リードフレームとは
リードフレームとは、半導体デバイスのケース内部に使われる金属製の接続薄板のことです。
トランジスタやIC、LSI、フォトカップラー、LEDなどの内部に使われ、半導体素子の固定およびケース端子までの接続に加えて放熱の役割も担うようにパターン設計されています。一般的に銅合金系や鉄合金系素材が使用され、プレス加工やエッチング技術によって配線パターンや外形形状が作られます。
リードフレームは、半導体デバイスの高集積化と高機能化を支える形状で、導電率や熱伝導性の優れた金属材が使用される部品です。
リードフレームの使用用途
1. 半導体素子
トランジスタ、IC、LSI、フォトカップラー、LED、ダイオードなどが挙げられます。
フォトカップラーとは、光を用いて電気信号を伝送する部品のことです。トランジスタとは、半導体素子の一種で、電気信号を制御するために使用される電子部品のことです。LSI (英: Large Scale Integration) とは、大規模集積回路を指します。ダイオードとは、半導体素子の一種で、二つの端子を持ち、一方向にのみ通電する特性を持つ電子部品です
2. 電子部品
コンデンサ、抵抗器、センサーなどが挙げられます。
3. 電気機器
リレー、モーター、バッテリー、スイッチなどが挙げられます。
4. その他
圧力センサー、温度センサー、アクチュエーター、タクトスイッチなどが挙げられます。タクトスイッチとは、短いストロークで操作可能なスイッチの一種です。タクトスイッチは、瞬間的な電気信号を出すために使用されます。
リードフレームの原理
リードフレームの役目は、半導体素子と外界との電気的、機械的接続の確保です。リードフレームは主に金属の薄板で作られ、その中に複数の電極が配置されています。半導体素子はリードフレーム上に直接接続され、半導体素子の電気的接続をリードフレームを介して外部に伝えられます。
また、熱伝導性に優れ、半導体素子から発生する熱を外部に放出することも重要な役割です。このようにリードフレームは半導体素子の安定した動作を維持するために不可欠な役割を果たしています。
リードフレームの性質
1. 信頼性
リードフレームは、半導体デバイスの高信頼性化に大きく貢献しています。デバイスの信頼性を確保するためにリードフレームの製造には高い精度が必要です。リードフレームは複数の機能を持ち合わせており、それらの機能を発揮するために、製造工程では高い品質管理が求められます。またリードフレームは繰り返し使用されることが多いため、信頼性を確保することが重要です。
2. 経済的
リードフレームは金属シートをプレス加工で製造できるため一度に大量生産が可能です。また表面処理や加工技術が進歩したことで高精度での製造が可能になり、高い信頼性を確保しつつも部品単価を抑えられます。このため多くの電子機器で利用されています。
3. 導電性
リードフレームに使われる金属は、主に銅合金や鉄合金です。これらの金属は優れた導電性能を持っているため、電気信号を効率的に伝送できます。またリードフレーム自体が電気回路の一部として働くこともあるため、高い導電性能が必要です。リードフレームの表面はめっきによってさらに導電性を向上できます。
4. 熱伝導性
リードフレームは、半導体デバイスの動作によって発生する熱を外部に放出することが重要な役割です。素材自体の熱伝導性が高いため、半導体チップの発熱を吸収して効率的に放熱できます。またリードフレーム自体も表面積が広いため空気の流れを利用して熱を放出できます。
5. 多様な形状
リードフレームは、金属板をプレス加工やエッチング技術を用いて形成することで、非常に多様な形状に対応できる部品です。よってリードフレームは非常に柔軟性が高く、様々な形状の半導体デバイスに適用できます。このような形状の自由度の高さは、半導体デバイスの設計自由度を高めて高機能化や高集積化に寄与しています。
エッチング技術は、材料の表面を化学的または物理的に削り取る加工技術のことです。主に金属や半導体などの薄膜の加工に用いられます。