JPH10116952A - 半導体チップ装着用パッケージ、半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体装置の中空樹脂封止型パッケージ構造
において、回路基板との接合信頼性を高め、高密度実装
およびハンドリング性を向上させる。 【解決手段】 半導体チップを搭載するための中空部を
設けた中空樹脂封止型パッケージにおいて、リードフレ
ームで形成されるリードの外側先端をパッケージ本体の
上面または下面と略面一になるようにしてその本体表面
から露出させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、半導体装置、特に
回路基板への装着性および回路基板との電気的導通信頼
性向上さらにはハンドリング特性に優れ安価に製造でき
る半導体パッケージ構造技術に適用して有効である。

【０００２】

【従来の技術】リードピンを備えた半導体装置の実装技
術としては、ＤＩＰ(Dual Inline Package)またはＳＩ
Ｐ(Single Inline Package)と呼ばれるパッケージ構造
の半導体装置を用いて、パッケージから突出されたリー
ドピンの先端を回路基板に設けられた挿通孔に挿入し当
該挿通孔の周囲の電極とリードピンとの半田付けを行う
もの（差込実装方式）が知られている。

【０００３】この差込実装方式では、回路基板に挿通孔
を形成する作業が必要であり、かつ当該挿通孔の位置に
対してリードピンの折曲精度が要求され、実装時のハン
ドリングが難しいという問題があった。

【０００４】また、リードピンの先端を回路基板表面の
表面と同方向に折曲して表面実装を行う形式のものも知
られている。この表面実装型の樹脂パッケージの構造を
図１〜４を用いて説明する。

【０００５】所定形状に加工されたリードフレーム１を
用意する。このリードフレーム１は、中央に半導体チッ
プを装着するアイランド部２を有しており、アイランド
部近傍まで延出されたインナーリード３と、このインナ
ーリード３を支持するアウターリード４とを有してい
る。同図に示した状態ではこれらの部位は全て一体に加
工されている。

【０００６】次に、図２に示すように、前記アイランド
部２の上面に半導体チップ５を超音波振動あるいは熱圧
着によって接合する。そして、この半導体チップ５の上
面に設けられた電極とインナーリード３とを金あるいは
アルミニウム等からなる導電性の細線（ワイヤ６）によ
り導通させる。

【０００７】次に、図３に示すように、前記半導体チッ
プ５、ワイヤ６およびインナーリード３を樹脂により封
止する。これはキャビティを有する金型内に当該リード
フレームを位置決めして、この金型内に熱硬化性樹脂ま
たは熱可塑性樹脂を注入することにより行われる。

【０００８】最後に図４に示すように、樹脂本体７から
突出されたアウターリード４を折曲加工する。すなわ
ち、まず樹脂本体７から突出されたアウターリード４を
同図において樹脂本体７の外底面方向にＬ字状に折曲す
る。次に、アウターリード先端において樹脂本体７の側
外方に折曲する。これによりアウターリードの先端（図
中「Ｃ」で示す部分）は平坦になり、回路基板上の電極
に対して半田により接合が可能となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このような表面実装構
造の半導体装置は、回路基板側に挿通孔を準備する等の
加工が不要であるため、差込実装方式に較べて実装効率
は向上するものの、樹脂本体の最上面からアウターリー
ド先端（Ｃ）までの距離（図中「Ａ」で示す距離）の精
度、インナーリード（３）からアウターリード先端
（Ｃ）までの距離（図中「Ａ’」で示す距離）の精度、
およびアイランド部２の中心位置からアウターリード先
端（Ｃ）までの距離（図中「Ｂ」で示す距離）に誤差を
生じないようにするために高い加工精度が必要であっ
た。

【００１０】つまり、これらの加工精度が確保されなけ
れば実装時に回路基板の電極位置とアウターリードの接
合位置（Ｃ）とのズレを生じ、半導体装置への電源供給
あるいは信号の読み書きに支障が出る可能性があった。
さらにインナーリード３の先端からアイランド部２まで
の距離（Ｄ）に自由度がなくパッケージ設計が制約され
ていた。

【００１１】また、多数のアウターリードの中にわずか
でもリード浮きがあると、回路基板の電極との接合不良
が生じてしまう可能性もあった。さらに、図４に示した
ように樹脂本体の形成後にリードの折曲加工を最低２回
は行うために樹脂本体（同図「ｄ」で示す位置）に対し
て折曲時にストレスが加わり、樹脂クラックを生じ外観
不良となったり耐湿性の低下が生じ易かった。

【００１２】加えて、樹脂本体からアウターリードが大
きく突出した構造であるために、実装基板へのハンドリ
ングがしにくく、また回路基板上において広い装着スペ
ースが必要であり高密度実装に適さないという問題もあ
った。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は上記のような点
を解消すべく以下のような手段を講じた。すなわち第１
に、半導体チップを装着するための内底面を有する中空
部と、当該中空部に装着される半導体チップとパッケー
ジ外部との電気的導通を実現するリードと、パッケージ
本体を構成する樹脂本体とからなる半導体チップ装着用
パッケージにおいて、前記リードを導電性金属板を切断
・屈曲して得るとともに、その一端部を前記中空部に対
して露出し、途中部を前記樹脂本体中に埋設し、他端部
を前記樹脂本体の一面上においてその周縁近傍より略面
一状に外部に露出させた構造とした。

【００１４】ここで、面一状とは、樹脂本体の上面また
は下面の一部を構成するという意味である。このような
構造、特にリードの他端部先端を樹脂本体の一面と略面
一状に外部に露出させることにより、外部に露出させた
リードを加工することなく回路基板の電極との電気的導
通を確保できるため、効率的に信頼性の高い半導体チッ
プ装着用パッケージを提供できる。

【００１５】ここで、後に搭載する半導体チップは、固
体撮像素子、マイクロプロセッサ、論理回路、メモリ等
のいかなる回路を持ったものでもよい。また、固体撮像
素子である場合には、後に中空部を封止する蓋体はガラ
ス等の光透過性のあるものが望ましい。

【００１６】樹脂本体はエポキシ樹脂、ポイリイミド樹
脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコ
ーン樹脂などの熱硬化性樹脂、または液晶ポリマー、ポ
リフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド（Ｐ
ＰＳ）樹脂、ポリスルホン、ホリアミド・イミド、ポリ
アリルスルホン樹脂などの耐熱性熱可塑性樹脂によって
成形されることが望ましい。これらのうち、エポキシ樹
脂、ポリイミド樹脂、ＰＰＳなどが特に好ましい。エポ
キシ樹脂としては、具体的にはビスフェノールＡ型、オ
ルソクレゾールオポラック型、ビフェニル型、ナフタレ
ン型、グリシジルアミン型などのエポキシ樹脂を用いる
ことができる。ポリイミド樹脂としては、具体的にはポ
リアミノピスマレイミド、ポリピロメイットイミド、ポ
リエーテルイミドなどのポリイミド樹脂を用いることが
できる。

【００１７】これらの耐熱性樹脂には、無機充填剤を添
加してもよい。この無機充填剤としては、アルミナ粉
末、シリカ粉末、窒化ケイ素粉末、ボロンナイトライト
粉末、酸化チタン粉末、炭化ケイ素粉末、ガラス繊維、
アルミナ繊維などの耐熱性無機充填剤が挙げられる。こ
れらのうち、アルミナ粉末、シリカ粉末、窒化ケイ素粉
末、ボロンナイトライド粉末がより好ましい。無機充填
剤の粒径は、０．１〜１００μｍ、好ましくは１〜４０
μｍである。無機充填剤は耐熱性樹脂１００重量部に対
して４０〜１９００重量部、好ましくは１００〜９００
重量部配合される。また、無機充填剤の他に、必要に応
じて硬化剤、硬化促進剤、カップリング剤などの添加剤
が含まれていてもよい。

【００１８】リードはリードフレーム形式で提供され、
銅、鉄、アルミニウムまたはこれらの合金からなる群よ
り選ばれたもの、特に４２アロイ、またはリン青銅のよ
うな銅合金で形成されていることが望ましい。このリー
ドフレームはことさら表面処理する必要はないが、必要
に応じて全面ないし部分的に表面処理を施すことがで
き、たとえば、金、銀、ニッケル、半田などのメッキを
施してもよい。メッキとしては、サッカリンなどの光沢
剤を配合しないニッケルメッキを使用することができ、
光沢剤を添加してメッキ表面を平滑化してもよい。な
お、中空パッケージ構造の場合、半導体チップを搭載す
るアイランド部は不要であるが、当該アイランド部を樹
脂本体中に埋設させて耐湿板として用いてもよい。さら
に、中空部内で通常のリードフレームと同様にアイラン
ド部に半導体チップを接合した構造としてもよい。この
場合には、アイランド部には放熱性を向上させるために
銅などの他の材料をあらかじめ接合しておいてもよい。

【００１９】第２に、リードの他端部を、前記樹脂本体
の一面上においてその周縁とほぼ等しいかまたは内方に
位置するようにした。これにより、樹脂本体から外部に
リードが突出しない構造となるため、ハンドリング時に
おけるリードの変形や損傷を防止できる。

【００２０】第３に、リードの他端部を、樹脂本体の一
面に対して傾斜して外部に露出させた。このように、リ
ード他端部を樹脂本体に対して面一状に形成する他に、
傾斜した状態で外部に露出させることも可能である。

【００２１】このように傾斜させることにより、傾斜部
分に半田等の接合材が入り込み接合信頼性を高めること
ができる。特に半田は溶融時における表面張力が高いた
めに有効である。

【００２２】第４に、リードの他端部は半導体チップが
装着された樹脂本体の内底面側の外底面、または半導体
チップの上方の開口側の面のいずれから外部に露出させ
るようにしてもよい。

【００２３】これにより、多様な実装形態が実現でき
る。第５に、半導体パッケージの製造において、あらか
じめ屈折加工したリードフレームを金型上に載置し、該
金型内に熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を注入して中
空部を有し、かつ当該中空部内に前記リードフレームの
一端部が露出し、その他端部が外部に露出する樹脂本体
を形成し、前記樹脂本体の一面上においてその周縁から
外方に突出されるリードフレームの他端部の先端を切断
除去するようにした。

【００２４】このようにリードフレームを予め折曲加工
した後に樹脂本体を形成することにより、リードフレー
ムの加工にともなう樹脂本体へのストレスが無くなるた
め、樹脂本体のクラックによる外観不良の発生や耐湿性
低下が防止される。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
実施の形態を説明する。まず、図５に示すようなリード
フレーム１１を用意する。このリードフレームは、４２
アロイまたはリン青銅のような銅合金からなる薄板状の
金属板を所定形状に加工して得ることができる。なお、
本実施形態においてアイランド部は存在していないが、
アイランド部を有する構造であってもよい。

【００２６】このリードフレーム１１は先端が互いに独
立したインナーリード１２（一端部）と、それを支持す
るために同図の状態では互いに接続され一体構造となっ
たアウターリード１３（他端部）とで構成されている。

【００２７】このようなリードフレーム１１は、図６に
示すようにインナーリード１２とアウターリード１３と
の途中部１４において段差状に折曲加工される。すなわ
ち、インナーリード１２の外方において同図の斜め下方
向に一旦折曲され、さらにその外方で同図側外方に折曲
された形状となっている。

【００２８】この折曲加工形状は金型を用いた押圧力に
よる１回のプレス処理で実現してもよいし、２回に分け
たプレス処理で実現してもよい。なお、このとき外側の
リードフレーム１１の折曲に際しては、図６の右側に示
したようにアウターリード１３がインナーリード１２と
略平行となるように折曲するが、図６の左側に示したよ
うにアウターリード１３がインナーリード１２の平行線
に対して一定の傾斜角θを有するように折曲してもよ
い。

【００２９】次に、当該リードフレーム１１に対して図
７に示すような樹脂本体１５が形成される。この樹脂本
体１５の形成は、リードフレーム１１を図示しない金型
に装着し、当該金型のキャビティにエポキシ樹脂などの
樹脂を高圧注入するインサート成形によって得られる。

【００３０】インサート成形の条件は使用する樹脂によ
っても異なるが、エポキシ樹脂の場合を例にとると、通
常圧力が１０乃至８００kg/cm²、温度が１３０乃至２０
０℃、時間が２０秒乃至５分の条件で加圧加熱が行われ
る。なお必要に応じてさらに後硬化工程を加えることが
望ましい。

【００３１】このようにして得られた樹脂本体１５に
は、図７に示すように、中空部を有しておりこの中空部
の内底面１７は、半導体チップ５を接合する接合面とし
て機能する。また、中空部の内側壁は内底面側の断面が
小面積で上方の開口部側が大面積となる段差を有してお
り、この段差の肩部には前記リードフレーム１１のイン
ナーリード１２が中空部に対して露出されている。

【００３２】そして、リードフレーム１１の途中部１４
は、樹脂本体１５内に埋設された状態となっている。さ
らにアウターリード１３の先端は樹脂本体１５の一面を
構成する外底面１８の周縁近傍でこの外底面と略面一状
に外部に露出されている。なお、図７に示す状態におい
てアウターリード１３の最先端部は他のアウターリード
の先端同士と互いに連結された状態となっている。

【００３３】このアウターリード１３の最先端部を切断
することによりリード同士が互いに電気的に絶縁され独
立したリードとなる。また、このときアウターリード１
３の最先端部を樹脂本体１５の周縁に沿って切断するこ
とにより、切断後のアウターリード１３は樹脂本体の周
縁から側外方には突出しない形状とすることができる。

【００３４】また、アウターリード１３の切断部分を前
記樹脂本体１５の周縁よりも外側としてもよいことは勿
論である。このようにして得られた半導体チップ装着用
パッケージに対して半導体チップを装着して回路基板に
実装する手順を以下に説明する。

【００３５】まず、樹脂本体１５の中空部の内底面１７
に半導体チップ５を接着剤により装着する。このとき内
底面１７には接着性および熱伝導性を高めるために金、
銀あるいは銅などの金属を予め塗布しておいてもよい。
また、接着剤の他超音波接合等の技術を用いてもよい。

【００３６】ここで用いる半導体チップ５は、たとえば
ビデオカメラ等に用いられるＣＣＤ(Charge-Coupled De
vice)などの固体撮像素子であるが、他の用途に用いら
れる論理回路、メモリなどであっても構わない。

【００３７】次に、半導体チップ５の図示しない電極と
中空部に露出されたインナーリード１２の表面とを金ま
たはアルミニウムによる細線で構成されたワイヤをルー
プ状に張ることで導通させる。これには公知のワイヤボ
ンディング技術を用いることができる。

【００３８】次に、中空部の上面にガラス板からなる蓋
体２０を装着して中空部内を気密封止する。この蓋体２
０の装着は、樹脂本体１５の外上面の開口周縁部に接着
剤を塗布して蓋体２０を載置することによって行われ
る。

【００３９】このようにして得られた半導体装置は、ア
ウターリード１３の先端が樹脂本体１５の外底面１８の
周縁近傍において当該外底面１８と略面一に露出された
構造となっているため、回路基板への実装時のハンドリ
ングが容易である。また、樹脂本体１５の形成前にリー
ドを予め屈折加工しているため、樹脂本体形成後にリー
ドを折曲する従来技術に較べてリードの折曲加工精度を
高く維持でき、樹脂本体に不要な押圧力をかけることも
ない。

【００４０】さらに、アウターリード先端の切断を樹脂
本体１５のパッケージ周縁に沿って行えるため、回路基
板上における実装面積を狭小化でき、高密度実装を実現
できる。

【００４１】さらに、アウターリード１３の折曲部分に
傾斜角θを設けることによって図１０に示すように、リ
ード先端と回路基板の表面との間に断面三角状の隙間部
分ができ、ここに半田の表面張力を利用して半田を入り
込ませて接合精度を高めることができる。

【００４２】なお、本実施形態では、アウターリード１
３の先端を樹脂本体１５の外底面１８から外部に露出さ
せた例で説明したが、図９に示すように中空部の開口側
の外上面２２の周縁近傍から露出させた構造としてもよ
い。この場合にも同図９の左側部分に示すように、アウ
ターリード１３の先端を一定の傾斜角θで屈折させても
よい。

【００４３】なお、実施形態の説明では傾斜角θは図６
に示すようなリードフレームの折曲時にあらかじめ傾斜
させるようにした場合で説明したが、図７で説明したア
ウターリード１３の先端部を切断する際に切断金型の上
方からの押圧力で傾斜させるようにしてもよい。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、回路基板に対して接合
信頼性が高く、高密度実装に適しかつハンドリングが容
易な半導体チップ装着用パッケージおよび半導体装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来技術を説明するためのリードフレームの
断面図

【図２】 従来技術を説明するためのリードフレームに
半導体チップが装着された状態を示す断面図

【図３】 従来技術を説明するためのリードフレームに
樹脂本体を形成した状態を示す断面図

【図４】 従来技術を説明するためのリードフレームの
リード加工を行った状態を示す断面図

【図５】 実施形態のリードフレームを示す断面図

【図６】 実施形態のリードフレームを折曲加工した状
態を示す断面図

【図７】 実施形態のリードフレームに樹脂本体を形成
した状態を示す断面図

【図８】 実施形態の半導体装置の完成状態を示す断面
図

【図９】 実施形態の変形例を示す断面図

【図１０】 実施形態の半導体装置を回路基板に装着し
た状態を示す部分断面図

【符号の説明】

１・・リードフレーム ２・・アイランド部 ３・・インナーリード ４・・アウターフィーロ ５・・半導体チップ ６・・ワイヤ ７・・樹脂本体 １１・・リードフレーム １２・・インナーリード １３・・アウターリード １４・・途中部 １５・・樹脂本体 １７・・内底面 １８・・外底面 ２０・・蓋体 ２２・・外上面

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体チップを装着するための内底面を
   有する中空部と、当該中空部に装着される半導体チップ
   とパッケージ外部との電気的導通を実現するリードと、
   パッケージ本体を構成する樹脂本体とからなる半導体チ
   ップ装着用パッケージにおいて、 前記リードは導電性金属板を切断・屈曲して得られると
   ともに、その一端部が前記中空部に対して露出され、途
   中部は前記樹脂本体中に埋設され、他端部は前記樹脂本
   体の一面上においてその周縁近傍より略面一状に外部に
   露出されていることを特徴とする半導体チップ装着用パ
   ッケージ。
2. 【請求項２】 前記リードの他端部は、前記樹脂本体の
   一面上においてその周縁とほぼ等しいかまたは内方に位
   置していることを特徴とする請求項１記載の半導体チッ
   プ装着用パッケージ。
3. 【請求項３】 前記リードの他端部は、前記樹脂本体の
   一面に対して傾斜して外部に露出されていることを特徴
   とする請求項１または２記載の半導体チップ装着用パッ
   ケージ。
4. 【請求項４】 前記リードの他端部が外部に露出される
   樹脂本体の一面は、前記中空部の内底面側に位置する外
   底面であることを特徴とする請求項１記載の半導体チッ
   プ装着用パッケージ。
5. 【請求項５】 前記リードの他端部が外部に露出される
   樹脂本体の一面は、前記中空部の開口側に位置する開口
   面であることを特徴とする請求項１記載の半導体チップ
   装着用パッケージ。
6. 【請求項６】 樹脂本体内に設けられた中空部と、 前記中空部の底面に装着された半導体チップと、 前記半導体チップの表面に設けられた電極とその一端部
   が電気的に導通され、途中部は前記樹脂本体中に埋設さ
   れ、他端部は前記樹脂本体の一面上においてその周縁近
   傍より略面一状に外部に露出された導電性金属板からな
   るリードと、 前記半導体チップの装着された中空部を封止するために
   前記樹脂本体に装着される蓋体とからなる半導体装置。
7. 【請求項７】 前記半導体チップは固体撮像素子であ
   り、前記蓋体は光透過特性を有する板材であることを特
   徴とする請求項６記載の半導体装置。
8. 【請求項８】 前記リードの他端部は、前記樹脂本体の
   一面上においてその周縁とほぼ等しいかまたは内方に位
   置していることを特徴とする請求項６記載の半導体装
   置。
9. 【請求項９】 前記リードの他端部は、前記樹脂本体の
   一面に対して傾斜して外部に露出されていることを特徴
   とする請求項６，７または８記載の半導体装置。
10. 【請求項１０】 前記リードの他端部が外部に露出され
    る樹脂本体の一面は、前記中空部の内底面側に位置する
    外底面であることを特徴とする請求項６記載の半導体装
    置。
11. 【請求項１１】 前記リードの他端部が外部に露出され
    る樹脂本体の一面は、前記中空部の開口側に位置する開
    口面であることを特徴とする請求項６記載の半導体装
    置。
12. 【請求項１２】 あらかじめ屈折加工したリードフレー
    ムを金型上に載置し、 該金型内に熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を注入して
    中空部を有し、かつ当該中空部内に前記リードフレーム
    の一端部が露出し、その他端部が外部に露出する樹脂本
    体を形成し、 前記樹脂本体の一面上においてその周縁から外方に突出
    されるリードフレームの他端部の先端を切断除去する半
    導体パッケージの製造方法。