子装置用リードフレーム。