リードフレームのプレス加工を解説：銅合金、金型設計、めっき、公差。ISO9001認証を取得した東莞の精密加工工場から、あらゆるICパッケージの背後にある技術に迫ります。
リードフレーム：あらゆるICパッケージの背後にある精密プレス加工
簡単に言うと：リードフレームとは、薄い金属板を打ち抜いて作られた骨組みで、中央にダイパッド、そこから細いリードが放射状に伸びています。ICチップを搭載し、ボンディングパッドと外部を配線で結び、完成したパッケージのピンとなる部品です。約0.1〜0.25 mmの銅合金ストリップから打ち抜かれ、リードの位置は数十マイクロメートル単位で管理され、その後、部分めっき、ダイアタッチ、ワイヤーボンディングを経て、チップとして購入するプラスチックまたはセラミックのボディにモールド成形されます。
これまで使用してきたすべてのプラスチックパッケージIC（QFP、SOP、DIP、およびほとんどのパワーパッケージ）は、打ち抜かれたリードフレームから始まります。この部品は単純な金属の櫛のように見えますが、業界で最も要求の厳しいプレス加工の1つです。微細ピッチの数百本のリード、厳しい平坦度、ワイヤーボンドが接続される箇所のみへのめっき、隣接するピン間でショートを引き起こす可能性のあるバリの完全な排除が求められます。フレームが何をすべきかを理解することで、なぜこのようにプレス加工が行われるのかが説明できます。
リードフレームの役割
フレームには同時に3つの役割があります。組み立て中にシリコンダイを保持すること、ダイパッドを介してダイから熱を放散すること、そしてリードがダイと回路基板の間の電気経路になることです。3つ目の役割が材料の要件を決定づけます。フレームは信号と電力を伝送するのに十分な導電性を持ちながら、厚さ0.15 mm、リード間隔0.2 mmでクリーンに打ち抜ける必要があります。
| パッケージファミリー | 標準的なフレーム厚 | リード数範囲 | 標準的なリードピッチ |
|---|---|---|---|
| DIP / スルーホール | 0.20〜0.25 mm | 8〜64 | 1.27〜2.54 mm |
| SOP / SSOP | 0.15〜0.20 mm | 8〜56 | 0.65〜1.27 mm |
| QFP | 0.15〜0.20 mm | 32〜208 | 0.4〜0.8 mm |
| QFN（露出パッド） | 0.20〜0.25 mm | 16〜100 | 0.4〜0.65 mm |
| パワーパッケージ | 0.25〜0.50 mm | 3〜10 | 広い、太いリード |
重要なポイント：ピッチが小さくなるにつれて、材料の厚さと公差の許容範囲も厳しくなります。0.4 mmピッチのQFPではリード間に約0.2 mmの隙間しかなく、その空間にあるバリ、反り、めっきウィスカーはすべてショートの原因となる可能性があります。
材料が制約となる
リードフレームには、ほとんどの金属が提供しない妥協点が必要です。すなわち、信号整合性と放熱のための高い導電性に加え、打ち抜き、ハンドリング、モールド成形に耐える十分な強度と成形性です。これは、限られた銅合金ファミリーに絞り込まれます。アロイ42（鉄ニッケル合金）は例外で、気密封止パッケージでガラスやセラミックに熱膨張を合わせる必要がある場合に使用されますが、導電性ははるかに低くなります。
| 材料 | 導電率（IACS） | 使用される理由 |
|---|---|---|
| C194（Cu-Fe-P） | 約60〜70% | 業界の主力：強度と導電性のバランス |
| C19210（Cu-Fe-P） | 約85〜90% | 微細ピッチおよびRF向けのより高い導電性 |
| C7025 / C151 | 約40〜50% | 薄肉・微細ピッチフレーム向けの高強度 |
| アロイ42（FeNi42） | 約3% | ガラス/セラミックシール用の膨張マッチング |
| C197 / 特殊合金 | 約70〜80% | コスト最適化された代替材料 |
重要なポイント：合金の選択では導電性と強度が相反し、パッケージの種類がバランスを決定します。パワーパッケージは導電性を重視し、208リードの微細ピッチQFPは、薄いリードが打ち抜きやハンドリング中に曲がらずに耐えられるよう強度を重視します。
精密プレス加工がフレームをどのように作るか
リードフレームは超精密プログレッシブ金型で製造されます。ストリップはステーションごとに穴あけ、トリミング、コイニングされ、ダイパッドとリードが形成されます。薄いタイバーがすべてを保持し、めっきとモールド成形に備えます。バリ管理は最重要課題です。リードエッジのバリはショート回路のリスクおよびワイヤーボンディング欠陥になるため、ダイクリアランスは厳密に管理され、積極的に維持されます。打ち抜き後、ストリップは部分めっき（通常はワイヤーボンドが接続される箇所のみに銀、パラジウム、または金）が施され、フレームはダイアタッチの準備が整います。
| プロセスステップ | 目的 | 標準的な公差/管理 |
|---|---|---|
| プログレッシブ穴あけ/トリミング | パッド、リード、タイバーを形成 | ±0.01〜0.03 mm フィーチャー位置 |
| コイニング | パッドの平坦化、厚さ管理 | ±0.005〜0.015 mm ゾーン |
| バリ管理 | ショートおよびボンディング欠陥の防止 | バリ高さは通常数µmに管理 |
| ストリップめっき | ボンディングおよびはんだ付けゾーンへの部分コーティング | めっきはフィーチャーに位置合わせ |
| 最終検査 | リード位置、平坦度、めっき | ビジョンまたは投影検査 |
重要なポイント：リードフレーム金型は、消耗品ではなく、メンテナンススケジュールを持つ精密機器です。毎分数百ストロークでの±0.01〜0.03 mmの位置公差は、焼入れ工具鋼、定期的な再研磨、および工程内検査を必要とします。これは、精密プログレッシブプレス加工のあらゆる作業に適用されるのと同じ規律ですが、さらに厳格です。
プレス加工とエッチング：量産の分岐点
すべてのリードフレームがプレス加工されるわけではありません。化学エッチングは、金属をせん断するのではなく除去するため、より微細なフィーチャーとバリのないリードフレームを生成でき、工具はアートワークのみで、安価で迅速に変更できます。しかし、エッチングは遅く、材料を多く消費するため、量が金型を正当化する場合、通常は標準パッケージで年間数千万リードの規模になると、プレス加工が有利になります。
| 要素 | プレス加工 | 化学エッチング |
|---|---|---|
| 工具コスト | 高（精密金型） | 低（アートワーク） |
| リードピッチ限界 | 量産時 約0.4 mmが実用的 | より微細が可能 |
| エッジ品質 | せん断面、バリ管理済み | バリなし、わずかなエッチングテーパー |
| 速度 | 毎分数百ストローク（SPM） | 遅いバッチプロセス |
| 量産時の単価 | 非常に低い | 高い |
| 最適な用途 | 大量生産の標準パッケージ | 微細ピッチ、短納期、低量産 |
重要なポイント：2つのプロセスは、品質レベルではなく、生産量に応じて使い分けられます。大量生産の標準QFPフレームはプレス加工製品であり、特殊な微細ピッチフレームや迅速な試作品はエッチング製品です。5万個のフレームのためにプレス加工業者に金型製作を依頼するのは、100万個のプログラムをエッチング業者に依頼するようなものです。両方とも見積もりは出せますが、適しているのはどちらか一方だけです。
めっき：機能する箇所にのみ
リードフレームのめっきは意図的に選択的です。銀またはパラジウムは、ワイヤーボンドが接続されるダイパッドとインナーリード先端に施され、アウターリードには基板に接合するためのはんだ付け可能な仕上げが施され、フレームの残りの部分は裸の銅のままです。フレーム全体にめっきを施すと、貴金属が無駄になり、めっき面がモールドコンパウンドから剥離する信頼性の問題が発生する可能性があります。
| ゾーン | 標準的な仕上げ | 目的 |
|---|---|---|
| ダイパッド | 銀、Pd、またはAuスポット | ワイヤーボンディング可能、ダイアタッチ可能な表面 |
| インナーリード | 銀またはPdスポット | ワイヤーボンド着地エリア |
| アウターリード | Sn、Sn-Pb（旧）、またはPd | PCBへのはんだ付け性 |
| フレーム本体 | 裸の清浄な銅 | モールド密着性、コスト管理 |
重要なポイント：リードフレームのめっきはマッピング作業です。機能ゾーンを描画し、そこにのみめっきを施します。同じ原理がより単純な部品にも適用され、打ち抜きコンタクトのめっきガイドを参照して、ゾーンめっきの決定が端子やコネクタにどのように適用されるかを確認する価値があります。
リードフレームクラスの部品を見積もる際に送るもの
リードフレームやその他の微細ピッチの打ち抜き部品は、3つの文書で成否が決まります。真位置を含むフレーム図面、ストリップレイアウトまたは送り要件、そして厚さを含むめっきマップです。これらに合金、厚さ、年間数量を添えて送ってください。精密プレス加工業者は形状から見積もります。当社のプレスラインでは、リードフレームクラスの作業は実際の金型の複雑さに基づいて見積もられ、すべてのバッチはISO9001の下で寸法およびバリ検査記録とともに出荷されます。0.02 mmで不合格となる部品は、穏やかに不合格になることはないからです。
よくある質問
Q: ほとんどのICリードフレームに使用される合金は何ですか？
C194銅合金が主流です。適切なコストで優れた強度と60〜70% IACSの導電性を提供します。より高い導電性のC19210や高強度のC7025は、標準合金では仕様を満たせない微細ピッチおよびRFパッケージで使用されます。
Q: 打ち抜きリードフレームはどのくらい薄くできますか？
量産プレス加工では通常0.1〜0.25 mmのストリップが使用され、0.15〜0.20 mmがほとんどのロジックパッケージをカバーします。約0.1 mm未満になると、ストリップの送りと制御が難しくなり、エッチングがより実用的な方法となることがよくあります。
Q: リードフレーム金型が実際に保持できる公差はどのくらいですか？
適切に維持された精密プログレッシブ金型では、フィーチャー位置は通常±0.01〜0.03 mmを維持し、パッドのコイニングは管理ゾーンで数マイクロメートルまで制御されます。バリ高さは、ダイクリアランスの制御と再研磨スケジュールにより、数マイクロメートルに維持されます。
Q: なぜリードフレームはスポットめっきされるのですか？
めっきには特定の役割があるためです。パッドとインナーリードへのワイヤーボンディング、アウターリードへのはんだ付けです。他の場所の裸の銅は、モールド密着性を向上させ、フレーム全体に金、銀、またはパラジウムを浪費することを避けます。
Q: リードフレームにプレス加工ではなくエッチングを選ぶべきなのはいつですか？
非常に微細なピッチ、短納期の試作品、または精密金型を償却するには量が少なすぎる場合は、エッチングを選択してください。年間数量が工具を正当化する場合は、プレス加工を選択してください。スケールでの単価と速度は、あらゆる除去加工や化学プロセスに勝ります。
BQUQエンジニアリングチーム著。BQUQは、中国東莞にあるISO9001認証のソース工場であり、CNC加工、金属プレス加工、カスタムばね、ヒートシンク、コレットラインを1つの屋根の下で運営しています。図面をsc@bquq.comまたはWhatsApp +86 13713157787までお送りください。12営業時間以内に見積もりを提供します。www.bquq.com
