(57)【要約】  電力用半導体素子等の電子部品が実装されるリードフレーム基板において、高密度で放熱特性に優れるとともに、実装信頼性にも優れたリードフレーム基板が求められている。リードフレーム基板１は、金属板から、互いに独立した複数のパターン１１と、隣接するパターンを相互に接続する連結部２１を有するリードフレーム２を得る第１の加工工程と、この第１の加工工程によって形成された隣接するパターン間の間隙部２２に樹脂接合材１３を充填する工程と、上記連結部をプレスの打ち抜きにより除去する第２の加工工程を含むことを特徴とする製造方法によって得られる。
2009110376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を保持するための互いに独立した複数のパターンと、隣接するパターン間の間隙部に充填され該隣接するパターン相互を接続する樹脂接合材とを備えてなることを特徴とするリードフレーム基板。
【請求項２】
上記パターンと上記樹脂接合材との接合部に、接合性の向上を図る係合凸部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のリードフレーム基板。
【請求項３】
上記樹脂接合材は、上記パターンの表面位置より厚さ方向に突出されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリードフレーム基板。
【請求項４】
上記樹脂接合材の突出された部分を、実装される電子部品の位置決め部としてなることを特徴とする請求項３に記載のリードフレーム基板。
【請求項５】
上記複数のパターンの上面及び下面は金属面が露出されていることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のリードフレーム基板。
【請求項６】
上記請求項１〜請求項５の何れか１項に記載のリードフレーム基板に、電力用半導体素子からなる電子部品が実装されてなることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項７】
金属板から、互いに独立した複数のパターンと、隣接するパターンを相互に接続する連結部を有するリードフレームを形成する第１の加工工程と、この第１の加工工程によって形成された隣接するパターン間の間隙部に樹脂接合材を充填する工程と、上記連結部をプレスにより打ち抜き除去する第２の加工工程を含むことを特徴とするリードフレーム基板の製造方法。
【請求項８】
上記樹脂接合材を充填する工程は、未硬化である樹脂接合材シートを上記リードフレームの表面に設置後、真空加熱プレスまたは真空加熱ラミネータ装置により充填すると共に硬化することを特徴とする請求項７に記載のリードフレーム基板の製造方法。
【請求項９】
上記樹脂接合材を充填する工程は、上記パターン間の間隙部に熱硬化性の樹脂接合材ペーストを真空印刷法により充填した後、加熱硬化することを特徴とする請求項７に記載のリードフレーム基板の製造方法。
【請求項１０】
上記樹脂接合材を充填する工程は、ソルダーレジスト用ドライフィルムを上記リードフレームの表面に設置後、真空加熱ラミネータ装置により該ソルダーレジスト用ドライフィルムを上記間隙部に充填すると共に上記パターン表面に被着し、然る後、露光、現像、硬化を行い、上記パターン表面部のソルダーレジスト用ドライフィルムを除去することを特徴とする請求項７に記載のリードフレーム基板の製造方法。
【請求項１１】
上記露光時に、上記パターン上に実装する電子部品の位置決め部を形成することを特徴とする請求項１０に記載のリードフレーム基板の製造方法。
【請求項１２】
上記金属板として、両面に樹脂フィルムを貼り合わせた金属板を用い、上記第２の加工工程の後、上記リードフレーム上に残った樹脂フィルムを剥離することを特徴とする請求項７〜請求項１１の何れか１項に記載のリードフレーム基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、特に電力用半導体モジュールに好ましく用いることができるリードフレーム基板、半導体モジュール、及びリードフレーム基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力用半導体モジュールの小型化、高性能化の要求に伴い、電力用半導体素子の高密度実装化が要求されている。その実現のために電力用半導体素子が実装されるリードフレーム基板もまた高密度で小型化されたものが望まれている。その結果、高密度化するために銅箔をエッチングプロセスでパターン形成して製造される金属基板のような任意の位置に独立したパターンが形成可能なリードフレーム基板構造の開発と電力用半導体素子の発熱を如何に放熱するかが重要な課題となっている。従来、このような放熱性を改良すると同時にリードフレーム基板の高密度化を達成する方法として、パターン間の連結部が残されたリードフレーム基板の片面に、未硬化で無機フィラーが充填された熱伝導樹脂シートを重合し、その状態で、回路的に不要な連結部をシートと共に打ち抜き切断し、その後、熱伝導樹脂シート単独か放熱用金属板とともに加熱・加圧し打ち抜きにより形成された孔部分、及び回路パターン間をシートで埋設一体化しつつ硬化した後、電子部品をはんだ等で実装する方法がある（例えば特許文献１参照）。【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３３５５８号公報（第１頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような従来のリードフレーム基板にあっては、リードフレームのパターン間の連結部を打ち抜く工程において、重合されている熱伝導樹脂シートが未硬化のため樹脂の強度が低く、金型の打ち抜き圧力により熱伝導樹脂シートと連結部周辺のパターン部が部分的に反るなどの変形が発生し、後工程の電子部品の実装時に電子部品を平坦性良く実装することが困難となり、これが原因で電力用半導体素子とリードフレーム間のはんだの接続信頼性も低下するという課題があった。更には、未硬化シートを重合しているため十分なリードフレームとの接着強度の確保が困難なため、連結部を打ち抜く工程でシートが剥離したり、破損されるなどの絶縁信頼性に問題が発生する。また、リードフレームの片側のみ熱伝導樹脂シートが形成されている構造では、電力用半導体素子等の電子部品をはんだ付けするリフロー工程において、熱伝導樹脂シートの熱膨張係数のミスマッチングからリードフレームに反りが発生し電子部品の実装が困難になるなどの課題があった。【０００５】
この発明は、上記のような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、パターン間の連結部を打ち抜く工程において反りなどの問題や、剥離など信頼性低下の問題を生じることがなく、高密度化が容易で放熱特性に優れたリードフレーム基板、半導体モジュール、及びリードフレーム基板の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係わるリードフレーム基板は、電子部品を保持するための互いに独立した複数のパターンと、隣接するパターン間の間隙部に充填され該隣接するパターン相互を接続する樹脂接合材とを備えるようにしたものである。
また、この発明に係わる半導体モジュールは、上記この発明のリードフレーム基板に、電力用半導体素子からなる電子部品を実装したものである。
また、この発明に係わるリードフレーム基板の製造方法は、金属板から、互いに独立した複数のパターンと、隣接するパターンを相互に接続する連結部を有するリードフレームを形成する第１の加工工程と、この第１の加工工程によって形成された隣接するパターン間の間隙部に樹脂接合材を充填する工程と、上記連結部をプレスにより打ち抜き除去する第２の加工工程を含むようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明のリードフレーム基板は、互いに独立した複数のパターン間を樹脂接合材で充填し接続する構造としたので、従来のようにパターンをリードフレーム基板の外周部にまで引き回すことなくリードフレーム内に独立したパターン形成が出来るため、リードフレーム基板の実装面積の高密度化が可能になる。また、パターンの上面及び下面を構成素材である金属材の表面が露出された状態とすることができることにより、従来の製造過程では発生した反りがなく、電子部品を密着性良く高密度に実装できる。
また、この発明の半導体モジュールは、上記のような平坦性に優れ高密度化されたリードフレーム基板を用いたので、電力用半導体素子からなる電子部品を高密度に実装することができ、しかも任意の厚みのリードフレーム材を用いることにより放熱特性に優れ、信頼性が向上されるという効果が得られる。
また、この発明に係るリードフレーム基板の製造方法によれば、互いに独立した複数のパターンを相互に接続する連結部を打ち抜くときに反りなどの変形を生じることがないので、電子部品を精度よく実装できる品質に優れたリードフレーム基板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係るリードフレーム基板を模式的に示す鳥瞰図。
【図２】図１に示されたリードフレーム基板の断面構造を模式的に示す図。
【図３】本発明の実施の形態２に係るリードフレーム基板の樹脂接合材との接合性の向上を図る係合凸部を示す要部平面図。
【図４】本発明の実施の形態３によるリードフレーム基板の製造方法における第１の加工工程による１次打ち抜き後のリードフレームを示す平面図。
【図５】図４に示されたリードフレームの隣接するパターン間の間隙部に樹脂接合材を充填する工程で用いる樹脂接合材シートを配設する際の位置関係を説明する断面図。
【図６】図４に示されたリードフレームのパターン間に樹脂接合材が充填された状態を示す平面図。
【図７】図６に示されたリードフレーム基板の断面図。
【図８】本発明の実施の形態４によるリードフレーム基板の製造方法における隣接するパターン間の間隙部に樹脂接合材を充填する工程の要部を概念的に説明する図。
【図９】本発明の実施の形態５によるリードフレーム基板の製造方法における第１の加工工程を終えた後のリードフレームを示す断面図。
【図１０】図９に示されたリードフレームから加工されたリードフレーム基板を示す断面図。
【図１１】本発明の実施の形態６によるリードフレーム基板の製造方法において、隣接するパターン間の間隙部に樹脂接合材として用いたソルダーレジスト用ドライフィルムが充填された状態を示す断面図。
【図１２】図１１に示されたソルダーレジスト用ドライフィルムの不要部分を除去した状態を示す断面図。
【図１３】本発明の実施の形態７による半導体モジュールの製造工程でリードフレーム基板に電子部品を実装した後、ワイヤーボンドを施した状態を示す鳥瞰図。
【図１４】図１３に示された実装基板に熱伝導樹脂シートを介して金属ベース板を取り付けた封止前の半導体モジュールを示す断面図。
【図１５】図１４の変形例を示す断面図。
【符号の説明】
【０００９】
１  リードフレーム基板、  １１  パターン（アイランド部）、  １２  外部電極、  １３  樹脂接合材、  １３ａ  位置決め部、  １４  穴、  １５  係合凸部、  ２  リードフレーム、  ２１  連結部、  ２２  間隙部、  ３１  樹脂接合材シート、  ３２  樹脂接合材ペースト、  ３３  スキージ、  ３４  ソルダーレジスト用ドライフィルム、  ４  樹脂フィルム、  ５  電子部品、  ６  ワイヤーボンド、  ７  熱伝導樹脂シート、  ８  金属ベース板、  ８Ａ  金属冷却フィン。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１及び図２は本発明の実施の形態１に係る電力用半導体モジュールに好適なリードフレーム基板を模式的に示す鳥瞰図、図２は図１に示されたリードフレーム基板の断面構造を模式的に示す図である。なお、図１は外部電極を折り曲げ加工した後の図であり、さらに、構造を解り易くするため構成部材の厚みの図示を省いている。また、各図を通じて同一符号は同一または相当部分を示している。図において、リードフレーム基板１は、例えば電力用半導体素子などの電子部品を保持するための互いに独立した複数のパターン（アイランド部）１１と、両側部にそれぞれ設けられた複数の外部電極１２と、隣接するパターン１１の間に充填され該隣接するパターン１１相互を接続する樹脂接合材１３を備えている。また、複数のパターン１１及び複数の外部電極１２相互間の所定箇所には、下記実施の形態３で詳述するように製造過程で設けられていた連結部２１（図４参照）を打ち抜きによって切除した部分である穴１４が開けられ、さらに複数のパターン１１及び複数の外部電極１２相互間は電気的に絶縁された状態となっている。【００１１】
上記パターン１１及び外部電極１２を構成するリードフレーム２として好ましく用いることができる材料としては、例えばアルミニウム板、銅板などの電気伝導性及び熱伝導性の良好な金属板が挙げられ、特に低熱抵抗化においては銅板が好んで用いられる。また、該リードフレーム２の厚さは、リードフレーム基板１に実装される電力用半導体素子等の電子部品の電圧・電流等により任意に選定することが可能であり、通常は例えば０．３〜１．０ｍｍ程度のものが使用されるが、特に上記範囲内に限定されるものではない。また、リードフレーム２の表面は例えばニッケルめっきや、はんだめっきにより処理され、銅の酸化を防止した物が一般的に用いられる。そして、上記リードフレーム２のパターン１１相互間を接続する樹脂接合材１３としては、例えば熱硬化性樹脂、硬化剤、及び硬化促進剤を含む樹脂組成物からなる熱硬化性樹脂接合材は好ましく用いることができる。なお、用いるリードフレーム２の熱膨張率とのマッチングを考慮して、該熱硬化性樹脂接合材に無機フィラーなどを適宜混合しても良い。また、熱硬化性樹脂接合材に代えて、同様な効果を有するソルダーレジスト用ドライフィルムなどを用いてもよい。なお、詳細については下記実施の形態３〜６で詳述するのでここでは説明を省略する。【００１２】
次に、上記のように構成された実施の形態１の動作について説明する。上記図１及び図２に示すようなリードフレーム基板１は、複数のパターン１１及び外部電極１２相互が樹脂接合材１３によって固着され一体化されており、パターン１１及び外部電極１２の上面及び下面は素材の金属表面（めっき面）が露出されている。そして、製造段階におけるリードフレーム２のパターン１１相互間の連結部２１（図４）を打ち抜く工程において未硬化の熱伝導樹脂シート等を用いる代わりに硬化された樹脂接合部を用いることにより樹脂の強度が高く、プレス金型の打ち抜き圧力により、穴１４の周辺のパターン部が部分的に反るなどの変形がなく、面方向に平滑でパターン１１が高密度に形成されている。従って、このようなリードフレーム基板１に図示省略している電力用半導体素子や回路部品などの電子部品を実装するときには、該電子部品はパターン１１に対して平坦性良く、はんだとの良好な密着性を有し、また高密度に実装される。このため、電子部品とパターン１１間をはんだによって接続したときの接続信頼性も向上する。【００１３】
上記のように、実施の形態１に係るリードフレーム基板１は、電子部品を保持するための互いに独立した複数のパターン１１と、隣接するパターン１１間の間隙部に充填され該隣接するパターン１１相互を接続する樹脂接合材１３とを備えたものであり、パターン１１部が部分的に反るなどの変形がなく、面方向に全体的に平滑、かつパターン１１が高密度に形成されている。このため、電力用半導体素子等の電子部品のリードフレーム基板への実装プロセスも通常のプロセス・装置がそのまま使用出来、該電子部品を密着性、平坦性良く、また高密度に実装することができる。このため、電子部品とパターン１１間のはんだの接続信頼性を確保することも容易であるなどの効果が得られ、半導体モジュールとしたときの信頼性を高めることができる。【００１４】
実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２に係るリードフレーム基板の樹脂接合材との接合性の向上を図る係合凸部を示す要部平面図である。図において、パターン１１と樹脂接合材１３との接合部には接合性の向上を図る係合凸部１５が設けられている。この例では、楕円Ａ内に示すように隣接するパターン１１の対向する側面部相互に壺状の凹部を形成し、その凹部内に樹脂接合材１３が凸状に入り込むように樹脂接合材１３側にアンカー状の係合凸部１５が構成さている。なお、図３で例示した係合凸部１５は一例であり、パターン１１と樹脂接合材１３の接合面が互いに係合する凹凸であれば、パターン１１と樹脂接合材１３の何れに係合凸部１５を設けても良い。また、形状についても例えば三角形状、台形状、くさび状など、任意の形状とすることができる。また、必ずしも隣接するパターン１１の対向位置でなくてもよく、さらにパターン１１と樹脂接合材１３の一方に凹部と凸部の双方を形成してもよい。なお、大きさに関しては係合凸部１５が大きくなりすぎると、電子部品を実装するパターン１１部が大面積になり、得られる半導体モジュールの小型化、高密度化に不利となるため、該係合凸部１５の大きさとしては、打ち抜き、またはエッチングにより加工出来る最小の大きさが望ましく、大きさを大きくするよりは、係合凸部１５の設置数を増やす方が望ましい。【００１５】
上記のように構成された実施の形態２においては、リードフレーム２のパターン１１と樹脂接合材１３との接合部に接合性の向上を図る係合凸部１５を設けたことにより、樹脂接合材１３がその係合凸部１５にアンカー状ないしはくさび状に食い込むこととなり、パターン１１部の接合強度が飛躍的に向上する。これにより、電力用半導体素子などの電子部品をパターン１１へはんだ付けするリフロー工程、その後のワイヤーボンド工程においても、独立したパターン１１の脱落、反りなどの不具合の発生が防止出来、実装信頼性がアップする。
次に、本発明のリードフレーム基板の製造方法を図面に基づき説明する。【００１６】
実施の形態３．
図４〜図７は本発明の実施の形態３によるリードフレーム基板の製造方法を説明する図であり、図４は第１の加工工程による１次打ち抜き後のリードフレームを示す平面図、図５は図４に示されたリードフレームの隣接するパターン間の間隙部に樹脂接合材を充填する工程で用いる樹脂接合材シートを配設する際の位置関係を説明する断面図、図６はリードフレームのパターン間に樹脂接合材が充填された状態を示す平面図、図７は図６に示されたリードフレーム基板の断面図である。この実施の形態３においては、まず、第１の加工工程によって金属板から、互いに独立した複数のパターン１１と、外部電極１２と、隣接するパターン１１を相互に接続する連結部２１を有するリードフレーム２を得る。次に、隣接するパターン１１間の間隙部２２に樹脂接合材を充填する工程を行い、その後、第２の加工工程において、プレスにより連結部２１を切断除去することにより目的とするリードフレーム基板が得られる。【００１７】
図４は上記第１の加工工程によって得られたリードフレーム２を示している。なお、この実施の形態３では、金属板として表面にニッケルめっきが施された厚さ１．０ｍｍの銅板を用い、該銅板をプレスで打ち抜き加工することによって、図４のような互いに独立した複数のパターン（アイランド部）１１と、隣接するパターン１１を相互に接続する連結部２１と、複数の外部電極１２と、打ち抜きによって形成された間隙部２２を有するリードフレーム２を得た。なお、この第１の加工工程はエッチングによる加工であっても差し支えない。また、パターン１１や外部電極１２の大きさ、形状、数、配置などは所望により適宜変更し得るものであることは言うまでもない。【００１８】
次に、パターン１１間の間隙部２２に樹脂接合材を充填する工程として、ここではパターン１１相互間の間隙部２２を充填するのに十分な体積を有した任意の厚さの未硬化である樹脂接合材シート３１を図５に示すようにリードフレーム２の上面に設置後、図示省略している例えば公知の真空加熱プレス、または真空加熱ラミネータ装置の熱盤上にセットして加圧加熱することにより、樹脂接合材シート３１を流動させてパターン１１間の間隙部２２に充填すると同時に硬化を行う。この方法の場合、一括で充填と硬化を行うことができるので、プロセスの低コスト化が図れる。なお、加圧時にリードフレーム２と装置下面の熱盤の間に弾性を有するテフロン（登録商標）等の耐熱シートを設けることにより、樹脂接合材シート３１の樹脂がプレス、またはラミネート時にパターン１１間の間隙部２２を通ってリードフレーム２の下面の金属面上へ回り込むのを防止できる。なお、リードフレーム２の上面に樹脂接合材シート３１の樹脂が残存した場合は、例えばバフ研磨等の公知の適宜な手段で取り除き、金属面を露出させる。
また、リードフレーム２の上面に樹脂が残存しない方法としては、リードフレーム２と同様なパターンを有する極薄の金属、または樹脂で出来たマスク板を樹脂接合材シート３１とリードフレーム２の間に設置し、上記と同様なプロセスで樹脂接合材を充填した後、上記マスク材を剥離することにより上記と同様に上面に樹脂が残存しないリードフレーム２を得ることが出来る。【００１９】
図６は上記のような第１の加工工程、及びパターン間の間隙部に樹脂接合材を充填する工程を経て得られたリードフレーム２を示しており、リードフレーム２のパターン１１間の各間隙部２２には樹脂接合材シート３１が硬化した樹脂接合材１３がそれぞれ充填されパターン１１相互、及びパターン１１と外部電極１２を接着している。なお、パターン１１相互、及びパターン１１と外部電極１２を連結している連結部２１はこの時点では残されている。その後、プレスを用いる２次加工工程において、半硬化状のシートを重ねることなくパターン１１間、及びパターン１１と外部電極１２との間の連結部２１を打ち抜き除去した後、外部電極１２を折り曲げ加工により成形することにより図１に示すようなリードフレーム基板１が得られる。なお、２次加工工程による連結部２１の除去と外部電極１２の折り曲げ加工の順番はどちらが先でも問題はなく、また、同時に行っても良い。【００２０】
上記のように、実施の形態３によるリードフレーム基板の製造方法は、金属板をプレスすることによって、互いに独立した複数のパターンと、隣接するパターンを相互に接続する連結部を有するリードフレームを形成する第１の加工工程と、隣接するパターン間の間隙部に樹脂接合材を充填する工程と、プレスにより上記連結部を除去する第２の加工工程を含むようにしたものである。この方法によれば第２の加工工程で半硬化状のシートが重合されていないため、パターン１１を相互に接続する連結部２１を打ち抜くときに反りなどの変形を生じることがなく、面方向に平滑で品質に優れたリードフレーム基板１を得ることができる。さらに、隣接するパターン１１間の間隙部２２に樹脂接合材を充填する工程として、ここでは未硬化の樹脂接合材シート３１を用いたので、簡単にパターン１１間に樹脂接合材を充填出来るという効果が得られる。【００２１】
実施の形態４．
図８は本発明の実施の形態４によるリードフレーム基板の製造方法における隣接するパターン間の間隙部に樹脂接合材を充填する工程の要部を概念的に説明する図である。なお、この実施の形態４は、第１の加工工程までは実施の形態３と同様である。第１の加工工程によって図４と同様のリードフレーム２を得た後、樹脂接合材１３を形成する樹脂材料として液状の熱硬化性の樹脂接合材ペースト３２を用い、図８に示すように該樹脂接合材ペースト３２をリードフレーム２上の適宜の位置に所定量載せた後、スキージ３３を用いてリードフレーム２上に展ばし、真空印刷法によりリードフレーム２のパターン１１間の間隙部２２に充填した後、乾燥機を用い間隙部２２に充填された樹脂接合材ペースト３２を加熱硬化することによって例えば図７と同様のリードフレーム基板を得る。この実施の形態４では、間隙部２２への樹脂材料の充填に真空印刷法を用いたことにより、間隙部２２に充填された樹脂接合材ペーストのバルク中からボイドを除去することができ、樹脂接合材ペースト３２が密に充填される。【００２２】
なお、上記充填工程ではリードフレーム２の上下パターン部への樹脂接合材の残存はある程度防止可能であるが、リードフレーム２のパターン１１部表面に樹脂接合材が残った場合には、実施の形態３と同様にバフ研磨等で取り除き、金属面を露出させる。
更には、真空印刷時にリードフレームと同じパターンが形成されたメタルマスクを用いることによりリードフレーム２のパターン１１部表面への樹脂の残存を防止することが出来る。
リードフレーム２の下面への樹脂の回り込み防止に関しては、第１の加工工程による１次打ち抜き後のリードフレームの下面に粘着性の耐熱シートを貼り合わせた後、真空印刷を行うことにより達成可能となる。
その後、２次打ち抜きを行う第２の加工工程、外部電極１２の折り曲げ加工は実施の形態３と同様に行うことにより、本発明である図１に例示されるリードフレーム基板が得られる。
上記のように実施の形態４の製造方法においては、真空印刷法を用いて樹脂接合材ペースト３２を間隙部２２に充填するようにしたので、充填された樹脂接合材のバルク中にボイドが発生することがなく、隣接するパターン１１相互及び外部電極１２が一層強固に接続されたリードフレーム基板１が得られる。【００２３】
実施の形態５．
図９、図１０はこの発明の実施の形態５によるリードフレーム基板の製造方法を説明する図であり、図９は第１の加工工程を終えた後のリードフレームを示す断面図、図１０は得られたリードフレーム基板の断面図である。この実施の形態５では、第１の加工工程を行う前に、実施の形態３と同様の表面にニッケルめっきを施した厚さ１．０ｍｍの銅板の上下両面の全面に、予め片面に粘着性を有する厚さ約２０μｍのＰＥＴ製の樹脂フィルム４の粘着面を貼り合わせて接着する。次いで、実施の形態３と同様に第１の加工工程において金型により打ち抜きすることで図９に示すようなリードフレーム２の両面に樹脂フィルム４が接着され、パターン１１間を隔てる間隙部２２が形成された断面形状のリードフレーム２を得る。その後、実施の形態３または実施の形態４と同様な方法でリードフレーム２の間隙部２２に樹脂接合材１３を充填し、硬化させる。次いで、樹脂フィルム４をリードフレーム２から剥離することで、図１０に示すような樹脂接合材１３の厚さがリードフレーム２の厚さより樹脂フィルム４の厚さに相当する寸法だけ加算され、リードフレーム２の表面から突出したものが得られる。その後の２次加工工程、外部電極１２の折り曲げ加工は実施の形態３、４と同様に行うことにより、リードフレーム基板１が得られる。【００２４】
上記のように実施の形態５によれば、リードフレーム２に加工する金属板の表面を予め樹脂フィルム４で覆った状態で第１の加工工程の打ち抜き加工を行うことにより、隣接するパターン間の間隙部に樹脂接合材を充填する工程では、樹脂接合材１３が、リードフレーム２のパターン１１表面に直接付着するのを防ぐことができる。このため、間隙部２２以外の部分に樹脂接合材１３が残った場合でも、樹脂接合材１３の硬化後、樹脂フィルム４を剥離することにより、簡単にパターン１１の上下の金属面を露出させることが可能となるため、実施の形態３の真空加熱プレス、または真空加熱ラミネータ工程、実施の形態４の真空印刷工程において、樹脂接合材１３のパターン１１部への残存を問題にする必要が無くなり、効率的に製造することができる。【００２５】
実施の形態６．
図１１、図１２はこの発明の実施の形態６によるリードフレーム基板の製造方法を説明する図であり、図１１は隣接するパターン間の間隙部に、樹脂接合材として用いたソルダーレジスト用ドライフィルムが充填された状態を示す断面図、図１２は図１１に示されたソルダーレジスト用ドライフィルムの不要部分を除去した状態を示す断面図である。この実施の形態６の製造方法では、先ず上記実施の形態３と同様の表面にニッケルめっきを施した厚さ１．０ｍｍの銅板を用い、同様に１次加工工程を行ない、図４と同様の隣接するパターン１１間に連結部２１が残った状態のリードフレーム２を得る。次に、パターン１１間の間隙部２２に樹脂接合材を充填する工程では、樹脂接合材シート、樹脂接合材ペースト等に代えてソルダーレジスト用ドライフィルム３４を用い、該ソルダーレジスト用ドライフィルム３４を得られたリードフレーム２の上面に載置した後、公知の真空加熱ラミネータ装置により、ラミネートさせることにより、図１１に示すようなパターン１１間の間隙部２２にソルダーレジスト用ドライフィルムの樹脂が充填されると同時に、電子部品が実装されるリードフレーム２の上面全面に例えば１０〜５０μｍの厚さでソルダーレジスト用ドライフィルム３４が被着形成されたものが得られる。【００２６】
その後、パターン１１上に実装する電子部品の位置決め部１３ａを形成するための例えば電子部品に応じた形状のマスク（何れも図示省略）を用い、露光工程、現像工程、硬化工程を行うことにより、図１２に示すように間隙部２２にソルダーレジスト用ドライフィルム３４の樹脂が樹脂接合材１３として充填され、パターン１１の表面部に突出した部分で電力用半導体素子等の電子部品の位置決め部１３ａを形成したパターン（詳細図示省略）がリードフレーム２の上面に形成される。その後、打ち抜き加工を行う第２の加工工程、外部電極１２の折り曲げ加工は実施の形態３、４、５と同様である。【００２７】
上記のように、実施の形態６の製造方法においては、樹脂接合材１３としてソルダーレジスト用ドライフィルム３４を用い、該ソルダーレジスト用ドライフィルム３４をリードフレーム２上のパターン１１と間隙部２２の全面に跨って設け、パターン１１上の不要となる部分は露光工程、現像工程によって除去する一方、パターン１１上に突出した樹脂接合材の周囲部が電子部品の位置決め部１３ａとなるようにしたので、電子部品の実装時に簡単に電子部品の位置合わせが行えると言う付随効果も得られる。また、間隙部２２の樹脂接合材１３がパターン１１の周囲部に伸びて断面Ｔ字状に設けられるので接触面積が増し、隣接するパターン１１相互の接合強度が高められるという効果も得られる。【００２８】
実施の形態７．
図１３〜図１５はこの発明の実施の形態７に係る半導体モジュールの内部構成を概念的に説明する図であり、図１３は製造工程でリードフレーム基板に電子部品を実装した後、ワイヤーボンドを施した状態を示す鳥瞰図、図１４は図１３に示された実装基板に熱伝導樹脂シートを介して金属ベース板を取り付けた封止前の半導体モジュールを示す断面図、図１５は図１４の変形例を示す断面図である。この実施の形態７に係る半導体モジュールは、上記実施の形態３〜６に例示した製造方法によって得られた実施の形態１、２の図１〜３に示すような上下面に金属面が露出した状態のリードフレーム基板１を用いることを骨子としている。例えば図１のようなリードフレーム基板１のパターン１１上面に電力用半導体素子を含む所定の複数の電子部品５を図１３に示すように実装後、電子部品５間、電子部品５とパターン１１間、電子部品５またはパターン１１と外部電極１２間をワイヤーボンド６を用いて電気的に接続した後、図１４に示すように絶縁性を有し熱伝導性に優れた熱伝導樹脂シート７を介してアルミニウムまたは銅材料からなる金属ベース板８を接合する。【００２９】
その後、所定の形状、寸法に形成された枠を用いて、例えばシリコーンゲル樹脂、液状エポキシ樹脂等の封止樹脂材料で外部電極１２のみが露出した状態で金属ベース板８の熱伝導樹脂シート７と反対面を露出した形状で封止することにより、目的とする電力用の半導体モジュール（図示省略）を得ることが出来る。なお、上記熱伝導樹脂シート７としては熱伝導性に優れた無機フィラーである例えばアルミナ、窒化アルミ、窒化硼素等を熱硬化性樹脂に混合した熱硬化性樹脂シートなどは好ましく用いることができる。また、封止方法としては、シリコーンゲル樹脂または液状エポキシ樹脂以外に、金型を用いるトランスファー封止方法などを用いても良い。更には、図１５の変形例に示すように、金属ベース板８の代わりに金属冷却フィン８Ａを直接接合しても良い。【００３０】
上記のように構成された実施の形態７による半導体モジュールは、リードフレーム基板１が、その製造過程において連結部２１（図４）をプレスによって打ち抜いたときに、該連結部２１（図４）が存在していた部分の穴１４（図１）の周辺のパターン１１部が部分的に反るなどの変形がなく、面方向に平滑に形成されているので、電力用半導体素子や回路部品などの電子部品５を実装するときに、該電子部品５を密着性、平坦性良く、また高密度に実装することができる。また、密着性、平坦性に優れることにより、電子部品５とパターン１１間のはんだの接続信頼性が高い。また、熱伝導樹脂シート７を介した金属ベース板８に対する密着度も高いので放熱特性に優れ、信頼性も向上されるという顕著な効果が得られる。
【図１】
2009110376.tif 000003
【図２】
2009110376.tif 000004
【図３】
2009110376.tif 000005
【図４】
2009110376.tif 000006
【図５】
2009110376.tif 000007
【図６】
2009110376.tif 000008
【図７】
2009110376.tif 000009
【図８】
2009110376.tif 000010
【図９】
2009110376.tif 000011
【図１０】
2009110376.tif 000012
【図１１】
2009110376.tif 000013
【図１２】
2009110376.tif 000014
【図１３】
2009110376.tif 000015
【図１４】
2009110376.tif 000016
【図１５】
2009110376.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成22年8月16日(2010.8.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】リードフレーム基板、半導体モジュール、及びリードフレーム基板の製造方法
【技術分野】
【０００１】
この発明は、特に電力用半導体モジュールに好ましく用いることができるリードフレーム基板、半導体モジュール、及びリードフレーム基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力用半導体モジュールの小型化、高性能化の要求に伴い、電力用半導体素子の高密度実装化が要求されている。その実現のために電力用半導体素子が実装されるリードフレーム基板もまた高密度で小型化されたものが望まれている。その結果、高密度化するために銅箔をエッチングプロセスでパターン形成して製造される金属基板のような任意の位置に独立したパターンが形成可能なリードフレーム基板構造の開発と電力用半導体素子の発熱を如何に放熱するかが重要な課題となっている。従来、このような放熱性を改良すると同時にリードフレーム基板の高密度化を達成する方法として、パターン間の連結部が残されたリードフレーム基板の片面に、未硬化で無機フィラーが充填された熱伝導樹脂シートを重合し、その状態で、回路的に不要な連結部をシートと共に打ち抜き切断し、その後、熱伝導樹脂シート単独か放熱用金属板とともに加熱・加圧し打ち抜きにより形成された孔部分、及び回路パターン間をシートで埋設一体化しつつ硬化した後、電子部品をはんだ等で実装する方法がある（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３３５５８号公報（第１頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような従来のリードフレーム基板にあっては、リードフレームのパターン間の連結部を打ち抜く工程において、重合されている熱伝導樹脂シートが未硬化のため樹脂の強度が低く、金型の打ち抜き圧力により熱伝導樹脂シートと連結部周辺のパターン部が部分的に反るなどの変形が発生し、後工程の電子部品の実装時に電子部品を平坦性良く実装することが困難となり、これが原因で電力用半導体素子とリードフレーム間のはんだの接続信頼性も低下するという課題があった。更には、未硬化シートを重合しているため十分なリードフレームとの接着強度の確保が困難なため、連結部を打ち抜く工程でシートが剥離したり、破損されるなどの絶縁信頼性に問題が発生する。
また、リードフレームの片側のみ熱伝導樹脂シートが形成されている構造では、電力用半導体素子等の電子部品をはんだ付けするリフロー工程において、熱伝導樹脂シートの熱膨張係数のミスマッチングからリードフレームに反りが発生し電子部品の実装が困難になるなどの課題があった。
【０００５】
この発明は、上記のような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、パターン間の連結部を打ち抜く工程において反りなどの問題や、剥離など信頼性低下の問題を生じることがなく、高密度化が容易で放熱特性に優れたリードフレーム基板、半導体モジュール、及びリードフレーム基板の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係わるリードフレーム基板は、電子部品を保持するための互いに独立した複数のパターンと、隣接するパターン間の間隙部に充填され該隣接するパターン相互を接続する樹脂接合材とを備え、上記複数のパターンの上面及び下面は金属面が露出されている
ようにしたものである。
また、この発明に係わる半導体モジュールは、上記この発明のリードフレーム基板に、電力用半導体素子からなる電子部品を実装したものである。
また、この発明に係わるリードフレーム基板の製造方法は、金属板から、互いに独立した複数のパターンと、隣接するパターンを相互に接続する連結部を有するリードフレームを形成する第１の加工工程と、この第１の加工工程によって形成された隣接するパターン間の間隙部に樹脂接合材を充填する工程と、上記連結部をプレスにより打ち抜き除去する第２の加工工程を含むようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明のリードフレーム基板は、互いに独立した複数のパターン間を樹脂接合材で充填し接続する構造としたので、従来のようにパターンをリードフレーム基板の外周部にまで引き回すことなくリードフレーム内に独立したパターン形成が出来るため、リードフレーム基板の実装面積の高密度化が可能になる。また、パターンの上面及び下面を構成素材である金属材の表面が露出された状態とすることができることにより、従来の製造過程では発生した反りがなく、電子部品を密着性良く高密度に実装できる。
また、この発明の半導体モジュールは、上記のような平坦性に優れ高密度化されたリードフレーム基板を用いたので、電力用半導体素子からなる電子部品を高密度に実装することができ、しかも任意の厚みのリードフレーム材を用いることにより放熱特性に優れ、信頼性が向上されるという効果が得られる。
また、この発明に係るリードフレーム基板の製造方法によれば、互いに独立した複数のパターンを相互に接続する連結部を打ち抜くときに反りなどの変形を生じることがないので、電子部品を精度よく実装できる品質に優れたリードフレーム基板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図1】本発明の実施の形態１に係るリードフレーム基板を模式的に示す鳥瞰図。
【図2】図１に示されたリードフレーム基板の断面構造を模式的に示す図。
【図3】本発明の実施の形態２に係るリードフレーム基板の樹脂接合材との接合性の向上を図る係合凸部を示す要部平面図。
【図4】本発明の実施の形態３によるリードフレーム基板の製造方法における第１の加工工程による１次打ち抜き後のリードフレームを示す平面図。
【図5】図４に示されたリードフレームの隣接するパターン間の間隙部に樹脂接合材を充填する工程で用いる樹脂接合材シートを配設する際の位置関係を説明する断面図。
【図6】図４に示されたリードフレームのパターン間に樹脂接合材が充填された状態を示す平面図。
【図7】図６に示されたリードフレーム基板の断面図。
【図8】本発明の実施の形態４によるリードフレーム基板の製造方法における隣接するパターン間の間隙部に樹脂接合材を充填する工程の要部を概念的に説明する図。
【図9】本発明の実施の形態５によるリードフレーム基板の製造方法における第１の加工工程を終えた後のリードフレームを示す断面図。
【図10】図９に示されたリードフレームから加工されたリードフレーム基板を示す断面図。
【図11】本発明の実施の形態６によるリードフレーム基板の製造方法において、隣接するパターン間の間隙部に樹脂接合材として用いたソルダーレジスト用ドライフィルムが充填された状態を示す断面図。
【図12】図１１に示されたソルダーレジスト用ドライフィルムの不要部分を除去した状態を示す断面図。
【図13】本発明の実施の形態７による半導体モジュールの製造工程でリードフレーム基板に電子部品を実装した後、ワイヤーボンドを施した状態を示す鳥瞰図。
【図14】図１３に示された実装基板に熱伝導樹脂シートを介して金属ベース板を取り付けた封止前の半導体モジュールを示す断面図。
【図15】図１４の変形例を示す断面図。
【符号の説明】
【０００９】
１ リードフレーム基板、１１ パターン（アイランド部）、１２外部電極、１３ 樹脂接合材、１３ａ 位置決め部、１４ 穴、１５ 係合凸部、２ リードフレーム、２１ 連結部、２２ 間隙部、  ３１ 樹脂接合材シート、３２ 樹脂接合材ペースト、３３ スキー
ジ、３４ ソルダーレジスト用ドライフィルム、４ 樹脂フィルム、４５ 電子部品、６ ワイヤーボンド、７ 熱伝導樹脂シート、８ 金属ベース板、８Ａ 金属冷却フィン。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１及び図２は本発明の実施の形態１に係る電力用半導体モジュールに好適なリードフレーム基板を模式的に示す鳥瞰図、図２は図１に示されたリードフレーム基板の断面構造を模式的に示す図である。なお、図１は外部電極を折り曲げ加工した後の図であり、さらに、構造を解り易くするため構成部材の厚みの図示を省いている。また、各図を通じて同一符号は同一または相当部分を示している。図において、リードフレーム基板１は、例えば電力用半導体素子などの電子部品を保持するための互いに独立した複数のパターン（アイランド部）１１と、両側部にそれぞれ設けられた複数の外部電極１２と、隣接するパターン１１の間に充填され該隣接するパターン１１相互を接続する樹脂接合材１３を備えている。また、複数のパターン１１及び複数の外部電極１２相互間の所定箇所には、下記実施の形態３で詳述するように製造過程で設けられていた連結部２１（図４参照）を打ち抜きによって切除した部分である穴１４が開けられ、さらに複数のパターン１１及び複数の外部電極１２相互間は電気的に絶縁された状態となっている。
【００１１】
上記パターン１１及び外部電極１２を構成するリードフレーム２として好ましく用いることができる材料としては、例えばアルミニウム板、銅板などの電気伝導性及び熱伝導性の良好な金属板が挙げられ、特に低熱抵抗化においては銅板が好んで用いられる。また、該リードフレーム２の厚さは、リードフレーム基板１に実装される電力用半導体素子等の電子部品の電圧・電流等により任意に選定することが可能であり、通常は例えば０．３〜１．０ｍｍ程度のものが使用されるが、特に上記範囲内に限定されるものではない。
また、リードフレーム２の表面は例えばニッケルめっきや、はんだめっきにより処理され、銅の酸化を防止した物が一般的に用いられる。そして、上記リードフレーム２のパターン１１相互間を接続する樹脂接合材１３としては、例えば熱硬化性樹脂、硬化剤、及び硬化促進剤を含む樹脂組成物からなる熱硬化性樹脂接合材は好ましく用いることができる。なお、用いるリードフレーム２の熱膨張率とのマッチングを考慮して、該熱硬化性樹脂接合材に無機フィラーなどを適宜混合しても良い。また、熱硬化性樹脂接合材に代えて、同様な効果を有するソルダーレジスト用ドライフィルムなどを用いてもよい。なお、詳細については下記実施の形態３〜６で詳述するのでここでは説明を省略する。
【００１２】
次に、上記のように構成された実施の形態１の動作について説明する。上記図１及び図２に示すようなリードフレーム基板１は、複数のパターン１１及び外部電極１２相互が樹脂接合材１３によって固着され一体化されており、パターン１１及び外部電極１２の上面及び下面は素材の金属表面（めっき面）が露出されている。そして、製造段階におけるリードフレーム２のパターン１１相互間の連結部２１（図４）を打ち抜く工程において未硬化の熱伝導樹脂シート等を用いる代わりに硬化された樹脂接合部を用いることにより樹脂の強度が高く、プレス金型の打ち抜き圧力により、穴１４の周辺のパターン部が部分的に反るなどの変形がなく、面方向に平滑でパターン１１が高密度に形成されている。従って、このようなリードフレーム基板１に図示省略している電力用半導体素子や回路部品などの電子部品を実装するときには、該電子部品はパターン１１に対して平坦性良く、はんだとの良好な密着性を有し、また高密度に実装される。このため、電子部品とパターン１１間をはんだによって接続したときの接続信頼性も向上する。
【００１３】
上記のように、実施の形態１に係るリードフレーム基板１は、電子部品を保持するための互いに独立した複数のパターン１１と、隣接するパターン１１間の間隙部に充填され該隣接するパターン１１相互を接続する樹脂接合材１３とを備えたものであり、パターン１１部が部分的に反るなどの変形がなく、面方向に全体的に平滑、かつパターン１１が高密度に形成されている。
このため、電力用半導体素子等の電子部品のリードフレーム基板への実装プロセスも通常のプロセス・装置がそのまま使用出来、該電子部品を密着性、平坦性良く、また高密度に実装することができる。このため、電子部品とパターン１１間のはんだの接続信頼性を確保することも容易であるなどの効果が得られ、半導体モジュールとしたときの信頼性を高めることができる。
【００１４】
実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２に係るリードフレーム基板の樹脂接合材との接合性の向上を図る係合凸部を示す要部平面図である。図において、パターン１１と樹脂接合材１３との接合部には接合性の向上を図る係合凸部１５が設けられている。この例では、楕円Ａ内に示すように隣接するパターン１１の対向する側面部相互に壺状の凹部を形成し、その凹部内に樹脂接合材１３が凸状に入り込むように樹脂接合材１３側にアンカー状の係合凸部１５が構成さている。なお、図３で例示した係合凸部１５は一例であり、パターン１
１と樹脂接合材１３の接合面が互いに係合する凹凸であれば、パターン１１と樹脂接合材１３の何れに係合凸部１５を設けても良い。また、形状についても例えば三角形状、台形状、くさび状など、任意の形状とすることができる。また、必ずしも隣接するパターン１１の対向位置でなくてもよく、さらにパターン１１と樹脂接合材１３の一方に凹部と凸部の双方を形成してもよい。なお、大きさに関しては係合凸部１５が大きくなりすぎると、電子部品を実装するパターン１１部が大面積になり、得られる半導体モジュールの小
型化、高密度化に不利となるため、該係合凸部１５の大きさとしては、打ち抜き、またはエッチングにより加工出来る最小の大きさが望ましく、大きさを大きくするよりは、係合凸部１５の設置数を増やす方が望ましい。
【００１５】
上記のように構成された実施の形態２においては、リードフレーム２のパターン１１と樹脂接合材１３との接合部に接合性の向上を図る係合凸部１５を設けたことにより、樹脂接合材１３がその係合凸部１５にアンカー状ないしはくさび状に食い込むこととなり、パターン１１部の接合強度が飛躍的に向上する。これにより、電力用半導体素子などの電子部品をパターン１１へはんだ付けするリフロー工程、その後のワイヤーボンド工程においても、独立したパターン１１の脱落、反りなどの不具合の発生が防止出来、実装信頼性がアップする。
次に、本発明のリードフレーム基板の製造方法を図面に基づき説明する。
【００１６】
実施の形態３．
図４〜図７は本発明の実施の形態３によるリードフレーム基板の製造方法を説明する図であり、図４は第１の加工工程による１次打ち抜き後のリードフレームを示す平面図、図５は図４に示されたリードフレームの隣接するパターン間の間隙部に樹脂接合材を充填する工程で用いる樹脂接合材シートを配設する際の位置関係を説明する断面図、図６はリードフレームのパターン間に樹脂接合材が充填された状態を示す平面図、図７は図６に示されたリードフレーム基板の断面図である。この実施の形態３においては、まず、第１の加工工程によって金属板から、互いに独立した複数のパターン１１と、外部電極１２と、隣接するパターン１１を相互に接続する連結部２１を有するリードフレーム２を得る。次に、隣接するパターン１１間の間隙部２２に樹脂接合材を充填する工程を行い、その後、第２の加工工程において、プレスにより連結部２１を切断除去することにより目的とするリードフレーム基板が得られる。
【００１７】
図４は上記第１の加工工程によって得られたリードフレーム２を示している。なお、この実施の形態３では、金属板として表面にニッケルめっきが施された厚さ１．０ｍｍの銅板を用い、該銅板をプレスで打ち抜き加工することによって、図４のような互いに独立した複数のパターン（アイランド部）１１と、隣接するパターン１１を相互に接続する連結部２１と、複数の外部電極１２と、打ち抜きによって形成された間隙部２２を有するリードフレーム２を得た。なお、この第１の加工工程はエッチングによる加工であっても差し支えない。また、パターン１１や外部電極１２の大きさ、形状、数、配置などは所望により適宜変更し得るものであることは言うまでもない。
【００１８】
次に、パターン１１間の間隙部２２に樹脂接合材を充填する工程として、ここではパターン１１相互間の間隙部２２を充填するのに十分な体積を有した任意の厚さの未硬化である樹脂接合材シート３１を図５に示すようにリードフレーム２の上面に設置後、図示省略している例えば公知の真空加熱プレス、または真空加熱ラミネータ装置の熱盤上にセットして加圧加熱することにより、樹脂接合材シート３１を流動させてパターン１１間の間隙部２２に充填すると同時に硬化を行う。この方法の場合、一括で充填と硬化を行うことができるので、プロセスの低コスト化が図れる。なお、加圧時にリードフレーム２と装置下面の熱盤の間に弾性を有するテフロン（登録商標）等の耐熱シートを設けることにより、樹脂接合材シート３１の樹脂がプレス、またはラミネート時にパターン１１間の間隙部２２を通ってリードフレーム２の下面の金属面上へ回り込むのを防止できる。なお、リードフレーム２の上面に樹脂接合材シート３１の樹脂が残存した場合は、例えばバフ研磨等の公知の適宜な手段で取り除き、金属面を露出させる。
また、リードフレーム２の上面に樹脂が残存しない方法としては、リードフレーム２と同様なパターンを有する極薄の金属、または樹脂で出来たマスク板を樹脂接合材シート３１とリードフレーム２の間に設置し、上記と同様なプロセスで樹脂接合材を充填した後、上記マスク材を剥離することにより上記と同様に上面に樹脂が残存しないリードフレーム２を得ることが出来る。
【００１９】
図６は上記のような第１の加工工程、及びパターン間の間隙部に樹脂接合材を充填する工程を経て得られたリードフレーム２を示しており、リードフレーム２のパターン１１間の各間隙部２２には樹脂接合材シート３１が硬化した樹脂接合材１３がそれぞれ充填されパターン１１相互、及びパターン１１と外部電極１２を接着している。なお、パターン１１相互、及びパターン１１と外部電極１２を連結している連結部２１はこの時点では残されている。その後、プレスを用いる２次加工工程において、半硬化状のシートを重ねることなくパターン１１間、及びパターン１１と外部電極１２との間の連結部２１を打ち抜き除去した後、外部電極１２を折り曲げ加工により成形することにより図１に示すようなリードフレーム基板１が得られる。なお、２次加工工程による連結部２１の除去と外部電極１２の折り曲げ加工の順番はどちらが先でも問題はなく、また、同時に行っても良い。
【００２０】
上記のように、実施の形態３によるリードフレーム基板の製造方法は、金属板をプレスすることによって、互いに独立した複数のパターンと、隣接するパターンを相互に接続する連結部を有するリードフレームを形成する第１の加工工程と、隣接するパターン間の間隙部に樹脂接合材を充填する工程と、プレスにより上記連結部を除去する第２の加工工程を含むようにしたものである。この方法によれば第２の加工工程で半硬化状のシートが重合されていないため、パターン１１を相互に接続する連結部２１を打ち抜くときに反りなどの変形を生じることがなく、面方向に平滑で品質に優れたリードフレーム基板１を得ることができる。さらに、隣接するパターン１１間の間隙部２２に樹脂接合材を充填する工程として、ここでは未硬化の樹脂接合材シート３１を用いたので、簡単にパターン１１間に樹脂接合材を充填出来るという効果が得られる。
【００２１】
実施の形態４．
図８は本発明の実施の形態４によるリードフレーム基板の製造方法における隣接するパターン間の間隙部に樹脂接合材を充填する工程の要部を概念的に説明する図である。なお、この実施の形態４は、第１の加工工程までは実施の形態３と同様である。第１の加工工程によって図４と同様のリードフレーム２を得た後、樹脂接合材１３を形成する樹脂材料として液状の熱硬化性の樹脂接合材ペースト３２を用い、図８に示すように該樹脂接合材ペースト３２をリードフレーム２上の適宜の位置に所定量載せた後、スキージ３３を用いてリードフレーム２上に展ばし、真空印刷法によりリードフレーム２のパターン１１間の間隙部２２に充填した後、乾燥機を用い間隙部２２に充填された樹脂接合材ペースト３２を加熱硬化することによって例えば図７と同様のリードフレーム基板を得る。この実施の形態４では、間隙部２２への樹脂材料の充填に真空印刷法を用いたことにより、間隙部２２に充填された樹脂接合材ペーストのバルク中からボイドを除去することができ、樹脂接合材ペースト３２が密に充填される。
【００２２】
なお、上記充填工程ではリードフレーム２の上下パターン部への樹脂接合材の残存はある程度防止可能であるが、リードフレーム２のパターン１１部表面に樹脂接合材が残った場合には、実施の形態３と同様にバフ研磨等で取り除き、金属面を露出させる。
更には、真空印刷時にリードフレームと同じパターンが形成されたメタルマスクを用いることによりリードフレーム２のパターン１１部表面への樹脂の残存を防止することが出来る。
リードフレーム２の下面への樹脂の回り込み防止に関しては、第１の加工工程による１次打ち抜き後のリードフレームの下面に粘着性の耐熱シートを貼り合わせた後、真空印刷を行うことにより達成可能となる。
その後、２次打ち抜きを行う第２の加工工程、外部電極１２の折り曲げ加工は実施の形態３と同様に行うことにより、本発明である図１に例示されるリードフレーム基板が得られる。
上記のように実施の形態４の製造方法においては、真空印刷法を用いて樹脂接合材ペースト３２を間隙部２２に充填するようにしたので、充填された樹脂接合材のバルク中にボイドが発生することがなく、隣接するパターン１１相互及び外部電極１２が一層強固に接続されたリードフレーム基板１が得られる。
【００２３】
実施の形態５．
図９、図１０はこの発明の実施の形態５によるリードフレーム基板の製造方法を説明する図であり、図９は第１の加工工程を終えた後のリードフレームを示す断面図、図１０は得られたリードフレーム基板の断面図である。この実施の形態５では、第１の加工工程を行う前に、実施の形態３と同様の表面にニッケルめっきを施した厚さ１．０ｍｍの銅板の上下両面の全面に、予め片面に粘着性を有する厚さ約２０μｍのＰＥＴ製の樹脂フィルム４の粘着面を貼り合わせて接着する。次いで、実施の形態３と同様に第１の加工工程において金型により打ち抜きすることで図９に示すようなリードフレーム２の両面に樹脂フィルム４が接着され、パターン１１間を隔てる間隙部２２が形成された断面形状のリードフレーム２を得る。その後、実施の形態３または実施の形態４と同様な方法でリードフレーム２の間隙部２２に樹脂接合材１３を充填し、硬化させる。次いで、樹脂フィルム４をリードフレーム２から剥離することで、図１０に示すような樹脂接合材１３の厚さがリードフレーム２の厚さより樹脂フィルム４の厚さに相当する寸法だけ加算され、リードフレーム２の表面から突出したものが得られる。その後の２次加工工程、外部電極１２の折り曲げ加工は実施の形態３、４と同様に行うことにより、リードフレーム基板１が得られる。
【００２４】
上記のように実施の形態５によれば、リードフレーム２に加工する金属板の表面を予め樹脂フィルム４で覆った状態で第１の加工工程の打ち抜き加工を行うことにより、隣接するパターン間の間隙部に樹脂接合材を充填する工程では、樹脂接合材１３が、リードフレーム２のパターン１１表面に直接付着するのを防ぐことができる。このため、間隙部２２以外の部分に樹脂接合材１３が残った場合でも、樹脂接合材１３の硬化後、樹脂フィルム４を剥離することにより、簡単にパターン１１の上下の金属面を露出させることが可能となるため、実施の形態３の真空加熱プレス、または真空加熱ラミネータ工程、実施の形態４の真空印刷工程において、樹脂接合材１３のパターン１１部への残存を問題にする必要が無くなり、効率的に製造することができる。
【００２５】
実施の形態６．
図１１、図１２はこの発明の実施の形態６によるリードフレーム基板の製造方法を説明する図であり、図１１は隣接するパターン間の間隙部に、樹脂接合材として用いたソルダーレジスト用ドライフィルムが充填された状態を示す断面図、図１２は図１１に示されたソルダーレジスト用ドライフィルムの不要部分を除去した状態を示す断面図である。この実施の形態６の製造方法では、先ず上記実施の形態３と同様の表面にニッケルめっきを施した厚さ１．０ｍｍの銅板を用い、同様に１次加工工程を行ない、図４と同様の隣接するパターン１１間に連結部２１が残った状態のリードフレーム２を得る。
次に、パターン１１間の間隙部２２に樹脂接合材を充填する工程では、樹脂接合材シート、樹脂接合材ペースト等に代えてソルダーレジスト用ドライフィルム３４を用い、該ソルダーレジスト用ドライフィルム３４を得られたリードフレーム２の上面に載置した後、公知の真空加熱ラミネータ装置により、ラミネートさせることにより、図１１に示すようなパターン１１間の間隙部２２にソルダーレジスト用ドライフィルムの樹脂が充填されると同時に、電子部品が実装されるリードフレーム２の上面全面に例えば１０〜５０μｍの厚さでソルダーレジスト用ドライフィルム３４が被着形成されたものが得られる。
【００２６】
その後、パターン１１上に実装する電子部品の位置決め部１３ａを形成するための例えば電子部品に応じた形状のマスク（何れも図示省略）を用い、露光工程、現像工程、硬化工程を行うことにより、図１２に示すように間隙部２２にソルダーレジスト用ドライフィルム３４の樹脂が樹脂接合材１３として充填され、パターン１１の表面部に突出した部分で電力用半導体素子等の電子部品の位置決め部１３ａを形成したパターン（詳細図示省略）がリードフレーム２の上面に形成される。その後、打ち抜き加工を行う第２の加工
工程、外部電極１２の折り曲げ加工は実施の形態３、４、５と同様である。
【００２７】
上記のように、実施の形態６の製造方法においては、樹脂接合材１３としてソルダーレジスト用ドライフィルム３４を用い、該ソルダーレジスト用ドライフィルム３４をリードフレーム２上のパターン１１と間隙部２２の全面に跨って設け、パターン１１上の不要となる部分は露光工程、現像工程によって除去する一方、パターン１１上に突出した樹脂接合材の周囲部が電子部品の位置決め部１３ａとなるようにしたので、電子部品の実装時に簡単に電子部品の位置合わせが行えると言う付随効果も得られる。また、間隙部２２の樹脂接合材１３がパターン１１の周囲部に伸びて断面Ｔ字状に設けられるので接触面積が増し、隣接するパターン１１相互の接合強度が高められるという効果も得られる。
【００２８】
実施の形態７．
図１３〜図１５はこの発明の実施の形態７に係る半導体モジュールの内部構成を概念的に説明する図であり、図１３は製造工程でリードフレーム基板に電子部品を実装した後、ワイヤーボンドを施した状態を示す鳥瞰図、図１４は図１３に示された実装基板に熱伝導樹脂シートを介して金属ベース板を取り付けた封止前の半導体モジュールを示す断面図、図１５は図１４の変形例を示す断面図である。この実施の形態７に係る半導体モジュールは、上記実施の形態３〜６に例示した製造方法によって得られた実施の形態１、２の図１〜３に示すような上下面に金属面が露出した状態のリードフレーム基板１を用いることを骨子としている。例えば図１のようなリードフレーム基板１のパターン１１上面に電力用半導体素子を含む所定の複数の電子部品５を図１３に示すように実装後、電子部品５間、電子部品５とパターン１１間、電子部品５またはパターン１１と外部電極１２間をワイヤーボンド６を用いて電気的に接続した後、図１４に示すように絶縁性を有し熱伝導性に優れた熱伝導樹脂シート７を介してアルミニウムまたは銅材料からなる金属ベース板８を接合する。
【００２９】
その後、所定の形状、寸法に形成された枠を用いて、例えばシリコーンゲル樹脂、液状エポキシ樹脂等の封止樹脂材料で外部電極１２のみが露出した状態で金属ベース板８の熱伝導樹脂シート７と反対面を露出した形状で封止することにより、目的とする電力用の半導体モジュール（図示省略）を得ることが出来る。なお、上記熱伝導樹脂シート７としては熱伝導性に優れた無機フィラーである例えばアルミナ、窒化アルミ、窒化硼素等を熱硬化性樹脂に混合した熱硬化性樹脂シートなどは好ましく用いることができる。また、封止方法としては、シリコーンゲル樹脂または液状エポキシ樹脂以外に、金型を用いるトランスファー封止方法などを用いても良い。更には、図１５の変形例に示すように、金属ベース板８の代わりに金属冷却フィン８Ａを直接接合しても良い。
【００３０】
上記のように構成された実施の形態７による半導体モジュールは、リードフレーム基板１が、その製造過程において連結部２１（図４）をプレスによって打ち抜いたときに、該連結部２１（図４）が存在していた部分の穴１４（図１）の周辺のパターン１１部が部分的に反るなどの変形がなく、面方向に平滑に形成されているので、電力用半導体素子や回路部品などの電子部品５を実装するときに、該電子部品５を密着性、平坦性良く、また高密度に実装することができる。また、密着性、平坦性に優れることにより、電子部品５とパターン１１間のはんだの接続信頼性が高い。また、熱伝導樹脂シート７を介した金属ベース板８に対する密着度も高いので放熱特性に優れ、信頼性も向上されるという顕著な効果が得られる。 
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を保持するための互いに独立した複数のパターンと、隣接するパターン間の間隙部に充填され該隣接するパターン相互を接続する樹脂接合材とを備え、
上記複数のパターンの上面及び下面は金属面が露出されている
ことを特徴とするリードフレーム基板。
【請求項２】
上記パターンと上記樹脂接合材との接合部に、接合性の向上を図る係合凸部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のリードフレーム基板。
【請求項３】
上記樹脂接合材は、上記パターンの表面位置より厚さ方向に突出されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリードフレーム基板。
【請求項４】
電子部品を保持するための互いに独立した複数のパターンと、隣接するパターン間の間隙部に充填され該隣接するパターン相互を接続する樹脂接合材とを備え、
上記樹脂接合材は、上記パターンの表面位置より厚さ方向に突出され、
上記樹脂接合材の突出された部分を、実装される電子部品の位置決め部と
してなることを特徴とするリードフレーム基板。
【請求項５】
上記パターンと上記樹脂接合材との接合部に、接合性の向上を図る係合凸部が設けられていることを特徴とする請求項４に記載のリードフレーム基板。
【請求項６】
上記複数のパターンの上面及び下面は金属面が露出されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のリードフレーム基板。
【請求項７】
上記請求項１〜請求項６の何れか１項に記載のリードフレーム基板に、電力用半導体素子からなる電子部品が実装されてなることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項８】
金属板から、互いに独立した複数のパターンと、隣接するパターンを相互に接続する連結部を有するリードフレームを形成する第１の加工工程と、この第１の加工工程によって形成された隣接するパターン間の間隙部に樹脂接合材を充填する工程と、上記連結部をプレスにより打ち抜き除去する第２の加工工程を含むことを特徴とするリードフレーム基板の製造方法。
【請求項９】
上記樹脂接合材を充填する工程は、未硬化である樹脂接合材シートを上記リードフレームの表面に設置後、真空加熱プレスまたは真空加熱ラミネータ装置により充填すると共に硬化することを特徴とする請求項８に記載のリードフレーム基板の製造方法。
【請求項１０】
上記樹脂接合材を充填する工程は、上記パターン間の間隙部に熱硬化性の樹脂接合材ペーストを真空印刷法により充填した後、加熱硬化することを特徴とする請求項８に記載のリードフレーム基板の製造方法。
【請求項１１】
上記樹脂接合材を充填する工程は、ソルダーレジスト用ドライフィルムを上記リードフレームの表面に設置後、真空加熱ラミネータ装置により該ソルダーレジスト用ドライフィルムを上記間隙部に充填すると共に上記パターン表面に被着し、然る後、露光、現像、硬化を行い、上記パターン表面部のソルダーレジスト用ドライフィルムを除去することを特徴とする請求項８に記載のリードフレーム基板の製造方法。
【請求項１２】
上記露光時に、上記パターン上に実装する電子部品の位置決め部を形成することを特徴とする請求項１１に記載のリードフレーム基板の製造方法。
【請求項１３】
上記金属板として、両面に樹脂フィルムを貼り合わせた金属板を用い、上記第２の加工工程の後、上記リードフレーム上に残った樹脂フィルムを剥離することを特徴とする請求項８〜請求項１２の何れか１項に記載のリードフレーム基板の製造方法。
【国際調査報告】
2009110376.tif 000018
2009110376.tif 000019
2009110376.tif 000020