JP4316019B2 - 半導体装置及び半導体装置製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば物体検出、光通信、光ファイバ通信及びフォトカプラ等に用いられる光半導体素子等の半導体素子を樹脂で封止した半導体装置及び半導体装置製造方法に関し、特に生産性と信頼性の高いパッケージを有するものに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来からリードフレームやTAB(tape automated bonding)テープ等のキャリア部材上に光半導体素子(例えば、発光半導体素子や受光半導体素子)を載置し、リードフレームとともに金型のキャビティ内に投入し、このキャビティ内に樹脂を流し込むことにより封止してパッケージを形成した光半導体装置がある。上記樹脂は通常、クラック防止のために熱硬化樹脂であるエポキシ樹脂を用いて成形されている。
【0003】
図7及び図8の(a),(b)はこのような半導体装置の一例である光半導体装置10を示す図である。光半導体装置10は、第1のリードフレーム11及び第2のリードフレーム12と、第1のリードフレーム11に取り付けられた半導体素子13と、これら第1のリードフレーム11,第2のリードフレーム12及び半導体素子13を封止するパッケージ部14とを備えている。なお、図7中15a,15bは約10μmの厚さの銀皮膜、16a,16bは約20μmの厚さのはんだ皮膜を示している。はんだ皮膜16a,16b(16bは不図示)とパッケージ部14とは約1mm離間している。
【0004】
光半導体装置10は次のような工程により形成されている。すなわち、予め第1のリードフレーム11及び第2のリードフレーム12の各先端部11a,12aに銀メッキを施し、銀皮膜15a,15bを形成する。
【0005】
次に、上型20と下型21から形成されるキャビティ22内に半導体素子13を搭載した第1のリードフレーム11と、第2のリードフレーム12とを配置する。なお、半導体素子13と第2のリードフレーム12とは金製のボンディングワイヤ13aとで接続されている。そして、ゲート22から熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂Tを充填するようにしていた。この後、第1のリードフレーム11及び第2のリードフレーム12の基端部側11b,12b(12bは不図示)をはんだ槽に浸漬するはんだディップ工程にてはんだ皮膜16a,16bを形成する。
【0006】
エポキシ樹脂は成形時の流動性及び硬化後の第1のリードフレーム11及び第2のリードフレーム12との密着性に優れているため広く用いられている。しかし、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂は成型後の硬化時間に180秒程度の時間がかかり生産性が低いという問題やバリが発生しやすい等の問題があった。
【0007】
そこで、硬化時間を短縮させて生産性を向上させるために、封止する樹脂として熱可塑性樹脂を用いることが考えられている。熱可塑性樹脂は成型後の硬化時間が10秒程度であるため、生産性が向上する利点がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、熱硬化性樹脂と同様にして熱可塑性樹脂をキャビティ22内に充填することで半導体素子13を封止しようとすると次のような問題があった。すなわち、熱可塑性樹脂はリードフレームとの密着性がエポキシ樹脂に比べて劣るため、第1のリードフレーム11及び第2のリードフレーム12とパッケージ部14との界面から侵入する水分を充分に防ぎきれず、耐湿性が劣るという問題があった。
【0009】
また、はんだディップ工程において、パッケージ部14がはんだによって汚染されたり、はんだの熱によってパッケージ部14の下部が軟化し重力により変形したり、樹脂内部の水分が蒸発して気泡が生じたりする虞があった。
【0010】
さらに、はんだ皮膜形成を容易にするために、フラックスを浸漬等により第1及び第2のリードフレーム11,12に塗布する場合には、フラックスが第1及び第2のリードフレーム11,12とパッケージ部14との界面から侵入し、半導体素子13を汚染し、装置の信頼性が低下する虞があった。
【0011】
一方、樹脂が充填される際には、ボンディングワイヤ13a回りには図8の(a),(b)中矢印α方向及びβ方向の流れが生ずる。このため、特にキャビティ充填時の樹脂粘度が高い種類の熱可塑性樹脂を用いた場合には、ボンディングワイヤ13aが樹脂の流動抵抗で大きく変形する。特にα方向の流れに対してボンディングワイヤ13aは大きく変形し、断線したり、第1のリードフレーム11に接触する等して光半導体装置としての必要な信頼性を確保することが困難であった。
【0012】
なお、特開平6−283645にはエポキシ樹脂をベースにした導電性ペーストをリードフレーム全面に塗布した場合が開示されている。しかし、エポキシ樹脂は吸水性を持つ樹脂であるため、パッケージ外部のペーストに浸透した水分がインナリード部分のボンディング部を腐食させる虞がある。また、導電性ペーストの代わりにリードフレーム全体にはんだ皮膜を形成するとボンディングできないという問題がある。
【0013】
そこで本発明は、熱可塑性樹脂により半導体素子を封止する場合であっても、耐湿性等の信頼性を確保することができる半導体装置及び半導体装置製造方法を提供することを目的としている。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、請求項1に記載された発明は、熱可塑性樹脂からなるパッケージと、このパッケージ内部に先端部側がそれぞれ所定長ずつ配置されるとともに、所定間隔をもって並設された第1のリードフレーム及び第2のリードフレームと、上記第1及び第2のリードフレームの表面に形成され、かつ、上記パッケージの外部から内部に亘って形成されたはんだ皮膜部と、上記第1のリードフレームの上記半導体素子が搭載された先端部位周囲及び第2のリードフレームの先端部位周囲にそれぞれ形成された金属皮膜部と、上記第1のリードフレームの先端部側に搭載された半導体素子と、この半導体素子の電極にその一端が接続され、他端が上記第2のリードフレームの先端部側に接続されたボンディングワイヤとを備え、上記はんだ皮膜部の上記パッケージの内部側先端部とこの先端部に近接する上記金属皮膜部の端部とは所定距離離間し、上記はんだ皮膜部は上記パッケージの内部側に少なくとも0.5mm以上形成されるとともに、少なくとも20μmの厚みで形成され、かつ、上記所定間隔は少なくとも0.3mm以上であり、上記第1のリードフレームの先端部側と上記第2のリードフレームの先端部側との間隙は、上記ボンディングワイヤが結線された側の間隙に比べて狭く形成されている。
【0016】
請求項2に記載された発明は、熱可塑性樹脂からなるパッケージと、このパッケージ内部に先端部側がそれぞれ所定長ずつ配置されるとともに、所定間隔をもって並設された第1のリードフレーム及び第2のリードフレームと、上記第1及び第2のリードフレームの表面に形成され、かつ、上記パッケージの外部から内部に亘って形成されたはんだ皮膜部と、上記第1のリードフレームの上記半導体素子が搭載された先端部位周囲及び第2のリードフレームの先端部位周囲にそれぞれ形成された金属皮膜部と、上記第1のリードフレームの先端部側に搭載された半導体素子と、この半導体素子の電極にその一端が接続され、他端が上記第2のリードフレームの先端部側に接続されたボンディングワイヤとを備え、上記はんだ皮膜部の上記パッケージの内部側先端部とこの先端部に近接する上記金属皮膜部の端部とは所定距離離間し、上記はんだ皮膜部は上記パッケージの内部側に少なくとも0.5mm以上形成されるとともに、少なくとも20μmの厚みで形成され、かつ、上記所定間隔は少なくとも0.3mm以上であり、上記第1のリードフレームの先端部と上記第2のリードフレームの先端部との間隙の方向がパッケージ成形金型内への上記熱可塑性樹脂の流入の方向と90度以上ずらして形成されている。
【0018】
請求項3に記載された発明は、請求項1又は2に記載された発明において、上記半導体素子が光半導体素子であることが好ましい。
請求項4に記載された発明は、所定間隔をもって並設された第1及び第2のリードフレームの基端部側の所定長さにはんだ皮膜部を形成するはんだ皮膜形成工程と、上記第1のリードフレームの上記半導体素子が搭載された先端部位周囲及び第2のリードフレームの先端部位周囲にそれぞれ金属皮膜部を形成する金属皮膜部形成工程と、上記第1のリードフレームの先端部側に半導体素子を搭載するボンディング工程と、上記半導体素子の端子と上記第2のリードフレームの先端部側とをワイヤで接続するワイヤボンディング工程と、上記第1及び第2のリードフレームの先端部側及び上記はんだ皮膜部の上記第1及び第2のリードフレームの先端部側の所定長さを熱可塑性樹脂で封止する樹脂封止工程とを備え、上記はんだ皮膜部は上記パッケージの内部側に少なくとも0.5mm以上形成されるとともに、少なくとも20μmの厚みで形成され、かつ、上記所定間隔は少なくとも0.3mm以上であり、上記第1のリードフレームの先端部側と上記第2のリードフレームの先端部側との間隙は、上記ボンディングワイヤが結線された側の間隙に比べて狭く形成されるとともに、上記封止樹脂工程において上記熱可塑性樹脂を流入させるゲートに対して、上記第1のリードフレームが対向配置され、かつ、上記第2のリードフレームは流入方向に対して交差する方向に離間して配置されている。
請求項5に記載された発明は、所定間隔をもって並設された第1及び第2のリードフレームの基端部側の所定長さにはんだ皮膜部を形成するはんだ皮膜形成工程と、上記第1のリードフレームの上記半導体素子が搭載された先端部位周囲及び第2のリードフレームの先端部位周囲にそれぞれ金属皮膜部を形成する金属皮膜部形成工程と、上記第1のリードフレームの先端部側に半導体素子を搭載するボンディング工程と、上記半導体素子の端子と上記第2のリードフレームの先端部側とをワイヤで接続するワイヤボンディング工程と、上記第1及び第2のリードフレームの先端部側及び上記はんだ皮膜部の上記第1及び第2のリードフレームの先端部側の所定長さを熱可塑性樹脂で封止する樹脂封止工程とを備え、上記はんだ皮膜部は上記パッケージの内部側に少なくとも0.5mm以上形成されるとともに、少なくとも20μmの厚みで形成され、かつ、上記所定間隔は少なくとも0.3mm以上であり、上記第1のリードフレームの先端部と上記第2のリードフレームの先端部との間隙の方向がゲートを介してパッケージ成形金型内へ上記熱可塑性樹脂が流入する方向と90度以上ずらして形成されている。
【0019】
上記手段を講じた結果、次のような作用が生じる。請求項1〜3に記載された発明では、はんだ皮膜部が熱可塑性樹脂からなるパッケージの外部から内部に亘って形成されているので、熱可塑性樹脂がはんだ皮膜部に強力に密着する。このときの密着力は熱可塑性樹脂とリードフレームの密着力よりも強い。このため、パッケージ外部からの水分の侵入を防止することができる。また、熱可塑性樹脂は熱硬化性樹脂よりも吸湿性が低いので、樹脂自体のバルクからの半導体素子への水分の侵入をも低減することができる。
また、はんだ皮膜部が半導体素子周囲の金属皮膜部と所定距離離間しているので、熱可塑性樹脂とはんだ皮膜部との密着部から熱可塑性樹脂と金属皮膜部との密着部へ水分が伝達することを防止できる。
さらに、はんだ皮膜部がパッケージ内部へ少なくとも0.5mm以上形成されているので、熱可塑性樹脂とはんだ皮膜部との密着部分を十分にとることができる。また、はんだ皮膜部が少なくとも20μm設けられているので、はんだ皮膜部が設けられている部位と設けられていない部位とで段差を十分にとることができる。このため、段差部分で外部からの水分侵入を阻止することができる。さらに、所定距離は少なくとも0.3mm以上としたので、熱可塑性樹脂をはんだ皮膜部と金属皮膜部との隙間に十分に充填させることができ、熱可塑性樹脂とリードフレームを密着させることができる。したがって、水分の伝達を効果的に防止できる。
さらにまた、熱可塑性樹脂を充填する際に、第1のリードフレームの先端部側と第2のリードフレームの先端部側との間に形成される間隙に流入する熱可塑性樹脂の量が規制されるので、ボンディングワイヤには第1及び第2のリードフレームの間に沿った方向への力を緩和することができる。このため、ボンディングワイヤの変形量が減少し、断線しにくくなるとともに、ボンディングワイヤが第1のリードフレームに接触することを防止することができる。
【0025】
請求項4,5に記載された発明では、はんだ皮膜部の形成を熱可塑性樹脂によるパッケージの形成の前工程にて行うので、はんだ皮膜部の形成時における熱の影響がパッケージに及ぶことを防止できる。したがって、パッケージの変形・変質を防止することができる。
また、はんだ皮膜部が半導体素子周囲の金属皮膜部と所定距離離間しているので、熱可塑性樹脂とはんだ皮膜部との密着部から熱可塑性樹脂と金属皮膜部との密着部へ水分が伝達することを防止できる。
さらに、はんだ皮膜部がパッケージ内部へ少なくとも0.5mm以上形成されているので、熱可塑性樹脂とはんだ皮膜部との密着部分を十分にとることができる。また、はんだ皮膜部が少なくとも20μm設けられているので、はんだ皮膜部が設けられている部位と設けられていない部位とで段差を十分にとることができる。このため、段差部分で外部からの水分侵入を阻止することができる。さらに、所定距離は少なくとも0.3mm以上としたので、熱可塑性樹脂をはんだ皮膜部と金属皮膜部との隙間に十分に充填させることができ、熱可塑性樹脂とリードフレームを密着させることができる。したがって、水分の伝達を効果的に防止できる。
さらにまた、熱可塑性樹脂を充填する際に、第1のリードフレームの先端部側と第2のリードフレームの先端部側との間に形成される間隙に流入する熱可塑性樹脂の量が規制されるので、ボンディングワイヤには第1及び第2のリードフレームの間に沿った方向への力を緩和することができる。このため、ボンディングワイヤの変形量が減少し、断線しにくくなるとともに、ボンディングワイヤが第1のリードフレームに接触することを防止することができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の第1の実施の形態に係る光半導体装置30を示す側面図、図2は本光半導体装置30を製造するための金型40を示す図である。この光半導体装置30は位置検出用インタラプタの内部素子SSV(スモールサイドビュー)である。
【0027】
図1及び図2に示すように光半導体装置30は、第1のリードフレーム31及び第2のリードフレーム32と、第1のリードフレーム31に取り付けられた発光半導体素子(半導体素子)33と、これら第1のリードフレーム31,第2のリードフレーム32及び発光半導体素子33を封止するパッケージ部34とを備えている。
【0028】
第1のリードフレーム31の先端部31a及び第2のリードフレーム32の先端部32aには厚さ10μmの銀皮膜部35a,35bがそれぞれ形成されている。
【0029】
第1のリードフレーム31の先端部31aには、発光半導体素子33のアノード側が取り付けられている。そして、発光半導体素子33のカソード側は発光半導体素子33の電極Eとボンディングワイヤ33aを介して第2のリードフレームの先端部32aに接続されている。
【0030】
第1のリードフレーム31の基端部31b側及び第2のリードフレーム32の基端部32b(不図示)側からパッケージ部34内部側の所定領域に亘って厚さ20μmのはんだ皮膜部36a,36bがそれぞれ形成されている。なお、はんだ皮膜部36a,36bのはんだの組成はSn:Pb=90:10である。
【0031】
パッケージ部34は、図2の(b)中距離eが4mm程度、距離fが3mm程度の大きさに形成されている。また、パッケージ部34は、透明若しくは可視光を遮蔽するために黒色に着色された(受光側は750nm以下の波長の光を遮蔽するために着色される。)熱可塑性樹脂が硬化して形成されている。
【0032】
金型40は、上型41と下型42とから構成されている。上型41及び下型42には光半導体装置30のパッケージ部34を形成するための凹部41a,42aが形成され、これら凹部41a,42aによりキャビティ43が形成されている。また、下型42には外部からの樹脂の入り口となるゲート42bが形成されている。
【0033】
光半導体装置30は次のような方法で製造される。すなわち、最初のはんだ皮膜形成工程においては、第1のリードフレーム31の基端部31b及び第2のリードフレーム32の基端部32bの所定領域に亘ってはんだメッキを施すことによりはんだ皮膜部36a,36bを形成する。なお、この際パッケージ部34は形成されていないのでパッケージ部34が熱により変形・変質する虞はない。
【0034】
次に、銀皮膜形成工程においては、第1のリードフレーム31の先端部31a及び第2のリードフレーム32の先端部32aの所定領域に銀メッキを施すことにより銀皮膜部35a,35bを形成する。
【0035】
これらはんだ皮膜形成工程及び銀皮膜形成工程により形成されたはんだ皮膜部36a,36bの先端はパッケージ部34の界面基準位置Sから0.5mm(図2(a)d1に相当)内側にあり、かつ、銀皮膜部35a,35bから0.3mm(図2(a)d2に相当)離間している。
【0036】
ここで、はんだ皮膜部36a,36bと銀皮膜部35a,35bとが少なくとも0.3mm以上離間している理由について説明する。すなわち、銀皮膜部35a,35bを形成した後にはんだ皮膜部36a,36bを形成するため、はんだ皮膜部36a,36bの形成は皮膜させない部分をマスキングして行う。但し、フレームとマスキング部との界面からはんだフラックスやはんだ溶液が浸入し、銀皮膜部表面を汚染する。汚染したままボンディングすると金−銀の化学反応が成長せず、必要なボンディング強度が得られず、信頼性を高めることができない。
【0037】
また、はんだ皮膜部36a,36bと銀皮膜部35a,35bとが接触している場合、水分の浸入によりはんだ皮膜部36a,36bのSnが析出し、銀皮膜部35a,35bまで成長する。成長がボンディングワイヤ33aまで到達すると銀皮膜部35bとの接続部分の腐食を引き起こし、銀皮膜部35bからボンディングワイヤ33aがはがれ不良となる。
【0038】
さらに、はんだ皮膜部36a,36bと銀皮膜部35a,35bとの隙間が0.3mm以上離間していると、図3の(a)に示すように熱可塑性樹脂が十分に充填され、水分の浸入を防止することができるが、隙間が狭いと、図3の(b)に示すように熱可塑性樹脂が十分に充填されず、空間Sが生じることがあった。このため、空間Sを介して水分が浸入しやすいという虞があった。
【0039】
なお、はんだ皮膜部36a,36b及び銀皮膜部35a,35bの位置関係の設定方法については後述する。
次に、第1のリードフレーム31の先端部31aに発光半導体素子33のアノード側をボンディングし、カソード側をボンディングワイヤ34を介して第2のリードフレームの先端部32aに接続する。なお、このとき、第1のリードフレーム31及び第2のリードフレーム32を165℃程度まで加熱するが、はんだ皮膜部36a,36bのはんだの融点は200℃付近にあるため、溶融することはない。
【0040】
最後に、パッケージ部34の成形を行う。成形条件は、金型温度:130℃、樹脂溶融温度:350〜360℃、ゲート通過時の樹脂の見掛けの粘度:300Pa・s、保圧:120MPaの射出成形とする。また、熱可塑性樹脂はポリオレフィン樹脂のひとつであるファンクショナル・ノルボルネン系樹脂で、分子量80000、引張伸び率12%、ガラス転移点温度が165℃のものを用いた。なお、重量平均分子量は、トルエンを溶剤に用いた高速液体クロマトグラフィ(HLC)分析(温度38℃、流量1.0ml/分で測定)で測定し、ポリスチレン換算によって求めた。また、引張伸び率は、引張試験JISK7113に準じて測定した。
【0041】
パッケージ部34の成形は、キャビティ43内に第1のリードフレーム31と第2のリードフレーム32を配置した後、ゲート42bから熱可塑性樹脂を充填することにより行う。熱可塑性樹脂は10秒程度で硬化する。このとき、はんだ皮膜部36a,36bのうち、キャビティ43内にある部位の表面は、流動してきた熱可塑性樹脂によって一旦溶融する。熱可塑性樹脂の温度が200℃以下になると、はんだは硬化する。一方、熱可塑性樹脂は165℃までは溶融状態であるので、はんだの収縮に熱可塑性樹脂の収縮が追従し、熱可塑性樹脂が硬化すると熱可塑性樹脂とはんだとは隙間なく良好に密着する。このため、熱可塑性樹脂とリードフレームとの密着性に比べ、熱可塑性樹脂とはんだとの密着性が優れているため、界面からの水分が入りにくくなる。
【0042】
なお、はんだ皮膜の溶融は金型内の熱量によって生じる。熱量は金型温度と樹脂温度の総量によって決定される。本実施の形態においては、金型温度130℃、樹脂温度350〜360℃の範囲の熱量であればはんだ皮膜20μmのうち、ごく表面しか溶融せず皮膜厚みの変化はない。
【0043】
なお、はんだ皮膜部36a,36bのはんだの組成を例えばSn:Pb=70:30に設定すると溶融温度が183℃となる。このため、熱可塑性樹脂によりはんだ皮膜部36a,36bが溶融され流されてしまう。
【0044】
ここで、パッケージ部34による半導体素子30の密着性を評価するために赤インク侵入試験の結果を示す。表1は、上述したはんだ皮膜部36a,36bの侵入距離を変えた10種類の試作樹脂について、性能評価を行ったものである。
【0045】
なお、赤インク侵入試験は、万年筆に用いられる赤インク中にそれぞれの樹脂で成形された光半導体装置30を浸漬し、24時間後に取り出しリードフレームと熱可塑性樹脂との界面における赤インクの侵入距離を調べるものである。表中のd1,d2,t2は図2に示した部分の寸法で、赤インク侵入距離とは、図2中界面基準位置Sの点からの距離である。なお、d1の値がマイナスの場合はパッケージ内部にはんだ皮膜部36a,36bが形成されていないことを示している。なお、本サンプルの場合、d2は1mmからd1を引いた値となる。
【0046】
【表1】
【0047】
この結果から、はんだ皮膜部はパッケージ内部に0.5mm以上(d1≧0.5mm)入り込み、銀皮膜部から少なくとも0.3mm以上(d2≧0.3mm)の距離を空けた場合が最も赤インク侵入距離が短いことが判明した。
【0048】
上述したように本第1の実施の形態に係る光半導体装置30においては、硬化時間を短縮し生産性を高めるためにリードフレームとの密着性の低い熱可塑性樹脂を用いる場合であっても、水分侵入を最小限に抑えることができる。また、熱可塑性樹脂はエポキシ樹脂に比べて吸湿性が小さいので、樹脂自体のバルクからの水分侵入をも低減することができる。したがって、半導体素子の耐湿性を十分に確保することができ、信頼性を向上させることができる。
【0049】
さらに、はんだ皮膜形成工程をはんだパッケージ形成工程前に行うことができるので、はんだ皮膜形成の際のはんだ浸漬時における熱によるパッケージの変形・変質を防止することができる。したがって、効率よく、しかも信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【0050】
さらにまた、はんだ皮膜形成を容易にするために、フラックスを浸漬等により塗布する場合でもフラックスの浸入を防止し、半導体素子を汚染することで、装置の信頼性を高めることができる。
【0051】
図4は本発明の第2の実施の形態に係る光半導体装置50を製造するための金型40を示す図である。この図において図2と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【0052】
光半導体装置50は、第1のリードフレーム51及び第2のリードフレーム52と、第1のリードフレーム51に取り付けられた半導体素子53と、これら第1のリードフレーム51,第2のリードフレーム52及び半導体素子53を封止するパッケージ部54とを備えている。
【0053】
第1のリードフレーム51の先端部51a及び第2のリードフレーム52の先端部52aには厚さ10μmの銀皮膜部55a,55bがそれぞれ形成されている。
【0054】
第1のリードフレーム51の先端部51aには、発光半導体素子53のアノード側が取り付けられている。そして、発光半導体素子53のカソード側は発光半導体素子53の電極Eとボンディングワイヤ53aを介して第2のリードフレームの先端部52aに接続されている。
【0055】
第1のリードフレーム51の基端部51b側及び第2のリードフレーム52の基端部52b(不図示)側からパッケージ部54内部側に亘って厚さ20μmのはんだ皮膜部56a,56bがそれぞれ形成されている。なお、はんだ皮膜部56a,56bのはんだの組成はSn:Pb=90:10である。
【0056】
第1のリードフレーム51の先端部51aと第2のリードフレーム52の先端部52aの間隙Kは、ボンディングワイヤ53aが結線された側の間隙Lに比べて狭く形成されている。また、先端部51aには後述する発光半導体素子53が取り付けられている。一方、第2のリードフレーム52の先端部52aは、先端部51aに対しゲート42bと反対側に配置されている。このような寸法にリードフレームを形成することが樹脂の流れの規制手段となる。
【0057】
なお、図4の(a)中の間隙mが0.1〜0.2mmの範囲、間隙nが0.4mm以上となるように形成されるのが好適である。
パッケージ部54は、図4の(a)中距離eが4mm程度、距離fが3mm程度の大きさに形成されている。
【0058】
光半導体装置50は、上述した光半導体装置30と同様にして製造される。なお、ゲート42bから樹脂を充填する際に、第1のリードフレーム51の先端部51aと第2のリードフレーム52の先端部52aとの間隙Kが間隙Lに比べて狭いため、導入された樹脂のうち間隙Kから第1のリードフレーム51と第2のリードフレーム52の間に流入する量が抑えられ、下型42の凹部42a側から間隙Lを通って上型41の凹部41a側に向かう流れが支配的となる。ボンディングワイヤ53a回りはこの樹脂流動が支配的になり、従来に比べワイヤ変形量は80%低下する。また、このときの熱可塑性樹脂の硬化時間は10秒程度であった。
【0059】
本第2の実施の形態によれば、上述した第1の実施の形態と同様の効果が得られるとともに、粘度の高い熱可塑性樹脂を用いる場合であっても、熱可塑性樹脂を充填する際にボンディングワイヤ53aの変形量を最小限に抑えることができるので、装置の信頼性を高めることができる。
【0060】
図5は本発明の第3の実施の形態に係る光半導体装置60を製造する金型40を示す図である。なお、この図において、上述した図4と同一機能部分には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
【0061】
本第3の実施の形態が上述した第2の実施の形態と異なる点は、第1のリードフレーム51の代わりに第1のリードフレーム61が用いられ、第2のリードフレーム52の代わりに第2のリードフレーム62が用いられている点である。なお、第1のリードフレーム61の先端部61aと第2のリードフレーム62の先端部62aとの間隙Qの方向はゲート42bの方向と90度以上ずれて形成されている。このようにリードフレームを構成することで樹脂の流れの規制手段となる。
【0062】
このように構成された第3の実施の形態に係る光半導体装置60であっても、樹脂は第1のリードフレーム61の先端部61aと第2のリードフレーム62の先端部62aとの間隙Qから入りにくく、間隙Rを流れる樹脂流動が支配的になる。このため、上述した光半導体装置50と同様の効果を得ることができる。
【0063】
図6は本第2の実施の形態の変形例に係る光半導体装置60Aを示す図である。なお、この図において、上述した図5と同一機能部分には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
【0064】
本変形例が上述した第3の実施の形態と異なる点はボンディングワイヤ63aと第2のリードフレーム62との接続位置である。このようにすることでゲート42bから導入された樹脂が、キャビティ43の図6中左方へ流動する際に、その流動方向とボンディングワイヤ34の結線方向とが平行となるため、ボンディングワイヤ34の変形量をさらに抑えることができる。
【0065】
なお、本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではない。すなわち上記実施の形態では、はんだ皮膜部及び銀皮膜部は、メッキにより形成しているが、浸漬等他の方法を用いてもよい。また、はんだの組成は用いる熱可塑性樹脂の溶融温度や金型温度等に応じて適宜変更してもよい。さらに、光半導体装置30として発光半導体素子を用いているが、受光半導体素子を用いてもよい。このほか本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【0066】
【発明の効果】
請求項1〜3に記載された発明によれば、はんだ皮膜部が熱可塑性樹脂からなるパッケージの外部から内部に亘って形成されているので、熱可塑性樹脂がはんだ皮膜部に強力に密着する。このときの密着力は熱可塑性樹脂とリードフレームの密着力よりも強い。このため、パッケージ外部からの水分の侵入を防止することができる。また、熱可塑性樹脂は熱硬化性樹脂よりも吸湿性が低いので、樹脂自体のバルクからの半導体素子への水分の侵入をも低減することができる。したがって、半導体素子の信頼性を向上させることができる。
また、はんだ皮膜部が半導体素子周囲の金属皮膜部と所定距離離間しているので、熱可塑性樹脂とはんだ皮膜部との密着部から熱可塑性樹脂と金属皮膜部との密着部へ水分が伝達することを防止できる。
さらに、はんだ皮膜部がパッケージ内部へ少なくとも0.5mm以上形成されているので、熱可塑性樹脂とはんだ皮膜部との密着部分を十分にとることができる。また、はんだ皮膜部が少なくとも20μm設けられているので、はんだ皮膜部が設けられている部位と設けられていない部位とで段差を十分にとることができる。このため、段差部分で外部からの水分侵入を阻止することができる。さらに、所定距離は少なくとも0.3mm以上としたので、熱可塑性樹脂をはんだ皮膜部と金属皮膜部との隙間に十分に充填させることができ、熱可塑性樹脂とリードフレームを密着させることができる。したがって、水分の伝達を効果的に防止できる。
さらにまた、熱可塑性樹脂を充填する際に、第1のリードフレームの先端部側と第2のリードフレームの先端部側との間に形成される間隙に流入する熱可塑性樹脂の量が規制されるので、ボンディングワイヤには第1及び第2のリードフレームの間に沿った方向への力を緩和することができる。このため、ボンディングワイヤの変形量が減少し、断線しにくくなるとともに、ボンディングワイヤが第1のリードフレームに接触することを防止することができる。
【0072】
請求項4,5に記載された発明によれば、はんだ皮膜部の形成を熱可塑性樹脂によるパッケージの形成の前工程にて行うので、はんだ皮膜部の形成時における熱の影響がパッケージに及ぶことを防止できる。したがって、パッケージの変形・変質を防止することができる。
さらに、はんだ皮膜部がパッケージ内部へ少なくとも0.5mm以上形成されているので、熱可塑性樹脂とはんだ皮膜部との密着部分を十分にとることができる。また、はんだ皮膜部が少なくとも20μm設けられているので、はんだ皮膜部が設けられている部位と設けられていない部位とで段差を十分にとることができる。このため、段差部分で外部からの水分侵入を阻止することができる。さらに、所定距離は少なくとも0.3mm以上としたので、熱可塑性樹脂をはんだ皮膜部と金属皮膜部との隙間に十分に充填させることができ、熱可塑性樹脂とリードフレームを密着させることができる。したがって、水分の伝達を効果的に防止できる。
さらにまた、熱可塑性樹脂を充填する際に、第1のリードフレームの先端部側と第2のリードフレームの先端部側との間に形成される間隙に流入する熱可塑性樹脂の量が規制されるので、ボンディングワイヤには第1及び第2のリードフレームの間に沿った方向への力を緩和することができる。このため、ボンディングワイヤの変形量が減少し、断線しにくくなるとともに、ボンディングワイヤが第1のリードフレームに接触することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る光半導体装置を示す側面図。
【図2】同装置を製造する金型を示す図であって、(a)は下型上にリードフレームを配置した状態を示す平面図、(b)は金型を(a)におけるA−A線で切断し矢印方向に見た断面図。
【図3】同光半導体装置の要部を示す断面図。
【図4】本発明の第2の実施の形態に係る光半導体装置を製造するための金型のうち下型上にリードフレームを配置した状態を示す平面図。
【図5】本発明の第3の実施の形態に係る光半導体装置を製造するための金型のうち下型上にリードフレームを配置した状態を示す平面図。
【図6】同実施の形態の変形例に係る光半導体装置を製造するための金型のうち下型上にリードフレームを配置した状態を示す平面図。
【図7】従来の光半導体装置を示す側面図。
【図8】従来の光半導体装置を製造するための金型を示す図であって、(a)は下型上にリードフレームを配置した状態を示す平面図、(b)は金型を(a)におけるX−X線で切断し矢印方向に見た断面図。
【符号の説明】
30,50,60,60A…光半導体装置
31,51,61…第1のリードフレーム
32,52,62…第2のリードフレーム
33,53…半導体素子
33a,53a…ボンディングワイヤ
34,54…パッケージ部
35a,35b,55a,55b…銀皮膜部
36a,36b,56a,56b…はんだ皮膜部
40…金型
41…上型
42…下型
43…キャビティ
Claims (5)
- 熱可塑性樹脂からなるパッケージと、
このパッケージ内部に先端部側がそれぞれ所定長ずつ配置されるとともに、所定間隔をもって並設された第1のリードフレーム及び第2のリードフレームと、
上記第1及び第2のリードフレームの表面に形成され、かつ、上記パッケージの外部から内部に亘って形成されたはんだ皮膜部と、
上記第1のリードフレームの上記半導体素子が搭載された先端部位周囲及び第2のリードフレームの先端部位周囲にそれぞれ形成された金属皮膜部と、
上記第1のリードフレームの先端部側に搭載された半導体素子と、
この半導体素子の電極にその一端が接続され、他端が上記第2のリードフレームの先端部側に接続されたボンディングワイヤとを備え、
上記はんだ皮膜部の上記パッケージの内部側先端部とこの先端部に近接する上記金属皮膜部の端部とは所定距離離間し、
上記はんだ皮膜部は上記パッケージの内部側に少なくとも0.5mm以上形成されるとともに、少なくとも20μmの厚みで形成され、かつ、上記所定間隔は少なくとも0.3mm以上であり、
上記第1のリードフレームの先端部側と上記第2のリードフレームの先端部側との間隙は、上記ボンディングワイヤが結線された側の間隙に比べて狭く形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 熱可塑性樹脂からなるパッケージと、
このパッケージ内部に先端部側がそれぞれ所定長ずつ配置されるとともに、所定間隔をもって並設された第1のリードフレーム及び第2のリードフレームと、
上記第1及び第2のリードフレームの表面に形成され、かつ、上記パッケージの外部から内部に亘って形成されたはんだ皮膜部と、
上記第1のリードフレームの上記半導体素子が搭載された先端部位周囲及び第2のリードフレームの先端部位周囲にそれぞれ形成された金属皮膜部と、
上記第1のリードフレームの先端部側に搭載された半導体素子と、
この半導体素子の電極にその一端が接続され、他端が上記第2のリードフレームの先端部側に接続されたボンディングワイヤとを備え、
上記はんだ皮膜部の上記パッケージの内部側先端部とこの先端部に近接する上記金属皮膜部の端部とは所定距離離間し、
上記はんだ皮膜部は上記パッケージの内部側に少なくとも0.5mm以上形成されるとともに、少なくとも20μmの厚みで形成され、かつ、上記所定間隔は少なくとも0.3mm以上であり、
上記第1のリードフレームの先端部と上記第2のリードフレームの先端部との間隙の方向がパッケージ成形金型内への上記熱可塑性樹脂の流入の方向と90度以上ずらして形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 上記半導体素子が光半導体素子であることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
- 所定間隔をもって並設された第1及び第2のリードフレームの基端部側の所定長さにはんだ皮膜部を形成するはんだ皮膜形成工程と、
上記第1のリードフレームの上記半導体素子が搭載された先端部位周囲及び第2のリードフレームの先端部位周囲にそれぞれ金属皮膜部を形成する金属皮膜部形成工程と、
上記第1のリードフレームの先端部側に半導体素子を搭載するボンディング工程と、
上記半導体素子の端子と上記第2のリードフレームの先端部側とをワイヤで接続するワイヤボンディング工程と、
上記第1及び第2のリードフレームの先端部側及び上記はんだ皮膜部の上記第1及び第2のリードフレームの先端部側の所定長さを熱可塑性樹脂で封止する樹脂封止工程とを備え、
上記はんだ皮膜部は上記パッケージの内部側に少なくとも0.5mm以上形成されるとともに、少なくとも20μmの厚みで形成され、かつ、上記所定間隔は少なくとも0.3mm以上であり、
上記第1のリードフレームの先端部側と上記第2のリードフレームの先端部側との間隙は、上記ボンディングワイヤが結線された側の間隙に比べて狭く形成されるとともに、上記封止樹脂工程において上記熱可塑性樹脂を流入させるゲートに対して、上記第1のリードフレームが対向配置され、かつ、上記第2のリードフレームは流入方向に対して交差する方向に離間して配置されていることを特徴とする半導体装置製造方法。 - 所定間隔をもって並設された第1及び第2のリードフレームの基端部側の所定長さにはんだ皮膜部を形成するはんだ皮膜形成工程と、
上記第1のリードフレームの上記半導体素子が搭載された先端部位周囲及び第2のリードフレームの先端部位周囲にそれぞれ金属皮膜部を形成する金属皮膜部形成工程と、
上記第1のリードフレームの先端部側に半導体素子を搭載するボンディング工程と、
上記半導体素子の端子と上記第2のリードフレームの先端部側とをワイヤで接続するワイヤボンディング工程と、
上記第1及び第2のリードフレームの先端部側及び上記はんだ皮膜部の上記第1及び第2のリードフレームの先端部側の所定長さを熱可塑性樹脂で封止する樹脂封止工程とを備え、
上記はんだ皮膜部は上記パッケージの内部側に少なくとも0.5mm以上形成されるとともに、少なくとも20μmの厚みで形成され、かつ、上記所定間隔は少なくとも0.3mm以上であり、
上記第1のリードフレームの先端部と上記第2のリードフレームの先端部との間隙の方向がゲートを介してパッケージ成形金型内へ上記熱可塑性樹脂が流入する方向と90度以上ずらして形成されていることを特徴とする半導体装置製造方法。
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