(57)【要約】【課題】高信頼性の半導体装置を能率良く実装することができる金属ベース回路基板を提供する。【解決手段】当該金属ベース回路基板上に半導体素子を搭載しているリードフレームと前記半導体素子を封止している樹脂とを搭載して半導体装置とするための金属ベース回路基板であって、金属板と、前記金属板の一主面上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層上に設けられた回路とを含み、しかも前記金属板の回路を設けていない側の主面の周縁部に前記リードフレームとの嵌合段差を設けていることを特徴とする金属ベース回路基板である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
当該金属ベース回路基板上に半導体素子を搭載しているリードフレームと前記半導体素子を封止している樹脂とを搭載して半導体装置とするための金属ベース回路基板であって、金属板と、前記金属板の一主面上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層上に設けられた回路とを含み、しかも前記金属板の回路を設けていない側の主面の周縁部に前記リードフレームとの嵌合段差を設けていることを特徴とする金属ベース回路基板。
【請求項２】
金属板が、一主面の上方より眺めたときに、長辺部と短辺部とを夫々１組を有する形状であり、しかも前記嵌合段差が当該金属板の少なくとも相対する長辺部に設けられていることを特徴とする請求項１記載の金属ベース回路基板。
【請求項３】
金属ベース回路基板上に半導体素子を搭載しているリードフレームと前記半導体素子を封止している樹脂とを搭載して半導体装置を製造する方法であって、前記金属ベース回路基板のリードフレーム搭載側と反対側の主面の周縁部に前記リードフレームとの嵌合するための段差を設けている金属ベース回路基板を用いる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、電気機器、通信機、自動車等に用いられる半導体装置の製造方法に関するもので、ことに当該半導体装置が金属ベース回路基板上に半導体素子を搭載しているリードフレームと前記半導体素子を封止している樹脂とを搭載してなる半導体装置であり、更に、それに用いる特定構造を有する金属ベース回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気機器、通信機、自動車等の幅広い分野で半導体素子を搭載した半導体装置が知られているが、特に、大電流を流す半導体素子を使用するものについては、当該半導体装置において半導体素子や回路などから発生する熱を放散するために金属ベース回路基板が使用されることも公知である。
【０００３】
そして、半導体素子の過渡熱を吸収緩衝しながら、金属ベース回路基板に熱伝達するために、金属ベース回路基板の回路上にリードフレームを半田付けし、前記リードフーレム上に更に半導体素子を半田付けし、実装することも公知である（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３１４００４。
【０００４】
前記構造において、半導体素子等の電子部品は、予めリードフレーム上に積載されているか、または後工程で実装される。また、リードフレームは外部との接続をする端子の一部として使用されるので、リードフレームを金属ベース回路基板の回路上に半田付けする際には、相互の位置が規定どおり維持されていることが非常に重要である。
【０００５】
しかしながら、従来の公知技術においては、金属ベース回路基板の回路上にペースト状の半田クリームを印刷し、その上にリードフレームを載せ、半田クリームの自己粘着力で仮止めすることで位置固定し、加熱炉で半田を熔融接合していたために、リードフレームが金属ベース回路基板の回路上の所定位置からズレ易く、後工程での電子部品実装が難かしかったり、リードフレームを外部端子とする際に他機器との接続不良の原因となる等の問題がある。
【０００６】
そこで、金属ベース回路基板の金属板と、リードフレームとの接合位置合わせに関して、予め金属ベース回路基板の裏面からプレス金型で金属板の厚さの半分の深さまで打ち抜くことで、金属板表面又は裏面に突起物を形成し、リードフレームの位置合わせ用の穴をこの突起物に嵌合する方法が検討されている。しかしながら、突起物を金属板の表面又は裏面に設けることは、金属ベース回路基板の有効面積を減少させたり、半田ペーストを印刷塗布する際に物理的な支障となる等の問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、金属ベース回路基板にリードフレームを搭載し半田接合する際に、簡単に所定の位置に正確に載置することができ、しかも加熱炉での熔融、固化工程においても位置ズレする事が無く、高信頼性の接合が可能であり、その結果、高信頼性の半導体装置を能率良く実装することができる半導体素子の製造方法を提供することであり、そのための金属ベース回路基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
即ち、本発明は、当該金属ベース回路基板上に半導体素子を搭載しているリードフレームと前記半導体素子を封止している樹脂とを搭載して半導体装置とするための金属ベース回路基板であって、金属板と、前記金属板の一主面上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層上に設けられた回路とを含み、しかも前記金属板の回路を設けていない側の主面の周縁部に前記リードフレームとの嵌合段差を設けていることを特徴とする金属ベース回路基板であり、好ましくは、金属板が、一主面の上方より眺めたときに、長辺部と短辺部とを夫々１組を有する形状であり、しかも前記嵌合段差が当該金属板の少なくとも相対する長辺部に設けられていることを特徴とする前記の金属ベース回路基板である。
【０００９】
また、本発明は、金属ベース回路基板上に半導体素子を搭載しているリードフレームと前記半導体素子を封止している樹脂とを搭載して半導体装置を製造する方法であって、前記金属ベース回路基板のリードフレーム搭載側と反対側の主面の周縁部に前記リードフレームとの嵌合するための段差を設けている金属ベース回路基板を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の金属ベース回路基板は、それを構成している金属板の回路を設けていない側の主面の周縁部にリードフレームとの嵌合段差を設けている特徴を有しているので、リードフレームを当該金属ベース回路基板に搭載するに際して、リードフレームの一部と嵌合して、寸法のばらつき無く一体化される特徴を有しているし、更に、生産性高く一体化できる特徴をも有している。
【００１１】
本発明の半導体装置の製造方法は、前記特定構造の金属ベース回路基板を用いているので、容易に、生産性高く、高精度に組み立てられた半導体装置を得ることができ、従って、安価で高信頼性の半導体装置を提供できる特徴がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図に基づいて、本発明を詳説する。
【００１３】
図１は、本発明の金属ベース回路基板とそれを用いてなる半導体装置の製造方法の一例を示す図である。
【００１４】
図１（ａ）は、発明の金属ベース回路基板の一例を示す図で、金属板１の回路３が設けられていない面の平面図と、その中にＡ−Ａ’で示した部分の断面図とを示している。金属板１の回路３が設けられていない主面の周縁部には、リードフレームを搭載するときに位置を定めるための嵌合段差４が設けられている。当該嵌合段差は、金属ベース回路基板が長辺部と短辺部とを夫々１組を有する形状であり、しかも前記嵌合段差が当該金属板の少なくとも相対する長辺部に設けられているとき、本発明の効果が容易に達成できるので、特に好ましい。なお、前記回路３は、無機質フィラーを含有した樹脂からなる絶縁層２により金属板１とは電気絶縁されている。
【００１５】
図１（ｂ）は、回路３に半田ペースト５を塗布した後に、リードフレーム６を載置したときの断面図と、回路が搭載されていない側から見たときの、平面図である。リードフレーム６の一部に予め作製された金属板との嵌合用の端子部７が、金属板１の回路を設けていない側の主面の周縁部に設けられた前記嵌合段差４に組み合わされ、リードフレームと金属ベース回路基板とが位置合わせされている。
【００１６】
そして、図１（ｂ）のものは、加熱炉で半田を熔融し、両者を接続した後、更に電子部品等を樹脂封止して樹脂封止型半導体装置を得ることができる。当該半導体装置は、前記特徴のある金属ベース回路基板を用いているので、加熱炉で半田を熔融し、両者を接続した場合に従来公知技術に比べ格段に寸法精度が向上しており、その結果、信頼性のある半導体装置が得られる。
【００１７】
本発明に用いる金属ベース回路基板は、リードフレームとの嵌合段差が設けられているものであるならば、どのようなものであっても構わず、その作成方法も従来公知の方法のもので構わない。例えば、予め一主面の周縁部に段差を設けた金属板の前記一主面とは反対の主面上に、無機質フィラーを含有する硬化性樹脂からなる絶縁接着剤を塗布し、前記樹脂が十分に硬化する前に前記絶縁接着剤上に金属箔を積層し、前記樹脂を十分に硬化した後、前記金属箔をエッチング等により加工して回路を形成するという方法が知られている。
【００１８】
本発明においては、金属板に設ける嵌合段差の深さに関して、これを定めるべき格別の技術的理由は無いものと予想されたが、本発明者の検討結果に拠れば、リードフレームの厚さとの兼ね合いより選定され、０．３５〜２．１ｍｍが好ましく選択される。
【００１９】
この理由に関して本発明者は次のように考えている。即ち、リードフレームの厚さは、一般に０．３〜１．５ｍｍが用いられ、嵌合段差に嵌め込んだ際に、金属板の裏面表面より凸状態とならないことが重要である。本発明の金属ベース回路基板を用いた半導体装置は、一般に樹脂封止型半導体装置なので、放熱フィンに取付けられ、封止された電子部品からの発熱をリードフレーム、絶縁層、金属板を介して放熱フィンに効率良く放熱される必要がある。この為には、金属板裏面と放熱フィンが隙間無く密着される必要があり、従って、嵌合段差の深さは、リードフレームの厚さより僅かでも深くして置くことが重要となり、リードフレーム厚さより０．０１〜０．５ｍｍ深いことが好ましく、前記数値範囲が好ましく選択される。
【００２０】
また、本発明の金属ベース回路基板において、嵌合段差の幅はリードフレームを実装するに際し、導電回路との位置ズレを防止し、高位置精度を得る上で重要である。リードフレームを半田ペーストの上に載置し、加熱炉で半田を熔融した場合、リードフレームは振動や水平方向の傾きによってズレてしまう恐れがある。従って、嵌合段差の幅とリードフレームの幅の差はできるだけ小さいことが好ましい。しかしながら、実装する際には両者の差が大きいほど作業性に優れることから、両者のバランスを見て、リードフレームや嵌合段差の幅が選定される。一般的に嵌合段差の幅はリードフレームの幅より０．０５〜０．１ｍｍ大きく形成すればよい。また、リードフレームの嵌合段差と接合される金属板との嵌合用の端子部の幅は適度な強度が必要であり、あまりにも大きくてはリードフレームにおける有効な空間部分が不足してしまうことから、通常１ｍｍ〜５ｍｍが好ましく選択される。
【００２１】
本発明の金属ベース回路基板において、嵌合段差の形成手段については、前記した通りに、特に拘る必要がないが、プレス成形やエンドミル切削による方法が採用される。プレス成形は、嵌合段差に相当するパンチを装備したプレス金型で金属板の裏面の嵌合段差部分を裏面から所定の深さまでプレス機で加圧することにより嵌合段差が容易に能率よく、均一な精度で得られ、プレス金型の初期投資は必要であるが、数量の多い量産加工に適する。エンドミル切削法においては、金属板の裏面をエンドミルを回転切削により容易に得られ、プレス金型を必要としないので、少量の試作加工に適する。
【００２２】
本発明において、金属板１は、アルミニウム、鉄、銅等或いはこれらの合金、複合材のいずれでも構わないが、熱放散性が良く、安価で、軽量であること、プレス成形で嵌合段差が形成しやすい。また、板厚については通常１．０〜５．０ｍｍである。
【００２３】
本発明において、絶縁層２としては、絶縁性を有していて、熱硬化性樹脂であればいずれも採用でき、これらの樹脂として、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂が挙げられる。このうち、エポキシ樹脂は金属板１、並びに導電回路３との接着性に優れることから好ましく選択される。また、樹脂は、樹脂単独で用いる他、ガラス布、粉末状或いは繊維状のいろいろな無機質フイラーを充填したもの、或いは、これらを組み合わせた形態で用いることもできる。尚樹脂には本発明の目的、効果を阻害しない限りにおいて添加剤、例えば顔料、潤滑材等を適宜添加することができる。
【００２４】
前記無機質フィラーに関しては、酸化アルミニウム、酸化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化硼素等の高い電気絶縁性を有し、しかも熱伝導率の高いものが好ましい。これらの無機質フィラーに関して、前記絶縁層にエポキシ樹脂を選択する場合、高充填でき、その結果、高い熱放散性と高い耐電圧特性を有し、しかも金属板やリードフレームとの密着性に優れる絶縁層を、安価に得られることから、酸化アルミニウム及び窒化アルミニウムが好ましく選択される。
【００２５】
また、回路３には銅箔を貼りエッチングによりパターンを形成したもの、更にはＮｉめっき、あるいはＡｕめっきを施したいずれも採用できる。
【００２６】
尚、本発明の半導体装置を製造する場合に用いるリードフレーム４としては、４２Ｎｉ−Ｆｅ合金、銅板、銅板にＮｉめっきあるいはＡｕめっきを施したもの、銅合金等のいずれも採用でき、厚さは通常０．５〜２ｍｍが用いられる。そして、通常の電子部品を搭載した半田付け部の他に、下方に嵌合用の端子部７を有している構造である必要がある。
【００２７】
また、当該半導体装置の封止樹脂としては、絶縁性を有する材質であればいずれも採用でき、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂が用いられる。また、樹脂は、樹脂単独で用いる他、粉末状或いは繊維状のいろいろな無機質フイラーを充填したもの、或いは、これらを組み合わせた形態で用いることができる。また、前記無機質フィラーに関しては、酸化アルミニウム、酸化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化硼素、シリカ等の高い電気絶縁性を有し、しかも熱伝導率の高いものが好ましい。
【実施例１】
【００２８】
〔実施例〕厚さ３．０ｍｍのアルミニウム板（５０５２Ｈ３４）の上に、酸化アルミニウム粉末を含有するエポキシ樹脂からなる樹脂組成物を、加熱硬化後の厚さが１２０μｍとなるように塗布して、加熱炉でＢステージ状態となるように硬化した後、回路となる厚さ３５μｍの銅箔を貼った金属ベース基板を作成した。
【００２９】
前記の金属ベース基板に、エッチングで導電回路を形成し、またプレス金型を用いて金属板の回路が設けられていない主面の周縁部分に嵌合段差を形成後、打ち抜き、リードフレーム搭載用の金属ベース回路基板を作製した。
【００３０】
ここで、嵌合段差の幅は１．６ｍｍ、奥行き０．９５ｍｍ、深さ１．０ｍｍで対辺の各辺２箇所に形成した。 前記嵌合段差の幅と奥行きはプレス金型のパンチ寸法と取付け位置で調整した。尚、深さはプレス機の下降点位置で任意設定可能であり、リードフレームの厚さ変更にも適宜対応可能である。プレス金型のパンチ材質は金属板より硬く耐摩耗、靭性のあるもので良く、本実施例ではＳＫＤ１１を採用した。
【００３１】
次に、前記金属ベース回路基板の回路上に半田ペーストを厚さ０．２ｍｍで塗布し、厚さ０．７ｍｍ、幅１．５ｍｍのリードフレーム嵌合部を前記金属ベース回路基板の嵌合段差に差し込みつつ、上部は回路上の半田ペースト上に載せて、リードフレーム本体部と端子部分と両者により、金属ベース回路基板を挟み込んだ状態とした。ついで加熱炉で加熱して、半田ペーストを熔融し、金属ベース回路基板とリードフレームとを接合した。
【００３２】
前記操作で得た、樹脂封止前の半導体装置について、リードフレームと導電回路との位置精度を測定した。測定精度の測定は、前記半導体装置１０個に関しその２箇所について設計位置との差異を側長機ニコンＶＭ−１０００Ｎにて測定し、平均値と最小値、最大値を測定した。この結果を表１に示す。
【表１】
2005142356.tif 000002
【００３３】
〔比較例〕実施例と同一構成で嵌合段差を有しない金属ベース絶縁基板を作成し、リードフレームを半田付けした。そして実施例と同じ評価を行い、その結果を表１に示した。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の金属ベース回路基板は、金属板の裏面にリードフレームを嵌合し固定するための段差を有しているので、高信頼性の半導体装置を容易に、再現性高く得ることができるという効果が得られ、従来方法では達成できなかった回路とリードフレームとの位置ズレがなく、効率的に搭載できるという特徴を有しているので、半導体装置の製造に好適である。
【００３５】
本発明の半導体装置の製造方法は、前記特定構造の金属ベース回路基板を用いるので、リードフレームの一部を嵌合段差に差し込んで半田付けするだけで、リードフレームを位置精度よく効率的に実装できる特徴があり、その結果として、基板表面積を有効に活用でき且つ電子部品の発生熱を効率よく放熱でき、搭載部品の高密度化ができ、軽量小型で信頼性が高い半導体装置を得られるので、電気機器、通信機、自動車等の幅広い分野の産業に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】（ａ）本発明に係る金属ベース回路基板の一例を示す図。（ｂ）本発明に係る金属ベース回路基板にリードフレームを搭載した状態を示す図。
【符号の説明】
【００３７】
１    ：金属板
２    ：絶縁層
３    ：回路
４    ：嵌合段差
５    ：半田ペースト
６    ：リードフレーム
７    ：端子部
【図１】
2005142356.tif 000003