JPH02246256A - 半導体素子パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体素子を搭載する半導体素子パッケージ
に係り、特に、プリント配線基板等の外部応用回路への
自動実装に好適な半導体素子パッケージに関する。

〔従来の技術〕

半導体集積回路のパッケージを材料で分類すると、樹脂
モールド技術を利用したプラスチック・パッケージ、セ
ラミック配線基板を利用したセラミック・パッケージ、
２枚のセラミック板間にリードをはざみ、低融点ガラス
で封止したガラス封止パッケージの３種類がある。リー
ドの並び方が２辺で平行になっているものは、ＤＩＬ　
（デュアルインライン（Ｄｊａｌ−Ｉｎ−Ｌｉｎｅ）　
）と呼ばれ、最も普及している型であり、前述の３種類
のパッケージは、それぞれＤＩＬＰ、Ｉ）ＩＬＣ，ＤＩ
ＬＧとも呼ばれる。ＤＩＬＧは、別名で「サーデイツプ
」とも呼ばれる。コスト面からは、ＤＩＬＰ、ＤＩＬＧ
、ＤＩＬＣの順に安く、耐湿性等の信頼性面では、ＤＩ
ＬＣ，ＤＩＬＧ、ＤＩＬＰの順に高い。

ＤＩＬＧ、ＤＩＬＰのリードは、リードフレームの切断
、折り曲げ等の組立工程を含み、通常のリード（足）の
形状は、第４図に示すように、斜めに開いているものが
主流となっている。

なお、固体撮像装置については１例えば、産業開発機構
（株）　　１９８６年５月１日発行の映像情報２５〜３
１頁に記載されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の半導体素子パッケージにおいては、パッケージ体
の２側面から水平に突出するアウタリードは、その少し
先で下方向に折り曲げられているが、対向するアウタリ
ードは第４図（従来の半導体素子パッケージの概略側面
図）に示すように「ハの字」形に開いている９図におい
て、ＬＯＷは下部セラミック基板、ＵＰＰは上部セラミ
ック枠体、ＦＩＴはフリットガラス、ＯＬはアウタリー
ドである。アウタリードＯＬと上部セラミック枠体ＵＰ
Ｐの上面とのなす角度θ１は、９６〜１００６である。

例えば、Ｄ−ＲＡＭ　（ダイナミック・ラム）等の半導
体メモリ用の半導体素子パッケージをプリント配線基板
のような外部応用回路に自動インサータを用いて実装す
る場合、広がっている両アウタリードがパッケージ体の
上面に対して直角となるようにアウタリードの面外側か
ら自動インサータではさみ込み、プリント配線基板のピ
ン挿入孔に挿入し、パッケージ体の上面を押し込むこと
によって実装される。プリント配線基板に半導体素子パ
ッケージを挿入した後、弾力性を有するアウタリードは
、元の開いた状態に戻るので、半導体素子パッケージは
プリント配線基板から抜けにくくなり、半田付は等が容
易に自動的にできる。

しかし、固体撮像装置の場合は、プリント配線基板に実
装する前に、まず、センサホルダ（あるいはレンズユニ
ットとも称す）に固体撮像装置（半導体素子パッケージ
）を組み込む、これは、固体撮像チップのフォトダイオ
ードアレイの中心とレンズの光軸中心とを一致させて、
「画角けられ、像歪、像ぼけ」を防止したり、水晶板や
赤外カットフィルターをいっしょに実装するためのもの
である。従って、アウタリードを自動インサータではさ
み込むのは、ホルダが邪魔となり困難である。また、固
体撮像装置は、上述のように、パッケージ体の上面の中
央の大部分は窓ガラスが占めている。上述のように、自
動インサータは、パッケージ体の上面を押し込むことに
よって実装する。従って、固体撮像装置を直接プリント
基板に挿入する場合であっても、その上面を押・し込む
と、窓ガラスが傷付いたり、異物が付着しやすい、窓ガ
ラスに傷や異物が存在すると１画面上に黒傷となって現
われる。このように、固体撮像共５置をプリント配線基
板に自動的に挿入するのは困難である。

本発明の目的は、プリント配線基板のような外部応用回
路に実装しやすい半導体素子パッケージを提供すること
にある。

本発明の別の目的は、自動実装しやすい固体撮像装置を
提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明の半導体素子パッ
ケージは、半導体素子の電極と電気的に接続されるイン
ナリードとアウタリードを有するリード、上記半導体素
子と上記リードを保持するパッケージ体を有し、上記ア
ウタリードが上記パッケージ体の少なくとも２側面から
水平方向に突出し、下方向に曲げられ、対向する上記ア
ウタリードの少なくとも先端部が平行であることを特徴
とする。

上記アウタリードの少なくとも先端部と上記パッケージ
体の上面とのなす角度は９０〜９３６であるのが望まし
い。

また、上記アウタリードを、上記パッケージ体から突出
する箇所の近傍で上記下方向に開く方向に曲げ、かつ、
その少し先の部分で再び上記アウタリードを互いに対向
するアウタリードの方へ曲げ、残りの対向する上記アウ
タリードを平行にする構成としてもよい。

さらに、上記パッケージ体を上下２枚のパッケージ体で
構成し、上記２枚のパッケージ体の間から上記アウタリ
ードを突出させ、対向する上記アウタリードの間の下の
上記パッケージ体の幅を上の上記パッケージ体の幅より
小さく構成してもよい。

【作用〕

本発明の半導体素子パッケージでは、アウタリードがパ
ッケージ体の上面に対して直角に曲げられ、対向するア
ウタリード（以下、対向リードと称す）の少なくとも先
端部が平行であるので、半導体素子パッケージをプリン
ト配線基板のピン挿入孔に垂直に降ろすだけで容易に挿
入することができる。すなわち、従来、自動インサータ
により広がっている対向リードをはさみ込んで直角にし
てからの挿入が不用となり、アウタリードを変形となる
。また、センサホルダに組み込まれている固体撮像装置
においても、対向リードが平行なので、自動インサータ
によりホルダを保持することにより容易に自動実装がで
きる。従って、固体撮像装置のサーデイツプ化、プラス
チックパッケージ化が可能となり、従来一般的であった
高価な積層タイプのセラミックパッケージに比べ、大幅
な製品コストの低減が可能となる。

また、アウタリードが、パッケージ体から突出する箇所
の近傍でパッケージ体の下方向に開く方向に曲げられ、
その先の部分で再び上記アウタリードが曲げられ、対向
リードが平行になっている構成でも、もちろん同様の効
果を有する。このような構成により、アウタリードの折
り曲げ部の強度を大きくすることができる。

さらに、パッケージ体を上下２枚のパッケージ体で構成
し、２枚のパッケージ体の間からアウタリードを突出さ
せ、対向リードの間の下パッケージ体の幅を上パッケー
ジ体の幅より小さく構成することにより、アウタリード
が「ハの字」形に開いた従来のリードフレームを利用し
、該リードフレームを上下パッケージ体の間に固定した
後、アウタリードを直角に曲げる場合、アウタリードの
折り曲げ肩部を保持する裕度を大きくすることができる
とともに、外形寸法の公差を小さくすることができる。

〔実施例〕

第５図（ａ）〜（ｄ）は、本発明の半導体素子パッケー
ジを適用する固体撮像装置の構造を示す図であり、以下
、全体構造を固体撮像装置！ＤＶＣ１固体撮像チップＣ
ＨＩを除く固体撮像装置ＤＶＣの部分（容器）をパッケ
ージＰＫＧと称する。

同図において、（ａ）は固体撮像装置ＤＶＣをチップＣ
ＨＩの受光面側から見たときの上面図である。上面図（
ａ）を基準にして、（ｂ）は上側から見たときの側面図
、（ｃ）はｃ−ｃ切断線における断面図、（ｄ）は右側
から見たときの側面図、（ｅ）はｅ−ａ切断線における
断面図である。

窓ガラスＧＬＳは透光性の封止板であり、硼珪酸ガラス
（ＢｓＯｓ・Ｓｉｎ、）のようなガラス材から成る。

固体撮像チップＣＨＩは、モノリシック半導体集積回路
技術で作られ、窓ガラスＧＬＳ側の表面（受光面）には
フォトダイオードのような光電変換素子が複数個配列さ
れ、裏面は銀ペースト材のような接着剤で下部セラミッ
ク基板ＬＯＷにボンディングされている。

下部セラミック基板ＬＯＷは、その中央に固体撮像チッ
プＣＨＩを取り付けるための凹部であるマウント部ＭＮ
Ｔを有し、この凹部により、固体撮像チップＣＨＩとイ
ンナリードＩＬとの高さ関係が調整される。

上部セラミック枠体ＵＰＰは、中央部をくり抜いた受光
窓ＷＤＷを有し、外光が固体撮像チップＣＨＩに当たる
ようになっている。

リードＬＤは、固体撮像チップＣＨＩとプリント配線基
板のような外部応用回路との間を電気的に接続するため
のリードであり、上下セラミック体ＵＰＰ、ＬＯＷの間
にフリットガラスＦＬＴでＣＨＩとの接続用のインナリ
ード部ＩＬと外部回路との接続用のアウタリード部ＯＬ
を有し、両リード部はリードフレームＲＥＦと連続して
（一体に）形成されている。インナリードＩＬは、同一
形状の先端形状を持ち、中側に位置する１６個のインナ
リードＩＬＩと、中央部に丸穴があけられ。

太き目の先端形状を持ち、４隅に位置する４個のインナ
リードＩＬ２の合計２０個ある。このインナリードＩＬ
２の特殊な形状は、自動ワイヤボンディング時のリード
位置パターン認識に有用である。

ボンディングワイヤＷＩＲは、インナリード■Ｌと固体
撮像チップＣＨＩのポンディングパッドとを電気的に接
続するための、ＡＩやＡｕ等から成る金属ワイヤである
。マウント部ＭＮＴの窪みのために、固体撮像チップＣ
ＨＩの上表面がインナリードＩＬの上表面より低い位置
にあるため、ボンディングワイヤＷＩＲが垂れ下がって
固体撮像チップＣＨＩの縁に接触して短絡するという下
床を未然に防止できる。

金属板ＲＥＦＩおよびＲＥＦ２には、基準穴ＨＬ１およ
びＨＬ２が形成されている。固体撮像チップＣＨＩがマ
ウント部ＭＮＴに自動ダイボンディングされるとき、そ
の位置決めは基準穴ＨＬＩ、ＨＬ２および／またはイン
ナリードＩＬ２の穴を基準に行なわれるので、基準穴Ｈ
ＬＩ、ＨＬ２と固体撮像チップＣＨＩとの相対位置は精
度良く設定される。従って、固体撮像装置ＤＶＳｔｔＶ
ＴＲカメラ等の応用製品に実装するとき、基準穴ＨＬ１
、ＨＬ２を位置決めの基準とすれば、応用製品のレンズ
の中心と固体撮像チップＣＨＩのフォトダイオードアレ
イの中心とを精度良く合わせることができる。

凹部ＩＤＸは、上下セラミック体ＵＰＰおよびＬＯＷに
設けた凹部であり、２０個のアウタリードＩＬＬの回路
配置基準位置を・示すインデックスである。

次に、固体撮像装置ＤＶＳの組み立て方法を簡単に説明
する。

まず、リードＬＤと基準食用金属板ＲＥＦＩ。

ＲＥＦ２等が連なったリードフレームを１枚の金属板か
らプレス成型またはエツチングにより形成する。金属材
料としては、セラミックスとの相性の良い、例えば４２
７０イが選ばれる。

次に、アウタリードＯＬをほぼ垂直方向に折り曲げたリ
ードフレームを、マウント部ＭＮＴの周辺の高い部分に
フリットガラスＦＬＴを枠状に塗布した下部セラミック
基板ＬＯＷに載せ、上部セラミック枠体ＵＰＰではさん
で、それらをフリットガラスＦＬＴにより融着する。

次に、固体撮像チップＣＨＩをマウント部ＭＮＴに自動
ダイボンディングし、インナリードＩＬと固体撮像チッ
プＣＨＩとの間をボンディングワイヤＷＩＲにより自動
ワイヤボンディングする。

次に、窓ガラスＧＬＳを上部セラミック枠体Ｕｐｐに有
機接着剤等で貼り付ける。

最後に、リードフレームの不要部分を切断し。

２０個の７ウタリードＯＬと基準食用金属板ＲＥＦ１．
ＲＥＦ２のそれぞれを分離する。（ａ）の上面図に示す
基準穴金属板ＲＥＦ１．ＲＥＦ２の凸部ＢＲＤは、不要
なブリッジ部分を取り除いた跡である。

第１図は、このような固体撮像装置ＤＶＣに本発明を適
用した場合のその主要部を示す断面図である。（第２図
、第３図も同様で、上下セラミック板ＵＰＰ、ＬＯＷお
よびアウタリードＯＬ、フリットガラスＦＬＴを中心に
図示しており、詳細な部分は第５図と同様） 本実施例の固体撮像装置ＤＶＣでは、固体撮像チップ（
図示省略）の電極と電気的に接続されるインナリードＩ
Ｌとそれに連続したアウタリードＯＬを有するリード、
固体撮像チップとリードを保持する上下セラミック体、
すなわち、下部セラミック基板ＬＯＷと上部セラミック
枠体ＵＰＰを有する。リードが下部セラミック基板ＬＯ
Ｗと上部セラミック枠体ＵＰＰとではさまれ、フリット
ガラスＦＬＴで固着されている。アウタリードＯＬは上
下セラミック体ＬＯＷとＵＰＰの間（すなわち、上下セ
ラミック体の２側面）から水平方向に突出し、下方向に
曲げられ、対向するアウタリ−ドＯＬが平行になってい
る。アウタリードＯＬと上部セラミック枠体ＵＰＰの上
面とのなす角度０１は９０〜９３＠である。

リードは、例えば、肉厚０．２５ｍｍの４２７０イ材を
エツチングにより形成し、インナリードＩＬにはＡＪを
蒸着により被覆した。平坦なリードフレームを上下セラ
ミック体ＬＯＷとＵＰＰにはさんで固定してからアウタ
リードＯＬを折り曲げてもよいが、あらかじめアウタリ
ードＯＬが折り曲げ加工しであるリードフレームを用い
、上下セラミック体ＬＯＷとＵＰＰにはさんで固定して
もよい。

ここでは、後者の方法を用い、折り曲げ肩部Ｓの曲率半
径Ｒは約０．２ｍ、肩部Ｓの肉厚は約０゜２２■であっ
た。対向するアウタリードＯＬの間隔（以下、対向リー
ド間隔と称す）は、先端部の中心−中心で目標値２０．
３２に対して実際値は２０．３８閣、肩部Ｓから０．３
８閣下方の箇所の対向リード間隔は、同目標値に対して
２０．２７ｍであった。また、アウタリードＯＬの全長
は６．２ｍであり、対向リードは若干「ハの字」形に開
いているが、上部セラミック枠体ＵＰＰの上面とのなす
角度θ１は、９０．５１であった。アウタリードＯＬの
肩部Ｓを直角に折り曲げたので、リードの折り曲げ疲労
強度が懸念されたが、試験を実施したら、折り曲げ回数
は１４回とＪＩＳで定められている規格３回以上を大き
く上回った（Ｊ　Ｉ　Ｓ　Ｃ−７０２２Ａ−１１の方法
の試験のＪ　Ｉ　Ｓ　Ｃ−５０３５の試験）。

このパッケージＰＫＧに、カラー固体撮像チップを搭載
し、窓ガラスで封止して、センサホルダに組み込み、プ
リント配線基板に実装した。その結果、アウタリードＯ
Ｌは、プリント配線基板のビン挿入孔にスムーズに入っ
た。なお、この場合、自動インサータはセンサホルダを
はさんで挿入した。

上記実施例では、エツチングにより形成したリードフレ
ーム（エツチングリード）を用いたが。

パッケージの原価を低減するために、単価の安いプレス
成型によって形成したリードフレーム（ブレスリード）
を用いた場合について説明する。リードフレームの形状
は、エツチングリードと同様である。アウタリードと上
部セラミック枠体の上面とのなす角度θ□は９０．４＠
であった。リード折り曲げ疲労強度を測定した結果、折
り曲げ回数は３回と、規格値ぎりぎりの値であった。そ
こで、さらに強度を向上させるために、リード折り曲げ
部の変更を試みた。

強度の向上にはアウタリードの折り曲げ肩部Ｓの曲率半
径の増加、肩部の肉厚の増加により肩部のストレスを緩
和するのが有効である。エツチングリードの場合、肩部
の曲率半径Ｒは０．２閣であったので、今回はＲ＝０．
３■で試作したところ、アウタリードと上部セラミック
枠体の上面とのなす角度θ１は９６°となり、目標角度
９０〜９３１　を満足しない、そこで、第２図（本発明
の第２の実施例の固体撮像装置の概略断面図、半分省略
）に示すように、アウタリードの肩部Ｓの下方約１１１
Ｉのスタンドオフ部ＳＯの箇所で、再度、肩部Ｓから伸
びるリードに対して６〜１５°折り曲げた。このとき、
アウタリードＯＬの先端部を含む残りの都度θ、は９０
．７°であった。肩部Ｓの折り曲げ疲労強度を測定した
ところ、約６回と強度を向上させることができ、ＪＩＳ
の上記規格値を十分上回った。このアウタリード形状を
有するパッケージに固体撮像チップを搭載し、窓ガラス
で封止した後、センサホルダに組み込み、プリント配線
基板に実装したところ、自動インサータによりスムーズ
に挿入できた。

アウタリードを上部セラミック枠体の上面に対して直角
に折り曲げる方法としては、上述のように、あらかじめ
アウタリードが直角に折り曲げられたリードフレームを
上下セラミック体にはさんで固定する方法のほか、リー
ドフレームを上下セラミック体にはさんで固定した後、
アウタリードを直角に折り曲げる方法もある。

従来のリードフレームは上部セラミック枠体の上面に対
するアウタリードの角度θ３は９６〜１００′で「ハの
字」形に開いているが、これをそのまま用いて上下セラ
ミック体ではさんで固定した後。

アウタリードの面外側から力を加え、アウタリ−ドを直
角に折り曲げる方法について説明する。この場合、アウ
タリードを融着しているフリットガラスに外力が加わり
、クラックが生じる可能性がある。このクラックを最小
限に押さえるためには、アウタリードの折り曲げ肩部Ｓ
を保持して力を加えればよいが、保持する部分の裕度が
必要となる。

一般に対向リード間隔は２．５４ａ　（１００膳ｉ１）
の整数倍である。この間隔を維持し、上記の方法に対応
するために、対向リード間の下部セラミック基板の幅を
小さくした。上部セラミック枠体の幅も下部セラミック
基板に合せて小さくしてもよいが、窓ガラスによる封止
幅や封止裕度が小さくなり。

信頼性が低下するので、下部セラミック基板のみの幅を
小さくする方がよい、また、上部セラミック枠体の幅の
みが大きいと、以下に述べるような利点がある。すなわ
ち、上下セラミック体の外形寸法には、上部セラミック
枠体と下部セラミック基板との合わせ裕度も含まれる。

一般にセラミック単体における加工精度は約２０ｍに対
し高々０．２閣であるが、上部セラミック枠体と下部セ
ラミック基板との組立精度は最大０．３ｍである。この
ため、上下セラミック体の外形寸法公差は、０．４５鵬
程度必要となる。下部セラミック基板を−回り小さくす
ることにより（例えば、０．３■）組立精度が吸収され
るため、外形寸法の公差を小さくすることができ、上部
セラミック枠体の公差分である０、２■まで押さえるこ
とができる。また、この場合、上部セラミック枠体の端
面を基準として半導体チップの位置を精度良く設定する
ことができ、固体撮像チップのペレット付けにも有利と
なる。

なお１本発明は、上記実施例に限定されるものではなく
、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であ
ることは勿論である。

例えば、上記実施例では、固体撮像チップを実装し、光
学窓を有する固体撮像装置を例に挙げて説明したが、他
の半導体素子を実装する半導体素子パッケージにも適用
可能なのは勿論である。また、上記実施例では、上下２
枚のパッケージ体でパッケージを構成したが、１個のパ
ッケージ体から構成してもよい、また、パッケージの材
料もセラミックに限定されない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の半導体素子パッケージに
おいては、対向リードが平行なので、パッケージを外部
応用回路に実装する場合、パッケージを基板のピン挿入
孔に垂直に降ろすだけで容易に自動実装することができ
る。また、本発明のパッケージを固体撮像装置に適用す
る場合も、自動インサータにより容易に自動実装ができ
、固体撮像装置のサーデイツプ化、プラスチックパッケ
ージ化が可能となり、製品コストの大幅な低減が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の半導体素子パッケージの第１の実施
例の固体撮像装置の概略断面図、第２図は１本発明の第
２の実施例の固体撮像装置の概略断面図、第３図は、本
発明の第３の実施例の固体撮像装置の概略断面図、第４
図は、従来の半導体素子パッケージの概略側面図、第５
図（ａ）〜（ｄ）は、本発明の半導体素子パッケージを
適用する固体撮像装置を示す図で、（ａ）は固体撮像装
置の上面図、（ｂ）は（ａ）の上側から見たときの側面
図、（ｃ）は（ａ）のａ　−ｃ切断線における断面図、
（ｄ）は（ａ）の右側から見たときの側面図、（ｅ）は
（ａ）のｅ−ｅ切断線における断面図である。 ＬＯＷ・・・下部セラミック基板 ＵＰＰ・・・上部セラミック枠体 ＣＨＩ・・・固体撮像チップ ＦＬＴ・・・フリットガラス ＲＥＦＩ、ＲＥＦ２・・・基準食用金属板ＯＬ・・・ア
ウタリード ＩＬ・・・インナリード Ｓ・・・折り曲げ肩部 Ｓｏ・・・スタンドオフ部 θい　θ２、θ、・・・アウタリードとパッケージ体の
上面とのなす角度 第１ 図 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．　半導体素子の電極と電気的に接続されるインナリ
   ードとアウタリードを有するリード、上記半導体素子と
   上記リードを保持するパッケージ体を有し、上記アウタ
   リードが上記パッケージ体の少なくとも２側面から水平
   方向に突出し、下方向に曲げられ、対向する上記アウタ
   リードの少なくとも先端部が平行であることを特徴とす
   る半導体素子パッケージ。
2. ２．　上記アウタリードが、上記パッケージ体から突出
   する箇所の近傍で上記下方向に開く方向に曲げられ、か
   つ、その少し先の部分で再び上記アウタリードが互いに
   対向するアウタリードの方へ曲げられ、残りの対向する
   上記アウタリーが平行になっていることを特徴とする請
   求項１記載の半導体素子パッケージ。
3. ３．　上記パッケージ体が上下２枚のパッケージ体から
   成り、上記２枚のパッケージ体の間から上記アウタリー
   ドが突出し、対向する上記アウタリードの間の下の上記
   パッケージ体の幅が上の上記パッケージ体の幅より小さ
   いことを特徴とする請求項１または２記載の半導体素子
   パッケージ。