JP6625774B1 - 中空パッケージ構造およびその製造方法、ならびに半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板と枠体との接着性を向上させた半導体装置等に用いられる中空パッケージ構造、およびその製造方法を提供する。【解決手段】半導体素子を搭載するための基板２０１と、基板２０１の上部に接着された枠体３０とを有し、枠体３０が、基板２０１上に中空部８０をなし、基板２０１の枠体３０との接着部に、微細凹凸部を有する中空パッケージ構造１０。また、基板２０１と枠体３０とを接着する基板２０１側の接着部に、微細凹凸部を設ける微細凹凸加工工程と、微細凹凸部に対応する位置に枠体３０を接着する枠体接着工程とを有する中空パッケージ構造１０の製造方法。【選択図】 図１

Description

本発明は、中空パッケージ構造およびその製造方法に関する。また、本発明は中空パッケージ構造を用いる半導体装置およびその製造方法に関する。

半導体装置等では、基板上にダイボンディング、ワイヤボンディングを行い、モールディングが行われている。このモールディングは、チップやワイヤの周囲にまで樹脂等が充填された中実型のものが広く採用されている。しかしながら、中実型のモールディングを行うと、チップ周辺の封入樹脂等により、チップの性能が低下する場合がある。このため、チップ周辺に中空部が設けられた中空パッケージが採用される場合もある。
例えば、特許文献１、２は、樹脂周壁と樹脂蓋とから中空パッケージを構成した半導体装置等に関する。また、特許文献３は、モールド成形されたリードフレームのバリ取り方法等に関する。

近年、情報通信分野の技術発展に伴い、携帯基地局パワーアンプ用のように、高周波数帯の信号が扱われるようになっている。このような高周波数帯にとっては、低ロス、高利得となる中空構造が適している。このような中空構造とするにあたって、より気密性が高い構造を保持することも求められる。

特開２００２−７６１５８号公報 特開２００３−２５８１４１号公報 特開平９−２４６２９９号公報

中空パッケージは、中空部を形成した状態で基板と枠体とを接合させるための嵌合部などの形状を設けて一体化させる。例えば、特許文献１、２では、基板となる放熱板の凸部や凹部に、枠体となる樹脂周壁が嵌合するように成形されている。なお、このような樹脂周壁は、例えばモールド成形で設けられるが、モールド成形するときに生じたバリを特許文献３のようにバリ取りすることも求められる。このバリ取りによって、基板と枠体との接着性が低下する場合もある。

しかしながら、チップが固定される基板の放熱性等を向上させるために従来と異なる基板等を用いるとき、基板の形状を成形する条件設定等を新たに検討する必要が生じる。また、基板が複数の材質を積層したものの場合、積層状態を維持して嵌合可能な形状等に成形することが難しい場合がある。

一方で、積層等された状態で板状となっている平滑な基板に、枠体を接着させようとすると、基板と枠体との接合面も平滑なものとなる。この状態では、基材と枠体の材質が異なることから、引張り力などの応力を受けたときに、これらの材料間の応力分布が異なるものとなる。そして、各材料の界面が起点となって局所剥離・部分剥離あるいは全面剥離が生じやすくなる場合がある。

かかる状況下、本発明は、半導体装置等に用いられる中空パッケージ構造において基板と枠体との接着性を向上させることを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、下記の発明が上記目的に合致することを見出し、本発明に至った。すなわち、本発明は、以下の発明に係るものである。

＜１＞ 半導体素子を搭載するための基板と、前記基板の上部に接着された枠体とを有し、前記枠体が、前記基板上に中空部をなし、前記基板の前記枠体との接着部に、微細凹凸部を有する中空パッケージ構造。
＜２＞ 前記微細凹凸部が、閉曲線状の溝部を２本以上有し、かつ、前記２本の閉曲線状の溝部の間に閉曲線状および／または斜線状の微細凹凸部を有する前記＜１＞記載の中空パッケージ構造。
＜３＞ 前記微細凹凸部が、前記基板と前記枠体との接着部に対応する第一の微細凹凸部と、前記第一の微細凹凸部の外周側に第二の微細凹凸部および／または内周側に第三の微細凹凸部とを有する前記＜１＞または＜２＞記載の中空パッケージ構造。
＜４＞ 前記第一の微細凹凸部が、線幅が５〜５０μｍであり、深さが１０〜１００μｍである前記＜３＞記載の中空パッケージ構造。
＜５＞ 前記第二の微細凹凸部および／または第三の微細凹凸部が、閉曲線状であり、線幅が、５〜５０μｍであり、深さが、１０〜１００μｍである周状凹部を１以上有する前記＜３＞または＜４＞記載の中空パッケージ構造。
＜６＞ 前記＜１＞〜＜５＞のいずれかに記載の中空パッケージ構造の基板に配置された半導体素子と、前記基板上の前記中空部を覆う蓋部と、を有する半導体装置。
＜７＞ 基板と枠体とを接着する基板側の接着部に、微細凹凸部を設ける微細凹凸加工工程と、前記微細凹凸部に対応する位置に枠体を接着する枠体接着工程とを有する中空パッケージ構造の製造方法。
＜８＞ 前記枠体接着工程で接着される枠体が、前記基板上にモールド成形された枠体であり、前記枠体接着工程で接着された枠体のバリ取りを行う仕上げ工程を有する前記＜７＞記載の中空パッケージ構造の製造方法。
＜９＞ 前記＜７＞または＜８＞に記載の中空パッケージ構造の前記枠体内側の前記基板上の中空部に半導体素子を配置して固定する半導体素子固定工程と、前記半導体素子を覆うように前記枠体の開口部を覆う蓋部を設ける封止工程と、を有する半導体装置の製造方法。

本発明によれば、中空部を有する中空パッケージ構造の基板と枠体とが安定して接着される。

本発明に係る中空パッケージ構造の概要図である。 基板の微細凹凸部の実施形態を示す概要図である。 基板の微細凹凸部の他の実施形態を示す概要図である。 基板の微細凹凸部の他の実施形態を示す部分拡大図である。 基板の微細凹凸部の他の実施形態を示す概要図である。 基板の微細凹凸部の他の実施形態を示す部分拡大図である。 基板の微細凹凸部の観察例を示す図である。 本発明に係る中空パッケージ構造の製造方法のフロー図である。 本発明に係る半導体装置の製造方法のフロー図である。 実施例の中空パッケージ構造の微細凹凸部の概要図である。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例（代表例）であり、本発明はその要旨を変更しない限り、以下の内容に限定されない。なお、本明細書において「〜」という表現を用いる場合、その前後の数値を含む表現として用いる。

［本発明の中空パッケージ構造］
本発明の中空パッケージ構造は、半導体素子を搭載するための基板と、前記基板の上部に接着された枠体とを有し、前記枠体が、前記基板上に中空部をなし、前記基板の前記枠体との接着部に、微細凹凸部を有する。本発明の中空パッケージ構造は、中空部を有する中空パッケージ構造の基板と枠体とが強固に接着される。これにより気密性が高い中空構造の半導体装置等のパッケージとして利用できる。これは、微細凹凸部を有する基板に枠体を接着させることで、枠体を形成する部材や接着材等が微細凹凸部に入り込んだり、基板の微細凹凸部が枠体を形成する部材や接着材等に入り込んでアンカー効果が生じることによると考えられる。

［本発明の中空パッケージ構造の製造方法］
本発明の中空パッケージ構造の製造方法は、基板と枠体とを接着する基板側の接着部に、微細凹凸部を設ける微細凹凸加工工程と、前記微細凹凸部に対応する位置に枠体を接着する枠体接着工程とを有する。以下、本発明の中空パッケージ構造の製造方法を、単に「本発明の製造方法」と呼ぶ場合がある。本発明の製造方法によれば、基板と枠体とが強固に接着された中空パッケージ構造を得ることができる。
なお、本願において本発明の中空パッケージ構造の製造方法により本発明の中空パッケージ構造を得ることもでき、本願においてそれぞれに対応する構成は相互に利用することができる。

本発明者らは、中空パッケージ構造の基板を放熱板等へ変更するにあたって、中空パッケージ構造の設計を検討した。従来、中空パッケージ構造の基板は銅や銅複合材板等が用いられており、単一素材で比較的成形しやすいことから基板に大きな凸部や凹部を有する形状として、これらと嵌合するような枠体をモールド成形等する手法が一般的であった。これにより、嵌合部により基板と枠体とは強固に接合するものとなっていた。

しかし、放熱板の種類を変更すると、放熱板の成形性が低く、大きな凸部や凹部を有する形状に嵌合させるといった構造としにくい場合がある。また、放熱板としての機能を高めるために複数の素材等を積層する構成とすると、積層状態を維持したまま形状を大きく加工することが難しい場合がある。このような状態で、基板と枠体とを接合させると、基板と枠体との界面の接着性が低く、接着直後に剥離したり、枠体をモールド成形等したときのバリ取りなどの仕上げ工程で剥離してしまう場合があることが分かった。

このような基板と枠体との接合を検討した結果、基板と枠体とを接着させるときの基板側の接着部に微細な凹凸部を加工しておくことで、基板と枠体との接着性が向上することが分かった。

［中空パッケージ構造１０、半導体装置１１］
図１は本発明に係る中空パッケージ構造および半導体素子を搭載した半導体装置の概要を示す斜視図である。図１（ａ）は中空パッケージ構造１０を示す図である。図１（ｂ）は中空パッケージ構造１０に半導体素子５０を搭載したものである。図１（ｃ）は半導体装置１１を示す図である。

図１（ａ）に示すように半導体装置１１は、基板２０１と、枠体３０とを有する。さらに、枠体３０にはめ込まれたリード４０を有する。基板２０１の上部に枠体３０は接着されている。また、枠体３０は筒状であり、その開口部の一端が基板２０１に接して接着されており、基板２０１の上部に中空部が得られる。基板２０１の表面には、後述するような微細凹凸部が設けられており、枠体３０はこの微細凹凸部が設けられた接着部で基板２０１と接着している。

図１（ｂ）に示すように、基板２０１には半導体素子５０が搭載される。搭載された半導体素子５０は、中空パッケージ構造１０のリード４０とワイヤ６０で電気的に接続される。
図１（ｃ）に示すように、図１（ｂ）で半導体素子５０が搭載された後、枠体３０の基板２０１と接する方の他端側の開口部に蓋７０を接着させる。これにより、基板２０１と、枠体３０と、蓋７０との中に中空部８０が形成される。半導体装置１１は、この中空部８０内に、半導体素子５０が搭載されたものである。

［基板２０１］
基板２０１は、半導体素子５０を搭載するための基板である。また、基板２０１は詳しくは後述する微細凹凸部を有する。この基板２０１は、半導体装置１１に用いられる各種部材を用いることができる。基板２０１は、半導体素子５０と直接接触したり、近接した配置となるため、半導体素子５０を使用することで発熱が生じたとき、その熱が熱伝導する。この熱伝導を効率よく放熱することで半導体素子５０の過熱を防止することができる。このため、基板２０１は、放熱性が高い部材を用いることが好ましい。基板２０１は、例えば、金属部材や、グラファイトなどを金属で被覆した複合部材などを用いることができる。金属部材の金属としては、銅や銅複合材などを用いることができる。銅は、安価な金属材の中でも、特に高い熱伝導と電気伝導を示す。さらに、基板には、ダイボンド材（ＡｕＳｎ）や、実装の為の半田材に対する濡れ性を向上させるためにＮｉ／Ａｕなどのめっき処理を行って用いてもよい。

基板２０１の形状は半導体素子を搭載することができる任意の形状とすることができる。平面視したとき方形などの多角形状や円状などの板状部材や、これらの周囲に適宜凹凸や貫通孔などを設けた形状としてもよい。特に、半導体素子５０等を搭載することができればその形状は特に制限はないが、例えば各辺や直径が０．５〜５０ｍｍ程度であり、厚さ０．１〜３ｍｍ程度の板状部材などを用いることができる。多角形状や略円形の板状の形状は、部材形状の加工が行いやすく、複層構造を有する複合部材であっても複層構造を維持した設計としやすい。基板２０１の大きさは、半導体装置１１の種類に応じて、適宜設計することができる。

中空パッケージ構造１０の基板２０１は、グラファイトを芯材の層としてその周囲を銅で被覆した積層構造を有する部材である。また、基板２０１は、幅２０ｍｍ長さ１０ｍｍの長方形状で厚さ０．２ｍｍの板状部材である。

［枠体３０］
枠体３０は、基板２０１の上部に接着される。枠体３０は、基板２０１の接着部に接着される。枠体３０は、筒状などの、両端が開口された中空の柱状部材である。枠体３０の形状は、半導体装置１１の種類等に応じて適宜設計される。基板２０１の形状と対応したものとすることができ、例えば、基板２０１が方形の場合、枠体３０も中空の直方体状とすることができる。枠体３０の一方の開口部が、基板２０１の接着部に接着される。枠体３０の他方の開口部は、半導体素子等を搭載した後、蓋部７０と接着される。枠体３０の両端の開口部を閉じても、その内部に中空部８０が生じる半導体装置１１とすることができる。

枠体３０は、樹脂やセラミック、金属等を用いて成形したものを用いることができる。これらの枠体は予め枠体の形状を成形しておいたものを接着部材で基板２０１上に取り付けてもよい。または、枠体３０は、基板２０１上に、モールド成形等で成形してもよい。枠体３０は、リード４０をリードフレームなどを用いて、基板２０１に近接するように配置し、樹脂を用いてリードフレームを一体化しながら枠体３０を成形することができるモールド成形により成形することが好ましい。枠体３０の樹脂は、モールド成形に用いられるエポキシ樹脂などの各種樹脂を用いることができる。

枠体３０は、半導体装置１１の種類等に応じて、適宜その形状や大きさを設計することができる。平面視したときの外周として、基板２０１と同様に設計することができる。また、中空部を設けるときの壁の厚さは、半導体装置１１の大きさに応じて、例えば０．５ｍｍ〜３ｍｍとすることができる。また、壁の厚さは、基板２０１側から蓋７０側に向けて均一なものとしてもよいし、次第に太くなったり細くなったりするようなテーパー状としてもよい。

枠体３０の高さは、半導体素子５０の大きさなどに応じて適宜設計され、１．５ｍｍ以上や３ｍｍ以上とすることができる。枠体３０の高さの上限は半導体装置１１の大きさ等に応じて適宜設計することができ、例えば、５０ｍｍ以下や、３０ｍｍ以下、１０ｍｍ以下などとすることができる。

中空パッケージ構造１０の枠体３０は、基板２０１と対応したものであり、平面視したときの外周が幅２０ｍｍ長さ１０ｍｍの長方形状であり、また、高さが５ｍｍであり、厚み１〜３ｍｍの板状部で四方を囲み内部が中空の柱状である。リード４０よりも下部は厚いものとし、リード４０よりも上部は薄いものとした。これにより、リード４０は、下段の枠体上に載せた状態となる。中空パッケージ構造１０の枠体３０は、基板２０１上に、エポキシ樹脂をモールド成形することで成形された部材である。

中空パッケージ構造１０は、枠体３０に固定されたリード４０を有する。このリード４０は、中空パッケージ構造１０に搭載される半導体素子５０を中空パッケージ構造１０の外部と導通するためのものである。銅や鉄、またこれらや種々の金属との合金などの金属素材などの薄板を、加工して作られる。リード４０は、中空パッケージ構造１０の内外を導通することができればリード４０以外の構成とすることもできる。例えば、リード４０に代えて、基板２０１に複数の表面電極と、対応する裏面電極と、これらに対応するビアを設けて、導通するものとしてもよい。半導体装置１１の内部の気密性や水密性をより優れたものとするためには、リードフレームの周囲を、枠体３０を形成する樹脂で覆い、枠体３０と一体化させたリード４０とすることが好ましい。

中空パッケージ構造１０のリード４０は、銅合金系のリードフレームを基板２０１の上部に配置した状態で、枠体３０をモールド成形するとき、その周囲を被覆するようにモールド成形したものである。枠体３０の下部は厚いものとなっており、枠体３０の上部と段差があるものとなっている。この枠体３０の下段の上にリード４０の一部が配置され、枠体３０の下段はリード４０を支えている。これにより、リード４０にワイヤ６０を接続しやすくなる。

半導体素子５０は中空パッケージ構造１０に搭載される半導体素子である。半導体素子５０は、例えば、ＬＥＤ等の光半導体素子、トランジスタやダイオード等の能動素子、抵抗やコンデンサ等の受動素子、太陽電池、圧電素子、水晶振動子、セラミック発振子、また、ＭＯＳ−ＦＥＴや、ＬＤＭＯＳ、ＧｓＡｓ−ＨＦＥＴ、ＧａＡｓ−ＨＢＴ、ＧａＮ−ＨＦＥＴ等を用いることができる。特に、小型化に有効である一方で、チップチャネル温度の上昇が生じやすく、高利得、低ロスが求められる、ＧａＮ系の高周波・高出力デバイスなどが適している。半導体装置１１の半導体素子５０は１つであるが、半導体装置の種類に応じて、複数の半導体素子を配置するものであってもよい。半導体装置１１の半導体素子５０は、高周波デバイスである。

ワイヤ６０は、半導体素子５０と中空パッケージ構造１０の導電手段であるリード４０とを電気的に接続する部材である。ワイヤ６０は、直径が１０μｍ〜１ｍｍ程度の細線であり、金や、アルミニウム、銅などの材料が用いることができる。半導体装置１１のワイヤ６０は、直径５０μｍの金のワイヤである。

蓋７０は、基板２０１上の中空部８０を覆う部材である。この蓋７０は、基板２０１に接着されている枠体３０の開口部を閉じる。蓋７０は、半導体素子５０やワイヤ６０などの中空パッケージ構造内の部材を配置した後に設けることができる。蓋７０は、板状部材やドーム状部材などを用いることができる。また、枠体３０の開口部に合わせてその縁と同様の外周の部材を用いることができる。

蓋７０は、接着部（図示せず）を介して枠体３０と接着させることができる。この接着部は接着材が硬化したものであり、接着材にはパッケージ構造に用いられる各種接着材を用いることができる。例えば、合成樹脂系の接着材や、低融点ガラスなどを用いることができる。

半導体装置１１の蓋７０は、エポキシ樹脂製の幅２０ｍｍ長さ１０ｍｍの長方形状で厚さ０．２ｍｍの板状部材である。この蓋７０が、枠体３０や蓋７０との接着性に優れるエポキシ樹脂系の接着材を用いて枠体３０に接着されている。

中空パッケージ構造１０は、枠体３０を基板２０１上に配置して枠体３０により中空部をなす。また、中空パッケージ構造１０に蓋７０を設けることで内部が中空部８０である半導体装置１１となる。また、中空部８０は、半導体装置１１の一部に開口部等を有して周囲とガス交換等できるものとしてもよいし、基板や、枠体、蓋を接着部材等で接着させて、気密性が高い状態としてもよい。中空部８０は、周囲の空気としたり、素子の劣化を防止するために窒素等の不活性ガスを充填したり、半導体素子５０の機能に適したガスを充填したものとしてもよい。
半導体装置１１の中空部８０は、空気であり、半導体装置１１の内外は開口部や孔がなく気密性が高い構成である。

半導体装置１１は、半導体素子５０の種類や組み合わせ等に応じた半導体装置として用いられる装置である。半導体装置１１は、基板２０１や、枠体３０、蓋７０、また適宜リード４０のアウターリードによる外径を有する。例えば、平面視したとき多角形状や円状などで各辺や直径が０．５〜５０ｍｍ程度であり、高さが２．５ｍｍ〜５０ｍｍ程度である。

［微細凹凸部］
本発明の中空パッケージ構造に用いる基板は、微細凹凸部を有する。微細凹凸部は、基板と枠体とを接着する部分である接着部の基板側に設けられる微細な凹凸を伴う部分である。微細凹凸部はマイクロテクスチュアとも呼ばれる表面を微細に加工する技術により設けることもできる。この微細凹凸部は、０．１μｍ〜５００μｍ程度の幅や深さ、高さで基板の表面が加工された部分である。微細凹凸部を設けて接着させることで、基板と枠体との接着性が向上するため、本発明は基板の設計自由度も向上にも有用である。

微細凹凸部は、種々の形状とすることができるが、例えば、閉曲線状の溝部を２本以上有するものとすることができる。この閉曲線は、枠体が中空部を有する柱状であるが、この中空を囲う枠体の周壁に沿う閉曲線である。例えば、枠体が、円筒状の場合、枠体の円筒の外周よりも狭く、枠体の周壁の厚みに応じた径を有する円状である。また、この閉曲線は溝部として設けることが好ましい。溝部は、基板表面を削る加工により設けることができ加工しやすく、かつ、モールド成形等される枠体の樹脂や、接着部材が侵入しやすい。さらに、バリ取り等を行うときの洗浄液等が基板と枠体との界面に侵入しようとするとき、この溝部に捕捉（トラップ）されてさらに内部にまで侵入して、剥離等が生じることを防止できる。

また、この閉曲線状の溝部は２本以上有することが好ましい。閉曲線状の溝部が複数本あることでより強固な接着となる。また、２本以上あることで、それぞれ内側と外側の閉曲線が、枠体の内側から基板と枠体との界面への洗浄液等の侵入を防止する部分と、枠体の外側からの基板と枠体との界面への侵入を防止する部分として機能する。閉曲線状の溝部は、３本以上が好ましく、４本以上がより好ましい。また、加工できる範囲で、６本以上や、９本以上としてもよい。過剰に溝部を設けることが難しい場合があるため、２０本以下や、１８本以下の上限を設けてもよい。この溝部は、線幅が５〜５０μｍであり、深さが１０〜１００μｍとすることができる。

また、２本の閉曲線状の溝部の間には、閉曲線状および／または斜線状の微細凹凸部を有することが好ましい。この微細凹凸部は、特に基板と枠体との接着に大きく寄与し、さらに、その周りの２本の閉曲線状の溝部により、洗浄液の侵入などを防止して、安定した接着を維持できる。

微細凹凸部は、基板と枠体との接着部に対応する第一の微細凹凸部と、第一の微細凹凸部の外周側に第二の微細凹凸部および／または内周側に第三の微細凹凸部とを有するものとすることが好ましい。このような微細凹凸部を有することで、第一の微細凹凸部は基板と枠体との接着性に大きく寄与する。さらに、第二の微細凹凸部や第三の微細凹凸部は、基板と枠体との接着界面に仮に外部から液などが侵入しても、それらの液などを捕捉し、第一の微細凹凸部周辺への侵入を防止する。また、第一の微細凹凸部と同様に第二の微細凹凸部および／または第三の微細凹凸部も接着性に寄与する。これにより、接着性がより強固なものとなり、さらに、界面に液などが侵入する恐れがある、洗浄工程などを行っても、安定した接着状態を維持することができる。

第一の微細凹凸部は、基板と枠体との接着部に対応する位置の基板上に設けられた微細凹凸部である。第一の微細凹凸部は、微細な凹凸であれば様々なパターンのものとすることができる。例えば、点を規則的または不規則に多数設けたドット柄状のものや、線を長さ方向や幅方向に沿って設けたり、対角線状に設けたり、格子状等の模様状にすることもできる。第一の微細凹凸部の、各凹凸部は、幅が５〜５０μｍであり、深さや高さが１０〜１００μｍの凹部や凸部であることが好ましい。また、レーザー加工などの走査しながら凹凸を形成するとき、連続する線状の溝部とすることが生産性の観点から好ましい。

第二の微細凹凸部は、第一の微細凹凸部よりも内側に設けられる微細凹凸部である。また、第三の微細凹凸部は、第一の微細凹凸部よりも外側に設けられる微細凹凸部である。第二の微細凹凸部および第三の微細凹凸部は、基板と枠体との界面から侵入した液等が第一の微細凹凸部周辺まで侵入することを防止する。このため、全周を覆うことが好ましく、第二の微細凹凸部および第三の微細凹凸部は閉曲線状であることが好ましい。また、第二の微細凹凸部および第三の微細凹凸部は、線幅が５〜５０μｍであることが好ましい。また、深さや高さが、１０〜１００μｍの凹部や凸部であることが好ましい。特に液だまりとして機能するように、周状凹部であることが好ましい。

基板は、第二の微細凹凸部および第三の微細凹凸部を、それぞれ、１以上の閉曲線状の周状凹部として有することが好ましい。この周状の凹部は、第二の微細凹凸部および第三の微細凹凸部がそれぞれ、２本以上有することが好ましく、３本以上有することが好ましい。その本数の上限は特に定めなくてもよいが、枠体の周壁の厚さに対応する接着部の広さに応じて過剰に設けることが難しい場合があるため、８本以下や、６本以下のような上限を設けてもよい。

［基板２０１、２０２、２０３］
これらの微細凹凸部の具体例を、図２〜６の基板２０１〜２０３を例に説明する。図２〜６は、微細凹凸部を有する基板２０１（図２）、基板２０２（図３、４）、基板２０３（図５、図６）を説明するための平面図である。

［基板２０１］
図２は基板２０１の平面図である。基板２０１と枠体３０とは、接着部２１１の領域で接して接着する。この接着部２１１に、基板２０１は、第一の微細凹凸部２２１、第二の微細凹凸部２３１、第三の微細凹凸部２４１の３本の周状の微細凹凸部を有する。これにより、基板２０１が板状部材であり、枠体３０と嵌合するような構造でない、平面状の接着部による接着状態であっても安定した接着が可能となる。また、洗浄等を行うとき、第二の微細凹凸部２３１と第三の微細凹凸部２４１はそれぞれ、内側からと外側からの液の侵入を捕捉する溝となる。

基板２０１の第三の微細凹凸部２４１、第一の微細凹凸部２２１、第二の微細凹凸部２３１は、それぞれ、基板２０１の長さと幅よりも約０．１６ｍｍ、約０．９５ｍｍ、約１．７ｍｍその辺が内側になるように設けられ、各閉曲線の角部は弧を描く略方形である。また線幅約２０μｍであり、深さ約２０μｍの溝状である。

［基板２０２］
図３は基板２０２の平面図である。また、図４は、基板２０２の領域Ａ１（図３参照）の部分拡大図である。基板２０１に代え基板２０２に、枠体３０を接着させて中空パッケージ構造１０と同様に中空パッケージ構造とすることができる。基板２０２と枠体３０とは、接着部２１２の領域で接して接着する。この接着部２１２に、基板２０２は、微細凹凸部２２２、微細凹凸部２３２、微細凹凸部２４２の周状の微細凹凸部を有する。微細凹凸部が、３本ずつの溝部を有し合計９本の溝部を有することで、基板２０２と枠体３０とはより安定した接着ができる。また、洗浄等を行うとき、微細凹凸部２３２と微細凹凸部２４２はそれぞれ、内側からと外側からの液の侵入をより捕捉して、微細凹凸部２２２側への侵入を防止する。

基板２０２の微細凹凸部２４２の溝は、枠体の外側の縦横の長さよりも約０．１６ｍｍずつその辺が内側になるように設けられ、微細凹凸部２３２の溝は、枠体の内側の縦横の長さよりも約０．１６ｍｍずつその辺の外側になるように設けられ、微細凹凸部２２２は、微細凹凸部２４２と２３２に挟まれた領域に、約０．１６ｍｍピッチで設けられる。各閉曲線の角部は弧を描く略方形である。微細凹凸部２２２、２３２、２４２のそれぞれの溝部は、線幅約２０μｍであり、深さ約２０μｍの溝状であり、このような溝部を３本ずつ有する。

［基板２０３］
図５は基板２０３の平面図である。また、図６は、基板２０３の領域Ａ２（図５参照）の部分拡大図である。基板２０１に代え基板２０３に、枠体３０を接着させて中空パッケージ構造１０と同様に中空パッケージ構造とすることができる。基板２０３と枠体３０とは、接着部２１３の領域で接して接着する。この接着部２１３に、基板２０３は、微細凹凸部２２３の不連続の線が多数設けられた微細凹凸部を有する。また、基板２０３は、微細凹凸部２３３、微細凹凸部２４３の、それぞれ３本の周状の微細凹凸部を有する。このような微細凹凸部とすることで、基板２０３と枠体３０とはより安定した接着ができる。また、洗浄等を行うとき、微細凹凸部２３３と微細凹凸部２４３はそれぞれ、内側からと外側からの液の侵入をより捕捉して、微細凹凸部２２３側への侵入を防止する。

基板２０３の微細凹凸部２４３の溝は、枠体の外側の縦横長さよりも約０．１６ｍｍずつその辺の内側になるように設けられ、微細凹凸部２３３の溝は、枠体の内側の縦横長さよりも約０．１５ｍｍずつ外側になるように設けられ、閉曲線の角部は弧を描く略方形である。微細凹凸部２３３、２４３のそれぞれの溝部は、線幅約２０μｍであり、深さ約２０μｍの溝状であり、このような溝部を３本ずつ有する。また、微細凹凸部２２３の溝部は、微細凹凸部２４３と２３３に挟まれた領域に、基板２０３の対角線上に沿う直線状に設けられている。

［溝部］
図７は、基板に設けられる微細凹凸部の典型的な溝形状を説明するための図である。図７（ａ）は、平面視したときの拡大図であり、表面の微小形状を観察した結果を合わせて示すものである。図７（ｂ）は、基板の断面形状を顕微鏡観察した像である。この溝は、溝部分への変曲点間である幅が約２０ｍｍであり、溝部の最も深い深さが２０ｍｍであり、溝の底方向に向かって先鋭状の溝である。このような溝を微細凹凸部として設けることで、接着性向上や、界面に侵入した液の捕捉等を行うことができる。

［中空パッケージ構造の製造方法Ｓ１０］
図８（ａ）は中空パッケージ構造の製造方法Ｓ１０のフローの一例を示す図である。中空パッケージ構造の製造方法Ｓ１０は、枠体をモールド成形で成形するものであり、仕上げ工程を行う製造方法である。中空パッケージ構造の製法方法Ｓ１０は、基板に微細凹凸部を設ける凹凸加工工程Ｓ１１と、基板上に枠体を成形する枠体成形工程Ｓ１２と、枠体を硬化させる枠体硬化工程Ｓ１３と、枠体のバリ取りを行う仕上げ加工工程Ｓ１４を有する。これにより、基板と枠体との接着性に優れた中空パッケージ構造を得ることができる。

［凹凸加工工程Ｓ１１］
凹凸加工工程Ｓ１１は、基板に微細凹凸部を設ける工程である。この微細凹凸部は、基板と枠体とを接着する基板側の接着部に設ける。微細凹凸部は、例えば、マイクロテクスチュア技術を用いてレーザー光照射により設けることができる。また、微細凹凸に相当する金型を基板と接触させて押圧することで転写するプレス加工により設けることもできる。

レーザー光照射による微細凹凸部を設ける場合、パルスレーザーを微細凹凸部として加工する形状に合わせて走査しながら加工する照射することができる。たとえば、パルスレーザーで加工される略円状の溝の径よりも狭い間隔でパルスレーザーを照射する位置を移動させながら繰り返しパルスレーザーを照射して線状の溝を設けながら、周状の閉曲線など所定の形状となるまでレーザー照射する。このパルスレーザーは、パルス幅がピコ秒レベルのピコ秒レーザーや、フェムト秒レベルのフェムト秒レーザーである短パルス化したレーザー照射であることが好ましい。このような短パルス化したレーザー照射の場合、溝周辺の凹凸のムラが少ない均一な溝をもうけることができ、安定した接着性向上や、液等の捕捉効果が生じる。これらよりもパルス幅が大きいレーザー照射の場合、基板厚みが十分でないとき表層を貫通する孔が生じたり、溝周辺に意図せぬ凸部が生じるようなムラが発生する場合がある。

［枠体成形工程Ｓ１２］
枠体成形工程Ｓ１２は、凹凸加工工程Ｓ１１により微細凹凸部を設けた基板上に枠体を成形する工程である。この枠体の成形は、枠体をエポキシ樹脂等の樹脂をモールド成形する工程である。枠体を成形するにあたっては、基板上の所定の位置にリードフレームを配置した状態で、基板上に中区部を有する柱状の枠体の型を配置して、枠体を成形するための樹脂を流し込む。これにより、型に沿ってリードフレームを包埋するように一体化しながら、枠体が基板上にモールド成形されることで基板と枠体とが接着する。なお、モールド成形に代え、予め中空部を有する柱状に成形された枠体を、微細凹凸部に対応する位置配置して、接着部材を介して枠体を接着させてもよい。

［枠体硬化工程Ｓ１３］
枠体硬化工程Ｓ１３は、モールド成形された枠体を、硬化する工程である。このキュアやキュアリングともよばれ硬化は、ＵＶ等の活性線照射による硬化や加熱硬化など、モールド成形する樹脂に種類に応じて行われる。

［仕上げ加工工程Ｓ１４］
仕上げ加工工程Ｓ１４は、基板上に硬化された枠体の仕上げ処理を行う工程である。仕上げ加工工程Ｓ１４では、モールド成形により成形した枠体が過剰にはみ出した状態のいわゆるバリ取りを行う。図８（ｂ）は、仕上げ加工工程の一例であり、バリ取りのより詳しいフローである。この仕上げ加工工程Ｓ１４は、レーザー処理工程Ｓ１４１と、電解処理工程Ｓ１４２と、高水圧処理工程Ｓ１４３と、洗浄工程Ｓ１４４と、めっき工程Ｓ１４５を有する。

レーザー処理工程Ｓ１４１は、枠体のバリ部分にレーザーを照射することで、バリを切断したり熱処理する工程である。

電界処理工程Ｓ１４２は、枠体を電解処理することで、基板上などに誤って付着している樹脂を浮かして取り除く。電解処理は、バリが生じた部分等を電解液に接触させた状態で電圧をかけることでバリを除去する。

高水圧処理工程Ｓ１４３は、水や、水に各種研磨剤等の薬剤を混合したものをスプレーノズル等を用いてバリに吹き付けることでバリを除去する工程である。

洗浄工程Ｓ１４４は、これらのバリ処理により残存する樹脂等の異物や電解液、薬剤等を洗浄して取り除く工程である。この後、適宜ガス等を吹き付けて、洗浄液も除去することでバリ取りなどの仕上げ加工工程が完了し、清浄な中空パッケージ構造を得ることができる。

めっき工程Ｓ１４５は、ダイボンド材や半田等への接着性向上などのために、露出しているリード部分などをＮｉ／Ａｕメッキなどでめっきする工程である。

これらのバリ取り工程等の順序も枠体の樹脂の種類等に応じて、適宜順序を変更したり一部の工程のみを行ったり、他の工程を採用してもよい。また、例えば特許第２７６０３３９号公報のばり取り方法などを参照して行うことができる。

中空パッケージ構造の製造方法Ｓ１０は、さらに、中空パッケージ構造の種類等に応じて他の工程を有するものとしてもよい。製造された中空パッケージ構造は、半導体装置の製造などに用いられる。

［半導体装置の製造方法Ｓ２０］
図９は半導体装置の製造方法Ｓ２０のフローの一例を示す図である。半導体装置の製造方法Ｓ２０は、ワイヤボンディングで半導体装置を導通するものであり、リードフレームが残った状態の中空パッケージ構造を用いて、最後にリードフレームを取り除く製造方法である。半導体装置の製法方法Ｓ２０は、中空パッケージ構造に半導体素子を搭載して固定する素子固定程Ｓ２１と、半導体素子を中空パッケージ構造のインナーリードとワイヤボンディングするワイヤ固定工程Ｓ２２と、開口部分に蓋を設けて封止する蓋封止工程Ｓ２３と、所定のアウターリードを残して余分なリードフレーム部分を除去するリード処理工程Ｓ２４を有する。これにより、半導体素子が中空部を有するパッケージ内に搭載された半導体装置を得ることができる。

素子固定工程Ｓ２１は、半導体素子を中空パッケージ構造の基板上の所定の位置に配置して固定する工程である。半導体素子は適宜接着部材等を用いて基板に接着させてもよい。

ワイヤ固定工程Ｓ２２は、半導体素子と中空パッケージ構造のインナーリードとをワイヤボンディングして電気的に接続できる状態とする工程である。

蓋封止工程Ｓ２３は、半導体素子を固定し、ワイヤボンディングを行った後、半導体素子を覆うように中空パッケージ構造の開口部となっている、枠体の開口部分に蓋を取り付ける工程である。蓋の形状に成形された板状部材等を中空パッケージ構造の開口部に配置して、適宜接着部材等を介して取付けて封止する。

リード処理工程Ｓ２４は、所定のアウターリードを残してリードフレームの過剰な部分を切断する工程である。この切断を完了することで半導体装置が得られる。この半導体装置は、アウターリードを介して半導体素子と電気的に接続して、半導体素子の種類等に応じた所定の機能を奏する半導体装置となる。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、その要旨を変更しない限り以下の実施例に限定されるものではない。

［中空パッケージ構造の部材］
以下の部材を用いて中空パッケージ構造１０に準じる形状の中空パッケージ構造を作成した。

・基板
幅２０ｍｍ、長さ１０ｍｍ、厚み１ｍｍの板状部材を基板として用いた。この基板は内部がグラファイト放熱板であり、その周囲を銅で被覆し、さらにＮｉ／Ａｕメッキを施したものである。この基板に後述する微細凹凸部等を適宜設けて中空パッケージの製造および評価試験を行った。

・枠体
外周部を基板と同様に幅２０ｍｍ、長さ１０ｍｍの方形として、基板上に成形したとき、厚み２ｍｍ、高さ１．７ｍｍの周壁をなすように中空部を有する柱状の部材とした。この枠体は、基板上にエポキシ樹脂を用いたモールド成形により成形した。

・リード
銅によるリードフレームを基板上に配置して枠体を成形することで枠体にリードを包埋させて一体化させたリードとした。

［製造例１］
基板に、図１０（ａ）に示すような微細凹凸部を設けて、中空パッケージ構造（１）を製造した。この中空パッケージ構造（１）に用いた基板の微細凹凸部は、ピコ秒レーザーを照射する装置を用いて、線幅１６μｍ、深さ２１μｍの溝状のものとした。また、平面視したとき略方形であり、幅８．０ｍｍ、長さ１８ｍｍとした。すなわち、基板の辺から１ｍｍ内側に設けた。なお、角部は弧を描く形状とした。

［製造例２］
基板に、図１０（ｂ）に示すような微細凹凸部を設けて、中空パッケージ構造（２）を製造した。この中空パッケージ構造（２）に用いた基板の微細凹凸部は、ピコ秒レーザーを照射する装置を用いて、線幅１８μｍ、深さ１９μｍの溝状のものとした。第一の微細凹凸部のそれぞれの中央の閉曲線状の溝は、枠体の外側の縦横の長さと幅よりも約０．１６ｍｍずつその辺が内側になるように設けられ、第二の微細凹凸部の溝は、枠体の内側の縦横の長さよりも約０．１６ｍｍずつその辺の外側になるように設けられ、第三の微細凹凸部は、微細凹凸部２４２と２３２に挟まれた領域に、約０．１６ｍｍピッチで設けられる。

［製造例３］
微細凹凸部を設けずに平坦なままで基板を用いて、中空パッケージ構造（３）を製造した。

［評価］
・接着直後の接着試験（初期試験）
基板上に枠体を成形・硬化した「中空パッケージ構造（バリ取りなし）」の枠体と基板の接着性をグロスリーク試験により評価した。

・バリ取り処理後の接着試験（バリ取り試験）
基板上に枠体を成形・硬化した後、電解バリ取りを行った「中空パッケージ構造（バリ取りあり）」の枠体と基板の接着性をグロスリーク試験により評価した。

・温度サイクル試験
基板と枠体とを接着させた後、「−６５℃に３０分静置し、その後、直ちに昇温して１５０℃に３０分静置」を１サイクルとして、１００サイクル行う温度サイクル試験により中空パッケージ構造に過酷試験を行った。この温度サイクル試験を、中空パッケージ構造（バリ取りなし）と、中空パッケージ構造（バリ取りあり）のそれぞれに行い、グロスリーク試験を行った。

・グロスリーク試験
（前処理）評価前に、中空パッケージ構造を、１２５℃で２４時間熱処理し、３０℃・６０％ＲＨの恒温恒湿槽で１９２時間処理し、ＩＲリフローを２６０℃で３サイクル行う前処理を行った。
（グロスリーク試験）グロスリーク試験は、１２５℃に加熱したフッ素系不活性液体「フロリナート（登録商標）」に液面下５ｃｍ以上の深さとなるように、中空パッケージ構造を浸漬して、気泡の発生有無を評価した。気泡が発生する場合、基板と枠体との界面に空隙が生じており、リークが生じる状態で気密性が不足するため、接着性が「不良」とした。気泡が発生しない場合、接着性が「良好」とした。

［製造例１の中空パッケージ構造（1）の接着性評価］
中空パッケージ構造（１）は、バリ取りなしの初期試験、また温度サイクル試験後のいずれもグロスリーク試験を行っても、グロスリークが生じず、接着性は良好であった。
電界バリ取りを行うと、温度サイクル試験前の状態で、グロスリーク試験時の不良率が２５％であり、さらに電解バリ取り後に温度サイクル試験を行ったものは不良率が１００％であった。

［製造例２の中空パッケージ構造（２）の接着性評価］
中空パッケージ構造（２）は、バリ取りなしの初期試験、また温度サイクル試験後のいずれもグロスリーク試験を行っても、グロスリークが生じず、接着性は良好であった。
また、電界バリ取りを行っても、温度サイクル試験前の状態で、グロスリーク試験時の不良率は０％であり、さらに電解バリ取り後に温度サイクル試験を行ったものも不良率が０％であった。

［製造例３の中空パッケージ構造（２）の接着性評価］
中空パッケージ構造（３）は、バリ取りなしの初期試験でもグロスリーク試験後に不良であり、接着性が低かった。

以上のように、中空パッケージ構造（１）のように微細凹凸部を設けることで、中空パッケージ構造（３）よりも、基板と枠体との接着性が向上することが確認された。さらに、中空パッケージ構造（２）のような微細凹凸部を設けることで、接着性低下が生じやすいバリ取りや、温度サイクル試験のような過酷試験を行っても非常に安定した接着性を維持することができることが確認された。

本発明の中空パッケージ構造は、低雑音や高利得が求められるような半導体装置に特に適しており、より性能に優れた半導体装置の提供に寄与するものであり、産業上有用である。

１０ 中空パッケージ構造
１１ 半導体装置
２０１、２０２、２０３ 基板
２１１、２１２、２１３ 接着部
２２１、２２２、２２３ 第一の微細凹凸部
２３１、２３２、２３３ 第二の微細凹凸部
２４１、２４２、２４３ 第三の微細凹凸部
３０ 枠体
４０ リード
５０ 半導体素子
６０ ワイヤ
７０ 蓋
８０ 中空部

Claims (7)

1. 半導体素子を搭載するための基板と、前記基板の上部に接着された枠体とを有し、前記枠体が、前記基板上に中空部をなし、前記基板の前記枠体との接着部に、微細凹凸部を有し、
   前記枠体が、前記基板上にモールド成形されることで前記基板と接着した枠体であり、
   前記微細凹凸部が、前記基板と前記枠体との接着部に対応する第一の微細凹凸部と、前記第一の微細凹凸部の外周側に第二の微細凹凸部および内周側に第三の微細凹凸部とを有し、
   前記第二の微細凹凸部および第三の微細凹凸部が、いずれも、前記中空部を囲むように閉曲線状であり、線幅が５〜５０μｍであり、深さが１０〜１００μｍである中空パッケージ構造。
2. 前記第一の微細凹凸部が、線幅が５〜５０μｍであり、深さが１０〜１００μｍである請求項１記載の中空パッケージ構造。
3. 請求項１または２に記載の中空パッケージ構造の基板に配置された半導体素子と、前記基板上の前記中空部を覆う蓋部と、を有する半導体装置。
4. 基板と枠体とを接着する基板側の接着部に、微細凹凸部を設ける微細凹凸加工工程と、前記微細凹凸部に対応する位置にモールド成形され、前記基板上に中空部をなす枠体を接着する枠体接着工程とを有し、
   前記微細凹凸部が、前記基板と前記枠体との接着部に対応する第一の微細凹凸部と、前記第一の微細凹凸部の外周側に第二の微細凹凸部および内周側に第三の微細凹凸部とを有し、前記第二の微細凹凸部および第三の微細凹凸部が、いずれも、前記中空部を囲むように閉曲線状であり、前記枠体接着工程で接着される枠体が、前記基板上にモールド成形されることで前記基板と接着した枠体であり、
   前記枠体接着工程で接着された枠体のバリ取りを行う仕上げ工程を有する中空パッケージ構造の製造方法。
5. 前記第一の微細凹凸部が、線幅が５〜５０μｍであり、深さが１０〜１００μｍであり、
   前記第二の微細凹凸部および第三の微細凹凸部が、線幅が５〜５０μｍであり、深さが１０〜１００μｍである周状凹部を１以上有する請求項４に記載の中空パッケージ構造の製造方法。
6. 前記微細凹凸加工工程により設ける微細凹凸部をレーザー光照射により設ける請求項４または５に記載の中空パッケージ構造の製造方法。
7. 請求項４〜６のいずれかに記載の中空パッケージ構造の前記枠体内側の前記基板上の中空部に半導体素子を配置して固定する半導体素子固定工程と、前記半導体素子を覆うように前記枠体の開口部を覆う蓋部を設ける封止工程と、を有する半導体装置の製造方法。