CN1227411A - 封装内包含半导体元件的半导体器件 - Google Patents
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Abstract
一个如CCD芯片的半导体元件包含在一个由塑料制成的不透明封装的凹进内，并且其上表面是用一个塑料制成透明的罩覆盖。该罩与封装具有不同的热膨胀系数并且以0.5mm的厚度形成，其厚度比已有技术的厚度薄。该半导体器件用一些引线端子连接而这些引线端子突出在封装的外面。这个半导体器件安装在一个印刷电路板上。
Description
本发明涉及到一个半导体器件，尤其是涉及到一个包含一个CCD芯片的半导体器件。
迄今，一种在技术上已经为人所知的半导体器件，其陶瓷封装具有一个象CCD(电荷耦合器件)芯片一样的半导体元件包含在内的凹进部分，而这个凹进部分用一个罩覆盖。结合到封装的罩部分通常是由陶瓷，金属或其它材料制造，但是罩面对CCD芯片的部分是由透明的玻璃制造，因为壳内的CCD芯片是用作图象工具或者光传感器。虽然具有这样一种结构的半导体器件由于封装和罩是由陶瓷或玻璃制造而显示一种高强度，但是这种器件具有增加制造成本的缺点。
另一方面，日本专利公开号No.145748/87发表了一种封装是用塑料制造的半导体器件。这种结构的制造成本低于陶瓷封装的那种结构半导体器件。
因此，在这种公开的半导体器件中，成本的减少可能是从塑料封装而获得的。然而，因为玻璃必须嵌在罩上以便光被投射在CCD芯片上，结果还是增加了成本费。因此，从减少成本的观点，期望半导体器件的封装和罩用塑料和玻璃制造而不是陶瓷与玻璃，但是更期望所有部分都只用塑料制造。
然而，当一种半导体器件的封装11和罩15由一种塑料制造时，如图1A,1B和1C所示，制造中存在一个问题。一般来讲，半导体器件安装在使用的印刷电路板14上。如图1B所示，半导体器件的引线端子13插入印刷电路板14的通孔14a内，并且浸入高温熔化焊锡槽16中然后再冷却，因此凝固焊剂16a以使该半导体器件固定在印刷电路板14上。在这样一种所述的流程中，加热与冷却的同时半导体器件安装在印刷电路板14上。此时，如果半导体器件与印刷电路板14的热膨胀系数不同，则半导体器件与印刷电路板14的膨胀与收缩的大小是不同的，因此而引起如图1c所示的弯曲。尤其是，在焊剂16a冷却和凝固后(当温度等于或小于最低可熔温度183℃时)，半导体器件与印刷电路板14将以不同的比率收缩，同时它们两者又固定在引线端子13的部分，以致于发生不自然的变形并且产生大的弯曲。
当具有以这样方法产生弯曲的半导体器件被用在扫描仪中读取图象的传感器或者作为图象工具时，误差是很大的，因此精度恶化。
本发明的目的是提供一种半导体器件，它的封装和罩仅仅用一种塑料制造，用于减少制造成本，并且当它安装到印刷电路板上时其弯曲小。
根据本发明的一个方面，一种半导体器件包括具有一个凹进在其上表面上塑料制的一个不透明封装，一个包含在凹进部分内的半导体元件，和一个透明的塑料罩并且固定在封装的上表面以覆盖凹进部分，其特点是罩的厚度是0.5mm或者更薄。因此，包括封装和罩的整个半导体器件的表面热膨胀系数能够做的较小，以便接近正常印刷电路板的热膨胀系数，而半导体器件的弯曲因此而能够被抑制。
根据本发明的一个方面，透明罩有一些凹槽部分形成在基本垂直于纵向的方向。在这种情况下，趋于使半导体器件变形的力将被集中在凹槽部分以至在纵向弯曲的这个罩没有强的作用力，因此减少纵向的弯曲量。
根据本发明的一个方面，透明罩提供一个突出凹进部分外面的凸起，而凸起部分是结合到封装的上表面并且具有一个环形形状围绕在凹进部分的外部。在这种情况下，因为从封装到罩的导热路径仅仅是凸起部分，而热不容易传导到罩，罩的温度不能够升到封装那样高，因此而减少了变形量和在罩边缘的弯曲。
根据本发明的一个方面，这种半导体器件包括具有一个凹进在其上表面上塑料制的一个透明封装，一个包含在凹进部分内的半导体元件，和一个塑料罩并且固定在封装的上表面以覆盖凹进部分，在凹进部分中面对半导体元件的位置透明部分的罩形成而一个不透明部分位于除了透明部分外的位置。在这种情况下，包括封装和罩的整个半导体器件的热膨胀系数能够接近正常印刷电路板的热膨胀系数。此外，整个半导体器件的表面热膨胀系数能够减小，以致于半导体器件的弯曲能够被抑制。
本发明上述及其它目的，特点和优点通过下面参照本发明例子的附图的描述将会更清楚。
图1A是一个显示已有技术的半导体器件的平面视图；
图1B是一个显示已有技术的半导体器件在加热过程中的前视图；
图1C是显示已有技术的半导体器件变形后的前视图；
图2A是一个显示根据本发明的第一实施例的平面视图；
图2B是一个显示根据本发明的第一实施例的前剖面视图；
图3是一个显示根据第一实施例的一种半导体器件的弯曲与罩的厚度之间关系的曲线图；
图4A是一个显示根据本发明的第二实施例的平面视图；
图4B是一个显示根据本发明的第二实施例的前剖面视图；
图5A是一个显示根据本发明的第三实施例的平面视图；
图5B是一个显示根据本发明的第三实施例的前平面视图；
图6A是一个显示根据本发明的第三实施例的另一种形式的平面视图；
图6B是一个显示根据本发明的第三实施例的另一种形式的例子的前剖面视图；
图7A是一个显示根据本发明的第四实施例的平面视图；
图7B是一个显示根据本发明的第四实施例的前剖面视图；
图8A是一个显示根据本发明的第四实施例的另一种形式的平面视图；
图8B是一个显示根据本发明的第四实施例的另一种形式的例子的前剖面视图；
图9是一个显示根据本发明的第五实施例的前剖面视图。
现在参考图2A和2B，显示的是一个根据本发明的第一实施例的半导体器件的基本结构。这个半导体器件包括一个具有凹进部分1a的封装1，一个包含在凹进部分1a内的半导体元件例子的CCD芯片(电荷耦合器件)2，一组连接到CCD芯片2并且向封装1外延伸的金属引线端子3，以及一个结合到封装1的凹进部分表面形成的以便覆盖凹进部分的罩5。这个半导体器件安装在印刷电路板4上并且用作传真机，复印机或其他设备中阅读原稿的一个传感器。
如上所述，当一种常规半导体器件安装在印刷电路板上并且经受加热和冷却时，由于印刷电路板与该半导体器件的热膨胀系数的不同该半导体器件遭受一个产生的弯曲，如图1C所示。尤其是，一种用作传感器的半导体器件或其他的具有伸长形状的半导体器件(对于整个半导体器件它的长度可能是宽度的五倍而半导体元件可能在纵方向上有47倍于宽度的长)，以致于在纵方向上很容易产生弯曲。本发明首先考虑在常规器件中造成弯曲的因素，如下：
为了抑制安装在印刷电路板上的半导体器件由于加热或冷却引起的弯曲，应该认为印刷电路板的热膨胀系数与半导体器件的热膨胀系数做的尽量一样，使前者膨胀和收缩的大小与后者的膨胀和收缩的大小相匹配。当陶瓷或玻璃用作封装材料和半导体器件的罩时，大的弯曲不容易产生，因为这些材料的热膨胀系数接近于印刷电路板的热膨胀系数，但是器件的成本费变高了。从而期望使用成本低的塑料封装和罩并且还能使其热膨胀系数接近于印刷电路板的热膨胀系数。因此实行混合如填充物或碳的杂质到塑料中，以致于封装和罩的热膨胀系数做的接近于印刷电路板的热膨胀系数。然而，当该半导体器件用作一个传感器时，半导体元件(CCD芯片)必须暴露在光下以致于至少面对CCD芯片罩的部分必须是透明的并且用来减少的热膨胀系数的杂质如填充物或碳不能混入这部分塑料中。即，半导体器件封装的热膨胀系数能够做的接近印刷电路板的热膨胀系数，而半导体器件的罩的热膨胀系数难以做到接近印刷电路板的热膨胀系数。尤其是，在印刷电路板的热膨胀系数是16×10-6(/℃)的情况下，封装的热膨胀系数可以减少到14×10-6(/℃)，同时罩的热膨胀系数是低到61×106(/℃)。因此，大家可以看到常规半导体器件中大的弯曲主要原因取决于它的罩。
参照图2A和2B，在这个实施例中，罩5的厚度做成0.5mm或者更薄，这个比已有技术的厚度要薄一些。结果，虽然罩5其本身具有和已有技术同样的热膨胀系数，但是对应厚度减少的罩5，趋向于使罩5热变形的总施加力小了，因此施加一个较小的力在封装1上。特别是，即使每单位体积使罩5变形的力是一个常数，那么对于该减少的厚度，总热变形的力也是小的，以致一个较小的力作用在封装1上。所以，对于整个半导体器件的弯曲量是小的。此外，当封装1由掺有一定比例杂质的塑料材料制造而罩5仅由一种塑料材料制造时，因为罩5的体积小，对于整个半导体器件塑料材料中的杂质比例就大。因此，整个半导体器件的热膨胀系数明显是小了。
图3显示一个对应于罩5的厚度变化而半导体器件弯曲量的变化，这是由申请者通过实验而获得。如果封装1的厚度被假设为3.64mm，则当罩5厚度是0.7mm时弯曲量近似于0.14mm，而弯曲率是0.14/(3.64+0.7)=0.322=3.22％。另一方面，当罩5厚度是0.5mm时，弯曲量近似于0.11mm而弯曲率是0.11/(3.64+0.5)=0.265=2.65％。这些结果显示罩5的厚度越薄，弯曲就越小。再者，因为近似2.65％的弯曲率在半导体器件使用的正常条件一般是可允许的，所以罩5的厚度最好是0.5mm或者更薄。
应该注意到除了罩5外这个实施例的结构是与已有技术一样。
参照图4A和4B，显示的是根据本发明的第二实施例，其中封装1,CCD芯片2，以及引线端子3的结构与已有技术和第一实施例的一样。
在这个实施例中的罩6由一个面对CCD芯片2的透明部分6a和一个与透明部分6a不同的不透明部分6b组成。如封装1，不透明部分6b是由掺入如填充物或碳杂质的塑料构成并且具有小的热膨胀系数。另一方面，透明部分6a仅由不掺杂质的塑料构成并且具有大的热膨胀系数。
正如第一实施例，因为在这个实施例中，具有大的热膨胀系数的透明部分6a的体积是小的，总加热变形透明部分6a的力也小而施加在封装1上的力就小。再者，如果封装1和不透明部分6b两者都是由包括相同比例的杂质塑料构成，则整个半导体器件的塑料中杂质比例越小，透明部分6a的体积就越大。因此整个半导体器件的热膨胀系数明显小，并且较接近印刷电路板的热膨胀系数，而半导体器件的弯曲量较小。应该注意透明部分6a最好是薄一些，特别是0.5mm或者更薄。
参照图5A和5B，显示的是根据本发明的第三实施例，其中封装1,CCD芯片2，以及引线端子3的结构与第一和第二实施例的一样。
在这个实施例中的罩7由一个位于面对CCD芯片2的透明部分7a和一个与透明部分7a不同的不透明部分7b组成。如封装1，不透明部分7b是由掺入如填充物或碳杂质的塑料构成并且具有小的热膨胀系数。另一方面，透明部分7a仅由不掺杂质的塑料构成并且具有大的热膨胀系数。罩7具有一个内侧表面(表面结合到封装1上)，在其内侧表面上沿横断方向延伸形成的多重凹槽7c。
在这个实施例中，因为由加热趋向热变形罩7的力是集中在凹槽7c上，所以整个弯曲被抑制到一个较小的量。尤其是，在这个实施例中，虽然透明部分7a的热膨胀系数不改变，但趋向热变形的力是集中在凹槽7c上以致如同已有技术中沿纵方向上趋向弯曲罩7的力是小的。因此，即使在凹槽7c上器件的局部变形是大的，而罩7和整个半导体器件在纵方向上的弯曲被抑制。
如第二实施例，在这个实施例中，具有大的热膨胀系数的透明部分7a的体积是小的，以致总加热变形透明部分7a的力也小，而施加在封装1上的力就小。此外，因为透明部分7a的体积小，整个半导体器件的塑料材料中的杂质比例大，以致整个半导体器件的热膨胀系数明显小，并且较接近印刷电路板4的热膨胀系数。这还是因为根据这个实施例的半导体器件的弯曲量是小的。
应该注意如图6A和6B所示，在纵方向上抑制罩7与半导体器件的弯曲的效果可能是通过形成在全部透明罩20中凹槽c的结构获得。
参照图7A和图7B，显示的是根据本发明的第四实施例，其中封装1，CCD芯片2，以及引线端子3的结构与第一，第二和第三实施例的一样。
在这个实施例中的罩8由一个位于面对CCD芯片2的透明部分8a和一个与透明部分8a不同的不透明部分8b组成。如封装1，不透明部分8b是由掺入如填充物或碳杂质的塑料构成并且具有小的热膨胀系数。另一方面，透明部分8a仅由不掺杂质的塑料构成并且具有大的热膨胀系数。罩8具有一个内侧表面(表面结合到封装1上)，在其内侧表面上一个凸起8c以环形形状围绕在凹进部分的外面。罩8仅仅在这个凸起8c上结合到封装1。
当半导体器件安装在印刷电路板4上并且浸入高温熔化焊锡槽中，热从引线端子3传递到封装1，并且进一步从封装1传递到罩8。在图1A，1B和1C显示的已有技术的情况，因为热是经过封装的表面和除了凹进部分的罩传递，所以热很容易地在两者之间传递并且罩的温度增加到实际与封装相同的温度。相反地，在这个实施例的情况，因为凸起8c作为一个热传递路径，从封装1到罩8的热传递效率是低的。所以罩8的温度不会变得封装1那样高。如上所述，虽然罩8的透明部分8a具有大的热膨胀系数，但是如果温度增加小该变形就减小。尤其是，在这个实施例中，温度大的增加发生在封装1与具有小热膨胀系数的印刷电路板上，同时温度小的增加发生在具有大热膨胀系数的罩8上，所以两者的变形实际是一样的，而大的弯曲不会产生。
如第二和第三实施例，在这个实施例中，具有大的热膨胀系数的透明部分8a的体积是小的，以致于总加热变形透明部分8a的力也小，而施加在封装1上的力就小。还有，因为透明部分8a的体积小，整个半导体器件的塑料材料中的杂质比例大，以致整个半导体器件的热膨胀系数明显小，并且较接近印刷电路板4的热膨胀系数。这还是因为根据这个实施例的半导体器件的弯曲量是小的。
应该注意如图8A和8B所示，在纵方向上抑制罩8与半导体器件的弯曲的效果可能是通过形成在全部透明罩21中的凸起21a的结构获得。
参照图9，显示的是根据本发明的第五实施例，其中凸起9a形成在罩9外围的最外面。因此，罩9的制造过程简单并且罩9的强度增加。
在本发明的所提实施例已经采用特殊的术语进行了描述，这种描述仅仅是用于说明性的目的，而大家应该明白所作的各种的变化与修改都在本发明的范围之内。
Claims (27)
1．一个半导体器件包括：
一个具有一个凹进在其上表面中的由塑料制成的不透明封装；
一个包含在所述凹进部分内的半导体元件；和
一个透明的塑料罩，并且固定在所述封装的上表面以覆盖所述凹进
部分，而罩的厚度是0.5mm或者更薄。
2．根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于所述半导体元件是一个CCD芯片。
3．根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于所述封装的底表面安装在一个印刷电路板上。
4．一个半导体器件包括：
一个具有一个凹进在其上表面中并由塑料制成的不透明封装；
一个包含在所述凹进部分内的半导体元件；和
一个透明的塑料罩，并且固定在所述封装的上表面以覆盖所述凹进
部分，而该罩具有一些凹槽以实际垂直于纵方向的方向形成在其上。
5．根据权利要求4所述的半导体器件，其特征在于所述半导体元件是一个CCD芯片。
6．根据权利要求4所述的半导体器件，其特征在于所述封装的底表面安装在一个印刷电路板上。
7．一个半导体器件包括：
一个具有一个凹进在其上表面中并由塑料制成的不透明封装；
一个包含在所述凹进部分内的半导体元件；和
一个透明的塑料罩，并且固定在所述封装的上表面以覆盖所述凹进部分，所述透明罩具有一些凸起，形成在所述凹进外面并且结合到所述封装的上表面。
8．根据权利要求7所述的半导体器件，其特征在于所述半导体元件是一个CCD芯片。
9．根据权利要求7所述的半导体器件，其特征在于所述封装的底表面安装在一个印刷电路板上。
10．根据权利要求7所述的半导体器件，其特征在于所述凸起以环形围绕形成在所述凹进部分的外面。
11．根据权利要求10所述的半导体器件，其特征在于所述半导体元件是一个CCD芯片。
12．根据权利要求10所述的半导体器件，其特征在于所述封装的底表面安装在一个印刷电路板上。
13．一个半导体器件包括：
一个具有一个凹进在其上表面中并由塑料制成的不透明封装；
一个包含在所述凹进部分内的半导体元件；和
一个透明的塑料罩，并且固定在所述封装的上表面以覆盖所述凹进部分，而该罩具有一个在所述凹进部分中面对所述半导体元件位置的透明部分以及一个不透明部分位于除了所述透明部分外的地方。
14．根据权利要求13所述的半导体器件，其特征在于所述半导体元件是一个CCD芯片。
15．根据权利要求13所述的半导体器件，其特征在于所述封装的底表面安装在一个印刷电路板上。
16．根据权利要求13所述的半导体器件，其特征在于所述透明部分的厚度是0.5mm或者更薄。
17．根据权利要求16所述的半导体器件，其特征在于所述半导体元件是一个CCD芯片。
18．根据权利要求16所述的半导体器件，其特征在于所述封装的底表面安装在一个印刷电路板上。
19．根据权利要求16所述的半导体器件，其特征在于所述罩具有一些凹槽以基本垂直于纵方向的方向形成在其上。
20．根据权利要求19所述的半导体器件，其特征在于所述半导体元件是一个CCD芯片。
21．根据权利要求19所述的半导体器件，其特征在于所述封装的底表面安装在一个印刷电路板上。
22．根据权利要求19所述的半导体器件，其特征在于所述所述罩具有一个凸起，在所述凹进外面，并且结合到所述封装的上表面。
23．根据权利要求22所述的半导体器件，其特征在于所述半导体元件是一个CCD芯片。
24．根据权利要求22所述的半导体器件，其特征在于所述封装的底表面安装在一个印刷电路板上。
25．根据权利要求22所述的半导体器件，其特征在于所述凸起以环形围绕形成在所述凹进部分的外面。
26．根据权利要求22所述的半导体器件，其特征在于所述半导体元件是一个CCD芯片。
27．根据权利要求22所述的半导体器件，其特征在于所述封装的底表面安装在一个印刷电路板上。
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