TO-247パワーデバイスパッケージング：高出力アプリケーション向け完全プロセスソリューション

世界の個別TOパッケージ市場は 48億3000万ドル 2025年には成長し、 8.1% 新エネルギー車、太陽光発電インバータ、エネルギー貯蔵システムにおけるパワーデバイスの需要急増に牽引され、TOパッケージの需要は年々増加しています。TOパッケージファミリーの中でも、TO-247は高出力・高電流アプリケーションに最適なパッケージとして際立っており、3～5ピンで30～80Aの電流に対応できるため、産業用ドライブ、EVトラクションインバータ、車載充電器、DC-DCコンバータにおけるIGBT、SiC MOSFET、スーパージャンクションMOSFETの定番パッケージとなっています。

SiC MOSFETデバイスは、優れた放熱性能（高温環境下での迅速な放熱と安定動作を可能にする）のためにTO-247パッケージをますます採用するようになっているため、信頼性が高く高品質なTO-247パッケージソリューションへの需要はかつてないほど高まっている。

この記事では、 TO-247パッケージングプロセス全体ウェハーの準備から最終テストまでの全工程を網羅し、各段階における推奨機器ソリューションを提示します。

概要

TO-247は、以下の特徴を持つスルーホール電源パッケージです。

大型ダイサイズ： TOファミリーの中で最大のパワーチップに対応
3～5ピン： 標準3ピン（TO-247-3L）、ケルビンエミッタ付き4ピン（TO-247-4L）、および5ピンのバリエーション
一体型ヒートシンクタブ： 背面にある金属タブは、熱接続と電気接続の両方の役割を果たします。
現在の容量： 30～80A、一部のバリエーションでは最大200Aまで対応
極厚アルミニウムワイヤボンディング： 300～500μmのアルミニウム線を使用し、抵抗を低減し電流容量を向上させるために、多くの場合、複数線を並列接続する。

TO-247パッケージングプロセスフロー全体

TO-247パッケージングプロセスは、標準的なTOシリーズのワークフローに準拠していますが、高出力要件に対応するために特別な調整が加えられています。

ウェハーバックグラインディング → ウェハーダイシング → プラズマ洗浄 → ダイアタッチ → ワイヤボンディング → 成形 → トリミング＆フォーム → テスト＆ソート → 検査

以下に、各手順の詳細な内訳と推奨機器を示します。

ステップ1：ウェーハの裏面研削（ウェーハの薄化）

TO-247パッケージのパワーデバイスチップは、最適な放熱のために裏面に金属配線が施されており、通常200～350μmの厚さです。ウェハは、後続のダイアタッチのために表面品質を維持しながら、目標の厚さに研磨する必要があります。

推奨機器	アイテム	目的
全自動研削・研磨機	HY-TP9730	パワーチップの裏面を薄く研磨することで、熱抵抗を低減します。

ステップ2：ウェハーダイシング

TO-247は、ダイサイズが大きく、スクライブラインも幅広です。パワーチップは単体化の際に機械的な損傷を受けやすいため、ダイシング時には欠けやひび割れを防ぐ必要があります。

推奨機器	アイテム	目的
全自動二軸ダイシングソー＋選別機	HY-WD1202	大出力チップの分離、亀裂および欠けの防止

ステップ3：プラズマ洗浄

銅または鉄ニッケル製のリードフレームとチップ表面は、油分、酸化物、および微粒子を徹底的に除去して洗浄する必要があります。この工程は、成形時の剥離を防ぎ、ダイアタッチとワイヤボンディングの強固な接着を確保するために非常に重要です。

推奨機器	アイテム	目的
真空プラズマクリーナー	HY-EI160	大面積リードフレームの一括洗浄、剥離防止

ステップ4：金型を取り付けます

TO-247パッケージでは、銀エポキシまたは共晶接合による高出力ダイアタッチが求められます。大きなアイランド領域のため、高い位置決め力と精度が必要となり、ダイのせん断強度は5kg以上が求められます。SiC/GaNデバイスの場合、優れた熱伝導性と高温信頼性から、共晶接合によるダイアタッチが推奨されます。

推奨機器	アイテム	目的
高出力ダイボンダー	HY-DB812	TO-247大電力ダイアタッチ、高せん断強度、高熱伝導率
共晶ダイボンダー	HY-GD4000	高出力SiC/GaNデバイス共晶接合

ステップ5：ワイヤボンディング（パワーデバイスにとって重要）

TO-247パッケージングにおいて、ワイヤボンディングは間違いなく最も重要な工程です。小信号デバイスとは異なり、TO-247では、高電流に対応しつつ抵抗とインダクタンスを最小限に抑えるため、複数の並列ワイヤを用いた超極太アルミニウムワイヤボンディング（300～500μm）が求められます。大型ダイと太いワイヤに対応するには、高出力超音波を備えた特殊な深層ボンダーが必要です。

推奨機器	アイテム	目的
デュアルヘッド式ヘビーデューティーアルミ線ボンダー	HY-HW3850	TO-247高電流太いアルミ線ボンディング、抵抗低減、電流容量向上

ステップ6：成形（トランスファー成形）

TO-247は、パッケージサイズが大きく、エポキシ樹脂による封止層が厚いため、高い型締め圧力（最大180トン）を備えた大型金型が必要です。成形工程では、空隙を最小限に抑え、太いボンディングワイヤや大きなチップの周囲を完全に充填する必要があります。

推奨機器	アイテム	目的
全自動成形システム（180トン）	HY-PS8180	TO-247高圧大型金型成形、ボイド低減、放熱最適化

ステップ7：トリミングと成形

成形後、リードフレームのトリミングと成形を行う必要があります。TO-247は、3～5本の太いピンを備えた長いフレームが特徴で、高度なトリミングおよび成形技術が求められます。平面度は0.1mm以下に制御する必要があります。

推奨機器	アイテム	目的
全自動トリミング＆成形システム	HY-TF221	TO-247専用のトリミング、曲げ加工、および分離

ステップ8：テストとソート

TO-247パッケージでは、温度制御と強制空冷による高電圧・大電流試験が求められます。試験用ソケットは、重量のあるデバイスに対応し、高電流試験中のピンの焼損を防ぐ必要があります。

推奨機器	アイテム	目的
高耐久性砲塔ハンドラー	HY-TS936H	TO-247高電圧・大電流試験、焼損防止、大量生産

ステップ9：AOIおよびX線検査

TO-247パッケージの場合、内部の空隙、配線のずれ、チップのずれを確認するためにX線検査が必須です。AOI検査は、パッケージの外部品質とピンの完全性を検証します。

推奨機器	アイテム	目的
X線検査システム	HY-XR5010	空隙検出、断線検査、チップずれ検出
AOIシステム	HY-BI300	パッケージ外観、ピン変形検査

まとめ

TO-247パッケージは、スルーホールパワーデバイスパッケージの最高峰であり、比類のない電流処理能力、優れた熱性能、そして最も要求の厳しい高出力アプリケーション向けの実証済みの信頼性を提供します。ウェハのバックグラインディングから最終検査ま