(57)【要約】【課題】リード部に大電流が流されたときのリード部の過大な温度上昇を回避する技術を提供する。【解決手段】金属薄板１３をプレス加工することにより、半導体チップ３（半導体素子）が搭載されるヘッダ２（ヘッダ部）と、半導体チップ３に対して電気的に接続されるゲートリード４等（リード部）と、を含むリードフレーム１２の製造は、以下のような方法で行われる。即ち、金属薄板１３のうちゲートリード４等に相当する第１領域２１に隣接する第２領域２２に対して先端部１８ａが先細り形状であるパンチ１８を押し当て、第２領域２２にある金属を第１領域２１に向けて変形させることで、第１領域２１を隆起させつつゲートリード４等を形成する。【選択図】図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属薄板をプレス加工することにより、半導体素子が搭載されるヘッダ部と、前記半導体素子に対して電気的に接続されるリード部と、を含むリードフレームを製造する方法であって、
前記金属薄板のうち前記リード部に相当する第１領域に隣接する第２領域に対して先端部が先細り形状であるパンチを押し当て、前記第２領域にある金属を前記第１領域に向けて変形させることで、前記第１領域を隆起させつつ前記リード部を形成する、
リードフレームの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のリードフレームの製造方法であって、
前記金属薄板の面方向で前記第１領域を挟むように前記第１領域に隣接する一対の前記第２領域に対して前記パンチを押し当て、前記一対の第２領域にある金属を前記第１領域に向けて変形させることで、前記第１領域を隆起させつつ前記リード部を形成する、
リードフレームの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のリードフレームの製造方法であって、
前記第２領域の裏表に対して前記パンチを押し当て、前記第２領域にある金属を前記第１領域に向けて変形させることで、前記第１領域を隆起させつつ前記リード部を形成する、
リードフレームの製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載のリードフレームの製造方法であって、
前記パンチの前記先端部は略V字状に形成されている、
リードフレームの製造方法。
【請求項５】
金属薄板をプレス加工することにより、半導体素子が搭載されるヘッダ部と、前記半導体素子に対して電気的に接続されるリード部と、を含むリードフレームを製造する装置であって、
先端部が先細り形状であるパンチと、
前記金属薄板のうち前記リード部に相当する第１領域に隣接する第２領域に対して前記パンチを押し当て、前記第２領域にある金属を前記第１領域に向けて変形させることで、前記第１領域を隆起させつつ前記リード部を形成する、パンチ駆動手段と、
を備えた、
リードフレームの製造装置。
【請求項６】
請求項５に記載のリードフレームの製造装置であって、
前記パンチは、前記金属薄板の面方向で前記第１領域を挟むように一対で設けられ、
前記パンチ駆動手段は、前記金属薄板の面方向で前記第１領域を挟むように前記第１領域に隣接する一対の前記第２領域に対して前記一対のパンチを夫々押し当て、前記一対の第２領域にある金属を前記第１領域に向けて変形させることで、前記第１領域を隆起させつつ前記リード部を形成する、
リードフレームの製造装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載のリードフレームの製造装置であって、
前記パンチは、前記金属薄板の厚み方向で前記第２領域を挟むように一対で設けられ、
前記パンチ駆動手段は、前記第２領域の裏表に対して前記パンチを押し当て、前記第２領域にある金属を前記第１領域に向けて変形させることで、前記第１領域を隆起させつつ前記リード部を形成する、
リードフレームの製造装置。
【請求項８】
請求項５〜７の何れかに記載のリードフレームの製造装置であって、
前記パンチの前記先端部は略V字状に形成されている、
リードフレームの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リードフレームの製造方法、及びリードフレームの製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の技術として、特許文献１は、放熱板付トランジスタアレイを開示している。この放熱板付トランジスタアレイには、多連リードフレームが使用されている。この多連リードフレームは、銅系材料（銅又は銅合金）又は鉄系材料（鉄又は鉄合金）等のような薄板をプレス加工又はエッチング加工することで形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１７９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、例えば電池駆動装置やモータ駆動装置、自動車電装機器などの分野で使用されるパワーMOSFETや絶縁ゲートバイポーラトランジスタにおいては、オン抵抗の低減技術の進歩に相まって、一層の大電流化が望まれている。しかし、この大電流化に伴ってリードにおける発熱量も甚大となり、ひいては封止樹脂の劣化やリード自体の溶断を招いてしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明の第１の観点によれば、金属薄板をプレス加工することにより、半導体素子が搭載されるヘッダ部と、前記半導体素子に対して電気的に接続されるリード部と、を含むリードフレームの製造は、以下のような方法で行われる。即ち、前記金属薄板のうち前記リード部に相当する第１領域に隣接する第２領域に対して先端部が先細り形状であるパンチを押し当て、前記第２領域にある金属を前記第１領域に向けて変形させることで、前記第１領域を隆起させつつ前記リード部を形成する。以上の方法によれば、前記リード部は前記金属薄板よりも肉厚に形成される。すると、前記リード部の断面積が効果的に確保されるので、前記リード部の抵抗値が小さくなり、もって、前記リード部の発熱が抑えられる。また、前記リード部の表面積も効果的に確保されるので、前記リード部からの放熱が良好となる。従って、前記リード部に大電流が流されたときの前記リード部の過大な温度上昇を回避することができる。
本願発明の第２の観点によれば、金属薄板をプレス加工することにより、半導体素子が搭載されるヘッダ部と、前記半導体素子に対して電気的に接続されるリード部と、を含むリードフレームを製造する装置は、以下のように構成されている。即ち、リードフレームの製造装置は、先端部が先細り形状であるパンチと、前記金属薄板のうち前記リード部に相当する第１領域に隣接する第２領域に対して前記パンチを押し当て、前記第２領域にある金属を前記第１領域に向けて変形させることで、前記第１領域を隆起させつつ前記リード部を形成する、パンチ駆動手段と、を備える。以上の構成によれば、前記リード部は前記金属薄板よりも肉厚に形成される。すると、前記リード部の断面積が効果的に確保されるので、前記リード部の抵抗値が小さくなり、もって、前記リード部の発熱が抑えられる。また、前記リード部の表面積も効果的に確保されるので、前記リード部からの放熱が良好となる。従って、前記リード部に大電流が流されたときの前記リード部の過大な温度上昇を回避することができる。
【発明の効果】
【０００６】
本願発明によれば、前記リード部に大電流が流されたときの前記リード部の過大な温度上昇を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、半導体装置の正面図である。
【図２】図２は、半導体装置の右側面図である。
【図３】図３は、半導体装置の底面図である。
【図４】図４は、半導体装置の内部を示す正面図である。
【図５】図５は、半導体装置の内部を示す右側面図である。
【図６】図６は、図４のVI-VI線矢視端面図である。
【図７】図７は、金属薄板の正面図である。
【図８】図８は、金属薄板の右側面図である。
【図９】図９は、金属薄板上におけるリードフレームのイメージ図である。
【図１０】図１０は、プレス加工機の第１作動説明図である。
【図１１】図１１は、プレス加工機の第２作動説明図である。
【図１２】図１２は、プレス加工機の第３作動説明図である。
【図１３】図１３は、リードフレームの正面図である。
【図１４】図１４は、半導体装置の寸法の一例を示す正面図である。
【図１５】図１５は、半導体装置の寸法の一例を示す右側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図１〜６を参照しつつ、半導体装置１の構造を説明する。
【０００９】
本実施形態において半導体装置１は、例えばパワーMOSFETや絶縁ゲートバイポーラトランジスタである。
【００１０】
図４及び図５に示すように、半導体装置１は、ヘッダ２（ヘッダ部、チップパッド、ダイパッド）、半導体チップ３（半導体素子）、ゲートリード４（リード部）、ゲートワイヤパッド５、ドレインリード６（リード部）、吊りリード７、ソースリード８（リード部）、ソースワイヤパッド９、ボンディングワイヤ１０、封止樹脂１１によって構成されている。
【００１１】
ヘッダ２は、半導体チップ３を搭載するための金属板である。半導体チップ３は、接着剤等を用いてヘッダ２上に搭載される。ゲートリード４は、ゲートワイヤパッド５に接続している。ゲートワイヤパッド５は、ボンディングワイヤ１０を介して半導体チップ３のゲート電極に接続されている。ドレインリード６は、吊りリード７に接続している。吊りリード７は、ヘッダ２に接続している。吊りリード７は、図５に示すようにガルウィング型に折り曲げられている。ソースリード８は、ソースワイヤパッド９に接続している。ソースワイヤパッド９は、３本のボンディングワイヤ１０を介して半導体チップ３のソース電極に接続されている。ボンディングワイヤ１０は、例えば金やアルミなどの金属線である。封止樹脂１１は、図４及び図５において二点鎖線で示すように、半導体チップ３やゲートワイヤパッド５、ソースワイヤパッド９、ボンディングワイヤ１０等を封止する。
【００１２】
ゲートリード４やドレインリード６、ソースリード８は、半導体装置１をプリント基板に対してスルーホール実装する際に利用される。
【００１３】
図６に示すように、ゲートリード４（及びドレインリード６、ソースリード８、以下、ゲートリード４等と称する。）は、断面が略瓢箪（ひょうたん）形状とされている。なお、図６に示すように略瓢箪形状となっているのは、図５に示すように、ゲートリード４等の長手方向中途部に限定されている。ゲートリード４の長手方向中途部は、プリント基板に対して半田付けされる。
【００１４】
次に、半導体装置１の製造方法を説明する。半導体装置１の製造は、主として、リードフレーム製造工程、チップマウンティング工程、ワイヤボンディング工程、封止工程、リード成形工程を含む。
【００１５】
（リードフレーム製造工程）
先ず、図７〜１３を参照しつつ、リードフレームの製造工程を説明する。ここで、リードフレーム１２とは、図１３に示すように、半導体チップ３が搭載されるヘッダ２と、ヘッダ２に対して電気的に接続されるゲートリード４等と、を少なくとも含む金属部品である。そして、リードフレーム１２は、図７や図８に示すような金属薄板１３を図１０〜１２に示すようにプレス加工することで製造する。本実施形態では、図９や図１３に示すように、ゲートリード４やドレインリード６、ソースリード８を互い違いに並べることで一対のリードフレーム１２を向かい合わせに形成するIDF（Interdigitated Frame）技術が採用されている。
【００１６】
図７及び図８に示す金属薄板１３は、図９にも示すように、ヘッダ２に相当する肉厚部１３ａと、ゲートリード４等に相当する肉薄部１３ｂと、によって構成されている。肉厚部１３ａは、金属薄板１３の面方向において肉薄部１３ｂを挟むように一対で形成されている。
【００１７】
次に、プレス加工機を用いて、金属薄板１３をプレス加工することにより、図９に示すようにダイバー１４を介して互いに連結された一対のリードフレーム１２を形成する。以下、ゲートリード４等の形成手順を詳細に説明する。
【００１８】
図１０は、図９のX-X線矢視端面図に相当する図である。図１０には、ゲートリード４等のプレス加工に用いるプレス加工機１５を示している。プレス加工機１５は、金属薄板１３を支持するダイス１６と、ダイス１６上の金属薄板１３を上から押さえる板おさえ１７と、金属薄板１３を切り分けてゲートリード４等を形成するためのパンチ１８と、を主たる構成として備えている。プレス加工機１５は、更に、パンチ１８を上下に駆動するためのパンチ駆動機構１９（パンチ駆動手段）と、ダイス１６と板おさえ１７との間のギャップを調整するためのギャップ調整機構２０（ギャップ調整手段）と、を備えている。
【００１９】
ここで、図１０〜１２に示すように、金属薄板１３のうちゲートリード４等に相当する領域を第１領域２１と定義する。同様に、第１領域２１に隣接する領域を第２領域２２と定義する。第２領域２２は、金属薄板１３の面方向で、第１領域２１を挟むように第１領域２１に隣接している。
【００２０】
ダイス１６及び板おさえ１７は、各第１領域２１に対向する位置で金属薄板１３を上下に挟むように配置されている。
【００２１】
パンチ１８は、各第２領域２２に対向する位置で金属薄板１３を上下に挟むように一対で配置されている。各パンチ１８は先端部１８ａが略V字状であって、金属薄板１３に向かって先細るように形成されている。
【００２２】
この構成で、図１０に示すように金属薄板１３の肉薄部１３ｂをダイス１６と板おさえ１７が挟んだ状態で、パンチ駆動機構１９がパンチ１８を駆動して、金属薄板１３の肉薄部１３ｂの第２領域２２の裏表に対してパンチ１８を複数回押し当てる。パンチ１８の先端部１８ａは金属薄板１３の肉薄部１３ｂに向かって略V字状に先細るように形成されていることから、上記のパンチ１８の押し当てによれば、図１１に示すように、第２領域２２にある金属を第１領域２１に向けて押し退けるように転位（変形、塑性変形）させる。このとき、第１領域２１にある金属は、上下方向に隆起して肉厚になるように変形するので、この変形を阻害しないように、ギャップ調整機構２０は、ダイス１６と板おさえ１７の間のギャップが、第１領域２１にある金属の変形の程度に応じて次第に広がるように板おさえ１７の位置を制御する。
【００２３】
更に、パンチ駆動機構１９が、金属薄板１３の肉薄部１３ｂの第２領域２２の裏表に対してパンチ１８を複数回押し当てると、やがて、図１２に示すように、第２領域２２に相当する部分にはスリット２３が形成されると同時に金属薄板１３の肉薄部１３ｂが切り分けられた結果、ゲートリード４等が形成されることになる。
【００２４】
以上に、ゲートリード４等の形成工程を説明したが、その他の図１３に示すヘッダ２やゲートワイヤパッド５、吊りリード７、ソースワイヤパッド９、ダイバー１４は、公知のプレス加工（打ち抜き）により形成することができる。
【００２５】
また、ギャップ調整機構２０は、板おさえ１７の位置を制御することに代えて、ダイス１６の位置を制御するように構成してもよい。
【００２６】
（チップマウンティング工程）
次に、図５に示すように、接着剤等を用いて半導体チップ３をヘッダ２上に搭載する。
【００２７】
（ワイヤボンディング工程）
次に、図４及び図５に示すように、ゲートワイヤパッド５とソースワイヤパッド９を半導体チップ３のゲート電極及びソース電極に対してボンディングワイヤ１０で電気的に接続する。
【００２８】
（封止工程）
次に、半導体チップ３やゲートワイヤパッド５、ソースワイヤパッド９、ボンディングワイヤ１０を樹脂で封止する。
【００２９】
（リード成形工程）
最後に、ダイバー１４の不要な部分をプレス加工により打ち抜いて切除すると共に、ゲートリード４等に対して所定のメッキ処理を施すことで、半導体装置１が完成する。
【００３０】
以上に、本願発明の好適な実施形態を説明したが、上記実施形態は、要するに以下の特長を有している。
【００３１】
上記実施形態において、金属薄板１３をプレス加工することにより、半導体チップ３（半導体素子）が搭載されるヘッダ２（ヘッダ部）と、半導体チップ３に対して電気的に接続されるゲートリード４等（リード部）と、を含むリードフレーム１２の製造は、以下のような方法で行われる。即ち、金属薄板１３のうちゲートリード４等に相当する第１領域２１に隣接する第２領域２２に対して先端部１８ａが先細り形状であるパンチ１８を押し当て、第２領域２２にある金属を第１領域２１に向けて変形させることで、第１領域２１を隆起させつつゲートリード４等を形成する。以上の方法によれば、ゲートリード４等は金属薄板１３（肉薄部１３ｂ）よりも肉厚に形成される。すると、ゲートリード４等の断面積が効果的に確保されるので、ゲートリード４等の抵抗値が小さくなり、もって、ゲートリード４等の発熱が抑えられる。また、ゲートリード４等の表面積も効果的に確保されるので、ゲートリード４等からの放熱が良好となる。従って、ゲートリード４等に大電流が流されたときのゲートリード４等の過大な温度上昇を回避することができる。
【００３２】
好ましくは、金属薄板１３の面方向で第１領域２１を挟むように第１領域２１に隣接する一対の第２領域２２に対してパンチ１８を押し当て、一対の第２領域２２にある金属を第１領域２１に向けて変形させることで、第１領域２１を隆起させつつゲートリード４等を形成する。以上の方法によれば、ゲートリード４等の断面積や表面積を一層効果的に確保することができる。
【００３３】
好ましくは、第２領域２２の裏表に対してパンチ１８を押し当て、第２領域２２にある金属を第１領域２１に向けて変形させることで、第１領域２１を隆起させつつゲートリード４等を形成する。以上の方法によれば、ゲートリード４等の断面積や表面積を一層効果的に確保することができる。
【００３４】
好ましくは、パンチ１８の先端部１８ａは略V字状に形成されている。
【００３５】
また、上記実施形態によれば、金属薄板１３をプレス加工することにより、半導体チップ３が搭載されるヘッダ２と、半導体チップ３に対して電気的に接続されるゲートリード４等と、を含むリードフレーム１２を製造する装置は、先端部１８ａが先細り形状であるパンチ１８と、金属薄板１３のうちゲートリード４等に相当する第１領域２１に隣接する第２領域２２に対してパンチ１８を押し当て、第２領域２２にある金属を第１領域２１に向けて変形させることで、第１領域２１を隆起させつつゲートリード４等を形成する、パンチ駆動機構１９（パンチ駆動手段）と、を備えている。以上の構成によれば、ゲートリード４等は金属薄板１３（肉薄部１３ｂ）よりも肉厚に形成される。すると、ゲートリード４等の断面積が効果的に確保されるので、ゲートリード４等の抵抗値が小さくなり、もって、ゲートリード４等の発熱が抑えられる。また、ゲートリード４等の表面積も効果的に確保されるので、ゲートリード４等からの放熱が良好となる。従って、ゲートリード４等に大電流が流されたときのゲートリード４等の過大な温度上昇を回避することができる。
【００３６】
好ましくは、パンチ１８は、金属薄板１３の面方向で第１領域２１を挟むように一対で設けられている。パンチ駆動機構１９は、金属薄板１３の面方向で第１領域２１を挟むように第１領域２１に隣接する一対の第２領域２２に対して一対のパンチ１８を夫々押し当て、一対の第２領域２２にある金属を第１領域２１に向けて変形させることで、第１領域２１を隆起させつつゲートリード４等を形成する。以上の構成によれば、ゲートリード４等の断面積や表面積を一層効果的に確保することができる。
【００３７】
好ましくは、パンチ１８は、金属薄板１３の厚み方向で第２領域２２を挟むように一対で設けられている。パンチ駆動機構１９は、第２領域２２の裏表に対してパンチ１８を押し当て、第２領域２２にある金属を第１領域２１に向けて変形させることで、第１領域２１を隆起させつつゲートリード４等を形成する。以上の構成によれば、ゲートリード４等の断面積や表面積を一層効果的に確保することができる。
【００３８】
なお、参考までに、図１４及び図１５において、半導体装置１の各寸法を例示する。特筆すべきは、図１５に示すように、ゲートリード４等の長手方向中途部の厚みが封止樹脂１１側の根元部分と比較して略２倍となっている点である。従って、ゲートリード４等の長手方向中途部は、従来品と比較して、断面積が略２倍であり、表面積は略１．５倍となっている。
【符号の説明】
【００３９】
１  半導体装置
２  ヘッダ
３  半導体チップ
４  ゲートリード
６  ドレインリード
１８  パンチ
２１  第１領域
２２  第２領域
【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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【図１５】
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