JP2004260155A - リードレスリードフレーム電子パッケージ及びこれを組み込んだセンサモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 小型で放熱性に優れたリードレスリードフレーム電子パッケージを実現する。
【解決手段】 電子パッケージ１４は、電気的絶縁材料の封入部２４内に封入されて平坦な取り付け面２６を画成する伝熱導電材料のリードフレーム２２を備えている。このリードフレーム２２は、互いに平行な内部平坦面２８と外部平坦面３０とを備え、このリードフレーム２２の外部平坦面３０が封入部２４から露出した状態で取り付け面２６とほぼ同一面をなしており、リードフレーム２２の内部平坦面２８が封入部２４から部分的に露出している。ダイ１６はリードフレーム２２の内部平坦面上の露出した部分に半田等によって固定される。電子パッケージ１４のプリント回路基板等への実装に際し、外部平坦面３０がプリント回路基板上のパッドにリフロー等の工程を経て固定される。
【選択図】 図３

Description

本発明は電子部品パッケージに係り、より詳しくはディジタルカメラに用いる種類の光学撮像センサのパッケージ化に関する。

ディジタルカメラなどの撮像装置は通常、センサ上に集束させた像を電気的な信号へ変換する光学撮像センサと、像をセンサ上に集束させるレンズを有する光学部品を含む。

ディジタルカメラに使用する種の光学撮像センサは通常、光センサダイとして公知のモノリシック電子チップの形で配設される。光センサダイは通常、ダイの支持と保護をもたらすパッケージ内に取り付けられ、ダイを電気回路基板へ接続する電気接点やリード線を含む。ダイを組み付けた状態のパッケージは通常、ダイ上に光を集束させるレンズを有する光学部品と組み合わさってカメラ内の回路基板に取り付けた光センサモジュールを形成する。

この種の光センサモジュール内のレンズは通常、ガラスではなく低溶融温度の光学グレードのポリカーボネートなどの熱可塑性材料から形成し、レンズ製造コストを最小化している。これらの熱可塑性の材料は通常、摂氏約１５０度（℃）の溶融温度を有する。光センサモジュール内のレンズに用いる一つの種類のポリカーボネート材料が、ゼネラル・エレクトリック社によりレキサン（登録商標ＬＥＸＡＮ）なる名称でもって販売されている。

モジュールの寸法とコストを最小化し、センサダイから熱を効果的かつ効率的に奪い、リフロー半田などの大量製造工程を用いてモジュールを回路基板へ直接半田付けすることは望ましいことであるが、レンズ形成に用いる熱可塑性材料はこの種の方法を用いて半田を溶融させて回路基板へ合体させるのに必要な２２０乃至２６０℃の範囲の温度に耐えることができない。

モジュールを直接回路基板へ半田付けするのに発生するであろう温度に耐えないレンズの能力不足は、回路基板へモジュールを電気的に接続しかつ物理的に装着するための中間結合装置の使用を必要としてきた。

一般に用いられている一つの取り付け手法では、回路基板にソケットを半田付けする。光センサモジュールは、半田付け作業に続いてソケット内に挿入されて電気接点を確立しモジュールの物理的支持をもたらす。この手法は、ソケットとこのソケット内の電気的接点を係合させモジュールをソケット内に保持するのに必要なモジュール上の接続特徴に対する必要性のお陰でモジュールを小型化させることはできない。

別の一般に用いられる手法では、可撓性接続用のコネクタは回路基板へ直接半田付けする。可撓性回路やケーブルは、そこでモジュールを回路基板上のコネクタに電気的に接続するのに用いられる。このモジュールは、そこで取り付け装置により回路基板上へ機械的に取り付けられて支持される。この手法はまた、コネクタと可撓性結線とモジュール取り付け装置の必要性が原因でモジュールの小型化を見込むものではない。

回路基板上へモジュールを取り付けるのにソケット或いは可撓性結線を用いることは望ましくないことでもあり、何故なら光学撮像センサダイを収容するためのこれらの手法において一般に用いられる種類のパッケージが光センサダイ内で発生する熱の効率的かつ効果的な除去をもたらさないからである。

ディジタルカメラ内で用いられる種の光学撮像センサをパッケージ化するリードレスリードフレームパッケージ（ＬＬＰ；Ｌｅａｄｌｅｓｓ Ｌｅａｄｆｒａｍｅ Ｐａｃｋａｇｅ）として公知の比較的新種の電子パッケージ技術を用いることが望ましい。ＬＬＰにおいては、金属リードフレーム基板は金属の薄板（通常は銅）から化学的エッチング処理などの工程により形成される。ＬＬＰはリードフレームの平行な内面と外面との間に延びる少なくとも一つのカットアウト部を含み、このカットアウト部によってダイ取り付けパッドと１以上のリードレス接続パッドが形成される。ダイは、ダイ取り付け面に取り付けられ、ワイヤボンディング或いは他種の電気的結線がダイと接続パッドの内面との間になされる。そして、電気的な絶縁封入材料がリードフレームとダイとワイヤボンディングの周囲に成形される。封入部が硬化した後、ＬＬＰはトリムされて最終形状に整えられる。Ｇｌｅｎｎへの特許（特許文献１参照）とＢａｙａｎ外への特許（特許文献２参照）は、前記種のＬＬＰ電子パッケージを開示している。

ＬＬＰは、プリント配線基板（ＰＷＢ；Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｗｉｒｉｎｇ Ｂｏａｒｄ）上のパッドへの挿入或いは取り付け用の金属リード線が、完成したＬＬＰから突出していない点で、リードフレームベースの他種のパッケージとは異なる。ＬＬＰでは、ＬＬＰの接続パッドとＰＷＢ上の対応するパッドとの間に半田クリーム或いはペーストのボールを塗布し、ＰＷＢを半田リフローなどの処理をしてリードレス接続を行うために接続パッドが用いられる。ＩＨｉｌｌに対する特許（特許文献３参照）には、ＬＬＰをＰＷＢへ取り付ける方法が記載されている。
米国特許第６，１４３，９８１号公報 米国特許第６，３７２，５３９Ｂ１号公報 米国特許第４，９２７，６９７号公報

回路基板上へモジュールを取り付けるのにソケット或いは可撓性結線を用いると、これらの手法において一般に用いられる種類のパッケージはダイ内で発生する熱の効率的かつ効果的な除去ができず、また小型化が困難となる。また、従来のＬＬＰパッケージはディジタルカメラ内で使用する種の光学撮像センサのパッケージ化には不向きである。光学撮像センサは、たとえ微細なものであっても画像がセンサの面に達するのを邪魔する微細塵埃粒子があると性能が非常に低下するので、光学撮像センサを含む電子パッケージは厳重に管理されたクリーンルーム環境下で組み立てねばならない。従来のＬＬＰモジュール内で用いられる一般的な構造と封入部は、撮像センサが十分な精細度で画像入力する際の妨げとなりうる。

必要なのは、好ましくはＬＬＰ型パッケージの使用を通じて光学撮像センサダイを含む様々な電子ダイをプリント回路基板上に装着することの可能な改善された装置ならびに方法である。

本発明は、光学撮像センサダイを含む様々な電子ダイを半田リフローなどの一般的な高い生産方法を用いてプリント配線基板上に取り付ける改良されたリードレス電子パッケージを提供するものである。

本発明の一実施形態では、リードレスリードフレーム電子パッケージ（ＬＬＰ）は電気的に絶縁材料の封入部に封入されて平坦な取り付け面を画成する伝熱導電材料からなるリードフレームを含む。リードフレームは、互いに平行な内部平坦面と外部平坦面とを含む。リードフレームの外部平坦面は封入部から露出した状態で取り付け面と概ね同一面をなして延びている。リードフレームの内面は、封入部から一部露出した状態となっている。

ＬＬＰはまた、光学部品と係合するよう構成された取り付け要素を含む。ＬＬＰにはさらに、光学部品を含めることができる。

本発明の一態様によれば、リードフレームはさらに、内部平坦面から外部平坦面に延びるカットアウト部であって、ダイ取り付けパッドとこのダイ取り付けパッドから電気的に絶縁された少なくとも一つの接続パッドを画成するカットアウト部を少なくとも一つ含む。ダイ取り付けパッドと少なくとも一つの接続パッドは、封入部中に延在している。ダイ取り付けパッドの一部と各接続パッドの各外面の一部は露出していて、封入部と概ね同一面をなしている。その内面の一部は、それぞれ露出したダイ取り付け面と露出したボンディング接続面を画成している。

リードレスの電子パッケージは、リードフレームの内面から上方に延びて電子パッケージ内にダイ収容キャビティを形成する電気的絶縁材料からなる側壁を含んでいてもよい。パッケージはさらに、側壁と係合し、かつダイ収容キャビティ内への光の通過を可能とするためのカバーガラスをその内部に有するようになされたカバーが含まれる。パッケージはまたさらに、光学部品と、この光学部品を封入部上に取り付ける取り付け要素とを含んでいてもよい。

本発明はまた、前記した如くパッケージのリードフレームの内部平坦面に取り付けた光センサダイを含む光センサモジュールの形をとることもできる。

本発明は、上記の如くリードレスの電子パッケージのリードフレームの内部平坦面に取り付ける光センサダイを配設し、回路基板にリードフレームの露出した外面の一部を半田付けすることにより光センサモジュールを回路基板に取り付ける方法の形をとることもできる。本発明の一態様によれば、本方法はモジュールを回路基板に半田付けした後に光センサモジュールに光学部品を取り付けるステップを含む。

本発明の前述ならびに他の特徴及び利点は、添付図面と併せ読むことで例示実施形態の以下の詳細な説明から明らかとなろう。詳細な説明と図面は、限定ではなく本発明の単なる例示であり、本発明の範囲は添付した特許請求の範囲とその同等物により規定される。

図１と図２は、光学部品１２と、光学撮像センサダイ１６を収容した電子パッケージ１４とを有する本発明になる光センサモジュール１０の例示実施形態を示す。電子パッケージ１４は、光学部品１２を取り付ける前に回路基板１８に直接半田付けし、それによって半田付け作業期間中の光学部品１２のレンズエレメント６２，６４の損傷を排除することのできるリードレスリードフレームベースのフラットパッケージ（ＱＦＰ）である。

図３乃至図５に示す如く、電子パッケージ１４は銅などの伝熱導電材料からなるリードフレーム２２を含む。リードフレーム２２はパッケージ１４の平坦な装着面（電子パッケージ１４を基板に実装したときに、基板と対向する面）２６を画成する電気的絶縁材料からなる封入部２４内に封入してある。リードフレーム２２は、リードフレーム２２の肉厚ｔによって互いに分離したほぼ平行な内部平坦面２８と外部平坦面３０とを有する。リードフレーム２２の外部平坦面３０は封入部２４から露出し、装着面２６と概ね同一面をなして延びている。リードフレーム２２の内面（内部平坦面）２８は、封入部２４から部分的に露出させた状態にしてある。

このパッケージ１４は、図４に示す如く、ダイパッド（ダイ取り付けパッド）３４とリードフレーム２２の複数のリードレス接続パッド３６とを互いに接続する外側リム２５を有するリードフレーム板２３を形成することで製作される。リードフレーム板２３を封入部２４内に封入した後、リム２５とリードフレーム２２を覆って存在する封入部２４の任意の部分を鋸引きするか、あるいは切断線２７沿いにパッケージ１４を切断するかして切り離し、図５に示す最終パッケージ１４を生成する。

大量生産を容易にするため、数個のパッケージのリードフレーム２２を共通のリム２５により併せ合体させて共通リードフレームを形成することができる。共通リードフレームは１ユニットとして封入され、封入した後に切り離されて個別のパッケージを形成する。こうしてパッケージ１４を形成することで、大量の数のパッケージ１４を個別形成することが要求される場合に、作業量が大幅に減ることになる。

図４に示す如く、肉厚ｔのリードフレーム２２を貫通して内面２８から外面３０へ延びる（内面２８から外面３０に向かって貫通して形成される）カットアウト部（抜き穴）３２を含む。カットアウト部３２が存在することによって、リム２５が除去されたときにリードフレーム２２はダイ取り付けパッド３４と複数の接続パッド３６とが分割された状態となり、これにより複数の接続パッド３６はダイ取り付けパッド３４から電気的に絶縁されるようになる。各接続パッド３６とダイ取り付けパッド３４は、リードフレーム２２の内面２８と外面３０の一部を保持している。図３と図５に示すように、封入部２４がカットアウト部３２に存在している（カットアウト部３２の空隙を充填している）。

ダイ取り付けパッド３４とボンド接続パッド３６は、封入部２４を通って延びている（封入部２４中に延在している）。ダイ取り付けパッド３４および接続パッド３６の外面３０は露出していて、封入部２４の装着面２６と同一面をなしている。

図３に示す如く、ダイ取り付けパッド３４の内面２８の露出部分が、露出したダイ取り付け面３８を構成している。各接続パッド３６の露出部分が、接続パッド３６の露出したボンディング接続面４０を構成している。光学撮像センサダイ１６は、好ましくは熱伝導性の接着剤又は半田を用いてダイ取り付けパッド３４のダイ取り付け面（露出したダイ取り付け面）３８に取り付けてある。ボンディングワイヤ４２が、各接続パッド３６のボンディング接続面（露出したボンディング接続面）４０へダイ１６を電気的に接続している。

図３に示す如く、このパッケージ１４はさらに内面２８の上方に延びて電子パッケージ１４内にダイ収容キャビティ４６を形成する側壁４４を含む。側壁４４は、図２と図３に示す如く、封入部２４と一体に形成するか或いは別個に形成して封入部２４に接着することができる。パッケージ１４は、電気的絶縁材料の側壁４４に係合しダイ収容キャビティ４６へ光を導き入れるカバーガラス５０をその中に含むカバー４８を含んでもいる。カバー４８は、光センサダイ１６をダイ取り付けパッド３４に取り付け、ボンディングワイヤ４２をダイ１６と接続パッド３６のダイ接続面４０との間に接続した後、接着剤を用いて側壁４４に取り付ける。カバー４８が取り付けられているので、パッケージ１４は後に続くパッケージ１４の処理ならびにパッケージ１４の回路基板１８への半田付け中にダイ１６を保護することができる。

封入部２４とカバー４８は、好ましくは２２０乃至２６０℃の半田付け温度に耐えることのできる材料から出来ている。封入部２４とカバー４８はまた、好ましくは２６０℃を超える溶融温度を有するベークライト（登録商標）などの熱硬化性樹脂材料を用いてインサート成形プロセスにより形成する。日本の住友株式会社により６６５０Ｒや６３００ＳＦの名称で市販されている如きベークライト材は、本発明になるＬＬＰ内での封入部２４の形成に用いるのに好適である。

インサート成形によりパッケージ１４を形成するには、ダイ１６やボンディングワイヤ４２の無いリードフレーム２２を金型内に配置する。次に、金型を閉じ、計量した体積の熱硬化性樹脂材料を加圧して、閉じた金型内に注入する。金型が冷却された後、そして注入した熱硬化性樹脂材料が硬化した後、金型を開け、封入されたリードフレーム２２を取り出す。金型は、リードフレーム２２の内面２８と外面３０の一部を、成形された熱硬化性材料から露出したままとし、ダイ取り付け面３８とボンディング接続面４０を形成するような構成としてある。

図１に示す如く、パッケージ１４は４個の取り付け要素（５２）を含む。この取り付け要素は、カバー４８と一体に形成されてこれ（カバー４８）から延出し、光学部品１２のハウジング５８のスカート５６内の位置決め孔５４に係合するピン５２の形をしている。取り付けピン５２の末端にはスロットが形成してあって拡大された外側輪郭６０を有しており、これにより位置決め孔５４内を通過する際にピン５２の端部を半径方向に圧縮し、続いて半径方向外方へ延出（復元）させて光学部品１２をパッケージ１４上にロックすることができる。取り付け要素は、螺子や鋲や杭やロック用タブを含むほぼ無数の他の形態でもって設けることができる。

本発明はまた、光学撮像センサダイ１６を回路基板１８へ取り付ける方法を提供するものである。本方法は、上記の如く一部露出した外面３０を有するＬＬＰパッケージ１４を含む光センサモジュール１０の組み立てステップと、リードフレーム２２（リードレス接続パッド３６）の露出した外面３０の少なくとも一部を回路基板１８へ半田付けするステップを含む。本方法には、ＬＬＰパッケージ１４を回路基板１８に半田付け接続した後での光センサモジュール１０のＬＬＰパッケージ１４に対する光学部品１２の取り付けステップを含めることもできる。

パッケージ１４を回路基板１８に半田付け接続した後に容易に光学部品１２をパッケージ１４へ取り付けることができるので、低コストで低溶融温度を有する熱可塑性の光学グレードのポリカーボネートなどの材料を用いて光学部品１２のレンズエレメント６２，６４を形成することができる。光学部品１２を図１及び図２に示す如く取り付けたときに、光学部品１２を介して受光した光はカバーガラス５０を介してパッケージ１４のキャビティ４６内の光センサダイ１６上に投射される。

本願明細書に記載した本発明の実施形態は現在好ましいと考えられるものであるが、本発明の趣旨ならびに範囲を逸脱することなく様々な変形と改変を施すことができる。本発明の様々な要素と態様は、例示実施形態に関し前述し図面中に記載したもの以外に、互い独立し或いは異なる組み合わせで用いることができる。

本発明範囲は、添付特許請求の範囲に示される。等価物の意味ならびに範囲内の全ての変形と改変は、特許請求の範囲により包含されることを意図するものである。

なお、本発明は例として次の態様を含む。（ ）内の数字は添付図面の参照符号に対応する。
［１］リードレスリードフレーム電子パッケージ（ＬＬＰ）（１４）であって、
電気的絶縁材料の封入部（２４）内に封入されて平坦な取り付け面（２６）を画成する伝熱導電材料のリードフレーム（２２）を備え、
前記リードフレーム（２２）が互いに平行な内部平坦面（２８）と外部平坦面（３０）とを含み、
前記リードフレーム（２２）の前記外部平坦面（３０）が前記封入部（２４）から露出した状態で前記取り付け面（２６）とほぼ同一面をなしており、
前記リードフレーム（２２）の前記内部平坦面（２８）が前記封入部（２４）から部分的に露出している、
ことを特徴とする電子パッケージ（１４）。
［２］光学部品（１２）と係合するよう構成した取り付け部材（５２）をさらに備える、
ことを特徴とする上記［１］に記載の電子パッケージ（１４）。
［３］光学部品（１２）をさらに備える、
ことを特徴とする上記［１］に記載の電子パッケージ（１４）。
［４］前記リードフレーム（２２）が、前記内面（２８）から前記外面（３０）へ延びるカットアウト部（３２）であって、ダイ取り付けパッド（３４）と、前記ダイ取り付けパッド（３４）とは電気的に絶縁された少なくとも一つの接続パッド（３６）とを画成するカットアウト部（３２）を少なくとも一つ備え、
前記ダイ取り付けパッド（３４）と前記接続パッド（３６）とが前記封入部（２４）中に延在し、それらの外面（３０）の一部が露出して前記封入部（２４）とほぼ同一面をなし、さらにそれらの内面（２８）の一部が露出したダイ取り付け面（３８）と露出したボンディング接続面（４０）とをそれぞれ画成している、
ことを特徴とする上記［１］に記載の電子パッケージ（１４）。
［５］前記封入部（２４）は、前記リードフレーム（２２）内の前記少なくとも一つのカットアウト部（３２）の一部の中に存在する、
ことを特徴とする上記［１］に記載の電子パッケージ（１４）。
［６］前記リードフレーム（２２）の前記内面から上方に延びて前記電子パッケージ（１４）内にダイ収容キャビティ（４６）を形成する電気的絶縁材料からなる側壁（４４）をさらに備える、
ことを特徴とする上記［１］記載の電子パッケージ（１４）。
［７］リードレス光センサモジュール（１０）であって、
電気的絶縁材料の封入部（２４）に封入されて平坦な取り付け面（２６）を画成する伝熱導電材料からなるリードフレーム（２２）で、前記リードフレーム（２２）が互いに平行な内部平坦面（２８）と外部平坦面（３０）とを含み、前記リードフレーム（２２）の前記外部平坦面（３０）は前記封入部（２４）から露出した状態で前記取り付け面（２６）と略同一面をなして延在しており、前記リードフレーム（２２）の前記内面（２８）は前記封入部（２４）から一部露出した状態にあり、
光センサダイ（１６）が前記リードフレーム（２２）の前記内部平坦面（２８）に取り付けてある、
ことを特徴とするモジュール（１０）。
［８］前記リードフレーム（２２）は、前記内部平坦面（２８）から前記外部平坦面（３０）へ延びるカットアウト部（３２）であって、ダイ取り付けパッド（３４）と、前記ダイ取り付けパッド（３４）から電気的に絶縁された少なくとも一つの接続パッド（３６）とを画成する少なくとも一つのカットアウト部（３２）を備え、
前記ダイ取り付けパッド（３４）と前記リードレス接続パッド（３６）とが前記封入部（２４）中に延在し、それらの外部平坦面（３０）の一部が露出して前記封入部（２４）とほぼ同一面をなし、さらにそれらの内部平坦面（２８）が露出したダイ取り付け面（３８）と露出したボンディング接続面（４０）とをそれぞれ画成しており、
前記光センサダイ（１６）は前記露出したダイ取り付け面（３８）に取り付けてある、
ことを特徴とする上記［７］に記載の光センサモジュール（１０）。
［９］前記リードフレーム（２２）の内面（２８）から上方に延びてダイ収容キャビティ（４６）を形成する電気的絶縁材料からなる側壁（４４）をさらに備える、
ことを特徴とする上記［７］に記載の光センサモジュール（１０）。
［１０］前記側壁（４４）と係合し、かつ前記ダイ受容キャビティ（４６）内への光の通過を可能とするためのカバーガラス（５０）を内部に有するようになされたカバー（４８）をさらに備える、
ことを特徴とする上記［９］に記載の光センサモジュール（１０）。

本発明になる光センサモジュールの例示実施形態の斜視図である。 図１の光センサモジュールの例示実施形態の断面図である。 本発明になる図１と図２の光センサモジュールの一部を形成するリードレスリードフレーム電子パッケージの例示実施形態の断面図である。 図３のパッケージの例示実施形態のリードフレームを形成するのに用いるリードフレーム板の底面図である。 図３のリードレス電子パッケージの底面図である。

符号の説明

１０ 光センサモジュール
１２ 光学部品
１４ 電子パッケージ
１６ 光学撮像センサダイ
１８ 回路基板
２２ リードフレーム
２３ リードフレーム板
２４ 封入部
２５ 外側リム（リム）
２６ 装着面
２８ 内部平坦面（内面）
３０ 外部平坦面（外面）
３２ カットアウト部
３４ ダイパッド（ダイ取り付けパッド）
３６ リードレス接続パッド
３８ ダイ取り付け面
４０ ボンディング接続面
４２ ボンディングワイヤ
４４ 側壁
４６ ダイ収容キャビティ
４８ カバー
５０ カバーガラス
５２ ピン
５４ 位置決め孔
５６ スカート
５８ ハウジング
６０ 外側輪郭
６２，６４ レンズエレメント

Claims (1)

1. リードレスリードフレーム電子パッケージ（ＬＬＰ）であって、
   電気的絶縁材料の封入部内に封入されて平坦な取り付け面を画成する伝熱導電材料のリードフレームを備え、
   前記リードフレームが互いに平行な内部平坦面と外部平坦面とを含み、
   前記リードフレームの前記外部平坦面が前記封入部から露出した状態で前記取り付け面とほぼ同一面をなしており、
   前記リードフレームの前記内部平坦面が前記封入部から部分的に露出している、
   ことを特徴とする電子パッケージ。

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