JP2006269840A

JP2006269840A - 半導体装置およびそのための樹脂パッケージ

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Publication number: JP2006269840A
Application number: JP2005087380A
Authority: JP
Inventors: Tetsumasa Maruo; 哲正丸尾
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-03-25
Filing date: 2005-03-25
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2025-03-25
Also published as: JP4070775B2

Abstract

【課題】光学的半導体素子などの半導体素子および上蓋を高精度で搭載し、且つ従来に匹敵する強度および防湿性を備えた薄型の半導体装置を提供する。
【解決手段】凹状にモールドされ、その凹部８内の周縁部から外方にリード３などの配線が引き出された樹脂パッケージ２Ａと、樹脂パッケージ２Ａの凹部８内に搭載され凹部８内のリード３にワイヤボンディングされた半導体素子１と、樹脂パッケージ２Ａの凹部８の開口端を覆った上蓋５とを有した半導体装置において、樹脂パッケージ２Ａの凹部８内は、半導体素子１を搭載するダイアタッチ面６がリード３のボンディング面１１よりも高位置になるように形成する。このことにより、ダイアタッチ面６よりも下側の樹脂厚みを確保しながら、パッケージを薄型化することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置およびそのための樹脂パッケージに関し、特にその薄型化技術に関する。

デジタルカメラやカメラ付き携帯電話などには、イメージセンサなどの光学的半導体素子を用いた半導体装置が搭載されている。この種の半導体装置は特許文献１などにも示されるように中空パッケージを用いて構成されている。

図６（ａ）は従来の半導体装置、図６（ｂ）（ｃ）は同半導体装置のパッケージ部分の構成を示す。半導体装置は、半導体素子１を、封止金型を用いて凹状に成型した樹脂パッケージ２内に搭載し、樹脂パッケージ２の凹部８内の周縁部から外方に引き出されたリード３の内端にＡｕ線などの金属細線４によりボンディングし、樹脂パッケージ２の開口端にガラス板などの上蓋５を搭載しており、半導体素子１を樹脂パッケージ２と上蓋５とで形成される中空部に密封した構造である。
特開平６−１２５０１９公報

イメージセンサなどの光学的半導体素子を用いた半導体装置においては、外部の光学レンズ系と半導体素子との光軸合わせの観点から、半導体素子１および上蓋５を高精度で搭載する必要があり、そのために樹脂パッケージ２のダイアタッチ面６および蓋搭載面７を平坦にすることが最も重要である。しかし半導体装置を薄型化する目的で樹脂パッケージ２を薄型化しようとすると、樹脂厚みを薄くすることになって、樹脂強度が不十分になり、反りを生じ、ダイアタッチ面６や蓋搭載面７を平坦に形成することが困難になり、さらには樹脂パッケージ２の強度低下、防湿低下を招いてしまう。

本発明は上記問題を解決するもので、半導体素子および上蓋を高精度で搭載し、且つ従来に匹敵する強度および防湿性を備えた薄型の半導体装置を提供することを目的とするものである。またそのための樹脂パッケージを提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の半導体装置は、凹状にモールドされ、その凹部内の周縁部から外方に配線が引き出された樹脂パッケージと、前記樹脂パッケージの凹部内に搭載され凹部内の配線にワイヤボンディングされた半導体素子と、前記樹脂パッケージの凹部の開口端を覆った上蓋とを有した半導体装置において、前記樹脂パッケージの凹部内が、半導体素子を搭載するダイアタッチ面が前記配線のボンディング面よりも高位置になるように形成されたことを特徴とする。

また本発明の半導体装置は、凹状にモールドされ、その凹部内の周縁部から外方に配線が引き出された樹脂パッケージと、前記樹脂パッケージの凹部内に搭載され凹部内の配線にワイヤボンディングされた半導体素子と、前記樹脂パッケージの凹部の開口端を覆った上蓋とを有した半導体装置において、前記樹脂パッケージの凹部内が、半導体素子を搭載するダイアタッチ面と前記配線のボンディング面とが同一平面内に位置するように形成され、ダイアタッチ面とボンディング面との間に溝が形成されたことを特徴とする。

上記した各構成は、半導体素子が光学的半導体素子であるときに特に好都合である。
本発明の樹脂パッケージは、凹状にモールドされ、その凹部内の周縁部から外方に配線が引き出された樹脂パッケージであって、前記凹部内が、半導体素子を搭載するダイアタッチ面が前記配線のボンディング面よりも高位置になるように形成されていることを特徴とする。

また本発明の樹脂パッケージは、凹状にモールドされ、その凹部内の周縁部から外方に配線が引き出された樹脂パッケージであって、凹部内は、半導体素子を搭載するダイアタッチ面と前記配線のボンディング面とが同一平面内に位置するように形成され、ダイアタッチ面とボンディング面との間に溝が形成されていることを特徴とする。

本発明の半導体装置および樹脂パッケージは、ダイアタッチ面をボンディング面よりも高位置にするか、あるいはダイアタッチ面をボンディング面と同一高さにするようにしたことにより、ダイアタッチ面の領域で樹脂厚みを確保しながら、樹脂パッケージ全体を薄型化することが可能になった。つまり、ダイアタッチ面がボンディング面よりも低位にあった従来構造に比べて、ダイアタッチ面よりも下側の樹脂厚みとボンディング面よりも上側の樹脂厚み（樹脂高さ）は従来と同等にしながら、樹脂パッケージ全体を従来よりも薄型化することが可能になったのである。樹脂厚みが従来と同等であれば、ダイアタッチ面や蓋搭載面の平坦性、またパッケージ強度、パッケージ防湿性は従来と同等に確保できる。このようにダイアタッチ面や蓋搭載面の平坦性を保ったままパッケージ形状を薄型化できるので、本発明の半導体装置を用いて光学モージュールを構成するときも、鏡筒と接する部分のパッケージ形状を変更する必要がない。ダイボンド材料がボンディング面に干渉するのは溝によって防止できる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）は本発明の第１実施形態における半導体装置の断面図である。
この半導体装置は、凹状にモールドされ、その凹部８内の周縁部から外方へと複数のリード３が引き出された樹脂パッケージ２Ａと、前記樹脂パッケージ２Ａの凹部８内に搭載され凹部８内のリード３にＡｕ線などの金属細線４でワイヤボンディングされた光学的半導体素子１（以下、単に半導体素子１という）と、前記樹脂パッケージ２Ａの凹部８の開口端を覆ったガラス板などの透光性材料からなる上蓋５とを有していて、半導体素子１を樹脂パッケージ２Ａと上蓋５とで形成される中空部に密封した構造である。９はダイボンド材料、１０は上蓋５のための封着樹脂である。

この半導体装置が先に図６を用いて説明した従来のものと相違するのは、樹脂パッケージ２Ａの凹部８内が、半導体素子１を搭載するダイアタッチ面６がリード３のボンディング面１１よりも高位置となるように形成されている点である。

詳細には、樹脂パッケージ２Ａは、図１（ｂ）（ｃ）にそれぞれ断面図、上面図を示すように、基台１２の周縁部分に四角枠状の外枠部１３が立ち上がった形状である。基台１２はその１対の対辺の近傍を除いて一段高く形成されており、その上面がダイアタッチ面６である。外枠部１３はその端面が蓋搭載面７である。リード３は、基台１２の前記１対の対辺の近傍と面一をなすように樹脂パッケージ２Ａに一体にモールドされ、真っ直ぐに外方へ延びている。周知の如く、外枠部１３の内側に露出している部分はインナーリード、外枠部２ｂの外側に露出している部分はアウターリードと呼ばれており、インナーリードの上面がボンディング面１１である。

上記構成によれば、ダイアタッチ面６をボンディング面１１よりも高位置にしたことにより、凹状の樹脂パッケージ２Ａの底部の大部分を占めるダイアタッチ面６の領域で樹脂厚みを確保できる。つまり、ダイアタッチ面６をボンディング面１１よりも低くしていた従来構造に比べて、ダイアタッチ面６よりも下側の樹脂厚みとボンディング面１１よりも上側の樹脂厚み（樹脂高さ）を従来構造と同等寸法にしても、樹脂パッケージ２Ａ全体を薄型化することが可能になる。樹脂厚みが従来構造と同等であれば、ダイアタッチ面６や蓋搭載面７の平坦性、またパッケージ強度、パッケージ吸湿性は従来構造と同等となる。

具体例を挙げて説明する。ダイアタッチ面６に搭載する半導体素子１の厚みとボンディング高さとの寸法和は、公差を含めて０．５６ｍｍであるものとする。半導体素子１は、その表面から上蓋５まで（すなわち外枠部１３の蓋搭載面７まで）の距離の調整を要するものであれば、半導体素子１自体の厚みも考慮して選択される。

従来構造の樹脂パッケージ２において（図６参照）、パッケージ全体の厚みＬ１を２．０ｍｍ、ダイアタッチ面６よりも下側の樹脂厚みＬ２を０．７２ｍｍ、ダイアタッチ面６とボンディング面１１との段差Ｌ３を０．３３ｍｍとする。この場合、ボンディング面１１よりも下側の樹脂厚みＬ４は（０.７２＋０.３３＝１.０５）ｍｍ、ボンディング面１１よりも上側の樹脂厚みＬ５は（２.０−１.０５＝０．９５）ｍｍである。

この従来構造の樹脂パッケージ２を、パッケージ全体の厚みＬ１を１．３２ｍｍに薄型化すべく、上下金型によるパーティングラインを中心に、ボンディング面１１よりも下側および上側の樹脂厚みをそれぞれ０．３４ｍｍ薄くする。この場合、ボンディング面１１よりも下側の樹脂厚みＬ４は（１.０５−０.３４＝０.７１）ｍｍ、ボンディング面１１よりも上側の樹脂厚みＬ５は（０.９５−０.３４＝０.６１）ｍｍとなり、ダイアタッチ面６よりも下側の樹脂厚みＬ２は（０.７１−０.３３＝０．３８）ｍｍと、かなり薄くなる。

これに対し、本発明の樹脂パッケージ２Ａにおいて（図１参照）、薄型化後の従来構造の樹脂パッケージ２と同等の寸法Ｌ１、Ｌ４、Ｌ５にした場合、ダイアタッチ面６よりも下側の樹脂厚みＬ２は、ボンディング面１１よりダイアタッチ面６を段差Ｌ３で示すように０．３４ｍｍ高くすることで（０．３８＋０．３４＝０．７２）ｍｍとなり、薄型化前の従来構造の樹脂パッケージ２と同等の樹脂厚みを確保できる。

図２は、図１に示した樹脂パッケージ２Ａの製造方法を説明する工程断面図である。
図２（ａ）に示すように、封止金型１４（上型１４ａ・下型１４ｂ）に、リード３を櫛歯状に形成したリードフレーム１５をセットし、図２（ｂ）に示すように封止金型１４を閉じてリードフレーム１５をクランプする。図２（ｃ）に示すように、閉じた封止金型１４に形成されるキャビティ１６内にモールド樹脂１７を注入する。その際には、予めポット内にセットされたタブレット（モールド樹脂）にプランジャーによって高い圧力、高い温度をかけて圧送する。図２（ｄ）に示すようにキャビティ１６内へのモールド樹脂１７の注入が完了したら、その状態で硬化させる。

硬化終了後に、図２（ｅ）に示すように封止金型１４を開いてプリモールド体１８を取り出す。プリモールド体１８は、封止金型１４の内面形状に沿ったものとなり、ダイアタッチ面６がボンディング面１１よりも高く形成されるとともに、基台１２のダイアタッチ面６およびその背面、外枠部１３の蓋搭載面７が平坦に形成される。リードフレーム１５の不要部を切り落とすと、樹脂パッケージ２Ａの完成品が得られる。

図１に示した半導体装置は、プリモールド体１８に対して、ダイアタッチ面６にダイボンド材料９を使用して半導体素子１をダイボンドし、半導体素子１上のパッドとリード３のボンディング面１１とをＡｕ線などの金属細線４を用いるインナーリードボンドにより接続し、外枠部１３の蓋搭載面７に上蓋５を封着樹脂１０で接着することにより製造する。

適当な封止金型１４を用いることにより、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、樹脂パッケージ２Ｂに、ダイアタッチ面６とボンディング面１１とを同一平面内に位置するように形成し、ダイアタッチ面６とボンディング面１１との間に両者を仕切る方向の溝１９を形成してもよい。

この樹脂パッケージ２Ｂでも、図１に示した樹脂パッケージ２Ａと同様に、ダイアタッチ面６よりも下側の樹脂厚みを確保しながら、樹脂パッケージ２Ｂ全体を薄型化することが可能である。ダイアタッチ面６や上蓋搭載面７の平坦性、パッケージ強度、パッケージ吸湿性も確保できる。ダイアタッチ面６のダイボンド材料９がボンディング面１１に干渉すること、つまりダイボンド材９がボンディング面１１を汚染してボンダビリティを低下させることは、溝１９によって防止することができる。上述したパッケージ２Ａに同様に溝１９を形成するのも好ましい。

なお、図１，図３に示した樹脂パッケージ２Ａ，２Ｂはそれぞれ、ＤＩＰ(Dual In-Line Package)、ＳＯＰ(Small Outline Package)と呼ばれる、パッケージの隣り合わない二側面から配線が出ているタイプのものであるが、これらに限定されず、他のタイプの樹脂パッケージに上記したような凹部内構造を適用して半導体装置を構成しても同様の効果が得られる。

たとえば図４，図５に示した樹脂パッケージ２Ｃ，２Ｄはそれぞれ、ＱＦＮ(Quad Flat Non-Leaded Package)、ＳＯＮ(Small Outline Non-Leaded Package)と呼ばれる、４つあるいは２つの側面に電極パッド２０を備え、リードを持たないタイプのものであり、ダイアタッチ面６をボンディング面１１よりも高くする構造を適用している。

本発明に係る半導体装置は、薄型イメージセンサなどとして構成して、携帯電話、デジタルカメラなどに搭載し、その小型化、薄型化を図るのに有用である。

本発明の一実施形態における半導体装置とそのための樹脂パッケージの構成図図１の樹脂パッケージの製造方法を説明する工程断面図本発明の他の実施形態における半導体装置とそのための樹脂パッケージの構成図本発明のさらに他の実施形態における半導体装置とそのための樹脂パッケージの構成図本発明のさらに他の実施形態における半導体装置とそのための樹脂パッケージの構成図従来の半導体装置とそのための樹脂パッケージの構成図

符号の説明

１半導体素子
２樹脂パッケージ
３リード
４金属細線
５上蓋
６ダイアタッチ面
７蓋搭載面
８凹部
11 ボンディング面
19 溝

Claims

凹状にモールドされ、その凹部内の周縁部から外方に配線が引き出された樹脂パッケージと、前記樹脂パッケージの凹部内に搭載され凹部内の配線にワイヤボンディングされた半導体素子と、前記樹脂パッケージの凹部の開口端を覆った上蓋とを有した半導体装置において、前記樹脂パッケージの凹部内は、半導体素子を搭載するダイアタッチ面が前記配線のボンディング面よりも高位置になるように形成された半導体装置。
凹状にモールドされ、その凹部内の周縁部から外方に配線が引き出された樹脂パッケージと、前記樹脂パッケージの凹部内に搭載され凹部内の配線にワイヤボンディングされた半導体素子と、前記樹脂パッケージの凹部の開口端を覆った上蓋とを有した半導体装置において、前記樹脂パッケージの凹部内は、半導体素子を搭載するダイアタッチ面と前記配線のボンディング面とが同一平面内に位置するように形成され、ダイアタッチ面とボンディング面との間に溝が形成された半導体装置。
半導体素子が光学的半導体素子であり、上蓋が透光性材料で形成されている請求項１または請求項２のいずれかに記載の半導体装置。
凹状にモールドされ、その凹部内の周縁部から外方に配線が引き出された樹脂パッケージであって、前記凹部内は、半導体素子を搭載するダイアタッチ面が前記配線のボンディング面よりも高位置になるように形成された樹脂パッケージ。
凹状にモールドされ、その凹部内の周縁部から外方に配線が引き出された樹脂パッケージであって、前記凹部内は、半導体素子を搭載するダイアタッチ面と前記配線のボンディング面とが同一平面内に位置するように形成され、ダイアタッチ面とボンディング面との間に溝が形成された樹脂パッケージ。