JP3507251B2 - 光センサicパッケージおよびその組立方法 - Google Patents

光センサicパッケージおよびその組立方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光センサ集積回路
(IC)のパッケージおよびその組立方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ICチップを回路基板などに実装するた
めには、従来、図19から図23に示すような、リード
フレームを使用した樹脂封止パッケージか、図24に示
す中空部材を使用したパッケージに組み立てることが行
われてきた。
【0003】まず、図19から図23の樹脂封止パッケ
ージの組立方法について説明する。
【0004】まず金属の薄板にプレス又はエッチングに
より所定の回路パターンを形成したリードフレーム(図
19に図示)に光センサICチップ4を搭載する。次に
ボンディングワイヤ5で結線する(図20に図示)。そ
してこれを透明な熱硬化性樹脂6で封止する(図21に
図示)。その後リード8aを切断、成型して所定の形状
を得る(図22に図示)。この方法は大量生産が容易で
あること、回路基板への半田付けが比較的容易であるこ
となどから広く普及している。
【0005】また図23に示すように受光素子を有する
ICをパッケージングする場合には、光入射面の傷防
止、不要反射光の除去などの目的からガラス板等の光透
過性部材9を接着することも行われている(特開昭63
−21878号公報)。
【0006】一方、図24のパッケージは、セラミック
又は樹脂により成型された中空部材10の内部に光セン
サICチップ4を搭載し、ワイヤ5で配線を行った後に
光透過性部材9を前記中空部材10に接着し、気密構造
とするものである。このような構成では気密封止を維持
するための糊代9aが必要であり、必然的にパッケージ
サイズの大型化を招く。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】これら従来の方法はパ
ッケージの種類毎に高価な金型を用意しなければなら
ず、多品種の生産には莫大な設備投資が必要であること
や、新規の金型が必要となるような試作品の完成までに
は多くの時間を要することや、パッケージの取り扱いに
よってはリード8aを破損しやすいことや、光透過性部
材9の接着に余分な工程が必要で組立コストが上昇す
る、等の課題がある。
【0008】これに対し、リードフレームの代わりに両
面プリント板を用い、リードレス構造とするパッケージ
も提案されているが(特開平2−2150号公報)、金
型を用意しなければならない点は上記の方法と同様であ
るため、同様な課題を有する。 (発明の目的) 本発明は、金型を必要とせず、多品種少量の生産でも多
くの設備投資を必要とせず、また組立に要する費用も安
価で大量生産にも適用でき、かつ回路基板への半田付け
も容易であるICパッケージ及びその組立方法を提供す
ることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、凹部を側面に
有する基板と、該凹部の基板主面側の開口を塞ぐ絶縁性
フィルムと、該基板のフィルム配置面に搭載された光セ
ンサICチップと、該光センサICチップを封止し、前
記基板の前記光センサICチップ搭載面全面を覆って形
成された透明樹脂と、該透明樹脂上に設けられた光透過
性の非可撓性部材とを有し、該凹部に形成された導電部
が前記光センサICチップの外部接続端子とされている
光センサICパッケージを提供するものである。
【0010】 また本発明は、開口部の一方を絶縁性フ
ィルムで塞いだ複数のスルーホールを持つ基板を形成す
る工程と、該基板のフィルム配置側の主面に一又は二以
上の光センサICチップを搭載し、この光センサICチ
ップと前記スルーホールとを電気的に接続する工程と、
前記基板の前記光センサICチップ
を搭載した面の全面を覆って透明樹脂を形成する工程
と、 該樹脂上に光透過
性の非可撓性部材を配する工程と、 前記光センサ
Cチップを搭載した基板を、該非可撓性部材とともに前
記スルーホールの壁面が露出するように切断する工程
と、を有する光センサICパッケージの組立方法を提供
するものである。
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】本発明によれば、基板のスルーホールを利
用して従来例のリードに代わる外部接続端子とするた
め、従来のように、各種のICチップ毎にリードフレー
ムの金型を製作する必要が無くなる。
【0015】 また、スルーホールは絶縁性フィルム
基板裏表の貫通が妨げられているので、樹脂が基板の反
対側に流れ出ることがなく、樹脂の流れを止めるための
型等を用意する必要も無い。
【0016】 また、縦に切断したスルーホールの壁面
を外部接続端子とするため、従来のようにリードを破損
するおそれが少なくなる。
【0017】また、必要に応じて透明樹脂を用い、その
表面にガラス等硬度の高い光透過性部材を載せれば、樹
脂表面に傷がつくことを防止できるほか、光学的な平面
度を確保することが容易になる。こうして、本発明のI
Cパッケージは、光センサや発光ダイオード、半導体レ
ーザーなどの光能動素子に好ましく用いることができ
る。
【0018】さらに、光透過性部材の接着は樹脂の塗
布、硬化と同時に行われるため、工程の増加を防止で
き、かつ、余分な糊代を必要としないためパッケージの
外形を小型化できる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて詳細に説明する。(参考例) 本発明の実施形態の説明に先立って、本発明に関連する
参考例について説明する。
【0020】図1(a),(b)は本発明のICパッケ
ージの一参考例の構成を示す斜視図及びプリント基板の
みの斜視図である。図2はそのX−X線縦断面図であ
る。
【0021】図1及び図2において、1aは半導体メモ
リー、マイクロプロセッサ、デジタルシグナルプロセッ
サ、光センサ、半導体レーザー、LEDなどのICが搭
載されるプリント基板、2は回路パターン、3は絶縁性
フィルム、4はICチップ、5はボンディングワイヤ、
6は封止樹脂である。回路パターン2はプリント基板1
aに形成されており、スルーホール部2a,パッド部2
b,ICチップの搭載部2c,及びこれらを接続する配
線部2dからなる。スルーホール部2aは半田付け可能
な金属でメッキされて構成されており、この部分で外部
と半田付け等で電気的に接続可能であり、外部接続端子
となる。なお、本参考例に用いる基板としてはポリイミ
ドやガラスエポキシ等を用いたプリント基板に限られ
ず、セラミック基板等の基板も用いることができる。ま
た、ここではプリント基板1aの四側面すべてに凹部
(切断されたスルーホール)が設けられているが、外部
接続の便宜等により任意の位置に配置してよく、例えば
長辺側にのみ設けてもよい。さらに基板内に切断されな
いスルーホール部があってもよい。
【0022】以下、図3から図6を用いて上記ICパッ
ケージの製造工程を説明する。
【0023】まず、図3に示すように、予め所定の回路
パターン2が形成されたプリント基板1を用意する。図
3(a)は基板全体の斜視図、図3(b)はその部分拡
大図である。プリント基板1に設けられた円筒形又は角
柱形のスルーホールは半田付け可能な金属でメッキされ
ている。回路パターン2は、スルーホール部2a,パッ
ド部2b,ICチップの搭載部2c,及びこれらを接続
する配線部2dからなる。スルーホールは格子状に配さ
れている。
【0024】次に、図4に示すように、このプリント基
板1の回路形成面のすべてのスルーホール開口部を覆う
ように絶縁性フィルム3を接着する。図4(a)は基板
全体の斜視図、図4(b)はその部分拡大図である(な
お、以下に説明する図5、図6については基板の部分拡
大図のみを示すものとする。)。このとき、パッド部2
b、及びICチップ搭載部2cにはこの絶縁性フィルム
3が貼付しないよう、予め格子状に切り抜いておくか、
或いは全面に貼付した後に不要部分を取り去る。本実施
形態では感光性ソルダーレジストフィルムを貼付した
後、マスク露光、現像のプロセスにより不要部分を取り
除いた。
【0025】その後、ICチップ4を搭載し、ワイヤボ
ンディングなどの手段(5はボンディングワイヤを示
す)によって前記回路パターン2と接続する(図5)。
【0026】さらに、ICチップ4及びボンディングワ
イヤ5を保護するための液状の封止樹脂6をプリント基
板1のIC搭載面に塗布する(図6)。この時、スルー
ホール開口部は絶縁性フィルム3で塞がれているため封
止樹脂6がスルーホール2aを通してプリント基板1の
裏面に流れ出ることはなく、このため特に型や型枠等を
用いて塗布範囲を限定する必要はない。なお、封止樹脂
6は本実施形態ではプリント基板1のICチップ搭載面
を全部覆っているが、ICチップ4及びワイヤ5を覆う
ように一部のみ封止するようにしてもよい。
【0027】封止樹脂6を放置、加熱、紫外線照射など
の方法で硬化させた後、スルーホール2aをスルーホー
ルの配列方向に縦に切断する。本実施形態では図6の7
に示す位置でプリント基板1及び封止樹脂6を切断する
ことにより、図1(a)に示した側面に凹部を有し、凹
部の導電部材が端子となるリードレスパッケージが得ら
れる。なお、ICパッケージの製造工程において、絶縁
性フィルムでスルーホールを塞ぐ前に、ICチップの搭
載、ワイヤボンディングを行うことも可能である。
【0028】以上の説明から明らかなように、上述した
構成は、既存のプリント基板製造工程を利用でき、樹脂
封止用や、リードフレーム製作用などの金型が不要であ
るという特長がある。
【0029】また、このような形状のリードレスパッケ
ージは、既存の表面実装方法(リフロー半田付け等)に
より、スルーホール部2aで外部と半田付け可能であ
り、容易かつ安価に実装することが出来る。
【0030】特に、封止樹脂として、日東電工(株)製
NT−8000(商品名)等の光透過性エポキシ樹脂を
用い、ICチップとして、受光素子、発光素子、EPR
OM等の光能動素子を用いる場合には、光半導体装置を
金型を用いずに作製することが出来る。
【0031】以上述べたように、基板上の複数のスルー
ホールをICチップの外部接続端子として利用できるた
め、従来のように各種のICチップ毎にリードフレーム
や樹脂封止の金型を作成する必要が無くなる。このた
め、多品種少量の生産でも多くの設備投資を必要とせ
ず、また組立に要する費用も安価で大量生産にも適用で
きるという効果が得られる。
【0032】また、スルーホールを縦に切断して露出し
た凹部をもつ壁面を外部端子とするため、構造が強固で
破損するおそれが少ないという特長を持つ。 (第1及び第2実施形態) 以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説
明する。
【0033】図7(a),(b)は本発明のICパッケ
ージの第実施形態の構成を示す斜視図及びプリント基
板のみの斜視図である。図8はそのX−X線縦断面図で
ある。
【0034】図7及び図8において、1aは半導体メモ
リー、マイクロプロセッサ、デジタルシグナルプロセッ
サ、光センサ、半導体レーザー、LEDなどのICが搭
載されるプリント基板、2は回路パターン、3bは絶縁
性フィルム、4はICチップ、5はボンディングワイ
ヤ、6は透明樹脂、9は光透過性部材である。回路パタ
ーン2はプリント基板1aに形成されており、凹部(ス
ルーホール部)2a,パッド部2b,ICチップの搭載
部2c,及びこれらを接続する配線部2dからなる。凹
部2aは半田付け可能な金属でメッキされて構成されて
おり、この部分で外部と半田付け等で電気的に接続可能
であり、外部接続端子となる。凹部は円筒形又は角柱形
のスルーホールを切断することにより得られる。
【0035】また、図9は本発明のICパッケージの第
実施形態の構成を示す斜視図である。図10はそのX
−X線縦断面図である。
【0036】図9及び図10において、1aは半導体メ
モリー、マイクロプロセッサ、デジタルシグナルプロセ
ッサ、光センサ、半導体レーザー、LEDなどのICが
搭載されるプリント基板、2は回路パターン、3aは導
電材料、4はICチップ、5はボンディングワイヤ、6
は透明樹脂、9は光透過性部材である。回路パターン2
はプリント基板1aに形成されており、スルーホール部
2a,パッド部2b,ICチップの搭載部2c,及びこ
れらを接続する配線部2dからなる。スルーホール部2
aは導電材料3aで塞がれており、この部分で外部と半
田付け等で電気的に接続可能であり、外部接続端子とな
る。
【0037】なお、本発明に用いる基板としてはポリイ
ミドやガラスエポキシなどの樹脂を用いて基材が作製さ
れたプリント基板に限られず、セラミック基板等の基板
も用いることができる。また、ここではプリント基板1
aの四側面すべてにスルーホール部が設けられている
が、外部接続の便宜等により任意の位置に配置してよ
く、例えば長辺側にのみ設けてもよい。さらに基板内に
切断されないスルーホールがあってもよい。
【0038】以下図11から図16を用いてICパッケ
ージの製造工程を説明する。
【0039】ここでは、ICとして光能動素子としての
光センサを用いた例を紹介する。
【0040】まず、図11に示すように、予め所定の回
路パターン2が形成されたプリント基板1を用意する。
図11(a)は基板全体の斜視図、図11(b)はその
部分拡大図である。プリント基板1に設けられたスルー
ホールは半田付け可能な金属でメッキされている。回路
パターン2は、スルーホール部2a,パッド部2b,光
センサICチップの搭載部2c,及びこれらを接続する
配線部2dがある。
【0041】次に、このプリント基板1の表裏を貫通す
るすべてのスルーホールを導電材料3aで塞ぐか(図1
3)、または絶縁フィルム3bで開口部の一方を覆うこ
とで塞ぐ(図12(a),(b))。図12(a)はフ
ィルムで覆った場合の基板全体の斜視図、図12(b)
はその部分拡大断面図であり、図13は導電材料で塞い
だ場合の基板部分拡大断面図である(なお、以下に説明
する図14〜図16については基板の部分拡大断面図の
みを示すものとする)。ここではスルーホールをメッキ
した後に導電材料3aで塞いでいるが、同一工程でスル
ーホールの穴埋めを行ってもよい。絶縁性フィルム3b
で覆う場合には、スルーホールの配置に合わせて予め
(例えば格子状に)切り抜いておくか、或いは全面に貼
付した後に不要部分を取り去る。本実施形態では感光性
ソルダーレジストフィルムを貼付した後、マスク露光、
現像のプロセスにより不要部分を取り除いた。なお、以
下に説明する図14〜図16においては簡易化のため、
導電材料3aを用いた場合は図示せず、絶縁フィルム3
bを用いた場合のみを図示しているが、工程自体は同じ
である。
【0042】その後、ICチップ4を搭載し、ワイヤボ
ンディングなどの手段(5はボンディングワイヤを示
す)によって前記リードパターン2と接続する(図1
4)。
【0043】さらに、光センサICチップ4及びボンデ
ィングワイヤ5を保護するための液状の透明樹脂6をプ
リント基板1の光センサIC搭載面に塗布する(図1
5)。この時、スルーホールは導電材料3a(不図示)
または絶縁性フィルム3bで塞がれているため透明樹脂
6がスルーホール2aを通してプリント基板1の裏面に
流れ出ることはなく、このため特に型や型枠等を用いて
塗布範囲を限定する必要はない。
【0044】透明樹脂6が硬化する前に板状の光透過性
部材9をプリント基板1と平行に近接させ、透明樹脂6
がプリント基板1と光透過性部材9の間隙を満たすよう
にする(図16)。
【0045】不図示の治具等によりプリント基板1と光
透過性部材9の間隙を一定に保ちつつ、放置、加熱、紫
外線照射などの方法で透明樹脂6を硬化させた後、スル
ーホール2aをスルーホールの配列方向に縦に切断す
る。本実施形態では図16の7に示す位置でプリント基
板1、透明樹脂6、及び光透過性部材9を同時に切断す
ることにより、図7,図8に示した本発明の第の実施
形態又は図9,図10に示した第の実施形態のリード
レスパッケージが得られる。なお、本発明の光センサI
Cパッケージの製造工程において、スルーホールを塞ぐ
前にICチップの搭載、ワイヤボンディングを行うこと
も可能である。
【0046】以上の説明から明らかなように、本発明
は、既存のプリント基板製造工程を利用でき、樹脂封止
用や、リードフレーム製作用などの金型が不要であると
いう特長がある。
【0047】また、このような形状のリードレスパッケ
ージは、既存の表面実装方法(リフロー半田付け等)に
より、容易かつ安価に実装することが出来る。
【0048】本実施形態ではプリント基板1に三菱ガス
化学(株)製のBTレジン(商品名)、絶縁フィルム3
bに感光性ソルダーレジストフィルム、透明樹脂6に協
立化学工業(株)製のワールドロックNo.801 S
E−L、同XVL−01L(何れも商品名)、光透過性
部材9に硼珪酸ガラス板を用いて半田耐熱と光学性能と
に優れた光センサICパッケージを得ることが出来た。
【0049】なお、光透過性部材9を赤外線カットフィ
ルタ、たとえばHOYA(株)製CM−500(商品
名)等とすることで、光センサの分光感度を所望の特性
に調整することが出来る。又、特定の光をカットする場
合には、色付きの樹脂や光透過部材を用いることができ
るし、光を利用しないICの場合は非透光性樹脂や非透
光性部材を用いることができる。
【0050】以上述べたように、本発明によれば、基板
上の複数のスルーホールを光センサICチップの外部接
続端子として利用できるため、従来のように各種の光セ
ンサICチップ毎にリードフレームや樹脂封止の金型を
作成する必要が無くなる。このため、多品種少量の生産
でも多くの設備投資を必要とせず、また組立に要する費
用も安価で大量生産にも適用できるという効果が得られ
る。
【0051】さらには光透過性部材を接着するための糊
代を設ける必要がないため、外形寸法を著しく小さくで
きるという利点も得られる。
【0052】また、スルーホールを縦に切断して露出し
た凹部を有する壁面を外部接続端子とするため、構造が
強固で破損するおそれが少ないという特長を持つ。 (第実施形態) 図17は本発明の第実施形態のICパッケージの構造
を示す図である。
【0053】リジッド(非可撓性)な基板1aの4辺に
は、外部接続端子となる凹部2aが設けられ、基板1a
の上面のチップ搭載部2c上にはICチップ4が配置さ
れている。
【0054】ICチップ4のボンディングパッドと配線
2dのボンディングパッド部2bとはボンディングワイ
ヤ5によって電気的接続がなされている。
【0055】配線2dは、このICパッケージ端部から
の水分の侵入による腐食を防止する為に配線長が長くな
っている。狭いスペースに長い配線長を実現する為に、
この配線2dのパターンは図のように屈曲している。水
分は導電体である配線に沿ってパッケージ内に侵入して
くるので、外部端子2aからボンディングパッド部2b
までの実効的長さを長くすれば耐久性が向上する。
【0056】3bは絶縁フィルタ、6は樹脂、9は保護
部材である。
【0057】本例では、IC4として光能動素子を用い
たために、樹脂6として透明な樹脂を、部材9として透
明でガラス、アクリル樹脂等のリジッド(非可撓性)な
部材を選択した。4aはIC4の受光部である。
【0058】特に光能動素子の場合は、パッケージ表面
における光の反射の悪影響を受けないようにパッケージ
の表面から受光部(又は発光部)までの厚さ(長さ)を
受光部の最大長に応じて比較的厚くする必要がある(特
開昭63−21878号公報)。本例では部材9を貼り
合わせることにより、部材9の表面から受光部4aまで
の厚さを厚くしている。
【0059】製造方法は図11〜図16に示した方法と
同様の方法により製造できる。
【0060】光能動素子のICを用いる場合、図2に示
したパッケージの樹脂6上に面積が基板1aより小さ
く、より好ましくはIC4と同等の面積の部材を貼り合
わせることもできる(図18参照)。
【0061】但し、この方法は、樹脂を硬化させた後に
切断し、個々のパッケージを作製した後に部材9を貼る
方法、又は硬化した樹脂上に部材9を個々に貼り合わせ
た後、基板を切断する方法のいずれかによりなされる。
これらの方法はスループットを低下させる恐れがある
為、図11〜図16に示すように部材9を配した後、樹
脂を硬化させ、部材9と硬化した樹脂6と基板1とを同
時に切断する方法がより好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のICパッケージの一参考例の構成を示
す斜視図及びプリント基板のみの斜視図である。
【図2】図1のX−X線縦断面図である。
【図3】上記参考例のICパッケージの製造工程を示す
斜視図及びその部分拡大図である。
【図4】上記参考例のICパッケージの製造工程を示す
斜視図及びその部分拡大図である。
【図5】上記参考例のICパッケージの製造工程を示す
部分拡大図である。
【図6】上記参考例のICパッケージの製造工程を示す
部分拡大図である。
【図7】本発明のICパッケージの第実施形態の構成
を示す斜視図及びプリント基板のみの斜視図である。
【図8】図7のX−X線縦断面図である。
【図9】本発明のICパッケージの第実施形態の構成
を示す斜視図である。
【図10】図9のX−X線縦断面図である。
【図11】本発明の実施形態によるICパッケージの製
造工程を示す斜視図及びその部分拡大図である。
【図12】上記実施形態のICパッケージの製造工程を
示す基板の斜視図及びその断面図である。
【図13】上記実施形態のICパッケージの製造工程を
示す断面図である。
【図14】上記実施形態のICパッケージの製造工程を
示す断面図である。
【図15】上記実施形態のICパッケージの製造工程を
示す断面図である。
【図16】上記実施形態のICパッケージの製造工程を
示す断面図である。
【図17】本発明の第実施形態のICパッケージの構
造を示す図である。
【図18】本発明の第実施形態のICパッケージの構
造の変形例を示す断面図である。
【図19】従来技術による工程を示す平面図である。
【図20】従来技術による工程を示す平面図である。
【図21】従来技術による工程を示す平面図である。
【図22】従来技術による工程を示す平面図である。
【図23】従来技術による工程を示す断面図である。
【図24】従来技術によるパッケージを示す断面図であ
る。
【符号の説明】
1,1a プリント基板 2 回路パターン 2a スルーホール部 2b パッド部 2c ICチップ搭載部 2d 配線部 3 絶縁性フィルム 4 ICチップ 5 ボンディングワイヤ 6 封止樹脂 8 リードフレーム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−77349(JP,A) 特開 平1−57661(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 23/12 H01L 31/02

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 凹部を側面に有する基板と、該凹部の基
    板主面側の開口を塞ぐ絶縁性フィルムと、該基板のフィ
    ルム配置面に搭載された光センサICチップと、該光セ
    ンサICチップを封止し、前記基板の前記光センサIC
    チップ搭載面全面を覆って形成された透明樹脂と、該
    樹脂上に設けられた光透過性の非可撓性部材とを有
    し、 該凹部に形成された導電部が前記光センサICチップの
    外部接続端子とされている光センサICパッケージ。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の光センサICパッケージ
    において、前記透明樹脂の表面に設けられた非可撓性部
    材としての光透過性部材と、前記基板との面積がほぼ等
    しいことを特徴とする光センサICパッケージ。
  3. 【請求項3】 開口部の一方を絶縁性フィルムで塞いだ
    複数のスルーホールを持つ基板を形成する工程と、 該基板のフィルム配置側の主面に一又は二以上の光セン
    ICチップを搭載し、この光センサICチップと前記
    スルーホールとを電気的に接続する工程と、前記基板の前記光センサICチップを搭載した面の全面
    を覆って透明樹脂を形成する 工程と、 該樹脂上に光透過性の非可撓性部材を配する工程と、 前記光センサICチップを搭載した基板を、該非可撓性
    部材とともに前記スルーホールの壁面が露出するように
    切断する工程と、を有する光センサICパッケージの組
    立方法。
  4. 【請求項4】 請求項記載の光センサICパッケージ
    の組立方法において、前記透明樹脂上に前記非可撓性部
    材を配した後、硬化させて前記切断を行う光センサIC
    パッケージの組立方法。
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