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技術 半導体装置

出願人 ソニー株式会社
発明者 山中英雄
出願日 1995年10月13日 (25年1ヶ月経過) 出願番号 1995-265449
公開日 1997年4月22日 (23年7ヶ月経過) 公開番号 1997-107054
状態 拒絶査定
技術分野 半導体又は固体装置の冷却等 半導体容器とその封止 半導体または固体装置の冷却等
主要キーワード 放熱効果向上 CCDリニアセンサー 接続力 モールド処理 ディンプル加工 接パッド ほうけい酸ガラス 押え片
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1997年4月22日)のものです。
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図面 (7)

課題

樹脂パッケージを用いた場合の熱放散を高めるとともに耐湿性を向上させること。

解決手段

本発明は、略中央に半導体素子10を搭載する基台部21とこの基台部21の周辺に設けられる枠部22とから成る樹脂パッケージ2と、基台部21と枠部22との間で挟持され半導体素子10との電気的導通を得るためのリード部31および半導体素子10を搭載するための基準となるパッド部32から成るリードフレーム3とを備えている半導体装置1であり、パッド部32と半導体素子10との間に樹脂薄膜6を設け、さらにパッド部32から基台部21の外周まで放熱孔7を設けたものである。

概要

背景

従来、CCDエリアセンサーやCCDリニアセンサー等の光学的な半導体装置、LSI等の集積回路から成る半導体装置では、セラミックス材中空パッケージ中空部内にチップ状の素子ダイボンドし、ボンディングワイヤーによる電気的配線を行ってシール板気密封止する構造が用いられている。

また、近年ではコストダウンの観点からシール板を取り付ける代わりに中空パッケージの中空部内に透光性封止樹脂ポッティングしたり、セラミックス材の代わりにモールド樹脂を用いて中空パッケージを構成するものも考えられている。

概要

樹脂パッケージを用いた場合の熱放散を高めるとともに耐湿性を向上させること。

本発明は、略中央に半導体素子10を搭載する基台部21とこの基台部21の周辺に設けられる枠部22とから成る樹脂パッケージ2と、基台部21と枠部22との間で挟持され半導体素子10との電気的導通を得るためのリード部31および半導体素子10を搭載するための基準となるパッド部32から成るリードフレーム3とを備えている半導体装置1であり、パッド部32と半導体素子10との間に樹脂薄膜6を設け、さらにパッド部32から基台部21の外周まで放熱孔7を設けたものである。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
3件
牽制数
9件

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請求項1

略中央に半導体素子を搭載する基台部と該基台部の周辺に設けられる枠部とから成る樹脂パッケージと、前記基台部と枠部との間で挟持され前記半導体素子との電気的導通を得るためのリード部および該半導体素子を搭載するための基準となるパッド部から成るリードフレームとを備えている半導体装置であって、前記パッド部と前記半導体素子との間には前記基台部を構成する樹脂薄膜が設けられているとともに、該パッド部から該基台部の外周まで放熱孔が設けられていることを特徴とする半導体装置。

請求項2

前記パッド部には、前記放熱孔から前記基台部の外周に沿って広がる放熱部材が接続されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。

請求項3

少なくとも前記パッド部の表面には凹凸処理が施されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。

請求項4

少なくとも前記パッド部の表面には凹凸処理が施されていることを特徴とする請求項2記載の半導体装置。

請求項5

略中央に半導体素子を搭載する基台部と該基台部の周辺に設けられる枠部とから成る樹脂パッケージと、前記基台部と枠部との間で挟持され前記半導体素子との電気的導通を得るためのリード部および該半導体素子を搭載するための基準となるパッド部から成るリードフレームとを備えている半導体装置であって、前記パッド部の一方の面には前記半導体素子が直接搭載されているとともに、該パッド部の他方の面から前記基台部の外周まで放熱孔が設けられていることを特徴とする半導体装置。

請求項6

前記パッド部の周縁部分が前記基台部内に埋め込まれていることを特徴とする請求項5記載の半導体装置。

請求項7

前記パッド部には、前記放熱孔から前記基台部の外周に沿って広がる放熱部材が接続されていることを特徴とする請求項5記載の半導体装置。

請求項8

少なくとも前記パッド部の表面には凹凸処理が施されていることを特徴とする請求項5記載の半導体装置。

請求項9

少なくとも前記パッド部の表面には凹凸処理が施されていることを特徴とする請求項6記載の半導体装置。

請求項10

少なくとも前記パッド部の表面には凹凸処理が施されていることを特徴とする請求項7記載の半導体装置。

技術分野

0001

本発明は、リードフレームを挟持する樹脂パッケージ内に半導体素子収納される半導体装置に関する。

背景技術

0002

従来、CCDエリアセンサーやCCDリニアセンサー等の光学的な半導体装置、LSI等の集積回路から成る半導体装置では、セラミックス材中空パッケージ中空部内にチップ状の素子ダイボンドし、ボンディングワイヤーによる電気的配線を行ってシール板気密封止する構造が用いられている。

0003

また、近年ではコストダウンの観点からシール板を取り付ける代わりに中空パッケージの中空部内に透光性封止樹脂ポッティングしたり、セラミックス材の代わりにモールド樹脂を用いて中空パッケージを構成するものも考えられている。

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、このような半導体装置においては、熱放散が不十分であり内部の半導体素子の温度が上昇してその特性を悪化させるという問題が生じる。CCDエリアセンサーやCCDリニアセンサーでは、温度上昇によって画質欠陥不良を引き起こすこともある。特に、消費電力の大きな半導体装置では、温度上昇による特性劣化が顕著に現れることになる。

課題を解決するための手段

0005

本発明はこのような課題を解決するために成された半導体装置である。すなわち、本発明の半導体装置は、略中央に半導体素子を搭載する基台部とこの基台部の周辺に設けられる枠部とから成る樹脂パッケージと、基台部と枠部との間で挟持され半導体素子との電気的導通を得るためのリード部および半導体素子を搭載するための基準となるパッド部から成るリードフレームとを備えているものであり、パッド部と半導体素子との間に基台部を構成する樹脂薄膜を設け、パッド部から基台部の外周まで放熱孔を設けたものである。

0006

また、パッド部の一方の面に半導体素子を直接搭載するとともに、パッド部の他方の面から基台部の外周まで放熱孔を設けた半導体装置でもあり、さらに、少なくともパッド部の表面に凹凸処理を施した半導体装置でもある。

0007

このような半導体装置により、半導体素子にて発生した熱がパッド部から放熱孔を介して外部へ放散する状態となり、樹脂パッケージを用いた場合であっても半導体素子を効率良く冷却することができるようになる。また、少なくともパッド部の表面に凹凸処理を施すことで表面積が増加して冷却効果が増すとともに、封止樹脂とパッド部との密着性が向上する。さらに、このパッド部に設けられた凹凸によって外部から樹脂パッケージ内部へ浸入する水分の経路が長くなり、浸入してきた水分のうち大部分をパッド部外周辺に集めることができて樹脂パッケージ内部での耐湿性を向上できるようになる。

発明を実施するための最良の形態

0008

以下、本発明の半導体装置における実施の形態を図に基づいて説明する。図1は、本発明の半導体装置における実施形態を説明する模式断面図で、(a)はガラスシールタイプ、(b)は透光性樹脂封止タイプである。なお、本実施形態では、主としてCCDリニアセンサーやCCDエリアセンサーから成る光学的な半導体装置1を例として説明を行う。

0009

図1(a)に示すガラスシールタイプの半導体装置1は、略中央にチップ状の半導体素子10を搭載する基台部21と、基台部21の周辺に設けられる枠部22とから成る樹脂パッケージ2と、基台部21と枠部22との間で挟持されるリードフレーム3とを備えており、リードフレーム3を構成するパッド部32と半導体素子10との間に基台部21の一部である樹脂薄膜6が設けられている。

0010

この半導体装置1においてチップ状の半導体素子10は樹脂薄膜6上にダイボンドされており、ボンディングワイヤー4を介してリードフレーム3のリード部31と電気的に接続されている。また、枠部22の上にはガラスシール5が搭載されており、内部の半導体素子10およびボンディングワイヤー4を気密封止する状態となっている。

0011

さらに、本実施形態における半導体装置1の基台部21には、パッド部32から基台部21の外周まで放熱孔7が設けられている。

0012

また、図1(b)に示す透光性樹脂封止タイプの半導体装置1は、基台部21および枠部22によって樹脂パッケージ2が構成される点で図1(a)に示すガラスシールタイプと同じであるが、枠部22にガラスシール5を搭載する代わりに枠部22内へ透光性樹脂51をポッティングする点で相違する。

0013

図1(b)に示す透光性樹脂封止タイプの半導体装置1であっても、パッド部32と半導体素子10との間には樹脂薄膜6が設けられており、パッド部32から基台部21の外周まで放熱孔7が設けられている。

0014

これらの半導体装置1のように、パッド部32から基台部21の外周まで放熱孔7を設けることにより、半導体素子10から発生した熱がパッド部32から放熱孔7を介して外部へ容易に放散する状態となり半導体素子10を効率良く冷却することが可能となる。特に樹脂パッケージ2ではセラミックスパッケージに比べて熱伝導率が低く半導体素子10から発生した熱が樹脂パッケージ2内に蓄積しやすい。このような放熱孔7を設けることで、熱を効率良く外部へ放散させ半導体素子10の特性が劣化することを防止できるようになる。

0015

また、パッド部32と半導体素子10との間に樹脂薄膜6を設けることで、外部から樹脂パッケージ2へ浸入する水分が半導体素子10の収納されている中空部内まで浸透することを低減できるようになる。つまり、外部の水分はパッド部32の周辺(基台部21との界面)に沿って内部へ浸入しやすいが、樹脂薄膜6があることで半導体素子10が収納されている樹脂パッケージ2の内部まで達する前にパッド部32の周辺に導かれ、ここに蓄積する状態となる。

0016

これにより、樹脂パッケージ2内に浸入した水分は半導体素子10が配置される中空部内まで到達することが少なくなり、結果として半導体素子10を湿気から保護することが可能となる。

0017

また、図1(a)、(b)いずれの半導体装置1であっても、少なくともパッド部32の表面に凹凸処理が施されているものを使用してもよい。図2はパッド部の凹凸について説明する模式断面図で、(a)はブラスト処理、(b)はディンプル加工を施したものである。

0018

図2(a)に示すブラスト処理では、パッド部32の表面に例えば酸化シリコン等の粒子衝突させることにより多数の凹凸を形成する。また、図2(b)に示すディンプル加工では、パッド部32に対してプレス型を用いて所定の凹凸を形成する。

0019

パッド部32にこのような凹凸が設けられていることで、その表面積が増加して基台部21との密着力が向上するとともに、冷却効果が向上する。また、この凹凸によって放熱孔7の外部から樹脂パッケージ2(図1参照)内に浸入する水分の経路が長くなり、多くの水分をパッド部32周辺に集めることができ、樹脂パッケージ2内部での耐湿性を向上できるようになる。

0020

次に、本実施形態における半導体装置の製造方法を説明する。図3図4は本実施形態の半導体装置の製造方法を順に説明する模式断面図である。先ず、図3(a)に示すように所定のリードフレーム3を用意し、パッド部32に対してデプレス加工を施しておく。リードフレーム3としては、例えば0.25mm厚の42アロイ(鉄−ニッケル42%合金)、0.25mm厚の銅材を用い、そのパッド部32に0.25〜0.3mmのデプレス加工を施す。

0021

また、このリードフレーム3の少なくともパッド部32の表面には、図2(a)、(b)に示すようなブラスト処理またはディンプル加工によって凹凸を設けておく。なお、ディンプル加工は先に説明したデプレス加工と同時に行ってもよく、また凹凸はリード部31の表面にも形成しておいてもよい。

0022

次に、図3(b)に示すように、所定の上型81、下型82を用いたモールド処理を行い、樹脂パッケージ2(図1参照)を形成する。すなわち、上型81と下型82との間にリードフレーム3を挟持し、上型81と下型82との間に形成されるキャビティ内に所定の樹脂を充填する。モールド処理としてトランスファーモールドを用いる場合には樹脂としてエポキシ樹脂を使用し、射出成形を用いる場合には樹脂としてエポキシ樹脂や液晶ポリマー樹脂、PPS(ポリフェニレンサルファイド)樹脂、その他の複合樹脂を使用する。

0023

また、リードフレーム3のパッド部32と上型81との間には薄膜用キャビティ80が設けられており、樹脂を充填する際にこの薄膜用キャビティ80内にも樹脂が充填されることになる。さらに、下型82には放熱孔用凸部83が設けられており、この部分には樹脂が充填されないようになっている。

0024

モールド処理を行った後は、所定の水圧によって樹脂ばりの除去を行い、さらにリードフレーム3のタイバー(図示せず)をプレス打ち抜きによって除去する。その後は、リードフレーム3のリード部31に所定のめっき処理(例えば、ニッケルを5〜10μm厚、金を0.5μm厚以上)を施し、ステイカットおよびアウターリード部分の折り曲げを行って図3(c)に示すような樹脂パッケージ2を形成する。

0025

この樹脂パッケージ2には、パッド部32の上方に樹脂薄膜6が形成されているとともに、パッド部32から基台部21の外周に向けて放熱孔7が形成される状態となる。なお、この放熱孔7の開口部形状としては、丸型や十字型等、放熱効果を考慮した種々のものが適用可能である。

0026

次に、図4(a)に示すように、樹脂パッケージ2の樹脂薄膜6上にチップ状の半導体素子10をダイボンドし、ボンディングワイヤー4によって半導体素子10とリード部31とを配線する。ダイボンドは、例えば熱硬化型樹脂から成るペースト剤を使用して150℃1時間程度の加熱によって硬化させる。また、ボンディングワイヤー4は25μmφの金線を使用してコラム温度150℃でワイヤーボンディングを行う。

0027

そして、図4(b)に示すように、樹脂パッケージ2の枠部22上にガラスシール5を搭載して半導体素子10およびボンディングワイヤー4を中空内に封止する。ガラスシール5を搭載するにあたり、エポキシ樹脂系Aステージシーラーを用いる場合には、例えば110℃2分+150℃10分の加熱によって硬化を行う。またエポキシ樹脂系Bステージシーラーを用いる場合には、例えば110℃1時間+130℃2時間の加熱によって硬化を行う。また、ガラスシール5としては、例えばほうけい酸ガラスを使用する。

0028

なお、ガラスシール5を用いる代わりに、図1(b)に示すような透光性樹脂51を用いる場合には、枠部22の内側に例えば熱硬化型または紫外線照射硬化型シリコーン系樹脂アクリル系樹脂、およびエポキシ系樹脂から成る透光性樹脂51をポッティングして所定の処理(加熱または紫外線照射)によって硬化させる。これにより、図1(a)または(b)に示す本実施形態の半導体装置1が完成する。

0029

次に、本発明の半導体装置における他の実施形態を説明する。図5および図6は他の実施形態を説明する模式断面図である。すなわち、図5(a)に示す半導体装置1は、チップ状の半導体素子10がパッド部32の一方の面に直接搭載されているとともに、このパッド部32の他方の面から基台部21の外周まで放熱孔7が設けられているものである。

0030

このような半導体装置1では、半導体素子10から発生した熱を直接パッド部32に伝え、さらにパッド部32から放熱孔7を介して外部へ効率良く逃がすことが可能となる。さらに、半導体素子10がパッド部32と直接接触していることから、パッド部32を利用して電気的な接地を行うようにすれば、電磁的シールド効果を発揮できるようになる。

0031

また、図5(b)に示す半導体装置1は、半導体素子10がパッド部32に直接搭載され、パッド部32から基台部21の外周へ放熱孔7が設けられている点で図5(a)に示す半導体装置1と同様であるが、パッド部32の周縁部分が基台部21内に埋め込まれるように押え片21aによって押さえられている点で相違する。このような押え片21aにより、パッド部32と基台部21との機械的な接続力が増す状態となる。さらにこの半導体装置1では、図5(a)に示す半導体装置1と同様な放熱効果およびシールド効果を得ることもできる。

0032

図6(a)に示す半導体装置1は、パッド部32から基台部21に設けられた放熱孔7の開口を広くしたものである。これによって、パッド部32の多くを空気に露出させることができ半導体素子10に対する放熱効果向上と、基台部21にかかる樹脂材料の減量を図ることが可能となる。

0033

また、図6(b)に示す半導体装置1は、半導体素子10をパッド部32に直接搭載するとともに、パッド部32から基台部21の外周に放熱孔7を設け、さらにこの放熱孔7から基台部21の外周に沿って広がる放熱部材9を取り付けた点に特徴がある。

0034

これにより、半導体素子10から発生した熱は放熱孔7から放熱部材9を介して効率良く外部へ放散する状態となる。また、この放熱部材9の内部にヒートパイプ(図示せず)を埋め込んでさらに放熱効果を高めてもよく、また放熱部材9を接地することで電磁的なシールド効果を得るようにしてもよい。

0035

なお、図5および図6に示すいずれの半導体装置1においても、枠部22にガラスシール5を搭載するタイプで説明を行ったが、ガラスシール5の代わりに枠部22内に図1(b)に示す透光性樹脂51をポッティングするタイプであっても同様である。また、いずれの他の実施形態でも、パッド部32に図2に示すような凹凸処理が施されていれば、さらに放熱効果および耐湿性を向上させることが可能となる。特に、透光性樹脂封止タイプの場合には、外部からの水分浸入による耐湿性劣化の問題がないためさらに有利である。

0036

また、上記の実施形態においては、CCDエリアセンサーやCCDリニアセンサーから成る光学的な半導体装置1を例として説明したが、LSI等の集積回路から成る半導体装置1であっても同様である。さらに、上記実施形態において示した具体的な数値材質は一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。

発明の効果

0037

以上説明したように、本発明の半導体装置によれば次のような効果がある。すなわち、放熱孔によってリードフレームのパッド部の一部を空気に露出させているので、樹脂パッケージを用いても半導体素子から発生する熱を効率良く外部へ放散させることが可能となる。これによって、半導体素子の温度上昇による特性劣化を防止することができるようになる。

0038

また、樹脂パッケージの外部から浸入してきた水分がパッド部の周囲に集まって半導体素子が収納されている内部まで浸透しないため、耐湿性が向上することになる。さらに、少なくともパッド部の裏面に凹凸処理が施されていることで、基台部との密着性が向上して機械的強度を増加できるようになる。また、この凹凸によって水分の経路が増して耐湿性をさらに向上させることが可能となる。

図面の簡単な説明

0039

図1本発明の半導体装置における実施形態を説明する模式断面図である。
図2パッド部の凹凸について説明する模式断面図で、(a)はブラスト処理、(b)はディンプル加工の例を示している。
図3半導体装置の製造方法を順に説明する模式断面図(その1)である。
図4半導体装置の製造方法を順に説明する模式断面図(その2)である。
図5本発明の他の実施形態を説明する模式断面図(その1)である。
図6本発明の他の実施形態を説明する模式断面図(その2)である。

--

0040

1半導体装置
2樹脂パッケージ
3リードフレーム
4ボンディングワイヤー
5ガラスシール
6樹脂薄膜
7放熱孔
10半導体素子
21基台部
22 枠部
31リード部
32パッド部
51 透光性樹脂

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