JPH0855925A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 キャビティダウン型の半導体装置での実装密
度を高め効果的に多ピン化を図るとともに、外部接続端
子とパッケージ本体の配線パターン、半導体チップとの
電気的接続を確実にして信頼性の高い半導体装置を得
る。 【構成】 パッケージ本体２０に設けたキャビティ２２
内に半導体素子２６が搭載され、キャビティ２６側に外
部接続端子３０が設けられてなる半導体装置において、
前記キャビティ２２の開口部がリッド２８により封止さ
れ、該リッド２８に外部接続端子３０を接続する配線パ
ターン３２が設けられ、該配線パターン３２に外部接続
端子３０が接続され、前記リッド２８側面に設けられ、
前記配線パターンに接続された側面電極２８ａと、前記
リッド２８周辺のパッケージ本体２０の外面に形成され
た接続用電極が電気的に接続されていることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置およびその製
造方法に関し、とくにキャビティダウン型の半導体装置
およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＰＧＡ（ピングリッドアレイ）あるいは
ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）等の半導体装置はパッ
ケージ本体の外面にリードピンあるいははんだボール等
の外部接続端子をアレイ状に配置することにより実装密
度の向上を図っている。これら半導体装置のうちキャビ
ティダウン型の半導体装置はキャビティ開口部の周辺に
外部接続端子を設け、半導体素子を搭載するキャビティ
座面を放熱板として半導体装置の熱放散性を向上させる
ようにしている。

【０００３】図８にキャビティダウン型の半導体装置の
従来例を示す。５が半導体素子、６が放熱板、７がキャ
ビティの開口部に封着したリッドである。パッケージ本
体がプラスチック材料のように熱伝導性の低い材料の場
合は、このようにキャビティの底部に放熱板６を取り付
けることによってパッケージの熱放散性を好適に向上さ
せることができる。なお、図示例は外部接続端子として
はんだボール８を使用して表面実装可能としたものであ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のようにキャビテ
ィダウン型の半導体装置は半導体素子５の搭載部に放熱
板６を使用したりすることによってキャビティアップ型
の半導体装置にくらべて熱放散性を有効に向上させるこ
とができるが、外部接続端子の実装密度の点ではキャビ
ティアップ型の半導体装置よりも劣っている。これは、
キャビティダウン型の半導体装置では外部接続端子を配
置する範囲がリッド７の外側のパッケージ本体の外面に
限定されるからである。

【０００５】このようにキャビティダウン型の半導体装
置ではキャビティアップ型の半導体装置よりも実装密度
が劣るという問題を解消する方法として、リッド部分を
含めてパッケージ本体の外面全体に外部接続端子を配置
する半導体装置が提案されている。図９にその概略図を
示す。この半導体装置は半導体素子を搭載するパッケー
ジキャップ９と片面全体に外部接続端子を配置したパッ
ケージベース１０とを封止ガラスフリット１１によって
接合して成るものである（実開平3-61346 号公報) 。

【０００６】封止ガラスフリット１１には接合金属が所
定配置で形成され、パッケージキャップ９とパッケージ
ベース１０とをガラス溶着するとともに電気的に接続す
るが、この半導体装置の場合はガラスを溶融して接合す
るため溶融ガラスによって接合金属の接続が阻害された
り、溶融ガラスがパッケージキャップ９とパッケージベ
ース１０側に分かれて断線したりするといった問題があ
る。また、ガラスと接合金属を溶融して接合する場合、
実用的な低融点金属の融点は約２００℃以上、低融点ガ
ラスの軟化点は３００℃以上であるから、この方法はセ
ラミックパッケージ以外には適用できないという問題点
もあった。

【０００７】本発明は、これら問題点を解消すべくなさ
れたものであり、その目的とするところは、キャビティ
ダウン型の半導体装置での実装密度を有効に向上させる
ことができ、セラミックパッケージに限らずプラスチッ
クパッケージ等の種々の素材のパッケージについても好
適に適用することができる半導体装置およびその好適な
製造方法を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、次の構成を備える。すなわち、パッケージ本
体に設けたキャビティ内に半導体素子が搭載され、キャ
ビティ側に外部接続端子が設けられてなる半導体装置に
おいて、前記キャビティの開口部がリッドにより封止さ
れ、該リッドに外部接続端子を接続する配線パターンが
設けられ、該配線パターンに外部接続端子が接続され、
前記リッド側面に設けられ、前記配線パターンに接続さ
れた側面電極と、前記リッド周辺のパッケージ本体の外
面に形成された接続用電極が電気的に接続されているこ
とを特徴とする。また、前記半導体素子がパッケージ本
体とは別体に形成された放熱板に搭載されたことは放熱
性の優れた半導体装置が提供できる点で好ましい。ま
た、前記リッドの外面と該リッド周辺のパッケージ本体
の外面とに外部接続端子が接合されたことを特徴とす
る。あた、前記外部接続端子としてははんだボール、あ
るいは挿入用あるいは表面実装用のリードピンが好適に
用いられる。また、前記パッケージ本体がセラミック、
あるいはプラスチックからなることを特徴とする。ま
た、前記リッドの材料がパッケージ本体の材料と同一で
あることを特徴とする。また、前記リッドが、セラミッ
クあるいはプラスチックの基材に前記側面電極と外部接
続端子との間を電気的に接続する配線パターンが設けら
れ、前記配線パターンが外部接続端子の接続部を除いて
ソルダーレジスト層により被覆されたことを特徴とす
る。

【０００９】また、パッケージ本体に設けられたキャビ
ティ内に半導体素子が搭載され、キャビティ側に外部接
続端子が設けられてなる半導体装置の製造方法におい
て、キャビティ内に半導体素子を搭載した後、該キャビ
ティの開口部をリッドにより封止し、該リッドに形成さ
れた配線パターンに外部接続端子を接合すると共に、前
記リッドの側縁に形成され前記配線パターンに接続され
た側面電極と、前記リッド周辺のパッケージ本体の外面
に形成された接続用電極とを電気的に接続することを特
徴とする。また、前記リッドが、セラミックグリーンシ
ートに形成するリッドの側面電極の位置に合わせて複数
のスルーホールを穿設し、前記スルーホール内に金属ぺ
ーストを充填し、前記グリーンシートに前記スルーホー
ルと接続された配線パターンを金属ぺーストにより形成
し、外部接続端子の接続部を除いて前記配線パターンを
ソルダーレジスト層となるセラミックぺーストにより被
覆し焼成した後、隣合う前記スルーホールの中心を結ぶ
部分で分割し、該分割されたスルーホール部分を側面電
極とすることにより形成されることを特徴とする。ま
た、前記リッドが、金属箔を被着したプラスチック基板
に形成するリッドの側面電極の位置に合わせて複数のス
ルーホールを穿設し、前記スルーホール内にスルーホー
ルめっきにより導体層を形成し、前記金属箔をエッチン
グして前記導体層と接続された配線パターンを形成し、
外部接続端子の接続部を除いて前記配線パターンをソル
ダーレジスト層となるプラスチックペーストにより被覆
した後、隣合う前記スルーホールの中心を結ぶ部分で分
割し、該分割されたスルーホール部分の導体層を側面電
極とすることにより形成されることを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明に係る半導体装置はキャビティダウン型
の半導体装置でリッド外面にはんだボール等の外部接続
端子を取り付けたことを特徴とし、リッドによりキャビ
ティを封止するとともに、リッドの側面に設けた側面電
極とパッケージ本体の外面に設けた接続用電極とを電気
的に接続してなる。これにより、リッド外面に設けた外
部接続端子とパッケージ本体に設けた内部配線パターン
等の配線パターンとが確実に電気的に接続される。リッ
ド外面をはんだボールあるいはリードピンといった外部
接続端子の配置スペースとして利用することにより、多
ピン化に好適に対応することが可能になる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基
づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る半導体装置
の一実施例の構成を示す断面図である。実施例の半導体
装置はセラミック材料によって形成したパッケージ本体
２０にキャビティ２２を貫通して設け、キャビティ２２
の底部に放熱板２４を接合し、放熱板２４に半導体素子
２６を搭載して支持する。半導体素子２６とパッケージ
本体２０の内部配線等の配線パターンとはワイヤボンデ
ィングによって電気的に接続する。

【００１２】キャビティ２２の封止はキャビティ２２の
開口縁にパッケージ本体２０と同材のセラミック材料を
用いて作製したリッド２８を接合することによる。リッ
ド２８をパッケージ本体２０に接合する方法としては、
ろう材、低融点ガラスを用いて封着する方法、接着剤を
用いて接合する方法が適用できる。リッド２８はその外
面に外部接続端子を所定配置で接合して成るものであ
り、実施例では外部接続端子としてはんだボール３０を
接合している。このはんだボール３０はパッケージ本体
２０に設けた内部配線等の配線パターン２０ａと電気的
に導通させて取り付けるからリッド２８にははんだボー
ル３０とパッケージ本体２０に設けた配線パターン２０
ａとを電気的に接続する配線パターン３２を設ける。

【００１３】図２にリッド２８の底面図を示す。底面図
はリッド２８の外面にマトリクス状にはんだボール３０
を取り付けた状態を示す。リッド２８はパッケージ本体
２０に設けた配線パターン２０ａとはんだボール３０と
を電気的に接続するため、その周側面にパッケージ本体
２０の外面に形成した接続用電極２０ｂに接続する側面
電極２８ａを設けたことを特徴とする。側面電極２８ａ
はリッド２８の側面に凹溝を設け、凹溝内に金属ぺース
トにより金属層を形成して成るものである。側面電極２
８ａはパッケージ本体２０の外面に設ける接続用電極２
０ｂの配置位置に合わせて図２に示すように所定間隔で
複数個形成する。

【００１４】側面電極２８ａとはんだボール３０とは各
々配線パターン３２によって接続するが、配線パターン
３２はスクリーン印刷法によりセラミック基板に金属ぺ
ーストをパターン形成し側面電極２８ａと電気的に接続
して形成する。実施例では配線パターン３２を形成した
後、はんだボール３０を接合する部位を円形に除いてリ
ッド２８を形成するセラミックグリーンシートと同じ組
成のセラミックペーストをスクリーン印刷しリッド２８
の外面にソルダーレジスト層３４を形成するようにし
た。このソルダーレジスト層３４により、はんだボール
３０を好適な形状に接合することができる。ソルダーレ
ジスト層３４を形成するセラミックぺーストを塗布した
後、セラミック基板を焼成してリッド２８を得る。焼成
後、配線パターン３２の露出部分、側面電極２８ａ部分
にニッケル、金めっき、またははんだめっきを施す。

【００１５】なお、実際に側面電極２８ａを有するリッ
ド２８を形成する場合は、図３に示すように、大判のセ
ラミックグリーンシート３６を用意し、このグリーンシ
ート３６に形成しようとするリッド２８の大きさおよび
側面電極２８ａの配置位置に合わせてスルーホール３８
を穿設し、スルーホール３８内に低粘度の金属ぺースト
を充填した後、配線パターン３２をスクリーン印刷し、
ソルダーレジスト層３４を形成するためのセラミックぺ
ーストをスクリーン印刷して焼成することによって得ら
れる。

【００１６】リッド２８は上記のようにして作成した焼
成体を隣合うスルーホール３８の中心を結ぶ部分でスラ
イシングする方法あるいはチョコレートブレーク法によ
ってスルーホール３８部分で分割することによって単体
の製品として得られる。リッド２８はスルーホール３８
の内壁に金属層が被着形成されて成る側面電極２８ａと
配線パターン３２を有する製品として得られ、これをパ
ッケージ本体２０のキャビティ２２の開口縁に接合する
ことによってキャビティ２２を封止するとともに、パッ
ケージ本体２０に設けた内部配線パターン２０ａ、半導
体素子２６とはんだボール３０とが側面電極２８ａを介
して電気的に接続された半導体装置として得られる。

【００１７】リッド２８の側面電極２８ａとパッケージ
本体２０の配線パターン２０ａとの接合方法は、ソルダ
ー法による従来のリードレスチップキャリアの実装方法
と同様に行えばよい。図４にリッド２８の側面電極２８
ａ部分におけるパッケージ本体２０の外面に設けた接続
用電極２０ｂとの接続の様子を示す。前述したようにパ
ッケージ本体２０の外面には側面電極２８ａと接続する
ための接続用電極２０ｂがあらかじめ形成されており、
側面電極２８ａと接続用電極２０ｂとの電気的接続はは
んだ４０を介して側面電極２８ａと接続用電極２０ｂを
接合することによって行うことができる。

【００１８】リッド２８に接合する外部接続端子として
のはんだボール３０はリッド２８にあらかじめ接合して
おいて、パッケージ本体２０にリッド２８を接合する方
法と、リッド２８をパッケージ本体２０に接合した後、
リッド２８の外面にはんだボール３０を接合する方法の
両方法を選択することができる。

【００１９】本実施例ではパッケージ本体２０とリッド
２８をセラミック製としたが、セラミック材料としては
アルミナセラミックあるいはムライトセラミック、アル
ミナ等のセラミック粉とガラス粉とを混合した低温焼成
セラミックが好適に使用できる。また、スルーホール３
８に充填する金属ぺーストあるいは配線パターン３２を
形成する際に使用する金属ぺーストの金属材としてはタ
ングステン、モリブデン、銅が好適である。

【００２０】なお、パッケージ本体２０とリッド２８は
セラミック以外にプラスチックを基材に用いることも可
能である。プラスチック材としてはたとえば、ガラス−
エポキシ、ガラス−ＢＴ、ガラス−ポリイミド等が使用
できる。プラスチックを使用してリッド２８を形成する
場合は、片面あるいは両面に銅箔を被着したプラスチッ
ク基板を用意し、これにドリル加工で図３に示すと同様
なパターンでスルーホール３８を設け、スルーホールめ
っきによりスルーホール３８の内面に導体層を形成す
る。リッド２８に設ける配線パターン３２は銅箔をエッ
チングすることによってパターン形成し、ソルダーレジ
スト層３４はリッド２８と同じ組成のプラスチックぺー
ストをスクリーン印刷して形成する。

【００２１】リッド２８はスルーホール３８の中心線位
置でスライスすることによって図２に示すと同様に側面
電極２８ａを有する製品として得られる。はんだボール
３０はリッド２８に接合しておいてもよいし、リッド２
８をパッケージ本体２０に接合した後にはんだボール３
０を接合してもよい。リッド２８はパッケージ本体２０
のキャビティ２２の開口部に接着剤で接合してキャビテ
ィ２２を封止する。たとえば、キャビティ２２の開口部
の周縁部に枠状に形成したエポキシ樹脂等の熱硬化性樹
脂のプリプレグを置き、その上にリッド２８をのせて１
５０℃程度でキュアして接合することができる。はんだ
ボールは約２３０℃で取り付けるが、プリプレグは熱硬
化性樹脂よりなるのでキュアして固化させるとはんだボ
ールの取り付けの際に溶けることはない。

【００２２】リッド２８の側面電極２８ａをパッケージ
本体２０の配線パターンに接続する方法は先の実施例と
同様で、リッド２８をパッケージ本体２０に封着した
後、リッド２８の側面に設けた側面電極２８ａとパッケ
ージ本体２０の外面に設けた接続用電極２０ｂとをはん
だで接合することによる。これによって、はんだボール
３０とパッケージ本体２０の配線パターン２０ａ、半導
体素子２６が電気的に接続される。

【００２３】図５はリッド２８の外面に外部接続端子と
してのはんだボール３０を取り付けるとともに、リッド
２８の周囲のパッケージ本体２０の外面にもはんだボー
ル３０を取り付けた実施例を示す。この実施例の半導体
装置では、キャビティ２２の開口縁にリッド２８の取り
付け用の段差を設け、リッド２８の外面とパッケージ本
体２０の外面が同一高さ面となるようにして表面実装可
能としている。この実施例で示すように、本発明に係る
半導体装置ではキャビティダウン型の半導体装置で半導
体素子２６を搭載するキャビティ２２を封止するリッド
２８の外面にも外部接続端子を配置することを可能と
し、パッケージの下面全体を外部接続端子の配置範囲と
することによって半導体装置の実装密度の向上を図るこ
とを可能にしている。

【００２４】図６は放熱板２４を設けない形式の半導体
装置でリッド２８の外面に外部接続端子としてのはんだ
ボール３０を取り付けた実施例である。図７ははんだボ
ール３０にかえて外部接続端子としてリードピンを取り
付けた実施例である。リードピン４２を用いる場合もは
んだボール３０を用いる場合と同様に、リッド２８の側
面に設けた側面電極２８ａによりリードピン４２とパッ
ケージ本体２０に設けた配線パターン２０ａ、半導体素
子２６とが電気的に接続されて半導体装置が構成され
る。リードピン４２には挿入用ピンあるいは表面実装用
に短寸に形成したピンが使用できる。

【００２５】なお、半導体装置はパッケージ本体２０と
リッド２８とを同材で形成したものを使用する方が信頼
性等の点で良いが、必要に応じてパッケージ本体２０と
リッド２８とを異なる組み合わせで使用することも可能
である。

【００２６】

【発明の効果】本発明に係る半導体装置によれば、上述
したように、キャビティダウン型の半導体装置でキャビ
ティを封止するリッドの外面を外部接続端子の配置スペ
ースとして利用することによって実装密度を効果的に高
めることができ、これによって有効に多ピン化を図るこ
とができる。また、パッケージ本体に設けた配線パター
ンとリッドに設ける外部接続端子との電気的接続が確実
にかつ容易に行うことができ、作業性を向上させること
ができるとともに信頼性の高い半導体装置として提供す
ることが可能になる。また、本発明方法によればリッド
外面に外部接続端子を設けた半導体装置を容易に得るこ
とができる等の著効を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】半導体装置の一実施例の構成を示す断面図であ
る。

【図２】はんだボールを取り付けた状態のリッドの底面
図である。

【図３】リッドの作成方法を示す説明図である。

【図４】リッドとパッケージ本体の接続部分を示す説明
図である。

【図５】半導体装置の他の実施例の構成を示す断面図で
ある。

【図６】半導体装置のさらに他の実施例の構成を示す断
面図である。

【図７】外部接続端子としてリードピンを用いた半導体
装置の断面図である。

【図８】半導体装置の従来例を示す断面図である。

【図９】半導体装置を作成する従来方法を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

２０ パッケージ本体 ２０ａ 配線パターン ２０ｂ 接続用電極 ２２ キャビティ ２４ 放熱板 ２６ 半導体素子 ２８ リッド ２８ａ 側面電極 ３０ はんだボール ３２ 配線パターン ３４ ソルダーレジスト層 ３８ スルーホール ４０ はんだ ４２ リードピン

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パッケージ本体に設けたキャビティ内に
   半導体素子が搭載され、キャビティ側に外部接続端子が
   設けられてなる半導体装置において、 前記キャビティの開口部がリッドにより封止され、 該リッドに外部接続端子を接続する配線パターンが設け
   られ、 該配線パターンに外部接続端子が接続され、 前記リッド側面に設けられ、前記配線パターンに接続さ
   れた側面電極と、前記リッド周辺のパッケージ本体の外
   面に形成された接続用電極が電気的に接続されているこ
   とを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 半導体素子がパッケージ本体とは別体に
   形成された放熱板に搭載されたことを特徴とする請求項
   １記載の半導体装置。
3. 【請求項３】 前記リッドの外面と該リッド周辺のパッ
   ケージ本体の外面とに外部接続端子が接合されたことを
   特徴とする請求項１記載の半導体装置。
4. 【請求項４】 外部接続端子がはんだボールであること
   を特徴とする請求項１記載の半導体装置。
5. 【請求項５】 外部接続端子が挿入用あるいは表面実装
   用のリードピンであることを特徴とする請求項１記載の
   半導体装置。
6. 【請求項６】 パッケージ本体がセラミックからなるこ
   とを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
7. 【請求項７】 パッケージ本体がプラスチックからなる
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
8. 【請求項８】 前記リッドの材料がパッケージ本体の材
   料と同一であることを特徴とする請求項１記載の半導体
   装置。
9. 【請求項９】 前記リッドが、 セラミックあるいはプラスチックの基材に前記側面電極
   と外部接続端子との間を電気的に接続する配線パターン
   が設けられ、 前記配線パターンが外部接続端子の接続部を除いてソル
   ダーレジスト層により被覆されたことを特徴とする請求
   項１記載の半導体装置。
10. 【請求項１０】 パッケージ本体に設けられたキャビテ
    ィ内に半導体素子が搭載され、キャビティ側に外部接続
    端子が設けられてなる半導体装置の製造方法において、 キャビティ内に半導体素子を搭載した後、該キャビティ
    の開口部をリッドにより封止し、 該リッドに形成された配線パターンに外部接続端子を接
    合すると共に、 前記リッドの側縁に形成され前記配線パターンに接続さ
    れた側面電極と、前記リッド周辺のパッケージ本体の外
    面に形成された接続用電極とを電気的に接続することを
    特徴とする半導体装置の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記リッドが、セラミックグリーンシ
    ートに形成するリッドの側面電極の位置に合わせて複数
    のスルーホールを穿設し、 前記スルーホール内に金属ぺーストを充填し、 前記グリーンシートに前記スルーホールと接続された配
    線パターンを金属ぺーストにより形成し、 外部接続端子の接続部を除いて前記配線パターンをソル
    ダーレジスト層となるセラミックぺーストにより被覆し
    焼成した後、 隣合う前記スルーホールの中心を結ぶ部分で分割し、 該分割されたスルーホール部分を側面電極とすることに
    より形成されることを特徴とする請求項１０記載の半導
    体装置の製造方法。
12. 【請求項１２】 前記リッドが、金属箔を被着したプラ
    スチック基板に形成するリッドの側面電極の位置に合わ
    せて複数のスルーホールを穿設し、 前記スルーホール内にスルーホールめっきにより導体層
    を形成し、 前記金属箔をエッチングして前記導体層と接続された配
    線パターンを形成し、 外部接続端子の接続部を除いて前記配線パターンをソル
    ダーレジスト層となるプラスチックペーストにより被覆
    した後、 隣合う前記スルーホールの中心を結ぶ部分で分割し、 該分割されたスルーホール部分の導体層を側面電極とす
    ることにより形成されることを特徴とする請求項１０記
    載の半導体装置の製造方法。