(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リードフレームに形成されたダイパッドの裏面に放熱板を超音波接合した半導体装置において、
前記ダイパッドの表面には、超音波接合時の傷跡が、超音波の印加方向と直交する方向にのみ形成されていることを特徴とする放熱板を具備する半導体装置。
【請求項２】
前記傷跡は、前記ダイパッドの周縁部分又は四隅又は対向する辺側に形成されていることを特徴とする請求項１記載の放熱板を具備する半導体装置。
【請求項３】
リードフレームに形成したダイパッドを保持金具上に載置し、前記ダイパッド上に放熱板を位置決め載置し、押え金具を介して超音波ホーンを前記保持金具と対向状態に配置し、前記保持金具及び押え金具とにより前記ダイパッド及び放熱板を押圧しながら超音波を加えることによりダイパッドと放熱板とを接合するようにした放熱板の接合方法において、
保持面に滑り止め用溝群を超音波の印加方向と直交する方向にのみ刻設した保持金具によりダイパッド表面を保持しながら、超音波により放熱板をダイパッド裏面に超音波接合することを特徴とする放熱板の超音波接合方法。
【請求項４】
放熱板を保持金具上に載置し、前記放熱板上にリードフレームに形成したダイパッドを位置決め載置し、押え金具を介して超音波ホーンを前記保持金具と対向状態に配置し、前記保持金具及び押え金具とにより前記ダイパッド及び放熱板を押圧しながら超音波を加えることによりダイパッドと放熱板とを接合するようにした放熱板の接合方法において、
押圧面に滑り止め用溝群を超音波の印加方向と直交する方向にのみ刻設した押え金具によりダイパッド表面を保持しながら、超音波により放熱板をダイパッド裏面に超音波接合することを特徴とする放熱板の超音波接合方法。
【請求項５】
前記保持金具及び押さ金具の各滑り止め用溝の面粗さを、20〜30μｍとしたことを特徴とする請求項３又は４に記載の放熱板の超音波接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、放熱板を具備する半導体装置、及び放熱板の超音波接合方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、モータドライバ、音声増幅用パワーＩＣなどのように比較的に発熱量の大きな半導体素子を有する半導体装置では、半導体素子をダイボンディングするダイパッドに放熱用の金属板（以下放熱板という）を接合したものがあった。
【０００３】
接合に際しては接着剤を用いてもよいが、接着剤は耐熱性が高くないので半導体装置の組立工程において熱的制約を受けることが多く、超音波接合が好ましいとされている。
【０００４】
ここで、図１４を参照しながら、ダイパッドと放熱板とを超音波接合する一例を説明する。
【０００５】
先ず、リードフレーム（図示せず）に一体成形されたダイパッド１００  を裏返してリードなどとともに保持金具２００  上に載置し、さらに、同ダイパッド１００  に当接するように放熱板３００  を位置決め載置する。
【０００６】
放熱板３００  の上方に、超音波ホーン４００  に連設した押え金具５００  を介して前記保持金具２００  と対向状態に超音波ホーン４００  を配備する。
【０００７】
次いで、この押え金具５００  を降下して前記放熱板３００  を押圧し、この状態において押え金具５００  を介して超音波を加え、ダイパッド１００  と放熱板３００  との界面に超音波を作用させて両者を接合するものである。
【０００８】
前記保持金具２００  の上面及び押え金具５００  の下面には、ダイパッド１００  と放熱３００  の滑り防止のためにヤスリ目６００  を設け、ダイパッド１００  及び放熱板３００  を確実に保持可能としている。
【０００９】
上記の接合工程を経た後、ダイパッド１００  上に図示しない半導体素子をダイボンディングし、さらに、同半導体素子とリード端子とをワイヤボンディングして接続し、その後エポキシ樹脂などでモールドして放熱板３００  を具備する半導体装置が製造される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記した放熱板３００  の超音波接合方法では、ダイパッド１００  を裏返した状態で保持する保持金具２００  上面のヤスリ目６００  のために、ダイパッド１００  表面に施したメッキ層に深い傷がついていた。
【００１１】
このように、ダイパッド１００  表面のメッキ層に深い傷がついてしまうと、ダイボンディング時に半田の拡がり不良を発生するといった不具合を生じる。
【００１２】
そこで、前記ヤスリ目６００  をなくし、リードフレームの枠をピンで保持したりクランプする方法が採られてきたが、超音波の振動がピンやクランプ位置まで伝わりリードなどを破損したり、ダイパッド１００  と保持金具２００  との間に滑りが生じて接合が不安定となり、接合されてもその強度は低いものとなっていた。
【００１３】
本発明は、上記課題を解決することのできる放熱板を具備する半導体装置、及び放熱板の超音波接合方法を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
そこで、上記課題を解決するために、請求項１記載の本発明では、リードフレームに形成されたダイパッドの裏面に放熱板を超音波接合した半導体装置において、前記ダイパッドの表面には、超音波接合時の傷跡が、超音波の印加方向と直交する方向にのみ形成されていることとした。また、請求項２記載の本発明では、前記傷跡は、前記ダイパッドの周縁部分又は四隅又は対向する辺側に形成されていることにも特徴を有する。
【００１５】
また、請求項３記載の本発明では、リードフレームに形成したダイパッドを保持金具上に載置し、前記ダイパッド上に放熱板を位置決め載置し、押え金具を介して超音波ホーンを前記保持金具と対向状態に配置し、前記保持金具及び押え金具とにより前記ダイパッド及び放熱板を押圧しながら超音波を加えることによりダイパッドと放熱板とを接合するようにした放熱板の接合方法において、保持面に滑り止め用溝群を超音波の印加方向と直交する方向にのみ刻設した保持金具によりダイパッド表面を保持しながら、超音波により放熱板をダイパッド裏面に超音波接合することとした。
【００１６】
また、請求項４記載の本発明では、放熱板を保持金具上に載置し、前記放熱板上にリードフレームに形成したダイパッドを位置決め載置し、押え金具を介して超音波ホーンを前記保持金具と対向状態に配置し、前記保持金具及び押え金具とにより前記ダイパッド及び放熱板を押圧しながら超音波を加えることによりダイパッドと放熱板とを接合するようにした放熱板の接合方法において、
押圧面に滑り止め用溝群を超音波の印加方向と直交する方向にのみ刻設した押え金具によりダイパッド表面を保持しながら、超音波により放熱板をダイパッド裏面に超音波接合することした。
【００１７】
また、請求項５記載の本発明では、前記滑り止め用溝の面粗さを20〜30μｍとした。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明は、リードフレームに形成されたダイパッドの裏面に放熱板を超音波接合した半導体装置において、前記ダイパッドの表面には、超音波接合時の傷跡が、超音波の印加方向と直交する方向にのみ形成されていることとしたものである。本実施形態では、リードフレームに形成されたダイパッドを保持金具に形成した滑り止め用凹凸部により保持しながら放熱板を同ダイパッドに超音波接合し、その後、樹脂モールドした半導体装置としており、前記滑り止め用凹凸部により形成されるダイパッドの表面傷の面粗度を15μｍ以下及び／又は平均面粗さを2.0μｍ以下としている。
【００１９】
かかる面粗さとするための放熱板を超音波接合する方法を、本発明では以下のようにした。
【００２０】
すなわち、放熱板をダイパッドに超音波接合する場合、ダイパッドを保持する保持金具と、超音波ホーンに連設されて放熱板を押圧しながら超音波を伝達する押え金具が必要となるが、後工程でダイパッド表面に半導体素子を確実に取付けるために、ダイパッド表面に施したメッキ層には深い傷が付かないようにすることが望ましい。
【００２１】
他方、超音波接合を確実に行うためには、ダイパッドをしっかりと保持する必要があるので、前記保持金具及び押え金具の作用面には、摩擦係数を上げるためにヤスリ目のような凹凸を形成している。
【００２２】
そこで、本発明では、前記保持金具の保持面に、超音波の印加方向と直交する方向にのみ滑り止め用溝群を刻設して、かかる保持金具にリードフレームに形成したダイパッドを裏返して載置し、同ダイパッドに当接するように放熱板を位置決め載置し、押え金具を介して超音波ホーンを前記保持金具と対向状態に配置するとともに、前記保持金具及び押え金具とにより前記ダイパッド及び放熱板を押圧して超音波を加え、ダイパッドを保持金具により保持しながらダイパッドと放熱板との界面に超音波を作用させて接合するようにしている。
【００２３】
したがって、ダイパッド表面にメッキ剥がれを生じるような傷がつくことを防止しながら、効率的にダイパッドの滑りを防止して放熱板を確実に接合することができる。
【００２４】
このときに、前記滑り止め用溝の面粗さを２０〜３０μｍとすることが好ましく、かかる粗さとすることで、ダイパッド表面に形成される表面傷の面粗度を前記したように１５μｍ以下及び／又は平均面粗さを２．０  μｍとすることが可能となるとともに、滑り防止にも効果がある。
【００２５】
また、保持金具によるダイパッドの保持力をより確実にし、かつ、超音波振動がダイパッドからリードに伝わりにくくするために、ダイパッドの対向する辺部分などを上方から抑えるプレスプレートを用いることができる。
【００２６】
このプレスプレートを用いることで、保持金具の滑り止め用溝群がダイパッドにより強く食い込み、保持力を高めることができる。しかも、従来のようにメッキが剥がれるほどの深い傷は形成されることがない。
【００２７】
ところで、放熱板を先に保持金具に載置し、その上にダイパッドを位置決めして載置し、押え金具でダイパッドを押圧して超音波を加えてもよい。この場合、押え金具の押圧面に、前記したように超音波の印加方向と直交する方向にのみ滑り止め用溝群を設ければよい。
【００２８】
また、保持金具及び押え金具とにより前記ダイパッド及び放熱板を押圧するに際しては、保持金具を静止させて、超音波ホーンを押え金具とともに移動させる方法、あるいは、超音波ホーンを静止させて、保持金具を移動させる方法、さらには、超音波ホーン及び保持金具の両方が互いに近接するように移動させる方法があり、いずれの方法を採用しても構わない。
【００２９】
さらに、保持金具と超音波ホーンは、互いに対向状態にあればいずれが上方にあっても構わない。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら具体的に説明する。
【００３１】
図１は本実施例に係る放熱板を具備する半導体装置に供されるリードフレームの単位領域を示す平面図、図２は同底面図である。
【００３２】
図１及び図２において、Ａはリードフレームであり、ダイパッド１や複数のリード２をそれぞれ形成した単位領域Ａ１が長手状に連続形成されている。
【００３３】
前記単位領域Ａ１内のダイパッド１及びリード２は、銅合金や鉄・ニッケル合金などからなるリードフレームＡから分離形成されており、ダイパッド１はその基端部１０，１０  が下方へ屈曲されてリード２よりも沈んだ状態となっている。また、ダイパッド１の表面には、後に半導体素子（図示せず）を半田で固着するために半田と馴染みのよい金属メッキ層を施している。
【００３４】
３は放熱板であり、前記リード２との間に小間隙を設けた状態で後述する超音波接合方法によりダイパッド１の裏面に接合されている。
【００３５】
図示した状態から、前記したようにダイパッド１に半導体素子が半田により固着され、同半導体素子と前記リード２とが金属細線により接続され、その後、樹脂成型されたパッケージ内に埋設されて半導体装置が製造される。
【００３６】
かかる半導体装置は、放熱板３を具備しているために、半導体素子により発生した熱を、ダイパッド１を介して放熱板３から効果的に放出することができる。
【００３７】
ここで、図３〜図７を参照しながら放熱板３の超音波接合方法について説明する。
【００３８】
図３に示すように、リードフレームＡに形成したダイパッド１を裏返した状態で保持金具４上に載置し、さらに、前記ダイパッド１の上側面となる裏面に当接するように放熱板３を位置決め載置する。
【００３９】
前記保持金具４と対向するように、放熱板３の上方に超音波ホーン５を配備するとともに、同超音波ホーン５に連設した押え金具６を降下させ、放熱板３を押圧する。
【００４０】
前記押え金具６の押圧面となる下面にはヤスリ目６０が刻設されており、放熱板３にしっかりと食い込ませて滑りが発生しないようにしている。なお、このヤスリ目６０により、図２に示すように、放熱板３の表面には前記ヤスリ目６０同様の傷跡３０が形成される。
【００４１】
本発明は、前記保持金具４の保持面となる上面に設けた滑り止め用凹凸部に特徴をなすものであり、図３に示すように、超音波の振動方向ｆと直交する方向にのみ滑り止め用溝群７を刻設したものを用いている。本実施例では、図５に示すように、滑り止め用溝群７を保持金具４の保持面全体に形成している。
【００４２】
かかる滑り止め用溝群７を有する保持金具４によりダイパッド１を保持するとともに、前記押え金具６で放熱板３を押圧した状態で、同押え金具６を介して超音波を加え、ダイパッド１と放熱板３との界面に超音波を作用させることで両者を確実に接合している。
【００４３】
前記滑り止め用溝群７の各溝７０による面粗さは、２０〜３０μｍの範囲に設定することが好ましく、本実施例では、２５μｍとしている。
【００４４】
かかる構成とすることにより、ダイパッド１の表面にはわずかな傷跡１１が形成されるだけであり（図１参照）、その面粗度を１５μｍ以下及び／又は平均面粗さを２．０  μｍ以下とすることができる。したがって、ダイパッド１表面に施したメッキを剥がしたりする不具合を防止することができ、半田拡がりなどによる半導体素子の接着不良などを防止して製品の歩留りを向上させることができる。
【００４５】
なお、滑り止め用溝群７の形態としては、図５に示した本実施例に限るものではなく、例えば、図６〜図９に示すものでもよい。
【００４６】
すなわち、図６及び図７に示したものは、保持面の中央部分、すなわち半導体素子を固着する部分を円滑面８とするとともに、周縁部分に滑り止め用溝群７を形成したものである。
【００４７】
また、図８に示したものは、保持面の四隅に滑り止め用溝群７を形成し、他の部分は円滑面８としたものである。
【００４８】
さらに、図９に示したものは、保持面の中央を一定の幅で縦断するように円滑面８を形成し、この円滑面８を挟むように、保持面の対向する辺側部分に滑り止め用溝群７を形成したものである。
【００４９】
図１０に示す９はプレスプレートであり、プレート本体９０の中央部に前記押え金具６を通す矩形形状の開口９１を設け、同開口９１の対向する縁部に押圧片９２，９２  を突設している。
【００５０】
本実施例では、図３及び図４に示すように、この押圧片９２，９２  が放熱板３を逃げてダイパッド１の基端部１０，１０  近傍を押圧するようにして、上記した滑り止め用溝群７によるダイパッド１の保持力を増強させている。
【００５１】
すなわち、図１１に示すように、プレスプレート９を用いない場合は、押え金具６で放熱板３を押圧する際にダイパッド１の基端部１０，１０  が浮き上がることがあり、これでは保持金具４によるダイパッド１の保持力が弱まるので、図１２に示すようにその浮き上がり個所を確実に押圧してダイパッド１と保持金具４の保持面とが充分接触するようにしている。
【００５２】
このプレスプレート９は、図１３に示すように、押圧片９２がダイパッド１の基端１０，１０  よりも外方に位置している形態のものであってもよい。
【００５３】
以上、本発明の一実施例を説明したが、他の実施例として、先ず放熱板３を保持金具４に載置し、その上にダイパッド１を位置決め載置し、超音波ホーン５に連設した押え金具６でダイパッド１を押圧して超音波を加えることもできる。
【００５４】
この場合、押え金具６の押圧面に形成したヤスリ目６０に代えて、前記したように超音波の印加方向と直交する方向にのみ滑り止め用溝群７を設け、ヤスリ目６０は放熱板３を保持する保持金具４の保持面に設けるとよい。
【００５５】
また、超音波ホーン５を下降させるのに代えて、超音波ホーン５は静止させた状態で保持金具４を上昇させたり、あるいは、両者が互いに近接するように共に移動させてダイパッド１及び放熱板３を押圧保持するようにしてもよい。
【００５６】
なお、上記各実施例では超音波ホーン５及び押え金具６を保持金具４の上方に位置させたものとして説明したが、その位置関係を逆にしてもよい。
【００５７】
すなわち、下方に位置させた超音波ホーン５に連設した押え金具６上に放熱板３を載置し、その上にダイパッド１を位置決め載置し、上方に配設した保持金具４でダイパッド１を押圧して超音波を加えたり、あるいは、前記押え金具６上にダイパッド１を載置し、その上に放熱板３を位置決め載置し、押え金具６でダイパッド１を押圧して超音波を加えることもできる。
【００５８】
なお、この場合においても、ダイパッド１及び放熱板３を押圧保持するためには、超音波ホーン５及び押え金具６を上昇させたり、あるいはこれらを静止させて保持金具４を下降させたり、あるいは、両者が近接するように共に移動させたりすることができる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明は上記のような形態で実施されるもので、以下の効果を奏する。
【００６０】
(1)本発明では、リードフレームに形成されたダイパッドの裏面に放熱板を超音波接合した半導体装置において、前記ダイパッドの表面には、超音波接合時の傷跡が、超音波の印加方向と直交する方向にのみ形成されていることとしたために、放熱性の高い半導体装置であって、かかる装置の製造時に、ダイパッドの表面傷が深くならず、メッキ剥がれがなく、ダイボンディング時に半田の拡がり不良などを生じるおそれがなくなり、不良品の発生率を減少させ歩留りを向上させることができる。
【００６１】
(2)また、リードフレームに形成したダイパッドを保持金具上に載置し、前記ダイパッド上に放熱板を位置決め載置し、押え金具を介して超音波ホーンを前記保持金具と対向状態に配備し、前記保持金具及び押え金具とにより前記ダイパッド及び放熱板を押圧しながら超音波を加えることによりダイパッドと放熱板とを接合するようにした放熱板の接合方法において、保持面に滑り止め用溝群を超音波の印加方向と直交する方向にのみ刻設した保持金具により、ダイパッド表面を保持しながら超音波ホーンにより放熱板をダイパッド裏面に超音波接合することとしたので、ダイパッドの滑りを効果的に防止しながら放熱板を強固に接合することができ、しかも、ダイパッド表面にメッキ剥がれを生じるような深い傷がつくことを防止できる。また、リードの振動を減少することができるのでリードの損傷を防止することができる。
【００６２】
(3)また、放熱板を保持金具上に載置し、前記放熱板上にリードフレームに形成したダイパッドを位置決め載置し、押え金具を介して超音波ホーンを前記保持金具と対向状態に配置し、前記保持金具及び押え金具とにより前記ダイパッド及び放熱板を押圧しながら超音波を加えることによりダイパッドと放熱板とを接合するようにした放熱板の接合方法において、押圧面に滑り止め用溝群を超音波の印加方向と直交する方向にのみ刻設した押さ金具により、ダイパッド表面を保持しながら超音波ホーンにより放熱板をダイパッド裏面に超音波接合することしたので、前記(2)同様の効果を得ることができる。
【００６３】
(4)また、前記滑り止め用溝の面粗さを20〜30μｍとしたことにより、製造時においては、ダイパッド表面にメッキ剥がれを生じるような傷がつくことを防止しながら、ダイパッドの滑りを確実に防止し、かつ放熱板を強固に接合することができるという前記(2),(3)の効果をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例に係る放熱板を具備する半導体装置に供されるリードフレームの単位領域を示す平面図である。
【図２】同底面図である。
【図３】本実施例に係る放熱板の超音波接合方法の正面視による説明図である。
【図４】同側面視による説明図である。
【図５】滑り止め用溝群の平面図である。
【図６】他の実施例に係る滑り止め用溝群の平面図である。
【図７】図６のＩ−Ｉ線における断面図である。
【図８】他の実施例に係る滑り止め用溝群の平面図である。
【図９】他の実施例に係る滑り止め用溝群の平面図である。
【図１０】本実施例に係るプレスプレートの平面図である。
【図１１】押え金具による押圧時のダイパッドの状態を示す説明図である。
【図１２】プレスプレートを用いた時の押え金具による押圧時のダイパッドの状態を示す説明図である。
【図１３】他の実施例に係るプレスプレートの説明図である。
【図１４】従来の放熱板の超音波接合方法の説明図である。
【符号の説明】
Ａ    リードフレーム
１    ダイパッド
２    リード
３    放熱板
４    保持金具
５    超音波ホーン
６  押え金具
７    滑り止め用溝群
１１    傷跡
６０    ヤスリ目
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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