JPH10189792A - 半導体パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パッケージ全体の耐湿性を向上させるととも
に、モールド成形時の樹脂バリの発生を抑える。 【解決手段】 チップ実装用の段付凹部２を有するパッ
ケージ樹脂３と、パッケージ樹脂３の段付凹部２内に実
装された半導体チップ４と、断面略Ｕ字形の曲げ凹部５
ａとその上端から水平に延出した肩部５ｂとそこからパ
ッケージ樹脂３の内部を通して下方に延出した側壁部５
ｃとその下端から水平に延出した脚部５ｄとを有する板
状のベースメタル５と、ベースメタル５の外側表面に積
層されるとともに、脚部５ｂ上の積層領域を半導体チッ
プ４との電気的接続部６ａとし、脚部５ｄ上の積層領域
を外部接続用の電極部６ｂとしてパッケージ樹脂３の底
部に露出配置してなる配線層６と、段付凹部２を塞ぐ状
態でパッケージ樹脂３の上端に接合された蓋体７とを備
える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップを気
密封止する中空構造の半導体パッケージに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】一般に、中空構造をなす気密封止タイプ
の半導体パッケージには、パッケージベースとしてセラ
ミックスが採用されているが、近年では低コスト化を実
現するためにパッケージベースとして樹脂を採用したも
のが開発されている。この種の半導体パッケージでは、
図６に示すように、リードフレームのリード端子３０と
パッケージ樹脂３１とを一体構造とし、パッケージ樹脂
３１に一体形成した凹部３２に図示せぬ半導体チップを
実装している。また、リード端子３０のインナーリード
部３０ａと半導体チップとを図示せぬワイヤで電気的に
接続したうえで、パッケージ樹脂３１の上端に図示せぬ
蓋体を被せて半導体チップを気密状態に封止している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の半導体パッケージにおいては、樹脂のバルクを通して
パッケージ内部に水分が浸入することから、耐湿性がき
わめて低いという問題があった。この対策としては、図
７に示すように、パッケージ樹脂３１の底部にリードフ
レームの一部（ダイパッド部分）３０ｂを沈めたものも
提案されているが、その場合でも樹脂バルクからの水分
の浸入を部分的にしか防ぐことができないため、十分に
満足のいく効果が得られるものではなかった。

【０００４】また、図６及び図７に示す半導体パッケー
ジでは、パッケージ樹脂３１を金型でモールド成形する
場合、半導体チップとの電気的な接続部分となるインナ
ーリード部３０ａを金型で上から押えるようにしている
が、インナーリード部３０ａが非常に撓みやすく且つフ
リー（動きが自由）の状態にあるため確実に押さえ込む
ことができなかった。そのため、金型キャビティに樹脂
を注入した際には、インナーリード部３０ａとこれを押
える金型との界面に樹脂が浸入し、これによってインナ
ーリード部３０ａの上に厚い樹脂バリ（以下、厚バリと
いう）が発生するという問題があった。その結果、ワイ
ヤボンディングを行うのに先立って、モールド成形時に
発生した厚バリを除去しなければならず、その除去作業
が非常に面倒で時間のかかるものとなっていた。また、
厚バリを除去する際にインナーリード部３０ａの表面が
荒れてしまい、これが原因で上記ワイヤとのボンディン
グ性が悪化するなどの不具合も招いていた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体パッ
ケージは、チップ実装用の段付凹部を有するパッケージ
樹脂と、このパッケージ樹脂の段付凹部内に実装された
半導体チップと、上記パッケージ樹脂の段付凹部の段差
面上に水平配置された肩部と、この肩部からパッケージ
樹脂の内部を通して下方に延出した側壁部と、この側壁
部の下端から水平に延出した脚部とを有する板状のベー
スメタルと、上記脚部、側壁部及び脚部に亘ってベース
メタルの外側表面に積層され、脚部上の積層領域を半導
体チップとの電気的接続部とし、脚部上の積層領域を外
部接続用の電極部としてパッケージ樹脂の底部に露出配
置してなる配線層と、パッケージ樹脂の段付凹部を塞ぐ
状態で該パッケージ樹脂の上端に接合された蓋体とを備
えた構成となっている。

【０００６】上記構成からなる半導体パッケージにおい
ては、パッケージ樹脂の内部にベースメタルの側壁部が
広範囲に埋め込まれた状態となり、これによって側壁部
が樹脂バルクからの水分の浸入を阻止する、いわゆる防
湿板として機能することから、パッケージ全体の耐湿性
が格段に高まる。また、パッケージ樹脂をモールド成形
するに際には、配線層を積層したベースメタルの肩部と
脚部とを上下方向から金型で押え込み、この状態で金型
キャビティに樹脂を注入することにより、上記配線層の
電気的接続部及び外部接続用の電極部での樹脂バリの発
生が抑えられる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発明に係
る半導体パッケージの一実施形態を示す側断面図であ
る。図示した半導体パッケージ１は、主として、チップ
実装用の段付凹部２を有するパッケージ樹脂３と、この
パッケージ樹脂３の段付凹部２内に実装された半導体チ
ップ４と、板状のベースメタル５と、このベースメタル
５の外側表面に積層された配線層６と、上記パッケージ
樹脂３の上端に接合された蓋体７とから構成されてい
る。

【０００８】パッケージ樹脂３は、熱伝導性を高めるた
めのフィラー（シリカ等の充填剤）を混合したエポキシ
系等の熱硬化性樹脂から成るもので、その上部にチップ
実装用の段付凹部２が設けられている。段付凹部２の底
部は、そこに半導体チップ４を実装し得るように、チッ
プ外形寸法に対応して平面視矩形状に形成されている。
なお、パッケージ樹脂３の材料としては、上記エポキシ
系等の熱硬化性樹脂に限らず、例えばＰＰＳ（ポリフェ
ニレンスルフィド）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホ
ン）、液晶ポリマーなどの熱可塑性樹脂を採用するよう
にしてもよい。

【０００９】ベースメタル５は、例えば高強度で且つ低
熱膨張特性を示す４２アロイ（鉄−ニッケル合金）等の
金属材料から成るもので、形状的には、パッケージ樹脂
３の凹部形状に倣った断面略Ｕ字形の曲げ凹部５ａと、
この曲げ凹部５ａの上端からパッケージ外方に向けて水
平に延出した肩部５ｂと、この肩部５ｂからパッケージ
樹脂３の内部を通して下方に延出した側壁部５ｃと、こ
の側壁部５ｃの下端からパッケージ内方に向けて水平に
延出した脚部５ｄとを有し、全体的に見ると断面略Ｍ字
形に曲げ成形されている。

【００１０】このうち、曲げ凹部５ａの底面は、パッケ
ージ樹脂３の段付凹部２の底面に水平配置され、この曲
げ凹部５ａの底面に半導体チップ４がダイボンド剤８に
よって接合固定されている。また、肩部５ｂは、パッケ
ージ樹脂３の段付凹部２の段差面２ａ上に水平配置され
ており、その一部（外側端部）が上記側壁部５ｃととも
にパッケージ樹脂３の内部に埋め込まれている。

【００１１】配線層６は、上述した肩部５ｂ、側壁部５
ｃ及び脚部５ｄに亘ってベースメタル５の外側表面に積
層されたもので、図示はしないがベースメタル５の外側
表面を被覆するポリイミド等の絶縁層と、この絶縁層の
上に形成された銅パターンとから構成されている。そし
て、ベースメタル５の肩部５ｂ上の積層領域を半導体チ
ップ４との電気的接続部６ａとし、同脚部５ｄ上の積層
領域を外部接続用の電極部６ｂとしてパッケージ樹脂３
の底部に露出配置している。

【００１２】ここで、半導体チップ４上には所定数の電
極パッド（不図示）が形成されており、この電極パッド
とこれに対応する配線層６の電気的接続部（銅パターン
の一端部）６ａとがワイヤ９を介して電気的に接続され
ている。また、配線層６の外部接続用の電極部６ｂは、
それぞれパッケージ樹脂３の底面から所定量（例えば
０．３ｍｍ程度）だけ突出した状態で配置されている。
さらに、パッケージ樹脂３の底面においては、上述した
外部接続用の電極部６ｂがパッケージ実装形態に対応し
て、例えば図２（ａ）に示すようにパッケージ外周部に
沿って四角い枠状に配列されるか、或いは図２（ｂ）に
示すようにパッケージ長辺部に沿って二列に配列されて
いる。

【００１３】蓋板（リッド）７は、平面視四角形の平板
構造をなすもので、上述したチップ実装用の段付凹部２
を塞ぐ状態で、パッケージ樹脂３の上端にシール剤１０
にて接合され、これによって半導体チップ４がパッケー
ジ樹脂３の段付凹部２内に気密封止されている。この蓋
体７の材料としては、ガラス、樹脂、セラミックス、金
属などを採用することができるが、パッケージの耐湿性
を考慮すると、樹脂以外のものを採用した方が好適であ
る。

【００１４】続いて、本実施形態における半導体パッケ
ージ１の製造手順につき、図３及び図４を用いて説明す
る。先ず、図３（ａ）に示すように、厚さ０．２ｍｍ程
度の平板状のベースメタル５を用意する。なお、このベ
ースメタル５は、従来のリードフレーム材と同様に複数
個取り用、つまり複数の半導体パッケージを同時進行で
製造し得るように長尺状をなすもので、以下の製造手順
ではそのうちの単個の半導体パッケージに対応した各種
の処理について説明することとする。

【００１５】次いで、図３（ｂ）に示すように、ベース
メタル５の片面に絶縁層となる接着剤付きポリイミドフ
ィルム１１を貼り付け、このポリイミドフィルム１１を
介して例えば厚さ数十μｍの銅箔１２をラミネートす
る。このとき、ベースメタル５の両面をポリイミドフィ
ルム１１で被覆してもよいが、銅箔１２のラミネートは
ベースメタル５の片面だけにする。

【００１６】次に、図３（ｃ）に示すように、周知のフ
ォトレジスト技術、エッチング技術を用いて上記銅箔１
２をパターニングし、これによってベースメタル５上に
ポリイミドフィルム（絶縁層）１１を介して所望の銅パ
ターン１２ａを形成する。この段階で、上記ポリイミド
フィルム１１及び銅パターン１２ａから成る配線層６が
得られ、この配線層６がベースメタル５の片面に積層さ
れた状態となる。

【００１７】続いて、精度重視の観点から、図３（ｄ）
及び図３（ｅ）に示すように、ベースメタル５を二段階
に分けて曲げ加工し、これによってベースメタル５に曲
げ凹部５ａ、肩部５ｂ、側壁部５ｃ及び脚部５ｄを一体
形成する。このとき、ベースメタル５が十分な強度を有
しているので、金型で精度良く曲げ加工することができ
る。

【００１８】次に、図４（ａ）に示すように、配線層６
を構成する銅パターン１２ａ上に貴金属（ノーブルメタ
ル）によるメッキ膜１３を形成する。このメッキ膜１３
は、例えば銅パターン１２ａの上に下地膜として厚さ５
０〜３００μｍのニッケルメッキを施し、その上に厚さ
０．１〜２．０μｍの金メッキを施すか、或いは厚さ
０．０５〜１．０μｍのパラジウムメッキを施したうえ
で、厚さ１０Å〜０．５μｍの金メッキを施すことによ
り形成される。なお、メッキ膜１３の形成については、
ベースメタル５の曲げ加工前に行うようにしてもよい
が、その場合には曲げ加工によるメッキ膜１３のダメー
ジも懸念されるため、上述のごとく曲げ加工後に行った
方が好適である。

【００１９】次いで、図４（ｂ）に示すように、ベース
メタル５をモールド成形用の金型１４にセットする。こ
のとき、ベースメタル５の構造上、その上下端で肩部５
ｂと脚部５ｄとがいずれも同じ向き（水平）に曲げ加工
されているため、ベースメタル５自体の剛性又はバネ性
を利用して金型１４の押えコマ１４ａ，１４ｂによりベ
ースメタル５を上下方向から確実に押え込むことができ
る。この状態で加熱加圧し可塑化させた樹脂（液状樹
脂）を金型キャビティ１５に注入し、これをキュアする
ことで、図４（ｃ）に示すように、金型キャビティ１５
の形状に倣ったパッケージ樹脂３が成形される。

【００２０】その後、パッケージ樹脂３の段付凹部２内
（本形態例ではベースメタル５の曲げ凹部５ａの底面）
にダイボンド剤８を用いて半導体チップ４を搭載し、さ
らに半導体チップ４と配線層６とをワイヤ９で結線した
のち、パッケージ樹脂３の上端にシール剤１０を用いて
蓋体７を接合することにより、図１に示した半導体パッ
ケージ１が得られる。ちなみに、製品化された半導体パ
ッケージ１をプリント配線板等に実装するにあたって
は、一般的な表面実装部品と同様のハンダリフロー方式
又は導電接着剤による実装方式などを採用することがで
きる。

【００２１】このように本実施形態の半導体パッケージ
１においては、パッケージ樹脂３をモールド成形するに
あたり、ベースメタル５の肩部５ｂと脚部５ｄとを金型
１４で上下方向から確実に押え込むことができるため、
ベースメタル５に積層された配線層６の電気的接続部
（ワイヤ接続部）６ａ及び外部接続用の電極部６ｂでの
樹脂バリの発生を抑えることができる。これにより、モ
ールド成形後に樹脂バリを除去する必要がなくなるとと
もに、バリ取り作業に伴うワイヤボンディング性の悪化
も解消される。また、パッケージ樹脂３の材質によって
は樹脂バリが発生することもあるが、その場合でも従来
の厚バリに比較すれば格段に薄い樹脂バリとなるため、
液体ホーニングなどの機械的処理や溶剤膨潤などの化学
的処理等によって簡単に取り除くことができる。

【００２２】さらに本実施形態の半導体パッケージ１で
は、パッケージ樹脂３の内部にベースメタル５の側壁部
５ｃが埋め込まれた状態となり、この状態で上記側壁部
５ｃが樹脂バルクからの水分の浸入を阻止する防湿板と
して機能することから、パッケージ全体の耐湿性が格段
に向上したものとなる。また、パッケージ樹脂３の段付
凹部２形状に倣った曲げ凹部５ａをベースメタル５に一
体形成し、その曲げ凹部５ａの上端から肩部５ｂを水平
に延出した構成を採用することで、リードと樹脂界面か
らの湿気の浸入が図１のリード顔出し部分（６ｂ）で従
来よりリードパスが大幅に長くなり、これによって耐湿
性の向上が可能となる。さらに、チップ実装領域となる
段付凹部２がベースメタル５の曲げ凹部５ａ及び肩部５
ｂによって樹脂部分から遮蔽された状態となり、これに
よってチップ実装領域への湿気の浸入がベースメタル５
の曲げ凹部５ａ及び肩部５ｂによって確実に阻止される
ため、パッケージ全体の耐湿性がより一層向上したもの
となる。

【００２３】加えて、ベースメタル５の曲げ凹部５ａの
底面に半導体チップ４を搭載することにより、半導体チ
ップ４で発生した熱をチップ裏面（図中下面）からベー
スメタル５を通して効率良く外部に逃がすことができる
ため、パッケージの放熱性も格段に高いものとなる。さ
らに、ベースメタル５の材料を上述した４２アロイに代
えて、例えば銅やアルミニウムなどの高熱伝導性の金属
材料で構成することにより、ベースメタル５自体の熱抵
抗が小さくなるため、パッケージ全体の放熱性をより一
層高めることができる。

【００２４】また従来のパッケージ構造では、外部接続
用のリード端子がパッケージ樹脂から外側に延出したか
たちで設けられていたが、本実施形態では外部接続用の
電極部６ｂがパッケージ樹脂３の内側に位置する、いわ
ゆるリードレス構造を採用しているため、パッケージの
小型化、ひいてはパッケージ実装面積の縮小化を図るこ
とができる。

【００２５】さらに従来では、モールド成形後のバリ取
り作業によってリード表面のメッキが剥がれてしまうこ
とから、どうしてもバリ取り後に個々のパッケージに対
してメッキ処理を行う必要があったが、本実施形態では
モールド成形時に樹脂バリの発生が抑えられることか
ら、モールド成形前の段階でベースメタル５上の配線層
６にメッキ処理を行うことができる。これにより、複数
個取り用のベースメタル５に対して一括にメッキ処理を
行うことが可能となるため、パッケージのコストダウン
が期待できる。

【００２６】なお、上記実施形態においては、パッケー
ジ樹脂３の底面をほぼフラットに形成したものを例示し
たが、例えば図５に示すように、脚部５ｄ及び電極部６
ｂの厚み分に対応した凹状の座ぐり部分３ａをパッケー
ジ樹脂３の底面に設けるようにすれば、パッケージ実装
に際して各電極部６ｂでの半田濡れ性がきわめて良好な
ものとなる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体パッ
ケージによれば、パッケージ樹脂の内部を通るベースメ
タルの側壁部が防湿板として機能し、その側壁部の防湿
効果によって樹脂バルクからの水分の浸入が大幅に低減
されるため、パッケージの耐湿性が格段に向上したもの
となる。また、パッケージ樹脂をモールド成形するにあ
たり、配線層を積層したベースメタルの肩部と脚部とを
上下方向から金型で確実に押え込むことができるため、
配線層の電気的接続部及び外部接続用の電極部での樹脂
バリの発生を抑えることができる。これにより、モール
ド成形後に面倒なバリ取り作業を行わなくても済むよう
になる。また、バリ取り作業に起因したワイヤボンディ
ング性の悪化も確実に回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体パッケージの一実施形態を
示す側断面図である。

【図２】外部接続用の電極部の配置例を説明する図であ
る。

【図３】実施形態における半導体パッケージの製造手順
を示す図（その１）である。

【図４】実施形態における半導体パッケージの製造手順
を示す図（その２）である。

【図５】本発明の変形例を示す図である。

【図６】従来のパッケージ構造を説明する図である。

【図７】従来の他のパッケージ構造を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１ 半導体パッケージ ２ 段付凹部 ２ａ 段差
面 ３ パッケージ樹脂 ４ 半導体チップ ５ ベー
スメタル ５ａ 曲げ凹部 ５ｂ 肩部 ５ｃ 側壁部 ５
ｄ 脚部 ６ 配線層 ６ａ 電気的接続部 ６ｂ 電極部
７ 蓋体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チップ実装用の段付凹部を有するパッケ
   ージ樹脂と、 前記パッケージ樹脂の段付凹部内に実装された半導体チ
   ップと、 前記パッケージ樹脂の段付凹部の段差面上に水平配置さ
   れた肩部と、この肩部から前記パッケージ樹脂の内部を
   通して下方に延出した側壁部と、この側壁部の下端から
   水平に延出した脚部とを有する板状のベースメタルと、 前記脚部、前記側壁部及び前記脚部に亘って前記ベース
   メタルの外側表面に積層され、前記脚部上の積層領域を
   前記半導体チップとの電気的接続部とし、前記脚部上の
   積層領域を外部接続用の電極部として前記パッケージ樹
   脂の底部に露出配置してなる配線層と、 前記パッケージ樹脂の段付凹部を塞ぐ状態で該パッケー
   ジ樹脂の上端に接合された蓋体とを備えたことを特徴と
   する半導体パッケージ。
2. 【請求項２】 前記ベースメタルは、前記パッケージ樹
   脂の凹部形状に倣った断面略Ｕ字形の曲げ凹部を有し、
   この曲げ凹部の上端から前記肩部が水平に延出している
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体パッケージ。
3. 【請求項３】 前記ベースメタルの曲げ凹部の底面に前
   記半導体チップを搭載してなることを特徴とする請求項
   ２記載の半導体パッケージ。
4. 【請求項４】 前記ベースメタルを高熱伝導性の金属材
   料で構成してなることを特徴とする請求項３記載の半導
   体パッケージ。