JP2008060133A - 面実装タイプ樹脂製中空パッケージ及びそれを用いた半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実装時の熱応力によるパッケージの位置ずれ、及び実装ペーストの剥離や亀裂の発生を防止できる面実装タイプ樹脂製中空パッケージを提供すること。
【解決手段】半導体素子を収納するための中空部２を有する樹脂製のパッケージ本体１に、中空部２の底面２ａに装着される半導体素子とパッケージ本体１が実装される基板との電気的導通を実現するリード３がインサート成形されており、リード３は、中空部２に露出するインナーリード３ａとパッケージ本体１の底面１ａと同一面内で露出するアウターリード３ｂとを有し、アウターリード３ｂの露出面に、アウターリード３ｂ側から順に、銅皮膜５、ニッケル皮膜６及び金皮膜７が形成されている、面実装タイプ樹脂製中空パッケージ。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像素子等の半導体素子を収納するための面実装タイプ樹脂製中空パッケージ及びそれを用いた半導体装置に関する。

一般的に、固体撮像素子等の半導体素子は、樹脂製のパッケージに設けた中空部の底面に接着剤などにより固着され、その後、中空部内に露出したインナーリードと半導体素子電極間を金線等にて電気的に接続し、さらに、パッケージ上面部に接着剤を介し光透過性の透明ガラスなどの蓋体を設置することによって中空部を気密封止して使用される。

従来、パッケージのリード構造としては、ＤＩＰ（Dual Inline Package）が主流であったが、近年、パッケージの小型化、薄型化が要求され、ＳＯＰ（Small Online package）やＳＯＮ（Small Online Non Leaded Package）といった面実装タイプのリード構造が増えてきている。これは、単にパッケージの小型化、薄型化の要求だけではなく、半導体素子自体の耐熱性が向上したためでもある。

パッケージの基板への実装にあたって、従来のＤＩＰタイプにおいては、ソケットにパッケージのリードとなるピンを挿入し、それぞれのピンを人の手により半田付けし実装していたため、パッケージの位置精度も問題なく実装できていた。

しかし、ＳＯＰ、ＳＯＮといった表面実装タイプのリード構造においては、リフローにて実装することから、実装時、直接パッケージに熱が加わってパッケージが高温下に曝され、熱応力がパッケージに加わり、半田等の実装ペーストに剥離や亀裂が発生したり、熱応力による実装位置ずれなどを招き、安定した実装精度を確保できないことがある。撮像素子を搭載したパッケージでは、特に基板とパッケージの位置精度が重要であることから、基板との位置ずれは致命的な不具合となる。

一方、リードの基板実装面となるアウターリードには、通常、その表面に金皮膜とニッケル皮膜が電解もしくは無電解めっきによって形成されているが（例えば特許文献１参照）、この皮膜構造では、基板とアウターリードを半田などの実装ペーストにて接合した際、ニッケルが硬く柔軟性がないため、実装ペーストに剥離や亀裂が発生し、実装強度の低下あるいは接合不良が発生する虞がある。
特開平９−１６７８１０号公報

本発明が解決しようとする課題は、実装時の熱応力によるパッケージの位置ずれ、及び実装ペーストの剥離や亀裂の発生を防止できる面実装タイプ樹脂製中空パッケージとそれを用いた半導体装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明では、リードの基板実装面となるアウターリードの露出面に、銅皮膜、ニッケル皮膜及び金皮膜からなる皮膜構造を設けた。

すなわち、本発明の面実装タイプ樹脂製中空パッケージ（以下、単に「中空パッケージ」という。）は、半導体素子を収納するための中空部を有する樹脂製のパッケージ本体に、前記中空部の底面に装着される半導体素子とパッケージ本体が実装される基板との電気的導通を実現するリードがインサート成形されており、前記リードは、前記中空部に露出するインナーリードとパッケージ本体の底面と同一面内で露出するアウターリードとを有し、前記アウターリードの露出面に、アウターリード側から順に、銅皮膜、ニッケル皮膜及び金皮膜が形成されていることを特徴とするものである。

このように、アウターリードの露出面に、アウターリード側から順に、銅皮膜、ニッケル皮膜及び金皮膜を形成することで、実装時の熱応力によるパッケージの位置ずれ、及び実装ペーストの剥離や亀裂の発生を防止できる。上記の実装時の不具合に関し、上記特許文献１の金皮膜とニッケル皮膜の２層構造では実装時の熱応力を緩和できなかったが、本発明によれば、３層構造のうちの銅皮膜の柔らかい特性を生かすことで、前記の不具合を解消できる。各皮膜を前記の順に形成することにより、熱拡散による銅の拡散をニッケル皮膜で抑え、金皮膜表面への銅成分の拡散を抑えることができる。すなわち、本発明の皮膜構成とすることで、実装面となる金皮膜表面への銅の拡散が抑えられ、実装強度を低下させることなく、上記の実装時の不具合を解消できる。

本発明の中空パッケージを製造するには、あらかじめ樹脂成形金型内の所定の位置にリードをセットした後、射出成形あるいはトランスファー成形により、リードを一体成形する。この際、リードと一緒に金属製の放熱板を中空部下方にインサート成形して放熱性を向上させることもできる。

使用するリードとしては、例えば、リードをエッチング処置してインナーリードとアウターリードをフラットに形成したもの、あるいは、リードをエッチング処理又はスタンピング処理して残された形状の一端部と他端部の途中部を曲げ加工してインナーリードとアウターリードを形成したものを使用することができる。また、リードの材質としては、例えば銅、鉄、ステンレス、アルミニウム及びこれらの金属を含む合金からなる群から選ばれたもの、好ましくは、鉄合金、銅合金とする。

そして、リードの基板実装面となるアウターリードの露出面に、銅皮膜、ニッケル皮膜及び金皮膜を形成する。これらの各皮膜は、例えば電解又は無電解めっきによって形成することができる。具体的には、まずアウターリードの露出面に銅の電解又は無電解めっきを施す。銅皮膜の厚みは１μｍ以上であることが好ましく、５μｍ以上であることがより好ましい。銅皮膜の厚みが１μｍ未満では、その銅皮膜の特性である柔軟性を生かすことができずに、実装時の位置ずれ、および実装ペーストの剥離や亀裂を発生させてしまう虞がある。次に、銅めっき皮膜の上にニッケルの電解又は無電解めっきを施す。ニッケル皮膜は、金皮膜を被着させるための下地金属として作用する。ニッケル皮膜の厚みは１μｍ以上であることが好ましく、３μｍ以上であることがより好ましい。ニッケル皮膜の厚みが１μｍ未満では、銅皮膜の拡散を下地金属であるニッケル皮膜で防止できず、金皮膜表面に銅成分が拡散し、実装強度が低下する虞がある。

さらに、ニッケルめっき皮膜の上に金の電解又は無電解めっきを施す。金めっきの際には、先にストライク金を電解又は無電解めっきにて施し、後でボンディング金を電解又は無電解にて施すことが好ましい。金皮膜の厚みは０．０１μｍ以上であることが好ましく、０．３μｍ以上であることがより好ましい。金皮膜の厚みが０．０１μｍ未満では、実装の際、熱拡散によるニッケルとの共晶合金の生成が不十分となり、半田接合強度が低下する虞がある。各皮膜の厚みの上限は特に限定されないが、経済性等の理由から、銅皮膜の厚みは２０μｍ以下、ニッケル皮膜の厚みは５μｍ以下、金皮膜の厚みは０．５μｍ以下であることが好ましい。

なお、銅、ニッケル及び金の各皮膜は、それらの金属を含むインクをインクジェット印刷等の印刷技術によって印刷して形成することもできる。

アウターリードの露出面に各皮膜を形成した後、リードカットを施しパッケージを個片化することにより、本発明の中空パッケージが得られる。また、この中空パッケージの中空部底面に半導体素子を装着し、半導体素子とインナーリードを電気的に接続し、中空部を蓋体で封止することにより半導体装置が得られる。

本発明によれば、実装時の熱応力によるパッケージの位置ずれ、及び実装ペーストの剥離や亀裂が発生しない、実装精度に優れた中空パッケージを得ることができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の中空パッケージの一例を示す断面図である。

パッケージ本体１は樹脂からなり、半導体素子を装着するための中空部２を有する。そして、このパッケージ本体１に、中空部２の底面２ａに装着される半導体素子と外部との電気的導通を実現するリード３及び金属製の放熱板４がインサートされている。

図１の例で使用しているリード３は、その途中部を曲げ加工し、一端部をインナーリード３ａ、他端部をアウターリード３ｂとしたものである。インナーリード３ａは中空部２に露出しており、アウターリード３ｂはパッケージ本体１の底面１ａと同一面内で露出している。また、アウターリード３ｂの露出面には、アウターリード側から順に、銅皮膜５、ニッケル皮膜６及び金皮膜７が形成されている。

図２は、本発明の中空パッケージの他の例を示す断面図である。この例で使用しているリード３は、リード３をエッチング処置してインナーリード３ａとアウターリード３ｂをフラットに形成したものである。図１の例と同様に、インナーリード３ａは中空部２に露出しており、アウターリード３ｂはパッケージ本体１の底面１ａと同一面内で露出している。また、図示していないが、アウターリード３ｂの露出面には、アウターリード側から順に、銅皮膜、ニッケル皮膜及び金皮膜が形成されている。

図３は本発明の中空パッケージを用いた半導体装置を示す断面図である。中空パッケージとしては図１のタイプのものを用いている。この中空パッケージの中空部２の底面２ａに半導体素子８を接着剤などにより固着し、インナーリード３ａと半導体素子８を電気的接合材９により電気的に接続し、中空部２をガラスなどの蓋体１０で気密封止することにより、半導体装置が得られる。

次に、本発明の中空パッケージの製造方法の一例を説明する。

まず、樹脂成形金型内の所定の位置に、リード３及び放熱板４をセットし、その後、射出成形あるいはトランスファー成形によりリード３及び放熱板４をパッケージ本体１にインサート成形する。この際の成形する条件は使用する樹脂の種類等により異なる。一般的には、成形温度：１５０〜２００℃、成形圧力：１〜５０ＭＰａ、成形時間：１〜４０秒の条件、好ましくは成形温度：１６５〜１８５℃、成形圧力：５〜３０ＭＰａ、成形時間：３〜２０秒の条件で行う。前記の成形法により成形後、必要に応じ熱を加えて樹脂を硬化させてもよい。

得られた樹脂成形品においては、インナーリード３ａとアウターリード３ｂの表面に樹脂の薄膜層が付着しているため、この樹脂の薄膜層を取り除く。具体的には、電解により樹脂の薄膜層を浮かし除去する方法や、高圧水により樹脂の薄膜層を除去する方法やそれらの方法を併用して行う方法などにより、インナーリード３ａとアウターリード３ｂの表面に付着した樹脂の薄膜層を除去する。

その後、基板実装面となるアウターリード３ｂの露出面に、アウターリード３ｂ側から順に、銅皮膜５、ニッケル皮膜６及び金皮膜７を形成する。これらの皮膜の形成は、上述のとおり、電解又は無電解めっき、あるいはインクジェット印刷などによって行う。

最後に、アウターリード３ｂをカットし個片化することにより、本発明の中空パッケージが得られる。

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明の範囲は以下の実施例によって限定されるものではない。

実施例においては、図１に示すパッケージ構造において、アウターリードの露出面にそれぞれ以下に示す銅皮膜、ニッケル皮膜及び金皮膜をめっきにより形成した。また、比較例として、アウターリードの露出面に銅皮膜を形成していないものを作製した。

表１には、実施例と比較例における各皮膜の組み合わせを示す。

（１）銅皮膜厚さ
１−１：１μｍ
１−２：５μｍ
１−３：１０μｍ
（２）ニッケル皮膜厚さ
２−１：１μｍ
２−２：３μｍ
２−３：５μｍ
（３）金皮膜厚さ
３−１：０．０１μｍ
３−２：０．１μｍ
３−３：０．３μｍ

表１に示す実施例及び比較例の中空パッケージについて、実装時のパッケージの位置ずれ、実装ペーストの剥離や亀裂、ワイヤーボンド強度、及び実装強度を評価した。その結果を表２に示す。

ここで、実装時のパッケージの位置ずれ、及び実装ペーストの剥離や亀裂については、その発生の有無によって評価した。ワイヤーボンド強度は、ワイヤーボンドテスターによって評価した。実装強度はシェアーテスターによって評価した。

表２に示すように、本発明の実施例においては、実装時のパッケージの位置ずれ、及び実装ペーストの剥離や亀裂の発生は見られなかった。また、ワイヤーボンド強度及び実装強度も比較例に比べ優れており、健全な実装ができていた。

本発明の中空パッケージの一例を示す断面図である。 本発明の中空パッケージの他の例を示す断面図である。 本発明の中空パッケージを用いた半導体装置を示す断面図である。

符号の説明

１ パッケージ本体
１ａ パッケージ本体の底面
２ 中空部
２ａ 中空部の底面
３ リード
３ａ インナーリード
３ｂ アウターリード
４ 放熱板
５ 銅皮膜
６ ニッケル皮膜
７ 金皮膜
８ 半導体素子
９ 電気的接合材
１０ 蓋体

Claims (7)

1. 半導体素子を収納するための中空部を有する樹脂製のパッケージ本体に、前記中空部の底面に装着される半導体素子とパッケージ本体が実装される基板との電気的導通を実現するリードがインサート成形されており、
   前記リードは、前記中空部に露出するインナーリードとパッケージ本体の底面と同一面内で露出するアウターリードとを有し、
   前記アウターリードの露出面に、アウターリード側から順に、銅皮膜、ニッケル皮膜及び金皮膜が形成されている、面実装タイプ樹脂製中空パッケージ。
2. 前記銅皮膜の厚みが、１μｍ以上である請求項１に記載の面実装タイプ樹脂製中空パッケージ。
3. 前記ニッケル皮膜の厚みが、１μｍ以上である請求項１に記載の面実装タイプ樹脂製中空パッケージ。
4. 前記金皮膜の厚みが、０．０１μｍ以上である請求項１に記載の面実装タイプ樹脂製中空パッケージ。
5. 前記インナーリードと前記アウターリードは、リードのエッチング処理により形成されたものである請求項１〜４のいずれかに記載の面実装タイプ樹脂製中空パッケージ。
6. 前記インナーリードと前記アウターリードは、リードの曲げ加工により形成されたものである請求項１〜４のいずれかに記載の面実装タイプ樹脂製中空パッケージ。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の面実装タイプ樹脂製中空パッケージの前記中空部の底面に半導体素子が装着され、前記半導体素子が前記インナーリードと電気的に接続され、前記中空部が蓋体により封止されてなる半導体装置。

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