(57)【要約】      （修正有）【課題】高温下に曝されたときのパッケージのクラックを抑制する中空パッケージ用容器およびそれを用いた半導体素子パッケージを提供する。【解決手段】透明板１３０で凹部１１１の開口部を塞ぐことにより、半導体素子１２０を収容するための中空部１１２が形成される中空パッケージ用容器１１０であって、半導体素子を支持するための支持部材１１３と、支持部材上または支持部材の外周部に配置され、支持部材とともに凹部を構成する樹脂枠１１４と、凹部に露出した内部端子１１５ａと、内部端子と導通し、中空パッケージ用容器の外側に露出した外部端子１１５ｂとを有する金属配線１１５と、を有する。樹脂枠は、凹部と樹脂枠の外側とを連通する通気部を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明板で凹部の開口部を塞ぐことにより、半導体素子を収容するための中空部が形成される中空パッケージ用容器であって、
前記半導体素子を支持するための支持部材と、
前記支持部材上または前記支持部材の外周部に配置され、前記支持部材とともに前記凹部を構成する樹脂枠と、
前記凹部に露出した内部端子と、前記内部端子と導通し、前記中空パッケージ用容器の外側に露出した外部端子とを有する金属配線と、
を有し、
前記樹脂枠は、前記凹部と前記樹脂枠の外側とを連通する通気部を有する、
中空パッケージ用容器。
【請求項２】
前記通気部は、前記樹脂枠の前記透明板が載置される面に配置された溝である、
請求項１に記載の中空パッケージ用容器。
【請求項３】
前記溝の形状は、直線状またはクランク形状である、
請求項２に記載の中空パッケージ用容器。
【請求項４】
前記通気部は、前記樹脂枠の前記透明板が載置される面に配置された粗面部である、
請求項１に記載の中空パッケージ用容器。
【請求項５】
前記支持部材と前記樹脂枠とは、一体である、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の中空パッケージ用容器。
【請求項６】
前記支持部材と前記樹脂枠とは、別体である、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の中空パッケージ用容器。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の中空パッケージ用容器と、
前記中空パッケージ用容器の前記凹部内に収容され、前記内部端子と電気的に接続された半導体素子と、
前記半導体素子が収容された凹部の開口部を塞ぐように載置された透明板と、
を有する、
半導体素子パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空パッケージ用容器および半導体素子パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの半導体素子は、周囲の湿度の変化や結露によって特性に影響が及ぼされることがあることから、外気と遮断させた状態で封止され、パッケージ化されて用いられる。半導体素子の一つであるＣＣＤやＣ−ＭＯＳなどの固体撮像素子をパッケージ化する場合、パッケージ内に搭載された半導体素子とパッケージの外部との間に光の伝達路を確保する必要がある。そこで、固体撮像素子をパッケージ化するためには、凹部を有する中空パッケージ用容器に固体撮像素子を搭載し、凹部の開口部をガラス板などの透明な窓材を用いて封止して、半導体素子パッケージとする。
【０００３】
図１は、従来の半導体素子パッケージの構成を示す断面図である。図１に示されるように、特許文献１には、金属板５と、その外周に配置された樹脂枠３と、リード１および２と、金属板５と樹脂枠３とで構成される凹部に搭載された半導体素子７と、半導体素子７が搭載された凹部を塞ぐことにより中空部２０を形成する蓋材９とを有する半導体素子パッケージ１０が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２７８６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような半導体素子パッケージは、リフローはんだ工程などを経てプリント配線板などに実装される。リフローはんだ工程では、半導体素子パッケージが高温下に曝される。しかしながら、特許文献１に示されるような従来の半導体素子パッケージは、高温下に曝されると、中空部２０内の空気が膨張し、中空部２０内の圧力が上昇しやすい。その結果、樹脂製のパッケージ本体３にクラックが生じやすいという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、高温下に曝されたときのパッケージのクラックを抑制しうる中空パッケージ用容器およびそれを用いた半導体素子パッケージを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る中空パッケージ用容器は、透明板で凹部の開口部を塞ぐことにより、半導体素子を収容するための中空部が形成される中空パッケージ用容器であって、前記半導体素子を支持するための支持部材と、前記支持部材上または前記支持部材の外周部に配置され、前記支持部材とともに前記凹部を構成する樹脂枠と、前記凹部に露出した内部端子と、前記内部端子と導通し、前記中空パッケージ用容器の外側に露出した外部端子とを有する金属配線と、を有し、前記樹脂枠は、前記凹部と前記樹脂枠の外側とを連通する通気部を有する、構成を採る。
【０００８】
本発明に係る半導体素子パッケージは、本発明に係る中空パッケージ用容器と、前記中空パッケージ用容器の前記凹部内に収容され、前記内部端子と電気的に接続された半導体素子と、前記半導体素子が収容された凹部の開口部を塞ぐように載置された透明板と、を有する、構成を採る。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、高温下に曝されたときのパッケージのクラックを抑制しうる中空パッケージ用容器およびそれを用いた半導体素子パッケージを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、従来の半導体素子パッケージの構成を示す断面図である。
【図２】図２Ａ、Ｂは、本実施の形態に係る半導体素子パッケージの構成を示す図である。
【図３】図３Ａ、Ｂは、本実施の形態に係る中空パッケージ用容器の構成を示す図である。
【図４】図４は、半導体素子パッケージの製造工程の一部を示す図である。
【図５】図５Ａ、Ｂは、変形例に係る中空パッケージ用容器の構成を示す図である。
【図６】図６Ａ、Ｂは、変形例に係る中空パッケージ用容器の構成を示す図である。
【図７】図７は、図６Ａの中空パッケージ用容器のＡ−Ａ線の部分拡大断面図である。
【図８】図８Ａ〜Ｅは、変形例に係る中空パッケージ用容器を用いた半導体素子パッケージの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施の形態に係る中空パッケージ用容器および半導体素子パッケージについて、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
（半導体素子パッケージの構成）
図２ＡおよびＢは、本実施の形態に係る半導体素子パッケージ１００の構成を示す図である。図２Ａは、半導体素子パッケージ１００の斜視図であり、図２Ｂは、図２Ａに示される２Ｂ−２Ｂ線の断面図である。同図では、中空パッケージ用容器１１０と透明板１３０との間に配置される接着剤層の図示は省略している。
【００１３】
図２ＡおよびＢに示されるように、本実施の形態に係る半導体素子パッケージ１００は、中空パッケージ用容器１１０と、その凹部１１１に収容された半導体素子１２０と、半導体素子１２０が収容された凹部１１１の開口部を塞ぐ透明板１３０とを有する。
【００１４】
中空パッケージ用容器１１０は、半導体素子１２０を収容するための凹部１１１を有する容器である。凹部１１１は、その開口部が透明板１３０で塞がれることにより、中空部１１２となる。中空パッケージ用容器１１０は、支持部材１１３と、その外周部に配置された樹脂枠１１４と、金属配線１１５とを有する。中空パッケージ用容器１１０の具体的な構成については、別途詳細に説明する。
【００１５】
半導体素子１２０は、例えばＣ−ＭＯＳやＣＣＤなどの固体撮像素子でありうる。半導体素子１２０は、中空パッケージ用容器１１０の凹部１１１（半導体素子パッケージ１００の中空部１１２）内に収容されており、金属配線１１５の内部端子１１５ａと電気的に接続されている（不図示）。
【００１６】
透明板１３０は、半導体素子１２０が検出する光を透過可能な板であればよく、特に限定されないが、例えば透明ガラス板または透明樹脂板である。透明板１３０は、例えば接着剤層を介して中空パッケージ用容器１１０に固定されうる。それにより、外部から入射する光を、透明板１３０を通して半導体素子１２０に到達させることができる。
【００１７】
（中空パッケージ用容器の構成）
図３ＡおよびＢは、本実施の形態に係る中空パッケージ用容器１１０の構成の一例を示す図である。図３Ａは、中空パッケージ用容器１１０の斜視図であり、図３Ｂは、通気部１１６近傍の部分拡大斜視図である。
【００１８】
図３Ａに示されるように、中空パッケージ用容器１１０は、支持部材１１３と、樹脂枠１１４と、金属配線１１５とを有する。
【００１９】
支持部材１１３は、半導体素子１２０を支持するための部材であり、中空パッケージ用容器１１０の底面部を構成するものである。支持部材１１３は、例えば半導体素子１２０を支持可能な部材であればよく、特に限定されないが、例えば放熱板やベースプレート（位置決め穴を有する金属板など）、セラミック板、またはプリント基板（樹脂基材などの絶縁基材と、それにパターン状に配置された導線とを含む基板、具体的には、ガラスエポキシ基板やポリイミド基板、セラミック基板など）でありうる。支持部材１１３は、一種類だけで構成されてもよいし、二種類以上（例えば、プリント基板と放熱板など）を組み合わせて構成されてもよい。本実施の形態では、支持部材１１３は放熱板である。
【００２０】
放熱板やベースプレートは、通常、金属板である。金属板を構成する材料の例には、銅、鉄、アルミニウム、これらの合金または４２アロイなどが含まれ、放熱性が高いことから、４２アロイまたは銅合金が好ましい。
【００２１】
支持部材１１３の厚みは、特に制限されないが、放熱板として、熱容量を高めて中空パッケージの放熱性を高める観点では、０．３ｍｍ〜２ｍｍであることが好ましく、０．４ｍｍ〜１．２ｍｍであることがより好ましい。
【００２２】
樹脂枠１１４は、支持部材１１３の外周部に配置され、支持部材１１３とともに半導体素子１２０を収容するための凹部１１１を構成する樹脂成形体である。樹脂枠１１４を平面視したときの形状は、特に制限されないが、通常は、略矩形状である。略矩形状には、角がとれて丸みを帯びた矩形状も含まれる。樹脂枠１１４を構成する樹脂材料は、トランスファー成形などによる成形が可能である観点などから、熱硬化性樹脂であることが好ましい。熱硬化性樹脂の例には、エポキシ樹脂、ポリイミド、フェノール樹脂および不飽和ポリエステル樹脂などが含まれる。
【００２３】
樹脂枠１１４は、凹部１１１と樹脂枠１１４の外側とを連通する通気部１１６を有する。通気部１１６は、貫通孔であってもよいし、溝であってもよいし、粗面部であってもよい。本実施の形態では、通気部１１６は、樹脂枠１１４の透明板１３０が載置される面（天面）に配置された溝である。
【００２４】
通気部１１６の形状は、直線状であってもよいし、曲線状であってもよいし、クランク状であってもよい。本実施の形態では、通気部１１６の形状は、直線状である。
【００２５】
通気部１１６の深さは、外気中の水分が中空部１１２内に浸入するのを抑制しつつ、高温下において、中空部１１２内の圧力が上昇しすぎないように空気を抜くことができるような深さであることが好ましい。
【００２６】
通気部１１６の数は、１つであってもよいし、複数あってもよい。本実施の形態では、通気部１１６の数は３つである。
【００２７】
通気部１１６は、任意の位置に配置されうる。本実施の形態では、通気部１１６は、樹脂枠１１４の内側において、角部に開口するように配置されている。樹脂枠１１４の角部とは、樹脂枠１１４を平面視したときに、樹脂枠１１４の内側において、角から一辺の長さの２５％までの範囲をいう。それにより、仮に、通気部１１６から外部の水分や想定外の塵埃などが中空部１１２内に浸入したとしても、半導体素子１２０上に拡散しにくくし、半導体素子１２０へのダメージを極力少なくすることができる。通気部１１６は、樹脂枠１１４の外側においては、任意の位置に開口していてもよい。
【００２８】
通気部１１６の少なくとも一部に、外気中の水分が中空部１１２へ浸入するのを抑制するための水分トラップ部（不図示）がさらに配置されてもよい。水分トラップ部の例には、ＨＥＰＡフィルターなどのメッシュ部が含まれる。
【００２９】
金属配線１１５は、搭載される半導体素子１２０の接続端子と電気的に接続可能な内部端子１１５ａと、内部端子１１５ａと電気的に接続された外部端子１１５ｂとを有する（図２Ｂおよび３Ａ参照）。内部端子１１５ａの一部は、凹部１１１内に露出しており、外部端子１１５ｂの一部は、中空パッケージ用容器１１０の外側に露出している。中空パッケージ用容器１１０の外側に露出しているとは、具体的には樹脂枠１１４の側面または底面あるいは支持部材１１３の底面（裏面）において露出していることをいう。
【００３０】
本実施の形態では、金属配線１１５は、半導体素子１２０の搭載面（中空部１１２の底面）の周囲を囲むように配置された複数本のリードでありうる。つまり、本実施の形態では、内部端子１１５ａはインナーリードとも称され、外部端子１１５ｂはアウターリードとも称される。
【００３１】
金属配線１１５を構成する材料は、導電性を有する材料であればよく、特に限定されないが、その例には、銅、鉄、アルミニウム、これらの合金または４２アロイなどが含まれ、４２アロイまたは銅合金が好ましい。また、金属配線１１５の厚さは、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍであることが好ましく、０．１５ｍｍ〜０．２５ｍｍであることがより好ましい。
【００３２】
（中空パッケージ用容器および半導体素子パッケージの製造方法）
中空パッケージ用容器１１０は、インサート成形により製造することができる。インサート成形は、トランスファー成形または射出成形などでありうる。具体的には、中空パッケージ用容器１１０は、金属配線１１５と支持部材１１３（例えば、金属製アイランドと金属製リードとが外枠で連結されて一体化された金属製フレームなど）を成型金型に挿入する工程と、少なくとも金属配線１１５などが挿入された成型金型に熱硬化性樹脂を充填し、硬化させる工程とを経て製造されうる。そして、得られた成形物を成型金型から取り出し、不要部分（例えば金属製アイランドとリードとを連結する外枠など）を除去して、中空パッケージ用容器１１０を得ることができる。
【００３３】
半導体素子パッケージ１００は、以下の手順で製造されうる。中空パッケージ用容器１１０の凹部１１１内に半導体素子１２０を配置し、半導体素子１２０の接続端子と中空パッケージ用容器１１０の内部端子１１５ａとを電気的に接続する。電気的な接続は、例えばワイヤーボンディングやフリップチップで行うことができる。そして、半導体素子１２０が収容された凹部１１１の開口部を透明板１３０で塞いで固定し、半導体素子パッケージ１００を得ることができる。
【００３４】
透明板１３０の固定方法は、特に制限されないが、例えば接着剤を用いて行うことができる。図４は、半導体素子パッケージの製造工程の一部を示す図である。図４に示されるように、例えば、中空パッケージ用容器１１０の樹脂枠１１４の透明板１３０が載置される面に接着剤層１４０を形成した後、透明板１３０を載置して固定することができる。ただし、通気部１１６が接着剤層１４０で塞がれないようにする観点から、例えば樹脂枠１１４の透明板１３０が載置される面のうち、通気部１１６が配置された領域には接着剤層を形成しない（非形成部１４０Ａとする）ことが好ましい。
【００３５】
（効果）
本実施の形態に係る半導体素子パッケージ１００の効果について、従来の半導体素子パッケージ１０と対比しながら説明する。
【００３６】
前述の通り、図１に示されるような従来の半導体素子パッケージ１０は、中空部２０と半導体素子パッケージ１０の外側とを連通する通気部を有しない。そのため、例えばプリント配線板へ実装する時の、リフローはんだ工程などの高温下に曝されると、中空部２０内の空気が膨張し、中空部２０内の圧力が上昇しやすい。その結果、中空部２０の内外で圧力差が大きくなり、半導体素子パッケージ１０にクラックが生じやすい。
【００３７】
これに対して、本実施の形態に係る半導体素子パッケージ１００は、中空部１１２と半導体素子パッケージ１００の外側とを連通する通気部１１６を有する。それにより、本実施の形態に係る半導体素子パッケージ１００は、例えばリフローはんだ工程などの高温下においても、中空部１１２内で膨張した空気を、中空パッケージ用容器１１０の外部に抜くことができる。その結果、中空部１１２の内部の圧力が過剰に上昇するのを抑制できるので、中空部１１２の内外の圧力差を少なくすることができ、半導体素子パッケージ１００にクラックが生じるのを抑制することができる。
【００３８】
（変形例）
なお、本実施の形態では、通気部１１６が、樹脂枠１１４の天面に配置された直線状の溝である例を示したが、これに限定されず、クランク状の溝や曲線状（Ｓ字型）の溝などであってもよい。
【００３９】
図５ＡおよびＢは、変形例に係る中空パッケージ用容器２１０の構成を示す図である。図５Ａは、中空パッケージ用容器２１０の斜視図であり、図５Ｂは、通気部２１６付近の部分拡大斜視図である。図５ＡおよびＢに示されるように、通気部２１６は、クランク状の溝であってもよい。このようなクランク状の溝は、直線状の溝よりも、外気中の水分などを中空部１１２内に浸入させにくくすることができる。
【００４０】
また、本実施の形態では、通気部１１６が、樹脂枠１１４の４つの角部のうち１つの角部のみに配置される例を示したが、これに限定されず、複数の角部にそれぞれ配置されてもよい。
【００４１】
また、本実施の形態では、通気部１１６が、樹脂枠１１４の天面に配置された溝である例を示したが、これに限定されず、樹脂枠１１４の天面に配置された粗面部（凸凹面）であってもよいし、樹脂枠１１４に配置された貫通孔であってもよい。
【００４２】
図６ＡおよびＢは、変形例に係る中空パッケージ用容器３１０の構成を示す図である。図６Ａは、中空パッケージ用容器３１０の斜視図であり、図６Ｂは、通気部３１６付近の部分拡大斜視図である。図７は、図６Ａの通気部３１６付近のＡ−Ａ線の部分拡大断面図である。図６Ａ、Ｂおよび７に示されるように、通気部３１６は、樹脂枠１１４の天面に配置された、例えばレーザー光などで粗面加工された粗面部であってもよい。粗面部の表面粗さは、通気性を確保しつつ、想定しうる使用環境の塵埃レベルにおいて、塵埃をトラップできる程度の大きさであることが好ましい。このような粗面部は、溝よりも外気中の水分などを中空部１１２内に浸入しにくくすることができる。
【００４３】
また、本実施の形態では、通気部１１６が、中空パッケージ用容器１１０の樹脂枠１１４に配置される例を示したが、これに限定されず、中空パッケージ用容器１１０の樹脂枠１１４と透明板１３０との間の接着剤層に配置されてもよい。つまり、通気部は、中空パッケージ用容器と透明板との間に配置された通気部、具体的には、少なくとも内壁面が接着剤層で構成された通気部であってもよい。それにより、中空パッケージ用容器１１０自体に通気部を配置する必要をなくすこともできる。
【００４４】
また、本実施の形態では、支持部材１１３と樹脂枠１１４とが別体に成形される例を示したが、これに限定されず、支持部材１１３の種類に応じて、一体に成形されてもよい。
【００４５】
また、本実施の形態では、樹脂枠１１４が、支持部材１１３の外周部に配置される例を示したが、これに限定されず、樹脂枠１１４は、支持部材１１３の種類に応じて、支持部材１１３の表面のみに配置されてもよいし、表面と外周部の両方に配置されてもよい。
【００４６】
図８Ａ〜Ｅは、変形例に係る中空パッケージ用容器４１０〜８１０を用いた半導体素子パッケージの断面図である。
【００４７】
図８Ａに示されるように、支持部材１１３と樹脂枠１１４とは一体的に成形されてもよい。支持部材１１３は、樹脂部材である。
【００４８】
図８Ｂに示されるように、支持部材１１３と樹脂枠１１４とは一体的に成形されてもよい。支持部材１１３は、埋設された金属アイランド１１３Ａをさらに有してもよい。金属アイランド１１３Ａの材料の例には、金属リードの材料と同様のものが含まれる。
【００４９】
図８Ｃ〜Ｅに示されるように、支持部材２１３は、プリント基板であってもよい。その場合、金属配線１１５の内部端子１１５ａは、プリント基板の表面に配置されており、内部電極とも称される。金属配線１１５の外部端子１１５ｂは、プリント基板の裏面に配置されており、外部電極または裏面電極とも称される。内部端子１１５ａと外部端子１１５ｂの間は、プリント基板に設けられたスルーホールや導線（不図示）により導通されうる。また、樹脂枠１１４は、支持部材２１３の表面（図８Ｃ、Ｅ参照）に配置されてもよいし、表面と外周部の両方（図８Ｄ参照）に配置されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の中空パッケージ用容器および半導体素子パッケージは、例えば固体撮像装置に用いることができる。
【符号の説明】
【００５１】
１００  半導体素子パッケージ
１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０  中空パッケージ用容器
１１１  凹部
１１２  中空部
１１３、２１３  支持部材
１１３Ａ  金属アイランド
１１４  樹脂枠
１１５  金属配線
１１５ａ  内部端子
１１５ｂ  外部端子
１１６、２１６、３１６  通気部
１２０  半導体素子
１３０  透明板
１４０  接着剤層
１４０Ａ  非形成部
【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】
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【図６】
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【図７】
2019050267.tif 000009
【図８】
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