JP2006196665A - 中空パッケージ及びその製造方法、並びに半導体パッケージ及びその製造方法 - Google Patents

中空パッケージ及びその製造方法、並びに半導体パッケージ及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 放熱性の向上を図ることができる中空パッケージを提供する。
【解決手段】 金めっきが施された放熱板と、放熱板に搭載された半導体素子とボンディングワイヤーによって電気的に接続される外部端子とを備え、放熱板の半導体素子搭載面及び半導体素子非搭載面が露出する様に放熱板及び外部端子が封止樹脂によって封止された中空パッケージであって、放熱板の半導体素子搭載面の所定領域に凹部が形成されると共に、この凹部に封止樹脂が充填されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は中空パッケージ及びその製造方法、並びに半導体パッケージ及びその製造方法に関する。詳しくは、放熱板の裏面を中空パッケージから露出させることによって、放熱性の向上を図ろうとした中空パッケージ及びその製造方法、並びにこうした中空パッケージを用いた半導体パッケージ及びその製造方法に係るものである。
従来、半導体素子は、中空パッケージと呼ばれる所用形状の収容容器に内装されて構成される半導体パッケージの形態で取り扱われており、中空パッケージは、図４で示す様に、成形後に半導体素子搭載のための中空部分１０１を確保する様に加工されたモールド成型金型の間に、予め所定のパターンがエッチングまたはプレス等の手法により形成された４２アロイ等の金属からなるリードフレーム１０２を挟み、熱硬化型エポキシ樹脂等からなるモールド樹脂１０３を金型内へ射出することにより成型される。
その後、半導体素子１０４が中空パッケージの中空部分の底部のモールド樹脂に直接銀ペースト等によりダイボンドされ、半導体素子上のアルミニウム電極１０５とインナーリード１０６との間に金細線１０７をワイヤーボンディングすることにより相互の電気的導通を確保した上で、中空パッケージの開口部を塞ぐ様にして、ガラス等の平板透光性材料からなるリッド１０８を熱硬化型エポキシ樹脂等からなる接着剤を介して取り付けることにより半導体パッケージを得ることができる。
ところで、従来広く使われていたサーディップパッケージの場合、パッケージの材質であるセラミックの熱伝導率が約１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高く、半導体素子の動作時の発熱のほとんどはパッケージの裏面のベースフレームを通じて大気中に放熱できるので、パッケージの放熱性が問題とされることはほとんど無かった。
しかし、近年、パッケージの低コスト化、高精度化及び軽量化の要求からサーディップパッケージの代わりに中空パッケージが各種電子機器に広く用いられるようになってきており、中空パッケージの場合、パッケージの材質であるモールド樹脂の熱伝導率が約０．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）とセラミックのそれの約１／２０程度であるため、半導体素子の動作時の発熱を充分に大気中に放熱することができず、パッケージの放熱性の向上が求められている。
この様な要求に応じて、図５（ａ）で示す様に、半導体素子１０４が搭載される半導体素子ボンディング部１０９の真下から垂下するリード部材１１０が形成され、このリード部材が放熱板１１１と接続された半導体パッケージや（例えば、特許文献１参照。）、図５（ｂ）で示す様に、リードフレーム１１２のアイランド領域１１３に半導体素子１０４を搭載し、半導体素子からの発熱をアイランド及びモールド樹脂１０３を介して外部に放熱する様に構成された半導体パッケージが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平４−７９２５６号公報 特開２００１−７７２７７号公報
しかしながら、より一層の放熱性の向上が求められており、更なる放熱性の向上を図ることができる半導体パッケージが求められている。
本発明は以上の点に鑑みて創案されたものであって、放熱性の向上を図ることができる中空パッケージ及びその製造方法、並びにこうした中空パッケージを用いた半導体パッケージ及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
上記の目的を達成するために、本発明に係る中空パッケージでは、表面に金属層が形成された半導体素子を搭載する放熱板と、該放熱板に搭載される半導体素子とボンディングワイヤーによって電気的に接続される外部端子とを備え、前記放熱板の半導体素子搭載面と、該半導体素子搭載面と対向する面が露出する様に前記放熱板及び前記外部端子が封止樹脂によって封止された中空パッケージであって、前記放熱板の半導体素子搭載面の所定領域に凹部が形成されると共に、該凹部に前記封止樹脂が充填されている。
ここで、放熱板の半導体素子搭載面と、半導体素子搭載面と対向する面（以下、「半導体素子非搭載面」と言う。）が露出する様に放熱板及び外部端子が封止樹脂によって封止されることによって、即ち、放熱板と半導体素子が両者の間に封止樹脂を介さずに接すると共に、放熱板を半導体パッケージの裏面から露出することによって、放熱板から外部に効率的に熱を逃がすことができる。
また、放熱板の半導体素子搭載面の所定領域に凹部が形成されたことによって、半導体素子が放熱板から剥離することを抑制することができると共に、放熱板と封止樹脂との界面に剥離が生じることをも抑制することができる。
以下、この点について詳細に説明する。
（１）半導体素子搭載面に凹部を形成しない場合
中空パッケージに内装される半導体素子とボンディングワイヤーによって電気的に接続される外部端子表面には、ワイヤーボンディング接続による接続性を向上させるために、一般的に金めっき等の金属層が形成されている。ここで、金めっきは中空パッケージを形成した後に、即ち、放熱板及び外部端子を封止樹脂によって封止した後に行われるために外部端子のみならず放熱板にも金めっきが施されることとなる。そして、一般的に金めっきとダイボンド材とは接着強度が弱い。
従って、図６（ａ）で示す様に、半導体素子搭載面５に凹部を形成しない場合、即ち、半導体素子を搭載するために塗布するダイボンド材が金めっきが施された放熱板２のみと接している場合には、放熱板とダイボンド材との接着強度が弱いために半導体素子が放熱板から剥離する可能性がある。
なお、放熱板にマスキング等を施すことによって、外部端子のみに金めっきを行なうことも考えられるが、マスキング処理等を行うための工数が増加してしまい、歩留りの低下を招くためにかかる方法は必ずしも適当であるとは言い難い。
（２）半導体素子搭載面の全面に凹部を形成する場合
また、図６（ｂ）で示す様に、半導体素子搭載面の全面に凹部を形成する場合（より正確には、半導体素子搭載面のうち、半導体素子を搭載する領域の全面に凹部を形成する場合）には、凹部に充填された封止樹脂とダイボンド材が接することとなるために半導体素子が放熱板から剥離することは無い。
しかしながら、凹部の形成領域を広げると、凹部に充填された封止樹脂がワイヤーボンディング作業時等の熱に影響されて放熱板と封止樹脂との界面で剥離を生じる恐れがある。また、半導体素子搭載面の全面に凹部を形成した場合には、そもそも半導体素子が放熱板と封止樹脂を介してのみ接することとなり、放熱性にも悪影響を及ぼしかねない。
（３）半導体素子搭載面の所定領域に凹部を形成する場合
これに対して、図６（ｃ）で示す様に、半導体素子搭載面の所定領域に凹部を形成する場合、即ち、ダイボンド材が金めっきが施された放熱板と接しない領域（図６（ｃ）中符合Ａで示す領域）を形成すると共に、こうした領域を必要以上に拡大せずに熱影響が生じたとしても放熱板と封止樹脂との界面で剥離が生じない大きさに制御した場合には、上記した様に、半導体素子が放熱板から剥離することを抑制することができると共に、放熱板と封止樹脂との界面で生じる剥離をも抑制することができる。
また、上記の目的を達成するために、本発明に係る中空パッケージの製造方法では、所定領域に凹部が形成された放熱板及び外部端子を有するリードフレームを形成する工程と、前記凹部を充填すると共に、前記放熱板の半導体素子搭載面と、該半導体素子搭載面と対向する面が露出する様に前記リードフレームを封止樹脂によって封止する工程と、前記封止樹脂から露出した前記リードフレームに金属層を形成する工程と、前記リードフレームを切断する工程とを備える。
ここで、放熱板の半導体素子搭載面及び半導体素子非搭載面が露出する様にリードフレームを封止樹脂によって封止することによって、放熱板が外部に効率的に熱を逃がすことができる。また、放熱板に所定領域に凹部が形成されたことによって、半導体素子が放熱板から剥離することを抑制することができると共に、放熱板と封止樹脂との界面に剥離が生じることをも抑制することができる。
また、上記の目的を達成するために、本発明に係る半導体パッケージは、表面に金属層が形成された半導体素子を搭載する放熱板と、外部端子とを備え、前記放熱板の半導体素子搭載面と、該半導体素子搭載面と対向する面が露出する様に前記放熱板及び前記外部端子が封止樹脂によって封止された中空パッケージと、前記放熱板に搭載されると共に、前記外部端子とボンディングワイヤーによって接続された半導体素子と、前記中空パッケージの開口部を閉塞する封止体とを備える半導体パッケージであって、前記放熱板の半導体素子搭載面の所定領域に凹部が形成されると共に、該凹部に前記封止樹脂が充填されている。
ここで、放熱板の半導体素子搭載面及び半導体素子非搭載面が露出する様に放熱板及び外部端子が封止樹脂によって封止されることによって、放熱板から外部に効率的に熱を逃がすことができる。また、放熱板の半導体素子搭載面の所定領域に凹部が形成されたことによって、半導体素子が放熱板から剥離することを抑制することができると共に、放熱板と封止樹脂との界面に剥離が生じることをも抑制することができる。
また、上記の目的を達成するために、本発明に係る半導体パッケージの製造方法は、所定領域に凹部が形成された放熱板及び外部端子を有するリードフレームを形成する工程と、前記凹部を充填すると共に、前記放熱板の半導体素子搭載面と、該半導体素子搭載面と対向する面が露出する様に前記リードフレームを封止樹脂によって封止する工程と、前記封止樹脂から露出した前記リードフレームに金属層を形成する工程と、前記放熱板に半導体素子を搭載すると共に、該半導体素子と前記外部端子とをボンディングワイヤーによって接続する工程と、前記リードフレーム及び前記封止樹脂によって形成される中空パッケージの開口部を閉塞する工程と、前記リードフレームを切断する工程とを備える。
ここで、放熱板の半導体素子搭載面及び半導体素子非搭載面が露出する様にリードフレームを封止樹脂によって封止することによって、放熱板が外部に効率的に熱を逃がすことができる。また、放熱板に所定領域に凹部が形成されたことによって、半導体素子が放熱板から剥離することを抑制することができると共に、放熱板と封止樹脂との界面に剥離が生じることをも抑制することができる。
上記した本発明を適用した中空パッケージ及び半導体パッケージでは、放熱性の向上を図ることができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
図１は本発明を適用した中空パッケージの一例を説明するための模式的な斜視図であり、ここで示す中空パッケージ１は、半導体素子が搭載される放熱板２と、放熱板に搭載された半導体素子とボンディングワイヤーによって電気的に接続される外部端子３を備え、放熱板と外部端子は封止樹脂４によって封止されている。
放熱板の半導体素子搭載面５には凹部６が形成されており、この凹部にも封止樹脂が充填されている。また、放熱板の半導体素子非搭載面は中空パッケージの裏面から露出する様に封止樹脂によって封止されている。また放熱板には通気孔８が形成されている。更に、放熱板の半導体素子搭載面及び半導体素子非搭載面には金めっき（図示せず）が施されている。
外部端子は放熱板と同一平面に位置する様に配置されると共に、放熱板と同一厚さとなる様に形成されている。なお、外部端子の表裏面にも放熱板と同様に金めっき（図示せず）が施されている。
ここで、放熱板に通気孔が形成されているのは、中空パッケージの中空部を外部と連通することによって、半導体パッケージの破損対策や結露対策のためである。即ち、封止樹脂を介して中空部内へ水分が浸入することが考えられ、水分が浸入することによって、（１）高温時に中空部内の水分の気化に起因する半導体パッケージの破損等や、（２）中空部内への水分の浸入によるガラス面や受光素子面の結露の問題等が考えられる。
そして、これらの問題を解消すべく放熱板に通気孔が形成されているのであるが、これらの現象が問題視されない場合には、必ずしも通気孔を形成する必要は無い。
以下、上記した中空パッケージの製造方法について説明する。即ち、本発明を適用した中空パッケージの製造方法の一例について説明する。
本発明を適用した中空パッケージの製造方法では、先ず、汎用のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて４２アロイや銅合金等の金属板のエッチングを行い、図２（ａ）で示す様に、放熱板と外部端子を有すると共に、放熱板の半導体素子搭載面に凹部が形成されたリードフレーム９を形成する。なお、凹部は汎用のハーフエッチング技術を用いることによって形成する。
次に、成型後に半導体素子を搭載するための中空部分を確保する様に加工されたモールド成型金型（図示せず）間にリードフレームを挟み、熱硬化型エポキシ樹脂等からなる封止樹脂４を金型中へ射出することによって、図２（ｂ）で示す様に、底面壁１０と側面壁１１とを一体的に形成すると共に、半導体素子搭載面に形成した凹部に封止樹脂を充填する。続いて、リードフレームに対してめっき処理を行い、封止樹脂より露出した領域に金めっき（図示せず）を施すことによって中空パッケージの結合体１２を得ることができる。
その後、中空パッケージの結合体をダイシングテープ１３に貼り合わせ、図２（ｃ）で示す様にダイシングブレード１４で中空パッケージの結合体を個片化することによって、図１で示す様な中空パッケージを得ることができる。ここで、中空パッケージの結合体を個片化する際には、各々の外部端子が電気的に非接続の状態とする必要があるために、外部端子同士の接続部分を切断する必要がある。
なお、上記した本発明を適用した中空パッケージにおける放熱板の半導体素子搭載面に熱伝導性材料からなる接着剤（ダイボンド材）で半導体素子１６を接着し、半導体素子と外部端子をＡｕ細線１７でワイヤーボンディングを行なった後に、中空パッケージの開口部をガラス等の平板透光性材料からなるリッド１８で閉塞することによって、図３で示す様な本発明を適用した半導体パッケージを得ることができる。
また、個片化した中空パッケージに半導体素子を搭載する場合のみならず、中空パッケージの結合体の状態で半導体素子を搭載し、ワイヤーボンディングを行い、中空パッケージの開口部をリッドで閉塞して半導体パッケージの結合体を得た後に、半導体パッケージの結合体を個片化しても良い。
本発明を適用した中空パッケージを用いた半導体パッケージでは、放熱板の半導体素子非搭載面が半導体パッケージの裏面から露出することによって、半導体パッケージの放熱性の向上を図ることができる。
また、放熱板の半導体素子搭載面に凹部を形成し、凹部に封止樹脂が充填されることによって、半導体素子が放熱板から剥離することを抑制することができると共に、放熱板と封止樹脂との界面で剥離が生じることをも抑制することができる。
更に、放熱板と外部端子とが同一厚さを有し、一体成形することが可能であるために、封止樹脂を射出成型する場合において発生するバリを低減することができる。
また、放熱板が半導体パッケージを貫通して外部に露出しているために、放熱板に通気孔を形成することにより、容易に半導体パッケージの中空部と外部とを連通する通気孔を形成することが可能である。
また、放熱板の半導体素子非搭載面と外部端子の裏面とが同一平面に位置するため、半導体パッケージを実装基板に実装した際に、放熱板をも実装基板に接合することが可能であり、放熱板と実装基板とを接合することにより放熱板からの放熱性をより一層高めることができる。
本発明を適用した中空パッケージの一例を説明するための模式的な斜視図である。 本発明を適用した中空パッケージの製造方法の一例を説明するための模式的な斜視図である。 本発明を適用した半導体パッケージを説明するための模式的な斜視図である。 従来の中空パッケージを説明するための模式的な斜視図である。 従来の半導体パッケージを説明するための模式的な断面図である。 放熱板からの半導体素子の剥離及び放熱板と封止樹脂の界面に生じる剥離を説明するための模式的な断面図である。
符号の説明
１ 中空パッケージ
２ 放熱板
３ 外部端子
４ 封止樹脂
５ 半導体素子搭載面
６ 凹部
８ 通気孔
９ リードフレーム
１０ 底面壁
１１ 側面壁
１２ 中空パッケージの結合体
１３ ダイシングテープ
１４ ダイシングブレード
１６ 半導体素子
１７ Ａｕ細線
１８ リッド

Claims (8)

  1. 表面に金属層が形成された半導体素子を搭載する放熱板と、
    該放熱板に搭載される半導体素子とボンディングワイヤーによって電気的に接続される外部端子とを備え、
    前記放熱板の半導体素子搭載面と、該半導体素子搭載面と対向する面が露出する様に前記放熱板及び前記外部端子が封止樹脂によって封止された中空パッケージであって、
    前記放熱板の半導体素子搭載面の所定領域に凹部が形成されると共に、該凹部に前記封止樹脂が充填された
    中空パッケージ。
  2. 前記放熱板と前記外部端子は略同一平面に位置する
    請求項１に記載の中空パッケージ。
  3. 前記放熱板と前記外部端子は略同一厚さであり、前記放熱板及び前記外部端子は一体成型された
    請求項１に記載の中空パッケージ。
  4. 所定領域に凹部が形成された放熱板及び外部端子を有するリードフレームを形成する工程と、
    前記凹部を充填すると共に、前記放熱板の半導体素子搭載面と、該半導体素子搭載面と対向する面が露出する様に前記リードフレームを封止樹脂によって封止する工程と、
    前記封止樹脂から露出した前記リードフレームに金属層を形成する工程と、
    前記リードフレームを切断する工程とを備える
    ことを特徴とする中空パッケージの製造方法。
  5. 表面に金属層が形成された半導体素子を搭載する放熱板と、外部端子とを備え、前記放熱板の半導体素子搭載面と、該半導体素子搭載面と対向する面が露出する様に前記放熱板及び前記外部端子が封止樹脂によって封止された中空パッケージと、
    前記放熱板に搭載されると共に、前記外部端子とボンディングワイヤーによって接続された半導体素子と、
    前記中空パッケージの開口部を閉塞する封止体とを備える半導体パッケージであって、
    前記放熱板の半導体素子搭載面の所定領域に凹部が形成されると共に、該凹部に前記封止樹脂が充填された
    半導体パッケージ。
  6. 前記放熱板と前記外部端子は略同一平面に位置する
    請求項５に記載の半導体パッケージ。
  7. 前記放熱板と前記外部端子は略同一厚さであり、前記放熱板及び前記外部端子は一体成型された
    請求項５に記載の半導体パッケージ。
  8. 所定領域に凹部が形成された放熱板及び外部端子を有するリードフレームを形成する工程と、
    前記凹部を充填すると共に、前記放熱板の半導体素子搭載面と、該半導体素子搭載面と対向する面が露出する様に前記リードフレームを封止樹脂によって封止する工程と、
    前記封止樹脂から露出した前記リードフレームに金属層を形成する工程と、
    前記放熱板に半導体素子を搭載すると共に、該半導体素子と前記外部端子とをボンディングワイヤーによって接続する工程と、
    前記リードフレーム及び前記封止樹脂によって形成される中空パッケージの開口部を閉塞する工程と、
    前記リードフレームを切断する工程とを備える
    ことを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
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