JP2014239196A - 表面実装型半導体パッケージ、および、その実装構造 - Google Patents

表面実装型半導体パッケージ、および、その実装構造 Download PDF

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Abstract

【課題】部品点数の増加と体格の増大の抑制された表面実装型半導体パッケージ、および、その実装構造を提供する。
【解決手段】回路基板(10)と、回路基板と電気的に接続されたリード(20)と、リードにおける回路基板との接続部位および回路基板それぞれを被覆するモールド樹脂(30)と、を備え、リードにおけるモールド樹脂から外部に露出された部位が、配線基板(110)の表面に形成された配線パターン(111)とはんだ(120)を介して電気的および機械的に接続される表面実装型半導体パッケージであって、リードは、モールド樹脂における配線基板との対向面(31)から外部に露出しており、モールド樹脂の対向面に、はんだの厚さを確保するための突起部(40)が一体的に複数形成されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、回路基板と、回路基板と電気的に接続されたリードと、リードと回路基板それぞれを被覆するモールド樹脂と、を備え、はんだを介して配線基板に実装される表面実装型半導体パッケージ、および、その実装構造に関するものである。
従来、例えば特許文献1に示されるように、プリント基板上に導電性バンプにより表面実装される表面実装型半導体パッケージが提案されている。表面実装型半導体パッケージの内部に半導体装置が設けられ、プリント基板への実装面に、半導体装置と電気的に接続される信号用電極、および、半導体装置とは電気的に接続されない補助電極が設けられている。そして、補助電極は信号用電極よりも膜厚が厚くなっている。
以上の構成により、補助電極がプリント基板に接触するように表面実装型半導体パッケージをプリント基板上に載置すると、信号用電極とプリント基板のランドとの間に、補助電極の膜厚から信号用電極の膜厚を減算した間隙が形成される。このため、リフロー法によるはんだ結合を施した場合、信号用電極とランドとの間に、上記した間隙に対応する厚みを有するはんだが形成される。以上により、表面実装型半導体パッケージの自重が大きい場合であったとしても、はんだの薄肉化が抑制される。この結果、高い信頼性のもとに表面実装型半導体パッケージをプリント基板に表面実装することができる。
特開H10−242386号公報
上記したように、特許文献1に示される表面実装型半導体パッケージでは、半導体装置と電気的に接続される信号用電極とは別に、半導体装置と電気的に接続されない補助電極が実装面に具えられ、この補助電極によってはんだの厚さが確保される。しかしながらこの構成の場合、信号用電極と補助電極の2つの電極(リード)を用意しなくてはならず、部品点数の増加が懸念される。また、補助電極のために表面実装型半導体パッケージの体格が増大する虞がある。
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、部品点数の増加と体格の増大の抑制された表面実装型半導体パッケージ、および、その実装構造を提供することを目的とする。
上記した目的を達成するために、本発明は、回路基板(10)と、回路基板と電気的に接続されたリード(20)と、リードにおける回路基板との接続部位および回路基板それぞれを被覆するモールド樹脂(30)と、を備え、リードにおけるモールド樹脂から外部に露出された部位が、配線基板(110)の表面に形成された配線パターン(111)とはんだ(120)を介して電気的および機械的に接続される表面実装型半導体パッケージであって、リードは、モールド樹脂における配線基板との対向面(31)から外部に露出しており、モールド樹脂の対向面に、はんだの厚さを確保するための突起部(40)が一体的に複数形成されていることを特徴とする。
このように本発明によれば、はんだ(120)の厚さを確保するための突起部(40)がモールド樹脂(30)に一体的に形成されている。これによれば、モールド樹脂とは別体で突起部を有する構成とは異なり、部品点数の増加が抑制され、製造工程が簡素化される。さらに言えば、例えばリードの一部を突起部として活用する構成とは異なり、形状の異なる別種のリード(電気的接続に活用されるリードと突起部として活用されるリード)を用意しなくとも良くなり、部品点数の増加が抑制される。また、別種のリードのために、表面実装型半導体パッケージ(100)の体格が増大することが抑制される。
なお、特許請求の範囲に記載の請求項、および、課題を解決するための手段それぞれに記載の要素に括弧付きで符号をつけているが、この括弧付きの符号は実施形態に記載の各構成要素との対応関係を簡易的に示すためのものであり、実施形態に記載の要素そのものを必ずしも示しているわけではない。括弧付きの符号の記載は、いたずらに特許請求の範囲を狭めるものではない。
第1実施形態に係る表面実装型半導体パッケージの概略構成を示す断面図である。 表面実装型半導体パッケージの下面を示す下面図である。 表面実装型半導体パッケージの下面の変形例を示す下面図である。 表面実装型半導体パッケージの下面の変形例を示す下面図である。 表面実装型半導体パッケージの下面の変形例を示す下面図である。 表面実装型半導体パッケージの下面の変形例を示す下面図である。 表面実装型半導体パッケージの変形例を示す断面図である。
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
(第1実施形態)
図1および図2に基づいて、本実施形態に係る表面実装型半導体パッケージを説明する。図1では、表面実装型半導体パッケージ100の他にはんだ120と配線基板110を図示し、表面実装型半導体パッケージの実装構造を示している。図2では、構成要素を明りょうとするためにモールド樹脂30から外部に露出したリード20にハッチングを入れ、配線基板110との電気的な接続に有効で無いリード20を破線で示している。以下においては互いに直交の関係にある3方向を、x方向、y方向、z方向と示す。そしてx方向とy方向とによって規定される平面を規定平面と示す。
図1に示すように、表面実装型半導体パッケージ100は、回路基板10、リード20、および、モールド樹脂30を備える。回路基板10とリード20とが互いに電気的に接続され、モールド樹脂30によって回路基板10とリード20とが被覆されている。リード20における回路基板10との接続部位がモールド樹脂30によって被覆され、その一部がモールド樹脂30から外部に露出されている。このリード20におけるモールド樹脂30から外部に露出した部位が、配線基板110の実装面110aに形成された配線パターン111とはんだ120を介して電気的および機械的に接続される。これにより、表面実装型半導体パッケージ100が実装面110aに実装される。
図1に示すように、配線基板110は、絶縁性の材料から成る基板112の表面および内部に配線パターン111が形成されて成る。配線基板110の実装面110aに形成された配線パターン111の端部に第1ランド113が形成されており、この第1ランド113とはんだ120を介して、配線パターン111と表面実装型半導体パッケージ100とが電気的および機械的に接続されている。
回路基板10は、詳しくは図示しないが、半導体基板に電子素子が集積されたものである。回路基板10は、リード20と同一材料から成るランド21に搭載され、リード20とランド21それぞれとワイヤ11を介して電気的に接続されている。
リード20は、モールド樹脂30の内部に設けられた回路基板10と外部装置とを電気的に接続するものである。図1に示すように、リード20における回路基板10との接続部位(ワイヤ11およびワイヤ11との接続部位)は、モールド樹脂30によって被覆保護されており、その一部が外部に露出されている。
モールド樹脂30は、回路基板10とともにリード20を被覆保護するものである。図1および図2に示すように、表面実装型半導体パッケージ100が配線基板110に実装された際、モールド樹脂30の一面が配線基板110と対向する。このモールド樹脂30における配線基板110との対向面31は多角形状を成し、対向面31を縁取る3つ以上の辺それぞれからリード20の一部が露出されている。本実施形態において対向面31は四角形状を成し、四角形状を形作る4辺それぞれから複数のリード20が露出されている。対向面31は、自身の幾何学的中心GCを含む中央領域32(図2において一点差線で囲まれた領域)、および、中央領域32を囲む環状の囲み領域33から成る。複数のリード20は囲み領域33から外部に露出されており、対向面31の縁に沿う周方向に沿って並んで配置されている。なお、中央領域32には後述する突起部40が形成されており、この中央領域32は、突起部40の形成された突起部形成領域と、突起部40の形成されていない非突起部形成領域とに分けられている。
図1および図2に示すようにモールド樹脂30には、はんだ120の厚さを確保するための突起部40が一体的に複数形成されている。突起部40は溶融した樹脂を所定の金型に注入し、それを冷却固化することでモールド樹脂30とともに形成される。突起部40は柱状を成し、その先端部は半球を成している。突起部40の径はおよそ200〜500μm、高さはおよそ50μmとなっており、高さの精度はおよそ±1μmである。
本実施形態では3つの突起部41〜43が対向面31の中央領域32に形成されている。図2に破線で示すように、これら3つの突起部41〜43の先端を一筆書きに結ぶことで三角形が形作られている。また図1に示すようにモールド樹脂30と配線基板110とはz方向に並んでおり、この両者が並ぶz方向において表面実装型半導体パッケージ100の重心を貫く中心線CLが、3つの突起部41〜43によって形成される三角形を貫いている。本実施形態では3つの突起部41〜43の先端を結んで成る三角形は正三角形であり、この正三角形の幾何学的中心GCを中心線CLが貫いている。なお、突起部41〜43から成る正三角形の幾何学的中心GCと対向面31の幾何学的中心GCとは規定平面における位置が一致している。そのため、本実施形態では両者を特に区別せず、同一の符号によって示している。
以下においては、3つの突起部41〜43と配線パターン111との対応関係を説明するが、その説明を簡明とするために、配線基板110の実装面110aにおける中央領域32との対向領域に形成された配線パターン111を第1配線パターン111a、囲み領域33との対向領域に形成された配線パターン111を第2配線パターン111bと示す。第2配線パターン111bは囲み領域33から外部に露出されたリード20と同一の形状を成すが、第1配線パターン111aの形状は、突起部40の配置に応じて決定される。なお、図には上記した符号111a,111bを図示していない。
図2に示すように、3つの突起部41〜43が中央領域32に形成されており、紙面上方に位置する第1突起部41の形成された領域(突起部形成領域)と囲み領域33とが隣接し、両者の間に非突起部形成領域が存在していない。したがって、この第1突起部41とy方向において隣接するリード20(図2において破線で示すリード20)に対応する第2配線パターン111bと第1配線パターン111aとを電気的に接続するには、配線基板110における突起部形成領域とz方向で対向する領域に第1配線パターン111aを形成しなくてはならない。しかしながら突起部形成領域に対向する領域に第1配線パターン111aを形成した場合、冷熱サイクルによる熱膨張収縮によって生じる熱応力が第1配線パターン111aに印加される虞がある。そのため、第1突起部41と隣接するリード20は第1配線パターン111aと直接接続されていない。上記したリード20(第2配線パターン111b)は、配線基板110の内部に形成された配線パターン111を介して第1配線パターン111aと電気的に接続される。なお図2に示すように、第1突起部41は他の突起部42,43とは異なり、対向面31を構成する四辺のうちのひとつの辺の中央部と対向面31の幾何学的中心GCとを結ぶ線上に位置している。
上記した第1突起部41の配置に対して、紙面左方に位置する第2突起部42および紙面右方に位置する第3突起部43の形成された突起部形成領域それぞれと囲み領域33とは規定平面において所定距離離れており、両者の間に非突起部形成領域が存在している。図1に示すように、配線基板110における両者の間に位置する非突起部形成領域との対向領域に、第1配線パターン111aを形成するための領域が形成されている。詳しくは図示しないが、この領域に形成された第1配線パターン111aは、リード20と電気的に接続された第2配線パターン111bと、突起部40との接触領域よりも中央に位置する第1配線パターン111aとを接続するべく、突起部40との接触領域を迂回するように設計されている。以上示したように、本実施形態では実装面111aにおける突起部形成領域と対向する領域(突起部40の先端が接触する領域)に第1配線パターン111aは形成されていない。なお突起部42,43それぞれが形成された突起部形成領域それぞれと囲み領域33とは所定距離離れていると示したが、両者の間の間隔は、およそ1〜2mmである。
次に、本実施形態に係る表面実装型半導体パッケージ100の作用効果を説明する。上記したように、はんだ120の厚さを確保するための突起部40がモールド樹脂30に一体的に形成されている。これによれば、モールド樹脂とは別体で突起部を有する構成とは異なり、部品点数の増加が抑制され、製造工程が簡素化される。さらに言えば、例えばリードの一部を突起部として活用する構成とは異なり、形状の異なる別種のリード(電気的接続に活用されるリードと突起部として活用されるリード)を用意しなくとも良くなり、部品点数の増加が抑制される。また、別種のリードのために、表面実装型半導体パッケージ100の体格が増大することが抑制される。
中心線CLが、3つの突起部40によって形成される三角形を貫いている。これによれば、中心線CLが三角形を貫かない構成と比べて、表面実装型半導体パッケージ100を配線基板110に安定して搭載することができる。
本実施形態では、3つの突起部40の先端を結んで成る三角形の幾何学的中心GCを中心線CLが貫いている。これによれば、三角形の幾何学的中心GCと表面実装型半導体パッケージ100の重心とがz方向に並ぶので、3つの突起部40による表面実装型半導体パッケージ100の配線基板110への搭載が安定化される。
突起部42,43の形成された突起部形成領域それぞれと囲み領域33とは所定距離離れており、両者の間に非突起部形成領域が存在している。そして配線基板110におけるこの非突起部形成領域との対向領域に、第1配線パターン111aを形成するための領域が形成されている。
これによれば、突起部形成領域と囲み領域の間に非突起部形成領域が存在しない構成とは異なり、配線基板110における突起部40との接触領域に第1配線パターン111aを形成しなくとも、第2配線パターン111bと第1配線パターン111aとを電気的に接続することができる。これにより、冷熱サイクルによる突起部40の膨張収縮に起因する熱応力の第1配線パターン111aへの印加が抑制され、第1配線パターン111aの断線が抑制される。
第1突起部41の形成された突起部形成領域と囲み領域33とが隣接し、両者の間に非突起部形成領域が存在していない。このように、第1突起部41は突起部42,43それぞれよりもモールド樹脂30の対向面31の中心から離れている。換言すれば、第1突起部41は対向面31の隅部に近くなっている。冷熱サイクルによる熱膨張によって最も大きく変化するのは対向面31の隅部である。したがって、表面実装型半導体パッケージ100を配線基板110に支持する突起部41が隅部から離れると、その距離に応じて、熱膨張収縮による隅部と配線基板110との離間距離および近接距離が大きくなる。そこで、上記したように第1突起部41を対向面31の中心から遠ざける。換言すれば第1突起部41を隅部に近づける。こうすることで、隅部が熱膨張収縮して変化したとしても、それを第1突起部41によって吸収することができる。これにより隅部の膨張収縮に起因する応力のはんだ120への印加が抑制され、表面実装型半導体パッケージ100と配線基板110との電気的な接続信頼性の低下が抑制される。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
本実施形態では対向面31が四角形状を成す例を示した。しかしながら対向面31の形状としては多角形状であれば良く、上記例に限定されない。
本実施形態では紙面上方に位置する第1突起部41が囲み領域33と隣接し、紙面左方に位置する第2突起部42および紙面右方に位置する第3突起部43の形成された突起部形成領域それぞれと囲み領域33とは規定平面において所定距離離れている例を示した。しかしながら図3〜図6に示すように、突起部40の数は上記例に限定されず、その形成位置も上記例に限定されない。表面実装型半導体パッケージ100を配線基板110に安定して支持するのであれば、突起部40の数としては2つでもよく、複数であれば良い。例えば図5および図6に示すように、4つの突起部40がモールド樹脂30に形成された構成を採用することができる。
本実施形態では3つの突起部41〜43の先端を一筆書きに結ぶことで正三角形が形作られている例を示した。しかしながら図3および図4に示すように、3つの突起部41〜43の先端を一筆書きに結ぶことで成る三角形としては正三角形だけではなく、例えば二等辺三角形を採用することもできる。また図5および図6に示すように、4つの突起部41〜44の先端を一筆書きに結ぶことで正方形および長方形を採用することもできる。
図3に示す構成では、突起部42,43それぞれが、対向面31を縁取る4つの辺が成す2つの隅部と幾何学的中心GCとを結ぶ線上に位置する。図4に示す構成では、突起部41〜44それぞれが、対向面31を縁取る4つの辺の中央部と幾何学的中心GCとを結ぶ線上に位置する。そして図5に示す構成では、突起部41〜44それぞれが、対向面31を縁取る4つの辺が成す4つの隅部それぞれと幾何学的中心GCとを結ぶ線上に位置する。
上記したように、冷熱サイクルによる熱膨張によって最も大きく変化するのは対向面31の隅部である。したがって、表面実装型半導体パッケージ100を配線基板110に支持する突起部41〜43が隅部から離れると、その距離に応じて、熱膨張収縮による隅部と配線基板110との離間距離および近接距離が大きくなる。そこで、図3および図4に示すように、突起部42,43を対向面31の中心から最も遠くに遠ざける。また、図6に示すように、突起部41〜44それぞれを対向面31の中心から最も遠くに遠ざける。換言すれば、図3および図4に示す構成では突起部42,43を隅部に最も近くに近づけ、図6に示す構成では突起部41〜44を隅部に最も近くに近づける。こうすることで、隅部が熱膨張収縮して変化したとしても、それを突起部42,43、若しくは、突起部41〜44によって吸収することができる。これにより隅部の膨張収縮に起因する応力のはんだ120への印加が抑制され、表面実装型半導体パッケージ100と配線基板110との電気的な接続信頼性の低下が抑制される。なお、図3、図4、および、図6に破線で示すように、隅部の最も近くに突起部40を形成した場合、隅部に位置する第2配線パターン111bを第1配線パターン111aに直接接続することがかなわなくなる。しかしながら図5に示す構成の場合、中央部に位置する第2配線パターン111bを第1配線パターン111aに直接接続することはかなわなくなるものの、図3、図4、および、図6に示す構成と比べて、その数が少なくなる。したがって、配線パターン111の設計の制約が小さくなる。
本実施形態では3つの突起部41〜43の先端を一筆書きに結ぶことで成る正三角形の幾何学的中心GCを中心線CLが貫いている例を示した。しかしながら、図3に示すように、幾何学的中心GC、突起部41〜43の先端を一筆書きに結んで成る三角形と中心線CLとが交差する交差点CP、および、第1突起部41の先端が、規定平面に沿う一方向において並んでいる構成を採用することもできる。これによれば、幾何学的中心GC、交差点CP、および、第1突起部41の先端が一方向において並んでいない構成と比べて、複数の突起部41〜43による表面実装型半導体パッケージ100の配線基板110への搭載が安定化される。さらに一般的に言えば、3つ以上の突起部40がモールド樹脂30に形成される場合、3つ以上の突起部40の先端を一筆書きに結んで成る多角形を中心線CLがただ貫いている構成を採用することもできる。この一般的な構成において、幾何学的中心GCを中心線CLが貫いていてもよいし、幾何学的中心GC、交差点CP、および、3つ以上の突起部40の先端の少なくとも1つが、規定平面に沿う一方向において並ぶ構成を採用することができる。
なお、回路基板10の発熱量が多い場合、図4および図5に示すように、モールド樹脂30にヒートシンク50が設けられた構成を採用することができる。ヒートシンク50の設置場所としては特に限定されないが、例えば図4および図5に示すように、対向面31に設けられ、その一部が露出された構成を採用することができる。この構成の場合、モールド樹脂30から露出されたヒートシンク50のz方向の厚さは、突起部40のz方向の長さよりも短くなっている。このため、ヒートシンク50と配線基板110との間に隙間が形成されている。
本実施形態では配線基板110の実装面110aに第1ランド113が形成された例を示した。しかしながら図7に示すように、第1ランド113の他に、電気的な接続に寄与しない第2ランド114が実装面110aに形成された構成を採用することもできる。第1ランド113は、はんだ120を介してリード20と電気的および機械的に接続されるが、第2ランド114は、突起部40の先端が接触される。第1ランド113と第2ランド114とは同一の材料から成り、同一の厚さを有する。これによれば、第1ランド113の製造誤差によって、モールド樹脂30の対向面31と配線基板110の実装面110aとの間の距離が変動することが抑制される。換言すれば、はんだ120の厚さがばらつくことが抑制される。これにより、はんだ120に局所的に薄い箇所が形成されることが抑制され、表面実装型半導体パッケージ100と配線基板110との電気的な接続信頼性が低下することが抑制される。
10・・・回路基板
20・・・リード
30・・・モールド樹脂
31・・・対向面
40・・・突起部
100・・・表面実装型半導体パッケージ
110・・・配線基板
111・・・配線パターン
120・・・はんだ

Claims (9)

  1. 回路基板(10)と、
    前記回路基板と電気的に接続されたリード(20)と、
    前記リードにおける前記回路基板との接続部位および前記回路基板それぞれを被覆するモールド樹脂(30)と、を備え、
    前記リードにおける前記モールド樹脂から外部に露出された部位が、配線基板(110)の表面に形成された配線パターン(111)とはんだ(120)を介して電気的および機械的に接続される表面実装型半導体パッケージであって、
    前記リードは、前記モールド樹脂における前記配線基板との対向面(31)から外部に露出しており、
    前記モールド樹脂の対向面に、前記はんだの厚さを確保するための突起部(40)が一体的に複数形成されていることを特徴とする表面実装型半導体パッケージ。
  2. 3つ以上の前記突起部が前記モールド樹脂に形成され、前記モールド樹脂と前記配線基板とが並ぶ方向において前記表面実装型半導体パッケージ(100)の重心を貫く中心線(CL)が、3つ以上の前記突起部の先端を一筆書きに結んで成る多角形を貫いていることを特徴とする請求項1に記載の表面実装型半導体パッケージ。
  3. 3つ以上の前記突起部の先端を一筆書きに結んで成る多角形の幾何学的中心(GC)を前記中心線が貫いていることを特徴とする請求項2に記載の表面実装型半導体パッケージ。
  4. 3つ以上の前記突起部の先端を一筆書きに結んで成る多角形の幾何学的中心(GC)、3つ以上の前記突起部の先端を一筆書きに結んで成る多角形と前記中心線とが交差する交差点(CP)、および、3つ以上の前記突起部の先端の少なくとも1つが、前記モールド樹脂の対向面に沿う一方向において並んでいることを特徴とする請求項2に記載の表面実装型半導体パッケージ。
  5. 前記対向面は、自身の幾何学的中心を含む中央領域(32)、および、前記中央領域を囲む環状の囲み領域(33)から成り、
    複数の前記リードが前記囲み領域に露出され、前記対向面の縁に沿う周方向に沿って並んでおり、
    複数の前記突起部は前記中央領域に形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の表面実装型半導体パッケージ。
  6. 前記中央領域は、前記突起部の形成された突起部形成領域と、前記突起部の形成されていない非突起部形成領域とに分けられ、
    複数の前記突起部形成領域の少なくとも1つと前記囲み領域との間に前記非突起部形成領域の一部が位置し、
    前記配線基板における前記突起部形成領域と前記囲み領域との間に位置する非突起部形成領域との対向領域に、前記配線パターンを形成するための領域が形成されていることを特徴とする請求項5に記載の表面実装型半導体パッケージ。
  7. 前記モールド樹脂の対向面は多角形状を成し、
    前記対向面を縁取る3つ以上の辺それぞれから前記リードが露出されており、
    複数の前記突起部の少なくとも1つは、前記対向面を縁取る辺の中央と前記対向面の幾何学的中心とを結ぶ線上に位置することを特徴とする請求項5または請求項6に記載の表面実装型半導体パッケージ。
  8. 前記モールド樹脂の対向面は多角形状を成し、
    前記対向面を縁取る3つ以上の辺それぞれから前記リードが露出されており、
    複数の前記突起部の少なくとも1つは、前記対向面を縁取る3つ以上の辺が成す隅と前記対向面の幾何学的中心とを結ぶ線上に位置することを特徴とする請求項5〜7のいずれか1項に記載の表面実装型半導体パッケージ。
  9. 配線基板(110)と、
    はんだ(120)と、
    請求項1〜8のいずれか1項に記載の前記表面実装型半導体パッケージと、を有し、前記表面実装型半導体パッケージが前記はんだを介して前記配線基板に電気的および機械的に接続された表面実装型半導体パッケージの実装構造であって、
    前記配線基板における前記表面実装型半導体パッケージが実装される実装面(110a)には、前記はんだを介して前記リードと電気的および機械的に接続される第1ランド(113)と、前記突起部の先端が接触される第2ランド(114)と、が形成されており、
    前記第1ランドと前記第2ランドとは同一の材料から成り、同一の厚さを有することを特徴とする表面実装型半導体パッケージの実装構造。
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