JP6190746B2 - 半導体素子実装用中空パッケージ - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子実装用中空パッケージに関する。

半導体素子（例えばイメージセンサなどの撮像素子）は、中空パッケージと称されるパッケージの中空部に実装され、当該中空部が透明封止板（例えばガラス板）で封止される。撮像素子が実装された中空パッケージは、固体撮像装置などに搭載される。

図５Ａは、従来の中空パッケージの構造の一例を示す斜視図であり、図５Ｂは、図５Ａの断面斜視図である。図５Ａに示されるように、中空パッケージ１は、半導体素子を実装するための実装面を有する回路基板２と、その上面に配置され、実装面を囲む樹脂製の枠３とを有する。回路基板２は、ガラスエポキシ基材などの絶縁基材４と、半導体素子と接続されるインナーリード５と；実装基板と接続される実装電極６とを有する（図５Ｂ参照）。

このような中空パッケージ１は、例えば回路基板２上に樹脂製の枠３をモールド成形して製造されうる。モールド成形工程は、従来の半導体素子の樹脂パッケージの製造方法と同様に、回路基板上に樹脂成形を行った後、切断して個片化する方法（例えば特許文献１参照）；即ち、１枚の回路基板から複数個の中空パッケージを得る多数個取りを行うことが一般的である。即ち、中空パッケージ１は、多数個取り用の回路基板２’上に複数の樹脂製の枠３’をモールド成形した後（図６Ａ）；得られた成形体を切削加工やレーザー加工により切断し、個片化して製造される（図６Ｂ）。

特開２００９−９９６８０号公報

このように、従来の中空パッケージ１は、多数個取り用の回路基板２’上に複数の樹脂製の枠３’をモールド成形した後；得られた成形体を回路基板２’ごと切断し、個片化して得られる。従って、得られる中空パッケージ１の回路基板２の切断面２Ａ（外周端面）は、樹脂で覆われておらず、露出している（図５Ｂ参照）。

しかしながら、回路基板２の切断面２Ａ、特にガラスエポキシ基材を含む回路基板２の切断面２Ａは発塵しやすい。それにより、半導体素子を実装後、中空部を透明封止板で封止すると、ダストが中空部に混入したり、ダストが撮像光路上に付着したりしやすいという問題があった。ダストが撮像光路上に付着した固体撮像装置は、不良品となりやすい。

また、従来の中空パッケージは、回路基板２の切断面２Ａ（外周端面）から吸湿しやすく、中空部内が結露し、透明封止板が曇りやすい。さらに、上記モールド成形工程で得られる成形体を成形温度から室温に冷却した際に、成形体の樹脂製の枠３’と回路基板２’との線膨張係数の差が大きいことから、成形体が反りやすい（図６Ａ参照）。それにより、得られる従来の中空パッケージは反りが生じやすい。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ダストの発生が抑制され、かつ吸湿による中空部の結露や反りなどが抑制された中空パッケージを提供することを目的とする。

［１］ 絶縁基材と、それに配置された導線とを有し、半導体素子を実装するための実装面を有する回路基板と、前記回路基板の実装面を囲み、かつ前記回路基板の外周端面を覆う樹脂枠とを有する、半導体素子実装用中空パッケージ。
［２］ 前記絶縁基材は、繊維状の強化材を含む、［１］に記載の半導体素子実装用中空パッケージ。
［３］ 前記絶縁基材は、ガラスエポキシ基材である、［１］または［２］に記載の半導体素子実装用中空パッケージ。
［４］ 前記樹脂枠は、前記回路基板の下面を覆っていない、［１］〜［３］のいずれかに記載の半導体素子実装用中空パッケージ。

本発明によれば、ダストの発生が抑制され、かつ吸湿による中空部の結露や反りなどが抑制された中空パッケージを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る中空パッケージを示す斜視図である。 図１Ａの断面斜視図である。 図１の中空パッケージの下面を示す平面図である。 半導体装置の一例を示す図である。 図２Ａの断面斜視図である。 トランスファー樹脂成形装置の概要図である。 トランスファー樹脂成形工程において、樹脂タブレットと基板を下金型と上金型との間に搬送した状態を示す図である。 トランスファー樹脂成形工程において、樹脂タブレットと基板を下金型上に配置した状態を示す図である。 トランスファー樹脂成形工程において、型締め状態を示す図である。 トランスファー樹脂成形工程において、プランジャを上昇させて溶融した樹脂をキャビティに移送させる工程を示す図である。 トランスファー樹脂成形工程において、キャビティに溶融した樹脂を充填された状態を示す図である。 トランスファー樹脂成形工程において、型開き状態を示す図である。 トランスファー樹脂成形工程において、金型から成形体を取り出す工程を示す図である。 不要部分が除去された成形体の一例を示す図である。 図４Ｈの成形体を切断して、個片化した状態を示す図である。 従来の中空パッケージの一例を示す斜視図である。 図５Ａの断面斜視図である。 個片化される前の従来の成形体の一例を示す図である。 図６Ａの成形体を切断して、個片化した状態を示す図である。

１．中空パッケージ
本発明の中空パッケージは、半導体素子を実装するための実装面を有する回路基板と、当該回路基板上に設けられ、その実装面を囲む枠状の樹脂層Ａと；当該回路基板の外周端面を覆う樹脂層Ｂとを有しうる。枠状の樹脂層Ａと樹脂層Ｂとは、別の部材であってもよいし；一体的に成形されて一つの部材を構成してもよい。製造効率を高める観点から、枠状の樹脂層Ａと樹脂層Ｂとは一体的に成形されて、一つの樹脂枠を構成していることが好ましい。

即ち、本発明の中空パッケージは、半導体素子を実装するための実装面を有する回路基板と、前記回路基板の実装面を囲み、かつ前記回路基板の外周端面を覆う樹脂枠とを有することが好ましい。

回路基板の平面形状は、特に制限されないが、通常、矩形状である。樹脂枠は、回路基板が有する外周端面の一以上（または一定割合以上）を覆っていることが好ましく、実質的に全てを覆っていることがより好ましい。

図１Ａは、本発明の一実施形態に係る中空パッケージ１０を示す斜視図であり；図１Ｂは、図１Ａの断面斜視図であり；図１Ｃは中空パッケージの下面を示す平面図である。図１Ｂに示されるように、本実施形態の中空パッケージ１０は、回路基板１１と、その実装面を囲み、かつ外周端面を覆う樹脂枠１３とを有する。

＜回路基板１１について＞
回路基板１１は、例えば多層配線基板などであり、一方の面に半導体素子を実装するための領域（実装面Ｘ）を有する。具体的には、回路基板１１は、絶縁基材１５と、ボンディングパッド１７（インナーリード）と実装電極１９とを含む導線とを有する。

絶縁基材１５は、樹脂を含む板状部材であることが好ましい。絶縁基材１５は、例えば樹脂シートであってもよいし、樹脂と強化材の複合材料からなるシートであってもよい。複合材料における強化材は、繊維状であることが好ましく；繊維状の強化材の例には、ガラス繊維またはガラスクロスなどの無機材料からなる繊維や、樹脂クロスなどが含まれ、好ましくはガラス繊維またはガラスクロスである。

例えば、絶縁基材１５にフレキシブル性を付与する場合は、薄膜のポリイミド樹脂シートを用いうる。また、絶縁基材１５に剛性を付与する場合、ガラス繊維またはガラスクロスをエポキシ樹脂で固めたガラスエポキシ基材を用いうる。特に絶縁基材１５がガラスエポキシ基材である場合に、回路基板１１の外周端面（切断面）からの発塵が生じやすいことから、本発明が特に有効である。

絶縁基材１５は、複数の薄膜やシートの積層体であってもよい。絶縁基材１５の厚さは、約０．０１ｍｍ〜１．２ｍｍ程度としうる。

導線は、半導体素子と電気的に接続されるボンディングパッド（インナーリード）１７と、実装基板（不図示）と電気的に接続される実装電極１９とを含む（図１Ｂ参照）。

ボンディングパッド１７は、絶縁基材１５の上面（実装面となる面）に配置されており、半導体素子の電極と電気的に接続される。ボンディングパッド１７（インナーリード）は、例えばパターニングなどで形成されうる。実装電極１９は、絶縁基材１５の下面に配置されており（図１Ｂおよび１Ｃ参照）、実装基板の電極（不図示）と電気的に接続される。絶縁基材１５の上面に設けられたボンディングパッド１７と、絶縁基材１５の下面に設けられた実装電極１９とは、絶縁基材１５の内部で、例えば導線やスルーホールに充填された導体など（不図示）で電気的に接続されている。

ボンディングパッド１７、実装電極１９およびそれらを接続する導線の材質は、例えば銅や銅合金などでありうる。

＜樹脂枠１３について＞
樹脂枠１３は、回路基板１１の面上で実装面Ｘを囲み、かつ回路基板１１の外周端面１１Ａを覆うように設けられている。樹脂枠１３と回路基板１１との間で囲まれる空間が、中空部となる。

樹脂枠１３は、回路基板１１が有する４つの外周端面１１Ａの一以上、好ましくは全てを覆っていることが好ましい。回路基板１１を構成する４つの外周端面１１Ａの一以上は、切断面でありうる。例えば、中空パッケージ１０が、予め完全に個片化された基板をモールド成形して得られたものである場合、回路基板１１の外周端面の全てが樹脂枠１３で覆われていることが好ましい。また、中空パッケージ１０が、個片化された複数の基板が吊り部（連結部）を介して連結された多数個取り用の基板をモールド成形して得られたものである場合、回路基板１１の吊り部（連結部）の切断面を除く全ての外周端面が、樹脂枠１３で覆われていることが好ましい。

樹脂枠１３のうち回路基板１１の外周端面を覆う部分の厚みは、回路基板１１の外周端面（切断面）の発塵を十分に抑制できる程度であればよく、例えば回路基板１１の厚みの２〜１０％程度としうる。樹脂枠１３の厚みを一定以上とすることで、回路基板１１の外周端面（切断面）からの発塵を十分に抑制しうる。

樹脂枠１３の、回路基板１１の実装面Ｘからの高さは、実装される半導体素子の高さよりも高ければよい。

一方、回路基板１１の下面には実装電極１９が配置されていることから、樹脂枠１３は、回路基板１１の下面を覆わないことが好ましい。また、回路基板１１の下面の周縁部が樹脂枠１３で覆われていると、中空パッケージ１０を実装基板に実装する際に、回路基板１１の下面と実装基板との隙間をその分大きくする必要があることなどから、樹脂枠１３は、回路基板１１の下面の全てを覆っていないことが好ましい。

樹脂枠１３を構成する樹脂は、特に限定されないが、熱硬化性樹脂であることが好ましく、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などでありうる。樹脂枠１３は、後述するようにモールド成形により形成される。

このような中空パッケージ１０の中空部に半導体素子を配置し、当該半導体素子の電極とボンディングパッド１７とを直接またはワイヤーボンディングなどで電気的に接続する。半導体素子は、ＣＭＯＳやＣＣＤなどの撮像素子でありうる。そして、半導体素子が実装された中空パッケージ１０の中空部を封止板で封止する。それにより、本発明の中空パッケージ１０に半導体素子が実装された半導体装置を得ることができる。

図２Ａは、半導体装置の一例を示す斜視図であり；図２Ｂは、図２Ａの断面斜視図である。図２Ａに示されるように、半導体装置２０は、中空パッケージ１０と、その中空部内に搭載され、ボンディングパッド１７と電気的に接続された半導体素子２１と、中空部を封止する封止板２３とを有する。このような半導体装置２０は、例えばデジタルカメラやビデオカメラ、携帯電話などの実装基板に実装されうる。

このように、中空パッケージ１０は、例えばガラスエポキシ基材などを含む回路基板１１の外周端面１１Ａ（切断面）が樹脂枠１３で覆われている。従って、回路基板１１の外周端面１１Ａ（切断面）の発塵を抑制し、ダストの発生を抑制できる。それにより、中空部に半導体素子を実装後、封止板で封止する際に、ダストが中空部に混入したり、撮像光の経路上に付着したりするのを抑制できる。

また、上記中空パッケージ１０は、回路基板１１の外周端面１１Ａ（切断面）が樹脂枠１３で覆われていることから、回路基板１１の外周端面１１Ａ（切断面）からの吸湿を低減できる。それにより、中空部内が結露して、封止板２３が曇るのを抑制できる。

２．中空パッケージの製造方法
本発明の中空パッケージは、任意の方法で製造されうる。上記実施形態の中空パッケージは、例えば１）個片化された回路基板を用意するステップと、２）個片化された回路基板に樹脂枠をモールド成形するステップとを経て製造されうる。

１）個片化された回路基板を用意するステップ
多数個取り用の回路基板を完全に切断して、個片化された複数の回路基板を用意してもよい。また、多数個取り用の回路基板を部分的に切断して、個片化された複数の回路基板が吊り部（連結部）を介して連結された基板を用意してもよい（後述する図４Ａの基板６３参照）。多数個取り用の回路基板の構成は、前述の中空パッケージの説明で記載した回路基板１１と同様であり、ガラスエポキシ基材を含むことが好ましい。

２）樹脂枠をモールド成形するステップ
個片化された回路基板上に樹脂枠をモールド成形することが好ましい。モールド成形は、トランスファー樹脂成形であることが好ましい。

図３は、トランスファー樹脂成形装置３０の概要図である。図３に示されるトランスファー樹脂成形装置３０は、搬送機構Ｘと、成形機構Ｙと、取出機構Ｚとを有する。

搬送機構Ｘは、基板整列機構Ｘ１と、樹脂タブレット整列機構Ｘ２とを含む。搬送機構Ｘは、基板整列機構Ｘ１に収納された前記１）の個片化された回路基板１１を、真空吸着または開閉爪によって把持して、金型のキャビティ空間に配置し；樹脂タブレット整列機構Ｘ２に収納された樹脂タブレット６１を、真空吸着または開閉爪によって把持し、下金型のポットに配置する。

取出機構Ｚは、成形体収納機構Ｚ１を有する。取出機構Ｚは、成形体をキャビティから取り出して、成形体収納機構Ｚ１に収納する。

成形機構Ｙは、上金型４０と下金型５０とを含む金型と、上金型４０と下金型５０を移動させるプレス機構Ｙ５と、金型のキャビティ空間に樹脂を移送するトランスファー機構Ｙ６とを有する。

具体的には、成形機構Ｙは、上プラテンＹ１と、下プラテンＹ２と、移動プラテンＹ３とを有し、これらがダイバーＹ４によって連結されている。移動プラテンＹ３は、ダイバーＹ４に沿って移動可能に構成されている。上プラテンＹ１と移動プラテンＹ３との間に、上金型４０と下金型５０を含む金型が配置されている。移動プラテンＹ３と下プラテンＹ２との間に、プレス機構Ｙ５が配置されている。プレス機構Ｙ５が移動プラテンＹ３を移動させることによって、下金型５０を移動させる。

下金型５０は、ポット５１と、その内部を上下に移動可能に構成されたプランジャ５３とを有する（後述の図４Ａ参照）。ポット５１とは、樹脂タブレット６１を配置するための領域である。プランジャ５３は、ポット５１の内面を摺動して、ポット５１の内部を上下に移動する。プランジャ５３は、トランスファー機構Ｙ６によって移動可能にされている。トランスファー機構Ｙ６とは、図示されない油圧機構、ネジ送り機構、カム送り機構などでありうる。また、プランジャ５３は加熱されうる。

上金型４０は、樹脂枠１３を成形するためのキャビティ４１と、キャビティ４１と下金型５０のポット５１とを連通するカル４３、ランナー４５およびゲート４７とを有する（後述の図４Ａ参照）。

樹脂枠のトランスファー樹脂成形は、前述のトランスファー樹脂成形装置３０を用いて行うことができる。具体的には、樹脂枠のトランスファー樹脂成形工程は、以下のステップを含みうる（図４Ａ〜図４Ｉ参照）。
２−１）下金型５０のポット５１の内部に、熱硬化樹脂を含む樹脂タブレット６１を配置し、下金型５０の上面に、個片化された複数の回路基板を有する基板６３を配置するステップ（図４Ａおよび図４Ｂ）。
２−２）プレス機構Ｙ５により下金型５０を上昇させて、型閉めするステップ（図４Ｃ）。
２−３）プランジャ５３を移動させて、樹脂タブレット６１の熱硬化樹脂をキャビティ４１内に移送するステップ（図４Ｄ）。
２−４）キャビティ４１内部に充填された熱硬化樹脂を硬化させるステップ（図４Ｅ）。
２−５）プレス機構Ｙ５により下金型５０を下降させて、型開きし、成形体６７を取り出すステップ（図４Ｆ〜図４Ｇ）。
２−６）得られた成形体６７を切断して個片化し、中空パッケージ１０を得るステップ（図４Ｈ〜図４Ｉ）。

ステップ２−１）では、樹脂タブレット６１を、下金型５０のポット５１の内部にあるプランジャ５３の上面に配置し；基板６３を、下金型５０の上面に配置する（図４Ｂ）。基板６３は、個片化された複数の回路基板部６３Ａが吊り部６３Ｂを介して連結されたものでありうる。基板６３は、これに限定されず、完全に個片化された回路基板を複数配置したものであってもよい。樹脂タブレット６１と基板６３の配置は、前述の搬送機構Ｘ（図３参照）よって行うことが好ましい。

ポット５１の内部に配置する樹脂タブレット６１は、典型的には、熱硬化樹脂を含む打錠成形物である。熱硬化樹脂は、例えばエポキシ樹脂を含み、さらに、樹脂タブレットにはフェノール樹脂硬化剤、硬化促進剤、離型剤、着色剤などを含有してもよい。樹脂タブレットは、熱硬化樹脂とともに無機充填材を含有する。樹脂タブレットにおける無機充填材の含有量は、５０〜９０質量％であることが好ましい。

樹脂タブレット６１は、熱硬化樹脂と無機充填材とをミキサーで混合した混合物を、ロールあるいは押出機でシートとし；シートをハンマーミルなどで粉砕して粉末顆粒とし；さらに、それを打錠成形して得られる。樹脂タブレット６１は、例えば円柱状の打錠成形物でありうる。円柱状の樹脂タブレットの直径は１０ｍｍ〜４０ｍｍであり、高さは５ｍｍ〜４０ｍｍ程度でありうる。

ステップ２−２）では、プレス機構Ｙ５により下金型５０を上昇させて、型閉めする（図４Ｃ）。

ステップ２−３）では、トランスファー機構Ｙ６によりプランジャ５３を上昇させて、樹脂タブレット６１の熱硬化樹脂をキャビティ４１内に移送する（図４Ｄ）。このとき、下金型５０、上金型４０およびプランジャ５３は、それぞれ加熱されていることが好ましい。具体的には、それぞれ約１６０℃〜１８０℃に加熱されていることが好ましい。ポット５１の内部に配置された樹脂タブレット６１は、下金型５０とプランジャ５３によって加温されて溶融する。溶融した樹脂は、プランジャ５３によってキャビティ４１の内部に押し出される。

ステップ２−４）では、トランスファー機構Ｙ６によりキャビティ４１に充填された熱硬化性樹脂を加圧した状態で熱硬化させる（図４Ｅ）。具体的には、所定の時間加熱を続けて、溶融した樹脂を熱硬化させる。熱硬化させる時間は、特に限定されないが、３０秒〜１２０秒の範囲、好ましくは６０秒程度でありうる。それにより、基板６３と樹脂成形物６５とが一体化された成形体６７が得られる。

ステップ２−５）では、プレス機構Ｙ５により下金型５０を下降させて、型開きし（図４Ｆ）、成形体６７をキャビティ４１から取り出す（図４Ｇ）。具体的には、成形体６７の取り出しは、前述の取り出し機構Ｚ（図３）により行うことが好ましい。取り出された成形体６７を、前述の成形体収納機構Ｚ１（図３）に収納する。成形体収納機構Ｚ１は、成形体６７からランナーおよびゲートなどの不要部分を取り除く。

図４Ｈは、ランナーおよびゲートなどの不要部分を取り除かれた成形体６７の側面図である。図４Ｈに示されるように、成形体６７では、従来の製造方法で得られる成形体（図６Ａ）とは異なり、基板６３を構成する個片化された複数の回路基板部６３Ａ同士の間に樹脂成形物６５が充填されている。従って、基板６３と樹脂成形物６５との線膨脹係数の差を従来よりも小さくすることができ、成形体６７の反り；ひいては中空パッケージ１０の反りを抑制できる。

ステップ２−６）では、図４Ｈの成形体６７を、個片化装置（不図示）により切断し、個片化する。図４Ｈでは、成形体６７を吊り部６３Ｂの切断代Ａで切断する。個片化は、ダイシングなどの切削加工やレーザー切断加工により行うことが好ましい。それにより、例えば吊り部の切断面を除く回路基板の外周端面が樹脂成形物で覆われた中空パッケージ１０を得ることができる（図４Ｉ）。

本発明によれば、ダストの発生が抑制され、かつ吸湿による中空部の結露や反りなどが抑制された中空パッケージを提供することができる。

１０ 中空パッケージ
１１ 回路基板
１１Ａ 外周端面
１３ 樹脂枠
１５ 絶縁基材
１７ インナーリード（ボンディングパッド）
１９ 実装電極
３０ トランスファー樹脂成形装置
４０ 上金型
４１ キャビティ
４３ カル
４５ ランナー
４７ ゲート
５０ 下金型
５１ ポット
５３ プランジャ
６１ 樹脂タブレット
６３ 基板
６３Ａ 回路基板部
６３Ｂ 吊り部
６５ 樹脂成形物
６７ 成形体
Ｘ 搬送機構
Ｘ１ 基板整列機構
Ｘ２ 樹脂タブレット整列機構
Ｙ 成型機構
Ｙ１ 上プラテン
Ｙ２ 下プラテン
Ｙ３ 移動プラテン
Ｙ４ ダイバー
Ｙ５ プレス機構
Ｙ６ トランスファー機構
Ｚ 取出機構
Ｚ１ 成形体収納機構

Claims (3)

1. 樹脂と繊維状の強化材とを含む絶縁基材と、前記絶縁基材の上面に配置されたインナーリードと、前記絶縁基材の下面に配置された実装電極と、前記インナーリードと前記実装電極とを電気的に接続する導体とを含む導線とを有し、前記絶縁基材の上面が半導体素子を実装するための実装面となる回路基板と、
   前記回路基板の実装面を囲む樹脂枠とを有し、
   前記樹脂枠は、前記回路基板の実装面を囲む枠状の樹脂層Ａと、前記回路基板の外周端面の全てを覆う樹脂層Ｂとを含み、且つ前記枠状の樹脂層Ａと前記樹脂層Ｂとが一体的に成形されている、半導体素子実装用中空パッケージ。
2. 前記絶縁基材は、ガラスエポキシ基材である、請求項１に記載の半導体素子実装用中空パッケージ。
3. 前記樹脂枠は、前記回路基板の下面を覆っていない、請求項１又は２に記載の半導体素子実装用中空パッケージ。

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