JPS63207157A - 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ＰＧＡ　（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フ／ｌ−−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
パッケージとして、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ＤＩＰ（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、ＤＩＰと同等以上の信
頼性をもち、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５図や第６図に示したものが主流を
占めていた。第５図に示したプラスチックＰＧＡ型の半
導体パンケージは、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６図に示したプラスチックＰＧＡ
型の半導体パンケージは、樹脂で封止する代わりに金属
製のキャンプ８で覆い、基板１と金属製のキャップ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
５図のものでは基板工と樹脂７との接着界面から、第６
図のものでは金属製キャップ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　（プレソシャクソ力テスト）に対する信頼性が極め
て悪かった。

そこで、最近、第８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７図にみるように、金属製キャップ
８の周囲を樹脂７で封止したプラスチック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９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
の半導体パッケージと比べて、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、パッシベーション割れを引き起こ
し易くて、ヒートサイクル試験での信頼性では第６図ま
たは第７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信頼性および
ヒートサイクル信頼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
されたり−ドビ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
に充項された樹脂中に埋没されている半導体パッケージ
であって、前記金属製のケースには、前記半導体素子お
よびボンディングワイヤ周囲の中空部と樹脂充填部とを
仕切る仕切りが形成されているとともに前記中空部を開
放する開口部が形成されており、その開口部が蓋で閉ざ
され、その蓋がハーメチック封止法によってケースと一
体化されていることを特徴とする半導体パンケージをそ
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図および第２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。これらの図にみるよ
うに、この半導体パンケージは、基板１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１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、全体として四角い箱形となっている。このケース１
０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と樹脂充填部１５とを仕切る仕切
り１０ａが形成されているとともに中空部１３を開放す
る開口部１０ｂが形成されている。その開口部１０ｂは
、蓋１４で閉ざされている。その蓋１４は、ケース１０
とハーメチック封止法によって一体化されている。これ
により、前記中空部１３は、ケース１０の仕切り１０ａ
と蓋１４とによって、ハーメチック封止（気密封止）さ
れている。この実施例で開口部１０ｂおよび蓋１４は、
第２図にみるように、矩形をなしているが、第４図にみ
るように、円形をなしていてもよい。第１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と基板１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。

この半導体パンケージを得るには、つぎのようにする。

まず、半導体素子２を搭載していない状態でケース１０
内に基板１を配置する。この時、基板１とケース１０と
を接着剤７ａで仮止めしてお（。つぎに、液状封止樹脂
７を樹脂充填部１５に充填し、その液状封止樹脂７を硬
化させて、第３図にみる状態とする。この後、半導体素
子２を搭載し、ボンディングワイヤ３の接続を行って、
ケース１０に蓋１４をハーメチック封止法によって一体
化し、半導体パッケージを得るようにする。なお、半導
体素子２は、液状封止樹脂７を充填する前に基板１に搭
載しておいてもよい。

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によって防くことが
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く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・ノブ割れ、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は、これを得るにあたって
、ＤＩＰをつくる時のように高価な金型を必要としない
ため、安価に作成できる。

さらに、この半導体パッケージは、金属製のケース１０
に開口部１０ｂが形成され、その開口部１０ｂが蓋１４
で閉ざされているので、開口部１０ｂおよび蓋１４がな
いものと比べてつぎのような効果がある。すなわち、開
口部１０ｂおよび蓋１４がないものでは、ケース１０内
に充填された液状封止樹脂７を硬化させる際には中空部
１３が密閉状態となっている。そのため、液状封止樹脂
７を硬化させると、中空部１３が高圧になって、中空部
１３内の気体が液状封止樹脂７内に漏れ、硬化樹脂中に
ボイドができてしまうという問題がある。この問題を解
消しようとして、中空部１３をあらかじめ減圧しておく
と、液状封止樹脂７が中空部１３内に流れ込んでしまう
という問題が発生する。これに対し、この発明にかかる
半導体パッケージは、樹脂硬化時にはケース１０から蓋
１４を外しておけば、中空部１３を開放状態とすること
ができるので、上記のような問題が起こらず、信頼性の
高いものとなる。しかも、樹脂硬化後に半導体素子２を
搭載することもできるので、半導体素子２に樹脂硬化時
の熱の影響を与ないようにすることもできる。

この発明に使用される金属製のケースおよび苦は、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、水蒸気の通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。

ケースの仕切りは、半導体素子およびボンディングワイ
ヤをケースの底（前記実施例では蓋）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、材質のものであってもよい。

ただし、前記実施例のように、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、材質を不導体
としたり、表面を絶縁処理し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（するため、基板と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、前記実施例のごとく、
仕切りと基板とを接着剤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。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周囲の中空部内へ流れ込まなければ
、行われな（でもよい。

ケースと蓋とを一体化するためのパーメツチック封止方
法は、抵抗溶接法、ハンダ封止法、冷間溶接法など、気
体が通過できないようにすることができれば、いかなる
方法で行ってもよい。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、前記ケースと蓋との一
体化は、乾燥空気雰囲気下、さらには、不活性ガス雰囲
気下で行うのが好ましい。

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ッ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５図ないし第９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基板ハーメチック
封止法； 高融点ハンダによるハンダ封止法 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
＠製ＹＤ−１２８） 充虜材　　　　　　　　　　４８．０讐ｔ％（電気化学
工業０１製ＦＳ−７４） カップリング剤　　　　　　　　１．５ｗｔ％（日本ユ
ニカー（株製Ａ−１８７） 顔料　　　　　　　　　　　　０．５ｗｔ％（三菱化成
０菊製ＭＡ−１００） Ｂ液の配合 硬化剤　　　　　　　　　　９７．０匈ｔ％（日立化成
工業（株製ＨＮ−５５００）硬化促進剤　　　　　　　
　　３．０御ｔ％（半井化学薬品＠製 試薬ルベアックＤＭＰ−３０） Ａ液とＢ液との混合比（八／Ｂ）　＝２０／９サンプル
数；　ｎ＝５０ ＰＣＴ試験条件；２気圧、１２１℃ 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分コ室温５分＝１５０℃３０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　　２　　表 第２表にみるように、実施例１〜５は、ＰＣＴ信頼性お
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、両信頼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信頼性
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。

〔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
半導体素子およびポ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ンケージであって、前記金属製のケ
ースには、前記半導体素子およびボンディングワイヤ周
囲の中空部と樹脂充填部とを仕切る仕切りが形成されて
いるとともに前記中空部を開放する開口部が形成されて
おり、その開口部が蓋で閉ざされ、その蓋がハーメチッ
ク封止法によってケースと一体化されていることを特徴
としているため、ＰＣＴ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ンケージの一実施例
をあられす断面図、第２図はその平面図、第３図は前記
実施例の製造段階で樹脂硬化直後の状態をあられす断面
図、第４図は別の実施例の平面図、第５図および第６図
は従来の半導体パンケージをあられす断面図、第７図な
いし第９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Ｎ　６・
・・リードピン　７・・・樹脂　１０・・・金属製のケ
ース　ｔＯａ・・・仕切り　ｌｏｂ・・・開口部　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・・−蓋 代理人　弁理士　　松　本　武　彦 第１図 第２図　　　　　　　　第４図 笛５　口 第６図 第７　図 第８図 第９図

Claims (2)

【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であって、前記金属製のケースに
   は、前記半導体素子およびボンディングワイヤ周囲の中
   空部と樹脂充填部とを仕切る仕切りが形成されていると
   ともに前記中空部を開放する開口部が形成されており、
   その開口部が蓋で閉ざされ、その蓋がハーメチック封止
   法によってケースと一体化されていることを特徴とする
   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。