リードフレーム

スマートフォン、EV（電気自動車）、産業機器。あらゆる電子機器に搭載されている半導体ですが、その性能を左右するのは「チップ」だけではありません。チップを支え電気をつなぐ「リードフレーム」と、それをミクロン単位で加工する「金型（かながた）」の技術が極めて重要です。

この記事では、リードフレームの構造や製造プロセスの詳細から、この分野の「切断・成形」工程において、知っておくべき情報を詳しく解説します。

リードフレームとは？構造と機能を解説

リードフレームは、半導体チップと外部の電子機器をつなぐための金属製のフレーム。ICチップ（ダイ）を封止パッケージの中で機能させるための、複雑な構造体です。

各部位の名称と役割

リードフレームは、一枚の金属板の中に複数の機能部位を持っています。

• ダイパッド（Die Pad）：半導体チップ（IC）を搭載・接着する土台部分。放熱性のカギを握ります。
• インナーリード（Inner Lead）：パッケージの「内部」にある端子。チップ上の電極と金線（ボンディングワイヤ）で接続されます。
• アウターリード（Outer Lead）：パッケージの「外部」に出る端子。プリント基板に実装され、電気信号のやり取りを行います。
• ダムバー（Dam Bar）：樹脂封止（モールディング）をする際、溶けた樹脂が外に漏れ出さないようにせき止める「堤防」の役割。（この部分は後工程で切断されます）

素材と加工方法の分岐点

リードフレームの製造には、大きく分けて2つの手法があります。

世の中に出回る半導体の多くは「スタンピング」で作られており、ここで「超精密金型」の技術が必要不可欠となります。

リードフレームを生み出す「順送金型」の凄み

「スタンピング」でリードフレームを作る際、単に一度プレスするだけでは複雑な形状は作れません。「順送金型（プログレッシブ金型）」という特殊な手法が使われます。

ミクロン単位のバトンリレー

順送金型とは、数十〜数百の工程（ステージ）を一つの金型の中に並べ、金属の帯を少しずつ送りながら連続加工する技術です。

1. パイロット穴あけ:位置決めの基準を作る。
2. 抜き加工:不要な部分を抜き、リードの形を作る。
3. コイン（コイニング）:インナーリードの先端を潰して平らにし、ワイヤボンディングしやすくする。
4. 曲げ・ダウンセット:ダイパッドの位置を一段下げるなど、立体的な形状を作る。

これらを1分間に数百回という高速で行いながら、累積誤差を数ミクロン以内に抑える技術が、日本の金型メーカーには求められます。

このような超精密加工を実現できる企業は世界でも限られています。現在の主要メーカーは、三井ハイテック、新光電気、Chang Wah Technology、ASM Pacific Technology、HAESUNG、SDI、Fusheng Electronics、エノモト、POSSEHL、Kangqiangなどです。2021年のデータでは、上位5社で市場の約40%を占めており、技術障壁の高さがシェアの集中に表れています。

参照元：QY Research｜リードフレームの世界市場調査レポート：規模、現状、予測2024-2030（https://www.qyresearch.co.jp/news/3790/lead-frame）

導通と信頼性を支える「めっき」の役割

金型で精密に加工されたリードフレームは、そのままだと銅（材料）が露出しており、すぐに酸化してしまいます。そこで、半導体チップや基板との接続を確実にするために、目的に応じた「めっき」が施されます。

接合を可能にする「機能めっき」

リードフレームには、場所によって異なる役割のめっきが使い分けられます。

銀（Ag）めっき / 金（Au）めっき

チップを載せる「ダイパッド」や、ワイヤを繋ぐ「インナーリード」の先端に施されます。非常に高い導電性が必要なため、貴金属が使われます。

はんだめっき（スズめっき）

基板に接する「アウターリード」に施されます。後工程で基板へはんだ付けしやすくするための処理です。近年では環境配慮のため、鉛フリーのスズ（Sn）めっきが主流です。

プリプレーティング・リードフレーム（PPF）

あらかじめ全体にニッケル（Ni）、パラジウム（Pd）、金（Au）の多層めっきを施しておく手法です。製造工程の短縮や環境負荷低減に寄与するため、現在の主流の一つとなっています。

めっき工程のタイミング

めっきは、金型加工の「前後」どちらで行うかによって、製品の特性が変わります。

先めっき（PPF等）

• タイミング：プレス加工の前
• 特徴：加工後にすぐパッケージ工程へ回せる。工程がシンプル。

後めっき

• タイミング：プレス加工の後
• 特徴：加工断面（バリの出た部分）もしっかり保護できる。高信頼性。

金型技術とめっきの密接な関係

実は、金型による「叩き（プレス）」の精度が、めっきの品質にも影響します。 例えば、インナーリードの先端を平らに潰す「コイニング加工」の表面が滑らかでないと、めっきが均一にのらず、ワイヤボンディングの剥離（不良）を招く原因になります。「精密な金型」と「高度なめっき」は、半導体の信頼性を支える車の両輪と言えます。