(57)【要約】【課題】フレーク状ハンダやボール状ハンダによるショートを防止できる半導体パッケージの実装構造の提供。【解決手段】半導体チップ用放熱部材１５を有する半導体パッケージ１が、リフロー工程によりプリント基板２にハンダ付けされる実装構造において、放熱用金属パターン４の面積を放熱部材１５の面積よりも大きく設定し、金属パターン４上の放熱部材１５の接続部を除く領域を、放熱部材接続部の周囲に接する内側領域と、その外周に接する外側領域とに分割する。そして、放熱部材接続部に接する内側領域にソルダーレジスト１２を形成して、隙間寸法の小さい隙間８を形成する。また、外側領域は金属パターン４の金属部が露出されたトラップ部材４ａとし、トラップ部材４ａと半導体パッケージ１との間に隙間寸法のより大きな隙間９を形成する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体パッケージのリード端子を基板上のランドに、半導体パッケージのチップ放熱部材を基板上の放熱又は電極用金属パターン上にそれぞれリフロー法によりハンダ接続する半導体パッケージの実装構造において、
前記チップ放熱部材を前記金属パターン上にハンダ接続する際に生じるハンダフレークが前記金属パターンから前記リード端子方向に移動するのを阻止する、トラップ部材を設けたことを特徴とする半導体パッケージの実装構造。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体パッケージの実装構造おいて、
前記トラップ部材を基板実装面および／または前記半導体パッケージの基板側の面に設けたことを特徴とする半導体パッケージの実装構造。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体パッケージの実装構造おいて、
前記半導体チップ用放熱部材と前記金属パターンとの接続部の周囲に接して設けられた、前記半導体パッケージと前記基板との間の第１の隙間領域と、
前記半導体パッケージと前記基板との間に前記第１の隙間領域の外周に接して設けられた、前記第１の隙間領域の隙間寸法よりも大きな隙間寸法を有する第２の隙間領域とを備えたことを特徴とする半導体パッケージの実装構造。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体パッケージの実装構造おいて、
前記トラップ部材よりも前記リード端子側において基板実装面および前記半導体パッケージの基板側の面の少なくとも一方に溝を設けることにより、前記第２の隙間領域を形成したことを特徴とする半導体パッケージの実装構造。
【請求項５】
請求項３または４に記載の半導体パッケージの実装構造おいて、
前記第２の隙間領域によって挟まれた前記第１の隙間領域を、前記半導体チップ用放熱部材と前記金属パターンとの接続部の周囲に設けられた前記第１の隙間領域から、前記半導体パッケージのリード端子が設けられていないパッケージ頂点方向へと形成したことを特徴とする半導体パッケージの実装構造。
【請求項６】
請求項１に記載の半導体パッケージの実装構造おいて、
前記金属パターンの面積を前記半導体チップ用放熱部材の面積よりも大きく設定し、
前記金属パターン上の前記半導体チップ用放熱部材接続部を除く領域の少なくとも一部を露出させて前記トラップ部材としたことを特徴とする半導体パッケージの実装構造。
【請求項７】
請求項１に記載の半導体パッケージの実装構造おいて、
前記金属パターンの面積を前記半導体チップ用放熱部材の面積よりも大きく設定するとともに、前記金属パターン上の前記半導体チップ用放熱部材接続部を除く領域を、前記半導体チップ用放熱部材接続部の周囲に接する第１のパターン領域と、前記第１のパターン領域の外周に接する第２のパターン領域とに分割し、
前記半導体パッケージとの間に隙間ができるように所定厚さのソルダーレジスト層を前記第１のパターン領域上に形成し、
前記第２のパターン領域の金属パターンを露出させて前記トラップ部材としたことを特徴とする半導体パッケージの実装構造。
【請求項８】
半導体パッケージのリード端子を基板上のランドに、半導体パッケージのチップ放熱部材を基板上の放熱又は電極用金属パターン上にそれぞれリフロー法によりハンダ接続する半導体パッケージの実装構造において、
前記半導体パッケージと前記基板との間に形成される隙間であって、前記半導体チップ用放熱部材と前記金属パターンとの接続部の周囲に接する周囲領域、および、その周囲領域から前記半導体パッケージのリード端子が設けられていないパッケージ頂点方向に延在する延在領域を有する第１の隙間領域と、
前記半導体パッケージと前記基板との間に前記第１の隙間領域の外周に接して設けられた、前記第１の隙間領域の隙間寸法よりも大きな隙間寸法を有する第２の隙間領域と、
前記延在領域に設けられ、ハンダフレークの前記パッケージ頂点方向への移動を阻止するトラップ部材とを備えたことを特徴とする半導体パッケージの実装構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板側面に放熱部材を有する半導体パッケージの実装構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フラットパッケージのような半導体リードを有する半導体パッケージをプリント基板上にハンダ付け実装する方法として、予め加熱したハンダを吹き付けたり、ハンダ槽に浸してハンダ付けを行うフローハンダ付けがある。フローハンダ付けでは、ハンダの流れの影響によって導体リード端子間で余分なハンダがブリッジして、電気的ショートを起こすおそれがある。そのため、余分なハンダを引き込むダミーランドを、基板上のハンダ流れの下流位置に設けることにより、上述したような電気的ショートを防止する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところが、電子部品実装の高密度化に伴い、導体リード間ピッチを狭くする方向に進んでいる。特に、ピッチが０．５ｍｍ以下のフラットパッケージを基板上にハンダ付け実装する場合には、一般的に上述したフローハンダ付けではなくリフローハンダ付け工法が用いられる傾向がある。リフローハンダ付けでは、ハンダペーストをプリント基板のランドに印刷し、そのハンダペースト上に導体リードが載るようにフラットパッケージを基板上に搭載してハンダペーストを加熱溶融・冷却することにより、導体リードとランドとをハンダ接続する（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−２５０８４４号公報
【特許文献２】
特開平７−７４２０９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
フラットパッケージでは、モールド材でモールドされたパッケージ本体の基板側の一部に、金属製放熱部材を露出して設けたものがある。なお、パッケージ本体の基板側とは、半導体パッケージを基板に搭載したときに基板に対向する面のことであり、以下では裏面と呼ぶことにする。ハンダ付け工程においてフラットパッケージをプリント基板上に搭載すると、放熱部材はプリント基板上の放熱又は電極用金属パターン（以下、説明簡略のため、単に金属パターンと記載する。）に印刷されたハンダペースト上に載置され、パッケージ裏面のモールド部分と基板との間には非常に狭い隙間ができる。
【０００６】
リフローハンダ付けの加熱工程においては、金属パターン上のハンダペーストに含まれるフラックス成分が溶けだし、毛細管現象によりパッケージ裏面とプリント基板との隙間に拡がる。ところが、余分なハンダや、金属パターンや放熱部材に接触せずに不安定に挙動するハンダが、上述したフラックスの拡がりに取り込まれて、パッケージ裏面とプリント基板との隙間を移動することがある。
【０００７】
その場合、溶けたハンダはフラックスの拡がりとともに移動し、上記隙間にある間はフレーク形状の塊として移動し、ハンダが隙間からその外部に出るとボール状の塊となる。このボール状ハンダは、導体リードとランドとの接続部近傍においてブリッジ等を形成して電気的ショートの原因となる。また、上述したダミーランドを基板上に形成しても、リフローハンダ付け工程におけるフレーク状ハンダやボール状ハンダの移動方向は不規則であるため、それらが必ずしもダミーランド方向に流れるとは限らない。そのため、ダミーランドを形成しても、フレーク状ハンダやボール状ハンダによるショートを防止できない場合が多かった。
【０００８】
本発明は、基板や半導体パッケージに溝を設けたり露出金属部材を設けることにより、フレーク状ハンダやボール状ハンダによるショートを防止できる半導体パッケージの実装構造を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体パッケージのリード端子を基板上のランドに、半導体パッケージのチップ放熱部材を基板上の金属パターン上にそれぞれリフロー法によりハンダ接続する半導体パッケージの実装構造に適用される。そして、チップ放熱部材を金属パターン上にハンダ接続する際に生じるハンダフレークが、フラックスの流れによって金属パターンからリード端子方向に移動するのをトラップ部材で阻止するようにした。
また、半導体チップ用放熱部材と金属パターンとの接続部の周囲に接して設けられた、半導体パッケージと基板との間の第１の隙間領域と、半導体パッケージと基板との間に第１の隙間領域の外周に接して設けられた、第１の隙間領域の隙間寸法よりも大きな隙間寸法を有する第２の隙間領域とを備えるようにしても良い。フラックスは毛細管現象により第１の隙間領域に拡がり、第２の隙間領域によりフラックスの拡大が規制される。
【００１０】
【発明の効果】
請求項１〜８の発明によれば、ハンダ接続の際に生じるハンダフレークがフラックスとともに移動しても、トラップ部材により阻止されてリード端子方向に移動することがない。その結果、リード端子部分にハンダフレーク等が付着するの防止することができ、ハンダフレーク付着に起因する電気的ショートを確実に防止することができる。
また、請求項３〜８の発明によれば、チップ放熱部材を金属パターンに接続するハンダから溶けだしたフラックスは、その周囲に形成された第１の隙間領域に拡がり、その第１の隙間領域の周囲に設けられたより広い第２の隙間領域がフラックスの拡がりを規制する。そのため、フラックスがリード端子側に拡がるのを防止できるとともに、ハンダフレークがフラックスによってリード端子側に移動するのを防止できる。その結果、ハンダ接続不良や電気的ショートなどの品質低下を防止することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。
−第１の実施の形態−
図１，２は本発明による半導体パッケージの実装構造の第１の実施の形態を示す図である。図１はプリント基板２上に実装された半導体パッケージ１を示す平面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。半導体パッケージ１にはリード端子１６が複数設けられており、これらのリード端子１６はハンダ５ｂ（図２参照）によりプリント基板２のランド３に接続される。図１の破断面部分は半導体パッケージ１が搭載されている部分のプリント基板２を示したものであり、ハンダ５ａ，ソルダーレジスト１２およびトラップ部材４ａが示されている。
【００１２】
図２の断面図に示すように、半導体パッケージ１は半導体チップ１８を絶縁性のモールド材１ａでモールドしたものであり、リード端子１６と金属製放熱部材１５がモールド材１ａの外部に露出している。半導体チップ１８は金属製放熱部材１５上に設けられており、放熱部材１５のチップ載置面とは反対側の面が半導体パッケージ１の裏面側に露出している。半導体チップ１８の端子（不図示）とリード端子１６とはボンディングワイヤ１９により接続されている。
【００１３】
一方、プリント基板２側には、ランド３の他に放熱用金属パターン４、電極用金属パターン７が形成されている。なお、この電極用金属パターン７は、例えば対ノイズ性向上のために通常設けられる接地用電極パターンである。図２は、リフロー工法の加熱工程前の状態を示したものであり、放熱用金属パターン４上の一部およびランド３上にはペースト状のハンダ５ａ，５ｂが塗布されている。放熱用金属パターン４の場合には、半導体パッケージ１の放熱部材１５と対向する部分だけに矩形状のハンダ５ａが塗布されている（図１参照）。なお、本実施の形態においては金属パターン４を放熱用金属パターンとしているが、これが電極用金属パターンであっても良い。
【００１４】
図１に示すように、ハンダ５ａの周囲には、ハンダ５ａを囲むようにソルダーレジスト１２が設けられている。実際には、放熱用金属パターン４上に矩形輪状のソルダーレジスト１２が形成され、そのソルダーレジスト１２で囲まれた矩形領域にペースト状のハンダ５ａが塗布される。なお、図２に示すように、電極用金属パターン７上にもソルダーレジスト１２が形成されている。放熱用金属パターン４のソルダーレジスト形成領域の外側の領域４ａは、金属パターン４の金属面が露出しており、以下では、この領域４ａをトラップ部材と呼ぶことにする。
【００１５】
半導体パッケージ１はこれらハンダ５ａ，５ｂ上に載置され、その後の加熱・冷却工程により各ハンダ５ａ，５ｂが溶融・凝固して、リード端子１６とランド３とがハンダ接続されるとともに、放熱部材１５と金属パターン４とがハンダ接続される。半導体パッケージ１をハンダ５ａ，５ｂ上に載置すると、半導体パッケージ１の裏面とプリント基板２との間には隙間８，９が形成される。
【００１６】
本実施の形態では、ハンダ５ａの周囲の金属パターン４上には矩形輪状のソルダーレジスト１２が形成され、その部分の隙間８は間隔が狭くなっている。一方、隙間８の周囲のトラップ部材４ａの部分の隙間９は、ソルダーレジスト１２が形成されていないため、隙間８に比べて間隔が大きくなっている。
【００１７】
図３は、加熱工程において隙間部分を拡がるフラックスを説明する図であり、図２の隙間部分の拡大図である。加熱工程では、ハンダ５ａ，５ｂ中からフラックスが溶け出す。金属パターン４上のハンダ５ａから溶けだしたフラックス１０は、毛細管現象により間隔の狭い隙間８の領域に拡がろうとする。このとき、隙間９のギャップ間隔は隙間８よりも大きいため、フラックス１０は最初に隙間８全体に拡がり、その間は隙間９側に漏れ出ることは無い。
【００１８】
さらに、隙間８が形成される面積、すなわち金属パターン４上におけるソルダーレジスト１２の面積は、ハンダ５ａから溶けだしたフラックス１０の全てを隙間８内に留まらせるのに充分な面積を有するように設定されている。その結果、フラックス１０が隙間８から隙間９側に拡がるのを防止することができ、フラックス１０とともにハンダフレーク６が隙間９側に流れ出して電気的ショートの原因となるのを防止できる。
【００１９】
また、フラックス１０中を浮遊するハンダフレーク６が隙間８から隙間９側に飛び出した場合であっても、ハンダフレーク６は金属パターン４を露出させたトラップ部材４ａに捕捉されるようになっている。トラップ部材４ａは金属部が露出しているため、接触したハンダフレーク６と金属同士の結合が生じ、ハンダフレーク６はその場所に拘束されることになる。そのため、隙間８から飛び出したハンダフレーク６が半導体パッケージ１のリード端子１６付近まで移動することはなく、ハンダフレーク６による電気的ショートを防止することができる。
【００２０】
図４は比較例を示す図であり、隙間９や金属トラップ４ａなどを備えていない実装構造における、フラックス１０の流れやハンダフレーク６の挙動を説明する断面図である。図４では、プリント基板２０のランド３および放熱用金属パターン２４上にペースト状のハンダ５を塗布し、それらの上に半導体パッケージ１を載置して加熱したときの状況を示している。放熱用金属パターン２４の面積は、半導体パッケージ１の放熱部材１５の面積とほぼ同一となっている。また、プリント基板２０には電極用金属パターン２１が形成されており、その上にはソルダーレジスト１２が形成されている。
【００２１】
加熱工程によりハンダ５は溶融し、リード端子６とランド３、および放熱部材１５と放熱用金属パターン２４はそれぞれハンダ接続される。加熱によりハンダ５からフラックス１０が溶けだし、毛細管現象により半導体パッケージ１と基板２０との隙間内に拡がる。このとき、ハンダ５の一部が分離してフラックス１０内に飛び出し、ハンダフレーク６としてフラックス１０内を浮遊する。そのようなハンダフレーク６が隙間の縁に達して隙間から飛び出すと、空間が急に広くなるためにハンダがボール状になる。
【００２２】
図４からも分かるように、隙間の縁はリード端子６とランド３とのハンダ接続部に近い位置にあるので、このようなハンダボール２２がハンダ接続部に移動して付着すると、ハンダボール２２によって隣同士のリード端子が電気的にショートするおそれがあった。
【００２３】
一方、上述した第１の実施の形態では、プリント基板２上に設けられた放熱用金属パターン４の面積を半導体パッケージ１の放熱部材１５の面積よりも大きくし、ハンダ５ａの周囲にソルダーレジスト１２を形成した。さらに、ソルダーレジスト１２の外周側に金属パターン４の金属部が露出したトラップ部材４ａを形成することによって、隙間８の外周部分に隙間間隔の大きな隙間９の領域を形成した。その結果、フラックス１０ともにハンダフレーク６が隙間９へ流れ出すのを防止することができる。また、ハンダフレーク６が隙間８から隙間９側に飛び出た場合でも、そのハンダフレーク６はトラップ部材４ａに拘束され、リード端子６側に移動することは無いため、ハンダフレーク６に起因する電気的なショートを確実に防止することができる。
【００２４】
［変形例］
図５〜図７は第１の実施の形態の変形例を示す図である。図５は図２と同様の断面図であり、図６は半導体パッケージ１００の裏面側の一部を示す斜視図である。変形例では、半導体パッケージ１００の裏面であって隙間８の外周領域に相当する部分に、隙間８を囲むようなトラップ部材１０１を形成した。さらに、そのトラップ部材１０１の外周を囲む溝１０２を、半導体パッケージ１００の裏面に形成した。トラップ部材１０１は放熱部材１５を構成するリードフレームの一部を利用することにより容易に形成することができる。１００ａはモールド材である。
【００２５】
溝１０２とプリント基板２０との隙間１０９は隙間８に比べてギャップ間隔が大きくなっており、また、隙間８の容積は溶け出すフラックス１０の量に比べて充分な広さに設定されているので、フラックス１０が隙間８から流れ出すのを防止することができる。さらに、隙間８の周囲にトラップ部材１０１を設けたので、金属パターン４によるトラップ部材４ａと相俟ってハンダフレーク６の拘束能力がより高まる。
【００２６】
もちろん、図７のように基板側にトラップ部材４ａがない場合であっても、トラップ部材１０１によりハンダフレークは拘束される。図７に示す例では、ソルダーレジスト１２で覆われた金属パターン４は、半導体パッケージ１００ａの溝１０２に対向する位置まで形成されており、溝１０２とソルダーレジスト１２との間にギャップ間隔の広い隙間１０９が形成される。
【００２７】
上述した変形例のように半導体パッケージ１００側にトラップ部材１０１や溝１０２を形成することにより、パターン配線の引き回しの都合等により基板側に隙間９やトラップ部材４ａを形成できない場合であっても、半導体パッケージ１００側で容易に対応することができる。
【００２８】
なお、上述した実施の形態では、トラップ部材４ａ，１０１を隙間８の周囲に接するように設けたが、隙間８から流れ出たハンダフレーク６がランド３に達しないようにできれば必ずしも接していなくても良い。
【００２９】
−第２の実施の形態−
図８は本発明による実装構造の第２の実施の形態を説明する図であり、（ａ）は半導体パッケージ１が搭載されるプリント基板の平面図で、（ｂ）は（ａ）のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。プリント基板３０上には破線で示すように半導体パッケージ１が搭載される。３４は半導体パッケージ１の放熱部材１５がハンダ接続される放熱用金属パターンであり、ハンダ５が塗布される領域を囲む周囲領域にはソルダーレジスト１２が形成されている。
【００３０】
金属パターン３４のソルダーレジスト１２と半導体パッケージ１との間には、第１の実施の形態と同様に間隔の小さな隙間８が形成される。金属パターン３４の四隅は、ランド３の配列が切れている方向に延びている。すなわち隙間８（８ａ）の領域は、図８（ａ）に示すように、ハンダ５の周囲だけでなく、符号８ａで示すように半導体パッケージ１の四隅方向に延びている。四隅の隙間８ａの入口部分には、部分的にソルダーレジスト１２を除去したトラップ部材３４ａが形成されている。図８（ａ）に示す例では、各隙間８ａに対して３箇ずつトラップ部材３４ａが形成されている。なお、本実施の形態においてはトラップ部材３４ａの数を３個としたが、トラップ部材３４ａの数はこれに限定されるものではない。
【００３１】
隙間８（８ａ）の周囲には、隙間８よりもギャップ間隔の大きな隙間９が形成されている。この隙間９は、隙間８ａの端部（矢印が記されている部分）のみで切れている。本実施の形態では、図８（ｂ）に示すように基板材を露出させるようにして隙間９の領域を形成している。上述した第１の実施の形態では、ハンダ５ａの周囲の隙間８の領域の面積を、溶けだしたフラックス１０を溜めるのに充分な大きさに設定したが、第２の実施の形態では第１の実施の形態の場合よりも小さく設定している。そのように設定することにより、半導体パッケージ１の裏面にあたるプリント基板上に、配線の引き回しなどに利用される配線パターンやスルーホールやＶＩＡホールなどが形成できるエリアＥを充分確保することができる。図８（ｂ）では、エリアＥに電極用金属パターン３２が形成されている。
【００３２】
本実施の形態では、ハンダ５から溶けだしたフラックスは毛細管現象により間隔の狭い隙間８に拡がり、ハンダ５の周辺部分の隙間８から四隅の隙間８ａ方向へと拡がる。溶けだしたフラックスの量が隙間８（８ａ）の容積よりも多い場合、余分なフラックスは隙間８ａの端部方向に拡がり、隙間９が切れている部分から矢印のように基板上に流れ出す。なお、フラックスが流れ出す部分はランド３の配列が切れている領域でもあり、ソルダーレジスト１２が形成された電極パターン３４をこの領域方向に延ばすことにより、隙間８ａを介して隙間８内のフラックスをランド３を避けるように排出させることができる。そのため、ランド３とリード端子とのハンダ接続へのフラックスの悪影響を防止することができる。
【００３３】
また、ハンダ５の一部がフラックス内に溶けだしてハンダフレークとなって浮遊しても、ハンダフレークはフラックスの流れに従って隙間８ａ方向に移動する。隙間８ａの入口部分にはトラップ部材３４ａが形成されているため、ハンダフレークはこのトラップ部材３４ａに捕捉され、ハンダフレークが隙間８の外部に排出されるのを確実に防止することができる。
【００３４】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、金属パターン４のソルダーレジスト１２が形成される領域が第１のパターン領域を、金属パターン４のトラップ部材４ａが第２のパターン領域を、隙間８ａが延在領域をそれぞれ構成している。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体パッケージの実装構造の第１の実施の形態を示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】加熱工程において隙間部分を拡がるフラックスを説明する図である。
【図４】比較例を示す図である。
【図５】第１の実施の形態の変形例を示す断面図である。
【図６】図５に示す半導体パッケージ１００の裏面側の一部を示す斜視図である。
【図７】変形例の他の例を示す図である。
【図８】本発明による実装構造の第２の実施の形態を説明する図であり、（ａ）は半導体パッケージ１が搭載されるプリント基板の平面図で、（ｂ）は（ａ）のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。
【符号の説明】
１，１００  半導体パッケージ
２，２０，３０  プリント基板
３  ランド
４，７，２４，３２，３４  金属パターン
４ａ，１０１，３４ａ  トラップ部材
５，５ａ，５ｂ  ハンダ
６  ハンダフレーク
８，８ａ，９，１０９  隙間
１０  フラックス
１２  ソルダーレジスト
１５  放熱部材
１６  リード端子
１８  半導体チップ
２２  ハンダボール
１０２  溝
【図１】
2004221415.tif 000003
【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】
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【図８】
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