(57)【要約】【課題】コネクタに挿入する際に信号ピンの機械的強度を確保することができる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体装置１の製造方法は、コネクタに挿入するための信号ピン３２およびリードフレーム本体３１を有するリードフレーム３と、リードフレーム本体３１にはんだ付けされた半導体素子４と、を備えた半導体装置１の製造方法である。まず、信号ピン３２が形成されていないリードフレーム３に相当する基材３Ａを準備する準備工程Ｓ１と、準備した基材３Ａのうち、リードフレーム本体３１に対応する部分と半導体素子４とをはんだ付けするはんだ付け工程Ｓ２と、はんだ付け工程Ｓ２後に、半導体素子４がはんだ付けされた基材３Ａに対してプレス加工により信号ピン３２を成形するプレス加工工程Ｓ５と、を少なくとも含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コネクタに挿入するための信号ピンおよびリードフレーム本体を有するリードフレームと、前記リードフレーム本体にはんだ付けされた半導体素子と、を備えた半導体装置の製造方法であって、
前記信号ピンが形成されていない前記リードフレームに相当する基材を準備する準備工程と、
準備した前記基材のうち、前記リードフレーム本体に対応する部分と前記半導体素子とをはんだ付けするはんだ付け工程と、
前記はんだ付け工程後に、前記基材に対してプレス加工により前記信号ピンを成形する成形工程と、を少なくとも含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の半導体素子とリードフレームとをはんだ付けした半導体装置が知られている。この半導体装置では、コネクタに挿入するための信号ピンをリードフレームの一部に形成する場合がある。
【０００３】
このような半導体装置の製造方法として、特許文献１には、あらかじめ信号ピンが形成されたリードフレームと半導体素子とをはんだ付けすることにより半導体装置を製造する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−５９７２６号公報（例えば、図４等参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の半導体装置の製造方法では、はんだ付けする際の加熱が起因してリードフレームが軟化する。これにより、あらかじめリードフレームに形成された信号ピンの機械的強度が低下するため、コネクタに信号ピンを挿入する際に、信号ピンが想定外に変形するおそれがある。
【０００６】
本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、本発明では、コネクタに挿入する際に信号ピンの機械的強度を確保することができる半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、コネクタに挿入するための信号ピンおよびリードフレーム本体を有するリードフレームと、前記リードフレーム本体にはんだ付けされた半導体素子と、を備えた半導体装置の製造方法であって、前記信号ピンが形成されていない前記リードフレームに相当する基材を準備する準備工程と、準備した前記基材のうち、前記リードフレーム本体に対応する部分と前記半導体素子とをはんだ付けするはんだ付け工程と、前記はんだ付け工程後に、前記基材に対してプレス加工により前記信号ピンを成形する成形工程と、を少なくとも含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、基材のうち、リードフレーム本体に相当する部分と半導体素子とをはんだ付けした後、半導体素子がはんだ付けされた基材に対してプレス加工により信号ピンを成形する。このため、はんだ付け時の加熱に起因して、信号ピンに対応する部分の金属材料が軟化しても、はんだ付け後のプレス加工により、成形された信号ピンの金属材料は加工硬化し、その機械的強度を確保することができる。この結果、コネクタに挿入する際に、信号ピンの機械的強度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）は、本実施形態の製造方法により製造された半導体装置の模式的斜視図であり、（ｂ）は、図１に示す半導体装置のＡ−Ａ線に沿った矢視断面図である。
【図２】本実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程を説明するフロー図である。
【図３】図２に示すプレス加工工程を説明するための模式的斜視図である。
【図４】信号ピンに相当する素材からなる試験体の引張試験の結果であり、リフロー前の試験体、リフロー後・プレス加工なしの試験体、およびリフロー後・プレス加工ありの試験体の引張試験の結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１〜４を参照しながら本発明に係る実施形態について説明する
【００１１】
まず、図１を参照して、本実施形態の半導体装置１の概略的な構成を説明し、次に、図２、図３を参照して本実施形態の半導体装置１の製造方法について説明する。図１（ａ）は、本実施形態の製造方法により製造された半導体装置１の模式的斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）の半導体装置１のＡ−Ａ線に沿った矢視断面図である。
【００１２】
本実施形態に係る半導体装置１は、両面冷却型半導体装置として利用されるものである。図１（ａ）および（ｂ）に示すように半導体装置１は、複数の信号ピン３２およびリードフレーム本体３１が形成されたリードフレーム３と、リードフレーム本体３１にはんだ層２１を介して接合された半導体素子４と、を少なくとも備えている。本実施形態の半導体装置１は、ブロック６、リードフレーム７、および封止樹脂体５をさらに備えている。リードフレーム３およびリードフレーム７は、それぞれ半導体素子４のコレクタ側およびエミッタ側に接合されている。
【００１３】
半導体素子４には、ブロック６と、リードフレーム７とが順に配置されており、半導体素子４とブロック６とは、はんだ層２２を介して接合され、ブロック６とリードフレーム７とは、はんだ層２３を介して接合されている。封止樹脂体５は、これらの周りを覆っている。
【００１４】
複数の信号ピン３２は、リードフレーム３の一端部に形成され、封止樹脂体５から露出している。本実施形態では、信号ピン３２は、例えば、電子機器等に設けられたコネクタ（不図示）に挿入される。半導体素子４としては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal oxide semiconductor Field Effect Transistor)、又はFWD(Free Wheeling Diode)等を挙げることができる。リードフレーム３、７は、アルミニウム、銅、またはこれらの合金で構成されており、これらの表面にめっき層等が形成されていてもよい。
【００１５】
はんだ層２１〜２３は、Ｐｂ系はんだ、Ｐｂフリーはんだのいずれであってもよいが、Ｐｂフリーはんだであることが好ましい。このようなＰｂフリーはんだとしては、Ｓｎ−Ａｇ系はんだ、Ｓｎ−Ｃｕ系はんだ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ、または、Ｓｎ−Ｓｂ系はんだなどを挙げることができる。なお、ブロック６は、半導体装置１の高さを調整するものであり、材料としては、例えば、Ｃｕなどを挙げることができる。
【００１６】
封止樹脂体５は、半導体素子４を封止するものであり、封止樹脂体５の材料としてはエポキシ系熱硬化性樹脂が挙げられる。エポキシ系熱硬化性樹脂の中には、シリカ、アルミナ、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、または酸化マグネシウム等の無機フィラーが含有されていてもよい。
【００１７】
次に、本実施形態に係る半導体装置１の製造方法を図２に示す各工程に沿って説明する。図２は、本実施形態に係る半導体装置１の製造方法の工程を説明するフロー図である。図３は、図２に示すプレス加工工程Ｓ５を説明するための模式的斜視図である。
【００１８】
＜準備工程Ｓ１＞
この工程では、信号ピン３２が形成されていないリードフレームに相当する基材３Ａを準備する（例えば図３の左図参照）。基材３Ａの表面に、はんだとの濡れ性を良好にするために、Ａｕめっき層を形成してもよい。あるいは、基材３Ａの表面に、銅など金属の酸化を防止するために、酸化防止剤を塗布してもよい。
【００１９】
基材３Ａは、リードフレーム本体３１に対応する部分と信号ピン３２に対応する部分３２Ａとで構成されている。後述するプレス加工工程Ｓ５において、信号ピン３２を形成するため、本実施形態では、従来とは異なり、信号ピン３２があらかじめ形成されておらず、信号ピン３２に対応する部分３２Ａは、略板状に形成されている（例えば図３の左図参照）。
【００２０】
＜はんだ付け工程Ｓ２＞
準備工程Ｓ１の次にはんだ付け工程Ｓ２を行う。この工程では、準備した基材３Ａのうち、リードフレーム本体３１に対応する部分と半導体素子４とをはんだ付けする。具体的には、リードフレーム本体３１に対応する部分に、はんだ層２１となるはんだを介して半導体素子４を積層する。さらに、半導体素子４の上にはんだ層２２となるはんだを介してブロック６を積層し、ブロック６の上にはんだ層２３となるはんだを介してリードフレーム７を積層する。次いで、これらを所定の熱履歴（温度プロファイル）で加熱し、リフローはんだ付けによりこれらを接合する。これにより、各部材の間には、上述したはんだ層２１〜２３が形成される。なお、本実施形態ではリフローはんだ付けにより、これらを接合したが、たとえば、これらを個別に溶融したはんだで接合してもよい。
【００２１】
＜ワイヤーボンディング工程Ｓ３＞
はんだ付け工程Ｓ２に、次いでワイヤーボンディング工程Ｓ３を行う。この工程では、たとえば、超音波を利用して、半導体素子４と基板３Ａとをワイヤ（不図示）を介して接続する。
【００２２】
＜樹脂成形工程Ｓ４＞
ワイヤーボンディング工程Ｓ３の次に樹脂成形工程Ｓ４を行う。この工程では、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、信号ピン３２に相当する部分３２Ａ等が露出するように、半導体素子４を含む部分を封止樹脂体５で覆う。エポキシ樹脂などの未硬化の熱硬化性樹脂をポッティングし、これを加熱することにより硬化させる。
【００２３】
＜プレス加工工程Ｓ５＞
この工程では、樹脂成形工程Ｓ４後の基材３Ａに対してプレス加工により複数の信号ピン３２を成形する。具体的には、図３の左図に示すように、基材３Ａのうち信号ピン３２に対応する部分３２Ａに冷間プレス加工を行う。これにより、図３の右図に示すような半導体装置１を得ることができる。冷間プレス加工は、たとえば、８０ｔ〜２００ｔのプレス機を使用して、２５℃で、部分３２Ａの圧下率（圧縮変形量）５０％以上で実施することが好ましい。
【００２４】
このようなプレス加工により、信号ピン３２が成形されるとともに、信号ピン３２の金属材料には、塑性ひずみが導入され、その金属材料は加工硬化する。この加工硬化により、リフローはんだ付け時の加熱に起因して、信号ピン３２に対応する部分３２Ａが軟化したとしても、信号ピン３２の機械的強度を向上させることができる。
【００２５】
特に、本実施形態では、樹脂成形工程Ｓ４において、封止樹脂体５の熱硬化性樹脂を硬化させる熱により、信号ピン３２に対応する部分３２Ａの金属材料が軟化した場合であっても、その後に、プレス加工工程Ｓ５を行うので、信号ピン３２の機械的強度を向上させることができる。
【００２６】
このようにして、得られた半導体装置１の信号ピン３２は、コネクタへの挿入時の変形に耐え得る機械的強度となる。また、信号ピン３２の表面に無電解Ｎｉ−Ｐめっきなどの表面処理を行う必要がないため、コストを抑えることができ、信号ピン３２に酸化防止剤を塗布することで、信号ピン３２の酸化を抑えることができる。
【００２７】
さらに、本実施形態によれば、プレス加工により、リードフレーム３に信号ピン３２を成形したので、信号ピンのみを別部品として準備し、これを接合する必要がない。これにより、部品点数の増加および作業工程の増加を抑えることができる。
【００２８】
上述した製造方法では、樹脂成形工程Ｓ４後にプレス加工工程Ｓ５を行ったが、はんだ付け工程Ｓ２以降であれば、ワイヤーボンディング工程Ｓ３の前にプレス加工工程Ｓ５を行ってもよく、ワイヤーボンディング工程Ｓ３後、樹脂成形工程Ｓ４前にプレス加工工程Ｓ５を行ってもよい。はんだ付け工程Ｓ２以降に、プレス加工工程Ｓ５を行えば、はんだ付け時の熱による信号ピン３２の強度低下を抑えることができる。
【００２９】
ここで、発明者は、信号ピンに相当する材料（銅合金）からなる試験体を準備し、引張試験を行った。具体的には、リフロー前の試験体１、リフロー後・プレス加工なしの試験体２、および、リフロー後・プレス加工ありの試験体３を準備し、これらの引張強度を測定した。この結果を図４に示す。なお、試験体１では、プレス加工を行っていない。
【００３０】
なお、ここでいう「リフロー後」とは、実際にリフローはんだ付け時と同等の熱履歴を、試験体に付与した場合であり、「プレス加工あり」とは、プレス加工時に付与される塑性ひずみと同様の塑性ひずみを試験体に付与した場合である。
【００３１】
図４に示すように、リフロー後・プレス加工なしの試験体２の引張強度は、リフロー前・プレス加工なしの試験体１のものよりも低く、リフロー後・プレス加工ありの試験体３の引張強度は、リフロー後・プレス加工なしの試験体２のものよりも高かった。このことから、リフローはんだ付けにより、信号ピンの金属材料は軟化するが、その後、プレス加工により、軟化した金属材料は加工硬化することがわかる。
【００３２】
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【符号の説明】
【００３３】
１：半導体装置、３：リードフレーム、３１：リードフレーム本体、３２：信号ピン、４：半導体素子、Ｓ１：準備工程、Ｓ２：はんだ付け工程、Ｓ５：プレス加工工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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