(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体部品を搭載するための放熱板に用いる板状部品を銅または銅合金の条材から順送金型で製造するに際し、
条材から両サイドの捨てしろ部を切り落とすサイドカット工程と条材から部品を切り離すセパレート工程を１つのパンチを使って同時に行うサイドカット・セパレートステージを有し、前記サイドカット・セパレートステージより後段に、サイドカット・セパレートステージで切り離された部品の反り形状を矯正する形状矯正ステージを有する順送金型を使用し、
サイドカット・セパレートステージでは、隣り合う部品領域のうち、後行する部品領域における進行方向前寄り部分のサイド捨てしろ部、先行する部品領域における進行方向後寄り部分に残存するサイド捨てしろ部、およびこれら両部品領域に挟まれた中間捨てしろ部を同時に切り落とすとともに、後行する部品領域の両サイドには切り落とすサイド捨てしろ部の後端を含む領域に条の幅方向に切り欠きを設け、先行する部品領域のサイド捨てしろ部を切り落とす際に、前記切り欠きによって、すでに形成されているサイド端面とパンチとの接触を回避させ、
形状矯正ステージでは、サイドカット・セパレートステージで切り離された部品の「反り」を矯正する、
放熱板部品の製造法。
【請求項２】
前記サイドカット・セパレートステージより前段に、半導体部品を搭載する面にディンプル加工を施す１または２以上のディンプル加工ステージを有する順送金型を使用する、請求項１に記載の放熱板部品の製造法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体部品を搭載する放熱板に用いる銅または銅合金製の板状部品、およびその製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
銅または銅合金は熱伝導性に優れることから、半導体部品（半導体素子、および素子を搭載した基板等）に取り付ける放熱板として広く使用されている。放熱板は一般に、銅または銅合金の条材（帯状の板材）を素材として、これを例えば順送金型を用いてプレス成形することにより板状部品とし、その後必要に応じてＮｉめっき等の処理を施して製造される。
【０００３】
図１に、順送金型を用いて放熱板に用いる板状部品を製造するためのライン構成を模式的に例示する。条材１はそのコイル２からほどかれてレベラー３を通り、順送金型４の中に送られる。順送金型４は複数の加工ステージを備えており、条材１中の各部品領域（最終的に個々の部品となる部分）は各加工ステージに順次断続的に送られて、最終的に所望の複数回のプレスが達成される。加工ステージの中には通常、条材の両サイド近傍の不要部分を切り落とすための「サイドカットステージ」と、条材から個々の部品を切り離すための「セパレートステージ」が設けられ、順送金型４の出側から、切り離された個々の板状部品５が出てくるようになっている。
【０００４】
また、半導体部品を搭載する放熱板には、その搭載面にディンプル加工が施される場合がある。その場合、「ディンプル加工ステージ」は「サイドカットステージ」より前段に設けられる（特許文献１）。ディンプルは、はんだ接合により半導体部品を搭載する際に放熱板と封止樹脂モールドの密着性を高めるための極めて有効な手段である。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３２７７６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
順送金型においてサイドカット工程とセパレート工程を順次行う場合、通常、金型強度を保つために「サイドカットステージ」と「セパレートステージ」の間には何も加工を行わない「アイドルステージ」が設けられる（特許文献１参照）。このため、サイドカット工程とセパレート工程を行うだけで３ステージを必要とし、大型の金型を使用しなければ全工程を終えられないことがあった。特にディンプル加工を複数工程で行う場合などは問題となりやすい。大型の金型を使用することや、多くの加工ステージを設けることは、製造コストの増大やプレスカスなどによる部品の表面品質不良につながり、好ましくない。
【０００７】
一方、半導体を搭載するための放熱板には、半導体を搭載する面の反対側に放熱フィンを取付る等に際し高い寸法精度が要求される。すなわち、不要な「反り」が生じていないことや、端面に「バリ」が生じていないことが必要となる。この点、例えばディンプル加工を施す場合は、ディンプル形成面が凸になる反りが生じ、それを矯正する工程を入れると、順送金型のステージ数はさらに増加してしまう。
【０００８】
本発明は、「反り」や「バリ」の問題がない高い寸法精度を有し、かつ低コストの放熱板部品を提供すること、および、そのような放熱板部品を製造するために、順送金型のステージ数削減と、「反り」や「バリ」の問題回避を両立させる製造技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明者らは上記目的を達成すべく鋭意研究を行い、順送金型において、サイドカット工程とセパレート工程を特殊な形状のパンチを用いて１ステージで行う方法を開発した。その結果、「反り」や「バリ」の問題がない高い寸法精度を有する放熱板部品として、銅または銅合金の条材から製造された板状部品であって、少なくとも１つの端面に板厚を貫通する切り欠きを有し、半導体部品を搭載する面と反対側の表面を上にして切り欠きを有する端面近傍の切り欠き先端からの距離が２ｍｍの直線に沿って当該端面に平行方向に切り欠きを中心として２０ｍｍの距離で反り量を測定したとき、下に凸となる反り量が０.０２０ｍｍ以下である放熱板部品を提供するに至った。半導体部品を搭載する面にディンプル加工が施されているものでも、このような寸法精度の高いものが提供される。
【００１０】
反り量は、水平面上に置かれた被測定材料（板状部品）の表面についてダイヤルゲージ、レーザー変位計、接触式表面形状測定器などで測定することができるが、接触式表面形状測定器での測定が好ましい。「直線に沿って測定する」とは、水平面上に置かれた被測定材料の表面を鉛直方向から見たときの直線上を測定することをいう。反り量の値は、基準となる水平面に対する表面の相対的高さの、測定範囲内における最大値と最小値の差である。
【００１１】
端面に「バリ」の問題を発生させずにサイドカット工程とセパレート工程を特殊な形状のパンチを用いて１ステージで行う放熱板部品の製造方法として、
条材から両サイドの捨てしろ部を切り落とすサイドカット工程と条材から部品を切り離すセパレート工程を１つのパンチを使って同時に行うサイドカット・セパレートステージ有し、前記サイドカット・セパレートステージより後段に、サイドカット・セパレートステージで切り離された部品の反り形状を矯正する形状矯正ステージを有する順送金型を使用し、
サイドカット・セパレートステージでは、隣り合う部品領域のうち、後行する部品領域における進行方向前寄り部分のサイド捨てしろ部、先行する部品領域における進行方向後寄り部分に残存するサイド捨てしろ部、およびこれら両部品領域に挟まれた中間捨てしろ部を同時に切り落とすとともに、後行する部品領域の両サイドには切り落とすサイド捨てしろ部の後端を含む領域に条の幅方向に切り欠きを設け、先行する部品領域のサイド捨てしろ部を切り落とす際に、前記切り欠きによって、すでに形成されているサイド端面とパンチとの接触を回避させ、
形状矯正ステージでは、サイドカット・セパレートステージで切り離された部品の「反り」を矯正する、
放熱板部品の製造法が提供される。
【００１２】
ディンプル加工を施す場合は、前記サイドカット・セパレートステージより前段に、半導体部品を搭載する面にディンプル加工を施す１または２以上のディンプル加工ステージを有する順送金型を使用することができる。
また、前記サイドカット・セパレートステージより後段に、サイドカット・セパレートステージで切り離された部品の反り形状を矯正する形状矯正ステージを有する順送金型を使用し、形状矯正ステージでは、例えば前記切り欠きを形成した際にサイド端面近傍に生じたような「反り」を矯正する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、「バリ」や「反り」の問題がない高い寸法精度を有する放熱板部品を、低コストで提供可能になった。またその製造に際しては、順送金型のステージ数削減が実現でき、金型の小型化が達成される。あるいは同じ規模の金型を使用するならば、削減された２ステージ分を更なる加工ステージに割り当てることができ、放熱板の複雑形状化の要求にも対応しやすくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
順送金型においてサイドカット工程とセパレート工程を１つのパンチで１ステージで行う場合、パンチや金型に対する負担が増大する。種々検討の結果、安定したパンチングを実現するには、隣り合う部品領域（先行する部品領域と後行する部品領域）の両方について、サイド捨てしろ部を１つのパンチで概ね均等な量ずつ切り落とすことが効果的であることがわかった。
【００１５】
図２に、順送金型内でサイドカット工程とセパレート工程を１つのパンチで同時に行う「サイドカット・セパレートステージ」における、先行する部品領域と後行する部品領域およびパンチの位置関係を模式的に例示する。これは条材の面に垂直な方向に上から見た図である。ディンプル加工が行われる場合は、この順送金型の例では裏面（条材の下面）に既にディンプルが形成されている。パンチは上から下に運動しながら打ち抜きを行う。
【００１６】
条材１は矢印の方向に進行する。サイドカット・セパレートステージでは略Ｈ型の断面をもつパンチ１２によって先行する部品領域１３が条材１から切り離される。このとき、先行する部品領域１３と後行する部品領域１４の間の中間捨てしろ部１５が切断除去されると同時に、後行する部品領域１４におけるサイド捨てしろ部のうち進行方向前寄り部分１８と、先行する部品領域１３の進行方向後寄り部分に残るサイド捨てしろ部１７が切断除去される。その際、後行する部品領域１４においては、切り落とすサイド捨てしろ部１８の後端１９を含む領域に切り欠き２０を形成する。この切り欠き２０は、先行する部品領域１３に残存ずるサイド捨てしろ部１７が打ち抜かれるとき、すでに形成されているサイド端面２１とパンチ１２との接触を回避する役割を果たす。その結果、サイド端面２１におけるバリの発生が防止される。切り欠きのサイズは、例えば幅：１〜５ｍｍ、深さ（サイド端面から条幅方向の切り欠き先端までの距離）：０.２〜２ｍｍ程度とすればよい。図２中、切り欠き２０のサイズは誇張して描いてある。
【００１７】
各部品領域の間の中間捨てしろ部１５にはパイロット穴２２が形成されている場合がある。パイロット穴２２は各ステージでの位置決めを自動的に行うためのもので、初期のステージで形成される。またパイロット穴２２の前後にはスリット２３が形成されることがある。スリット２３は各ステージでのプレスによって生じる歪みを吸収してパイロット穴２２の位置がずれることを防止する役割を有し、特にディンプル加工が行われる場合には大きな効果を発揮する（特許文献１参照）。
【００１８】
上述のように切り欠き２０を形成しておくことにより、１つのパンチでサイドカット工程とセパレート工程を同時に行う際に問題となる「バリ」の発生が解消される。ところが、この切り欠き２０の形成は、別の新たな問題の発生を招くことがある。すなわち、切り欠き２０を打ち抜く際には、条材１の当該切り欠き２０の部分に、パンチ１２からその運動方向に大きな外力が加わる。このためサイドカット・セパレートステージを終えた部品には、サイド端面近傍に大きな「局部反り」が発生しやすい。
【００１９】
図３には、後述の実施例においてサイドカット・セパレートステージを終えた段階の部品について、反り量を測定した結果を例示する。サイド端面の切り欠きの幅は２ｍｍ、深さは０.３ｍｍであり、図中、切り欠きのサイズは誇張して描いてある。図４には比較のため、「サイドカットステージ→アイドルステージ→セパレートステージ」の従来工程を終えた部品についての反り量測定結果を示す。いずれの部品も、Ｘ方向（条の幅方向）＝４５ｍｍ、Ｙ方向（条の進行方向）＝２５ｍｍ、板厚＝３ｍｍの矩形部品であり、測定面の反対側の面にはディンプル加工が施してあり、その中に１５×１５ｍｍのディンプル未形成領域（半導体チップがはんだ付けされる部分）を２箇所有しており、材質も共通である。ただし図４のものにはサイド端面に切り欠きがない。
【００２０】
反り量の測定は、水平面上に置いた状態の試料表面（ディンプル加工面と反対側の面）について接触式表面形状測定器を用いて、基準面（水平面）からの相対的高さを測定する方法で行った。図３（ａ）および図４（ａ）の矢印に沿って測定した反り量をそれぞれ図３（ｂ）および図４（ｂ）のグラフに示してある。グラフの縦軸方向は、測定開始点を０ｍｍの位置にしてある。これらの結果からわかるように、切り欠きを設けた試料（図３）には、切り欠きを設けていない試料（図４）と比べ、サイド端面近傍の、特に切り欠きの近くで下方向（打ち抜き方向）への大きな「局部反り」が生じている。また、板の中央付近ではいずれの試料にも下面が凸になる反りが生じている。これはディンプル加工に起因するものである。
【００２１】
サイド端面に切り欠きを形成することによって生じる弊害（局部反りの発生）を解消するために、本発明の製造法では、サイドカット・セパレートステージの後に、形状矯正ステージを設ける。形状矯正ステージでは、コマと呼ばれる上下の金属製の型によって部品をプレスする方法が採用できる。材料のスプリングバックを考慮してコマの形状を適正化することにより、上記局部反りは問題ないレベルに解消させることができる。半導体部品搭載用の放熱板では、特にＰｂフリーはんだで半導体部品を接合する際の熱膨張差による「反り」を相殺するために、予め「逆反り」を付与しておくこともある。ディンプル加工等によって不適切な反り形状となっている場合や、逆反りを付与する必要がある場合は、これらのことも考慮してコマの形状を設計する。
【００２２】
形状矯正ステージで反り形状を整えることによって、半導体部品を搭載する面と反対側の表面を上にして切り欠きを有する端面近傍の切り欠き先端からの距離が２ｍｍの直線（図３（ａ）のＢに相当）に沿って当該端面に平行方向に切り欠きを中心として２０ｍｍの距離で反り量を測定したとき、下に凸となる反り量が０.０２０ｍｍ以下であるようにした放熱板部品は、切り欠き形成時に生じた局部反りによる悪影響が回避され、半導体部品搭載用の放熱板として良好な寸法精度が実現される。当該反り量は０.０１５ｍｍ以下であることが一層好ましい。
また、サイド端面の切り欠きどうしを結ぶ直線（図３（ａ）のＡに相当）に沿って端部から端部まで測定した反り量は０.０２０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２３】
本発明の放熱板部品の素材には、純銅や、その他の銅合金が使用できるが、例えば、熱伝導性および耐熱特性の良好なＣｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金やＣｕ−Ｓｎ系銅合金が好適に採用できる。これらの銅合金条材は一般的な銅合金材料の製造プロセスで製造することができる。板厚は概ね１〜５ｍｍの範囲とすることができるが、一般的には２〜４ｍｍの範囲で多くの放熱板に適用可能である。「バリ」の発生は上記板厚よりも小さい場合は問題になりくく、上記板厚の場合に効果が顕著である。
【００２４】
順送金型によって製造された本発明の放熱板部品は、通常、Ｎｉめっき工程が省略され、プレスの潤滑油を洗浄した後、放熱板として使用される。半導体部品を搭載する際には、例えばＳｎ−３.５Ａｇ、Ｓｎ−５ＳｂといったＰｂフリーはんだを使用することができる。
【実施例】
【００２５】
Ｃｕ−０.０７質量％Ｆｅ−０.０１８質量％Ｐ系銅合金の条材（板厚３ｍｍ、幅５５ｍｍ）を素材に使用して、順送金型により図３に示した２５×４５ｍｍの放熱板部品を約３０００個製造した。順送金型のステージ（ｓｔ）構成は以下のようにした。
スリット形成ｓｔ→パイロット穴形成ｓｔ→アイドルｓｔ→第１ディンプル加工ｓｔ→第２ディンプル加工ｓｔ→アイドルｓｔ→サイドカット・セパレートｓｔ→材料送りｓｔ→形状矯正ｓｔ
【００２６】
サイドカット・セパレートステージでは、図２の例と同様に各「捨てしろ」を打ち抜き、サイド端面に幅３ｍｍ、深さ０.３ｍｍの切り欠きを形成した。スリットとパイロット穴の位置関係は図２に示したものと類似とし、スリット幅は３ｍｍ、パイロット穴径は５ｍｍである。中間捨てしろの幅は２０ｍｍである。順送金型内で下側となる表面に図３と同じ寸法領域のディンプル加工を施した。ディンプル形状は特許文献１の図３に示されるものと同じとした。
【００２７】
サイドカット・セパレートステージを終えた段階のサンプルについての反り形状は図３に示したとおりである。無作為に抽出した３０個のサンプルについて測定したが、いずれも図３に示した例と同様の反り形状であった。
【００２８】
形状矯正ステージでは、サイド端面の切り欠き形成で生じる局部反りと、ディンプル加工により生じる反りを矯正した。その際、上下のコマは、材料のスプリングバックを考慮して、フラットな形状の放熱板部品が得られるように設計したものを使用した。
【００２９】
製造性は良好であり、特にトラブルはなかった。得られた放熱板部品から無作為に３０個のサンプルを抽出して、図３の場合と同様の方法でディンプル加工面と反対側の表面について反り量を測定した。その結果、いずれのサンプルにおいても、切り欠きを有する端面近傍の切り欠き先端からの距離が２ｍｍの直線（図３（ａ）のＢに相当）に沿って当該端面に平行方向に切り欠きを中心として２０ｍｍの距離で反り量を測定したとき、下に凸となる反り量は０.０２０ｍｍ以下（平均値０.０１５ｍｍ）であった。
また、切り欠きどうしを結ぶ直線（図３（ａ）のＡに相当）に沿って端部から端部まで測定した反り量の変動幅は０.０２０ｍｍ以下（平均値は０.０１５ｍｍ）であった。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】順送金型を用いて放熱板部品を製造するライン構成を模式的に例示した図。
【図２】順送金型内のサイドカット・セパレートステージにおける、先行する部品領域と後行する部品領域およびパンチの位置関係を模式的に例示した図。
【図３】本発明に従うサイドカット・セパレートステージを終えた段階の部品について、反り量を測定した結果を例示した図。
【図４】従来の工程でセパレートステージを終えた段階の部品について、反り量を測定した結果を例示した図。
【符号の説明】
【００３１】
１    条材
２    コイル
３    レベラー
４    順送金型
５    板状部品
１２  パンチ
１３  先行する部品領域
１４  後行する部品領域
１５  中間捨てしろ部
１６  さらに後行する部品領域
１７、１８  サイド捨てしろ部
１９  切り落とすサイド捨てしろ部の後端
２０  切り欠き
２１  サイド端面
２２  パイロット穴
２３  スリット
【図１】
0004765116.tif 000002
【図２】
0004765116.tif 000003
【図３】
0004765116.tif 000004
【図４】
0004765116.tif 000005