JP3129275B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP3129275B2
JP3129275B2 JP10047805A JP4780598A JP3129275B2 JP 3129275 B2 JP3129275 B2 JP 3129275B2 JP 10047805 A JP10047805 A JP 10047805A JP 4780598 A JP4780598 A JP 4780598A JP 3129275 B2 JP3129275 B2 JP 3129275B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置、特に
ＣＣＤチップを収容した半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、セラミック製のパッケージに収容
凹部を形成し、その収容凹部内にＣＣＤチップ等の半導
体素子を収容し、その上方をキャップにて塞ぐ構成の半
導体装置がある。このキャップのパッケージとの接合部
分はセラミックや金属等から構成されるが、ＣＣＤチッ
プが撮像手段や光学センサーに使用される場合を考慮す
ると、キャップのＣＣＤチップと対向する部分は、透光
性を有するガラスから構成されている。このような構成
の半導体装置は、パッケージおよびキャップがセラミッ
クやガラス等から構成されているため、強度の点で優れ
ているものの、製造コストが高くなるという欠点があ
る。
【０００３】これに対し、特開昭６２−１４５７４８号
公報に記載の半導体装置は、樹脂（プラスチック）によ
りパッケージが形成されている。この構成によると、セ
ラミックでパッケージが形成される構成よりも、製造コ
ストが低く抑えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記した通り、従来例
ではパッケージを樹脂により形成することで低コスト化
が達成されているものの、ＣＣＤチップに光を透過させ
るためキャップにガラスを組み込んであり、このガラス
がコスト的に高いものとなっている。すなわち、コスト
ダウンの観点からいうと、半導体装置のパッケージおよ
びキャップを、セラミックおよびガラスにより形成する
よりも樹脂およびガラスにより形成する方が望ましい
が、さらにそれよりも全ての部分を樹脂のみにより形成
する方が望ましい。
【０００５】ところが、図７に示すように、半導体装置
のパッケージ１１およびキャップ１５を樹脂のみにより
形成する場合、製造上の問題が生じ易い。通常、半導体
装置はプリント基板１４に搭載されて用いられるもので
あり、通常は、図７（ｂ）に示すように半導体装置のリ
ード１３をプリント基板１４のスルーホール１４ａ中に
貫通させた状態で、高温の溶融ハンダ槽１６中に浸漬し
その後冷却することによりハンダ１６ａを固化させて、
半導体装置をプリント基板１４に固着する。このような
いわゆるフロー工程において、半導体装置をプリント基
板１４上に置いた状態で加熱および冷却が行われる。こ
の時、半導体装置とプリント基板１４との熱膨張係数が
相違すると、半導体装置とプリント基板１４との伸び・
縮みの程度が相違するため、図７（ｃ）に示すように反
りが生じる。特に、ハンダ１６ａが冷却され固化してし
まった後（共晶温度１８３℃以下となった時）は、リー
ド１３部分で半導体装置とプリント基板１４とが固定さ
れた状態で両者が異なる割合で収縮しようとするため、
不自然な変形となり大きな反りを生じる。
【０００６】このように半導体装置に反りを生じると、
例えばスキャナの画像読み取り用センサとして用いたり
撮像手段として用いたりする場合に、誤差が大きく精度
が劣化する。
【０００７】そこで本発明の目的は、パッケージおよび
キャップが全て樹脂により形成されて製造コストが安
く、しかもプリント基板に取り付けた際の反りが小さい
半導体装置を提供することにある。
【０００８】
【０００９】
【課題を解決するための手段】 本発明の特徴は、 樹脂か
らなり上面に収容凹部が設けられている不透明なパッケ
ージと、前記収容凹部内に収容される半導体素子と、樹
脂からなり前記収容凹部を塞ぐように前記パッケージ上
面に固着される透明なキャップとを含む半導体装置であ
って、前記キャップが、前記固着面のみに、長手方向に
直角方向に形成されている複数の溝部を有することにあ
る。
【００１０】このような構成にすることにより、半導体
装置を変形させようとする力が溝部に集中して、反り量
が小さくなる。
【００１１】本発明の他の特徴は、樹脂からなり上面に
収容凹部が設けられている不透明なパッケージと、前記
収容凹部内に収容される半導体素子と、樹脂からなり前
記収容凹部を塞ぐように前記パッケージ上面に固着され
る透明なキャップとを含む半導体装置であって、前記キ
ャップには、前記収容凹部の外側を取り囲む様にリング
状に、かつ前記キャップの最外側面より内側に突起が設
けられており、前記リング状突起部分のみで前記パッケ
ージ上面に接合されていることにある。
【００１２】このような構成とすることにより、パッケ
ージからキャップに熱の伝わる経路が突起のみとなり、
キャップに熱が伝わりにくくなるためキャップ側の反り
が小さくなる。
【００１３】本発明のさらに他の特徴は、樹脂からなり
上面に収容凹部が設けられている不透明なパッケージ
と、前記収容凹部内に収容される半導体素子と、樹脂か
らなり前記収容凹部を塞ぐように前記パッケージ上面に
固着されるキャップとを含む半導体装置であって、前記
キャップが、前記収容凹部の中央の半導体素子と対向す
る位置にある透明部と、それ以外の部分である不透明部
とからなり、不透明部には不純物を混入して熱膨張係数
を小さくした部分からなることにある。この構成による
と、パッケージとキャップとを含む半導体装置全体の熱
膨張係数を通常のプリント基板の熱膨張係数に近づける
ことができる。
【００１４】前記キャップが、長手方向に対し実質的に
垂直な方向に形成されている溝部を有する構成とするこ
ともできる。さらに、前記キャップには、前記収容凹部
の外側に位置する突起が設けられており、該突起が前記
パッケージ上面に接合されている構成とすることもでき
る。この場合、前記突起が、前記収容凹部の外側を囲む
リング状に形成されていてもよい。
【００１５】なお、前記半導体素子がＣＣＤチップであ
る場合に特に効果的である。
【００１６】また、前記パッケージ下面が、プリント基
板に取り付けられる場合に特に効果的である。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の参考例および実施形態について説明する。
【００１８】図１に本発明の半導体装置の参考例を示し
ている。この半導体装置の基本構成についてまず説明す
る。半導体素子は、収容凹部１ａを有するパッケージ１
と、収容凹部１ａ内に収容される半導体素子の一例であ
るＣＣＤチップ（電荷結合素子）２と、ＣＣＤチップ２
と接続され、パッケージ１の外方へ延出する複数の金属
製のリード３と、パッケージ１の収容凹部形成面を塞ぐ
ように接合されるキャップ５とから構成されている。こ
のような半導体装置は、プリント基板４上に搭載され
て、ファクシミリやコピー機の原稿読み取り用のセンサ
ーなどに利用される。
【００１９】前記した通り、半導体装置がプリント基板
に取り付けられて加熱および冷却が行われると、従来
は、プリント基板と半導体装置との熱膨張係数の違いか
ら図に示すように反りを生じる。特に、センサーなどの
用途で用いられる半導体装置は、一般に細長い形状をし
ているため（半導体装置全体としては長手方向が幅方向
の５倍程度、半導体素子は長手方向が幅方向の４７倍も
の長さを持つ場合がある）、長手方向に大きな反りを生
じ易い。そこで本出願人は、まず従来の反りの要因を考
察した。
【００２０】従来生じていたプリント基板に取り付けた
半導体装置の加熱・冷却に伴う反りを抑制するために
は、プリント基板と半導体装置との熱膨張係数を同じく
らいにして、両者の膨張および収縮の程度を揃えること
が考えられる。半導体装置のパッケージおよびキャップ
の材質としてセラミックやガラスを用いる場合、プリン
ト基板と熱膨張係数が近いため大きな反りを生じにくい
が、コスト高となる。そこで、コストの低い樹脂製のパ
ッケージおよびキャップを用いて、しかも熱膨張係数を
プリント基板に近づけることが望ましい。そのため、樹
脂中にフィラーやカーボンなどの不純物を混入すること
により、熱膨張係数を小さくし、プリント基板に近づけ
ることが行われている。ただし、センサーなどの用途で
用いられる場合は、半導体素子（ＣＣＤチップ）に光が
当たる必要があるので、少なくともキャップのＣＣＤチ
ップと対向する部分は透明にしなければならず、樹脂中
に熱膨張係数を低下させるためのフィラーやカーボンな
どの不純物を混入させることはできない。すなわち、半
導体装置のパッケージはプリント基板と近い熱膨張係数
にすることができるが、半導体装置のキャップをプリン
ト基板と近い熱膨張係数にすることは困難である。具体
的には、プリント基板の熱膨張係数が１６×１０-6（／
℃）の時、パッケージの熱膨張係数は１４×１０-6（／
℃）程度まで小さくすることができるが、キャップの熱
膨張係数は、６１×１０-6（／℃）程度の大きさとなっ
てしまう。従って、従来生じていた大きな反りは、半導
体装置のキャップによるところが大きいことがわかる。
【００２１】そこで、本参考例では、図１に示すように
キャップ５の厚さを従来よりも薄く０．５ｍｍ以下にし
ている。これによると、キャップ５単体としては従来と
同じ熱膨張係数であるが、キャップ５が薄い分だけ熱変
形しようとする力の和が小さくなり、パッケージ１に及
ぼす力が小さくなる。つまり、キャップ５の単位体積あ
たりの変形しようとする力は一定であっても、厚さが薄
い分その変形しようとする力の総和が小さくなり、パッ
ケージ１に対して作用する力が小さくなる。従って、半
導体装置全体としては反り量が小さくなる。また、別の
考え方によると、パッケージ１が樹脂材料にある一定の
割合で不純物を加えたもの、キャップ５が樹脂材料のみ
からなるとした場合、キャップ５の体積が小さいほど半
導体装置全体としては樹脂材料中の不純物の割合が大き
いことになる。従って、半導体装置全体の見かけ上の熱
膨張係数が小さくなる。
【００２２】図２には、本出願人が実験により求めた、
キャップ５の厚さを変化させた場合の半導体装置の反り
量の変化が示してある。この時のパッケージ１の厚さを
３．６４ｍｍとすると、キャップ０．７ｍｍの時の反り
量は約０．１４ｍｍであり、その割合は０．１４／
（３．６４＋０．７）＝０．３２２＝３．２２％であ
る。これに対しキャップ０．５ｍｍの時の反り量は約
０．１１ｍｍであり、その割合は０．１１／（３．６４
＋０．５）＝０．２６５＝２．６５％である。これによ
り、キャップ５が薄いほど反りが小さくなることがわか
る。また、通常の半導体装置の使用において、２．６５
％程度の反りは許容できる場合が多いので、キャップ５
の厚さを０．５ｍｍ以下とすることが望ましい。
【００２３】なお、本参考例において、キャップ５以外
の構成は従来例と同様である。
【００２４】図３には、本発明の第１の実施形態が示さ
れいている。本実施形態においても、パッケージ１、Ｃ
ＣＤチップ２、リード３の構成については、従来例およ
び参考例と同様である。
【００２５】本実施形態のキャップ６は、中央のＣＣＤ
チップ２と対向する位置にある透明部６ａと、それ以外
の部分である不透明部６ｂとからなる。不透明部６ｂ
は、パッケージ１と同じく樹脂中にフィラーやカーボン
等の不純物を混入して熱膨張係数が小さくなっている。
一方、透明部６ａは、不純物が混入しておらず樹脂材料
のみから形成されており、熱膨張係数が大きいものであ
る。
【００２６】本実施形態でも、参考例と同様に、熱膨張
係数の大きい透明部５ａの体積を小さくしているので、
透明部６ａの熱変形しようとする力の総和が小さく、パ
ッケージ１に及ぼす力が小さい。また、パッケージ１と
不透明部６ｂとが、樹脂材料に同じ割合で不純物を加え
たものであると、透明部６ａの体積が小さいほど半導体
装置全体としては樹脂材料中の不純物の割合が大きいこ
とになる。従って、半導体装置全体の見かけ上の熱膨張
係数が小さくなって、プリント基板４の熱膨張係数に近
づく。そして、半導体装置の反りが小さくなる。なお、
透明部６ａの厚さは薄い方が好ましく、特に０．５ｍｍ
以下であることが好ましい。
【００２７】図４には、本発明の第２の実施形態が示さ
れている。本実施形態においても、パッケージ１、ＣＣ
Ｄチップ２、リード３の構成については、従来例および
参考例および第１の実施形態と同様である。
【００２８】本実施形態のキャップ７は、中央のＣＣＤ
チップ２と対向する位置にある透明部７ａと、それ以外
の部分である不透明部７ｂとからなる。不透明部７ｂ
は、パッケージ１と同じく樹脂中にフィラーやカーボン
等の不純物を混入して熱膨張係数が小さくなっている。
一方、透明部７ａは、不純物が混入しておらず樹脂材料
のみから形成されており、熱膨張係数が大きいものであ
る。そしてこのキャップ７の内側面（パッケージ１との
接合面）には、幅方向（図４（ａ）上下方向）に溝７ｃ
が多数形成されている。
【００２９】本実施形態によると、キャップ７に生じる
熱により変形しようとする力は、溝７ｃに集中するた
め、全体的な反りは小さく抑えられる。すなわち、本実
施形態では、透明部７ａの熱膨張係数には変化はない
が、熱により変形しようとする力を溝７ｃに集中させて
逃がすことにより、従来のようにキャップ７が長手方向
に反ろうとする力はあまり働かない。従って、溝７ｃの
位置の部分的な変形は大きくても、キャップ７および半
導体装置全体の長手方向の反りは抑制される。
【００３０】また、本実施形態でも、第１の実施形態と
同様に、熱膨張係数の大きい透明部７ａの体積を小さく
しているので、透明部７ａの熱変形しようとする力の総
和が小さく、パッケージ１に及ぼす力が小さい。また、
透明部７ａの体積が小さいため半導体装置全体の樹脂材
料中の不純物の割合が大きく、半導体装置全体の見かけ
上の熱膨張係数がプリント基板４の熱膨張係数に近く小
さくなっている。このような理由からも、本実施形態の
半導体装置は反りが小さい。
【００３１】図５には、本発明の第３の実施形態が示さ
れている。本実施形態においても、パッケージ１、ＣＣ
Ｄチップ２、リード３の構成については、従来例および
参考例および第１，２の実施形態と同様である。
【００３２】本実施形態のキャップ８は、中央のＣＣＤ
チップ２と対向する位置にある透明部８ａと、それ以外
の部分である不透明部８ｂとからなる。不透明部８ｂ
は、パッケージ１と同じく樹脂中にフィラーやカーボン
等の不純物を混入して熱膨張係数が小さくなっている。
一方、透明部８ａは、不純物が混入しておらず樹脂材料
のみから形成されており、熱膨張係数が大きいものであ
る。そしてこのキャップ８の内側面（パッケージ１との
接合面）には、収容凹部１ａの外側を囲むリング状に突
起８ｃが形成されている。そして、パッケージ１とはこ
の突起８ｃの部分のみで接合されている。
【００３３】図に示すように、半導体装置をプリント基
板４上に配置して高温の溶融ハンダ槽中に浸漬した場
合、リード３からパッケージ１に熱が伝わり、さらにパ
ッケージ１からキャップ８に熱が伝わる。図に示す従来
例の場合は、収容凹部を除くパッケージおよびキャップ
の全面を介して熱の伝達が行われるため、両者間に熱は
伝わりやすく、キャップはパッケージとほぼ同じ温度ま
で温度上昇する。
【００３４】これに対し、本実施形態の場合、突起８ｃ
のみが熱伝達経路となるので、パッケージ１からキャッ
プ８への熱伝達の効率が悪い。すなわち、キャップ８は
パッケージ１ほど高温にはならない。前記した通り、キ
ャップ８の透明部８ａは熱膨張係数が大きいが、温度上
昇が小さければ、その変形は小さくなる。すなわち、本
実施形態では、熱膨張係数の小さなパッケージ１および
プリント基板４は温度上昇が大きく、熱膨張係数の大き
なキャップ８は温度上昇が小さいため、両者の変形は同
程度となり、あまり大きな反りは生じない。
【００３５】また、本実施形態でも、第１，２の実施形
態と同様に、熱膨張係数の大きい透明部８ａの体積が小
さいので、透明部８ａの熱変形しようとする力の総和が
小さく、パッケージ１に及ぼす力が小さい。また、透明
部８ａの体積が小さいため半導体装置全体の樹脂材料中
の不純物の割合が大きく、半導体装置全体の見かけ上の
熱膨張係数がプリント基板４の熱膨張係数に近く小さく
なっている。このような理由からも、本実施形態の半導
体装置は反りが小さい。
【００３６】図６には、第３の実施形態の変形例が示さ
れている。これは、突起９ａをキャップ９の最外周に形
成したものであり、これによると、キャップ９の製造が
簡単になるとともに、キャップ９の強度が強くなる。
【００３７】
【発明の効果】樹脂製の不透明なパッケージの上面に固
着される樹脂製の透明なキャップの厚さを０．５ｍｍ以
下とする構成とすると、半導体素子全体の見かけ上の熱
膨張係数が小さくなり、半導体装置の反りを抑制するこ
とができる。
【００３８】また、樹脂製の不透明なパッケージの上面
に固着される樹脂製のキャップを、半導体素子と対向す
る位置の透明部と、前記透明部以外の不透明部とから構
成する場合も同様に、半導体素子全体の見かけ上の熱膨
張係数が小さくなり、半導体装置の反りを抑制すること
ができる。
【００３９】樹脂製の不透明なパッケージの上面に固着
される樹脂製の透明なキャップが、長手方向に対し実質
的に垂直な方向に形成されている溝部を有する構成とす
ると、変形しようとする力を溝に集中させて逃がすこと
により、キャップが長手方向に反ろうとする力はあまり
働かず、長手方向の反りは抑制される。
【００４０】樹脂製の不透明なパッケージの上面に固着
される樹脂製の透明なキャップが、半導体素子の収容凹
部の外側に位置する突起を有しており、この突起がパッ
ケージ上面に接合される構成とすると、突起のみが熱伝
達経路となるので、パッケージからキャップへの熱伝達
の効率が悪い。従って、キャップはパッケージほど高温
にはならず、変形量が小さく反りは小さくなる。。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例を示す図であり、（ａ）は平面
図、（ｂ）は正面断面図である。
【図２】参考例におけるキャップの厚さと半導体装置の
反りとの関係を示すグラフである。
【図３】本発明の第１の実施形態を示す図であり、
（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態を示す図であり、
（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態を示す図であり、
（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態の正面断面図である。
【図７】従来の半導体装置を示す図であり、（ａ）は平
面図、（ｂ）は加熱時の正面図、（ｃ）は変形後の正面
図である。
【符号の説明】
１ 収容凹部 ２ ＣＣＤチップ（半導体素子） ３ リード ４ プリント基板 ５，６，７，８，９ キャップ ６ａ，７ａ，８ａ 透明部 ６ｂ，７ｂ，８ｂ 不透明部 ７ｃ 溝 ８ｃ，９ｃ 突起 １１ パッケージ １３ リード １４ プリント基板 １４ａ スルーホール １５ キャップ １６ ハンダ槽 １６ａ ハンダ
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 23/02 H01L 23/08 H01L 27/14

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 樹脂からなり上面に収容凹部が設けられ
    ている不透明なパッケージと、前記収容凹部内に収容さ
    れる半導体素子と、樹脂からなり前記収容凹部を塞ぐよ
    うに前記パッケージ上面に固着される透明なキャップと
    を含む半導体装置であって、前記キャップが、前記固着面のみに、長手方向に直角方
    向に形成されている複数の溝部を有する半導体装置。
  2. 【請求項２】 樹脂からなり上面に収容凹部が設けられ
    ている不透明なパッケージと、前記収容凹部内に収容さ
    れる半導体素子と、樹脂からなり前記収容凹部を塞ぐよ
    うに前記パッケージ上面に固着される透明なキャップと
    を含む半導体装置であって、前記キャップには、前記収容凹部の外側を取り囲む様に
    リング状に、かつ前記キャップの最外側面より内側に突
    起が設けられており、前記リング状突起部分のみで前記
    パッケージ上面に接合されている半導体装置。
  3. 【請求項３】 樹脂からなり上面に収容凹部が設けられ
    ている不透明なパッケージと、前記収容凹部内に収容さ
    れる半導体素子と、樹脂からなり前記収容凹部を塞ぐよ
    うに前記パッケージ上面に固着されるキャップとを含む
    半導体装置であって、前記キャップが、前記収容凹部の中央の半導体素子と対
    向する位置にある透明部と、それ以外の部分である不透
    明部とからなり、不透明部には不純物を混入して熱膨張
    係数を小さくした部分からなる半導体装置。
  4. 【請求項４】 前記キャップが、長手方向に対し実質的
    に垂直な方向に形成されている溝部を有する請求項２ま
    たは３に記載の半導体装置。
  5. 【請求項５】 前記キャップには、前記収容凹部の外側
    に位置する突起が設けられており、該突起が前記パッケ
    ージ上面に接合されている請求項３に記載の半導体装
    置。
  6. 【請求項６】 前記突起が、前記収容凹部の外側を囲む
    リング状に形成されている請求項５に記載の半導体装
    置。
  7. 【請求項７】 前記半導体素子がＣＣＤチップである請
    求項１〜６のいずれ か１項に記載の半導体装置。
  8. 【請求項８】 前記パッケージの下面が、プリント基板
    に取り付けられる請求項１〜７のいずれか１項に記載の
    半導体装置。
JP10047805A 1998-02-27 1998-02-27 半導体装置 Expired - Fee Related JP3129275B2 (ja)

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