JP2002026167A - 半導体素子のパッケージとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体素子のパッケージは、基板と半導体素
子とワイヤボンディングのループが積層されるために小
型化、薄型化が困難だったり、基板の貫通穴に半導体を
納める構造では、穴に電極が重なった特殊な基板を用い
たりしたが、構造簡潔で小型化、薄型化に適する半導体
素子のパッケージを提供する。 【解決手段】 基板１の貫通穴１ａ内に半導体素子２を
納め、金属線３でワイヤボンドし、封止樹脂４で封止し
た構造である。製造は多数の製品領域を格子状に配置し
た集合基板を用いて行う。集合基板の下面に粘着テープ
を貼って穴１ａに底を設け、この粘着テープに半導体素
子を付着させてワイヤボンドし、上面に封止樹脂４を充
填して硬化させた集合体を縦横にダイシングすることに
より、一度に多数の半導体パッケージを得る。基板上面
の穴の周囲に凹部を設けて封止樹脂をこの凹部だけに充
填すれば、基板上面にも接続端子を配置できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子回路の構成に用
いる半導体素子のパッケージ構造とその製造方法に関す
る。なお、ここでいう半導体素子は集積回路なども含
む。

【０００２】

【従来の技術】回路基板に組み付けて電子回路を構成す
るのに用いる半導体素子や集積回路には、樹脂中に封止
して外部回路との接続端子を設けた形にパッケージした
ものがある。図４から図６にそのような従来の半導体素
子のパッケージの例を示す。図４のものは回路パターン
を形成した基板１上に半導体素子２をダイボンドし、金
属線３でワイヤボンドした後、基板１上に封止樹脂４を
充填して半導体素子２と金属線３を封止してある。基板
１の下面には組み込み先回路基板への接続用の端子電極
が設けてあり、基板上面の電極パターンとはスルーホー
ルで接続するなどしてある。

【０００３】図５のものは金属のダイパッド５に半導体
素子２をダイボンドし、同じく金属のリード６に金属線
３でワイヤボンドして、封止樹脂４で封止してある。製
造はダイパッド５とリード６がつながっているリードフ
レームを用いて行う。

【０００４】図６のものは本発明の出願人らが以前に出
願したパッケージ構造で、詳細は特開平８−１２５２７
７号公報に譲るが、基板１には貫通した穴１ａを設けて
あり、電極７、８はコの字形で、基板１の側面を通って
上下面にまたがって形成してある。電極７の７ａの部分
は、基板１の穴１ａの下端の一部に重なって穴に底を作
っており、半導体素子２（上記出願においては発光ダイ
オード）を穴１ａの中で電極７の７ａ部分にダイボンド
して、金属線３で電極８にワイヤボンドする。そして封
止樹脂４を基板の穴１ａと上面に充填して封止してあ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の半
導体素子のパッケージには次のような問題がある。すな
わち図４のものでは、半導体素子２が基板１に乗ってい
て双方の表面が段違いであるため、ワイヤボンディング
において金属線３に一定のループを与える必要があり、
またワイヤボンディング装置のキャピラリーが半導体に
触れたりしないためには金属線３の両端の平面距離にも
余裕を持たせねばならず、金属線がある程度長いものに
なる。そのため樹脂封止した製品の高さや面積が増して
小型化、薄型化に適せず、金属線材料の使用量も増え
る。しかし無理に金属線３のループを小さくしたり、短
くしたりしようとすると、金属線３が半導体素子２の肩
に当たるショルダータッチを生じたり、ワイヤボンディ
ング時に装置のキャピラリーが半導体素子２にぶつかっ
たりする問題を生じる。

【０００６】図５の従来例は、図４のものにおける基板
１の代わりに金属のダイパッド５とリード６を用いてい
るが、やはり図４のものと同様の問題を有している。

【０００７】図６のものは、半導体素子２を基板１の穴
１ａ中に配置しているので、半導体素子２の上面と基板
１の上面の段差が小さくなり、金属線３の長さを短くし
て樹脂封止後の製品高さや面積を減らすのに適してい
る。しかしながら電極７の７ａの部分を穴１ａに重ねて
形成した特殊な基板１が必要であって、コスト高にな
る。本発明はこれらの問題を解決して、簡潔な構造で小
型化、薄型化に適し、廉価に製作できる半導体素子のパ
ッケージを提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では、電極パター
ンを備えた基板に貫通した穴を設け、半導体素子をこの
穴の中に配置して基板の上面と金属線でワイヤボンディ
ングし、基板の穴と上面に樹脂を充填して半導体素子と
金属線を封止した構造を取る。この点は先の図６の従来
例に類似しており、半導体素子と基板上面の段差が小さ
くなって金属線のループがかさばらず、製品の小型化、
薄型化が容易になる。従来例と異なるのは、図６のよう
に基板１の穴１ａに電極７の７ａの部分を重ねて形成し
たりしておらず、単純な貫通穴の中に半導体素子を収容
して封止樹脂中に保持してあることで、所要の電気的接
続は全て基板上面側の接続電極とのワイヤボンディング
で行う。このため本発明に用いる基板は、従来のように
穴に電極が重なっている特殊のものでなくてよく、基板
費用が下がる。

【０００９】本発明の別の構造では、基板の上面の穴の
周囲に基板上面より一段低くなった凹部を設けてある。
この凹部内でワイヤボンディングを行い、封止樹脂は基
板の全面を覆うのでなく、穴およびこの凹部に充填し
て、基板上面から盛り上がらないようにする。これによ
り、基板の上下面に接続端子を設けることができて、製
品は上下どちらの面を組込先の回路基板に向けても実装
することができる。あるいは基板の上面を回路基板に向
けて実装すると定めて、下面の接続端子を省くならば、
基板は上面だけに電極パターンのある片面基板で済む。

【００１０】このような半導体素子のパッケージは次の
ようにして製作する。すなわち基板の下面に粘着テープ
などを貼って基板の穴に底を作り、半導体素子をこのテ
ープに付着させて穴の中に配置する。そして所要のワイ
ヤボンディングを行い、上面に樹脂を充填して封止した
後、下面の粘着テープを除去するのである。

【００１１】製作方法の基本は上記の通りであるが、実
際には多くの製品領域を含む集合基板を用いて製造す
る。集合基板は大型の基板に個々の製品領域を縦横に格
子状に多数配置したもので、各領域はそれぞれ貫通した
穴を有している。このような集合基板の下面全面に粘着
性のテープを貼って、各穴をテープで塞いで底を作った
状態にする。半導体素子をこのテープに付着させて各穴
の中に配置し、半導体素子上面と基板上面の間に金属線
で所要のワイヤボンディングを行い、各穴および集合基
板の上面全面に樹脂を充填する。このようにしてできた
集合体を各製品領域の境界線に沿って、基板下面のテー
プを残してカッターで縦横にダイシングし、分割された
各部分をテープから剥がせば、個々の小片がそれぞれ半
導体素子のパッケージとなり、多数の電子部品が極めて
能率よく製造される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態を説明する。図１は本発明による半導体素子のパ
ッケージの第１の実施形態で、同図（Ａ）は上面図、
（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。基板１には単純
に貫通した穴１ａを設け、穴１ａ内に半導体素子２を配
置して、半導体素子２の上面の接続パッドと基板１の上
面の接続端子１１を金属線３でワイヤボンドしてある。
半導体素子２を基板１の穴１ａ中に納めてあるので、半
導体素子２と基板１の上面間の段差を減らしたり、なく
したりできて、ワイヤボンドを小さなループで行える。
そして穴１ａの中と基板１の上面に封止樹脂４を充填し
て、半導体素子２と金属線３を封止してある。

【００１３】図１にて、基板１の側面には何箇所か円弧
状の凹部があり、この凹部は表面が導電被覆された導電
部１２で、基板上面の接続端子１１と、図示は省いたが
基板の下面にある外部接続用の接続端子を接続してい
る。図１の電子部品は基板１の下面の接続端子により、
組み付け先の回路基板に表面実装することができる。

【００１４】図２は本発明の別の実施形態である。基板
１の穴１ａ中に半導体素子２を配置し、金属線３でワイ
ヤボンドして封止樹脂４により封止する基本構造は、先
の図１の実施形態と同様であるが、異なるのは穴１ａの
上端の外周に凹部１ｂを設けてあることである。金属線
３によるワイヤボンディングは、半導体素子２の上面と
凹部１ｂの底面に設けてある接続端子１１の間で行う。
そして封止樹脂４を穴１ａと凹部１ｂに充填して、半導
体素子２と金属線３を封止する。ワイヤボンディング用
の凹部１３の底面にある接続端子１１は、凹部１ｂの壁
を伝って、図２（Ａ）に見るように基板１の上面を横切
り、側面の導電部１２を経て基板下面の接続端子（図示
せず）に接続している。このように段差部を乗り越えて
続く接続端子は無電解メッキ等によって形成できる。

【００１５】図２の実施形態による製品は、図１のもの
などと同じく下面に設けてある接続端子の他に、上面に
も接続端子１１があって露出しているから、組み付け先
の回路基板には上下どちら向きにも実装することができ
る。

【００１６】図１、図２の実施形態とも、パッケージの
下面には半導体素子２の下面が露出しているので、回路
基板への実装時に半導体素子２が半田付けのフラックス
に触れて何らかの影響を受けることがあり、これを嫌う
ならば、図２の実施形態のものを用い、パッケージの上
面を回路基板に向けて、上面の接続端子１１により実装
するのがよい。パッケージの上面では半導体素子２は封
止樹脂４で保護されているので、この面を回路基板に向
ければ半導体素子２がフラックスに触れる心配がない。
図２の実施形態のものの実装はそのような向きに限ると
定めれば、接続端子１１を基板１の上面だけに設けて下
面の接続端子は省いてよく、その場合、基板１の上下面
を接続する導電部１２も廃止できるから、基板１として
は上面だけに電極パターンを設けた片面基板で足りて、
低コストになる。

【００１７】次に、本発明の半導体素子パッケージの製
造方法を説明する。図３（Ａ）〜（Ｅ）に、先の図１の
実施形態の製品の製造工程の概要を示す。まず、（Ａ）
のような集合基板２１を用意する。集合基板２１は個々
の半導体パッケージとなる領域を格子状に多数含むもの
で、各領域に単純に貫通した穴１ａを設けてあり、また
スルーホール２２や電極パターンが形成してある。

【００１８】次いで同図（Ｂ）では、この集合基板２１
の下面全面に紙あるいは高分子材料などの粘着テープ２
３を貼って穴１ａを塞ぐ。また、集合基板２１の上面に
も粘着テープ２４を貼って、スルーホール２２を塞ぐ。
これは後に封止樹脂を注入する際に、スルーホール２２
に樹脂が入らないようにするためである。そして各領域
の穴１ａに半導体素子２を供給して、これを穴１ａの底
となっている粘着テープ２３に付着させる。図３（Ｂ）
は、そのようにして各穴１ａに半導体素子２を配置した
状態である。

【００１９】次に同図（Ｃ）のように金属線３でワイヤ
ボンディングして、半導体素子２と集合基板２１の接続
電極を接続する。

【００２０】次に同図（Ｄ）のように、適宜の注入枠な
どを用いて各製品領域の穴１ａと集合基板２１の上面全
面に封止樹脂４を充填し、半導体素子２と金属線３を封
止する。こうしてできた集合体の縦横の境界線２５で区
分される１区画が１個の製品領域である。

【００２１】次に（Ｄ）の集合体を境界線２５に沿っ
て、カッターで下面の粘着テープ２３を１枚を残して縦
横にダイシングする。そして図（Ｅ）のように分割され
た小片群を粘着テープ２３から剥がせば、個々の小片２
６がそれぞれ半導体素子をパッケージした図１の製品に
なる。図１で基板１の上下面を接続している側面の導電
部１２は、図３（Ａ）の集合基板２１ではスルーホール
２２だった部分で、同図（Ｅ）のようにダイシングする
ことにより基板側面の凹部の導電部１２になったもので
ある。図３は説明のための模式図であるから、集合基板
２１には少数の製品領域しか描いてないが、実際には１
枚の集合基板に数百個以上の製品領域を配置して生産性
を上げることができる。

【００２２】図２の実施形態の製品も集合基板を用いて
製造するのであり、その様子は基本的に図３と同様であ
るが、同図（Ａ）の集合基板２１は穴１ａのほかに、図
２の基板１の凹部１ｂに相当する凹部を各領域の上面に
設けたものを用いる。そして封止樹脂４は、図３（Ｄ）
のように集合基板２１の上面全面に充填するのでなく、
貫通穴１ａと上記の凹部１ｂだけに注入する。従って図
３（Ｂ）のように集合基板２１の上面に粘着テープ２４
を貼ってスルーホール２２を塞ぐことは、基本的には不
要である。あるいは先に図２の実施形態の説明で述べた
ように下面の接続端子を省くのであれば、スルーホール
２２自体を設けずに済む。こうして作った集合体をダイ
シングすれば、図２のごとく上面に接続端子１１を露出
して設けたパッケージが得られる。

【００２３】

【発明の効果】本発明は次のような効果を有する。 １．半導体素子が基板の穴に納まっていて基板との段差
を小さくできるので、ワイヤボンディングの金属線のル
ープを小さくしてもショルダータッチが発生せず、製品
を大幅に小型化、薄型化できる。 ２．半導体素子と基板の段差を小さくできるので、ワイ
ヤボンディング作業でキャピラリーが半導体素子に接触
する恐れがなく、製造工程で特別の装置や作業を必要と
しない。 ３．基板は貫通穴に電極が重なっているような特殊な構
造でなく、単純な貫通穴でよいから廉価に調達できる。 ４．図２の実施形態によれば、パッケージの上下面にそ
れぞれ接続端子があるので、どちらの面を回路基板に向
けても実装できて、部品の組み付け時の上下判別が不要
になる。パッケージ下面には半導体素子の下面が露出し
ているが、パッケージの上面を回路基板に向けて実装す
るなら、上面では半導体素子は樹脂封止されていて、半
導体素子の露出面が半田付けのフラックスに触れて影響
を受けることが避けられる。実装は上面を回路基板に向
けて行うことに限定すれば、下面の接続端子を省いて廉
価な片面基板で済ませることができる。このように本発
明によれば、大幅に小型で薄型、かつ低価格の半導体素
子パッケージが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態で、（Ａ）は上面図、（Ｂ）
は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

【図２】本発明の別の実施形態で、（Ａ）は上面図、
（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

【図３】本発明の製造工程の概要である。

【図４】従来の半導体素子のパッケージの断面図であ
る。

【図５】別の従来の半導体素子のパッケージの断面図で
ある。

【図６】さらに別の従来の半導体素子のパッケージの断
面図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 半導体素子 ４ 封止樹脂 １１ 接続端子 １２ 導電部 ２１ 集合基板 ２２ スルーホール ２３、２４ 粘着テープ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単純な貫通穴を有し、下面に外部との接
   続端子を有する基板の該貫通穴内に半導体素子を収容し
   て、半導体素子と基板上面の接続電極を金属線でワイヤ
   ボンディングし、前記貫通穴および基板上面に封止樹脂
   を充填して半導体素子と金属線を封止してあることを特
   徴とする半導体素子のパッケージ。
2. 【請求項２】 単純な貫通穴と該貫通穴の上端の周辺に
   凹部を有し、上面と下面の一方または両方に外部との接
   続端子を有する基板の該貫通穴内に半導体素子を収容し
   て、半導体素子と前記凹部の底面の接続電極を金属線で
   ワイヤボンディングし、前記貫通穴および凹部に封止樹
   脂を充填して半導体素子と金属線を封止してあることを
   特徴とする半導体素子のパッケージ。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の半導体
   素子のパッケージの製造方法であって、 多数の製品領域を縦横に格子状に含み、各領域に貫通穴
   があるとともに請求項２の半導体素子のパッケージの場
   合には貫通穴の上端周辺に凹部を設けてあり、電極パタ
   ーンやスルーホールを形成してある集合基板を用い、集
   合基板の下面に粘着テープを貼付して上記の貫通穴に底
   を作り、 半導体素子を各領域の穴内に供給して前記粘着テープに
   付着させ、 半導体素子と基板上面側の電極パターンを金属線でワイ
   ヤボンディングし、 請求項１の半導体素子のパッケージにおいては、各製品
   領域の貫通穴および集合基板全面に封止樹脂を充填して
   半導体素子と金属線を封止し、 請求項２の半導体素子のパッケージにおいては、集合基
   板の各製品領域の貫通穴および凹部に封止樹脂を充填し
   て半導体素子と金属線を封止し、 こうしてできた集合体を製品領域の境界線に沿って縦横
   にダイシングすることにより、分割した各小片を所望の
   完成品として得ることを特徴とする半導体素子のパッケ
   ージの製造方法。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の半導体素子のパッケー
   ジの製造方法において、封止樹脂の充填に先立って集合
   基板のスルーホールの上端を粘着テープで塞いでおくこ
   とを特徴とする半導体素子のパッケージの製造方法。