JPH0341473Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、半導体装置における半導体素子の封
止構造に関し、特にピングリツドアレイなどのパ
ツケージに応用するのに適した封止構造に関する
ものである。

（従来の技術） 半導体素子を搭載した半導体装置にあつては、
その半導体素子の腐食や電気的接続不良の発生を
防止するため、当該半導体素子をできるだけ気密
状態に封止しておく必要がある。換言すれば、当
該半導体素子は空気中の水分等に直接曝されない
ようにしておく必要があるのである。

従来、このような半導体素子の封止を実行すべ
く基板上に搭載される半導体素子をパツケージン
グするに際しては、例えばチツプオンボードタイ
プの半導体装置において、次のような方法によつ
ていた。すなわち、第６図に示したように、半導
体搭載用基板５０をガラスエポキシ樹脂などの有
機系素材によつて形成して、この基板５０の半導
体素子搭載部に半導体素子５１を直接実装し、ワ
イヤーボンデイング等の方法により当該基板５０
の導体回路と電気的接続をする。その後、エポキ
シ樹脂等の液状またはペレツト状の封止樹脂５２
を、電気的接続完了後の半導体素子５１に滴下ま
たは載置して、所定の温度でこの封止樹脂５２を
溶融させた後に硬化させていたのである。なお、
このように形成した半導体装置は、例えば時計、
カメラ等の電子部品として使用されるものであ
る。

（考案が解決しようとする問題点） しかしながら、第６図に示したような半導体装
置の封止構造では、封止樹脂５２自体の耐水性が
劣るだけでなく、この封止樹脂５２以外での封止
はなされていないから、例え半導体搭載用基板５
０が耐水性に優れたものであつたとしても、封止
構造としては完全とはいえないものである。

これに対して、半導体搭載用基板５０に更にキ
ヤツプを固着して確実な封止構造とする試みもな
されてはいるが、当該半導体搭載用基板５０は高
い信頼性を必要とされる部分においても安価な有
機系素材を使用する要求が増えつつあり、この有
機系素材からなる半導体搭載用基板５０とキヤツ
プとの固着は接着性の問題から樹脂からなる接着
剤によつて行なわなければならない。すなわち、
従来の封止構造にあつて、キヤツプを使用する半
導体装置にあつても、その接合部における樹脂の
耐水性に劣るという問題が生じてくるのである。

以上のような従来の半導体装置における封止構
造では、近年のようにこの種半導体装置に搭載さ
れる半導体素子及びこれに結線される導体回路の
微細化発展の実状の下にあつては特に、高い信頼
性の要求される場所での使用に十分対処すること
が困難であり、時代の要求にマツチした半導体装
置とすることには問題があつたのである。

そして、本考案の目的とするところは、上述し
た従来技術の問題点を除去し、基板上に搭載され
た半導体素子の腐食や電気的絶縁接続不良をより
一層改善し、半導体素子を実装、封止した後の湿
気に対する信頼性を著しく向上させた半導体装置
における封止構造を提供することである。

（問題点を解決するための手段） 以上の問題点を解決するために、本考案が採つ
た手段は、実施例に対応する第１図〜第５図を参
照して説明すると、 有機系素材からなる半導体搭載用基板１０上に
搭載した半導体素子１７をキヤツプ３０により封
止するようにした半導体装置１００において、 半導体搭載用基板１０の外周縁部に半導体素子
１７用の導体回路１３と絶縁された金属被膜層１
４をその内部に閉空間を形成すべく設けるととも
に、キヤツプ３０を金属によつて形成して、 このキヤツプ３０の外周縁部を金属被膜層１４
に金属接合したことを特徴とする封止構造であ
る。

以下に、本考案に係る封止構造を図面に示した
具体例に従つて詳細に説明する。

第１図には、本考案の封止構造によつて半導体
素子１７を封止した半導体装置１００の斜視図が
示してあり、この半導体装置１００は主として半
導体素子１７を搭載するための基板１０、この基
板１０に強制嵌合した複数の導体ピン２０及び半
導体素子１７を覆蓋するキヤツプ３０とからなつ
ている。

基板１０は、ガラスエポキシ樹脂、ガラストリ
アジン樹脂、ガラスポリイミド樹脂等の有機系樹
脂素材からなるもので、第２図及び第３図に示し
たように、所定の位置に半導体素子１７搭載用の
凹所１２が形成されており、この凹所１２の周囲
に導体回路１３が形成されている。この導体回路
１３は、通常のメツキ法あるいは導体箔を貼付す
る方法等によつて形成したものである。また、こ
の基板１０には複数の貫通孔１１が形成してあ
り、この貫通孔１１内には導体層１５が形成して
ある。これにより、当該各貫通孔１１はスルーホ
ール１６となつているのである。このスルーホー
ル１６内の導体層１５と、基板１０の凹所１２内
に形成した導体回路１３とは電気的な接続状態と
なつている。なお、凹所１２内に搭載された半導
体素子１７は、ボンデイングワイヤー等によつて
導体回路１３に選択的に接続されており、必要に
応じて当該半導体素子１７の周囲を有機系樹脂素
材からなる枠１８ｂと封止樹脂１８ａによつて閉
塞するようにして実施してもよい。

また、この基板１０の表面の外周縁部には、第
２図及び第３図に示したように、上述した導体回
路１３とは絶縁された金属被膜層１４が形成して
あり、この金属被膜層１４は、特に第２図に示し
たように、その内部に閉空間を形成すべく設けて
ある。すなわち、この金属被膜層１４は、その表
面に後述のキヤツプ３０を金属接合した場合に、
このキヤツプ３０と基板１０との間に密閉空間を
形成し、かつ当該金属被膜層１４が導体であつて
も基板１０上の導体回路１３とは完全に独立して
電気的絶縁状態を保持し得るものである。この金
属被膜層１４を形成している材料は、上記の導体
回路１３と同じ材料を使用しても、あるいはこれ
とは全く別の材料を使用してもよく、この具体例
にあつては銅箔あるいはこの銅箔の表面にメツキ
した他の金属例えばニツケル、金によつて構成し
ている。また、この金属被膜層１４は、導体回路
１３と同じ材料によつて形成するのであれば、基
板１０上に導体回路１３を形成する際に、この基
板１０と金属被膜層１４とが残留するように、基
板１０上に形成した金属層をエツチング処理をす
る等して容易に形成されるものである。

また、この金属被膜層１４は後述のキヤツプ３
０との金属接合を行なうことを主たる目的とする
ものであるが、第４図に示したように、基板１０
の表面の外周縁部から基板１０の側面及び当該基
板１０の下面の外周縁部に至るまで連続した形状
のものとすれば、基板１０の側面及び裏面からの
湿気の侵入を防ぎ、本考案に係る封止構造の効果
をより一層向上させることができるものである。

この具体例における半導体装置１００はピン・
グリツドアレイ・タイプのものであるから、上記
のスルーホール１６に対して導体ピン２０が強制
嵌合によつて固着してある。これら各導体ピン２
０は、その上端部に支持部２１が形成してあり、
基板１０に対する安定性を確保するための鍔部２
２がその上部に形成してある。この導体ピン２０
の支持部２１は、スルーホール１６の内径よりの
僅かに大きい外径を有しており、この支持部２１
をスルーホール１６内に強制嵌合することによ
り、当該導体ピン２０は基板１０に固定される。
以上のように基板１０に固定された各導体ピン２
０は、当該半導体装置１００から図示しないプリ
ント配線板（マザーボード）に電気的導通性を与
えるものである。なお、この導体ピン２０を基板
１０に固定する場合、当該導体ピン２０の固定部
に半田接合を施すことによつて、当該導体ピン２
０の固定保持力を向上させるとともに、当該半導
体装置１００の内部と外部とを遮断することに著
しい効果を奏することができる。

そして、以上のように形成した基板１０上の金
属被膜層１４にキヤツプ３０が金属接合してある
のである。このキヤツプ３０は、外気中の湿気が
半導体素子１７側に侵入するのを防止するととも
に、半導体素子１７が発生した熱を速やかに外部
へ放散するために、金属によつて形成してあり、
その材料としてはアルミニウム、銅等が使用され
る。また、このキヤツプ３０は、その内側に位置
する半導体素子１７及びそのボンデイングワイヤ
ー等が直接接触しないようにするため、第３図〜
第５図に示したように、その中央部が盛り上がつ
た形状としてある。さらに、このキヤツプ３０の
外周縁部には、後述の金属接合をより確実なもの
とするために、基板１０上の金属被膜層１４に対
応する平らな平面を有した接合部３１が形成して
ある。この接合部３１の接合面には、後述の金属
接合作業を容易に行なうようにするために、予じ
め半田層を形成しておくと便利である。

また、このキヤツプ３０として、第５図に示し
たように、接合部３１の外周と連続し基板１０の
外周に嵌合される嵌合部３２を一体的に形成した
ものとすれば、この嵌合部３２によつて基板１０
の側面を覆うことができるとともに、当該キヤツ
プ３０の基板１０に対する位置合わせを容易に行
なうことができるものとすることができる。

金属被膜層１４とキヤツプ３０との接合は、第
３図に示したように、半田４０によつて行なつて
ある。すなわち、金属被膜層１４の全体とキヤツ
プ３０の接合部３１との接合面間には半田４０が
介在しており、これによつて金属被膜層１４とキ
ヤツプ３０との金属接合は完了しているのであ
る。この半田４０の材料としては、錫鉛合金等が
使用される。

（考案の作用） 以上のように構成した本考案に係る半導体装置
１００にあつては、基板１０上に形成した金属被
膜層１４とキヤツプ３０とを金属接合してあるか
ら、当該キヤツプ３０内は完全に密閉された状態
となり、外気中の湿気が半導体素子１７にまで到
達することを困難にしている。従つて、この半導
体装置１００にあつては、半導体素子１７の湿気
による電気的接続不良や腐食の防止がより確実に
なされている。

また、この半導体装置１００にあつては、その
キヤツプ３０を金属によて形成するとともに、基
板１０上の金属被膜層１４と金属接合したから、
熱良導体としての性質を有効に活用していて、半
導体素子１７から発散された熱を当該キヤツプ３
０を通して外部に速やかに放散する。

（実施例） 実施例 １ 耐熱ガラスエポキシ樹脂を素材とする銅張り積
層板上に、無電解の銅メツキ、ニツケルメツキ、
金メツキを用いて常法により導体回路と金属被膜
層１４とを同時に形成した後、基板１０に導体ピ
ン２０を固定した。

導体ピン２０は、基板１０のスルーホール１６
の穴径より適当な大きさだけ幅広く形成した支持
部２１によつて、基板１０のスルーホール１６内
に圧入されており、隙間にはエポキシ系の封止樹
脂を埋めた。

この基板１０に半導体素子１７を搭載し、ワイ
ヤーボンデイングにより当該半導体素子１７と導
体回路１３とを電気的に接続した後、その全体を
エポキシ系の封止樹脂で封止した。そして、アル
ミニウム製のキヤツプ３０の表面を亜鉛置換した
後、ニツケルメツキ及び金メツキを施した。この
キヤツプ３０の接合部３１の接着面に半田ペース
トを印刷し、このキヤツプ３０を基板１０に対し
て位置決めして載置して、260℃のコンベア式リ
フロー炉内で熱処理することにより、基板１０と
キヤツプ３０とを一体的に金属接合した。

実施例 ２ ガラストリアジンを素材とする銅張り積層板上
に常法により、電気銅メツキ、ニツケルメツキ、
金メツキを施し、導体回路１３と基板１０上の金
属被膜層１４とを同時に形成した後、導体回路１
３と金属被膜層１４とを電気的に導通していたリ
ード部をザグリ加工により切断した。

この基板１０に導体ピン２０を差し込み、半田
浴に導体ピン２０側の面を浸漬して導体ピン２０
を基板１０に半田接合した。次いで、半導体素子
１７を基板１０の凹所１２に搭載してワイヤーボ
ンデイングした後、この半導体素子１７の全体を
エポキシ系の樹脂で封止した。

銅製のキヤツプ３０に凸状の絞り加工をした
後、ニツケルメツキ及び金メツキを施し、このキ
ヤツプ３０の接合部３１に半田ペーストを印刷し
た。この金属製のキヤツプ３０を位置合わせして
基板１０上に載置し、260℃のオーブン中で５分
間の熱処理することにより、基板１０とキヤツプ
３０とを一体的に金属接合した。

（考案の効果） 以上説明したように、本考案に係る半導体装置
１００によれば、外気中の湿気の半導体素子１７
側への侵入をほぼ完全に阻止することができるた
め、この半導体装置１００における半導体素子１
７の耐久性が向上し、半導体装置１００の実装後
の信頼性を著しく向上させることができる。

また、本発明の封止構造にあつては、その金属
被膜層１４は導体回路１３と同時に形成可能であ
るし、キヤツプ３０も金属板の打ち抜き、絞り加
工等によつて容易に形成することができるから、
本発明に係る半導体装置１００を極めて容易に製
造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る半導体装置の完成後の斜
視図、第２図はキヤツプを金属接合する前の状態
を示す斜視図、第３図は第１図の−線に沿つ
て見た拡大縦断面図、第４図及び第５図は本考案
の他の実施例を示す第３図に対応した断面図、第
６図は従来の技術を示す断面図である。 符号の説明、１００……半導体装置、１０……
基板、１３……導体回路、１４……金属被膜層、
１７……半導体素子、２０……導体ピン、３０…
…キヤツプ、３１……接合部、３２……嵌合部、
４０……半田。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 有機系素材からなる半導体搭載用基板上に搭
   載した半導体素子をキヤツプにより封止するよ
   うにした半導体装置において、 前記半導体搭載用基板の外周縁部に前記半導
   体素子用の導体回路と絶縁された金属被膜層を
   その内部に閉空間を形成すべく設けるととも
   に、前記キヤツプを金属によつて形成して、 このキヤツプの外周縁部を前記金属被膜層に
   金属接合したことを特徴とする封止構造。 ２ 前記金属被膜層と前記キヤツプの金属接合
   は、半田付け接合であることを特徴とする実用
   新案登録請求の範囲第１項に記載の半導体装置
   における封止構造。 ３ 前記半導体搭載用基板は、ピングリツドアレ
   イであることを特徴とする実用新案登録請求の
   範囲第１項または第２項のいずれかに記載の半
   導体装置における封止構造。