JP7095866B2 - 半導体装置の製造方法および半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の製造方法、および半導体装置に関する。

本発明に関連する技術として、特許文献１に記載された半導体装置がある。この半導体装置は、半導体素子とボンディングワイヤとをアルミナ基板に実装し、これをケースに収容した構造となっている。また、本発明に関連する技術として、特許文献２に記載された半導体パッケージモジュールがある。この半導体パッケージモジュールにあっても、基板に実装された集積回路と信号配線とを密閉容器に収容した構造となっている。

特開２００２－２４６４９６号公報 特開２００５－０５０９７４号公報

ところで、ＨＩＣ（Hybirid Integrated Circuit）のような半導体装置にあっては、基板や素子類などの実装対象部品をより高密度に数多く実装しようとすると、パッケージ筐体の外壁、あるいは内部空間を仕切る内壁が基板から立ち上がった構造であることに起因して、実装しようとする部品等が実装作業者の視界から見えなくなってしまい、組立の作業性が悪化することになる。

この対策として、部品をパッケージ筐体内に実装する工程（具体的には、共晶金属ロウ材あるいは導電性接着剤を用いたダイボンディング工程）、において、作業対象個所を目視するため、あるいは作業スペースを確保するため、パッケージ筐体の向きを多様に変えながらダイボンディング作業を行うことが必要となる。

また、上記の対策によりダイボンディング工程を終えた後、実装した部品間を金線あるいはアルミニウム線等の導体ワイヤで接続する作業（ワイヤボンディング工程）が行われるが、この工程時においても、パッケージ筐体の外壁が立ち上がっているため、ワイヤボンディングツールの先端が作業者の視界に入り難くなることがある。このため、部品が実装できるスペースがあるのに実装できない死角エリアが生じてしまい、基板の表面の全部を実装領域として利用することが難しく、部品実装密度の向上を妨げている。また、基板の表面に広く実装面積を確保しようとすると、パッケージ筐体の向きを頻繁に変えながらボンディング作業を行うことになり、作業性が悪化することになる。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、パッケージ内で半導体装置の実装面積をできるだけ大きく確保した製造方法、および半導体装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の第１の態様にかかる半導体装置の製造方法は、半導体素子およびこの半導体素子に接続された接続導体が実装されるベース板部と、このベース板部と交差する方向に立ち上がって前記半導体素子および接続導体の実装領域を囲む外壁部とをそれぞれ所定形状に形成する工程と、前記ベース板部に前記半導体素子および接続導体を実装する工程と、前記半導体素子および接続導体が実装されたベース板部に前記外壁部を取り付ける工程とを有する。

本発明の第２の態様にかかる半導体装置は、ベース板部と、このベース板部と交差する交差する方向に立ち上がって前記ベース板部の所定領域を囲む外壁部と、この外壁部の内側に実装された半導体素子および接続導体と、前記ベース板部と外壁部とを互いに連結する連結部と有する。

本発明によれば、ベース板部の半導体素子等の実装可能領域を拡大することができる。

本発明の第１の態様にかかる製造方法の組立て前の状態を示す分解斜視図である。 第１の態様における組立て状態を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態にかかる製造方法の半導体装置の組み立て前の状態を示す分解斜視図である。 第１実施形態におけるベース板部に外壁部を固定した状態の斜視図である。 （ａ）は、第１実施形態のベース板部に外壁部と内壁部とを固定した状態の上方から見た斜視図、（ｂ）は下方から見た斜視図である。 第１実施形態の製造方法における半導体装置の工程毎の構造を示す断面図である。

図１、２は、本発明第１の態様にかかる半導体装置の製造方法により製造された第２の態様にかかる半導体装置を示す。
符号１はベース板部であって、このベース板部１には、半導体素子２と接続導体３とが実装されている。これら半導体素子２と接続導体３とが実装されている領域を囲んで、ベース板部とほぼ平面視で重なる平面形状を有する枠状の外壁部４が設けられている。この外壁部４とベース板部１との間には、これらを互いに連結する連結部（図示略）が設けられる。

前記ベース板部１と外壁部４は、それぞれ、予め図１に示すような所定形状に形成される。外壁部４は、図１に示すように、前記ベース板部１上に半導体素子２と接続導体３とを実装した後、図２に示すように、前記ベース板部１に取り付けられ、連結部（図示略）を介して互いに連結される。

上記構成によれば、ベース板部１に外壁部４を取り付ける前に、ベース板部１上への半導体素子２、接続導体３の実装作業を行うことができる。
したがって、実装に際してダイボンディング、あるいは、ワイヤボンディングを行う作業機が作業個所へ容易にアプローチすることができ、また、外壁部４に妨げられることなく、作業者が作業個所を目視しながら作業を行うことができる。したがって、ベース板部１上における半導体素子２等を実装すべき領域を外壁部４の近くまで最大限に利用して実装面積を拡大することができる。

図３～６を参照して本発明の一実施形態を説明する。なお、図３～６において、図１、２と共通の構成要素には、同一符号を付し、説明を簡略化する。
図３は、一実施形態にかかる半導体装置の製造方法の構成部品を分解状態で示すものである。この半導体装置を構成するパッケージは、例えば金属を加工して所定形状に形成したベース板部１と、このベース板部１の周囲から立ち上がる、同じく金属を加工して所定形状に形成した外壁部４と、外壁部４により囲まれた空間内を仕切って前記ベース板部１の略中央部から立ち上がる内壁部５と、前記外壁部４、内壁部５の上に設けられて内部の空間を密閉する蓋部６とにより概略構成されている。

前記ベース板部１には、これを貫通して、図５（ｂ）に示すように、下面から突出する金属製の下出しリード７が設けられ、この下出しリード７とベース板部１との間には、電気絶縁性を有するガラス焼結体等の絶縁体がその貫通個所を埋めるように設けられ、この絶縁体によって、前記下出しリード７がベース板部１に支持固定されている。
前記下出しリード７は、ＨＩＣの仕様等に応じて、入出力端子、電源供給等の必要な機能により定まる所定本数、配置により設けられている。また下出しリード７の上端は、ベース板部１の上面にて、前記接続導体３によって半導体素子２の接続端子に接続されている。前記ベース板部１上に設けられる電子素子は、前記半導体素子２に限られるものではなく、ＨＩＣの機能に応じて、半導体素子２に加えて、あるいはこれに代えて、コンデンサ（ｃ）、コイル（Ｌ）、抵抗（Ｒ）等の回路素子であっても良いのはもちろんである。

なお前記ベース板部１には、平面視において前記外壁部４と重なる領域から外方に突出する取り付け片１ａが複数設けられている。また取り付け片１ａは、ボルト等が貫通する取り付け孔１ｂを有する。
前記ベース板１の上面には、前記半導体素子２が取り付けられる面より凹んだ外縁凹部１ｃと中央凹部１ｄとが形成されている。これら外周凹部１ｂと中央凹部１ｃとは、例えば金属を機械加工することによって形成されるが、その深さは、前記外壁部４の位置決め精度を担保する趣旨から、０．５mm程度とすることが望ましい。
外縁凹部１ｃは、前記外壁部４がなす枠状の形状に対応した平面形を有して、外壁部４の底面と接している。また中央凹部１ｄは、前記内壁部５がなす直線状の形状に対応する平面形を有して、内壁部５の底面と接している。また上面側の中央凹部１ｄに対応する位置の下面側には、図５に示すように下面側凹部１ｅが形成されている。なお中央凹部１ｄと下面側凹部１ｅとの間は、約０．２mmの肉厚とすることが望ましい。すなわち、中央凹部１ｄと内壁部５とを熱融着する際にレーザー光の照射によって溶融して内壁部５に一体に融着するのに最適な厚さに設定されている。

一実施形態の製造方法を図３～図５を参照して説明する。
第１工程
図３に示すように、ベース板部１、外壁部４、内壁部５、蓋部６を所定形状に形成する。
第２工程
所定形状に形成されたベース板部１に、図６（ａ）に示すように、例えばダイボンディングにより半導体素子２を実装する。この部品実装には、金と錫との共晶金属ロウ材あるいは導電性接着剤が好適に用いられる。さらに、ワイヤボンディングにより、半導体素子２と下出しリード７とを接続導体３により接続する。またＨＩＣの機能に応じて、その他の回路素子を搭載して接続導体３により接続し、あるいは、ベース板部１上に導波路等を形成する。このダイボンディング、あるいはワイヤボンディングの工程にあっては、ベース板部１に半導体素子２以外が配置されていないため、ボンディングツールがボンディング処理個所へ到達すること、あるいは、作業者がボンディング個所を目視する障害となる物体が存在せず、作業性が良好となるとともに、ベース板部１の周縁の外壁部４を設けるべき領域の近くまで、広い領域を半導体素子等の実装領域として確保することができる。

第３工程
図４に示すように、ベース板部１の凹部１ｃに外壁部４をはめ込み、例えば、図６（ｂ）に示すように、レーザーシール溶接機によって外壁部４の周囲からレーザー光Ｌを照射することによって、ベース板部１と外壁部４とを構成する金属を融着により一体化する。ここで、ベース板部１と外壁部４との間にこれらが互いに溶け合った融着部（図示略）が形成される。

第４工程
図５（ａ）に示すように、ベース板部１の凹部１ｄに内壁部５をはめ込み、例えば、図６（ｃ）に示すように、レーザーシール溶接機からレーザー光Ｌを照射することによって、融着により一体化する。図示例では、ベース板部１に形成された下面側凹部１ｅを介してレーザー光Ｌを凹部１ｄと内壁部５との接触部へ照射し、この接触部の周囲でベース板部１と内壁部５とを構成する金属を融着により一体化する。ここで、前記ベース板部１には、下面側凹部１ｅが設けられているので、ベース板部１の下面側から内壁部５との融着個所に対応する領域を目視しながらレーザー光を照射することができる。
なお、第３工程による外壁部４の取り付け前（ベース板部１上に外壁部４が配置されていない状態で）内壁部５のレーザー溶接を行うようにしても良い。内壁部５を取り付けた状態の下面視を図５（ｂ）に示す。
さらに、外壁部４の上に蓋部６を取り付け、固着するとパッケージに封入された半導体装置（ＨＩＣ）が完成する。

前記一実施形態は、ベース板上に半導体素子と接続導体とを設けた例を説明したが、ベース板上に他の回路素子、あるいはパッケージされた集積回路、導波管、を設けても良い。
前記一実施形態のベース板における半導体素子、下出しリードの配置は図示例に限定されるものではなく、他の寸法、配置にも本発明を適用することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明は、マイクロ波装置で使用されるＨＩＣの他、他の用途で使用されるＨＩＣに適用することができる。

１ ベース板部
１ａ 取り付け片
１ｂ 取り付け孔
１ｃ 周縁凹部
１ｄ 中央凹部
１ｅ 下面側凹部
２ 半導体素子
３ 接続導体
４ 外壁部
５ 内壁部
６ 蓋部
７ 下出しリード
Ｌ レーザー光

Claims (7)

1. 半導体素子およびこの半導体素子に接続された接続導体が実装される金属製のベース板部と、このベース板部と重なる平面形状を有する枠状をなし、その周縁部からベース板部と交差する方向に立ち上がって前記半導体素子および接続導体の実装領域を囲む金属製の外壁部とをそれぞれ所定形状に形成する工程と、
   前記ベース板部に前記半導体素子および接続導体を実装する工程と、
   前記半導体素子および接続導体が実装されたベース板部に前記外壁部を取り付ける工程と、を有し、
   前記ベース板部の周縁部には、前記外壁部に対応する平面形状を有し、外壁部によって囲まれる領域より厚さが薄い部分が形成されている、半導体装置の製造方法。
2. 前記ベース板部上の前記外壁部に囲まれた領域に、前記半導体素子および接続導体の実装後、前記領域を区画する内壁部を設ける工程を有する、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記外壁部は前記ベース板部にレーザー溶接により融着されている、請求項１または２のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記内壁部が取り付けられる前記ベース板部の一の面の凹部に対応する位置の他の面に下面側凹部を有する、請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記ベース板部の他の面から前記下面側凹部を経由して前記内壁部とベース板部との接触部を加熱して融着する工程を有する請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
6. 金属製のベース板部と、このベース板部と重なる平面形状を有する枠状をなし、その周縁部からベース板部と交差する交差する方向に立ち上がって前記ベース板部の所定領域を囲む金属製の外壁部と、この外壁部の内側に実装された半導体素子および接続導体と、前記ベース板部と外壁部とを互いに連結する連結部と、を有し、
   前記ベース板部の周縁部には、前記外壁部に対応する平面形状を有し、外壁部によって囲まれる領域より厚さが薄い部分が形成されている、
   半導体装置。
7. 前記ベース板部の一の面の前記外壁部に囲まれた領域を区画する内壁を有し、
   前記ベース板部の他の面の前記内壁が取り付けられる個所に対応する位置に下面側凹部を有する、請求項６に記載の半導体装置。

Images