(57)【要約】      （修正有）【課題】小型化、薄型化した場合であっても、十分な放熱性を確保することのできる半導体素子収納用樹脂製中空パッケージとその製造方法を提供すること。【解決手段】個体撮像素子等の半導体素子５を収納するための樹脂製中空パッケージ及びその製造方法、並びに樹脂製中空パッケージを用いた半導体装置に関して、リード３を有する第１のフレームと金属板４を有する第２のフレームとを樹脂成形金型内の所定の位置にセットした後、射出成形又はトランスファー成形により、リード３及び金属板４をパッケージ本体１にインサートする。【選択図】図１
2008034680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を収納するための中空部を有する樹脂製のパッケージ本体に、前記中空部の底面に装着される半導体素子と外部との電気的導通を実現するリード及び金属板がインサートされている半導体素子収納用樹脂製中空パッケージにおいて、
前記金属板は、前記リードとは別のフレーム部材から構成され、前記中空部の底面の下側にインサートされている半導体素子収納用樹脂製中空パッケージ。
【請求項２】
前記金属板の大きさが、前記中空部の底面の大きさよりも大きい請求項１に記載の半導体素子収納用樹脂製中空パッケージ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の半導体素子収納用樹脂製中空パッケージの前記中空部の底面に半導体素子が装着され、前記中空部が蓋体により封止されてなる半導体装置。
【請求項４】
半導体素子を収納するための中空部を有する樹脂製のパッケージ本体に、前記中空部の底面に装着される半導体素子と外部との電気的導通を実現するリード及び金属板がインサートされている半導体素子収納用樹脂製中空パッケージを製造する方法であって、
前記リードを有する第１のフレームと前記金属板を有する第２のフレームとを樹脂成形金型内の所定の位置にセットした後、射出成形又はトランスファー成形により、前記リード及び前記金属板をパッケージ本体にインサートする工程を含む半導体素子収納用樹脂製中空パッケージの製造方法。
【請求項５】
半導体素子を収容するための中空部を有する樹脂製のパッケージ本体に、前記中空部の底面に装着される半導体素子と外部との電気的導通を実現するリード及び金属板がインサートされている半導体素子収納用樹脂製中空パッケージを製造する方法であって、
前記リードを有する第１のフレームに前記金属板を接続して一体化し、この第１のフレームを樹脂成形金型内の所定の位置にセットした後、射出成形又はトランスファー成形により、前記リード及び前記金属板をパッケージ本体にインサートする工程を含む半導体素子収納用樹脂製中空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、固体撮像素子等の半導体素子を収納するための樹脂製中空パッケージ及びその製造方法、並びに樹脂製中空パッケージを用いた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の機能特性は、外気の温度や湿度の変化、あるいは微小なダストに大きく影響され、また機械的振動や衝撃を受けることにより劣化しやすいことが知られている。これらの外的要因から半導体素子を保護するために、樹脂で封止したパッケージなどが使用されている。
【０００３】
固体撮像素子等の半導体素子は、パッケージ外部と光の通路が必要であり、光の通路を必要としない一般的なＬＳＩ素子のように、樹脂で包囲することができない。したがって、これらの半導体素子は、一般的に一方が開放された中空タイプのパッケージに実装され、その中空部をガラスなどの透明な蓋体で気密封止することにより、パッケージングされている。
【０００４】
この中空タイプのパッケージとして、従来は、セラミックス製中空パッケージが広く使用されていた。このセラミックス製中空パッケージによれば、パッケージ材質であるセラミックスの熱伝導率が高いため、半導体素子の動作時の発熱はほとんどパッケージ裏面から大気中に放熱できる。しかし、セラミックス製中空パッケージには、材料コスト、製造コストが高い、と言った欠点があり、半導体装置の製造コスト低減を阻む要因の一つになっている。そのため、セラミックス製中空パッケージから、材料コスト、製造コストがより安い樹脂製中空パッケージへの置き換えが検討されている。
【０００５】
この樹脂製中空パッケージにおいて、固体撮像素子等の半導体素子は、パッケージ本体に設けた中空部の底面に接着剤などにより固着され、その後、中空部内に露出したインナーリードと半導体素子電極間を金線等にて電気的に接続し、さらに、パッケージ本体上面部に接着剤を介し光透過性の透明ガラスなどの蓋体を設置することによって中空部を気密封止して使用される。しかし、樹脂製中空パッケージは熱伝導率が低いため、半導体素子の作動に伴う発熱を効果的にパッケージ外部へ放出できないという問題がある。
【０００６】
そこで、従来、樹脂製中空パッケージの放熱性を改良する技術が種々検討されている。
【０００７】
例えば、特許文献１には、半導体チップボンディング部に、０．０１ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ．℃以上の熱伝導率を有するアルミニウム、銅、鉄、その酸化物又はこれらの合金からなる群より選択された素材からなるタブをインサート成形し、このタブの上面のみを中空部に対して露出させることで放熱性を改良する技術が開示されている。
【０００８】
また、特許文献２には、パッケージ本体の底部の樹脂内部に、０．５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ℃以上の熱伝導率を有するアルミニウム、銅、鉄の金属及びそれらの合金からなる群より選ばれた蒸気不透過性の板状体からなる放熱兼耐湿板の層をインサート成形することで放熱性を改良する技術が開示されている。
【０００９】
さらに、特許文献３には、リードフレームの板材を圧延してインナーリード部とダイスパット部の厚さを異ならせる、すなわちダイスパット部を厚肉とすることにより放熱性を向上させる技術が開示されている。
【特許文献１】特開平４−１６２４６２号公報
【特許文献２】特開平４−７９２５６号公報
【特許文献３】特開２００１−１４８４５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記従来の技術は、いずれも、半導体素子を装着する中空部の底面の下側に、タブ、放熱兼耐湿板、ダイスパット部といった熱伝導率の高い金属板をインサートすることによって放熱性を改良するものである。そして、この金属板はリードを有するフレームと同じフレームに一体的に設けられており、このフレームを樹脂成形金型内の所定の位置にセットした後、射出成形又はトランスファー成形により、リード及び金属板がインサートされている。すなわち、従来の技術では、リードと金属板を有する１枚のフレームをインサート成形することによってリード及び金属板をインサートする。
【００１１】
しかし、このような従来の技術では、リードと金属板が１枚のフレームに形成されているため、設計上、金属板はリードの内側に形成しなければならず、金属板の面積が制限されてしまう。したがって、必要な放熱性を確保できない場合がある。特に、近年では、半導体素子の高集積化が進み半導体素子からの発熱量が増加し、さらには、半導体素子を収納するパッケージ自体も、小型化、薄型化が進んでいるため、従来の技術で得られる金属板の面積では、パッケージ外部に効率良く放熱できなくなっている。
【００１２】
また、上述の従来の技術では、金属板がリードを有するフレームと同一フレームの加工により形成されるため、金属板の厚さがリードと同厚になる。一般にリードの厚みは０．１０〜０．３０ｍｍ程度が多用されるため、例えばパッケージ中空部下方の樹脂の厚さが０．２０ｍｍの薄型パッケージの場合、０．１０ｍｍの金属板をインサートすると、樹脂の厚さは０．１０ｍｍといった極めて薄い状態になり、成形時に樹脂の充填不良が多発したり、強度が低下したりするなどの問題が発生するため、薄型のパッケージとしては実用的でない。
【００１３】
一方、リードの肉厚を薄くして０．１０ｍｍ未満の薄い金属板を形成しようとすると、その強度の低下に起因して、インサート成形時の樹脂注入圧や金型クランプ圧に耐えることができず、フレームに変形を生じるといった不具合が発生する。
【００１４】
なお、特許文献３には上記のとおり、リード（インナーリード部）と金属板（ダイスパット部）との厚さを圧延加工により異ならせる技術が開示されているが、圧延加工にすることにより、フレーム材料自体のコストアップに繋がり、廉価な樹脂製中空パッケージでは、フレーム材料のコストが高騰するなどの問題点がある。
【００１５】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、小型化、薄型化した場合であっても、十分な放熱性を確保することのできる半導体素子収納用樹脂製中空パッケージとその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の半導体素子収納用樹脂製中空パッケージは、半導体素子を収納するための中空部を有する樹脂製のパッケージ本体に、前記中空部の底面に装着される半導体素子と外部との電気的導通を実現するリード及び金属板がインサートされている半導体素子収納用樹脂製中空パッケージにおいて、前記金属板は、前記リードとは別のフレーム部材から構成され、前記中空部の底面の下側にインサートされていることを特徴とするものである。
【００１７】
すなわち、本発明では、半導体素子から発せられた熱を、金属板を介してパッケージ本体底面部の樹脂層に伝達し、その熱をパッケージ本体外部、さらには大気中に放熱することで、半導体素子の誤動作などの不具合を防止するようにしている。そして、本発明では、金属板をリードとは別のフレーム部材から構成することで、金属板の大きさ、形状、厚さ、材質等をリードとは無関係に自由に決定することができ、パッケージ本体を小型化、薄型化した場合であっても、十分な放熱性を確保することができる。例えば、金属板の大きさを中空部底面の大きさよりも大きくすることも容易であり、これによって、半導体素子からの熱を従来の技術に比べ効率良く大気中に放熱できるようになる。金属板の大きさは中空部の開口部の大きさ以上とすることがより好ましい。また、金属板の材質として、リードの材質とは無関係に熱伝導率の高い材質を選択することもできる。さらに、金属板の厚さをリードの厚さとは無関係に薄くすることもでき、パッケージ本体を小型化、薄型化したとしても、樹脂成形時に樹脂の流動性が妨げられることなく、小型化、薄型化したパッケージを容易に提供でき、同時に、放熱性も向上させることができる。
【００１８】
このような本発明の半導体素子収納用樹脂製中空パッケージは、リードを有する第１のフレームと金属板を有する第２のフレームとを樹脂成形金型内の所定の位置にセットした後、射出成形又はトランスファー成形により、前記リード及び前記金属板をパッケージ本体にインサートする工程を含む製造方法によって得ることができる。あるいは、リードを有する第１のフレームに前記金属板を接続して一体化し、この第１のフレームを樹脂成形金型内の所定の位置にセットした後、射出成形又はトランスファー成形により、前記リード及び前記金属板をパッケージ本体にインサートする工程を含む製造方法によって得ることができる。
【００１９】
そして、このようにして得られた半導体素子収納用樹脂製中空パッケージの中空部の底面に半導体素子を装着し、中空部を蓋体で封止することにより半導体装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、熱伝導率が高く、熱抵抗率が低く、さらには、小型、薄型の中空パッケージ構造でも充填性に問題なく、放熱性を向上させた樹脂製中空パッケージを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００２２】
図１は、本発明の半導体素子収納用樹脂製中空パッケージ（以下、単に「中空パッケージ」という。）の一例を示す断面図である。
【００２３】
パッケージ本体１は樹脂からなり、半導体素子を装着するための中空部２を有する。そして、このパッケージ本体１に、中空部２の底面２ａに装着される半導体素子と外部との電気的導通を実現するリード３及び金属板４がインサートされている。金属板４は、リード３とは別のフレーム部材から構成され、中空部２の底面２ａの下側にインサートされている。
【００２４】
図１の例では、金属板４の厚みをリード３の厚みより厚くし、その大きさは中空部２の底面２及び開口部の大きさよりも大きくしている。また、金属板４は、その上面が中空部２に露出するように配置されている。これによって、半導体素子からの熱を効率よく中空パッケージの外部に放熱できるようになっている。すなわち、半導体素子からの熱は、金属板４を介してパッケージ本体１の底面１ａの樹脂部に伝わり、中空パッケージの外部に放熱される。
【００２５】
図２及び図３は、本発明の中空パッケージの他の例を示す断面図である。図１の例では、金属板４を、その上面が中空部２に露出するように配置したが、図２の例では、金属板４を中空部２の底面２ａの樹脂内部に埋入している。また、図３の例では、金属板４を、その下面がパッケージ本体１の底面１ａに露出するように配置している。
【００２６】
このように、金属板４のインサート位置は、中空部２の底面２ａの下側であれば、パッケージ本体１の形状等に合わせて任意に決定することができる。また、金属板４は、リード３とは別のフレーム部材から構成されるので、その大きさ、形状、厚さ、材質等もリード３とは無関係に自由に決定することができる。
【００２７】
図４は、本発明の中空パッケージのさらに他の例を示す断面図である。図４に示す中空パッケージは、パッケージ本体１を薄型化した面実装タイプのものである。
【００２８】
図４の中空パッケージにおいては、中空部２下方の樹脂部分が薄いため、金属板４としては、リード３より薄いものを選択している。
【００２９】
ここで、従来の技術では、上述のとおり金属板がリードを有するフレームと同一フレームの加工により形成されるため、金属板の厚さがリードと同厚になる。したがって、図４のような薄型の中空パッケージにおいては、中空部２下方の薄肉部に金属板を入れることが難しく、金属板を入れたとしても薄肉部に金属板が介在しているため、樹脂の流動の妨げになり、充填不良を引き起こすなどの問題が生じる。また逆に、フレームを薄くし薄肉部に金属板を入れたとしても、中空部を有する中空パッケージにおいては中空部に露出するリード（インナーリード）表面に樹脂被りが発生してしまうため、後の工程でリード（インナーリード）表面の樹脂被りを高圧水などにより除去するなどの手法が用いられていることから、フレーム自体を薄くするとフレーム変形などを引き起こすおそれがある。
【００３０】
これに対して、本発明では、上述のとおり金属板４の厚みをリード３とは無関係に自由に選択することが可能であるので、樹脂の充填性に問題を起こすことなく充填可能になり、さらには、放熱効果の高い薄型の中空パッケージを提供できる。
【００３１】
図５は本発明の中空パッケージを用いた半導体装置を示す断面図である。中空パッケージとしては図２のタイプのものを用いている。この中空パッケージの中空部２の底面２ａに半導体素子５を接着剤などにより固着し、リード３と半導体素子５を電気的接合材６により電気的に接続し、中空部２をガラスなどの蓋体７で気密封止することにより、半導体装置が得られる。
【００３２】
次に、本発明の中空パッケージの製造方法を説明する。
【００３３】
その製造方法の一例においては、図６に示すようなリード３を有する第１のフレームＡと図７に示すような金属板４を有する第２のフレームＢを使用する。図７において、金属板４は、吊りピン８を介して第２のフレームＢと連結されており、ディプレス加工により所定の位置まで押し下げられている。
【００３４】
金属板４は、これを従来のようにリード３を有する第１のフレームＡに形成する場合、リード３の内側に位置するため、その大きさには制限があるが、本発明では、第１のフレームＡと第２のフレームＢとを別々に使用することで、第１のフレームＡのリード３内側部分より大きくすることが可能である。また、金属板４は、中空パッケージの仕様に合わせて大きさや厚さを自由に選択することが可能であり、薄型の中空パッケージの場合には、薄いフレーム材料を選択することが可能である。ただし、中空パッケージからの放熱をより効率よくするためには、第２のフレームＢ（金属板４）の厚さは、中空パッケージの厚さに対し樹脂が充填可能な厚さまで厚くした方が、放熱性をより向上させることができる。
【００３５】
第１のフレームＡ（リード３）及び第２のフレームＢ（金属板４）の材質は、例えば、銅、鉄、ステンレス、ニッケル、アルミニウム及びこれらの金属を含む合金からなる群から選択し、必要に応じて、金、銀、ニッケル、半田等のめっきを施してもよい。また、第２のフレームＢの材質としては、放熱性を考慮し、熱伝導率の高い材質を選択することができる。この際、第１のフレームＡ（リード３）と異なる材質を選定することが可能である。
【００３６】
図８は、本発明の中空パッケージの製造方法で使用するフレームの他の例を示す。図８のフレームは、図６に示す第１のフレームＡに金属板４を吊りピン８を介して溶接により接続して一体化したものである。このフレームにおいても、金属板４の大きさ、形状、厚さ、材質等は第１のフレームＡ（リード３）とは無関係に自由に決定することができ、図８に示すように、金属板４の大きさを第１のフレームＡのリード３内側部分より大きくすることが可能である。
【００３７】
これらのフレームを使用して本発明の中空パッケージを成形するにあたっては、図６及び図７に示す第１及び第２のフレームを使用する場合は、第２のフレームＢが下側、第１のフレームＡが上側になるように、樹脂成形金型内の所定の位置に第１のフレームＡと第２のフレームＢをセットし、その後、射出成形あるいはトランスファー成形により第１のフレームＡのリード３と第２のフレームＢの金属板４をパッケージ本体にインサート成形する。図８に示すフレームを使用する場合は、このフレームを樹脂成形金型内の所定の位置にセットし、同様に射出成形あるいはトランスファー成形によりリード３と金属板４をパッケージ本体にインサート成形する。そして、いずれの場合も、成形後、吊りピン８をカットし除去することにより、本発明の中空パッケージが得られる。
【００３８】
インサート成形する条件は、使用する樹脂の種類等により異なる。一般的には、成形温度：１５０〜２００℃、成形圧力：１〜５０ＭＰａ、成形時間：１〜４０秒の条件、好ましくは成形温度：１６５〜１８５℃、成形圧力：５〜３０ＭＰａ、成形時間：３〜２０秒の条件で行う。前記の成形法により成形後、必要に応じ熱を加えて樹脂を硬化させてもよい。
【実施例】
【００３９】
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明の範囲は以下の実施例によって限定されるものではない。
【００４０】
実施例として、以下に示す第１及び第２のフレームを使用して、以下に示すタイプのパッケージを作製した。また、比較例として、以下に示す第１のフレームに金属板を加工により形成した従来のフレームを用いて、以下に示すタイプのパッケージを作製した。表１には、実施例と比較例の中空パッケージの仕様を示す。
【００４１】
（Ａ）第１のフレーム
１−１：厚さ：０．１０ｍｍ    材質：Ｎｉ合金
１−２：厚さ：０．２５ｍｍ    材質：Ｎｉ合金
１−３：厚さ：０．２０ｍｍ    材質：Ｎｉ合金
（Ｂ）第２のフレーム
２−１：厚さ：０．４ｍｍ      材質：Ｎｉ合金
２−２：厚さ：０．４ｍｍ      材質：Ｃｕ合金
２−３：厚さ：０．１ｍｍ      材質：Ｎｉ合金
２−４：厚さ：０．１ｍｍ      材質：Ｃｕ合金
（Ｃ）パッケージタイプ
パッケージ（１）：１０×１０ｍｍ  ｔ＝２．０ｍｍ  薄肉部厚さ：０．７７５ｍｍ
パッケージ（２）：１０×１０ｍｍ  ｔ＝１．０ｍｍ  薄肉部厚さ：０．３ｍｍ
【表１】
2008034680.tif 000003
【００４２】
表１に示す実施例及び比較例の仕様に基づき、それぞれのフレームを樹脂成形金型の所定の位置にセットし、トランスファー成形により一体成形した後、得られた中空パッケージの吊りピンをカットしフレームと切り離すことにより、リード及び金属板がインサートされた中空パッケージを得た。
【００４３】
それぞれ得られた実施例及び比較例の中空パッケージについて、熱伝導率、熱抵抗率及び充填性を評価した。
【００４４】
その結果を表２に示す。
【表２】
2008034680.tif 000004
【００４５】
ここで、熱伝導率は、レーザーフラッシュ法物性測定装置（京都電子工業製）を用いて測定した。熱抵抗率Ｒは、Ｒ＝ｄ／λの式（ｄ：厚み、λ：熱伝導率）により求めた。また、充填性は、実体顕微鏡にて、樹脂の充填性の確認を行って評価した。
【００４６】
表２に示すように、本発明の実施例では、従来技術による比較例に比べ、熱伝導率、熱抵抗率、充填性ともに良好な結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の中空パッケージの一例を示す断面図である。
【図２】本発明の中空パッケージの他の例を示す断面図である。
【図３】本発明の中空パッケージの他の例を示す断面図である。
【図４】本発明の中空パッケージのさらに他の例を示す断面図である。
【図５】本発明の中空パッケージを用いた半導体装置を示す断面図である。
【図６】本発明の中空パッケージの製造方法で使用する第１のフレームを示す。
【図７】本発明の中空パッケージの製造方法で使用する第２のフレームを示す。
【図８】本発明の中空パッケージの製造方法で使用するフレームの他の例を示す。
【符号の説明】
【００４８】
１  パッケージ本体
１ａ  パッケージ本体の底面
２  中空部
２ａ  中空部の底面
３  リード
４  金属板
５  半導体素子
６  電気的接合材
７  蓋体
８  吊りピン
Ａ  第１のフレーム
Ｂ  第２のフレーム
【図１】
2008034680.tif 000005
【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】
2008034680.tif 000011
【図８】
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