JP2004193294A - 半導体用中空樹脂パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】パッケージ本体の変形、収縮を抑えて、固体撮像素子を搭載する等のた高精度の半導体用中空樹脂パッケージを提供する。
【解決手段】固体撮像素子等の半導体素子を収容するキャビティ１２がパッケージ本体１４の一方の面側に開口して設けられ、前記キャビティ１２内面にインナーリード１０ａが露出するとともにパッケージ本体１４から外方にアウターリード１０ｂが延出されたリードフレーム１０がパッケージ本体１４と一体に樹脂成形されてなる半導体用中空樹脂パッケージにおいて、前記キャビティ１４を囲んで樹脂成形された周壁部１６に、パッケージ本体１４の変形を防止する補強材１８が前記リードフレーム１０と別体に埋設されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子を搭載するキャビティを設けてリードフレームを樹脂成形してなる半導体用中空樹脂パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像素子等の半導体素子を搭載する半導体パッケージには、図７に示すような、リードフレーム１０を樹脂によりインサート成形し、半導体素子を収容するキャビティ１２を形成した中空樹脂パッケージがある。同図で１４が樹脂からなるパッケージ本体であり、１０ａがキャビティ１２の底面に露出するインナーリード、１０ｂがパッケージ本体１４から外方に延出するアウターリード、１１が半導体素子等を搭載するダイアタッチ部である。
【０００３】
この中空樹脂パッケージを半導体装置として使用する場合は、ダイアタッチ部１１に固体撮像素子等の半導体素子を搭載し、半導体素子とインナーリード１０ａとをワイヤボンディングした後、パッケージ本体１４の開口部に光透過窓を封着する。
ところで、この半導体用中空樹脂パッケージは、パッケージ本体１４を樹脂成形によって形成しているため、樹脂成形時に樹脂が収縮すること、またパッケージ本体が反ってしまうという問題があった。
【０００４】
このため、従来は、樹脂成形時にパッケージが収縮する率を考慮して樹脂成形用の金型を設計する方法がなされている。あるいは、リードフレームに補強用の部材を設けておき、樹脂成形時にパッケージ本体１４の基体部分（樹脂部分）に補強用の部材が埋没するように樹脂成形することによってパッケージの反りを抑え、パッケージ本体１４を平坦に形成するといった方法（たとえば、特許文献１参照）もなされている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−２５２２７９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、中空樹脂パッケージを光半導体装置に使用するような場合には、パッケージの僅かな反り等が製品の品質に影響を与えることとなり、パッケージの寸法精度等に高精度が求められる。たとえば、パッケージ本体１４が反っていると固体撮像素子等の半導体素子を正確に搭載することができず、半導体素子が正規の位置から位置ずれすることによって製品精度に影響することが起こり得るし、キャビティの開口部が変形していると光透過窓を封着する際の密着性が不十分となり、パッケージの信頼性が劣化するという問題が生じる。
【０００７】
そこで、本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、パッケージの反り等を防止して、パッケージ本体の寸法精度を向上させ、これによって信頼性を向上させた半導体用中空樹脂パッケージを提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は次の構成を備える。
すなわち、固体撮像素子等の半導体素子を収容するキャビティがパッケージ本体の一方の面側に開口して設けられ、前記キャビティ内面にインナーリードが露出するとともにパッケージ本体から外方にアウターリードが延出されたリードフレームがパッケージ本体と一体に樹脂成形されてなる半導体用中空樹脂パッケージにおいて、前記キャビティを囲んで樹脂成形された周壁部に、パッケージ本体の変形を防止する補強材が前記リードフレームと別体に埋設されていることを特徴とする。
なお、補強材が周壁部に埋設されているとは、補強材が周壁部の内部に完全に埋没された状態で樹脂成形される場合、補強材の一部が周壁部の外面、内面に露出して樹脂成形される場合を含む意味である。
【０００９】
また、前記補強材が、周壁部の平面形状と同一の枠体状に形成されていることにより、パッケージ本体および周壁部の変形、収縮を好適に抑えることが可能となる。
また、補強材が金属からなり、一方の面を周壁部の上端面と同一平面にするとともに、前記面を周壁部の端面に露出して設けられていることにより、パッケージ本体のおよび周壁部の変形、収縮を好適に抑えることが可能になるとともに、周壁にはんだ付け（ろう付け）によって光透過窓あるいはキャップを封着することが可能となり、これによってパッケージの密封性を向上させることが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面と共に詳細に説明する。
図１は本発明に係る半導体用中空樹脂パッケージの一実施形態の構成を示す斜視図である。本実施形態の半導体用中空樹脂パッケージは、樹脂成形によって平面形状が矩形状に形成されたパッケージ本体１４に固体撮像素子等の半導体素子を搭載するためのキャビティ１２が形成され、キャビティ１２の内底面にダイアタッチ部１１が露出するとともに、ダイアタッチ部１１を挟んだ対向位置にリードフレーム１０のインナーリード１０ａが露出して形成されたものである。１６はキャビティ１２を囲むようにパッケージ本体１４と一体に形成された周壁部であり、リードフレーム１０の各々のリードはこの周壁部１６を厚さ方向に貫通してパッケージ本体１４の外方にアウターリード１０ｂとして延出している。
【００１１】
本実施形態の半導体用中空樹脂パッケージにおいて特徴的な構成は、パッケージ本体１４の周壁部１６の端面（上面）に外面を露出させて、補強材１８がパッケージ本体１４と一体に樹脂成形されていることである。
補強材１８はパッケージ本体１４と一体に樹脂成形することによってパッケージ本体１４の収縮および反り等の変形を防止することを目的としているものである。本実施形態では、平面形状が矩形の枠状に形成されている周壁部１６と略同一の矩形の枠体状に形成した補強材１８を使用している。
【００１２】
補強材１８はパッケージの変形を抑えることができる一定の強度を備えているものであれば、その材質はとくに限定されるものではない。なお、本実施形態では金属板を打ち抜いて形成した枠状の補強材１８を使用している。補強材１８はリードフレーム１０とは別体に形成してリードフレーム１０とともに樹脂成形するから、リードフレーム１０と同材で形成したものであってもよいし、異なる材料によって形成したものであってもよい。補強材１８を構成する金属材としては熱収縮のしにくい金属、たとえば鉄−ニッケル合金、鉄−コバルト−ニッケル合金が好適に用いられる。
【００１３】
図２は、図１に示す半導体用中空樹脂パッケージの断面図を示す。キャビティ１２を囲むように設けられた周壁部１６の端面に、外面を露出させるようにして補強材１８が一体成形されている。補強材１８の上面（外面）の高さ位置は、周壁部１６の端面の高さ位置に一致する。
【００１４】
図３は、本実施形態の半導体用中空樹脂パッケージに固体撮像素子２０を搭載して光半導体装置を形成した状態を示す断面図である。固体撮像素子２０をダイアタッチ部１１に接合し、固体撮像素子２０とインナーリード１０ａとをボンディングワイヤ２２を介してワイヤボンディングした後、光透過窓２４をパッケージ本体１４の周壁部１６の端面に封着することによって光半導体装置が形成される。
【００１５】
本実施形態においては、パッケージ本体１４の周壁部１６の端面に補強材１８の外面が露出しているから、光透過窓２４を周壁部１６の端面にはんだ付けによって封着することができる。なお、光透過窓２４を補強材１８にはんだ付けするため、光透過窓２４のはんだ付け部には、あらかじめ蒸着法等によりＡｕ、Ｐｄなどの金属を被着しておく。このように、光透過窓２４をはんだ付けによってパッケージ本体１４の周壁部１６に封着した場合は、樹脂系の接着剤によって光透過窓２４を周壁部１６の端面に接着した場合にくらべてパッケージの密封性が良好になり、光半導体装置の信頼性を向上させることが可能となる。
【００１６】
図４は、リードフレーム１０とともに補強材１８を一体に樹脂成形する成形装置に用いる金型構造を示す。３０ａが上型、３０ｂが下型であり、上型３０ａにはパッケージ本体１４の基体部を樹脂成形するためのキャビティ凹部３２が形成されており、下型３０ｂには周壁部１６を樹脂成形するためのキャビティ凹部３４が形成されている。上型３０ａと下型３０ｂとでリードフレーム１０をクランプすることにより、キャビティ凹部３２、３４が連通して樹脂成形用のキャビティが形成され、キャビティ内に溶融樹脂を充填することによってパッケージ本体１４が樹脂成形される。
【００１７】
リードフレーム１０を樹脂成形する際には、下型３０ｂのキャビティ凹部３４に補強材１８をセットし、次いで、下型３０ｂにリードフレーム１０を位置合わせしてセットした後、上型３０ａと下型３０ｂとでリードフレーム１０をクランプし、キャビティに溶融樹脂を充填すればよい。
補強材１８をキャビティ凹部３４の底部に接するように配置してキャビティに樹脂を充填することにより、図２に示すように、周壁部１６の端面に外面を露出させるようにして補強材１８が一体に樹脂成形され、キャビティ１２の底面ではインナーリード１０ａとダイアタッチ部１１が露出するようにして樹脂成形される。
【００１８】
なお、リードフレーム１０のインナーリード１０ａ等の所要部位には金めっきあるいはパラジウムめっき等のめっきを施すが、リードフレーム１０に所要のめっきを施した後に樹脂成形を行う方法と、リードフレーム１０を樹脂成形した後にめっきを施す方法がある。また、本実施形態のように補強材１８の一方の面を周壁部１６の端面から露出させて樹脂成形する場合は、補強材１８の露出面にあらかじめ金めっき等の保護めっきを施しておくのがよい。
【００１９】
上記の方法によって得られた半導体用中空樹脂パッケージは、パッケージ本体１４の周壁部１６に補強材１８が埋設されて樹脂成形されるから、パッケージ本体１４が収縮したり、反ったりすることが補強材１８によって抑えられ、パッケージ本体１４を平坦に形成することができ、パッケージ本体の寸法精度を向上させることができる。
【００２０】
とくに、中空樹脂パッケージではキャビティ１２の周囲に設けられる周壁部１６がパッケージ本体１４の基体部分にくらべて肉薄であるため、樹脂の収縮等によって変形が生じやすい部位であるが、周壁部１６に補強材１８を埋設して樹脂成形することにより、周壁部１６の変形を効果的に抑えることが可能となる。光半導体装置では周壁部１６の端面に光透過窓２４を封着するが、周壁部１６の成形精度を向上させることができることから、光透過窓２４の封着性が良好となる。前述したように、光透過窓２４を周壁部１６にはんだ付けする方法を利用することによってさらに封着性を向上させることが可能になる。
【００２１】
図５（ａ）は、半導体用中空樹脂パッケージの他の実施形態を示す。この実施形態の半導体用中空樹脂パッケージも上記実施形態と同様に、リードフレーム１０とともにパッケージ本体１４に一体に補強材１８を樹脂成形したものである。本実施形態において特徴的な構成は、パッケージ本体１４の周壁部１６の内部に埋没するように補強材１８を配置した点にある。
【００２２】
図５（ｂ）に、本実施形態において、補強材１８を樹脂成形する金型構造を示す。上型３０ａと下型３０ｂにキャビティ凹部３２、３４を形成することは上記実施形態における金型構造と同様である。本実施形態においては、周壁部１６の内部に埋没するよう補強材１８を配置するため、補強材１８の下面に突起状のスペーサ部１８ａを設け、補強材１８を下型３０ｂのキャビティ凹部３４にセットする際に、スペーサ部１８ａがキャビティ凹部３４の底面に当接するように配置する。なお、スペーサ部１８ａは補強材１８の一部分をプレス加工により突出させることで容易に形成することができる。
【００２３】
スペーサ部１８ａは枠体状に形成されている補強材１８の長手方向（周方向）に所定間隔をあけて設けられており、キャビティ凹部３４の底面にスペーサ部１８ａを当接させるようにして補強材１８を配置することによって、キャビティ凹部３４の底面と補強材１８とがスペーサ部１８ａの高さ分だけ離間して支持される。スペーサ部１８ａは補強材１８とリードフレーム１０とが接触しないようリードフレーム１０との離間間隔を考慮してその高さ寸法が設定されている。
【００２４】
図５（ｂ）に示すようにキャビティ凹部３４に補強材１８を配置し、上型３０ａと下型３０ｂとでリードフレーム１０をクランプしてキャビティに溶融樹脂を充填することによって、図５（ａ）に示すような半導体用中空樹脂パッケージを得ることができる。
本実施形態の半導体用中空樹脂パッケージは、パッケージ本体１４の周壁部１６の内部に補強材１８が埋没されて樹脂成形されていることにより、周壁部１６の変形が抑えられ、同時にパッケージ本体１４の反り等が抑えられて高精度の半導体用中空樹脂パッケージとして得ることができる。
【００２５】
図６（ａ）は、半導体用中空樹脂パッケージのさらに他の実施形態を示す。この実施形態の半導体用中空樹脂パッケージも、上記実施形態と同様にパッケージ本体１４の周壁部１６の内部に補強材１８を埋没させるようにして樹脂成形したものである。
図６（ｂ）に、本実施形態において補強材１８を樹脂成形する金型構造を示す。本実施形態においては、下型３０ｂに設けた周壁部１６を樹脂成形するためのキャビティ凹部３４の底部に、補強材１８をキャビティ凹部３４の底面から離間させて支持するための金型突起３６を設けている。金型突起３６は補強材１８をキャビティ凹部３４の底面から離間して支持するためのものであるから、キャビティ凹部３４の底面で所定間隔離間して配置すればよい。本実施形態ではキャビティ凹部３４の底面から細い円柱状に突出する形態に金型突起３６を設けた。
【００２６】
このようにキャビティ凹部３４の底面に金型突起３６を設けておくことにより、キャビティ凹部３４に補強材１８をセットすると補強材１８が金型突起３６の頂部に当接し、補強材１８がキャビティ凹部３４の底面から若干離間して支持される。金型突起３６は補強材１８をキャビティ凹部３４の底面から浮かすようにして支持した状態で、上型３０ａと下型３０ｂとでクランプされるリードフレーム１０と接触しないようにその高さ寸法が設定される。
【００２７】
図６（ａ）に示す半導体用中空樹脂パッケージは、図６（ｂ）に示すようにキャビティ凹部３４に補強材１８を配置し、上型３０ａと下型３０ｂとでリードフレーム１０をクランプして樹脂成形することによって得られる。図のように、パッケージ本体１４の周壁部１６の内部に埋没するように補強材１８が樹脂成形されている。なお、本実施形態の半導体用中空樹脂パッケージでは、金型突起３６によって補強材１８を支持して樹脂成形するから、周壁部１６の端面に金型突起３６によって形成された凹穴１６ａが形成されている。
【００２８】
図５（ａ）、図６（ａ）に示す半導体用中空樹脂パッケージを光半導体装置として使用する場合は、パッケージ本体１４の周壁部１６の端面に光透過窓２４を接着剤により接着して取り付ける。したがって、周壁部１６の端面に凹穴１６ａが形成されても接着剤によって凹穴１６ａが封止され、パッケージの密封性が問題になることはない。また、補強材１８にスペーサ部１８ａを設けた場合も、スペーサ部１８ａの端面は周壁部１６の端面と同一高さ面（周壁部の端面と同一平面）となり、光透過窓を周壁部１６の端面に封着する際に支障となることはない。
【００２９】
また、図６に示す半導体用中空樹脂パッケージの場合も、パッケージ本体１４の周壁部１６の内部に補強材１８を埋没させて樹脂成形することにより、樹脂成形によって変形が生じやすい周壁部１６の変形を効果的に防止することができるとともに、あわせてパッケージ本体１４の全体の反り等の変形を防止することができ、製品の寸法精度を向上させることができ、信頼性の高い半導体用中空樹脂パッケージとして提供することが可能になる。
【００３０】
なお、上記各実施形態の半導体用中空樹脂パッケージでは、固体撮像素子等の半導体素子を搭載するダイアタッチ部１１を備えたリードフレーム１０を用いている。ダイアタッチ部１１を備えたリードフレーム１０の場合は、ダイアタッチ部１１がパッケージ本体１４の変形を抑制するように作用するからパッケージ本体１４の平坦性が良好になるが、本発明に係る半導体用中空樹脂パッケージは、もちろんダイアタッチ部１１を備えていないリードフレーム１０を使用する場合にも適用できる。
本発明に係る半導体用中空樹脂パッケージにおいては、パッケージ本体１４の周壁部１６に補強材１８を配置するが、補強材１８の厚さ、幅寸法等は適宜設計することが可能であり、パッケージ本体１４の大きさ、肉厚等に応じてパッケージの変形をできるだけ抑えることができるよう補強材１８を設計して使用することができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明に係る半導体用中空樹脂パッケージは、上述したように、パッケージ本体と一体に樹脂成形される周壁部に補強材が埋設されて提供されるから、パッケージ本体の変形、収縮が抑えられ、平坦性および寸法精度の優れた製品として得ることができ、固体撮像素子を搭載するといった高精度が求められる半導体用中空樹脂パッケージとして提供することが可能となる等の著効を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体用中空樹脂パッケージの一実施形態の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す半導体用中空樹脂パッケージの構成を示す断面図である。
【図３】図１に示す半導体用中空樹脂パッケージに固体撮像素子を搭載した光半導体装置の構成を示す断面図である。
【図４】図１に示す半導体用中空樹脂パッケージを製造する成形金型の構成を示す断面図である。
【図５】半導体用中空樹脂パッケージの他の実施形態の構成を示す断面図およびこの半導体用中空樹脂パッケージを製造する成形金型の構成を示す断面図である。
【図６】半導体用中空樹脂パッケージのさらに他の実施形態の構成を示す断面図およびこの半導体用中空樹脂パッケージを製造する成形金型の構成を示す断面図である。
【図７】半導体用中空樹脂パッケージの従来の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ リードフレーム
１０ａ インナーリード
１１ ダイアタッチ部
１２ キャビティ
１４ パッケージ本体
１６ 周壁部
１６ａ 凹穴
１８ 補強材
１８ａ スペーサ部
２０ 固体撮像素子
２４ 光透過窓
３０ａ 上型
３０ｂ 下型
３２、３４ キャビティ凹部
３６ 金型突起

Claims (3)

1. 固体撮像素子等の半導体素子を収容するキャビティがパッケージ本体の一方の面側に開口して設けられ、前記キャビティ内面にインナーリードが露出するとともにパッケージ本体から外方にアウターリードが延出されたリードフレームがパッケージ本体と一体に樹脂成形されてなる半導体用中空樹脂パッケージにおいて、
   前記キャビティを囲んで樹脂成形された周壁部に、パッケージ本体の変形を防止する補強材が前記リードフレームと別体に埋設されていることを特徴とする半導体用中空樹脂パッケージ。
2. 補強材が、周壁部の平面形状と同一の枠体状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体用中空樹脂パッケージ。
3. 補強材が金属からなり、一方の面を周壁部の上端面と同一平面にするとともに、前記面を周壁部の端面に露出して設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の半導体用中空樹脂パッケージ。

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