JP2002198455A

JP2002198455A - 半導体素子収納用パッケージおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2002198455A
Application number: JP2000393444A
Authority: JP
Inventors: Tamio Kusano; 民男草野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-12-25
Filing date: 2000-12-25
Publication date: 2002-07-12

Abstract

(57)【要約】【課題】基体の凹部の内側面にクラックや欠けが発生
することを防止することにより、半導体パッケージの気
密性を良好なものとし、内部に収容する半導体素子を長
期間にわたり正常かつ安定に作動させるとともに、凹部
内に露出している外部リード端子の端部上に発生した樹
脂のバリや凹部の内側面のダスト等によって、封止後に
ＣＣＤ等の半導体素子への付着やワイヤボンディング不
良の発生を防止すること。【解決手段】基体１の上面の凹部３は、上面側開口か
ら外部リード端子５にかけて内寸法が漸次小となるよう
にその内側面４が１０〜２０°の角度で傾斜しており、
かつ内側面４の算術平均粗さＲａが０．０５〜０．４μ
ｍである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＣ，ＬＳＩ，Ｃ
ＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）等の
半導体素子を内部に収容するための半導体素子収納用パ
ッケージおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体素子を収容するための半導
体素子収納用パッケージ（以下、半導体パッケージとい
う）は、セラミックスから成るものの他にエポキシ樹脂
等の樹脂から成るものが用いられている。樹脂から成る
半導体パッケージを図２に示す。同図のように、上面に
半導体素子２２を収納するための凹部２３が形成された
樹脂から成る基体２１と、凹部２３の側壁を貫通して設
けられた複数の外部リード端子２５と、基体２１の上面
に凹部２３を覆うように接合された蓋体２７とから構成
されている。

【０００３】そして、基体２１の凹部２３の底面に半導
体素子２２を樹脂接着剤を介して取着するとともに、半
導体素子２２の電極を外部リード端子２５の凹部２３内
部側の一端にボンディングワイヤ２６を介して電気的に
接続し、しかる後、基体２１の上面に蓋体２７を樹脂封
止材を介して接合させ、半導体素子２２を基体２１と蓋
体２７とからなる容器内部に気密に封止することによっ
て、半導体パッケージが製作される。

【０００４】なお、従来の半導体パッケージにおける樹
脂から成る基体２１は、一般に以下の方法によって製作
される。

【０００５】まず、基体２１の底面および外側面を形成
するための凹型部を上面に有する下金型と、基体２１の
凹部２３の内側面および底面を形成するための凸型部を
下面に有する上金型とを準備する。次に、凹型部の外周
部に複数の外部リード端子２５を配置するとともに凹型
部内に凸型部を所定間隔をもって配置して基体２１を成
型するための空間を形成する。次に、その空間内に液状
のエポキシ樹脂を約５〜２０ＭＰａ（メガパスカル）の
圧力で注入しエポキシ樹脂を約１５０〜２００℃の温度
および約１〜１０分の成型時間で硬化させて基体２１と
成すとともに基体２１の凹部２３の側壁内外を貫通する
ように複数の外部リード端子２５を取り付ける。しかる
後、下金型から上金型を引き抜くことで、半導体パッケ
ージが製作される。

【０００６】

【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、成型後、成型体であ
る基体２１の上面から上金型を引き抜こうとする際に、
上金型の凸型部が基体２１の上面に接触する接触面の全
面に作用する摩擦力よりも大きな引き抜き力が必要とな
るため、基体２１の上面の特に凹部２３に無理な力がど
うしても作用することとなっていた。その結果、凹部２
３の内側面にクラックや欠けが発生して半導体パッケー
ジの気密性が損なわれ易くなり、内部に収容する半導体
素子２２が長期間にわたり正常かつ安定に作動しなくな
る場合があった。

【０００７】さらに、凹部２３内に露出している外部リ
ード端子２５の端部上には樹脂が残留して樹脂のバリが
発生し易く、また凹部２３の内側面は上金型の引き抜き
時に表面が荒れたりクラックが発生し、内側面に製造工
程におけるダストが付着し易くなっていた。従って、樹
脂のバリと凹部２３の内側面からのダスト等が封止後に
剥がれて、ＣＣＤ等の半導体素子２２に付着し動作不良
を起こす場合があった。

【０００８】従って、本発明は上記問題点に鑑み完成さ
れたもので、その目的は、基体の上面の凹部の内側面に
クラックや欠けが発生することを防止することにより、
半導体パッケージの気密性を良好なものとし、内部に収
容する半導体素子を長期間にわたり正常かつ安定に作動
させることにある。また、基体の凹部内に露出している
外部リード端子の端部上に発生した樹脂のバリや凹部の
内側面のダスト等によって、封止後にＣＣＤ等の半導体
素子への付着やワイヤボンディング不良の発生を防止す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体パッケー
ジは、上面に半導体素子を収容する凹部が形成された樹
脂から成る基体と、前記凹部の側壁を貫通して設けられ
た外部リード端子と、前記上面に前記凹部を覆うように
接合される蓋体とを具備した半導体素子収納用パッケー
ジにおいて、前記凹部は、上面側開口から前記外部リー
ド端子にかけて内寸法が漸次小となるようにその内側面
が１０〜２０°の角度で傾斜しており、かつ前記内側面
の算術平均粗さＲａが０．０５〜０．４μｍであること
を特徴とする。

【００１０】本発明は、上記の構成により、基体の凹部
は上面側開口から外部リード端子にかけて漸次内寸法が
小となるようにその内側面が１０〜２０°の角度で傾斜
しており、かつ内側面の算術平均粗さＲａが０．０５〜
０．４μｍであることから、成型時に内側面に発生する
クラックや欠けを大幅に減少できる。その結果、半導体
パッケージの気密性が良好に保たれ、内部に収容する半
導体素子を長期間にわたり正常かつ安定に作動させるこ
とができる。さらに、内側面の算術平均粗さＲａが０．
０５〜０．４μｍであることから、内側面にダスト等が
付着しても洗浄工程で容易に除去できるため、ワイヤボ
ンディング不良を大幅に抑えることができる。

【００１１】本発明において、好ましくは、前記凹部内
に露出している前記外部リード端子の端部の長さが０．
５〜１．５ｍｍであることを特徴とする。

【００１２】本発明は、上記の構成により、基体の凹部
内に露出している外部リード端子の端部が短くなり、イ
ンナーリード上の樹脂のバリが減少し、封止後に樹脂の
バリが剥がれてＣＣＤ等の半導体素子に付着して誤作動
を起こすことを大幅に抑制できる。

【００１３】本発明の半導体パッケージの製造方法は、
上面に半導体素子を収容する凹部を有する基体の底面お
よび外側面を形成するための凹型部を上面に有する下金
型と、前記基体の凹部の内側面および底面を形成するた
めの凸型部を下面に有する上金型とを準備し、次に、前
記凹型部の外周部に外部リード端子を配置するとともに
前記凹型部内に前記凸型部を所定間隔をもって配置して
前記基体を成型するための空間を形成し、次に、前記空
間内に液状樹脂を注入し該液状樹脂を硬化させて前記基
体と成すとともに前記基体の凹部の側壁内外を貫通する
ように前記外部リード端子を取り付け、しかる後、前記
下金型から前記上金型を引き抜く半導体素子収納用パッ
ケージの製造方法において、前記凸型部は、上端側から
前記外部リード端子の部位にかけて幅が漸次小さくなる
ようにその側面が１０〜２０°の角度で傾斜しており、
かつ前記側面の算術平均粗さＲａが０．０５〜０．４μ
ｍであることを特徴とする。

【００１４】本発明は、上記の構成により、凸型部は、
上端側（凸型の基部）から下端側にかけて幅が漸次小さ
くなるようにその側面が１０〜２０°の角度で傾斜して
おり、かつ側面の算術平均粗さＲａが０．０５〜０．４
μｍであることから、成型後、成型体である基体からの
抜けが良くなり、基体の凹部の内側面にクラック、欠け
等が発生しにくくなる。従って、基体の凹部の内側面に
ダスト等が付着しても、クラックや欠け等へのひっかか
りがなくなり、洗浄工程で容易に除去できるため、ワイ
ヤボンディング不良を大幅に抑えることができる。その
結果、上金型の成型面に対する離型剤の塗布等の減少ま
たは省略が可能となるので、成型工程の簡略化と長期に
わたる同じ金型の使用が可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の半導体パッケージについ
て以下に詳細に説明する。図１は本発明の半導体パッケ
ージについて実施の形態を示し、１は基体、７は蓋体で
ある。この基体１と蓋体７とで半導体素子２を収容する
ための容器が構成される。

【００１６】本発明の基体１は、その上面に半導体素子
２を収容する凹部３が形成され、凹部３の底面に半導体
素子２が樹脂接着剤を介して接着固定される。

【００１７】基体１はエポキシ樹脂等から成り、成型用
の上下金型で樹脂成型した場合、凹部３の内側面４は、
その部位にあたる上金型の凸型部の傾斜角度と表面粗さ
が基体１の表面に転写され、上金型とほぼ同一の表面性
状に仕上がる。本発明では、凹部３内の内側面４の傾斜
角度θが１０〜２０°である。１０°未満の場合、成型
後に上金型を引き抜く場合に内側面４に大きな摩擦力が
作用し、内側面４に荒れやクラックが生じ易くなり、ま
た凹部３内に露出している外部リード端子５の露出面積
が増加し、樹脂のバリによるワイヤボンディング不良が
発生し易くなる。一方、２０°を越えると、蓋体７を接
合する基体１の上面の面積が減少することにより、基体
１の上面と蓋体７との接合強度が低下し、半導体パッケ
ージの気密性が損なわれ易くなる。

【００１８】また、内側面４の算術平均粗さＲａは０．
０５〜０．４μｍ程度となる。０．０５μｍ未満の場合
は金型の加工限界であり、また０．４μｍを超える場合
は洗浄工程でのダスト除去が困難となる。好ましくは、
０．０５〜０．２５μｍが好適である。

【００１９】さらに、凹部３の内側面４の算術平均粗さ
Ｒａが０．０５〜０．４μｍであることにより、一般的
に量の多い０．４μｍを超える大きさのダストはほとん
ど付着しなくなる。また、０．０５μｍ以下の大きさの
ダストが内側面４に付着しても、そのような小さなダス
トは内側面４との分子間力で付着している場合が多く、
その結果付着力が弱くなり、洗浄工程で容易に除去でき
るようになる。従って、内側面４に付着するダストはほ
とんどなくなるため、ワイヤボンディング不良がほとん
ど発生しなくなる。

【００２０】また、基体１は、その凹部３の側壁の内外
を貫通するように複数の外部リード端子５が取着されて
おり、凹部３内に露出する外部リード端子５の端部に
は、半導体素子２の電極がボンディングワイヤ６を介し
て電気的に接続され、また外部リード端子５の外側に露
出する部位には外部電気回路が接続される。

【００２１】この外部リード端子５は、鉄（Fｅ）−ニ
ッケル（Nｉ）−コバルト（Cｏ）合金，鉄（Ｆｅ）−ニ
ッケル（Ｎｉ）合金，銅（Ｃｕ）合金等の金属材料から
成り、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等のインゴット
（塊）を圧延加工法や打ち抜き加工法等の従来周知の金
属加工法を採用することによって、所定の形状、寸法に
形成される。

【００２２】また、外部リード端子５は、その露出する
表面に耐蝕性に優れ、かつろう材やボンディングワイヤ
６等との濡れ性が良いニッケルや金等の良導電性の金属
メッキ膜を０．１〜２０μｍの厚みに被着させておく
と、外部リード端子５の酸化腐食を有効に防止すること
ができるとともに、外部リード端子５とボンディングワ
イヤ６との接続及び外部リード端子５と外部電気回路と
の接続を強固となすことができる。従って、外部リード
端子５はその露出する表面にニッケル、金等を０．１〜
２０μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。

【００２３】外部リード端子５が取着された基体１は、
更にその上面に蓋体７が樹脂封止材を介して取着され、
蓋体７で基体１の凹部を塞ぎ、基体１と蓋体７とから成
る容器の内部を気密に封止することによって、容器内部
に半導体素子２が気密に収納される。

【００２４】この蓋体７はガラス，セラミックス，金
属，樹脂等の板材から成り、エポキシ樹脂等の樹脂封止
材によって基体１上に接合される。

【００２５】そして、本発明の半導体パッケージは、基
体１の凹部３の底面に半導体素子２を樹脂接着剤を介し
て接着固定するとともに半導体素子２の電極を外部リー
ド端子５にボンディングワイヤ６を介して電気的に接続
し、しかる後、基体１の上面に蓋体７を樹脂封止材を介
して接合させ、基体１と蓋体７とから成る容器内部に半
導体素子２を気密に収容することによって製品としての
半導体装置となる。

【００２６】次に、上述の半導体パッケージの製造方法
について図３（ａ）〜（ｃ）に基づき説明する。

【００２７】図３（ａ）に示すように、基体１を製作す
るには、基体１の底面および外側面を形成するための凹
型部８ａを上面に有する下金型８と、基体１の凹部の内
側面４および底面を形成するための凸型部９ａを下面に
有する上金型９を一対とする成型用の金型を準備する。

【００２８】下金型８および上金型９は、例えば、ステ
ンレス鋼等のインゴット（塊）に研削加工や放電加工等
の金属加工法を施すことによって、樹脂成型用の空間と
なる溝が形成される。さらに、上金型９には凸型部９ａ
の外側面の平行な面に対して、１０〜２０°の角度の傾
斜を内側面４に形成し、凹部３の内側面４の部位に当た
る凸型部９ａの表面を砥石，研磨布，遊離研粒等の研磨
材で仕上げる。最後に、成型時の樹脂の流動により下金
型８，上金型９が磨耗するのを防ぐために、下金型８，
上金型９の表面硬化処理を行う。その表面硬化処理方法
としては、硬質クロム（Ｃｒ）メッキ、ニッケル（Ｎ
ｉ）メッキ、窒化処理、浸硫化処理、硼化処理等があ
り、その成膜方法としては物理蒸着法（ＰＶＤ法）、化
学蒸着法（ＣＶＤ法）等が挙げられる。

【００２９】これらの下金型８，上金型９で樹脂を成型
した場合、下金型８，上金型９の凹型部８ａ，凸型部９
ａの角度と表面粗さが基体１の表面に転写され、それら
とほぼ同一の角度と表面性状に仕上がる。従って、本発
明では、凹部３の内側面４を基体１の側壁の外側面に平
行な面に対して１０〜２０°の角度の傾斜を成すように
し、かつ内側面４の算術平均粗さＲａを０．０５〜０．
４μｍ程度とする。

【００３０】図３（ｂ）に示すように、下金型８の凹型
部８ａの外周部に複数の外部リード端子５を、外周部か
ら外側に伸びるように配置するとともに、凹型部８ａ内
に凸型部９ａを所定間隔をもって配置して基体１を成型
するための空間Ａを形成する。その所定間隔は、基体１
の底部の厚さに相当するものであり、下金型８，上金型
９を対向させ合わせた際にそのような厚さに相当する隙
間を形成するように予め設定されている。所定間隔は
０．５ｍｍ以上とするのが好ましい。０．５ｍｍ未満だ
と、成型後の成型体にクラックや割れが発生し易い。

【００３１】図３（ｃ）に示すように、外部リード端子
５が固定されている、下金型８，上金型９による空間Ａ
内に、注入口１０を通して液状樹脂を所定の圧力で注入
し所定の温度と時間で硬化させる。

【００３２】なお、空間Ａ内に注入される液状樹脂は、
具体的には、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂，ノボラ
ック型エポキシ樹脂,グリシジアルアミン型エポキシ樹
脂等のエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂等の熱硬
化性樹脂、または、液晶ポリマー、ポリフェニレンスル
フィド樹脂、ポリスルホン樹脂等の熱可塑性樹脂が用い
られる。特に、耐熱性、耐湿性が良好で低価格の観点か
らエポキシ樹脂が好ましい。また、これらの樹脂には硬
化剤、硬化促進剤、吸湿材、充填剤、難燃剤、顔料、離
型剤等が配合されていてもよい。

【００３３】吸湿材としては、具体的には、シリカゲ
ル，ゼオライト等の無機物が挙げられる。これらのフィ
ラーは細孔が形成されており、その細孔によって基体１
中に浸入または発生した少量の水分を完全に吸着する。
また、シリカゲル，ゼオライト等の無機物の代わりに、
ポリアクリル酸塩系の高吸水ポリマー等の有機物を入れ
ても同様の効果が得られるが、耐熱性、分散性の観点か
ら無機物の方が好ましい。また、吸湿材は樹脂中に均一
に分散されていることが好ましい。

【００３４】例えば、エポキシ樹脂を注入口１０より空
間Ａ内に、約５〜２０ＭＰａ（メガパスカル）の圧力で
注入し約１５０〜２００℃の温度と約１〜１０分の成型
時間で硬化させることにより、基体１が製作されるとと
もに基体１の凹部３の側壁内外を貫通するように複数の
外部リード端子５が取り付けられる。

【００３５】そして最後に、下金型８，上金型９を分離
し、外部リード端子５が取着されている基体１を取り出
すことによって、図１の半導体パッケージの基体１とな
る。

【００３６】かくして、本発明は、基体の凹部は上面側
開口から外部リード端子にかけて漸次内寸法が小となる
ようにその内側面が１０〜２０°の角度で傾斜してお
り、かつ内側面の算術平均粗さＲａが０．０５〜０．４
μｍであることにより、内側面に発生するクラックや欠
けを大幅に減少できる。その結果、半導体パッケージの
気密性が良好に保たれ、内部に収容する半導体素子を長
期間にわたり正常かつ安定に作動させ得る。さらに、内
側面にダスト等が付着しても洗浄工程で容易に除去でき
るため、ワイヤボンディング不良を大幅に抑えることが
できる。

【００３７】また本発明によれば、凹部内に露出してい
る外部リード端子の端部の長さを短くしているため、イ
ンナーリード上の樹脂のバリが減少し、封止後に樹脂の
バリが剥がれてＣＣＤ等の半導体素子に付着し誤作動を
起こすのを大幅に減少させ得る。

【００３８】本発明の半導体パッケージの製造方法によ
れば、上金型の凸型部は上端側から外部リード端子の部
位にかけて幅が漸次小さくなるようにその側面が１０〜
２０°の角度で傾斜しており、かつ側面の算術平均粗さ
Ｒａが０．０５〜０．４μｍであることから、成型後、
成型体である基体からの上金型の抜けが良くなり、基体
の凹部の内側面にダスト等が付着しても洗浄工程で容易
に除去できるため、ワイヤボンディング不良を大幅に抑
えることができる。その結果、上金型の凸型部に対する
離型剤の塗布量の減少または塗布の省略が可能となるの
で、成型工程の簡略化と長期にわたる同じ金型での成型
が可能となる。

【００３９】また、ワイヤボンディング時、キャピラリ
ーの先端の角度が１５°の標準タイプを使用できるよう
になり、先端の細いボトルネックのキャピラリーを使用
しなくてすむようになる。その結果、ボトルネックのキ
ャピラリーを使用した場合に接合部の面積が小さくなっ
てワイヤボンディングの強度低下によるワイヤの剥がれ
等が発生しないため、ワイヤボンディング性が向上す
る。また、ボトルネックのキャピラリーは強度が低いた
め、ワイヤボンディング条件（接合位置等）の設定が微
妙であり、ワイヤボンディング途中でボトルネックのキ
ャピラリーが折れた場合のキャピラリー交換時に、ワイ
ヤボンディング装置のワイヤボンディング条件の再設定
をする必要があるが、ボトルネックのキャピラリーを使
用しなくてもよいため、ワイヤボンディング工程におけ
る生産性が向上する。

【００４０】尚、本発明は上記実施の形態に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の
変更を行うことは何等差し支えない。例えば、本発明
は、収納する半導体素子が固体撮像素子等の光半導体素
子であり、蓋体がガラス等の透明部材から成る光半導体
パッケージにも適用し得、勿論ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体
素子用の半導体パッケージであってもよい。

【００４１】

【発明の効果】本発明は、基体の凹部は上面側開口から
外部リード端子にかけて漸次内寸法が小となるようにそ
の内側面が１０〜２０°の角度で傾斜しており、かつ内
側面の算術平均粗さＲａが０．０５〜０．４μｍである
ことにより、内側面に発生するクラックや欠けを大幅に
減少できる。その結果、半導体パッケージの気密性が良
好に保たれ、内部に収容する半導体素子を長期間にわた
り正常かつ安定に作動させることができる。さらに、内
側面にダスト等が付着しても洗浄工程で容易に除去でき
るため、ワイヤボンディング不良を大幅に抑えることが
できる。

【００４２】また本発明は、好ましくは、凹部内に露出
している外部リード端子の端部の長さが０．５〜１．５
ｍｍであることにより、凹部内に露出している外部リー
ド端子の端部が短くなるため、インナーリード上の樹脂
のバリが減少し、封止後に樹脂のバリが剥がれてＣＣＤ
等の半導体素子に付着し誤作動を起こすことを大幅に抑
制できる。

【００４３】本発明の半導体パッケージの製造方法は、
下金型の凸型部は上端側から外部リード端子の部位にか
けて幅が漸次小さくなるようにその側面が１０〜２０°
の角度で傾斜しており、かつその側面の算術平均粗さＲ
ａが０．０５〜０．４μｍであることから、成型後、成
型体である基体からの上金型の抜けが良くなり、凹部の
内側面にダスト等が付着しても洗浄工程で容易に除去で
きるため、ワイヤボンディング不良を大幅に抑えること
ができる。その結果、上金型に対する離型剤の塗布量の
減少または塗布の省略をすることが可能となるので、成
型工程の簡略化と長期にわたる同じ金型の使用が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体パッケージの実施形態を示す断
面図である。

【図２】従来の半導体パッケージの断面図である。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は、図１の半導体パッケージの
基体の製造方法を説明するための各工程における上下金
型の断面図である。

【符号の説明】

１：基体２：半導体素子３：凹部４：内側面８：下金型９：上金型Ａ：空間

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上面に半導体素子を収容する凹部が形成
された樹脂から成る基体と、前記凹部の側壁を貫通して
設けられた外部リード端子と、前記上面に前記凹部を覆
うように接合される蓋体とを具備した半導体素子収納用
パッケージにおいて、前記凹部は、上面側開口から前記
外部リード端子にかけて内寸法が漸次小となるようにそ
の内側面が１０〜２０°の角度で傾斜しており、かつ前
記内側面の算術平均粗さＲａが０．０５〜０．４μｍで
あることを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。
【請求項２】前記凹部内に露出している前記外部リー
ド端子の端部の長さが０．５〜１．５ｍｍであることを
特徴とする請求項１記載の半導体素子収納用パッケー
ジ。
【請求項３】上面に半導体素子を収容する凹部を有す
る基体の底面および外側面を形成するための凹型部を上
面に有する下金型と、前記基体の凹部の内側面および底
面を形成するための凸型部を下面に有する上金型とを準
備し、次に、前記凹型部の外周部に外部リード端子を配
置するとともに前記凹型部内に前記凸型部を所定間隔を
もって配置して前記基体を成型するための空間を形成
し、次に、前記空間内に液状樹脂を注入し該液状樹脂を
硬化させて前記基体と成すとともに前記基体の凹部の側
壁内外を貫通するように前記外部リード端子を取り付
け、しかる後、前記下金型から前記上金型を引き抜く半
導体素子収納用パッケージの製造方法において、前記凸
型部は、上端側から前記外部リード端子の部位にかけて
幅が漸次小さくなるようにその側面が１０〜２０°の角
度で傾斜しており、かつ前記側面の算術平均粗さＲａが
０．０５〜０．４μｍであることを特徴とする半導体素
子収納用パッケージの製造方法。