JP2006013241A - Semiconductor device and package therefor - Google Patents

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Tomotaka Sakatani
知孝 酒谷
Takahiro Iwakiri
隆浩 岩切
Daisuke Katayama
大輔 片山
Hironao Yanai
寛直 谷内
Sadao Osada
貞雄 長田
Toshimichi Ota
順道 太田
Masayuki Miyaji
正之 宮地
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a package for semiconductor device that is suppressed in the warping of a metallic plate, and also to provide a semiconductor device that is reduced in the stress applied to a semiconductor element and improved in heat radiating property and reliability. <P>SOLUTION: The package for semiconductor device is provided with the metallic plate 101 having a placing section 106 to which the semiconductor element is fixed on one main surface, a resin-containing molded body 102 which is fixed to one main surface of the metallic plate 101 and has an opening 109 formed through the molded body 102 in the thickness direction at the position corresponding to the placing section 106, and a wiring pattern 103 provided on the surface of the molded body 102 on the side opposite to the metallic plate 101. The package is also provided with lead terminals 104 electrically connected to the wiring pattern 103, and a resin-containing cap 105 which is joined to the resin-containing molded body 102 so as to cover the opening 109. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体装置用パッケージ、および半導体装置に関する。   The present invention relates to a package for a semiconductor device and a semiconductor device.

高周波帯で使用される高出力の半導体装置のパッケージ、特に、携帯電話中継基地局や通信衛星等の送信部において、電力増幅用途で使用される半導体装置のパッケージには、高放熱特性かつ高信頼性を有することが求められている。   High-power semiconductor device packages used in high-frequency bands, especially for semiconductor device packages used for power amplification in transmitters such as mobile phone relay base stations and communication satellites, have high heat dissipation characteristics and high reliability It is demanded to have sex.

図8に、従来の半導体装置用パッケージ(例えば、特許文献1参照)の斜視図を示している。図8に示すように、従来の半導体装置用パッケージは、一方の主面に、トランジスタ等の半導体素子を固定するための載置部406を備えた金属板401を含み、載置部406の周囲にはウォール402が形成されている。金属板401は、銅や銅−タングステン合金等からなり、ウォール402は、Fe−Ni−Co系合金またはセラミックス等からなる。リード端子403は、セラミックス部404aとセラミックス部404bによって挟まれた状態でウォール402に固定され、ウォール402と絶縁されている。リード端子403は、セラミックス部404aの表面に形成されたメタライズ層405に電気接続されているので、リード端子403により高周波信号成分をウォール402内外へ導くことができる。   FIG. 8 is a perspective view of a conventional semiconductor device package (see, for example, Patent Document 1). As shown in FIG. 8, the conventional package for a semiconductor device includes a metal plate 401 having a mounting portion 406 for fixing a semiconductor element such as a transistor on one main surface, and the periphery of the mounting portion 406. A wall 402 is formed. The metal plate 401 is made of copper, a copper-tungsten alloy, or the like, and the wall 402 is made of an Fe—Ni—Co alloy or ceramics. The lead terminal 403 is fixed to the wall 402 while being sandwiched between the ceramic portion 404 a and the ceramic portion 404 b, and is insulated from the wall 402. Since the lead terminal 403 is electrically connected to the metallized layer 405 formed on the surface of the ceramic portion 404 a, the lead terminal 403 can guide the high-frequency signal component into and out of the wall 402.

また、ウォール402の上面には、半導体素子を湿気から保護することが可能なように、蓋体407が接合され、ウォール402、蓋体407、金属板401によって囲われる空間の気密性が確保されている。蓋体407は、金属またはセラミックスからなる。   Further, a lid 407 is joined to the upper surface of the wall 402 so that the semiconductor element can be protected from moisture, and airtightness of a space surrounded by the wall 402, the lid 407, and the metal plate 401 is ensured. ing. The lid body 407 is made of metal or ceramics.

このような半導体装置用パッケージは、金属板401側をヒートシンクに向けてヒートシンクに実装されるが、上記空間内に配置される半導体素子で生じる熱を、効率良く放散させる必要があるため、金属板401の反りはできるだけ小さくする必要がある。
特開2001―53182号公報
Such a package for a semiconductor device is mounted on a heat sink with the metal plate 401 side facing the heat sink, but it is necessary to efficiently dissipate heat generated in the semiconductor element disposed in the space. 401 warp needs to be as small as possible.
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-53182

しかし、従来の半導体装置用パッケージでは、その製造過程において、金属とセラミック、または金属と金属とを接合する必要があり、例えば、金属板401とウォール402との接合には、銀ろう(融点:約780℃)等のろう材が用いられている。したがって、上記ろう材を用いた高温プロセスにおいて、金属板401の熱膨張係数とウォール402の熱膨張係数との差によって生じる金属板401の反りを小さくコントロールするために、通炉時の温度プロファイル等に非常に高度な技術的ノウハウが必要であった。   However, in the conventional package for a semiconductor device, it is necessary to join metal and ceramic or metal and metal in the manufacturing process. For example, silver brazing (melting point: Brazing material such as about 780 ° C. is used. Therefore, in the high temperature process using the brazing material, in order to control the warp of the metal plate 401 caused by the difference between the thermal expansion coefficient of the metal plate 401 and the thermal expansion coefficient of the wall 402, a temperature profile at the time of furnace passing, etc. It was necessary to have very advanced technical know-how.

また、半導体素子が載置部406に固定された後、金属またはセラミックからなる蓋体407は、金−錫合金(融点:約280℃)等を用いてウォール402へ接着されるが、蓋体407の熱膨張係数とウォール402の熱膨張係数とが異なると、蓋体407とウォール402との接着時に金属板401に応力が発生し、金属板401に大きな反りが生じる。その結果、載置部406に半導体素子が固定された半導体装置の放熱特性が劣化するとともに、パッケージ内に配置された半導体素子に過大な応力がかかり、半導体装置の信頼性が低下するという重大な欠点があった。   Further, after the semiconductor element is fixed to the mounting portion 406, the lid 407 made of metal or ceramic is bonded to the wall 402 using a gold-tin alloy (melting point: about 280 ° C.) or the like. When the thermal expansion coefficient of 407 and the thermal expansion coefficient of the wall 402 are different, stress is generated in the metal plate 401 when the lid 407 and the wall 402 are bonded, and the metal plate 401 is greatly warped. As a result, the heat dissipation characteristic of the semiconductor device in which the semiconductor element is fixed to the mounting portion 406 is deteriorated, and excessive stress is applied to the semiconductor element arranged in the package, which decreases the reliability of the semiconductor device. There were drawbacks.

本発明は、金属板の反りが抑制された半導体装置用パッケージを提供することを第1の目的とする。   A first object of the present invention is to provide a package for a semiconductor device in which warpage of a metal plate is suppressed.

本発明は、半導体素子にかかる応力が低減され、放熱性が優れ、信頼性の高い半導体装置を提供することを第2の目的とする。   A second object of the present invention is to provide a highly reliable semiconductor device in which stress applied to a semiconductor element is reduced, heat dissipation is excellent, and reliability is high.

本発明の半導体装置用パッケージは、一方の主面に半導体素子が固定される載置部を含む金属板と、前記金属板の前記一方の主面に固定され、前記載置部に対応する位置に厚み方向に貫通する開口部を有する樹脂含有成形体と、前記樹脂含有成形体の前記金属板側の面の反対面に設けられた配線パターンと、前記配線パターンに電気接続されたリード端子と、前記開口部を覆うように前記樹脂含有成形体に接合された樹脂含有蓋とを含むことを特徴とする。   A package for a semiconductor device according to the present invention includes a metal plate including a mounting portion on which a semiconductor element is fixed on one main surface, and a position corresponding to the mounting portion fixed to the one main surface of the metal plate. A resin-containing molded body having an opening penetrating in the thickness direction, a wiring pattern provided on the opposite surface of the surface of the resin-containing molded body on the metal plate side, and a lead terminal electrically connected to the wiring pattern; And a resin-containing lid joined to the resin-containing molded body so as to cover the opening.

本発明の半導体装置は、本発明の半導体装置用パッケージの前記載置部に半導体素子が固定され、前記半導体素子と前記配線パターンとがボンディングワイヤを介して電気接続されていることを特徴とする。   The semiconductor device of the present invention is characterized in that a semiconductor element is fixed to the mounting portion of the semiconductor device package of the present invention, and the semiconductor element and the wiring pattern are electrically connected via a bonding wire. .

本発明の別の半導体装置は、一方の主面に半導体素子が固定される載置部を含む金属板と、前記金属板の前記一方の主面に固定され、前記載置部に対応する位置に厚み方向に貫通する開口部を有する樹脂含有成形体と、前記載置部に固定された半導体素子と、前記樹脂含有成形体の前記金属板側の面の反対面に設けられた配線パターンと、前記配線パターンに電気接続されたリード端子と、前記半導体素子と前記配線パターンとを電気接続するボンディングワイヤと、少なくとも前記半導体素子を封止する封止樹脂部とを含むことを特徴とする。   Another semiconductor device of the present invention includes a metal plate including a mounting portion on which a semiconductor element is fixed to one main surface, and a position corresponding to the mounting portion fixed to the one main surface of the metal plate. A resin-containing molded body having an opening penetrating in the thickness direction, a semiconductor element fixed to the mounting portion, and a wiring pattern provided on a surface opposite to the surface of the resin-containing molded body on the metal plate side And a lead terminal electrically connected to the wiring pattern, a bonding wire for electrically connecting the semiconductor element and the wiring pattern, and a sealing resin portion for sealing at least the semiconductor element.

本発明では、樹脂含有成形体を用いているので、金属板と樹脂含有成形体との接合に、融点が約780℃の銀ろうよりも融点の低い接合材を用いることができる。さらに、半導体素子が載置部に固定された後に、例えば、融点が約280℃の金−錫合金を用いなくても、半導体素子を湿気から保護することができる。そのため、本発明では、半導体素子を載置部に固定する前後において、熱によって金属板に加わる応力が小さくなり、金属板の反りが抑制された半導体装置用パッケージを提供できる。また、金属板の反りの抑制により、半導体素子にかかる応力が低減され、放熱性が優れ、信頼性の高い半導体装置を提供できる。   In the present invention, since a resin-containing molded body is used, a bonding material having a melting point lower than that of silver brazing having a melting point of about 780 ° C. can be used for bonding the metal plate and the resin-containing molded body. Furthermore, after the semiconductor element is fixed to the mounting portion, for example, the semiconductor element can be protected from moisture without using a gold-tin alloy having a melting point of about 280 ° C. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a package for a semiconductor device in which the stress applied to the metal plate by heat is reduced before and after fixing the semiconductor element to the mounting portion, and the warpage of the metal plate is suppressed. Further, by suppressing the warpage of the metal plate, the stress applied to the semiconductor element is reduced, and a semiconductor device with excellent heat dissipation and high reliability can be provided.

以下、本発明の半導体装置用パッケージの一例、それを用いた半導体装置の一例を、図面を用いて説明する。   Hereinafter, an example of a package for a semiconductor device of the present invention and an example of a semiconductor device using the same will be described with reference to the drawings.

(実施形態1)
図1は、本発明の半導体装置用パッケージの一例を示した分解斜視図であり、図2は、図1に示した半導体装置用パッケージの断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an example of a package for a semiconductor device of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the package for a semiconductor device shown in FIG.

図1に示すように、本実施形態の半導体装置用パッケージでは、一方の主面に半導体素子が固定される載置部106を含む金属板101と、金属板101の一方の主面に固定された樹脂含有成形体102と、樹脂含有成形体102の金属板101側の面の反対面に設けられた配線パターン103とを含んでいる。樹脂含有成形体102は、載置部106に対応する位置に厚み方向に貫通する開口部109を有している。配線パターン103には信号の入出力を行うためのリード端子104が電気接続されている。図1に示した例では、半導体装置用パッケージは2個のリード端子104を備えており、2個のリード端子104は、金属板101の中心に関し互いに対称に配置されている。   As shown in FIG. 1, in the package for a semiconductor device of this embodiment, a metal plate 101 including a mounting portion 106 on which a semiconductor element is fixed on one main surface, and fixed on one main surface of the metal plate 101. The resin-containing molded body 102 and the wiring pattern 103 provided on the opposite surface of the surface of the resin-containing molded body 102 on the metal plate 101 side are included. The resin-containing molded body 102 has an opening 109 that penetrates in the thickness direction at a position corresponding to the placement portion 106. A lead terminal 104 for inputting / outputting signals is electrically connected to the wiring pattern 103. In the example shown in FIG. 1, the package for a semiconductor device includes two lead terminals 104, and the two lead terminals 104 are arranged symmetrically with respect to the center of the metal plate 101.

樹脂含有成形体102には、開口部106を覆うように樹脂含有蓋105が接合されており、本実施形態の半導体装置用パッケージは、開口部106内に気体を通さない構造となっているので、載置部106に固定される半導体素子は、湿気から保護される。   A resin-containing lid 105 is bonded to the resin-containing molded body 102 so as to cover the opening 106, and the semiconductor device package of the present embodiment has a structure that prevents gas from passing through the opening 106. The semiconductor element fixed to the mounting portion 106 is protected from moisture.

図2に示すように、樹脂含有蓋105は、空洞構造を有していると好ましい。樹脂含有蓋105が空洞構造を有していると、樹脂含有成形体102と樹脂含有蓋105とが接合された状態で、開口部109内のみならず、図1において樹脂含有成形体102の上側にも空間が確保される。そのため、載置部106に配置される半導体素子110と配線パターン103とを電気接続するボンディングワイヤ111の折り曲げ等が防止される。   As shown in FIG. 2, the resin-containing lid 105 preferably has a hollow structure. When the resin-containing lid 105 has a hollow structure, the resin-containing molded body 102 and the resin-containing lid 105 are joined to each other not only in the opening 109 but also in the upper side of the resin-containing molded body 102 in FIG. Space is also secured. Therefore, bending of the bonding wire 111 that electrically connects the semiconductor element 110 and the wiring pattern 103 arranged on the mounting portion 106 is prevented.

また、本実施形態の半導体装置用パッケージは、金属蓋107を備えていると好ましい。金属蓋107は、樹脂含有蓋105側から樹脂含有成形体102を覆うように金属板101の一方の主面に固定され、金属板101に電気接続されている。そのため、半導体素子に対する不要な発振が抑制されて半導体素子の動作が安定化されると伴に、電磁波の不用輻射が抑制される。   In addition, it is preferable that the package for a semiconductor device of this embodiment includes a metal lid 107. The metal lid 107 is fixed to one main surface of the metal plate 101 so as to cover the resin-containing molded body 102 from the resin-containing lid 105 side, and is electrically connected to the metal plate 101. Therefore, unnecessary oscillation of the semiconductor element is suppressed and the operation of the semiconductor element is stabilized, and unnecessary radiation of electromagnetic waves is suppressed.

金属蓋107は、例えば、空洞構造を有する本体部107aと、本体部107a部を構成する複数の壁のうちの、互いに向かい合う1対の壁の夫々に連結された鍔部107bとを有している。本体部107aには、金属蓋107を金属板101に被せた状態で、金属蓋107の外側にリード線104を引き出すことができるように、切り欠き部107cが形成されている。各鍔部107bには、略凹部107dが形成されており、略凹部107dの位置は、金属板101に形成された略凹部108に対応している。   The metal lid 107 includes, for example, a main body 107a having a hollow structure, and a flange 107b connected to each of a pair of walls facing each other among a plurality of walls constituting the main body 107a. Yes. The main body 107 a is formed with a notch 107 c so that the lead wire 104 can be pulled out of the metal lid 107 with the metal lid 107 placed on the metal plate 101. Each flange 107b has a substantially recessed portion 107d, and the position of the substantially recessed portion 107d corresponds to the substantially recessed portion 108 formed in the metal plate 101.

金属蓋107の金属板101への固定方法については、金属蓋107と金属板101とが電気接続されるのであれば特に制限はなく、図1に示すように、金属蓋107の略凹部107dと金属板101の略凹部108とが一致するように、金属蓋107と金属板101とを重ねた状態で、これらをネジ等によりヒートシンク等に固定する方法が挙げられる。この場合、金属蓋107と金属板101とが、ヒートシンクに固定されると伴に、金属板101に金属蓋107が固定されることとなる。金属板101へ金属蓋107を固定する他の方法としては、嵌合、ネジ止め、またはハンダ等による接着等が挙げられる。   The method for fixing the metal lid 107 to the metal plate 101 is not particularly limited as long as the metal lid 107 and the metal plate 101 are electrically connected. As shown in FIG. There is a method of fixing the metal lid 107 and the metal plate 101 to a heat sink or the like with screws or the like in a state where the metal lid 107 and the metal plate 101 are overlapped so that the substantially concave portion 108 of the metal plate 101 is coincident. In this case, when the metal lid 107 and the metal plate 101 are fixed to the heat sink, the metal lid 107 is fixed to the metal plate 101. Other methods for fixing the metal lid 107 to the metal plate 101 include fitting, screwing, bonding with solder, or the like.

尚、上記ハンダは、鉛含有ハンダ、鉛フリーハンダのいずれであってもよい。鉛含有ハンダの組成としては、例えば、Pb−Sn、Pb−Sn−Sb、Pb−Agが、鉛フリーハンダの組成としては、例えば、Bi−Sn、Bi−Sn−Sb等が挙げられる。   The solder may be either a lead-containing solder or a lead-free solder. Examples of the composition of lead-containing solder include Pb-Sn, Pb-Sn-Sb, and Pb-Ag. Examples of the composition of lead-free solder include Bi-Sn, Bi-Sn-Sb, and the like.

金属板101の材料としては、例えば、熱伝導性の高い、銅または銅合金を含んでいると好ましい。銅合金としては、例えば、銅−タングステン合金が挙げられる。また、金属板101には、3層構造(例えば、銅/モリブデン/銅)の複合材等を用いてもよい。   For example, the material of the metal plate 101 preferably contains copper or a copper alloy having high thermal conductivity. An example of the copper alloy is a copper-tungsten alloy. Further, the metal plate 101 may be a composite material of a three-layer structure (for example, copper / molybdenum / copper).

樹脂含有成形体102の材料としては、特に制限はないが、例えば、ガラス不織布や織布にエポキシ樹脂を含浸させたガラス−エポキシ材料や、ポリイミド、紙フェノール等が挙げられる。樹脂含有成形体102は、特に、エポキシ樹脂を含んでいると好ましい。   Although there is no restriction | limiting in particular as a material of the resin containing molded object 102, For example, the glass-epoxy material which impregnated the epoxy resin to the glass nonwoven fabric or the woven fabric, a polyimide, paper phenol, etc. are mentioned. In particular, the resin-containing molded body 102 preferably includes an epoxy resin.

配線パターン103の材料としては、例えば、Cu等が挙げられる。配線パターン103は、本実施形態の半導体装置用パッケージを用いた半導体装置が使用される周波数帯や変調方式に応じて、適切なパターンに形成すればいよい。   Examples of the material of the wiring pattern 103 include Cu. The wiring pattern 103 may be formed in an appropriate pattern according to the frequency band and modulation method in which the semiconductor device using the semiconductor device package of this embodiment is used.

樹脂含有成形体102と配線パターン103とを含む構造体113は、例えば、プリント基板である。配線パターン103は、樹脂含有成形体102の金属板102側の面の反対面のみならず、樹脂含有成形体102の金属板101側の面にも設けられていてもよい。   The structure 113 including the resin-containing molded body 102 and the wiring pattern 103 is, for example, a printed board. The wiring pattern 103 may be provided not only on the surface opposite to the surface on the metal plate 102 side of the resin-containing molded body 102 but also on the surface on the metal plate 101 side of the resin-containing molded body 102.

樹脂含有成形体102の金属板101への固定に用いられる接合材について、特に制限はないが、例えば、金−錫合金、ハンダ、金属粉末がバインダー樹脂に分散された導電性ペースト、または、エポキシ樹脂系接着剤等が好ましい。エポキシ樹脂系接着剤は、一液型、二液型のいずれであってもよい。金−錫合金であれば、約280度、鉛含有ハンダであれば、約180℃、鉛フリーハンダであれば、約230度、上記導電性ペーストであれば、約150度で、樹脂含有成形体102と金属板101とを接合できる。エポキシ樹脂系接着剤では、一液型では約150度、二液型では常温で、樹脂含有成形体102と金属板101とを接合できる。導電性ペーストに含まれる上記金属粉末としては、例えば、銀粉末が、上記バインダー樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化製樹脂が挙げられる。ただし、配線パターン103が樹脂含有成形体102の金属板101側の面にも設けられている場合には、上記接合材には、金−錫合金、ハンダ、上記導電性ペーストを用いると好ましい。半導体素子を金属板101に接地することができるからである。   The bonding material used for fixing the resin-containing molded body 102 to the metal plate 101 is not particularly limited. For example, a gold-tin alloy, solder, a conductive paste in which metal powder is dispersed in a binder resin, or an epoxy Resin adhesives are preferred. The epoxy resin adhesive may be either a one-component type or a two-component type. For gold-tin alloy, about 280 degrees, for lead-containing solder, about 180 ° C, for lead-free solder, about 230 degrees, for the above conductive paste, about 150 degrees, resin-containing molding The body 102 and the metal plate 101 can be joined. With an epoxy resin adhesive, the resin-containing molded body 102 and the metal plate 101 can be bonded to each other at about 150 degrees for the one-pack type and at room temperature for the two-pack type. Examples of the metal powder contained in the conductive paste include silver powder, and examples of the binder resin include thermosetting resins such as epoxy resins. However, when the wiring pattern 103 is also provided on the surface of the resin-containing molded body 102 on the metal plate 101 side, it is preferable to use gold-tin alloy, solder, or the conductive paste as the bonding material. This is because the semiconductor element can be grounded to the metal plate 101.

リード端子104の材料としては、例えば、CuやFe−Ni−Co合金等が好ましい。   As a material of the lead terminal 104, for example, Cu, Fe—Ni—Co alloy or the like is preferable.

リード端子104と配線パターン103との接合に用いられる接合材としては、導電性の観点、固着強度の観点、コストの観点から、例えば、ハンダ等が好ましい。   As a bonding material used for bonding the lead terminal 104 and the wiring pattern 103, for example, solder is preferable from the viewpoints of conductivity, fixing strength, and cost.

樹脂含有蓋105の材料としては、特に制限はないが、例えば、エポキシ樹脂やシリコン樹脂を含んでいると好ましい。   The material of the resin-containing lid 105 is not particularly limited, but preferably contains, for example, an epoxy resin or a silicon resin.

樹脂含有蓋105と樹脂含有成形体102との接合に用いられる接合材としては、接着強度が高く、開口部内の耐湿性を保持できるものであれば特に制限はなく、例えば、エポキシ樹脂系接着剤等が用いられる。   The bonding material used for bonding the resin-containing lid 105 and the resin-containing molded body 102 is not particularly limited as long as it has high adhesive strength and can maintain moisture resistance in the opening. For example, an epoxy resin adhesive Etc. are used.

金属蓋の材料としては、特に制限はないが、金属板101と同様の材料や、洋銀等を用いることができる。   The material of the metal lid is not particularly limited, but the same material as the metal plate 101, or silver can be used.

以上のとおり、本実施形態の半導体装置用パッケージでは、樹脂含有成形体102を用いているので、金属板101と樹脂含有成形体102との接合に、融点が約780℃の銀ろうよりも融点の低い接合材を用いることができる。さらに、樹脂含有蓋105を用いているので、樹脂含有成形体102と樹脂含有蓋105との接合に、金−錫合金(融点:約280℃)よりも融点の低い接合材を用いることができ、従来、載置部106に半導体素子を固定した後に、接合材として用いていた上記金−錫合金を用いなくても、半導体素子を湿気から保護することができる。そのため、半導体素子を載置部に固定する前後において、熱によって金属板に加わる応力が小さくなり、金属板の反りが抑制される。したがって、半導体素子にかかる応力を低減でき、放熱性が優れ、信頼性の高い半導体装置の提供が可能な半導体装置用パッケージを提供できる。   As described above, since the resin-containing molded body 102 is used in the semiconductor device package of the present embodiment, the melting point of the metal plate 101 and the resin-containing molded body 102 is higher than that of silver solder having a melting point of about 780 ° C. Can be used. Furthermore, since the resin-containing lid 105 is used, a bonding material having a melting point lower than that of the gold-tin alloy (melting point: about 280 ° C.) can be used for joining the resin-containing molded body 102 and the resin-containing lid 105. Conventionally, the semiconductor element can be protected from moisture without using the gold-tin alloy that has been used as a bonding material after the semiconductor element is fixed to the mounting portion 106. Therefore, before and after fixing the semiconductor element to the mounting portion, the stress applied to the metal plate by heat is reduced, and the warpage of the metal plate is suppressed. Therefore, it is possible to provide a package for a semiconductor device that can reduce the stress applied to the semiconductor element, can provide a highly reliable semiconductor device with excellent heat dissipation.

セラミックを用いた従来の半導体装置用パッケージでは、その製造過程において、焼成に長時間を要するため、多大なコストを必要としていた。また、セラミックや金属は、例えば、エポキシ樹脂等の樹脂と比較して材料コストが高い。したがって、本実施形態の半導体装置用パッケージでは、上記従来の半導体装置用パッケージと比較して大幅にコストを低減できる。   A conventional package for a semiconductor device using ceramics requires a great deal of cost since firing takes a long time in the manufacturing process. Moreover, the material cost of ceramics and metals is higher than, for example, a resin such as an epoxy resin. Therefore, the cost for the semiconductor device package of the present embodiment can be greatly reduced as compared with the conventional semiconductor device package.

(実施形態2)
図3は、本発明の半導体装置の一例を示した分解斜視図である。図3に示した半導体装置では、図1および図2に示した半導体装置用パッケージを用いている。図3において、図1および図2に示した半導体装置用パッケージと同じ構成部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is an exploded perspective view showing an example of the semiconductor device of the present invention. The semiconductor device shown in FIG. 3 uses the semiconductor device package shown in FIGS. 3, the same components as those of the semiconductor device package shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図3に示すように、本実施形態の半導体装置では、半導体装置用パッケージの金属板101の載置部106に半導体素子110が固定され、半導体素子110と配線パターン103とが、例えば、Au、Al等を含むボンディングワイヤ110を介して電気接続されている。配線パターン103に電気接続されたリード端子104によって、半導体装置への信号の入出力が行われる。   As shown in FIG. 3, in the semiconductor device of this embodiment, the semiconductor element 110 is fixed to the mounting portion 106 of the metal plate 101 of the semiconductor device package, and the semiconductor element 110 and the wiring pattern 103 are, for example, Au, Electrical connection is made via a bonding wire 110 containing Al or the like. Signals are input / output to / from the semiconductor device by lead terminals 104 electrically connected to the wiring pattern 103.

半導体素子110としては、例えば、GaAs、Si、GaNまたはSiC系のトランジスタが挙げられる。   Examples of the semiconductor element 110 include a GaAs, Si, GaN, or SiC transistor.

半導体素子110の載置部106への固定に用いられる接合材としては、例えば、樹脂含有成形体102と金属板101との固定に用いられる接合材と同様のものを用いることができる。   As the bonding material used for fixing the semiconductor element 110 to the mounting portion 106, for example, the same bonding material used for fixing the resin-containing molded body 102 and the metal plate 101 can be used.

本実施形態の半導体装置では、実施形態1の半導体装置用パッケージを用いているので、金属板の反りが抑制され、半導体素子にかかる応力が低減され、放熱性が優れ、信頼性が高い。   In the semiconductor device of this embodiment, since the package for a semiconductor device of Embodiment 1 is used, warpage of the metal plate is suppressed, stress applied to the semiconductor element is reduced, heat dissipation is excellent, and reliability is high.

また、本実施形態の半導体装置では、実施形態1の半導体装置用パッケージを用いているので、従来の半導体装置と比較して大幅にコストを低減することも可能となる。   In addition, since the semiconductor device package according to the first embodiment is used in the semiconductor device according to the present embodiment, the cost can be significantly reduced as compared with the conventional semiconductor device.

(実施形態3)
図4は、本発明の半導体装置の他の例を示した分解斜視図である。図4に示した半導体装置では、図1に示した半導体装置用パッケージを用いている。図4において、図1に示した半導体装置用パッケージと同じ構成部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 4 is an exploded perspective view showing another example of the semiconductor device of the present invention. The semiconductor device shown in FIG. 4 uses the semiconductor device package shown in FIG. 4, the same components as those in the semiconductor device package shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

本実施形態の半導体装置は、載置部109に配置され整合回路を含む回路基板112をさらに備えたこと以外は実施形態2の半導体装置と同様の構造をしており、同様の効果を有している。回路基板112は、例えば、半導体素子110と配線パターン103を構成する配線との間に配置され、半導体素子110と回路基板112、回路基板112と配線パターン103とが其々、ボンディングワイヤ11により電気接続されている。回路基板112は、例えば、セラミック等からなる絶縁性基板の一方の主面に金属パターンが形成された構造をしており、比誘電率εrは、例えば、5以上である。回路基板112は、金属板201と向かい合う側の面に金属パターンを備えていてもよい。 The semiconductor device of this embodiment has the same structure as that of the semiconductor device of Embodiment 2 except that it further includes a circuit board 112 that is disposed on the mounting portion 109 and includes a matching circuit. ing. For example, the circuit board 112 is disposed between the semiconductor element 110 and the wiring constituting the wiring pattern 103, and the semiconductor element 110 and the circuit board 112, and the circuit board 112 and the wiring pattern 103 are electrically connected by the bonding wires 11. It is connected. The circuit board 112 has a structure in which a metal pattern is formed on one main surface of an insulating substrate made of ceramic or the like, and the relative dielectric constant ε r is, for example, 5 or more. The circuit board 112 may include a metal pattern on the surface facing the metal plate 201.

回路基板112の金属板101への固定に用いられる接合材について、特に制限はないが、例えば、樹脂含有成形体102と金属板101との固定に用いられる接合材と同様のものを用いることができる。回路基板112が金属板101側の面にも金属パターンを備えている場合には、上記接合材には、金−錫合金、ハンダ、導電性ペーストを用いると好ましい。回路基板112を金属板101に接地することができるからである。   The bonding material used for fixing the circuit board 112 to the metal plate 101 is not particularly limited. For example, the same bonding material used for fixing the resin-containing molded body 102 and the metal plate 101 may be used. it can. When the circuit board 112 is also provided with a metal pattern on the surface on the metal plate 101 side, it is preferable to use gold-tin alloy, solder, or conductive paste as the bonding material. This is because the circuit board 112 can be grounded to the metal plate 101.

本実施形態の半導体装置では、整合回路を含む回路基板112を備えているので、例えば、実施形態2の半導体装置よりも、高周波特性が向上している。   Since the semiconductor device according to the present embodiment includes the circuit board 112 including the matching circuit, for example, the high frequency characteristics are improved as compared with the semiconductor device according to the second embodiment.

(実施形態4)
図5は、本発明の半導体装置の他の例を示した分解斜視図であり、図6は、図5に示した半導体装置の断面図である。
(Embodiment 4)
5 is an exploded perspective view showing another example of the semiconductor device of the present invention, and FIG. 6 is a cross-sectional view of the semiconductor device shown in FIG.

図5に示すように、本実施形態の半導体装置では、一方の主面に半導体素子210が固定される載置部206を含む金属板201と、載置部206に固定された半導体素子210と、金属板201の一方の主面に固定された樹脂含有成形体202と、樹脂含有成形体202の金属板101側の面の反対面に設けられた配線パターン203とを含んでいる。樹脂含有成形体202は、載置部206に対応する位置に厚み方向に貫通する開口部209を有している。配線パターン203には信号の入出力を行うためのリード端子204が電気接続されている。半導体素子210は、例えば、開口部209内に収まっており、ボンディングワイヤ211を介して配線パターン203と電気接続されている。半導体素子210およびボンディングワイヤ211は、封止樹脂部214によって樹脂封止されている。   As shown in FIG. 5, in the semiconductor device of the present embodiment, the metal plate 201 including the mounting portion 206 to which the semiconductor element 210 is fixed on one main surface, the semiconductor element 210 fixed to the mounting portion 206, and The resin-containing molded body 202 fixed to one main surface of the metal plate 201 and the wiring pattern 203 provided on the opposite surface of the surface of the resin-containing molded body 202 on the metal plate 101 side are included. The resin-containing molded body 202 has an opening 209 that penetrates in the thickness direction at a position corresponding to the placement portion 206. A lead terminal 204 for inputting / outputting signals is electrically connected to the wiring pattern 203. For example, the semiconductor element 210 is accommodated in the opening 209 and is electrically connected to the wiring pattern 203 via the bonding wire 211. The semiconductor element 210 and the bonding wire 211 are resin-sealed by a sealing resin portion 214.

本実施形態の半導体装置は、金属蓋207を備えていると好ましい。金属蓋207は、封止樹脂部214側から樹脂含有成形体202を覆うように金属板201の一方の主面に固定され、金属板201に電気接続されている。そのため、半導体素子210に対する不要な発振が抑制されて半導体素子210の動作が安定化されると伴に、電磁波の不用輻射が抑制される。   The semiconductor device of the present embodiment is preferably provided with a metal lid 207. The metal lid 207 is fixed to one main surface of the metal plate 201 so as to cover the resin-containing molded body 202 from the sealing resin portion 214 side, and is electrically connected to the metal plate 201. Therefore, unnecessary oscillation with respect to the semiconductor element 210 is suppressed and the operation of the semiconductor element 210 is stabilized, and unnecessary radiation of electromagnetic waves is suppressed.

上記、金属板201、樹脂含有成形体202、配線パターン203、リード端子204、および金属蓋207の材料は、其々、実施形態1の半導体装置用パッケージと同様のものを用いることができる。また、金属蓋207は、実施形態1の半導体装置用パッケージの金属蓋と同様の構造をしている。樹脂含有成形体202と配線パターン203とを含む構造体213は、例えば、プリント基板である。半導体素子210およびボンディングワイヤ211は、其々、実施形態2の半導体装置と同様のものを用いることができる。   As the materials for the metal plate 201, the resin-containing molded body 202, the wiring pattern 203, the lead terminal 204, and the metal lid 207, the same materials as those for the semiconductor device package of the first embodiment can be used. The metal lid 207 has the same structure as the metal lid of the semiconductor device package of the first embodiment. The structure 213 including the resin-containing molded body 202 and the wiring pattern 203 is, for example, a printed board. As the semiconductor element 210 and the bonding wire 211, the same semiconductor device as that of the second embodiment can be used.

樹脂含有成形体202の金属板201への固定に用いられる接合材についても、実施形態2の半導体装置と同様のものを用いることができる。   As the bonding material used for fixing the resin-containing molded body 202 to the metal plate 201, the same material as that of the semiconductor device of the second embodiment can be used.

封止樹脂部214に含まれる樹脂としては、特に制限はないが、例えば、熱硬化性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂のなかでも、耐クラック性等の特性が優れたエポキシ樹脂が好ましい。封止樹脂部214は、例えば、低粘度または液状の樹脂を滴下しまたは注入するポッティング等により形成できる。   The resin contained in the sealing resin portion 214 is not particularly limited, and for example, a thermosetting resin can be used. Among thermosetting resins, epoxy resins having excellent properties such as crack resistance are preferred. The sealing resin portion 214 can be formed by, for example, potting for dropping or injecting a low-viscosity or liquid resin.

本実施形態の半導体装置では、樹脂含有成形体202を用いているので、金属板201と樹脂含有成形体202との接合に、銀ろう等よりも融点の低い接合材を用いることができる。さらに、封止樹脂部214によって半導体素子210を封止しているので、載置部206に半導体素子210を固定した後に、従来、接合材として用いられていた、融点が約280と高い金−錫合金を用いなくても、半導体素子210を湿気から保護することができる。そのため、半導体素子を載置部に固定する前後において、熱によって金属板に加わる応力が小さくなり、金属板の反りが抑制される。したがって、本実施形態の半導体装置では、半導体素子にかかる応力が低減され、放熱性が優れ、信頼性が高い。   In the semiconductor device of this embodiment, since the resin-containing molded body 202 is used, a bonding material having a melting point lower than that of silver brazing or the like can be used for bonding the metal plate 201 and the resin-containing molded body 202. Furthermore, since the semiconductor element 210 is sealed by the sealing resin portion 214, after the semiconductor element 210 is fixed to the mounting portion 206, a gold-melting point having a high melting point of about 280, which has been conventionally used as a bonding material. Even without using a tin alloy, the semiconductor element 210 can be protected from moisture. Therefore, before and after fixing the semiconductor element to the mounting portion, the stress applied to the metal plate by heat is reduced, and the warpage of the metal plate is suppressed. Therefore, in the semiconductor device of this embodiment, the stress applied to the semiconductor element is reduced, heat dissipation is excellent, and reliability is high.

尚、図5および図6に示した半導体装置では、上記封止樹脂部214は、半導体素子210のみならずボンディングワイヤ211をも封止しており、開口部209内には封止樹脂部214の樹脂が充填されて、開口部209が塞がれているがこれに制限されない。少なくとも半導体素子210が封止樹脂部214により封止されていれば、例えば、ボンディングワイヤ211の一部は封止樹脂部214から突き出ていてもよいし、開口部209は封止樹脂部214の樹脂によって塞がれていなくてもよい。   In the semiconductor device shown in FIGS. 5 and 6, the sealing resin portion 214 seals not only the semiconductor element 210 but also the bonding wire 211, and the sealing resin portion 214 is formed in the opening 209. However, the present invention is not limited to this. As long as at least the semiconductor element 210 is sealed by the sealing resin portion 214, for example, a part of the bonding wire 211 may protrude from the sealing resin portion 214, and the opening 209 may be formed in the sealing resin portion 214. It may not be blocked by resin.

(実施形態5)
図7は、本発明の半導体装置の他の例を示した分解斜視図である。図7に示した半導体装置は、載置部209に配置され整合回路を含む回路基板212をさらに備えたこと以外は実施形態4の半導体装置と同様の構造をしており、同様の効果を有している。図7において、図5および図6に示した半導体装置用と同じ構成部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。
(Embodiment 5)
FIG. 7 is an exploded perspective view showing another example of the semiconductor device of the present invention. The semiconductor device shown in FIG. 7 has the same structure as that of the semiconductor device of Embodiment 4 except that it further includes a circuit board 212 that is arranged on the mounting portion 209 and includes a matching circuit. is doing. In FIG. 7, the same components as those for the semiconductor device shown in FIGS. 5 and 6 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

回路基板212は、例えば、半導体素子210と配線パターン203を構成する配線との間に配置され、半導体素子210と回路基板212、回路基板212と配線パターン203とが其々、ボンディングワイヤ211により電気接続されている。   For example, the circuit board 212 is disposed between the semiconductor element 210 and the wiring constituting the wiring pattern 203, and the semiconductor element 210 and the circuit board 212, and the circuit board 212 and the wiring pattern 203 are electrically connected by bonding wires 211. It is connected.

回路基板212としては、実施形態3の半導体装置に用いられる回路基板と同様のものであり、回路基板112の金属板101への固定に用いられる接合材についても、実施形態3の半導体装置の場合と同様の材料を用いることができる。   The circuit board 212 is the same as the circuit board used in the semiconductor device of the third embodiment, and the bonding material used for fixing the circuit board 112 to the metal plate 101 is also the case of the semiconductor device of the third embodiment. The same material can be used.

本実施形態の半導体装置では、整合回路を含む回路基板212を備えているので、例えば、実施形態4の半導体装置よりも、高周波特性が向上している。   Since the semiconductor device of the present embodiment includes the circuit board 212 including the matching circuit, for example, the high frequency characteristics are improved as compared with the semiconductor device of the fourth embodiment.

本発明は、金属板の反りが抑制された半導体装置用パッケージを提供でき、半導体素子にかかる応力が低減され、放熱性が優れ、信頼性の高い半導体装置を提供できるので、本発明の半導体装置用パッケージおよび半導体装置は有用である。   The present invention can provide a semiconductor device package in which warpage of a metal plate is suppressed, stress applied to a semiconductor element can be reduced, and a semiconductor device having excellent heat dissipation and high reliability can be provided. Packages and semiconductor devices are useful.

本発明の半導体装置用パッケージの一例を示す分解斜視図The disassembled perspective view which shows an example of the package for semiconductor devices of this invention 図1に示した半導体装置用パッケージの断面図Sectional view of the semiconductor device package shown in FIG. 本発明の半導体装置の一例を示す分解斜視図The disassembled perspective view which shows an example of the semiconductor device of this invention 本発明の半導体装置の他の例を示す分解斜視図The disassembled perspective view which shows the other example of the semiconductor device of this invention 本発明の半導体装置の他の例を示す分解斜視図The disassembled perspective view which shows the other example of the semiconductor device of this invention 図5に示した半導体装置の断面図Sectional view of the semiconductor device shown in FIG. 本発明の半導体装置の他の例を示す分解斜視図The disassembled perspective view which shows the other example of the semiconductor device of this invention 従来の半導体装置の一例を示す分解斜視図An exploded perspective view showing an example of a conventional semiconductor device

符号の説明Explanation of symbols

101,201 金属板
102,202 樹脂含有成形体
103,203 配線パターン
104,204 リード端子
105 樹脂含有蓋
106,206 載置部
107,207 金属蓋
108 略凹部
109,209 開口部
110,210 半導体素子
111,211 ボンディングワイヤ
112,212 整合回路を含む回路基板
214 封止樹脂部
101, 201 Metal plate 102, 202 Resin-containing molded body 103, 203 Wiring pattern 104, 204 Lead terminal 105 Resin-containing lid 106, 206 Placement portion 107, 207 Metal lid 108 Substantially concave portion 109, 209 Opening portion 110, 210 Semiconductor element 111, 211 Bonding wire 112, 212 Circuit board including matching circuit 214 Sealing resin part

Claims (14)

一方の主面に半導体素子が固定される載置部を含む金属板と、
前記金属板の前記一方の主面に固定され、前記載置部に対応する位置に厚み方向に貫通する開口部を有する樹脂含有成形体と、
前記樹脂含有成形体の前記金属板側の面の反対面に設けられた配線パターンと、
前記配線パターンに電気接続されたリード端子と、
前記開口部を覆うように前記樹脂含有成形体に接合された樹脂含有蓋とを含むことを特徴とする半導体装置用パッケージ。
A metal plate including a mounting portion on which a semiconductor element is fixed on one main surface;
A resin-containing molded body that is fixed to the one main surface of the metal plate and has an opening that penetrates in the thickness direction at a position corresponding to the placement portion;
A wiring pattern provided on a surface opposite to the surface of the metal-containing side of the resin-containing molded body;
A lead terminal electrically connected to the wiring pattern;
A package for a semiconductor device, comprising: a resin-containing lid joined to the resin-containing molded body so as to cover the opening.
金属蓋をさらに含み、前記金属蓋は、前記樹脂含有成形体を覆うように前記金属板に固定され、前記金属板に電気接続された請求項1に記載の半導体装置用パッケージ。   The package for a semiconductor device according to claim 1, further comprising a metal lid, wherein the metal lid is fixed to the metal plate so as to cover the resin-containing molded body and is electrically connected to the metal plate. 前記金属板と前記樹脂含有成形体とが、金−錫合金、ハンダ、金属粉末が樹脂に分散された導電性ペースト、またはエポキシ樹脂系接着剤を介して接合された請求項1または2に記載の半導体装置用パッケージ。   The said metal plate and the said resin containing molded object were joined through the electrically conductive paste or the epoxy resin adhesive which the gold- tin alloy, the solder, and the metal powder were disperse | distributed to resin. Package for semiconductor devices. 前記金属板は、銅または銅合金を含む請求項1〜3のいずれかの項に記載の半導体装置用パッケージ。   The package for a semiconductor device according to claim 1, wherein the metal plate includes copper or a copper alloy. 前記樹脂含有成形体は、エポキシ樹脂を含む請求項1〜4のいずれかの項に記載の半導体装置用パッケージ。   The package for a semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, wherein the resin-containing molded body includes an epoxy resin. 前記樹脂含有成形体と前記配線パターンとを含む構造体は、プリント基板である請求項1〜5のいずれかの項に記載の半導体装置用パッケージ。   The package for a semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, wherein the structure including the resin-containing molded body and the wiring pattern is a printed circuit board. 前記リード端子は、CuまたはFe−Ni−Co合金からなる請求項1〜6のいずれかの項に記載の半導体装置用パッケージ。   The package for a semiconductor device according to claim 1, wherein the lead terminal is made of Cu or an Fe—Ni—Co alloy. 前記樹脂含有蓋は、エポキシ樹脂またはシリコン樹脂を含む請求項1〜7のいずれかの項に記載の半導体装置用パッケージ。   The package for a semiconductor device according to claim 1, wherein the resin-containing lid includes an epoxy resin or a silicon resin. 請求項1に記載の半導体装置用パッケージの前記載置部に半導体素子が固定され、前記半導体素子と前記配線パターンとがボンディングワイヤを介して電気接続されていることを特徴とする半導体装置。   A semiconductor device, wherein a semiconductor element is fixed to the mounting portion of the package for a semiconductor device according to claim 1, and the semiconductor element and the wiring pattern are electrically connected via a bonding wire. 前記載置部に配置され、整合回路を備えた回路基板をさらに含み、
前記半導体素子と前記回路基板、前記回路基板と前記配線パターンとが其々、前記ボンディングワイヤを介して電気接続された請求項9に記載の半導体装置。
The circuit board further includes a circuit board that is disposed in the mounting portion and includes a matching circuit,
The semiconductor device according to claim 9, wherein the semiconductor element and the circuit board, and the circuit board and the wiring pattern are electrically connected via the bonding wires, respectively.
前記半導体素子は、GaAs、Si、GaNまたはSiC系のトランジスタである請求項9または10に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 9, wherein the semiconductor element is a GaAs, Si, GaN, or SiC transistor. 一方の主面に半導体素子が固定される載置部を含む金属板と、
前記金属板の前記一方の主面に固定され、前記載置部に対応する位置に厚み方向に貫通する開口部を有する樹脂含有成形体と、
前記載置部に固定された半導体素子と、
前記樹脂含有成形体の前記金属板側の面の反対面に設けられた配線パターンと、
前記配線パターンに電気接続されたリード端子と、
前記半導体素子と前記配線パターンとを電気接続するボンディングワイヤと、
少なくとも前記半導体素子を封止する封止樹脂部とを含むことを特徴とする半導体装置。
A metal plate including a mounting portion on which a semiconductor element is fixed on one main surface;
A resin-containing molded body that is fixed to the one main surface of the metal plate and has an opening that penetrates in the thickness direction at a position corresponding to the placement portion;
A semiconductor element fixed to the mounting portion;
A wiring pattern provided on a surface opposite to the surface of the metal-containing side of the resin-containing molded body;
A lead terminal electrically connected to the wiring pattern;
A bonding wire for electrically connecting the semiconductor element and the wiring pattern;
A semiconductor device comprising at least a sealing resin portion for sealing the semiconductor element.
前記ボンディングワイヤが、前記樹脂封止部に封止されている請求項12に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 12, wherein the bonding wire is sealed in the resin sealing portion. 金属蓋をさらに含み、前記金属蓋は、前記樹脂含有成形体を覆うように前記金属板に固定され、前記金属板に電気接続された請求項12または13に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 12, further comprising a metal lid, wherein the metal lid is fixed to the metal plate so as to cover the resin-containing molded body and is electrically connected to the metal plate.
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