JP2016018979A - モールドパッケージ - Google Patents

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Abstract

【課題】ICチップを搭載したリードフレームをモールド樹脂で封止してなるモールドパッケージを、外部部材に接触させて熱伝導可能とするにあたって、熱伝導構成の簡素化および外部の部材への衝撃緩和を両立させつつ、熱伝導性の向上を図る。
【解決手段】モールドパッケージS1は、リードフレーム10の一面11側に搭載されたICチップ20と、ICチップ20とともにリードフレーム10を封止するモールド樹脂30と、を備える。リードフレーム10の他面12のうちICチップ20に対応するチップ対応部12aを露出させるように、設けられたモールド樹脂30の他面側開口部32には、熱伝導性がモールド樹脂30と同等以上であり且つモールド樹脂30よりも軟らかい充填材50が充填されている。チップ対応部12aは、充填材50との接触面積を大きくさせるべく、ささくれた状態の凹凸面とされ、充填材50が外部部材1に接触している。
【選択図】図1

Description

本発明は、ICチップを搭載したリードフレームをモールド樹脂で封止してなるモールドパッケージに関し、特に、パッケージ外部との熱伝導性の向上に関する。
従来より、この種のモールドパッケージとしては、金属製のリードフレームと、リードフレームの一面側に搭載されたICチップと、ICチップとともにリードフレームを封止するモールド樹脂と、を備え、リードフレームの他面側をモールド樹脂より露出させたものが提案されている(たとえば、特許文献1参照)。
このようなパッケージにおいては、一般に、モールド樹脂より露出するリードフレームの他面を、絶縁性の放熱シートを介して、プリント基板等の外部部材に接続することで、パッケージと外部部材との熱伝導を可能とする構造が採用される。これにより、従来においては、外部部材の温度検出を行ったり、ICチップの熱を外部部材に放熱したりすることを可能としている。
特開2014−022444号公報
ところで、たとえばモールドパッケージが湿度センサ等の場合、熱伝導の相手である外部部材が、プリント基板に比べて脆弱なガラス等となることがある。この場合、上記した従来の熱伝導構成では、金属製のリードフレームが外部の部材に押し当てられることになるため、リードフレームの他面と外部部材との間にクッション性を持つクッション部材を追加して介在させる必要がある。これにより、熱伝導構成の複雑化、ひいては大型化を招くおそれがある。
また、上記した外部部材の温度検出や、ICチップの放熱のためには、モールドパッケージと外部部材との熱伝導性を大きくすることが望まれる。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、ICチップを搭載したリードフレームをモールド樹脂で封止してなるモールドパッケージにおいて、当該パッケージを外部部材に接触させて熱伝導可能とするにあたって、熱伝導構成の簡素化および外部部材への衝撃緩和を両立させつつ、熱伝導性の向上を図ることを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、一面(11)と他面(12)とが表裏の関係にある金属製のリードフレーム(10)と、リードフレームの一面側に搭載されたICチップ(20)と、ICチップとともにリードフレームの一面および他面を封止するモールド樹脂(30)と、を備えるモールドパッケージであって、さらに次のような特徴を有するものとされている。
すなわち、請求項1に記載のモールドパッケージにおいては、リードフレームの他面のうちリードフレームの一面側のICチップに対応する部位がチップ対応部(12a)とされており、リードフレームの他面側にて、モールド樹脂にはチップ対応部を露出させるように他面側開口部(32)が設けられており、他面側開口部には、チップ対応部に直接接触しつつ他面側開口部を封止するように、熱伝導性がモールド樹脂と同等以上であり且つモールド樹脂よりも軟らかい充填材(50)が充填されており、チップ対応部は、リードフレームの他面のうちのチップ対応部以外の部位に対して充填材との接触面積を大きくさせるような面形状とされており、充填材にて当該モールドパッケージの外部に位置する外部部材(1)に接触するようになっていることを特徴とする。
それによれば、充填材にて外部部材への接触がなされて放熱を行えるが、この接触の際には、軟らかい充填材がクッションとして機能することにより外部部材への衝撃緩和がなされる。また、この充填材は、モールドパッケージに一体化されているので、別途クッション部材を追加することが不要となる。
そして、リードフレームの他面のうち充填材と接触するチップ対応部については、充填材との接触面積を大きくするような面形状とする接触面積増加の処理が施されているため、充填材を介したICチップと外部部材との熱伝導性が向上する。
よって、本発明によれば、熱伝導構成の簡素化および外部部材への衝撃緩和を両立させつつ、熱伝導性の向上を図ることができる。
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
本発明の第1実施形態にかかるモールドパッケージを示す概略断面図である。 図1に示されるモールドパッケージを下方から視たときの概略平面図である。 本発明の第2実施形態にかかるモールドパッケージを示す概略断面図である。 本発明の第3実施形態にかかるモールドパッケージを示す概略断面図である。 本発明の第4実施形態にかかるモールドパッケージを示す概略断面図である。 本発明の他の実施形態にかかるモールドパッケージを示す概略断面図である。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態にかかるモールドパッケージS1について、図1、図2を参照して述べる。本実施形態のモールドパッケージS1は、たとえば自動車用のエアコンに用いられる湿度センサとして適用されるものである。
具体的には、モールドパッケージS1の外部に位置する外部部材1は、自動車のフロントガラス等のガラスであり、モールドパッケージS1は、この外部部材1に取り付けられて、車室内の湿度や外部部材1の温度を検出するものである。
本実施形態のモールドパッケージS1は、大きくは、一面11と他面12とが表裏の関係にある金属製のリードフレーム10と、リードフレーム10の一面11側に搭載されたICチップ20と、ICチップ20とともにリードフレーム10の一面11および他面12を封止するモールド樹脂30と、を備える。
本実施形態のモールドパッケージS1は、上記したリードフレーム10およびリード端子13を備える。これらリードフレーム10およびリード端子13は、たとえば、これら両者が一体化された金属製板状のリードフレーム素材より形成されたもので、モールド樹脂30による封止を行った後に、リードカットにより、リードフレーム10とリード端子13とが分断されたものである。
こうして、リードフレーム10は、一面11と他面12とが表裏の板面の関係にある板状をなすものとして構成され、ICチップ20が搭載されるチップ搭載部(いわゆるアイランド)として機能する。また、リード端子13は、リードフレーム10の周囲に複数個設けられた細長の板状をなすものである。
そして、リード端子13においては、リードフレーム10側の部位がモールド樹脂30に封止されたインナーリードとされ、このインナーリードとは反対側の部位がモールド樹脂30より突出するアウターリードとされている。これらリードフレーム10およびリード端子13を構成する金属としては、たとえば、Cu(銅)や42アロイ等の導電性金属が挙げられる。
ICチップ20は、シリコン半導体等よりなる半導体チップであり、通常の半導体プロセスにより形成されるものである。このICチップ20は、はんだや接着剤等の図示しないダイマウント材を介してリードフレーム10に固定されている。
このICチップ20は、上記した車室内の湿度および外部部材1の温度に基づいた信号を出力するものである。具体的には、ICチップ20は、当該湿度および温度に基づく信号を生成するセンシング部、および、当該センシング部の制御等を行う回路部を備えている。
ここでは、図1にて、センシング部の一部である感湿膜21および温度検知部22が図示されている。この感湿膜21は、たとえば吸湿性の高分子有機材料よりなり、湿度に応じて誘電率が変化する機能を有するものである。そして、センシング部は、感湿膜21に接触して設けられた図示しないセンシング電極を有し、このセンシング電極が、感湿膜21の誘電率変化に応じた信号を生成するようになっている。
また、温度検知部22は、たとえば通常のサーミスタ等よりなる。また、図示しないが、上記回路部は、ICチップ20内にてトランジスタや配線等より構成されたもので、上記センシング電極や温度検知部22からの信号は、当該回路部によって処理され出力されるようになっている。このように、本実施形態のICチップ20は、温度とともに湿度を検出する湿度検出素子として構成されている。
そして、リードフレーム10の一面11側にて、モールド樹脂30には一面側開口部31が設けられている。そして、ICチップ20の一部である感湿膜21が、この一面側開口部31を介してモールド樹脂30より露出する露出部とされることで、パッケージ外部の環境、ここでは、車室内の湿度環境にさらされるようになっている。
また、図1に示されるように、モールド樹脂30内にて、ICチップ20とリード端子13のインナーリードとは、Al(アルミニウム)やAu(金)等よりなるワイヤ40を介して結線されている。このワイヤ40は、通常のワイヤボンディングにより形成されるものであり、このワイヤ40を介してICチップ20とリード端子13とは電気的に接続されている。
また、リード端子13のアウターリードは、モールドパッケージS1を支持する筺体2に対して、はんだや溶接等により電気的および機械的に接続されている。この筺体2は、たとえばセラミック基板やプリント基板等の配線基板である。これにより、ICチップ20は、ワイヤ40およびリード端子13を介して筺体2に電気的に接続されるようになっている。
ここで、モールド樹脂30は、エポキシ樹脂等の通常のモールド材料よりなるもので、トランスファーモールド法やコンプレッションモールド法等により成形されたものである。また、モールド樹脂30としては、線膨張係数の調整等の目的で、アルミナやシリカ等の熱伝導性に優れたフィラーが含有された樹脂であってもよい。
また、このようなモールドパッケージS1において、リードフレーム10の他面12のうちリードフレーム10の一面11側のICチップ20に対応する部位がチップ対応部12aとされている。
さらに言えば、このチップ対応部12aは、リードフレーム10の他面12のうちICチップ20をリードフレーム10の他面12に投影した部位であり、ICチップ20の平面形状と同一形状であって且つ同一面積とされた領域である。図1においては、チップ対応部12aに相当するリードフレーム10の他面12の部分を、両矢印の範囲にて示してある。
そして、リードフレーム10の他面12側にて、モールド樹脂30には、チップ対応部12aを露出させるように他面側開口部32が設けられている。ここでは、他面側開口部32は、チップ対応部12aの全域ではなく一部に対応して設けられているが、チップ対応部12aの全域に対応して設けられていてもよい。
さらに、本実施形態では、モールド樹脂30の他面側開口部32は、充填材50により封止されることで、チップ対応部12aの露出が防止されている。つまり、充填材50は、チップ対応部12aに直接接触しつつ他面側開口部32を封止するように、他面側開口部32に充填されている。
この充填材50は、熱伝導性がモールド樹脂30と同等もしくはそれ以上であり、且つ、モールド樹脂30よりも軟らかいもの、つまり低弾性なものである。そのような充填材50としては、たとえばシリコーン樹脂等の樹脂、銀ペースト、ゲル、ゴム等が挙げられる。
また、充填材50としては、これら樹脂、ゲルやゴム等の中に、たとえばAg等の金属やアルミナ、シリカ等のセラミックなどの熱伝導性に優れた材料よりなるフィラーが含有されたものであってもよい。これにより、充填材50の熱伝導性の向上が期待できる。
この充填材50は、たとえばリードフレーム10にICチップ20を組み付け、ワイヤボンディングを行ったものを、モールド樹脂30で封止した後に、他面側開口部32にポッティングにより充填し、これを硬化させることにより配設される。また、ポッティング以外にも、たとえばシート状に成形された充填材50を他面側開口部32に埋め込むことにより、充填材50の配設を行うようにしてもよい。
ここで、他面側開口部32の底側にて充填材50と接触するチップ対応部12aは、リードフレーム10の他面12のうちのチップ対応部12a以外の部位に対して充填材50との接触面積を大きくさせるような面形状とされたものとなっている。つまり、リードフレーム10の他面12においては、チップ対応部12aが、それ以外の部位に比べて、同一の領域面積当たりの凹凸も含めた実効的な表面積が大きい形状とされている。
具体的に、本実施形態では、図1に示されるように、チップ対応部12aを、ささくれた状態の面として構成している。このささくれた状態の面は、たとえば、料理等に用いる「おろし金」のような面形状とされたものであり、プレス加工等により形成されたものである。このようなチップ対応部12aにおいては、ささくれ立った突起部分により、上記した接触面積の増加が実現される。
さらに言えば、このささくれた状態の面とされたチップ対応部12aは、リードフレーム10のうちチップ対応部12aに位置する部位を断面凹凸の板形状とすることにより形成された凹凸面として構成されている。
そして、その凹凸面における凸部は、ささくれだった突起部分として構成されており、先細り形状となっている。このような先細り形状の凸部とすることで、充填材50とチップ対応部12aとの熱交換効率が向上するようになっている。
そして、本実施形態においては、図1に示されるように、モールドパッケージS1は、充填材50にて、モールドパッケージS1の外部に位置する外部部材1に接触するようになっている。
ここで、充填材50は、他面側開口部32の開口縁部を構成するモールド樹脂30の外表面よりも外方に突出している、つまり、外部部材1側に突出している。それにより、モールドパッケージS1は、充填材50のみにて外部部材1に接触し、外部部材1に対向するモールド樹脂30の外表面は、外部部材1とは離れた状態にある。
なお、図1に示されるように、モールドパッケージS1は、外部部材1と筺体2との間に介在した状態とされている。ここで、図示しないが、筺体2を外部部材1にネジ結合したり、嵌合したりすることにより、筺体2、モールドパッケージS1、外部部材1の三者は、ぐらつくようなことはなく、安定して一体化されている。
この図1に示されるような状態は、たとえば、モールドパッケージS1を筺体2に組み付けた後、充填材50側を外部部材1に対向させた状態として、充填材50を外部部材1に押し当てて、筺体2と外部部材1とを接続することにより、実現される。
そして、自動車用エアコンの湿度センサとして適用される本実施形態のモールドパッケージS1の作動は、次のようなものである。フロントガラス等の外部部材1からの熱が、充填材50、チップ対応部12aを介してICチップ20に熱伝導されることにより、ICチップ20によって外部部材1の温度が検出される。一方で、ICチップ20は、モールド樹脂30より露出する感湿膜21を介して、車室内湿度等の外部の環境湿度を検出する。
こうして、検出された温度および湿度の信号に基づいて、ICチップ20は露点温度を算出する。この露点温度は、たとえば、自動車用エアコンの制御部へフィードバックされて、車室内温度の制御等、各種の空調制御が行われる。
ところで、本実施形態によれば、モールドパッケージS1においては、充填材50にて外部部材1への接触がなされて放熱を行えるが、この接触の際には、軟らかい充填材50がクッションとして機能することにより外部部材1への衝撃緩和がなされる。
特に、本実施形態では、モールドパッケージS1は、充填材50のみにて外部部材1に接触し、充填材50に比べて硬いモールド樹脂30の外表面は外部部材1とは離れた状態にあるので、当該衝撃緩和は有効に発揮される。
また、この充填材50は、モールドパッケージS1の一部としてモールドパッケージS1に一体化されているので、モールドパッケージS1と外部部材1との間にクッション性を持つクッション部材を別途、追加することが不要となる。
そして、リードフレーム10の他面12のうち充填材50と接触するチップ対応部12aについては、充填材50との接触面積を大きくするような面形状とする接触面積増加の処理が施されているため、充填材50を介したICチップ20と外部部材1との熱伝導性が向上する。よって、本実施形態によれば、熱伝導構成の簡素化および外部部材1への衝撃緩和を両立させつつ、熱伝導性の向上を図ることができる。
また、本実施形態によれば、上述のように、充填材50を、他面側開口部32からモールド樹脂30の外表面よりも外方に突出させたものとしているから、モールド樹脂30を外部部材1に接触させないで、軟らかい充填材50のみにて外部部材1と接触させやすくなる。
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態にかかるモールドパッケージS2について、図3を参照して述べる。本実施形態は、モールドパッケージS2におけるチップ対応部12aの面形状を、上記第1実施形態と比べて変形したところが相違するものであり、この相違点を中心に述べることとする。
本実施形態のチップ対応部12aも、充填材50との接触面積を大きくさせるような面形状として、リードフレーム10のうちチップ対応部12aに位置する部位を断面凹凸の板形状とすることにより形成された凹凸面を採用している。
しかし、上記第1実施形態では、当該凹凸面をささくれた状態の面としたのに対して、本実施形態では、チップ対応部12aを、板厚が略一定の凹凸板形状とすることにより構成された凹凸面としている。
このような本実施形態の凹凸面は、たとえば凹凸形状を有する上下の型を用いて、リードフレーム10におけるチップ対応部12aをプレス加工する等により形成することができる。そして、本実施形態においても、上記第1実施形態と同様、チップ対応部12aにおける上記接触面積の増加処理により、熱伝導性の向上が図れる。
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態にかかるモールドパッケージS3について、図4を参照して述べる。本実施形態は、モールドパッケージS3におけるチップ対応部12aの面形状を、上記第2実施形態と比べて変形したところが相違するものであり、この相違点を中心に述べることとする。
上記第2実施形態のチップ対応部12aは、プレス加工により板厚が略一定の凹凸面であったのに対し、本実施形態では、型加工によりチップ対応部12aの板厚を部分的に異ならせることにより、チップ対応部12aを凹凸面として構成したものである。これにより、本実施形態においても、上記第2実施形態と同様の作用効果が期待できる。
なお、上記第2実施形態および本第3実施形態のチップ対応部12aについても、プレス型や成形型の形状を調整することにより、凹凸面における凸部が先細り形状とされたものとしてもよい。
(第4実施形態)
本発明の第4実施形態にかかるモールドパッケージS4について、図5を参照して述べる。本実施形態は、モールドパッケージS4における充填材50の充填形状を、上記第1実施形態と比べて変形したところが相違するものであり、この相違点を中心に述べることとする。
上記第1実施形態では、上記図1に示されるように、充填材50を、モールド樹脂30の他面側開口部32よりも外方に突出させるように充填した。それに対して、図5に示されるように、本実施形態では、充填材50を、他面側開口部32の開口縁部を構成するモールド樹脂30の外表面よりも他面側開口部32内に位置するように、充填材50の充填が行われている。
しかし、本実施形態の場合、外部部材1のうち充填材50と接触する部位が凸部1aとされている。そのため、本実施形態においても、モールドパッケージS4は、充填材50のみにて外部部材1に接触し、モールド樹脂30の外表面は外部部材1とは離れた状態にある。
このように、本実施形態によっても、上記第1実施形態と同様の作用効果が期待できる。また、本実施形態は、充填材50の充填形状を、上記第1実施形態と比べて変形したのみであるから、上記第2実施形態および上記第3実施形態とも組み合わせて適用が可能であることはもちろんである、
(他の実施形態)
なお、上記各実施形態のチップ対応部12aでは、充填材50との接触面積を大きくさせるような面形状として、ささくれ、プレス、型加工等による断面凹凸の板形状によって形成された凹凸面を採用した。ここで、上記図示例では、これら凹凸面は、チップ対応部12aのうち他面側開口部32に位置する領域に形成されているが、チップ対応部12aの全域に形成されていてもよいことはもちろんである。
また、チップ対応部12aとしては、上記した凹凸面に限定されるものではなく、たとえば図6に示されるように、チップ対応部12aを粗化処理された面形状としてもよい。この場合、たとえばサンドブラスト法等の粗化処理手法を用いてチップ対応部12aを荒らすようにすればよい。この場合、チップ対応部12aに微視的な凹凸が形成されることにより、上記接触面積の増加が実現される。
また、上記各実施形態では、湿度センサとしてのモールドパッケージの例を述べたが、モールドパッケージとしては、このような湿度センサに限定されるものではないことはもちろんである。
たとえば、ICチップ20がパワー素子やマイコンなどの発熱素子よりなるものであってもよい。また、この場合、モールド樹脂30における一面側開口部31が無いことにより、ICチップ20の全体がモールド樹脂30に封止され、ICチップ20においてはモールド樹脂30より露出する部分を持たない構造であってもよい。
また、上記各実施形態では、リードフレーム10およびリード端子13は、これら両者が一体化された金属製板状のリードフレーム素材より形成されたものとしたが、もともと互いに別体の素材より形成されたものであってもよい。
また、ICチップ20とリード端子13との接続については、上記したワイヤ40による接続以外の通常の各種接続手法を用いてもよい。また、筐体2と接続されるアウターリードの形状は、上記図示例に限定されるものではない。
また、上記各実施形態では、モールドパッケージは、モールド樹脂30より突出するアウターリードを有する形態とされたが、たとえば、QFN(クワッド・フラット・ノンリード・パッケージ)の如く、アウターリードを有しない形態のものであってもよい。
また、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能であり、また、上記各実施形態は、上記の図示例に限定されるものではない。
1 外部部材
10 リードフレーム
11 リードフレームの一面
12 リードフレームの他面
12a チップ対応部
20 ICチップ
30 モールド樹脂
32 他面側開口部
50 充填材

Claims (7)

  1. 一面(11)と他面(12)とが表裏の関係にある金属製のリードフレーム(10)と、
    前記リードフレームの一面側に搭載されたICチップ(20)と、
    前記ICチップとともに前記リードフレームの一面および他面を封止するモールド樹脂(30)と、を備えるモールドパッケージであって、
    前記リードフレームの他面のうち前記リードフレームの一面側の前記ICチップに対応する部位がチップ対応部(12a)とされており、
    前記リードフレームの他面側にて、前記モールド樹脂には前記チップ対応部を露出させるように他面側開口部(32)が設けられており、
    前記他面側開口部には、前記チップ対応部に直接接触しつつ前記他面側開口部を封止するように、熱伝導性が前記モールド樹脂と同等以上であり且つ前記モールド樹脂よりも軟らかい充填材(50)が充填されており、
    前記チップ対応部は、前記リードフレームの他面のうちの前記チップ対応部以外の部位に対して前記充填材との接触面積を大きくさせるような面形状とされており、
    前記充填材にて当該モールドパッケージの外部に位置する外部部材(1)に接触するようになっていることを特徴とするモールドパッケージ。
  2. 前記チップ対応部の面形状は、前記リードフレームのうち前記チップ対応部に位置する部位を断面凹凸の板形状とすることにより形成された凹凸面とされていることを特徴とする請求項1に記載のモールドパッケージ。
  3. 前記チップ対応部の前記凹凸面は、前記充填材との熱交換効率を上げるために当該凹凸面における凸部が先細り形状とされたものであることを特徴とする請求項2に記載のモールドパッケージ。
  4. 前記凸部が先細り形状とされた前記凹凸面とは、ささくれた状態の面であることを特徴とする請求項3に記載のモールドパッケージ。
  5. 前記充填材は、前記他面側開口部の開口縁部を構成する前記モールド樹脂の外表面よりも外方に突出していることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載のモールドパッケージ。
  6. 前記充填材には、熱伝導性を有するフィラーが含有されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載のモールドパッケージ。
  7. 前記ICチップは、湿度を検出する湿度検出素子であり、
    前記リードフレームの一面側にて前記ICチップの一部が、前記モールド樹脂に設けられた一面側開口部(31)を介して前記モールド樹脂より露出する露出部(21)とされており、
    前記露出部は、前記ICチップに設けられ、湿度に応じて誘電率が変化する機能を有する感湿膜であることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1つに記載のモールドパッケージ。
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