JPH0697635B2 - リードフレームの部分焼鈍装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置に用いられるリードフレームをプ
レス加工した後にステージ及びその周りのインナーリー
ドのみを部分的に焼鈍する装置に関する。

〔従来の技術〕

半導体装置に用いられるリードフレームに滞留する残留
応力は、一般的に次の加工履歴を経る際に発生する。

ｉ）金属鋼材スラブを熱間，冷間圧延及び熱処理の加工
工程を経て金属薄板の広幅帯状に圧延する過程。この過
程では、スラブの幅方向の中央部分と両端部分とで異な
る残留応力が形成される。

ii）金属薄板の広幅帯状からリードフレームの所要幅の
条材にスリットする過程。

iii）条材の不要部分を順次除去して、インナーリード
の先端部を連結保持するタイバーを残して素子搭載ステ
ージとインナーリード及びアウターリード等のリードフ
レームの所要形状に形成するプレス加工過程。

以上の過程によって形成されたリードフレームは、更に
後続のラインで半導体装置に組み立てられる。その手順
は、リードフレームのステージに素子を搭載し、この素
子のボンディングパッドと外部導出リードとを貴金属の
細線で結線して電気導通回路を形成し、これらを樹脂封
止するというものである。ところが、半導体装置に組立
てられるまでの中間過程での加熱によって、リードフレ
ームに生じていた残留応力が解放されてしまう。このた
め、インナーリード先端部にリードの浮き沈みや寄り等
の変形が発生してワイヤボンディング不良を生じ、半導
体装置の歩留り低下及び長期的な信頼性に欠ける要因と
なっていた。

従来では、このような問題を防ぐために、プレス加工し
て形成した短冊状又は連続体のリードフレームの全体を
間接的又は直接的に加熱する熱処理装置を用いて、リー
ドフレームの残留応力を除去する処理を施すことが一般
に行われている。

前者の熱処理装置としては、リードフレームの全体を酸
化防止の加熱雰囲気中に連続供給して間接加熱する光輝
焼鈍装置や真空焼鈍装置等が一般に利用されている。ま
た、後者のものでは、電磁誘導現象を利用して金属内で
電気エネルギーを直接熱エネルギーに変える直接加熱式
の高周波焼鈍装置等がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前者の装置では、加熱時間が長くまた加
熱量を確保するために装置全体が長くなるので、設備上
の障害がある。また、加熱雰囲気の調整や温度制御も複
雑であり、更に短冊状リードフレーム材の処理ではトレ
イに整列した後加熱雰囲気中に搬送するための整列の手
作業工程が必要となる。このため、作業効率の低下等に
よってコスト面での問題があるほか、装置のレイアウト
や同期化等にも制限を受けるので、自動化の障害となっ
ていた。

一方、後者の装置では、リードフレームが狭い加熱コイ
ルの中を連続搬送されるので、振動によって加熱コイル
と接触してリードフレームの表面に引っ掻き疵やリード
の曲がり等の損傷を発生させる欠点があった。

また、前記間接又は直接的に加熱する熱処理装置は、リ
ードフレームの全体を加熱するため、リードフレームの
外枠やアウターリード及びこれを連結保持するダムバー
が軟化する。このため、母材の機能低下及び延び，収縮
等による変形によって、外枠に設けた位置決め用のパイ
ロット孔のピッチが変化するという問題もある。

更に、近来では、リードフレームを用いる半導体装置の
機能の多様化や多ピン化傾向に伴い、インナーリードの
先端部が微細化されるようになった。このため、リード
幅やその間隔が一層狭くなり、インナーリードの微小な
変形も許容できない状況にあり、高精度の部分熱処理装
置の要望があった。

本発明の目的は、加工履歴によって生じる残留応力を必
要な領域のみで除去し、リードフレーム母材の有する機
能及び位置決め基準孔と相互間のピッチ精度等の初期機
能を維持したリードフレームを焼鈍処理できるようにす
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、金属条材をプレス加工して、リードフレーム
の所要の形状に形成する際の打ち抜き，コイニング，押
圧加工等の加工履歴によって、残留応力が内部に滞有す
る該リードフレームを、酸化防止雰囲気中で熱処理を施
して該残留応力を除去する焼鈍装置であって、リードフ
レームを部分的に加熱する高周波加熱体と、該高周波加
熱体の周りに設けられ加熱時にリードフレームの非加熱
部分を覆うマスクプレートと、前記リードフレームを前
記高周波加熱体及びマスクプレートに非接触状態で送り
を与える間欠搬送機構とを備え、前記リードフレームの
インナーリード及び／又はステージを含む部分に前記高
周波加熱体を対応させたことを特徴とする。

〔作用〕

本発明の部分焼鈍装置は、上記のように構成されている
ので、短冊状又は連続帯状に形成されたリードフレーム
を、開閉自在とした一対のマスクプレートの間をリフト
して所要寸法だけ搬送するので、前記リードフレームが
加熱体に接触することなく所定の位置に搬送できる。

該リードフレームの外枠やアウターリードを連結保持す
るダムバー等の非加熱領域をマスキングして加熱防止す
るので、その部分の母材の有する機能を維持し、外枠に
等配設した位置決め用の基準孔ピッチの延びや収縮等に
よる変形を防止して初期設定した基準孔のピッチを維持
する。

更に、該リードフレームの外枠部の機械的強度が維持さ
れるので、搬送の際の引張り力による変形がなく、送り
寸法が安定する。

非加熱領域をマスキングして、インナーリード及び／又
は半導体素子搭載ステージ等に対応する領域部分に高周
波を印加してその領域部分を加熱するので、インナーリ
ード部は半導体素子搭載ステージに向かって伸縮するの
で他の領域の影響がなく、複雑な変形を起こすこともな
くリード先端の寄りもない安定した製品が得られる。

〔実施例〕

第１図は本発明の部分焼鈍装置の一部切欠正面図、第２
図はリードフレームのパスライン方向に見た図である。

図において、焼鈍装置の全体をカバーするケーシング
（図示せず）の中に配置した基台1aにベース１が固定さ
れ、このベース１の上方に焼鈍処理するリードフレーム
のパスラインが設けられている。ベース１のコーナ部の
４箇所にはそれぞれガイドブッシュ2aを設けてこれにガ
イドピン２を鉛直方向へ移動可能に差し込んでいる。こ
れらのガイドピン２の下端には補助プレート３及び上端
にはトッププレート４をそれぞれ連結している。補助プ
レート３の下面には昇降シリンダ５が連接され、その作
動によって補助プレート３及びこれにガイドピン２によ
って一体化されているトッププレート４をパスラインと
直交する方向に昇降動作させる。

ベース１の上面にはバックアップライナ６が固定され、
更にその上にはリードフレームの入り側にホルダプレー
ト７を着脱自在に配置している。このホルダプレート７
は、第２図においてリードフレームのパスラインと直交
する方向にバックアップライナ６に対して出し入れ可能
であり、端面に設けたロック7aによって固定される。ホ
ルダプレート７の上面には下部マスクプレート８が第２
図のようにパスラインライン方向に２列配置されてい
る。そして、下部マスクプレート８には、パスライン方
向に４個の高周波誘導加熱体９が組み込まれている。

下部マスクプレート８は、第３図に示すように高周波誘
導加熱体９を等しいピッチで埋設固定したもので、リー
ドフレームを載せたときにステージ及びインナーリード
部分のみが高周波誘導加熱体９に臨み、その他の部分は
下部マスクプレート８に被さるように構成する。なお、
高周波誘導加熱体９は、ダストコア9a及びこれを包囲し
た高周波加熱コイル9bを備えたものである。

更に、リードフレームの出側のホルダプレート７の上面
には、誘導加熱した後のリードフレームを徐冷するため
の下部冷却プレート10が固定されている。この下部冷却
プレート10は、たとえばセラミック等が好適な素材とし
て利用できる。

一方、トッププレート４の下面には上部ホルダ11がパス
ラインに直交する方向へ出し入れ自在に組み込まれる。
この上部ホルダ11もホルダプレート７の場合と同様にロ
ック11aによって固定される。そして、下部マスクプレ
ート８と対応する位置に上部マスクプレート12を２列配
置すると共に下部冷却プレート10の真上には上部冷却プ
レート13を設けている。これらの上部マスクプレート12
及び上部冷却プレート13はそれぞれスプリング12a,13a
によって弾性支持されている。

リードフレーム50は、第６図のように４個のパターンを
形成した短冊状のものとしてラインに供給される。この
リードフレーム50の供給のため、第２図に示すようにパ
スラインを挟んだベース１の上に４個の搬送ブロック14
が配置されている。これらの搬送ブロック14は、ベース
１に設けたレール1bにガイドされ、パスライン方向にロ
ッドを伸縮させる駆動シリンダ15によって間欠往復動作
する。そして、搬送ブロック14には鉛直方向に昇降シリ
ンダ14aを設けそのロッド14bに搬送フレーム16を固定し
ている。

第４図（ａ）は搬送機構の概略平面図、同図（ｂ）は要
部の側面図である。

図示のように、搬送フレーム16はパスラインの幅のほぼ
全体を占め、パスラインを跨ぐ方向に４本のガイドロッ
ド16aを架け渡している。これらのガイドロッド16aに
は、パスライン方向に４本のグリッパホルダ16b,16c,16
d,16eが幅方向に移動可能に組み込まれている。グリッ
パホルダ16b,16cは第２図において右側を走るリードフ
レーム50用であり、他方の１組のグリッパホルダ16d,16
eは左側を走るリードフレーム50用となる。そして、各
グリッパホルダ16b〜16eの両端部にはラックを形成した
ラックユニット16fが一体化されている。また、グリッ
パホルダ16b,16dのラックユニット16fは共通のガイドロ
ッド16aに摺動自在に取り付けられ、他方のグリッパホ
ルダ16c,16eは他の組みのガイドロッド16aに摺動自在に
取り付けられている。更に、各ラックユニット16fはモ
ータ16gの出力軸に設けたピニオン16hにそれぞれ噛み合
っている。そして、各グリッパホルダ16b〜16eにはそれ
ぞれグリッパ17が取り付けられている。

このような搬送機構では、モータ16gを駆動すると、パ
スラインの右側のグリッパホルダ16b,16c及び左側のグ
リッパホルダ16d,16eは、それぞれの間隔を同時に広げ
たり縮小したりする動作を行う。図示の場合は、間隔が
最も小さくこのときにグリッパ17がリードフレーム50の
幅方向の縁を保持して搬送可能な態勢にある。そして、
間隔を広げるときは、リードフレーム50の保持を解除す
ると共に、上部マスクプレート12及び上部冷却プレート
13の下降に干渉しないように各グリッパホルダ16b〜16e
は退避する。

第５図は第２図において左側のリードフレーム50に対す
るグリッパ17の挙動を説明する概略図である。グリッパ
ホルダ16b,16cは昇降シリンダ14aの作動によって、図中
の縦方向の矢印のように上下に移動する。また、モータ
16gの作動によって図中の水平方向の矢印で示すよう
に、ホルダブロック16b,16cはリードフレーム50の左右
縁に向けて開閉動作も可能である。グリッパ17によって
リードフレーム50を保持するときは、まずホルダブロッ
ク16b,16cをグリッパ17のレベルがリードフレーム50に
合うように下降させる。この後、ホルダブロック16b,16
cをリードフレーム50側に接近させて位置決めし、グリ
ッパ17によってこれを保持する。

このようなグリッパ17の作動によって保持されたリード
フレーム50は、駆動シリンダ15によって送りを与えられ
る。この送りは、第１図において下部マスクプレート８
の真上にあるリードフレーム50が間欠送りによって下
部，上部冷却プレート10,13まで搬送されるストローク
とする。また、搬送アーム16は入り側から十分に突き出
る長さとし、上流側からのリードフレーム50の搬入に備
える。そして、リードフレーム50の搬入側及び処理後の
搬出側にはそれぞれ送りローラ18,19が配列され、外部
のラインに接続してリードフレーム50を間欠的に自動供
給するシステムとする。

ここで、第６図に示したように、リードフレーム50は４
個のパターンを持つものとして供給されそれぞれのパタ
ーンを４個の高周波誘導加熱体９に対応させて位置決め
する。第７図はリードフレーム50にプレス加工によって
成形した１個のパターンを示す平面図である。このパタ
ーンは中央に半導体素子を搭載するステージ51を設けて
その周りにインナーリード52を形成し、更にダムバー53
を境界としてアウターリード54を設けたものである。そ
して、アウターリード54の外側の両端部には焼鈍やメッ
キ処理等の位置決めとして利用される基準ピン孔55が一
定ピッチで開けられている。

リードフレーム50に対する焼鈍の領域は、第７図の破線
で囲んだ部分である。すなわち、ステージ51及びインナ
ーリード52の先端部又はダムバー53に沿った範囲であ
り、これより外側には焼鈍を施さない。このような焼鈍
のため、高周波誘導加熱体９は破線で囲んだ形状に等し
くなるように設定し、下部マスクプレート８はその周り
の全体を覆うことができる形状とする。第８図はリード
フレーム50に対する焼鈍時の概略をパスライン方向に見
た断面図であり、同図（ａ）は第１図の装置に対応させ
たものである。図示のように、リードフレーム50の下面
に下部マスクプレート８及び高周波誘導加熱体９が密着
し、上面には上部マスクプレート12が密着している。ま
た、同図（ｂ）のように上部マスクプレート12にも高周
波誘導加熱体９を組み込んで両面から加熱することもで
きる。このような配置において、高周波誘導加熱体９は
第７図の破線で囲んだ焼鈍領域を加熱するように、リー
ドフレーム50との位置決めを設定する。

以上の構成において、送りローラ18から間欠的に供給さ
れたリードフレーム50は、昇降シリンダ14aによって下
降したグリッパ17によって保持された後、下部マスクプ
レート８のレベルよりも少し高い位置に持ち上げられ
る。この後、駆動シリンダ15によって搬送ブロック14に
間欠送りが与えられ、第１図のようにリードフレーム50
は下部マスクプレート８の真上に移動する。なお、これ
と同時に既に加熱された先行リードフレーム50aはグリ
ッパ17に保持されて下部冷却プレート10の真上まで搬送
されている。

搬送ブロック14が停止した後には、昇降シリンダ14aに
よって搬送フレーム16を下降させ、リードフレーム50を
下部マスクプレート８の上に及び先行リードフレーム50
aを下部冷却プレート10の上に載せる。この後、グリッ
パ17によるリードフレーム50,50aの拘束を解くと共に、
モータ16gによってホルダブロック16b〜16eの間隔を広
げて上部マスクプレート12及び上部冷却プレート13の下
降に干渉しないように備える。次いで、昇降シリンダ５
によって第１図の状態からトッププレート４を下降さ
せ、上部マスクプレート12を下部マスクプレート８に及
び上部冷却プレート13を下部冷却プレート10にそれぞれ
重ね合わせる。

リードフレーム50は第８図（ａ）で説明したように下面
に高周波誘導加熱体９が密着し同時にその周りに下部マ
スクプレート８が被さり、上部マスクプレート12との間
に挟まれる。そして、第７図の破線で囲んだ領域のみが
高周波誘導加熱体９によって誘導加熱され、その他の領
域は下部マスクプレート８によって誘導加熱が抑えられ
る。したがって、リードフレーム50に対する部分加熱が
高周波誘導加熱体９によって行われる。一方、先行リー
ドフレーム50aは下部，上部冷却プレート10,13によって
挟まれて徐冷され、加熱処理及び徐冷による焼鈍が施さ
れる。

一定時間経過した後、昇降シリンダ５によってトッププ
レート４を上昇させてリードフレーム50及び先行リード
フレーム50aの上面を開放する。そして、間隔を広げて
いたグリッパホルダ16b〜16eを第４図（ａ）の状態に戻
してグリッパ17によって処理後のリードフレーム50及び
先行リードフレーム50aを保持し、駆動シリンダ15によ
って再び送りを与える。この送りによって、先行リード
フレーム50aは送りローラ19側へ排出され、リードフレ
ーム50は下部冷却プレート10の上に達し、更に後続リー
ドフレーム50bが下部マスクプレート８の上に到達す
る。以降、前記の要領によって間欠的にリードフレーム
50が加熱，徐冷の順に焼鈍処理が行われる。

なお、リードフレーム50のパターンは仕様によって様々
に変化するので、第７図で示した破線域内の焼鈍領域も
変わることになる。このため、高周波誘導加熱体９の大
きさや配列ピッチ及び上下のマスクプレート8,12及び上
下の冷却プレート10,13の形状等も変更する必要があ
る。これに対して、ホルダプレート７及び上部ホルダ11
はそれぞれバックアップライナ６及びトッププレート４
に着脱自在なので、リードフレーム50のパターンに合わ
せたマスクプレートや冷却プレートを用意しておけば支
障なく対応できる。

第９図及び第10図はリードフレームを帯状材として送り
込むシステムに設置する装置の例を示すものである。な
お、前記の実施例で説明した同じ部材については共通の
符番で指示しその詳細な説明は省略する。

リードフレームの帯状材50cは、第12図に示すようにパ
ターンを連続して形成したもので、これをそのまま加工
ラインに流して順次処理される。このような帯状材50c
を搬送するため、装置のパスラインの出入り側にはブラ
イドルロール20a,20bが配置され、出側には間欠送りの
ための搬送ロール20cが設けられる。間欠送りのストロ
ークは、第12図に示すように高周波誘導加熱体９を４個
配置しているので、４個のパターンの長さに相当するも
のとする。そして、このストロークによる間欠送りに対
する帯状材50cの位置決めのために位置検出センサ21を
設けると共に基準ピン孔55に嵌まり込むパイロットピン
22を設置する。

更に、帯状材50cを下部マスクプレート８等から浮かし
た状態で搬送するためのガイドリフタ23がこの下部マス
クプレート８及び下部冷却プレート10にそれぞれ一定ピ
ッチで配列されている。第11図は下部マスクプレート８
に設けたガイドリフタ23の詳細図であり、下部マスクプ
レート８にはガイドリフタ23が出没可能なチャンバ8aが
設けられている。ガイドリフタ23の上端には溝23aを設
けてこれに帯状材50cの縁部を差し込んで保持できるよ
うにし、更に下端にはチャンバ8aから抜き出ないように
フランジ23bを設けている。また、チャンバ8aの中には
ガイドリフタ23を上に向けて付勢するコイルスプリング
8bを組み込んでいる。一方、上部マスクプレート12の下
面には、下部マスクプレート８に被さったときに帯状材
50cをきっちりと挟むように逃げ用の凹部12bが設けられ
ている。なお、下部冷却プレート10や上部冷却プレート
13にも同様なチャンバが設けられ、第11図に括弧内の符
番でそれを示す。

以上の構成では、搬送ロール20cに帯状材50cに間欠送り
が与えられ、この送りの間は第９図のようにガイドリフ
タ23は上に突き出てその溝23aをガイドとして帯状材50c
が移動する。そして、位置検出センサ21によって帯状材
50cの移動を検出した後に搬送を停止し、パイロットピ
ン22を基準ピン孔55に差し込んで位置決めする。この
後、昇降シリンダ５によってトッププレート４を加工さ
せ、上部マスクプレート12を下部マスクプレート８の上
に及び上部冷却プレート13を下部冷却プレート10の上に
それぞれ被せる。このとき、第11図で説明したように、
ガイドリフタ23はチャンバ8aの中に入り込み、帯状材50
cの上下面は上部，下部マスクプレート8,12によってき
っちりと挟み込まれる。

この後の高周波誘導加熱体９による加熱は前記実施例の
場合と全く同様であり、第７図で示した破線内のステー
ジ51及びインナーリード52のみが加熱される。一方、下
部，上部冷却プレート8,13に挟まれた帯状材50cの先行
部分は後続部分の加熱に同期して徐冷されている。加熱
処理が済むと、昇降シリンダ５によってトッププレート
４が上昇して上部マスクプレート12及び上部冷却プレー
ト13がそれぞれ上昇し、これに伴ってガイドリフタ23が
第11図（ａ）のように突き出し、帯状材50cを下部マス
クプレート８及び下部冷却プレート10から浮き上がらせ
る。そして、この状態で搬送ロール20cによる送りが与
えられ、以降同様な加工が繰り返される。

〔発明の効果〕

本発明では、高周波誘導加熱体を有する一対のマスクプ
レートを開閉自在としてその間をリードフレームを浮か
した状態で搬送するので、加熱体等にリードフレームが
接触することはなく、その表面に引っ掻き等の損傷を与
えることがない。また、焼鈍領域がインナーリードまで
であることから、リードフレームの外枠やアウターリー
ド及びダムバー等の母材の有する初期機能を維持するこ
とができ、且つ初期設定した位置決め用の基準孔ピッチ
を維持するので、半導体装置組立て工程における位置決
めを正確に行うことができ、歩留りが向上する。

更に、従来の装置に比べて、作業環境がよく、公害の発
生がなく、また周波数の設定によって容易に加熱条件の
コントロールができ、且つ小型化されるので容易にプレ
ス装置やメッキ装置等に連結して、１工程ラインを構成
することができる等の著しい効果があり、半導体装置の
品質及び歩留りを向上させ、長期の信頼性を維持させる
リードフレームを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の部分焼鈍装置の要部を示す一部切欠正
面図、第２図はパスライン方向に見た側面図、第３図
（ａ）は高周波誘導加熱体の下部マスクプレートでの配
置を示す平面図、第３図（ｂ）は同図（ａ）のＩ−Ｉ線
矢視断面図、第４図（ａ）は搬送機構の概略平面図、第
４図（ｂ）は要部の側面図、第５図はグリッパの挙動に
よるリードフレームの保持を説明するための概略図、第
６図は短冊状のリードフレームに対する加熱部の配置を
示す概略斜視図、第７図は焼鈍領域を示すためのリード
フレームのパターンの平面図、第８図はリードフレーム
に対する加熱部及び上，下マスクプレートの概略断面
図、第９図はリードフレームの帯状材の処理用とした場
合の一部切欠正面図、第10図はパスライン方向に見た側
面図、第11図（ａ）はガイドリフタによるリードフレー
ムの浮上搬送を示す概略図、第11図（ｂ）はガイドリフ
タの沈下を示す概略図、第12図はリードフレームの帯状
材と加熱部との関係を示す概略斜視図である。 1:ベース、1a:基台 1b:レール 2:ガイドピン、2a:ブッシュ 3:補助プレート、4:トッププレート 5:昇降シリンダ、6:バックアップライナ 7:ホルダプレート、7a:ロック 8:下部マスクプレート 8a:チャンバ、8b:コイルスプリング 9:高周波誘導加熱体 9a:ダストコア、9b:高周波加熱コイル 10:下部冷却プレート 11:上部ホルダ、11a:ロック 12:上部マスクプレート 12a:スプリング、12b:凹部 13:上部冷却プレート 13a:スプリング、13b:凹部 14:搬送ブロック、14a:昇降シリンダ 14b:ロッド 15:駆動シリンダ 16:搬送フレーム 16a〜16e:グリッパホルダ 16f:ラックユニット 16g:モータ、16h:ピニオン 17:グリッパ、18,19:送りローラ 20a,20b:ブライドルロール 20c:搬送ロール 21:位置検出センサ、22:パイロットピン 23:ガイドリフタ、23a:溝 23b:フランジ 50:リードフレーム 50a:先行リードフレーム 50b:後続リードフレーム 50c:帯状材 51:ステージ、52:インナーリード 53:ダムバー、54:アウターリード 55:基準ピン孔

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属条材をプレス加工して、リードフレー
   ムの所要の形状に形成する際の打ち抜き，コイニング，
   押圧加工等の加工履歴によって、残留応力が内部に滞有
   する該リードフレームを、酸化防止雰囲気中で熱処理を
   施して該残留応力を除去する焼鈍装置であって、リード
   フレームを部分的に加熱する高周波加熱体と、該高周波
   加熱体の周りに設けられ加熱時にリードフレームの非加
   熱部分を覆うマスクプレートと、前記リードフレームを
   前記高周波加熱体及びマスクプレートに非接触状態で送
   りを与える間欠搬送機構とを備え、前記リードフレーム
   のインナーリード及び／又はステージを含む部分に前記
   高周波加熱体を対応させたことを特徴とするリードフレ
   ームの部分焼鈍装置。