JPH0260149A

JPH0260149A - 半導体パッケージ

Info

Publication number: JPH0260149A
Application number: JP21297288A
Authority: JP
Inventors: Masaya Tsujimoto; 雅哉辻本; Taro Fukui; 太郎福井; Shinji Hashimoto; 眞治橋本
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1988-08-26
Filing date: 1988-08-26
Publication date: 1990-02-28

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〕この発明は、ＰＣＡＣピングリッドアレイ）パンケージ
などの半導体パッケージに関する。

〔従来の技術〕

ＩＣチップなどの半導体素子の大型化や多ピン化に対応
した新しい半導体パッケージとして、ＰＧＡ型パッケー
ジが実用化されている。これまで、ＰＧＡ型パッケージ
は、セラミックで気密封止したものが主流を占めている
が、近年、プリント配線板加工を応用したプラスチック
ＰＧＡ型の半導体パッケージが開発されてきている。

初期のプラスチックＰＧＡ型パッケージは、第６図また
は第７図に示すようなものであった。第６図に示すプラ
スチックＰＧＡ型パッケージは、半導体素子２およびボ
ンディングワイヤ３周辺を封止樹脂７で覆って樹脂封止
したものである。第７図に示すプラスチックＰＧＡ型パ
ッケージは、半導体素子２およびボンディングワイヤ３
をキャップ１２で覆い、このキャップ１２を接着樹脂２
７で基板（プラスチックＰＧＡ基板）１に接着すること
により気密封止したものである。

最近では、耐湿性の向上などの理由から、第５図にみる
ように、リッド（ＬＩＤ）と呼ばれる金属製ケースを用
いた半導体パッケージが主流になりつつある。このプラ
スチックＰＧＡ型パッケージは、表面に導体回路（以下
「電路」と言う）４・・・およびその上に絶縁層５が形
成されているとともに、裏面から前記電路４・・・とス
ルホール１３・・・を介して電気的に接続されたり−ド
ピン６・・・が多数出ている基板１の表面に半導体素子
２を搭載し、この半導体素子２と前記電路４・・・とを
ボンディングワイヤ３・・・で電気的に接続して、これ
ら基板１の表面と端面、半導体素子２、ボンディングワ
イヤ３・・・を金属製ケース２８の中の封止樹脂７で封
止したものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

第５図に示す半導体パッケージは、第６図や第７図にそ
れぞれ示す初期のパッケージに比べて、耐湿性が飛躍的
に向上した。しかし、この半導体パッケージでは、長時
間の高温高湿試験の後に半田リフローまたは半田デイツ
プ試験を行うと、金属製ケースと封止樹脂との間に隙間
が生じ、ケースが浮いたり、楔端な場合には剥離したり
するという不良が発生することがあり、その解決が望ま
れていた。

そこで、この発明は、金属製ケースの浮き、剥離などに
よる不良の少ない半導体パッケージを提供することを課
題とする。

〔課題を解決するための手段〕

発明者らは、上記課題を解決するため、金属製ケースの
封止樹脂からの浮き、剥離が生じる原因を探った結果、
長時間の高温高湿試験の間に徐々に金属製ケースと封止
樹脂との界面に水が侵入し、その後の半田リフローまた
は半田デイツプ試験時の熱によって、前記水が水蒸気と
なって膨張し、金属製ケースと封止樹脂との間に隙間を
生じさせていたことを見出した。これは、一般の封止樹
脂は、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂などからなる基板
および絶縁層との密着力が強いため、それらとの界面か
らの水の侵入が非常に遅いのに対し、アルミニウムなど
の金属製ケースとの密着力が比較的弱く、その界面から
の水の侵入もやや速くなるために、金属製ケースと封止
樹脂との間に水が毛管凝縮しやすくなっているからであ
ると考えられる。

他方、４方向フラツトパツケージ（ＱＦＰ）では、リー
ドフレームと封止樹脂との界面に侵入した水が半田リフ
ローの際に水蒸気となって膨張し、その界面の剥離や封
止樹脂のふくれ、クラックなどが問題となっている。こ
の問題の解決法の１つとして、半導体素子がダイボンデ
ィングされているリードフレームの裏面が露出するよう
に、パッケージの裏面の封止樹脂に孔（ｖｅｎｔ　ｈｏ
ｌｅ　）を開ける方法が提案されている（［日経エレク
トロニクスＪ　１９８７．１１．１６　（隘４３４）第
１８７〜２００頁、Ｆｕｋｕｚａｗａ、　１．　ｅｔ　
ａｌ、、　Ｒｅ１ｉａｂｉｌｉｔｙＰｈｙｓｉｃｓ＋　
２３ｒｄ　Ａｎｎｕａｌ　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ＋　
ｐ、１９２−１９７、　Ｍａｒ、　１９８５．）。この
方法によれば、リードフレームと封止樹脂との界面に侵
入した水を、半田リフローの際に水蒸気となる時に裏面
の孔から逃がすことができ、これにより、その問題を解
決している。

発明者らは、この２つの問題点のメカニズムが類似して
いることを見出し、ＱＦＰでの解決法を金属製ケースを
用いた半導体パッケージに応用することを考えて研究を
行い、その結果、この発明を完成させた。

したがって、この発明にかかる半導体パンケージは、基
板に搭載された半導体素子をその上から覆う金属製ケー
スの封止樹脂と接する部分に、永遠がし孔（以下、単に
「孔」と言う）が設けられているものとされている。

〔作　　　用〕

この発明にかかる半導体パッケージは、上記のように構
成されているので、金属製ケースと封止樹脂との界面に
侵入して凝縮した水が、半田リフローまたは半田デイツ
プ試験時などの加熱によって水蒸気となるときに、金属
製ケースに設けられた孔から逃げるようになっている。

このため、水の膨張によって、金属製ケースと封止樹脂
との界面に隙間が生じたり、剥離が生じたりすることが
低減されるのである。

〔実　施　例〕

この発明に用いる金属製ケース（リッド（ＬＩＤ）とも
言う）は、いかなる形状、材質でもかまわないが、表面
が絶縁処理されているものが好ましい。たとえば、アル
マイト処理されたアルミニラムで作られたプラスチック
ＰＧＡのパンケージングに用いられるリッドが挙げられ
る。

この発明では、金属製ケースに開けられる孔の形状は、
丸、長方形、星型などいかなる形状でも良い、前記孔の
個数は、１個以上いくつでもよい。また、２個以上の孔
を開ける場合には、すべての孔が同じ形状であってもよ
いが、互いに別々の形状であるなど複数の形状を組み合
わせてもよい前記孔の大きさは、特に限定するものでは
ないが、耐湿性の観点から、孔の面積の和が、金属製ケ
ースの表面の総面積（孔の面積も含む）の２０％以下、
より好ましくは、５％以下にすることが好ましい。

前記孔の数および配置は、封止樹脂と接している部分で
あれば、特に限定するものではないが、耐湿性の観点お
よび水の侵入口に近い所で水蒸気を効率的に逃がすとい
う点から、半導体素子から遠く、水の侵入口に近いとこ
ろに、半導体素子を囲むように複数個、より好ましくは
４〜８個程開けるのが良い。なお、孔は、半導体素子の
上方に開けるのは好ましくない。孔の配置が半導体素子
の真上になっていると、界面に侵入した水が逃げにくい
ばかりでなく、孔から吸湿された水が半導体素子に到達
しやすくなるため、半導体パッケージの耐湿性が劣るお
それがある。封止樹脂が半導体素子を囲むだけであって
、同素子を完全には覆っていない場合には、同半導体素
子が孔を通して外部へ露出しないように、孔を形成する
のがよい、これは、半導体素子が孔を通して外部へ露出
していたのでは、封正にならないからである。

第２〜４図は、それぞれ、この発明にかかる半導体パッ
ケージに用いる金属製ケース８の１例を表す。

第２図に示す金属製ケース８は、四角形の形をしていて
、４つの孔９・・・がその四隅（対角位置）に設けられ
ている。これらの孔９・・・は、いずれも円形で同じ大
きさとされている。

第３図に示す金属製ケース８も、四角形の形をしており
、４つの孔９・・・がその４つの対辺部分の中央内側に
設けられている。これらの孔９・・・は、いずれも四角
形で、同じ大きさとされている。

第４図に示す金属製ケース８も、四角形の形をしており
、８つの孔９・・・がその４つの対辺部分の中央内側お
よび四隅に設けられている。８つの孔９・・・のうち７
つは、いずれも円形で同じ大きさとされており、残りの
１つ（ひとつの隅にあるもの）は、四角形とされている
。このように、四隅の孔のうちのひとつの形状を他のも
のと異ならせておくと、半導体パッケージの向きを判別
するときの目印となり、向き判別用の小突起などを設け
る必要がなくなる。

孔を設ける位置は、金属製ケースの縁と、封止される半
導体素子の端に対面する金属製ケースの部分とのケース
の沿面距離の中間地点よりも縁よりにあることが好まし
いが、この位置に限定するものではない。

封止樹脂としては、いかなる樹脂を用いてもよく、特に
限定するものではないが、液状の半導体封止用樹脂（樹
脂組成物）を用いるのが好ましい。また、孔に臨む部分
からのバルク吸湿を少なくするという点からは、吸湿性
の少ない封止樹脂を用いることが好ましい。なお、封止
樹脂は、半導体素子およびそのボンディング材料を覆う
ものと、基板と金属製ケースとの接合を行うものとが、
同じであってもよいが、別種のものであってもよい。封
止樹脂で、半導体素子を囲み、基板と金属製ケースとの
接合を行う場合には、封止樹脂として、Ｂ−ステージ化
された樹脂シートを用いるようであってもよい。

この発明にかかる半導体パッケージは、たとえば、つぎ
のようにして作製されるが、この作製方法に限定するも
のではない。第１図にみるように、半導体素子（半導体
チップ）２のパッド（図示されず）をボンディング材料
（この実施例では、ボンディングワイヤ３・・・）で基
板１上の電路４・・・と電気的に接続し、半導体素子２
を基板１に搭載する。電路４・・・にはスルホール１３
川を介してり一ドビン６・・・が電気的に接続されてい
る。リードピン６・・・は、基板１の裏面から突出して
いる。半導体素子２への入出力はリードピン６・・・を
介してなされる。次に、半導体素子２およびボンディン
グ材料の周辺をデイスペンサ等を用いて封止樹脂７で覆
い、他方、開口部が上向きとなるようにして載置した金
属製ケース８の中にも液状の封止樹脂７を入れておき、
基板１をその封止樹脂７で覆われた側が下を向くように
してケース８内の封止樹脂７に押しつけるか、または、
自重で沈ませるかして、基板１とケース８を一体化する
。この後、その状態でまたは上下逆様にして封止樹脂７
の硬化を行い、基板ｌと金属製ケース８とを接合、固着
し、半導体素子を封止した半導体パッケージを得る。

あるいは、基板１をその半導体素子搭載面を上向きにし
た状態で、基板１上に液状の封止樹脂を載せ、その上か
ら金属製ケース８を被せて押しつけ、一体化するように
してもよい。封止樹脂７は、半導体素子２を囲むように
して金属製ケース８と基板１とを接合して同素子２を封
止すやのであれば、第１図にみるように、ケース８と基
板１との間を完全に満たしている必要はない。

基板は、樹脂または樹脂組成物を用いたもの、セラミッ
クからなるものなどが適宜選択されて用いられる。樹脂
または樹脂組成物を用いて作った基板を用いる場合には
、半導体素子搭載部分の背面に、金属箔などの金属の薄
層を設けるようにすると、基板を貫いて水が侵入するの
を防ぐことができる。なお、基板は、第１図に示すごと
（平板な形状であってもよいが、半導体素子搭載部分が
窪んでキャビティーとなっているようなものであっても
よい。

半導体素子と基板の電路とのボンディング方法は、ワイ
ヤボンディング、バンプなどを用いるワイヤレスボンデ
ィングなど特に限定はない。

なお、半導体パンケージを製造する際に、金属製ケース
の孔から液状の封止樹脂が漏れだして、充填不良や、外
観不良を起こさないようにするため、前記孔は、封止樹
脂の硬化または冷却固化が終了するまで塞いでおくこと
が好ましい。たとえば、封止樹脂硬化時の熱、たとえば
１６０℃、に耐える材質の粘着テープを貼って孔をふさ
いでおき、封止樹脂を金属製ケースに入れるのである。

あるいは、耐熱性があって、離型性の良いフィルム、シ
ートまたは板など−たとえば四フッ化エチレン樹脂（テ
フロンの商標で市販されているものなど）゛シート、シ
リコーンゴムシート、ＴＰＸ板、ラップシート、離型剤
を塗布した金属製の板など−を両面テープまたは粘着テ
ープなどで貼っておいてもよい。そして、封止樹脂の硬
化または固化が終了した後に剥がすのである。

なお、この発明は上記実施例に限らない。

以下に、この発明のより具体的な実施例および比較例を
示すが、この発明は下記実施例に限定されない。なお、
下記実施例１〜５では、封止樹脂を入れる前に、金属製
ケースの孔にシリコーンゴムの粘着テープを貼っておき
、硬化終了後、そのテープを剥がした。

一実施例１− 半導体素子としてＣ−ＭＯ３素子を用い、基板として６
４ビンのプラスチックＰＧＡ基板を用い、金属製ケース
（リッド）として表面をアルマイト処理したアルミニウ
ム製ケースを用いた。

封止樹脂として、第１表に示す配合のエポキシ樹脂組成
物を用いた。

第１図にみるように、半導体素子２を基板１にグイボン
ディングし、ボンディングワイヤ３・・・で基板１表面
の電路４・・・とボンディングした。電路４・・・は、
このボンディング部分を除き、絶縁Ｎ５で覆われていた
。リードビン６・・・は、スルホール１３・・・に打ち
込んで基板１裏面から突出させた。

基板１表面に搭載した半導体素子２付近をボンディング
ワイヤ３・・・とともに、第１表に示す配合の封止樹脂
（２液性工ポキシ樹脂組成物）７で覆うとともに、その
上から第２図に示す構造の金属製ケース８で覆うように
して一体化し、封止樹脂７を硬化させて半導体パッケー
ジを得た。

一実施例２〜５および比較例− 実施例１において、金属製ケースとして第２表に示す構
造のものを用いたこと以外は、実施例１と同様にして半
導体パッケージを得た。

各実施例および比較例の半導体パッケージについて、サ
ンプル数を各試験ごとに５０個ずつとして、吸湿後の外
観不良、および、耐湿性を調べた、外観不良は、８５℃
で８５％ＲＨの雰囲気中で１００時間処理した後に半田
デイツプ１０秒間の試験を行って、金属製ケースの浮き
または剥離不良の有無を見た。耐湿性は、１２１℃で２
気圧のプレッシャークツカー試験（ＰＣＴ）を行い、不
良率５０％となる時間を見た。結果を第２表に示した。

第表第表第２表かられかるように、実施例１〜５は比較例に比べ
て、加湿後の半田デイツプ試験に□よるケースの外観不
良率が飛躍的に減少している。実施例１〜５は比較例に
比べて耐湿性もほぼ変わらないのがわかる。さらに、第
２表から、最も好ましい金属製ケースの形は、実施例４
で用いたものであることがわかる。上記実施例１〜５お
よび比較例の結果から、下記■〜■もわかる。

■　孔の合計面積が同じならば、孔の数を多くして、半
導体素子から遠い位置に分散して配置することが好まし
い。

■　孔の数および配置が同じならば、孔の合計面積の小
さい方がＰＣＴの結果良好であり、合計面積の大きい方
がケースの浮き、剥離が少ない。

■　孔の数および合計面積が同じならば、半導体素子か
ら遠い位置に配置することが好ましい。

〔発明の効果〕

この発明にかかる半導体パッケージは、以上に説明した
ようなものであるので、長時間の高温高湿試験後の半田
リフローまたは半田デイツプ試験などによって発生する
ことがある、金属製ケースが浮い、たり、剥離したりす
る不良の極めて少ないものとなっている。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる半導体パッケージの１実施例
を表す断面図、第２〜４図はそれぞれこの発明に用いる
金属製ケースの別々の１例を表す平面図、第５図は従来
の金属製ケースを用いた半導体パッケージの１例を表す
断面図、第６図および第７図はそれぞれ従来の半導体パ
ッケージの１例を表す断面図である。１・・・基板　２・・・半導体素子　４・・・電路　７
・・・封止樹脂　８・・・金属製ケース　９・・・孔代
理人　弁理士　　松　本　武　彦第２図第５図第６図第７図３゜４゜円［糸売ネ■ｊエミーＦ（０肩υ 昭和６３年１０月半導体パッケージ補正をする者事件との関係　　　特許出願人住　　　所　　　　大阪府門真市大字門真１０４８番地
名　称（５８３）松下電工株式会社代表者　　（塘輔役三　好　俊　夫

Claims

【特許請求の範囲】

１　基板に搭載された半導体素子がその上から金属製ケ
ースで覆われ、前記基板と金属製ケースとの間のうち少
なくとも前記半導体素子を囲む部分に封止樹脂を介在さ
せるようにして前記半導体素子が封止されている半導体
パッケージにおいて、前記金属製ケースの前記封止樹脂
と接する部分には、水逃がし孔が設けられていることを
特徴とする半導体パッケージ。