(57)【要約】      （修正有）【課題】耐熱性の乏しい半導体素子を搭載した場合でも、高い歩留まり・信頼性で外部基板へのフロー半田付けあるいはリフロー半田付けによる実装が可能な、表面実装型の半導体パッケージを安価に提供する。【解決手段】アウターリード３が外部の実装基板と平行になるように底面に設置され、該アウターリード３にメッキによるスタンドオフ５が設けられている、金属製リードフレームを樹脂封止して得られる半導体素子を搭載するパッケージ２であって、該スタンドオフを有するアウターリードの実装基板との接合面が深さ１０μｍ以上の凹型形状を有することを特徴とする、半導体パッケージを用いる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アウターリードが外部の実装基板と平行になるように底面に配置され、該アウターリードにメッキによるスタンドオフが設けられている、金属製リードフレームを樹脂封止して得られる半導体素子を搭載するパッケージであって、該スタンドオフを有するアウターリードの実装基板との接合面が深さ１０μｍ以上の凹型形状を有することを特徴とする、半導体パッケージ。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体パッケージであって、アウターリードのメッキによるスタンドオフの高さが３０μｍ以上であることを特徴とする、半導体パッケージ。
【請求項３】
金属製リードフレームを金型に挿入し樹脂を注入して成形する半導体素子封止用の樹脂製パッケージを製造する方法であって、リードフレームを樹脂で封止した後にアウターリードの実装基板との接合面に深さ１０μｍ以上の凹型形状を有するスタンドオフをメッキにより形成し、次いでリードフレームを切断することを特徴とする、半導体パッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表面実装型の、半導体素子を封止する半導体パッケージあるいは半導体素子を搭載する中空型の半導体パッケージに関し、特に外部基板に実装した際の半田クラックの発生防止を目的としてアウターリードの半田濡れ性を改善した、パッケージ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子は、温度や湿度といった環境変化あるいは微細なゴミ等によって特性が劣化し、また震動や衝撃によって容易に破損する。そこで通常はこれら外的要因から保護するために、半導体素子をセラミックス製の箱や樹脂で封止して半導体パッケージとして使用されている。
【０００３】
半導体素子の中でも、ＣＣＤやＣ−ＭＯＳ等の固体撮像素子や、レーザーダイオードやフォトダイオード等の発光素子は、パッケージ外部との光路が必要であり光を透過しないセラミックスや樹脂で完全に包埋して封止することは出来ない。そこでこれら光学系の半導体素子は通常一方が開放された中空構造のパッケージに搭載され、その開口部をガラス等の光学的に透明な封止板を用いて封止して使用されている。
【０００４】
半導体パッケージに対しては常に小型化・薄型化の要求があり、ＳＩＰ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｉｎｌｉｎｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）やＤＩＰ（Ｄｕａｌ  Ｉｎｌｉｎｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）等の挿入実装型パッケージから、ＳＯＰ（Ｓｍａｌｌ  Ｏｕｔｌｉｎｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）やＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）等の表面実装型パッケージへと、高密度実装に対応したパッケージが提案されて来た。
最近では筐体の大きさが制限される携帯電話等の携帯機器のいっそうの高機能化が進み、半導体パッケージへの更なる小型化・軽量化が求められている。特にカメラ搭載型携帯電話等での固体撮像素子を搭載する半導体パッケージではこの要求が顕著である。
このためＳＯＰやＱＦＰの外部へ延出するアウターリードを切り落とした形状のＳＯＮ（Ｓｍａｌｌ  Ｏｕｔｌｉｎｅ  Ｎｏｎ−ｌｅａｄ  Ｐａｃｋａｇｅ）やＱＦＮ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｎｏｎ−ｌｅａｄ  Ｐａｃｋａｇｅ）型のパッケージが提案されている。
【０００５】
これら表面実装型パッケージの外部基板への実装には、通常フロー半田付けまたはリフロー半田付けが用いられるが、挿入実装型のパッケージに対して半田付けされる面積が狭いため半田付け強度が弱く、またフロー半田付けあるいはリフロー半田付け時にパッケージが半田の表面張力によって実装基板から浮き上り、歩留まり・信頼性が低下するという課題があった。そこで特開２００２−１２４５９６公報ではアウターリードに金属メッキ層と半田メッキ層からなるスタンドオフを設け、また特開２００３−２７３３０９公報では突起を有するリードフレームを用いることで課題の解決を試みている。
【特許文献１】特開２００２−１２４５９６号公報
【特許文献２】特開２００３−２７３３０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＣＣＤやＣ−ＭＯＳ等の固体撮像素子あるいは固体撮像素子の光学特性を補償するカラーフィルターはそれ自体の耐熱性が十分ではなく、該素子を搭載した半導体パッケージを外部基板に実装する際にフロー半田付けあるいはリフロー半田付けによって該素子自体が過熱され歩留まりが低下する問題がある。該素子の過熱損傷を防ぐために低温半田を用いると通常の半田に比べ接着強度が落ちるため外部基板との接合の歩留まり・信頼性が低下するという問題がある。特開２００２−１２４５９６号公報で開示された技術では、低温半田を用いた場合に十分な半田接着強度が発現せず、歩留まり・信頼性が低下するという問題がある。一方特開２００３−２７３３０９号公報に開示された技術は複雑なリードフレームを用いるために安価に実施することが出来ないという問題がある。そこで本発明者は、耐熱性の乏しい素子を搭載した場合でも高い歩留まり・信頼性で外部基板へのフロー半田付けあるいはリフロー半田付けによる実装が可能な表面実装型の半導体パッケージを安価に提供することを企図した。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、アウターリードが外部の実装基板と平行になるように底面に設置され、該アウターリードにメッキによるスタンドオフが設けられている、金属製リードフレームを樹脂封止して得られる半導体素子を搭載するパッケージであって、該スタンドオフを有するアウターリードの実装基板との接合面が深さ１０μｍ以上の凹型形状を有することを特徴とする、半導体パッケージを用いることで、課題を解決する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により形成された深さ１０μｍ以上の凹部形状によりアウターリードの接合面の半田濡れ性が著しく改善し強固な半田フィレットが形成されるため、従来技術では不十分であった半田付けの接着強度が改善される。特に固体撮像素子等の十分な耐熱性を有さない素子を搭載した場合に該素子の加熱損傷を防ぐために低温半田を用いる場合は、本発明によってフロー半田付けあるいはリフロー半田付けによる外部基板への実装が可能となる。
【０００９】
本発明ではアウターリード接合面のスタンドオフの凹型形状をメッキにより形成するので、凸部を有する金属製インナーリードを用いる場合等に比べて格段に安価に実施できるという利点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の一の実施形態は、半導体素子を図１に示すような金属性リードフレームに接着剤等で固定し、該半導体素子の外部端子と該リードフレームのインナーリード部とをＡｕ線等でワイヤボンディングし、ついで金型に挿入し、該半導体素子とボンディングワイヤとインナーリード部とが挿入されている金型の空間に成形樹脂を注入してパッケージを形成し、必要に応じて樹脂バリの除去等を行い、次いでリードフレームを電極としてアウターリードへメッキを施してスタンドオフ及び凹型形状を形成し、最後にリードフレームを切断して半導体パッケージを得るものである。該形態の半導体パッケージの斜視図を図２に示す。
【００１１】
本発明の他の実施形態である固体撮像素子や発光素子等の光学系の半導体素子を用いる場合は、金属製リードフレームを中空部が形成されるように設計された金型に挿入し、図７に断面図を示す様に樹脂を注入してパッケージを形成し、必要に応じて樹脂バリの除去等を行い、次いで図８に断面図を示す様にリードフレームを電極としてアウターリードへメッキを施して深さ１０μｍ以上の凹部形状を有するスタンドオフを形成し、最後に図９に断面図を示す様にリードフレームを切断して中空パッケージを得るものである。該形態の中空パッケージの斜視図を図３に示す。その後に半導体素子を該パッケージの中空部に接着剤等で固定し、次いで該半導体素子の外部端子と中空部に露出したパッケージのインナーリードとをＡｕ線等でワイヤボンディングし、開口部をガラス板等の光学的に透明な封止板で封止して半導体パッケージを完成するものである。
【００１２】
アウターリードへのメッキは半田濡れ性を向上させる目的で広く行われている。一般に被メッキ体の端部は電界が集中するため電流密度が高く成長速度が速くなるので、中央部よりメッキ膜が厚くなる傾向があることは周知のことである。例えば石原祥江、加瀬敬年、斎藤いほえ、鈴木昭一、矢部賢共著、「先端技術に対応するめっきの基礎」槙書店、１９９４年５月３０日発行、ｐ.３８〜３９には２５ｍｍの円板上のメッキ厚さのばらつきとして端部の厚さが中心部の厚さの３倍にもなる例が紹介されている。従来は如何に平坦にメッキ膜を成長させるかに注意が払われ、そのためにメッキ浴への種々の添加剤の添加、撹拌の工夫、低電流密度の維持、周期的直流反転法やパルスメッキ等の手法が種々検討されてきた。本発明者は、エッジ部が平坦部より成長速度が速い特性を逆に積極的に利用することで凹部形状を強調させながらメッキ層を成長させることで本発明に至ったものである。
【非特許文献１】石原祥江、加瀬敬年、斎藤いほえ、鈴木昭一、矢部賢  共著、「先端技術に対応するめっきの基礎」槙書店、１９９４年５月３０日発行
【００１３】
金属製リードフレームの材質は、一般的に銅、鉄、アルミニウム、あるいはこれらの合金が用いられるが、特に銅合金または４２アロイが好ましく用いられる。なお図１では端子数が８のリードフレームを例示したが、リードフレームの端子数は搭載する半導体素子に応じて選択されるものであることは言うまでもない。
【００１４】
成形樹脂には、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂が通常用いられるが、寸法精度からエポキシ樹脂が好ましく用いられる。
【００１５】
また成形樹脂には、シリカ粉末、アルミナ粉末、窒化珪素粉末等の無機充填剤が通常添加されている。
【００１６】
メッキの条件は用いるリードフレームの材質とメッキする金属の種類に応じて適宜選択されるものであるが、スタンドオフ及び凹部形状形成には銅またはニッケルメッキが好ましく用いられる。最表面には金メッキが施されることが好ましく、該金メッキの下地処理として下地ニッケルメッキが施されることが好ましい。またこの他に半田メッキやパラジウムメッキ等を用途に応じて実施しても良い。
【００１７】
以下に、光学系の半導体素子を搭載する前の中空パッケージの実施例と比較例とを示して、更に詳細に本発明の実施形態とその効果を説明する。搭載する半導体素子を樹脂で完全に包埋するタイプの半導体パッケージでは、該半導体素子をリードフレームに固定しワイヤボンディングを施した上で同様に操作することで、凹部形状を有するスタンドオフが同様に形成される。
【００１８】
端子数２４を有する厚さ０．１５ｍｍのリードフレームを挿入した成形金型に、三井化学製ＴＭ−２５０Ｇエポキシ樹脂組成物の顆粒を圧縮して得られたタブレットを金型温度１６０℃、射出圧力１．５ＭＰａで注入し、ＳＯＮ型の中空パッケージを成形した。リードフレームを電極として銅メッキを幾つかの条件で施し、メッキ時間を調整することで凹部形状の深さと高さの異なるスタンドオフを形成した。その後下地処理としてＮｉを５μｍの均一な膜が形成する条件でメッキし、さらにＡｕを０．５μｍの均一な膜が形成する条件でメッキしてパッケージを得た。
【００１９】
得られたパッケージのアウターリードのスタンドオフの形状を、東京精密社製の表面粗さ計ＳＵＲＦＣＯＭ（Ｅ−ＳＴ−Ｓ５１Ａ）を用い、掃引速度０．３ｍｍ／ｓで測定した。得られた表面形状のプロファイルから、アウターリード端部のメッキの成長した最大の厚みをスタンドオフの高さとし、凹部の深さをスタンドオフの高さとアウターリード中央部のメッキの最小部の厚みとの差として表に示す。実施例１と比較例２の表面形状のプロファイルをそれぞれ図１０と図１１とに示す。
【００２０】
実施例と比較例のパッケージの、実装基板との半田密着性の評価は以下に示す方法で行った。得られたパッケージを半田ペーストが塗布されている実装基板上の所定の位置に搭載し、窒素気流下で２３０℃に設定した半田リフロー炉を通過させて実装した。リフロー炉から搬出された実装基板とパッケージは室温まで放置・急冷した。その後半田クラックが発生しやすい状況をつくるために、２回半田リフロー炉を通過させた。この操作により２３０℃と室温との急加熱・急冷の温度サイクルを２回与えた。その後に実装基板とパッケージとの半田接合面を顕微鏡を用いて観察し、半田クラックの有無、パッケージの剥離を観察した。
【００２１】
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【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の半導体パッケージに用いる金属性リードフレームの平面図である。
【図２】本発明の半導体素子封止パッケージの斜視図である。
【図３】本発明の半導体素子を搭載する中空パッケージの斜視図である。
【図４】本発明のパッケージの底面の平面図である。
【図５】本発明のパッケージのアウターリードが延出する側面の平面図である。
【図６】本発明のパッケージのスタンドオフと凹部を有するアウターリードの形状を示す上下を転置した斜視図である。
【図７】本発明の中空パッケージの製造方法を示す金属製リードフレームを樹脂で封止した工程での断面図である。
【図８】本発明の中空パッケージの製造方法を示す樹脂封止した金属製リードフレームにメッキを施した断面図である。
【図９】本発明の中空パッケージの製造方法を示す樹脂封止後の金属製リードフレームにメッキを施した後所定の位置でリードフレームを切断して完成した断面図である。
【図１０】実施例１のアウターリードの形状を表面粗さ計で測定したプロファイルである。
【図１１】比較例２のアウターリード形状を表面粗さ計で測定したプロファイルである。
【符号の説明】
【００２３】
１    金属製リードフレーム
２    樹脂成形体
３    アウターリード
４    アウターリードのメッキによるスタンドオフ
５    アウターリードのメッキによるスタンドオフの凹部
６    インナーリード
７    中空パッケージの半導体素子搭載用中空部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006165195.tif 000008
【図６】
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【図７】
2006165195.tif 000010
【図８】
2006165195.tif 000011
【図９】
2006165195.tif 000012
【図１０】
2006165195.tif 000013
【図１１】
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