KR20090082856A - 사출 성형용 금형 및 이에 의해 성형되는 반도체 패키지와 반도체 패키지의 제조방법 - Google Patents

사출 성형용 금형 및 이에 의해 성형되는 반도체 패키지와 반도체 패키지의 제조방법 Download PDF

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Abstract

형(型)을 닫는 것에 의해 캐비티를 형성할 수 있는 내면을 각각 가진 고정형 및 복수의 가동형을 구비하고, 고정형 및 가동형의 형을 닫는 것에 의해 캐비티를 형성하고, 캐비티내에 수지를 사출하여 반도체 패키지(100)를 사출 성형할 수 있는 반도체 패키지 성형용의 사출 성형용 금형으로서, 고정형 또는 가동형은, 캐비티내에 수지를 사출하기 위해서 내면과 연속하여 형성된 게이트(65)를 구비하고, 복수의 가동형의 내면은, 게이트(65)를 향하여 서서히 거리가 가까워지는 서로 대향한 제1 금형면 및 제2 금형면을 가지고 있으며, 제1 금형면 또는 제2 금형면은, 게이트(65)와 접하는 부분에 오목부를 가진다. 이에 따라, 게이트지름을 크게 개구하여, 낮은 금형 내압에서도 용융수지를 금형내에 공급할 수 있으므로, 버의 발생을 억제한 안정된 수지 성형을 실현할 수 있다.

Description

사출 성형용 금형 및 이에 의해 성형되는 반도체 패키지와 반도체 패키지의 제조방법{METAL MOLD FOR INJECTION MOLDING AND SEMICONDUCTOR PACKAGE FORMED THEREWITH AND METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR PACKAGE}
본 발명은, 사출 성형용 금형 및 이에 의해 성형되는 반도체 패키지와 반도체 패키지의 제조방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 박형화한 반도체 패키지의 제조에 적합한 사출 성형용 금형 및 이에 의해 성형되는 반도체 패키지와 반도체 패키지의 제조방법에 관한 것이다.
반도체 장치에 사용하는 패키지의 제조기술로서 사출 성형 방법이 알려져 있다. 사출 성형 방법에서는, 가열하여 용융시킨 수지를, 금형의 스프루(sprue), 러너(runner)를 통하여 게이트(gate)로부터 캐비티(cavity)내에 사출하고, 그 후 소정시간 유지하는 동안에 냉각 고화시켜 성형체를 제조한다. 이 방법에서는, 수지성형체의 형상이 두께가 두꺼운 부분, 얇은 부분이 존재하는 경우는, 얇은 부분이 비교적 빨리 냉각되고, 용융한 수지가 냉각 고화되기 쉽다. 이 때문에, 두께가 얇은 영역이 2개의 수지유동이 서로 만나는 최종 충전 위치가 되는 경우, 웰드 라인 (weld line)이 발생하기 쉽고, 용융수지가 흘러들어가기 어려운 상태이기 때문에, 성형미충전 불량인 숏 쇼트(short shot)가 발생한다고 하는 문제가 있었다. 이러한 웰드 라인이나 숏 쇼트를 없애기 위한 개선책으로서, 예를 들면 일본특허공개공보 평성7-276410호의 기술이 제안되어 있다.
한편으로, 반도체 장치중에서도 광원으로서 이용되는 발광 다이오드(Light Emitting Diode:이하 'LED'라고도 한다.)는, 근래, 고휘도, 고출력의 발광소자 및 소형의 발광장치가 개발되어, 여러 가지 분야에서의 이용이 진행되고 있다. 이러한 발광장치는, 소형, 저소비 전력이나 경량 등의 특징을 살려, 예를 들면 휴대 전화 및 액정 백라이트의 광원, 각종 미터의 광원, 각종 읽기 센서 등에 이용되고 있다. 일례로서 백라이트에 이용되는 광원은, 그것을 사용하는 기기의 소형화 및 경량화를 위해서 박형화가 요구되고 있다. 따라서, 광원으로서 이용되는 발광장치 자체도 소형화하는 것이 필요하고, 그 때문에, 예를 들면 가로 방향으로 발광하는 사이드 뷰 타입(side-view type)으로 불리는 박형의 발광장치 등이 여러 가지로 개발되고 있다(예를 들면 일본특허공개공보2004-363537호 참조).
도 1에, 출원인이 앞서 개발한 사이드 뷰 타입의 발광장치(500)의 사시도를 도시한다. 도 1a는 경사 전방에서 본 사시도를, 도 1b는 경사 후방에서 본 사시도를 각각 도시하고 있다. 이들 도면에 도시한 바와 같이, 사이드 뷰 타입의 발광장치는, 일반적으로 패키지의 정면에 광방출용 개구부(KK5)가 형성되어 있고, 그 저면에 발광소자가 마운트되어, 리드 프레임의 일부가 외부 전극(550)으로서 패키지 내부로부터 외부로 인출되도록 구성되어 있다.
또한, 발광장치의 패키지를 성형하는 성형 금형을 도 2에 도시한다. 도 2a는 성형 금형의, 도 1a에 있어서의 Ⅱa-Ⅱa'선에 따른 단면도, 도 2b는 도 1a의 Ⅱb-Ⅱb'선에 따른 단면도, 도 2c는 도 2b의 게이트 부분을 확대한 확대 단면도를 각각 도시하고 있다. 도 1의 패키지를 성형하기 위해서, 도 2a∼도 2b에 도시한 바와 같이 리드 프레임(20)을 끼워서 지지한 금형을 이용하여, 캐비티내에 용융수지를 사출하여 수지를 몰드한다. 사이드 뷰 타입의 발광장치의 두께는, 탑재하는 다이스의 사이즈와, 그 주위를 둘러싸는 패키지의 벽두께에 의해서 정해지기 때문에, 사이드 뷰 타입의 발광장치에 사용하는 패키지에 있어서 가장 큰 과제의 하나는, 얼마나 얇은 벽을 형성할 수 있는가에 있다. 이 때문에, 보다 박형의 사이드 뷰 타입의 발광장치를 얻기 위해서, 형상이나 제조방법에 대해서, 여러가지로 노력이 이루어지고 있다(예를 들면 일본특허공개공보2007-207986호 참조).
이러한 발광장치를 포함한 반도체 장치의 소형화, 박형화의 요구나 복잡한 형상의 대응에 응하려면, 반도체 장치의 외형을 좌우하는 패키지의 성형에 의존하는 비율이 크다. 이 때문에, 박형화에 적응할 수 있는 수지성형용 금형의 설계가 요구되고 있다. 그러나, 특히 금형 성형으로 박형화를 도모하고자 하면, 웰드 라인이나 숏 쇼트를 피하는 것이 곤란해진다. 상술한 일본특허공개공보 평성7-276410호와 같은 방법은, 예를 들면 자동차의 휠 커버와 같은 비교적 대형의 성형물에 대해서는 효과적이지만, 특히 소형의 반도체 패키지를 제작하는 경우에는, 이 방법은 역효과가 되는 경우가 있다. 또한, 수지 유입구에 해당하는 게이트를 복수개 설치 하는 것 자체가 곤란한 경우도 있다.
또한 상술한 바와 같이, 패키지의 벽두께를 얇게 할수록, 용융수지는 냉각 고화되기 쉽고, 웰드 라인 및 숏 쇼트의 발생율이 높아진다. 도 1, 도 2를 이용하여 구체적으로 설명하면, 도 1b의 패키지의 배면은, 전방의 평탄면으로부터 후방을 향하여 폭이 좁아지는 테이퍼형상으로 형성되어 있기 때문에, 테이퍼면의 단면, 즉 배면의 두께 dD가 가장 얇은 부분이 된다. 이 때문에, 도 1의 형상으로 금형 성형하기 위해서는, 도 2a∼도 2c에 도시한 금형에 용융수지를 주입하는 게이트의 안지름, 즉 게이트지름 Ød는, 도 2c의 확대 단면도에 도시한 바와 같이, 배면의 두께 dD보다 작게 할 필요가 있다. 그러나, 패키지의 박형화를 도모하려면 배면의 두께 dD를 얇게 할 필요가 있고, 그 결과 배면에 두께 dD를 상한으로 하여 형성되는 게이트지름 Ød도 작아져 버린다. 게이트지름 Ød가 좁아지면, 용융수지를, 균일하게 성형 금형의 캐비티내에 충전하는 것이 곤란해진다. 특히 테이퍼면과 평탄면의 경계 부분에 해당하는 리드 프레임의 단가장자리 부분의 두께 dt가 극히 좁기 때문에, 이 좁은 영역을 거쳐 개구 부분을 성형하는 수지를 캐비티내에 송출하는 것은 용이하지 않고, 웰드 라인이나 숏 쇼트가 발생하기 쉬워진다. 이를 피하려면, 용융수지의 사출 속도를 높이거나 수지 충전후의 보압(holding pressure)을 높이는 것을 고려할 수 있다. 그러나 이 경우는, 캐비티내의 압력이 높아지기 때문에 성형 금형끼리의 틈에 수지가 침입하여, 제품으로서 허용될 수 없는 레벨의 수지 버 (resin burr)가 발생하게 된다. 게다가 고압에서 용융수지를 캐비티내에 사출하면, 금형에 수지의 고착이 발생하고, 수지의 경화후에 금형을 열면, 금형과 함께 수지 성형 부분도 분해되어 파단해 버리는 경우도 있었다. 이 때문에, 이들 과제를 모두 허용할 수 있는 레벨로 설계하고자 하면, 얇게 할 수 있는 패키지 벽두께의 한계가 정해져 버리게 된다. 패키지 벽두께의 한계가 정해지면, 그에 맞추어 다이스 사이즈를 축소할 필요가 있는데, 특히 사이드 뷰 타입의 발광장치에 요구되는 사이즈 및 투입 전력의 조건하에서는, 다이스 사이즈가 작을수록 어두워진다. 즉, 패키지 벽두께가 두꺼울수록, 발광장치로서는 어두운 제품이 되어 버린다.
본 발명은, 종래의 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것이다. 본 발명의 주된 목적은, 이렇게 소형화, 복잡화가 진행되는 반도체 패키지의 제조를 용이하게 하여, 고객으로부터 요구되는 외형에 있어서, 최고의 퍼포먼스(performance)를 자랑하는 사출 성형용 금형, 이에 의해 성형되는 반도체 패키지 및 반도체 패키지의 제조방법을 제공하는 데에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제1 수지 성형용 금형에 의하면, 형(型)을 닫는 것에 의해 캐비티를 형성할 수 있는 내면을 각각 가진 고정형 및 복수의 가동형을 구비하고, 상기 고정형 및 가동형을 닫는 것에 의해 캐비티를 형성하고, 상기 캐비티내에 수지를 사출하여 반도체 패키지를 사출 성형할 수 있는 반도체 패키지 성형용 사출 성형용 금형으로서,
상기 고정형 또는 가동형은, 상기 캐비티내에 수지를 사출하기 위해서 상기 내면과 연속하여 형성된 게이트를 구비하고, 상기 복수의 가동형의 내면은, 상기 게이트를 향하여 서서히 거리가 가까워지는 서로 대향한 제1 금형면 및 제2 금형면 을 가지고 있으며, 상기 제1 금형면 또는 제2 금형면은, 상기 게이트와 접하는 부분에 오목부를 가질 수 있다. 이에 따라, 게이트지름을 크게 개구하여, 낮은 금형 내압에서도 용융수지를 금형내에 공급할 수 있으므로, 버의 발생을 억제한 안정된 수지성형을 실현할 수 있다.
또한 본 발명의 제2 수지성형용 금형에 의하면, 상기 고정형과 상기 가동형 사이에 리드 프레임의 배치가 가능하고, 상기 리드 프레임의 단면과 상기 가동형 내면의 틈 사이에서 가장 좁은 부분이, 상기 가동형에 의해 형성되는 캐비티의 높이의 1/4 이하로 할 수 있다.
또한 본 발명의 제3 수지 성형용 금형에 의하면, 상기 가동형측의 캐비티내에 중자(nesting member)를 배치할 수 있다.
또한 본 발명의 제4 수지 성형용 금형에 의하면, 상기 내면과 중자의 거리의 가장 가까운 부분의 거리가, 0.1mm 이하가 되도록 상기 중자를 배치할 수 있다.
또한 본 발명의 제5 반도체 패키지는, 상기의 사출 성형용 금형으로 성형할 수 있다.
또한 본 발명의 제6 반도체 패키지에 의하면, 반도체 부품을 실장한 반도체 패키지로서, 각각 대향하는 패키지 상면과 패키지 하면, 및 패키지 정면과 패키지 배면을 가지며, 상기 패키지 정면 및 패키지 배면은 상기 패키지 상면 및 패키지 하면에 인접하고 있으며, 상기 패키지 정면측으로부터 패키지 배면측을 향하여 두께를 얇게 하도록, 상기 패키지 상면 및 패키지 하면이 형성되어 있고, 상기 패키지 하면에서, 상기 패키지 배면에 연속하도록 돌기부를 형성할 수 있다. 이에 따 라, 게이트지름을 크게 할 수 있어 버의 발생을 억제한 소형이고 양산성이 좋은 반도체 패키지를 실현할 수 있다. 또한, 반도체 패키지의 표면에, 패키지 하면으로부터 돌출한 돌기 부분을 형성하여, 반도체 패키지를 얹어 놓을 때의 의도하지 않은 기울어짐을 억제할 수 있다.
또한 본 발명의 제7 반도체 패키지에 의하면, 상기 돌기를 설치한 부분의 반도체 패키지의 최대 두께는, 상기 패키지 정면측의 패키지의 최대두께와 대략 같거나 또는 이것보다 얇게 할 수 있다.
또한 본 발명의 제8 반도체 패키지에 의하면, 상기 패키지 배면의 대략 중앙을 오목 형상으로 움푹 패인 단차를 형성함과 함께, 상기 오목 형상 단차의 저면으로부터 상기 돌기를 돌출시키고, 또한 상기 돌기의 정수리부가 오목 형상 단차내에 들어가도록 구성할 수 있다.
또한 본 발명의 제9 반도체 패키지에 의하면, 오목부를 가진 패키지 본체와 일단을 상기 오목부 내에 더 노출시키고, 타단을 상기 패키지 본체의 표면으로부터 돌출시킴과 함께 상기 패키지 본체의 표면을 따르도록 절곡시킨 한 쌍의 외부 전극과, 상기 오목부에 수납되어 상기 한 쌍의 외부 전극과 전기적으로 접속되는 반도체 발광소자를 구비하고, 상기 반도체 패키지가 반도체 발광장치를 구성할 수 있다.
또한 본 발명의 제10 반도체 패키지의 제조방법에 의하면, 패키지 정면측으로부터 패키지 배면측을 향하여 두께를 서서히 얇게 하도록 패키지 상면 및 패키지 하면이 형성된 반도체 패키지를 성형하는 반도체 패키지의 제조방법으로서, 고정형 과, 상기 고정형과 대향하는 가동형 사이의 소정의 위치에, 반도체 패키지의 리드 프레임을 배치하는 공정과, 패키지 배면측에 개구되는, 금형에 용융수지를 주입하는 게이트의, 상기 반도체 패키지의 두께 방향에 있어서의 게이트지름이, 상기 배면에서의 게이트가 설치되지 않은 부분의 패키지의 최대두께보다도 크게, 또한 상기 정면에서의 패키지의 최대두께와 대략 같거나 또는 이것보다 작게 한 고정형을, 형을 닫아 캐비티를 형성하는 공정과, 게이트로부터 상기 캐비티내에 용융수지를, 상기 고정형으로부터 상기 가동형을 향하여 충전하는 공정과, 용융수지의 경화후에 탈형(脫型)하는 공정을 포함할 수 있다. 이로써 게이트지름을 크게 개구하는 것에 의해, 낮은 금형 내압에서도 용융수지를 금형내에 공급할 수 있고, 버의 발생을 억제한 안정된 수지 성형을 실현할 수 있다.
상기의 본 발명의 또 다른 목적과 특징은 후술하는 첨부된 도면과 함께 상세한 설명에 의해 더 명백해질 것이다.
본 발명의 사출 성형용 금형, 이에 의해 성형되는 반도체 패키지 및 반도체 패키지의 제조방법은, 패키지의 측면으로부터 측면 방향으로 빛을 방출하는 사이드 뷰 타입의 발광장치로서 팩시밀리, 복사기, 핸드 스캐너 등에 있어서의 화상 독해 장치에 이용되는 조명뿐만 아니라, 조명용 광원, LED 디스플레이, 휴대 전화기 등의 백라이트 광원, 신호기, 조명식 스위치, 차량용 스톱 램프, 각종 센서 및 각종 인디케이터 등의 여러 가지의 조명 장치에 이용할 수 있다. 또한 사이드 뷰 타입에 한정되지 않고, 표면 실장형(SMD)의 발광장치의 박형 패키지에도 적용할 수 있다. 발광장치에 한정되지 않고, 광전 센서나 수광 소자 기타 박형의 반도체 패키지로서도 본 발명을 더 적합하게 이용할 수 있다.
(실시형태 1)
도 3∼도 7에, 본 발명의 실시형태 1에 관련된 반도체 패키지(100)의 외관을 도시한다. 이들 도면에 있어서, 도 3은 반도체 패키지(100)을 전방 경사 위쪽에서 본 사시도, 도 4는 전방 경사 아래쪽에서 본 사시도, 도 5는 후방 경사 위쪽에서 본 사시도, 도 6은 후방 경사 아래쪽에서 본 사시도를, 도 7a는 정면도, 도 7b는 배면도, 도 7c는 박스형 블록형상(11)(정면측 패키지)의 부분을 단면으로 한 측면도를 각각 도시하고 있다. 이들 도면에 도시한 반도체 패키지(100)는, 반도체 발광소자(30)를 이용한 사이드 뷰 타입의 발광장치이며, 폭보다 얇은 박형으로 수지성형된 패키지 본체(10)와, 패키지 본체(10)의 외부에 표출된 양, 음극의 한 쌍의 외부 전극(50)을 구비한다.
(리드 프레임(20))
패키지 본체(10)의 내부에는 리드 프레임(20)이 매설되고, 리드 프레임(20)의 상면, 즉 반도체소자 얹어놓음면을 후술하는 개구부(KK1)의 저면에서 표출시키도록 패키지 본체(10)와 수지성형 등에 의해 일체적으로 형성된다. 또한, 리드 프레임(20) 중에서 패키지 본체(10)의 외부에 표출된 부분이 외부 전극(50)이 된다.
리드 프레임(20)은 실질적으로 판형상이면 좋고, 파형 판형상, 요철을 가진 판형상이어도 좋다. 그 두께는 균일해도 좋고, 부분적으로 두꺼워거나 또는 얇아져 도 좋다. 리드 프레임(20)을 구성하는 재료는 특별히 한정되지 않고, 열전도율이 비교적 큰 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 재료로 형성함으로써, 반도체소자에서 발생하는 열을 효율적으로 외부에 전달, 방열할 수 있다. 예를 들면, 반도체 장치용으로 이용되는 경우는, 200W/(m·K) 정도 이상의 열전도율을 가지고 있는 것, 비교적 큰 기계적 강도를 가지는 것, 혹은 타발 프레스 가공 또는 에칭 가공 등이 용이한 재료가 바람직하다. 구체적으로는, 구리, 알루미늄, 금, 은, 텅스텐, 철, 니켈 등의 금속 또는 철-니켈 합금, 인청동 등의 합금 등을 들 수 있다. 또한, 특히 발광소자(30)를 탑재하는 발광장치용의 경우는, 리드 프레임(20)의 표면에는, 탑재되는 발광소자(30)로부터의 빛을 효율적으로 뽑아내기 위해서 반사 도금이 실시되고 있는 것이 바람직하다. 한편, 이러한 반도체소자의 얹어놓음면으로서 리드 프레임을 사용하지 않고, 패키지 본체의 표면에 직접 반도체소자를 실장할 수도 있다.
(반도체소자)
반도체소자로서는, LED나 LD(Laser Diode) 등의 반도체 발광소자(30)를 바람직하게 이용할 수 있다. 이들은, 액상성장법, HDVPE법이나 MOCVD법에 의해 기판상에 ZnS, SiC, GaN, GaP, InN, AlN, ZnSe, GaAsP, GaAlAs, InGaN, GaAlN, AlInGaP, AlInGaN 등의 반도체를 발광층으로서 형성시킨 것이 적합하게 이용된다. 반도체층의 재료나 그 혼합결정 정도(mixed crystal ratio)의 선택에 따라, 반도체 발광소자의 발광 파장을 자외광으로부터 적외광까지 여러 가지 선택할 수 있다. 발광층의 재료로서는, 예를 들면 InXAlYGa1-X-YN(0≤X≤1, 0≤Y≤1, X+Y≤1) 등을 이용할 수 있다. 또한, 이러한 발광소자와, 그 발광에 의해 여기되어 발광소자의 발광 파장과 다른 파장을 가진 빛을 발하는 여러 가지 형광체를 조합한 발광소자로 할 수도 있다. 적색계가 발광하는 발광소자의 재료로서, 갈륨·알루미늄·비소계의 반도체나 알루미늄·인듐·갈륨·인계의 반도체를 선택하는 것이 바람직하다. 한편, 컬러표시장치로 하기 위해서는, 적색계의 발광 파장이 610nm로부터 700nm, 녹색이 495nm로부터 565nm, 청색의 발광 파장이 430nm로부터 490nm의 발광소자를 조합하는 것이 바람직하다.
발광소자(30)는, 그 발광소자(30)에 전력을 공급하는 외부 전극(50)과 전기적으로 접속된다. 실장하는 발광소자(30)의 수는, 1개여도 좋고, 복수개 탑재해도 좋다. 이 경우, 광도를 향상시키기 위해서, 동일한 발광색 빛을 발하는 발광소자를 복수개 조합해도 좋다. 또한, 예를 들면 RBG에 대응하도록, 발광색이 다른 발광소자를 복수개 조합하는 것에 의해, 색 재현성을 향상시킬 수 있다.
또한 필요에 따라서, 발광소자의 주위에 파장 변환 부재를 배치하고, 발광소자 빛의 파장을 변환하여, 다른 파장의 빛으로 변환하여 출력할 수도 있다. 파장 변환 부재는, 예를 들면 투광성 수지에, 발광소자의 빛으로 여기되어 형광을 발하는 형광체를 혼입함으로써 형성시킨 것이다. 이에 따라, 발광소자의 빛을 보다 장파장의 빛으로 변환하여, 발광소자의 빛과 파장 변환 부재로 변환된 장파장의 빛의 혼색광을 외부로 뽑아내는 것이 가능해진다.
실장되는 소자는 발광소자에 한정되지 않고, PD(photodiode) 등의 광전변환소자, 수광소자나, CCD, C-MOS, CdS셀, PSD(position sensitive detector) 등의 촬상 소자, 광전 센서 등의 각종 반도체소자를 더 적용할 수 있다.
(반도체소자의 실장)
발광소자(30) 등의 반도체소자는, 사출 성형용 금형(60)(후술)에 의해서 제작된 패키지 본체(10)의 표면 혹은 리드 프레임(20) 표면에 접합 부재를 이용하여 고정된다. 이러한 접합 부재로서 예를 들면 파랑 및 초록 발광을 가져, 사파이어 기판상에 질화물 반도체를 성장시켜 형성된 발광소자(30)의 경우에는, 에폭시수지, 실리콘수지 등을 이용할 수 있다. 또한, 발광소자(30)로부터의 빛이나 열에 의한 열화를 고려하여, 발광소자 이면에 Al도금을 실시하고, Au-Sn 공정 등의 땜납, 저융점 금속 등의 납재, 도전성 페이스트 등을 접합 재료로서 이용하여도 좋다. 게다가 GaAs 등으로 이루어지고, 적색 발광을 가진 발광소자와 같이, 양면에 전극이 형성된 발광소자의 경우에는, 은, 금, 팔라듐 등의 도전성 페이스트 등에 의해서 다이본딩(die bonding)해도 좋다.
(플립 칩 본딩 또는 와이어 본딩)
발광소자(30)와 리드 프레임(20)의 전기적 접속은, 도전 부재를 이용한 플립 칩 실장(페이스다운 실장)이나, 도전 와이어를 이용한 페이스 업 실장(face-up mounting)에 의해서 행할 수 있다.
플립 칩 실장용 도전 부재로서는, Au 등의 금속 범프, Au-Sn 공정 등의 땜납, 이방도전성 재료, Ag 등의 도전성 페이스트 등을 들 수 있다. 또한 도전 와이 어로서는, 발광소자의 전극과의 오믹(ohmic)성이 양호하거나, 기계적 접속성이 양호하거나, 전기전도성 및 열전도성이 양호한 것이 바람직하다. 열전도율로서는, 0.01cal/S·㎠·℃/cm 정도 이상이 바람직하고, 0.5cal/S·㎠·℃/cm 정도 이상이 보다 더 바람직하다. 작업성 등을 고려하면, 도전 와이어의 직경은, 10㎛∼45㎛ 정도인 것이 바람직하다. 이러한 도전 와이어의 재료로서는, 예를 들면, 금, 구리, 백금, 알루미늄 등의 금속 및 그들 합금을 들 수 있다.
(외부 전극(50))
각 외부 전극(50)은, 리드 프레임(20)의 일부를 외부 전극(50)으로서 이용하고, 인서트 성형 등에 의해 패키지 본체(10)에 일부가 매설되어 표출 부분을 절곡 가공하고 있다. 도 6에 도시한 바와 같이 표출 부분의 외형을 거의 T자 형상으로 한 경우, 이 T자 형상 부분이, 반도체 패키지(100)를 실장할 때의 접속면으로서 기능한다. 한편, 이 예에서는 외부 전극(50)을 2개 설치하고 있지만, 실장하는 소자의 수나 종류 등에 따라, 3 이상의 외부 전극을 설치할 수도 있다. 이 경우, 박스형 블록형상(11)(후술)의 저면에도 외부 전극을 배치할 수도 있다. 또한, 표출 부분의 외형은 T자에 한정되지 않고 적절히 변경할 수 있고, 상술한 접속면으로서 기능하는 형상이면 어떠한 형상이어도 좋다.
(피복재(40))
또한 반도체소자를 개구부(KK1)에 실장한 상태에서, 바람직하게는 개구부 (KK1)를 피복재(40)로 충전하여 몰드한다(도 7c 등 참조). 이에 따라, 예를 들면 발광소자의 경우는 외력이나 수분 등으로부터 발광소자(30)를 보호함과 함께, 도전 와이어를 보호한다. 피복재(40)는 투광성을 가진 것이 바람직하다. 이러한 피복재 (40)에 이용할 수 있는 밀봉수지로서는, 에폭시수지, 실리콘수지, 아크릴수지, 유레아수지 등의 내후성이 뛰어난 투명수지 또는 유리 등을 들 수 있다. 특히 투명수지는, 공정중 혹은 보관중에 투광성 피복재내에 수분이 포함되는 경우에도, 100℃에서 14시간 이상의 베이킹을 행하는 것에 의해서, 수지내에 함유된 수분을 외기로 내보낼 수 있다. 따라서, 수증기에 의한 파열이나, 발광소자와 몰드 부재의 박리를 방지할 수 있어 바람직하다.
또한 밀봉 수지에는, 적절히 필러나 산란재, 확산재 등을 적절히 분산시킬 수도 있다. 형광체 등의 파장 변환 부재를 혼입한 파장변환층을 더 설치할 수도 있다. 확산재는, 빛을 확산시키는 것이며, 발광소자로부터의 지향성을 완화시켜 시야각을 증대시킬 수 있다. 형광 물질은, 발광소자로부터의 빛을 변환시키는 것이며, 발광소자로부터 패키지의 외부로 출사되는 빛의 파장을 변환할 수 있다. 발광소자로부터의 빛이 에너지가 높은 단파장의 가시광의 경우, 유기 형광체인 페릴렌계 유도체(perylene derivative), ZnCdS:Cu, YAG:Ce, Eu 및/또는 Cr로 부활된 질소 함유 CaO-Al2O3-SiO2 등의 무기 형광체 등, 여러 가지로 적합하게 이용된다. 발광장치에 있어서 백색광을 얻는 경우, 특히 YAG:Ce형광체를 이용하면, 그 함유량에 의해서 청색 발광소자로부터의 빛과, 그 빛을 일부 흡수하여 보색이 되는 황색계가 발광 가능해져 백색계가 비교적 간단하게 신뢰성이 양호하도록 형성할 수 있다. 마찬가지로, Eu 및/또는 Cr로 부활된 질소 함유 CaO-Al2O3PSiO2 형광체를 이용한 경우는, 그 함유량에 의해서 청색 발광소자로부터의 빛과 그 빛을 일부 흡수하여 보색이 되는 적색계가 발광이 가능하고 백색계가 비교적 간단하게 신뢰성이 양호하도록 형성할 수 있다. 또한, 형광체를 완전하게 침강시켜, 기포를 제거함으로써 색의 불균일을 줄일 수 있다.
(패키지 본체(10))
패키지 본체(10)는, 용융 상태의 수지(JS)를 금형내에 충전하여 성형된다(도 18, 도 19 참조). 이러한 수지 재료로서는, 리드 프레임(20)을 일체적으로 성형하고, 반도체소자 및 리드 프레임(20)에 대해서 절연성을 확보할 수 있는 재질을 적절히 이용할 수 있다. 예를 들면, 열가소성수지, 열경화성수지 등, 구체적으로는, 폴리프탈아미드(PPA), 폴리카보네이트수지, 폴리페닐렌설파이드(PPS), 액정폴리머(LCP), ABS수지, 에폭시수지, 페놀수지, 아크릴수지, PBT수지 등의 수지, 세라믹 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 열가소성수지를 이용한다.
또한 이들 수지(JS)는, 적당한 강화충전재를 배합한 조성물이어도 좋다. 예를 들면, 유리 섬유가 일반적이지만, 탄소섬유, 폴리아미드섬유, 티탄산칼륨섬유, 석고섬유, 황동섬유, 스틸섬유, 세라믹섬유, 보론 위스커(boron whisker) 등을 배합한 섬유강화조성물 외에, 분말형상, 입자형상, 판형상, 플레이크형상, 비드형상(bead shape) 등 여러 가지 형상의 아스베스토(asbestos), 마이카(mica), 탈크(talc), 실리카, 탄산칼슘, 유리, 클레이, 월라스토나이트(wollastonite), 산화티탄 등을 배합한 기타 무기 충전재 강화 조성물을 들 수 있다.
패키지 본체(10)는, 발광면을 설치한 정면(13)측에 개구부(KK1)를 형성하고 있으며, 개구부(KK1)의 저면에는 반도체 발광소자(30)가 놓여진다. 반도체 발광소자(30)는, 그 양극, 음극을 외부 전극(50)의 양극, 음극과 각각 전기적으로 접속된다. 개구부(KK1)는, 그 측면이 개구단 가장자리를 향하여 끝이 넓어지는 경사형상으로 형성되어 있다.
또한 패키지 본체(10)는 도 3 및 도 6에 도시한 바와 같이, 정면(13)측을, 상면 및 하면을 거의 병행하게 한 박스형 블록형상(11)으로 하고 있으며, 중간 부분에서 배면(14)측을 향하여 폭이 좁아지도록 경사진 테이퍼면(15)을 가진 경사 블록형상(12)으로 하고 있다. 이 때문에, 배면(14)의 두께 D1은, 정면(13)의 두께 D2보다 얇게 형성된다. 또한 배면(14)측에는, 배면(14)의 두께 D1보다 두껍고, 또한 정면(13)의 두께 D2와 거의 같거나 또는 이것보다 작은 두께 D3를 구비한 돌기 부분(17)이 형성된다.
경사진 테이퍼면(15)은, 위쪽 테이퍼면(18) 및 아래쪽 테이퍼면(19)을 가리키고, 위쪽 테이퍼면(18) 및 아래쪽 테이퍼면(19)은 서로 대향하도록 형성되어 있다.
바꾸어 말하면, 패키지 본체(10)는, 정면(13)측으로부터 배면(14)측을 향하여 두께를 서서히 얇게 하도록 형성되어 있고, 위쪽 테이퍼면(18) 또는 아래쪽 테이퍼면(19)에, 배면(14)에 이어지도록 돌기 부분(17)이 형성된다.(위쪽 테이퍼면(18)과 아래쪽 테이퍼면의 양쪽에 돌기 부분(17)이 형성되는 경우도 포함한다.)
여기서, 돌기 부분(17)의 두께 D3가 정면(13)의 두께 D2와 '거의 동일한' 경우를 포함하는 이유를 설명한다. 정면(13)의 두께 D2보다 돌기 부분(17)의 두께 D3 가 두꺼운 경우는, 패키지 본체(10)의 박스형 블록형상(11)의 저면보다 돌기 부분(17)이 돌출하게 되지만, 실제로는, 외부 전극(50)의 실장 용이성을 고려하여, 외부 전극(50)의 저면이 박스형 블록형상(11)의 저면보다 돌출 하도록 설계되어 있다. 이 때문에, 도 7c에 도시한 바와 같이, 반도체 패키지(100)의 두께 D4는, 돌기 부분(17)의 두께 D3보다 두꺼워진다. 따라서, 돌기 부분(17)이 외부 전극(50)의 실장면측 저면보다 돌출하지 않으면, 돌기 부분(17)이 실장을 방해하는 경우는 없다. 따라서, 정면(13)의 두께 D2보다 돌기 부분(17)의 두께 D3가 두꺼운 경우에도, 양자의 차이가, 외부 전극(50)의 저면과 박스형 블록형상(11)의 저면의 고저차, 즉(D4-D3)보다 작은 경우는 허용된다. 따라서 돌기 부분(17)의 두께 D3가 정면(13)의 두께 D2와 '거의 동일한'이란, 정면측(13)의 두께 D2보다 돌기 부분(17)의 두께 D3가 두꺼워도, 그 차이가 상기(D4-D3)의 범위내에 있는 경우도 포함한다.
경사 블록형상(12)의 테이퍼면(15)상에는, 돌기 부분(17)을 형성한 위치로부터 이어지도록, 경사 블록 테이퍼면(15)의 경사보다 완만하게, 배면(14)측으로부터 정면(13)측을 향하여 두께를 서서히 두껍게 하는 돌기 테이퍼면(16)을 형성하고 있다. 돌기 테이퍼면(16)은, 박스형 블록형상(11)의 부분에는 형성되지 않는다. 이 결과, 돌기 부분(17)은 경사 블록형상(12)과 박스형 블록형상(11)의 계면까지, 경사 블록 테이퍼면(15)상에 볼록한 형상으로 돌출하도록 형성된다. 한편, 도면의 예에서는 돌기 부분(17)에 돌기 테이퍼면(16)을 형성하고 있지만, 이러한 경사시킨 평면은 필수적인 것은 아니고, 경사를 없애어 박스형 블록형상(11)과 거의 동일 평면형상, 혹은 1단 낮춘 평행면으로 하거나 또는 돌기 부분의 정수리부를 만곡시켜 도 좋다.
패키지 본체(10)의 배면(14)측의 단부는, 경사 블록형상(12)의 중앙 부분을 오목한 형상으로 움푹 패이도록 단차를 형성하고 있다. 또한 돌기의 정수리부가 오목한 형상 단차내에 들어가도록 설계된다. 이에 따라, 돌기 부분(17)이 중앙 부분의 저면으로부터 수지사출방향(게이트 방향)으로 다소 돌출하여도, 패키지 본체(10)의 배면(14)으로부터 돌기 부분이 돌출하여 반도체 패키지의 사이즈가 대형화하는 사태를 피할 수 있다.
이러한 돌기 부분(17)은, 반도체 패키지를 실장할 때의 안정성, 신뢰성의 향상에 유효하다. 일반적으로 반도체 패키지는, 성형시에 틀에서 빼기 쉽게 하기 위해서 패키지 본체(10)의 한쪽을 박스형 블록형상(11)으로, 다른쪽을 경사 블록형상(12)으로 형성하고 있다. 도 8에, 이러한 반도체 패키지(600)를 이용한 발광장치의 측면도를 도시한다. 사이드 뷰 타입의 발광장치에 있어서는, 상술한 바와 같이 패키지 본체(610)가 깊이폭 D11의 박스형 블록형상(611)과 경사 블록형상(612)으로 구성되어 있으며, 박스형 블록형상(611)측에 개구된 개구부(KK6)에 형성된 오목형상의 저부에 LED 등의 반도체 발광소자(630)를 배치하고 있다. 반도체 발광소자(630)로부터 나오는 빛의 일부는, 오목한 형상의 측면 부분에서 반사되어 외부로 나온다. 근래에는, 얇은 벽을 형성하기 위해서, 도 9에 도시한 반도체 패키지(700)와 같이 오목한 형상의 개구부(KK7)의 깊이를 얕게, 즉 박스형 블록형상(711)의 깊이폭 D12를 좁게 하는 구조의 패키지 본체(710)가 선호된다. 그러나, 이 구조에서는 중심이 후방으로 이동한 결과, 도 10에 도시한 바와 같이 후방으로 기울고, 즉 경사 블록형상(712)의 저면 부분이 바닥으로 넘어지기 쉬워져 버린다. 이러한 자세로 발광소자(730)가 실장되어 버리면, 사이드 뷰 타입의 발광장치로부터의 출사광을 바르게 가로방향으로 출사하지 못하고, 광조사 방향의 오차에 의해 제품의 생산수율이 저하된다고 하는 문제가 있다.
이에 대해서, 반도체 패키지(100')에서는 도 11에 도시한 바와 같이, 돌기 부분(17')이 경사 블록형상(12)의 하면측에 설치되어 있기 때문에, 만일 후방으로 경사져도, 경사 각도를 극소로 억제할 수 있어, 생산수율 향상에 기여할 수 있다. 이와 같이 돌기 부분은, 발광장치의 경사시의 버팀목으로서 기능하고, 실장시의 광조사 방향을 안정시킬 수 있다.
이러한 돌기 부분(17)은, 도 3 및 도 6에 도시한 반도체 패키지(100)의 예에서는, 경사 블록의 상하면에 각각 형성된다. 다만, 도 11에 도시한 반도체 패키지 (100')와 같이, 하면측에만 돌기 부분(17')을 형성해도 좋다. 또한, 상면측에만 돌기 부분을 형성할 수도 있다. 상면 또는 하면의 어느 하나를 한쪽에만 돌기 부분을 형성하는 것도, 후술하는 바와 같이 패키지 본체(10)를 수지성형하기 위한 수지 성형용 금형의 게이트지름 Ød1(도 21 참조)을 크게 하는 효과를 얻을 수 있다. 또한 볼록한 형상을 부가함으로써 패키지 본체의 중심이 후방으로 이동하므로, 안정되는 이점도 얻을 수 있다. 한편 상면측에 돌기 부분을 형성하는 경우는, 반도체 패키지의 실장시의 위치 결정 부재로서 이용할 수 있다고 하는 이점을 얻을 수 있다.
(실시형태 2)
한편, 반도체 패키지의 형상은, 상기 구성에 한정되지 않고, 여러 가지 형상을 이용할 수 있다. 일례로서 외부 전극의 형상을 변경한 반도체 패키지(200)의 예를 실시형태 2로서 도 12∼도 15에 도시한다. 이들 도면에 있어서, 도 12는 반도체 패키지(200)를 전방 경사 위쪽에서 본 사시도, 도 13은 전방 경사 아래쪽에서 본 사시도, 도 14는 후방 경사 위쪽에서 본 사시도, 도 15는 후방 경사 아래쪽에서 본 사시도를 각각 도시하고 있다. 이들 도면에 도시한 반도체 패키지(200)도, 실시형태 1과 마찬가지로, 반도체 발광소자를 이용한 사이드 뷰 타입의 발광장치이고, 공통의 부재에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 상세 설명을 생략한다. 즉, 패키지 본체(10B)의 경사 블록 테이퍼면(15B)의 위쪽 테이퍼면(18B)과 아래쪽 테이퍼면 (19B)의 양쪽에, 돌기 테이퍼면(16B)을 가진 돌기 부분(17B)을 형성하고 있다. 이 패키지 본체(10B)로부터 표출하는 외부 전극(50B)은, 도 13 등에 도시한 바와 같이 경사 블록형상(12B)측이 아니라, 박스형 블록형상(11B)측에 배치되어 있다. 즉, 박스형 블록형상(11B)의 측면 부분으로부터 돌출시킨 외부 전극(50B)을, 측면으로부터 저면을 따라서 절곡시키고 있다. 이에 따라, 경사 블록형상(12B)측에 외부 전극을 배치하지 않는 만큼, 실시형태 1에 비해 경사 블록형상(12B)의 부분을 짧게 할 수 있다. 반면, 경사 블록형상(12B)이 짧을수록, 이 부분이 접지된 경우의 경사 각도가 커진다. 또한 경사 접지가 발생할 확률도 높아지므로, 돌출부를 설치하여 경사 블록부가 지지하는 구성이 한층 효과적이 된다.
이 패키지 본체(10B)는, 경사 블록형상(12B)에 형성된 돌기 부분(17B)이, 아래쪽 테이퍼면(19B)위에 연장되어 형성되어 있는 것에 의해, 박스형 블록형상(11B) 의 돌기 부분(17B)이 패키지 본체(10B)의 저면(여기서는 박스형 블록형상(11B)의 저면)과 보다 근접한다.
이 반도체 패키지(200)를 실장할 때, 예를 들면 실장시의 땜납 크림(paste) 양의 가감 등에 의해서, 경사 블록형상(12B)의 저면측의 아래쪽 테이퍼면(19B)이 실장면과 접지해 버리는 경우가 있다. 이 경우에도, 경사 블록형상(12B)의 저면이, 본래 실장면과 접지해야 할 외부 단자(50B)의 저면과 가까울수록, 광조사 방향의 오차는 적어도 된다. 이와 같이 실시형태 2에 의하면, 돌기 부분(17B)이 아래쪽으로 돌출되어 있기 때문에, 경사 자세로 실장되었다고 해도 경사 각도가 극소로 억제되기 때문에, 광조사 방향의 오차를 극히 감소시키는 것이 가능하다.
이와 같이, 외부 전극이 발광면측으로 접혀 구부러져 있는 경우, 발광장치를 실장했을 때의 광조사 방향을 안정시키는 것이 가능해진다.
(사출 성형용 금형(60))
다음에, 도 3∼도 15에 도시한 실시형태 1에 관련된 반도체 패키지(100)를 제조할 때의 사출 성형에 사용하는 금형 구조를 도 16∼도 21에 도시한다. 이들 도면에 있어서, 도 16은 사출 성형용 금형의 분해 사시도, 도 17은 도 16의 고정형(61)을 XⅦ-XⅦ'선으로 절단한 단면 사시도, 도 18은 도 16의 XⅧ-XⅧ'선에서의 단면도, 도 19는 도 18의 캐비티(68)내에 수지(JS)를 충전한 상태를 도시한 단면도를, 도 20은 수지경화후의 반도체 패키지(100)를 금형의 경사 아래쪽에서 본 사시도를, 도 21은 사출성형용 금형의 단면도이고, 도 21a는 도 20의 XXIa-XXIa'선에서의 단면도, 도 21b는 XXIb-XXIb'선에서의 단면도를 각각 도시하고 있다. 이들 도면 에 도시한 사출 성형용 금형(60)은, 고정형(61), 가동형(62), 중자(63)로 구성된다. 도 18, 도 19로부터 명백하듯이, 고정형(61)은 주로 경사 블록형상(12) 부분을, 가동형(62) 및 중자(63)는 박스형 블록형상(11) 부분을 각각 형성한다. 한편 가동형(62)은, 이 예에서는 2개로 분할하고 있지만, 3이상으로 분할할 수도 있다. 또한 고정형(61)도, 고정형과 가동형으로 구성하는 등, 복수의 형으로 분할할 수도 있다.
금형은, 고정형 및 가동형의 형을 닫음으로써 내면이 캐비티를 형성한다. 내면은, 게이트를 향하여 서서히 거리가 가까워지는 서로 대향한 제1 금형면(패키지의 위쪽 경사면에 대응한다) 및 제2 금형면(패키지의 아래쪽 경사면에 대응한다)을 가지며, 제1 금형면 또는 제2 금형면의 게이트와 접하는 부분에 오목부(패키지의 돌기부에 대응한다)를 가진다.
이 사출 성형용 금형(60)은, 예를 들면 도 20에 도시한 바와 같이, 돌기 부분(17)이 경사 블록형상(12)의 경사 블록 테이퍼면(15)에 연장되고 있으며, 한방향에 있어서는 경사 블록형상(12)의 최외형을 형성하지만, 박스형 블록형상(11)의 면보다 돌출하지 않는 형상으로 하는 것이 바람직하다.
(게이트(65))
고정형(61)에는, 패키지 본체(10)를 수지성형하기 위한 수지성형용 금형의 게이트(65)가 개구된다. 게이트(65)는, 수지주입 방향, 즉 도 18, 도 19에 있어서 아래쪽을 향하여 지름이 좁아지는 테이퍼형상으로 형성되어 있다. 이에 따라, 수지의 주입측을 크게 개구하여 수지를 주입하기 쉽게 한다. 또한, 탈형 때에는 게이트 (65) 부분에 충전되어 고화한 수지(JS1)을 잡아 찢도록 파단하여, 여분의 수지형성 부분을 배제할 수 있다.
게이트(65)의 구경, 여기서는 게이트(65)의 최하부에서의 가장 구경이 작은 게이트지름 d1은, 돌기 부분(17)의 두께 D3에 상당하는 구경으로 한다. 즉 게이트지름 Ød1은, 배면(14)의 두께 D1보다 두껍고, 또한 정면(13)의 두께 D2와 거의 같거나 또는 이것보다 작다. 이 결과, 고정형(61)의 내면은, 도 17에 도시한 바와 같이, 패키지 본체(10)의 배면(14)측으로부터 정면(13)측을 향하여, 두께를 서서히 두껍게 하는 경사 블록 테이퍼면(15)에 대응하는 제1 금형면(66) 혹은 제2 금형면(경사 블록 테이퍼면용 음각)과 경사 블록 테이퍼면(15)상에서 돌기 부분(17)을 형성한 위치로부터 연속되도록, 경사 블록 테이퍼면(15)의 경사보다 완만하게, 배면 (14)측으로부터 정면(13)측을 향하여 두께를 서서히 두껍게 하는 돌기 테이퍼면 (16)에 대응하는 오목부(67)(돌기 테이퍼면용 음각)를 형성하고 있다.
이러한 구성에 의해서, 수지형성을 극히 효율적으로 행할 수 있다. 즉, 종래라면 배면(14)의 두께 D1보다 게이트지름 Ød1을 크게 할 수 없었다. 이 때문에, 점성을 가진 수지를 단시간에 구석구석까지 균일하게 충전하기 위해서 압력을 높여 수지를 주입할 필요가 있었다. 특히 도 1, 도 2에 도시한 바와 같이, 가동형(62)의 틈내에서 가장 좁은 부분(dt), 즉 테이퍼면과 평탄면의 경계 부분에 해당하는, 고정형(61)과 가동형(62)의 사이에 배치되는 리드 프레임(20)의 단가장자리 부분의 두께 dt가 극단적으로 좁기 때문에(예를 들면 60㎛), 이 좁은 영역을 통과하여 개구부(KK1)분을 성형하는 수지를 캐비티(68)내로 송출하기 위해서, 용융수지의 사출 속도를 높이거나 수지충전후의 보압을 높일 필요가 있었다. 그 결과, 형끼리의 틈에 수지가 침입하여 버(burr)가 발생한다고 하는 문제가 발생하고 있었다. 이에 대해서, 본 실시형태에 의하면, 도 21에 도시한 바와 같이 게이트지름 Ød1을 크게 할 수 있기 때문에, 그 만큼 수지충전시의 압력을 낮출 수 있어, 저압에서도 얇은 부분에 수지를 충전할 수 있게 되고, 또한 버의 발생을 억제할 수 있다.
여기서 dt는, 가동형(62)의 캐비티 높이(h)의 1/4 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한 가동형(62)측에는, 사출 성형후의 반도체 패키지(100)의 정면측(13)에, 반도체소자를 배치하기 위한 개구부(KK1)를 형성하기 위한 중자를 배치하고 있다. 이 개구부(KK1)를 형성하는 4방의 벽면에 대하여, 가장 얇은 벽부의 두께를 바람직하게는 0.1mm 이하로 한다. 반도체 패키지(100)의 두께는, 2mm 이하인 것이 더 바람직하다. 이에 따라, 박형의 반도체 패키지에서도 안정된 사출 성형을 실현할 수 있다.
한편, 여기서는 금형의 설계치와 실제 성형품의 크기의 차는 무시하고 있다. 실제로는, 금형 내면의 프라이머(primer)의 유무나 공차, 수지의 수축 등에 의해, 게이트지름 Ød1과 돌기 부분(17)의 두께 D3에는 차이가 생기는 경우가 있다.
또한 중자(63)는, 도 16의 예에서는 1개로 하고 있지만, 형상에 따라 2이상으로 할 수도 있다. 또한 고정형(61)과 가동형(62), 중자(63)의 위치 관계는, 도 16의 배치에 한정되는 것이 아니고, 제작하는 패키지의 형상이나 사용하는 몰드기의 배치에 따라서, 상하 또는 좌우의 위치 관계를 적절히 변경할 수 있다. 또한, 용융수지(JS)를 안내하는 러너(64) 및 게이트(65)는, 도 16의 예에서는 고정형(61) 에 직접 가공되고 있지만, 독립한 별도의 부품으로 하는 것도 가능하다.
(반도체 패키지의 제조방법)
이상의 사출 성형용 금형을 이용한 반도체 패키지의 성형 방법을, 도 18, 도 19에 기초하여 설명한다. 먼저 고정형(61), 가동측 금형(62), 중자(63)가, 리드 프레임(20)을 끼워 넣는 형태로 형이 닫힌다. 이에 따라, 금형 내부에 공간으로서 캐비티(68)가 형성되고, 또한 리드 프레임(20)은 캐비티(68)내의 소정의 위치에, 위치 결정한 자세로 유지된다.
그 후, 용융수지(JS)를 러너(64)를 통과하여 게이트(65)로부터, 캐비티(68)에 충전한다. 그리고, 충전한 용융수지(JS)가 냉각 고화된 후, 가동형(62)과 중자 (63)를 고정형(61)으로부터 갈라놓아 금형을 열어, 형성된 반도체 패키지를 꺼낸다. 이때, 게이트(65)는 상술한 바와 같이 역테이퍼형상으로 형성되어 있기 때문에, 게이트(65)내에서 고화한 수지(JS1)는 가동형(62)의 이동시에 파단된다.
이렇게 해서 패키지 본체(10)를 형성한 후, 패키지 본체(10)의 개구부(KK1)내에 발광소자(30)를 다이본딩하여, 발광소자(30)와 리드 프레임(20)을 플립 칩 본딩 또는 와이어 본딩으로 도통시킨다. 그 후, 개구부(KK1)를 투광성 피복재(40)로 몰드하고, 패키지 본체(10)로부터 바깥쪽에 노출되는 리드 프레임(20)을 절단하고, 패키지측에 접어 구부리는 것에 의해, 발광장치가 제작된다.
[실시예 1]
실시예 1로서 도 16에 도시한 바와 같은 고정형(61), 가동형(62), 중자(63)로 구성되는 사출 성형용 금형(60)을 제작했다. 고정형(61)에 형성되는 게이트(65) 는, 러너(64)측으로부터 캐비티(68)측을 향하여 캐비티(68) 상면까지 끝을 가늘게 한 후, 캐비티(68) 상면에서는 가동형(62)의 최외형을 넘지 않는 범위에서, 고정형 (61)의 측면에 연장시킴으로써, 한 방향에 있어서는 최외형이 되는 크기를 취하면서, 고정형(61) 맞댐면(mating surface)까지 연신하고 있다. 이러한 게이트(65)의 형상으로 함으로써, 사출 성형용 금형(60)은 동일한 형상의 반도체 패키지를 제작하는 경우에 있어서, 최대지름의 게이트를 가질 수 있다. 게이트지름 Ød1은 클수록 용융수지(JS)가 냉각 고화할 때까지의 시간을 연장할 수 있으므로, 사출 성형용 금형(60)은 웰드 라인이나 숏 쇼트를 가장 발생시키기 어려운 금형이 될 수 있다.
특히 도 20에 도시한 사이드 뷰 타입의 발광장치용 패키지(200)와 같이, 개구부를 형성하는 박스형 블록형상의 두께가 가장 얇은 부분인 박 벽부(69)의 바로 위쪽에 게이트(65)를 배치한 형상의 경우, 다른 부분에 비해 빠른 단계로, 박 벽부에 용융수지가 충전되기 때문에, 박 벽부에 도달하는 용융수지의 온도가 높고, 통상 가장 웰드 라인이나 숏 쇼트가 발생하기 쉬운 이 부분에서, 이들을 효과적으로 방지할 수 있다.
이렇게 형성된 패키지는, 도 1 등에 도시한 구성에 비해, 도 20에 도시한 박 벽부(69)를 얇게 할 수 있다. 박 벽부(69)가 얇아지는 것에 의해, 탑재하는 발광소자의 사이즈를 크게 취할 수 있는 것 외에, 발광소자(30)의 탑재수를 늘리는 것도 가능하게 된다. 휴대 전화, 카 네비게이션, 모바일 퍼스널 컴퓨터 등에 탑재되는 중소형 액정용 백라이트로 조립되는 사이드 뷰 타입의 발광장치로, 발광장치 1개당에 사용되는 전력은 일반적으로 600mW 이하이고, 또한, 요구되는 제품 두께는, 2mm 이하의 것이 많다. 이러한 제한된 상황하에서는, 발광소자(30)는 클수록, 동일 전력에서도 밝은 것으로 할 수 있어 유리하다.
이상과 같은 사출 성형용 금형에 의해서, 지금까지 실현할 수 없었던 사이즈나 복잡한 형상의 반도체용 패키지의 제작이 가능하게 된다. 이에 따라 반도체 장치의 설계 자유도가 향상하고, 공간 절약화나 고성능화를 이룰 수 있다. 예를 들면 사이드 뷰 타입의 발광장치에서는, 동일한 두께의 경우, 최대 사이즈의 발광소자를 탑재할 수 있기 때문에, 동일 사이즈 중에서는 가장 밝은 발광장치를 제작할 수 있다. 발광장치가 밝아지는 것으로, 이것을 사용하는 백라이트 유닛 등은, 적은 전력으로 종래의 발광장치와 동등한 밝기를 얻을 수 있기 때문에, 에너지 절약화가 가능하다.
또한, 동일 전력으로 사용하는 경우는, 밝아지는 것에 의해, 색 재현성이 보다 높은 액정 유닛에 조립하는 것이 가능해진다.
이와 같이, 본 발명의 실시형태에 의하면, 반도체층 패키지의 박형화를 도모하면서, 캐비티가 좁은, 즉 패키지 본체가 얇은 부분에서도 안정된 사출 성형을 실현할 수 있다. 한편, 이상은, 발광장치를 금형으로 형성하는 예에 대하여 설명했지만, 이에 한정되지 않고 박형의 반도체 패키지 및 그 사출 성형용 금형에 적용할 수 있음은 물론이다.
이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 명백한 바와 같이, 본 발명의 다양한 바람직한 실시형태를 도시하여 설명했지만, 본 발명은 그 개시된 특정 실시형태로 한정되지 않으며, 단지 본 발명의 예시이며, 본 발명의 영역을 한정하는 것으로 해석되어서는 안되고, 첨부한 청구항들로 제한된 본 발명의 범위 내에서 모든 변형과 변화에 적합한 것이다. 본 출원은 2008년1월28일자로 일본에 출원된 일본 특허출원 제2008-016856호에 기초한 것으로, 그 개념은 참고로 여기에 기재되어 있다.
도 1a는 출원인이 앞서 개발한 사이드 뷰 타입의 발광장치를 경사 전방에서 본 사시도,
도 1b는 출원인이 앞서 개발한 사이드 뷰 타입의 발광장치를 경사 후방에서 본 사시도이다.
도 2a는 출원인이 앞서 개발한 발광장치의 패키지를 수지 성형하는 성형 금형의 도 1a에 있어서의 Ⅱa-Ⅱa'선에 따른 단면도,
도 2b는 도 1a의 Ⅱb-Ⅱb'선에 따른 단면도,
도 2c는 도 2b의 게이트 부분을 확대한 확대 단면도,
도 3은 실시형태 1에 관련된 반도체 패키지를 전방 경사 위쪽에서 본 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시한 반도체 패키지를 전방 경사 아래쪽에서 본 사시도이다.
도 5는 도 3에 도시한 반도체 패키지를 후방 경사 위쪽에서 본 사시도이다.
도 6은 도 3에 도시한 반도체 패키지를 후방 경사 아래쪽에서 본 사시도이다.
도 7a는 도 3에 도시한 반도체 패키지의 정면도,
도 7b는 도 3에 도시한 반도체 패키지의 배면도,
도 7c는 도 3에 도시한 반도체 패키지의 일부 단면 측면도이다.
도 8은 출원인이 앞서 개발한 반도체 패키지의 측면도이다.
도 9는 도 8에 도시한 반도체 패키지의 개구 부분을 얇게 한 반도체 패키지의 측면도이다.
도 10은 도 9의 반도체 패키지가 경사 자세로 실장된 상태를 도시한 측면도이다.
도 11은 실시형태 1에 관련된 반도체 패키지를 도시한 개략 측면도이다.
도 12는 실시형태 2에 관련된 반도체 패키지를 전방 경사 위쪽에서 본 사시도이다.
도 13은 도 12에 도시한 반도체 패키지를 전방 경사 아래쪽에서 본 사시도이다.
도 14는 도 12에 도시한 반도체 패키지를 후방 경사 위쪽에서 본 사시도이다.
도 15는 도 12에 도시한 반도체 패키지를 후방 경사 아래쪽에서 본 사시도이다.
도 16은 사출 성형용 금형 구조를 도시한 분해사시도이다.
도 17은 도 16의 고정형을 XⅦ-XⅦ'선으로 절단한 단면 사시도이다.
도 18은 도 16의 XⅧ-XⅧ'선에 있어서의 단면도이다.
도 19는 도 18의 캐비티내에 수지를 충전한 상태를 도시한 단면도이다.
도 20은 수지경화후의 반도체 패키지를 금형의 경사 아래쪽에서 본 사시도이다.
도 21a는 도 20의 사출 성형용 금형의 XXIa-XXIa'선에 있어서의 단면도,
도 21b는, 도 20의 사출 성형용 금형의 XXIb-XXIb'선에 있어서의 단면도이다.
[부호의 설명]
500 : 발광장치
100, 100', 200, 600, 700 : 반도체 패키지
10, 10B, 610, 710: 패키지 본체
11, 11B, 611, 711 : 박스형 블록형상
12, 12B, 612, 712 : 경사 블록형상
13 : 정면 14 : 배면
15, 15B : 경사 블록 테이퍼면
16, 16B: 돌기 테이퍼면
17, 17B, 17' : 돌기 부분
18, 18B : 위쪽 테이퍼면
19, 19B : 아래쪽 테이퍼면
20 : 리드 프레임
30, 730 : 발광소자
630 : 반도체 발광소자
40 : 피복재
50, 50B, 550 : 외부 전극
60 : 사출 성형용 금형 61 : 고정형
62 : 가동형 63 : 중자
64 : 러너 65 : 게이트
66 : 경사 블록 테이퍼면용 음각
67 : 돌기 테이퍼면용 음각
68 : 캐비티
69 : 박 벽부
KK1, KK5, KK6, KK7 : 개구부
JS, JS1 : 수지
dD : 배면의 두께
D1 : 배면측의 두께
D2 : 정면측의 두께
D3 : 돌기 부분의 두께
D4 : 반도체 패키지의 두께
Ød, Ød1 : 게이트지름
dt : 리드 프레임 단가장자리 부분의 두께
h : 캐비티 높이
D11, D12 : 박스형 블록형상의 깊이폭

Claims (10)

  1. 형을 닫는 것에 의해 캐비티를 형성할 수 있는 내면을 각각 가진 고정형 및 복수의 가동형을 구비하고, 상기 고정형 및 가동형의 형을 닫는 것에 의해 캐비티를 형성하여, 상기 캐비티내에 수지를 사출하여 반도체 패키지를 사출 성형할 수 있는 반도체 패키지 성형용 사출 성형용 금형으로서,
    상기 고정형 또는 가동형은, 상기 캐비티내에 수지를 사출하기 위해서 상기 내면과 연속하여 형성된 게이트를 구비하고,
    상기 복수의 가동형의 내면은, 상기 게이트를 향하여 서서히 거리가 가까워지는 서로 대향한 제1 금형면 및 제2 금형면을 가지고 있으며,
    상기 제1 금형면 또는 제2 금형면은, 상기 게이트와 접하는 부분에 오목부를 가진 것을 특징으로 하는 사출 성형용 금형.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정형과 상기 가동형 사이에 리드 프레임의 배치가 가능하고, 상기 리드 프레임의 단면과 상기 가동형의 내면의 틈 사이에서 가장 좁은 부분이, 상기 가동형에 의해 형성되는 캐비티 높이의 1/4 이하인 것을 특징으로 하는 사출 성형용 금형.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가동형측의 캐비티내에 중자(nesting member)를 배치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 사출 성형용 금형.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 내면과 중자의 거리의 가장 가까운 부분의 거리가, 0.1mm 이하가 되도록 상기 중자를 배치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 사출 성형용 금형.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중의 어느 한 항에 기재된 사출 성형용 금형으로 성형된 반도체 패키지.
  6. 반도체 부품을 실장한 반도체 패키지로서, 각각 대향하는 패키지 상면과 패키지 하면, 및 패키지 정면과 패키지 배면을 가지며,
    상기 패키지 정면 및 패키지 배면은 상기 패키지 상면 및 패키지 하면에 인접하고 있으며,
    상기 패키지 정면측으로부터 패키지 배면측을 향하여 두께를 얇게 하도록, 상기 패키지 상면 및 패키지 하면이 형성되어 있고,
    상기 패키지 하면에서, 상기 패키지 배면에 연속하도록 돌기부를 형성하고 있는 반도체 패키지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 돌기를 설치한 부분의 반도체 패키지의 최대 두께는, 상기 패키지 정면측의 패키지의 최대두께와 대략 같거나 또는 이것보다 얇게 하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 패키지 배면의 대략 중앙을 오목 형상으로 움푹 패인 단차를 형성함과 함께, 상기 오목 형상 단차의 저면으로부터 상기 돌기를 돌출시키고, 또한 상기 돌기의 정수리부가 오목 형상 단차내에 들어가도록 구성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항중의 어느 한 항에 있어서,
    오목부를 가진 패키지 본체와,
    일단을 상기 오목부 내에 노출시키고, 타단을 상기 패키지 본체의 표면으로부터 돌출시킴과 함께 상기 패키지 본체의 표면을 따르도록 절곡시킨 한 쌍의 외부 전극과,
    상기 오목부에 수납되어 상기 한 쌍의 외부 전극과 전기적으로 접속되는 반도체 발광소자를 더 구비하고,
    상기 반도체 패키지가 반도체 발광장치를 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  10. 패키지 정면측으로부터 패키지 배면측을 향하여 두께를 서서히 얇게 하도록 패키지 상면 및 패키지 하면이 형성된 반도체 패키지를 성형하는 반도체 패키지의 제조방법으로서,
    고정형과, 상기 고정형과 대향하는 가동형 사이의 소정의 위치에, 반도체 패키지의 리드 프레임을 배치하는 공정과,
    패키지 배면측에 개구되는, 금형에 용융수지를 주입하는 게이트의, 상기 반도체 패키지의 두께 방향에서의 게이트지름이, 상기 배면에서의 게이트가 설치되지 않은 부분의 패키지의 최대두께보다도 크게, 또한, 상기 정면에서의 패키지의 최대두께와 대략 같거나 또는 이것보다 작게 한 고정형을, 형을 닫아 캐비티를 형성하는 공정과,
    게이트로부터 상기 캐비티내에 용융수지를, 상기 고정형으로부터 상기 가동형을 향하여 충전하는 공정과,
    용융수지의 경화후에 탈형하는 공정을 포함하는 반도체 패키지의 제조방법.
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