JPS63205934A - 半導体パツケ−ジ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、いわゆるＩ）ＧＡ（ビングリッドアレイ）
パッケージと呼ばれている半導体パッケージに関する。

〔背景技術〕

ＩＣチップの大型化や多ビン化に対応した新しい半導体
パフケージとして、ＰＧＡ型パッケージが実用化されて
いる。これまで、このＰＧＡ型パッケージは、セラミッ
クで気密封止したものが主流を占めており、エポキシ樹
脂を使用したトランスファ成形のＤＩＲ（デュアルイン
ラインパッケージ）と比べて高価であった。しかし、ゲ
ートアレイやマイクロプロセッサ、ＣＰＵ等を民生用や
産業機器用に供給するためには、ＤＴＰと同等以上の信
頬性をもち、かつ、低価格のＰＧＡ型パッケージが必要
であった。

このような事情から、プリント配線板加工を応用したプ
ラスチックＰＧＡ型の半導体パッケージが種々開発され
てきている。

これまでのところ、プラスチックＰＧＡ型の半導体パッ
ケージとしては、第３図や第４図に示したものが主流を
占めていた。第３図に示したプラスチックＰＧＡ型の半
導体パッケージは、基板１表面に半導体素子２を搭載し
、この半導体素子２と基板１表面に形成された導体回路
４とをボンディングワイヤ３で電気的に接続して、これ
ら半導体素子２とボンディングワイヤ３とを樹脂７で封
止したものである。第４図に示したプラスチックＰＧＡ
型の半導体パッケージは、樹脂で封止する代わりに金属
製のキャップ８で覆い、基板１と金属製のキャンプ８と
の接触面のみを樹脂７で接着するようにしたものである
。両図中、５は絶縁層、６は導体回路４と接続されたリ
ードピンであるしかしながら、これらのプラスチックＰ
ＧＡ型の半導体パッケージは、低価格であるものの、第
３図のものでは基板１と樹脂７との接着界面から、第４
図のものでは金属製キャンプ８と樹脂７との接着界面か
らそれぞれ水が侵入しやすいため、耐湿性が低く、ＰＣ
Ｔ（プレッシャクン力テスト）に対する信頬性が極めて
悪かった。

そこで、最近、第６図にみるように、基板１の表面およ
び端面を樹脂７で覆い、さらに、その樹脂７に金属製の
ケース１０を被せた半導体パッケージが開発された。他
方、発明者らも、第５図にみるように、金属製キャップ
８の周囲を樹脂７で封止したプラスデックＰＧＡ型の半
導体パッケージを開発した。図中、９は樹脂７が流出し
ないようにするための枠である。

これら半導体パッケージは、接着界面における水分の侵
入距離が長くされているため、接着界面からの水分の侵
入が抑えられているが、基板１の裏面などから基板内を
通って侵入する水分に対しては無力であった。

その後、発明者らは、第７図にみるように、基板１が金
属製ケース１０に充填された樹脂７に埋没されている半
導体パッケージを開発した。図中、１１はケース１０の
底と半導体素子２およびボンディングワイヤ３とを離間
するための突出部である。この半導体パッケージは、他
の半導体パフケージと比べて、ＰＣＴ信頼性が飛躍的に
向上していた。しかし、熱ストレスに対して弱く、チッ
プ割れ、ワイヤ切れ、バンシベーション割れを引き起こ
し易くて１、ヒートサイクル試験での信頼性では第４図
または第５図に示したものよりも劣っていた。

〔発明の目的〕

以上の事情に鑑みて、この発明は、ＰＣＴ信頓性および
ヒートサイクル信輔性が高い半導体パッケージを提供す
ることを目的としている。

〔発明の開示〕

前記目的を達成するため、この発明は、表面に半導体素
子および導体回路が設けられこれらが互いにボンディン
グワイヤで接続されているとともに前記導体回路に接続
されたリードピンが裏面から表面に突出している基板と
、一面が開口された金属製のケースとを備え、前記基板
が、リードピン端部をケース外に出すようにして前記ケ
ース内に臨んでいて、前記半導体素子およびボンデイン
　　゛グワイヤの周囲を中空のまま残した４Ｊ［で前記
ケース内に充填された樹脂中に埋没されている半導体パ
ッケージをその要旨とする。

以下に、この発明を、その一実施例をあられす図面を参
照しながら詳しく説明する。

第１図は、この発明にかかる半導体パッケージの一実施
例をあられしている。図にみるように、この半導体パッ
ケージは、基板ｌと金属製のケース１０とを備えている
。基板１は、その表面に、半導体素子２が搭載されてい
るとともに導体回路４が形成されている。半導体素子２
と導体回路４とは、ボンディングワイヤ３によって電気
的に接続されている。導体回路４は、ボンディングワイ
ヤ３との接続部分を除いて絶縁層５で覆われている。基
板ｌには、リードピン６が差し込まれ、そのリードピン
６が裏面から表面に突出している。

このリードピン６は、導体回路４と接続されていて、ボ
ンディングワイヤ３を介して半導体素子２と電気的につ
ながれている。

ケース１０は、その一面が開口されていて、図ではあら
れされていないが、全体として四角い箱形となっている
。このケース１０内には、基板１がリードピン６端部を
ケース１０外に出すようにして臨んでいる。それととも
に、このケース１０内には、液状封止樹脂７が充填され
ていて、基板１は、この液状封止樹脂７中に半導体素子
２およびボンディングワイヤ３の周囲１３を中空のまま
残した状態で埋没されている。ケース１０の底内面には
、半導体素子２およびボンディングワイヤ３周囲の中空
部１３を取り囲むように突出部１４が形成されている。

この突出部１４の先端が絶縁層５に突き当たっていて、
これにより、ケースＩＯの底と基板１表面の半導体素子
２およびボンディングワイヤ３とを離間し、半導体素子
２およびボンディングワイヤ３をケース１０の底に接触
させないようにしているとともに、液状封止樹脂７が中
空部１３内に入り込まないようにしている。

図中、７ａは、ケース１０内に液状封止樹脂７を入れる
前に、ケース１０と基Ｆｉ、ｌとを仮止めするための接
着剤である。この接着剤７ａは、図では厚みを持たせて
あられしているが、実際はもっと薄膜状になっている。

以上にみてきたように、この半導体パッケージは、基板
１が液状封止樹脂７中に半導体素子２およびボンディン
グワイヤ３の周囲１３を中空のまま残した状態で埋没さ
れている。すなわち、基板１は、半導体素子２およびボ
ンディングワイヤ３の周囲１３を除いて、表面、端面、
裏面とも全面が液状封止樹脂７で覆われている。そのた
め、基板１の裏面などから基板１を通って水分が侵入す
ることがない。さらに、液状封止樹脂７の外側に金属製
のケース１０が被せられているので、液状封止樹脂７を
通って侵入する水分についても、ケース１０によって防
ぐことができる。このように、この半導体パッケージは
、水分の侵入経路が極めて少な（なるように構成されて
いるため、耐湿性が良く、ＰＣＴ信頼性が極めて高いも
のになっている。

しかも、この半導体パッケージは、半導体素子２および
ボンディングワイヤ３の周囲１３が中空とされている。

そのため、つぎの点で優れている。つまり、半導体素子
２およびボンディングワイヤ３を液状封止樹脂７で直接
封じ込むと、液状封止樹脂７と半導体素子２またはボン
ディングワイヤ３との膨張係数の差により、ワイヤ切れ
、チップ割れ、パッシベーション割れを引き起こすが、
この発明にかかる半導体パッケージのように、半導体素
子２およびボンディングワイヤ３の周囲１３が中空とさ
れていると、半導体素子２およびボンディングワイヤ３
に熱ストレスがかかることがないので、チップ割れ、ワ
イヤ切れ、パッシベーション割れが起こり難く、ヒート
サイクル試験での信頼性が良いものとなる。

また、この半導体パッケージを得るにあたっては、ケー
ス１０内に基板１を配置しておき、ケース１０内の空間
に液状封止樹脂７を流し込んだ後、その樹脂７を硬化さ
せるようにすればよいので、ＤＩＰをつくる時のように
高価な４型を必要とせず、安価に作成できる。

第２図は、別の実施例をあられしている。第２図に示し
た半導体パッケージは、突出部１４を形成する代わりに
、スペーサ１５をケース１ｏの底と基板１　（基板ｌ上
の絶縁層５）との間に介在させたものである。このよう
にして、ケース１０の底と基板１表面の半導体素子２お
よびボンディングワイヤ３とを離間し、半導体素子２お
よびボンディングワイヤ３をケースｌｏの底に接触させ
ないようにするとともに、液状封止樹脂７が中空部１３
内に入り込まないようにしてもよい。

この発明に使用さ。れる金属製のケースは、鉄。

アルミニウム、銅など、形状が保持でき、適度の強度が
あるものであれば、いかなる材質のものであってもよい
。とくに、水蒸気の透過性が全くないものが望ましい。

しかも、防錆や絶縁の観点から、表面を酸化処理または
塗装など、絶縁処理したものが好ましい。

突出部やスペーサは、半導体素子およびボンディングワ
イヤをケースの底に接触させないようにするとともに半
導体素子およびボンディングワイヤの周囲に一定の空間
を設けるという目的を達成するものであれ−ば、いかな
る形状（たとえば、四角い枠状やリング状）、材質のも
のであってもよい。ただし、前記各実施例のように、基
板側には薄い絶縁層のすぐ下に導体回路がある場合があ
るので、材質として不導体を用いたり、表面を絶縁処理
したものを用いたりすることが好ましい。また、形状に
関しては、水の侵入経路となる界面をできるだけ少なく
するため、突出部は基板との接触面積、スペーサは金属
製ケースと基板との両方の接触面積ができるだけ小さく
なるような形状が好ましい。ただし、接触面積を小さく
すると、液状封止樹脂が硬化する前に半導体素子および
ボンディングワイヤの周囲の中空部内へ流れ込み易くな
るので、この流れ込みを防ぐようにする必要がある。こ
の流れ込みを防ぐ方法としては、金属製ケース内に液状
封止樹脂を流し込む前に、前記各実施例のごとく、突出
部と基板とを、または、スペーサと基板および金属製ケ
ースとを接着剤７ａで仮止めしておく方法が効果的であ
る。この接着剤７ａとしては、ケース内に入れられる液
状封止樹脂を用いることが好ましい。半導体素子および
ボンディングワイヤの周囲の中空部には、湿気はもちろ
ん活性ガス等が存在しないことが好ましいので、前記仮
止めは、乾燥空気雰囲気下、さらには、減圧下または不
活性ガス雰囲気下で行うのが好ましい。より好ましくは
、不活性ガス雰囲気下で減圧して行うのが好ましい。後
者の場合の減圧は、液状封止樹脂を硬化させる時の熱に
よって中空部内の気体が膨張しすぎないようにするため
のモノであるので、強く減圧する必要はない。ただし、
減圧した場合は、その後しだいに外気を吸って常圧に戻
るので、できるだけ早く液状封止樹脂による封止まです
ませて、常圧に戻るまでの間、不活性ガス雰囲気下に置
くようにすることが好ましい。なお、接着剤による仮止
めは、液状封止樹脂が半導体素子およびボンディングワ
イヤの周囲の中空部内へ流れ込まなければ、行われなく
てもよい。

この発明で使用される樹脂は、１液性、２液性、その他
いかなる封止用の樹脂であってもよい。

上記実施例にかかる半導体パ・７ケージの信頼性をみる
ため、ＰＣＴ試験およびヒートサイクル試験を行った。

比較のために、第３図ないし第７図にみる半導体パッケ
ージについても、ＰＣＴ試験およびヒートサイクル試験
を行った。

各半導体パッケージについて、第１表に示した条件以外
は、以下に示す条件とした。

半導体素子、Ｃ−ＭＯ３素子 基板；６４ピンのプラスチックＰＧＡ基板樹脂；２液性
封止樹脂　。

Ａ液の配合 エポキシ樹脂　　　　　　　５０．０ｗｔ％（東部化成
０１製ＹＤ−１２８） 充填材　　　　　　　　　　４８．０ｗｔ％（電気化学
工業■製ＦＳ−７４） カップリング剤　　　　　　　　１．５ｗｔ％（日本ユ
ニカー−製Ａ−１８７） 顔料　　　　　　　　　　　　Ｑ、５ｗｔ％（三菱化成
０菊製ＭＡ−１００） Ｂ液の配合 硬化剤　　　　　　　　　　９７．０ｗｔ％（日立化成
工業９ｍ製ＨＮ−５５００）硬化促進剤　　　　　　　
　　３．０ｗｔ％（半片化学薬品０鴫製 試薬ルベアックＤＭＰ−３０） Ａ液とＢ液との混合比（Ａ／Ｂ）　＝２０／９サンプル
数；ｎ＝５０ ＰＣＴ試験条件；２気圧、１２１″Ｃ ＰＣＴ信頼性評価方法； 累積不良率が５０％となる時間 ヒートサイクル試験条件； 気相。

−６５’Ｃ３０分才室温５分キ１５０°ｃ３０分ヒート
サイクル信頼性評価方法； 累積不良率が５０％となるサイクル数 上記条件により行ったＰＣＴ試験およびヒートサイクル
試験の結果を第２表に示す。

第　２１表 第２表にみるように、実施例１〜５は、ＰＣＴ信転性お
よびヒートサイクル信頼性がともに良い。これに対し、
比較例１〜５は、せいぜいいずれか一方の信頼性が良い
にとどまり、両信顧性が良いものはない。この結果から
、この発明にかかる半導体パッケージは、ＰＣＴ信頓性
およびヒートサイクル信頼性がともに高いものであるこ
とがわかる。

この発明にかかる半導体パッケージは、前記実施例に限
定されない。半導体素子およびボンディングワイヤの周
囲が中空となっていれば、突出部やスペーサは設けられ
ていなくてもよい。

〔発明の効果〕

以上に説明してきたように、この発明にかかる半導体パ
ッケージは、表面に半導体素子および導体回路が設けら
れこれらが互いにボンディングワイヤで接続されている
とともに前記導体回路に接続されたり−ドピンが裏面か
ら表面に突出している基板と、一面が開口された金属製
のケースとを備え、前記基板が、リードピン端部をケー
ス外に出すようにして前記ケース内に臨んでいて、前記
半導体素子およびボンディングワイヤの周囲を中空のま
ま残した状態で前記ケース内に充填された樹脂中に埋没
されていることを特徴としているため、ＰＣ，Ｔ信頼性
およびヒートサイクル信頼性がともに高いものとなって
いる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる半導体パッケージの一実施例
をあられす断面図、第２図は別の実施例をあられす断面
図、第３図および第４図は従来の半導体パッケージをあ
られす断面図、第５図ないし第７図は最近開発された半
導体パッケージをあられす断面図である。 １・・・基板　２・・・半導体素子　３・・・ボンディ
ングワイヤ　４・・・導体回路　５・・・絶縁層　６・
・・リードピン　７・・・樹脂　１０・・・金属製のケ
ース　１３・・・半導体素子およびボンディングワイヤ
の周囲（中空部）　１４・・・突出部　１５・・・スペ
ーサ代理人　弁理士　　松　本　武　音 名１図 第２図 第　３　図 訂４図 ｍ５　　図 第６図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面に半導体素子および導体回路が設けられこれ
   らが互いにボンディングワイヤで接続されているととも
   に前記導体回路に接続されたリードピンが裏面から表面
   に突出している基板と、一面が開口された金属製のケー
   スとを備え、前記基板が、リードピン端部をケース外に
   出すようにして前記ケース内に臨んでいて、前記半導体
   素子およびボンディングワイヤの周囲を中空のまま残し
   た状態で前記ケース内に充填された樹脂中に埋没されて
   いる半導体パッケージ。
2. （２）ケースが表面処理されている特許請求の範囲第１
   項記載の半導体パッケージ。
3. （３）ケースの底内面には半導体素子およびボンディン
   グワイヤ周囲の中空部を取り囲むように突出部が形成さ
   れ、この突出部によりケースの底と半導体素子およびボ
   ンディングワイヤとが離間されているとともに樹脂が前
   記中空部に入り込まないようにされている特許請求の範
   囲第１項または第２項記載の半導体パッケージ。
4. （４）ケースの底と基板との間に半導体素子およびボン
   ディングワイヤ周囲の中空部を取り囲むようにスペーサ
   が介在し、このスペーサによりケースの底と半導体素子
   およびボンディングワイヤとが離間されているとともに
   樹脂が前記中空部に入り込まないようにされている特許
   請求の範囲第１項または第２項記載の半導体パッケージ
   。