(57)【要約】【課題】プリント基板上に突合わせはんだ付けされたパッケージ１内に設けられた半導体装置又はセンサ装置を改良して、突き合わせはんだ付けされたパッケージ内において、温度変化によって限定された、半導体装置又はセンサ装置の曲げ応力を減少させる。【解決手段】少なくとも幾つかの接続面２が全面的にはんだ付けされておらず、これらの全面的にはんだ付けされていない接続面２が、第１の面領域７内で導体路５の区分に堅固にはんだ付けされていて、第２の面領域１０内でプリント基板に緩く結合されており、堅固にはんだ付けされた面領域７が、プリント基板に緩く結合された面領域１０よりも、接触しようとする半導体構造体又はセンサ構造の近くに位置している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント基板上に突合わせはんだ付けされたパッケージ（１）内に設けられた半導体装置又はセンサ装置において、
少なくとも幾つかの接続面（２）が全面的にはんだ付けされておらず、これえらの全面的にはんだ付けされていない接続面（２）が、第１の面領域（７）内で導体路（５）の区分に堅固にはんだ付けされていて、第２の面領域（１０）内でプリント基板に緩く結合されており、堅固にはんだ付けされた面領域（７）が、プリント基板に緩く結合された面領域（１０）よりも、接触しようとする半導体構造体又はセンサ構造体の近くに位置していることを特徴とする、半導体装置又はセンサ装置。
【請求項２】
プリント基板上に突合わせはんだ付けされたパッケージ（１）内に設けられた半導体装置又はセンサ装置であって、接続面として設けられた金属体（２）を有していて、該金属体（２）がパッケージ下側で少なくとも部分的にはんだで湿らされた面を有していて、パッケージ（１１）内にボンディング結合によって半導体装置又はセンサ装置と導電接続されている形式のものにおいて、
少なくとも幾つかの金属体（２）の、プリント基板に対して平行な面における延在寸法が、はんだ（８）と直接接触する、それぞれの接続面に通じる導体路（５）の面部分よりも大きく構成されていて、この金属体（２）上のボンディング結合が、接続面として用いられた金属体（２）とそれぞれ所属の導体路（５）との間の堅固なはんだ結合を介して間接的に位置する面領域（１０）内で実現され、この場合、堅固にはんだ結合された面領域（７）が、ボンディング結合が実現されている面領域（１０）よりも、パッケージ中央の近くに位置していることを特徴とする、半導体装置又はセンサ装置。
【請求項３】
接続面として用いられた金属体（２）が、パッケージ下側において、盛り上がった面としてパッケージ底部から突き出している、請求項２記載の半導体装置又はセンサ装置。
【請求項４】
プリント基板に対して平行な面における、接触面として用いられた金属体（２）のすべての延在寸法が、はんだ（８）と直接接触する、それぞれの接続面に通じる導体路（５）の面部分よりも大きい、請求項２又は３記載の半導体装置又はセンサ装置。
【請求項５】
接続面として用いられた金属体（２）は、パッケージ（１１）の縁部からパッケージ（１１）の中央領域内に延在する主延在方向を有しており、この金属体（２）の、プリント基板に対して平行な面における幅に対する長さの比が、２：１よりも大きい、請求項２から４までのいずれか１項記載の半導体装置又はセンサ装置。
【請求項６】
接続面として用いられた金属体（２）の、プリント基板に対して平行な面における幅に対する長さの比が、３：１よりも大きい、請求項５記載の半導体装置又はセンサ装置。
【請求項７】
接続面として使用された金属体（２）が、パッケージ内部で、半導体装置又はセンサ装置のチップ構造体が載設されている面に位置するボンディング面（３）を有している、請求項２から６までのいずれか１項記載の半導体装置又はセンサ装置。
【請求項８】
ボンディングワイヤによって接続面（２）と接続されている、互いに上下に位置する複数の面（１，１′）を有するチップ構造体が設けられている、請求項２から７までのいずれか１項記載の半導体装置又はセンサ装置。
【請求項９】
接触面として用いられた金属体（２）は、それぞれの接続面に通じる、はんだ（８）と直に接触する導体路（５）の面部分が少なくとも部分的にチップ構造体の下に延在するように、配置されている、請求項２から８までのいずれか１項記載の半導体装置又はセンサ装置。
【請求項１０】
接続面として用いられた金属体（２）は、接触しようとする最上位のチップ面の接触が、４５゜よりも大きいボンディング角度で行われる程度に深く、パッケージ（１１）の縁部領域内に侵入している、請求項２から９までのいずれか１項記載の半導体装置又はセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、最適化された接続面ジオメトリーを有するＱＦＮパッケージ、つまりプリント基板上に突合わせてはんだ付けされたパッケージ内に設けられた半導体装置又はセンサ装置に関する。また本発明は、プリント基板上に突合わせ（stumpf）はんだ付けされたパッケージ内に設けられた半導体装置又はセンサ装置であって、接続面として設けられた金属体を有していて、該金属体がパッケージ下側で少なくとも部分的にはんだで湿らされた面を有していて、パッケージ内にボンディング結合によって半導体装置又はセンサ装置と導電接続されている形式のものに関する。
【背景技術】
【０００２】
センサ及び半導体は、最近では益々いわゆる「リードレス」パッケージ若しくはＱＦＮ（quad flat non leaded package）パッケージ内に埋め込まれるようになっている。このようなパッケージは、ＰＬＣＣ又はＳＯＩＣ等の回路又はセンサの「古典的な」パッケージと比較して、脚はパッケージから突き出しているのではなく、プリント基板上に突合わせてはんだ付けされるようになっている。
【０００３】
このために、パッケージ領域内でパッケージ内に閉じこめられたチップ素子又はセンサ素子に隣接して接続面が組み込まれている。接続面は一般的に、小さい金属体によって形成されており、この金属体は、パッケージの下側においてはんだ付け可能な盛り上がった面としてパッケージ底部から突き出しているか、又はパッケージ底部と面一を成していて、パッケージ内部で、チップ構造体が存在する平面内まで延びている。接続面と、接触しようとするチップ構成部分との間の電気的な接続は、従来技術によれば、パッケージが完成され、閉じこめたチップ構造体が通常な完全にヒートシールされる前に、ボンディングワイヤを介して行われる。
【０００４】
従来技術によれば接続面の寸法規定は、欠陥のないワイヤボンディングが可能であると同時に、電気的な抵抗を考慮しなくても済む十分に堅固なはんだ結合が、高価な費用を必要とすることなく実現され得るように行われる。このような要求は、比較的小さい接続面で十分であるので、接触面を形成するために、非常にコンパクトなデザインが定着しており、このようなコンパクトなデザインは今日使用されているＱＦＮパッケージにおいて多く用いられている。
【０００５】
接触面の位置は、特に主な使用条件として最小のボンディング角度を考慮する必要があるワイヤボンディングにおいて、技術的に限定されたデザイン規則に従うことになる。最小のボンディング角度は、ボンディングワイヤと面垂線との間のボンドアイランドとも称呼される接触面に向かってボンディングワイヤをガイドする際に、下回ってはならない。一般的に、ボンディングワイヤをチップ構造体から緩い傾斜で引き出すのが有利であるが、この場合、このボンディング角度は４５゜を下回ってはならない。
【０００６】
大きいボンディング角度は、接触面が、接触しようとするチップ構造体から十分に大きい間隔を保って配置されていれば、常に実現され得る。複雑なチップ構造体を完全に接触させるために必要な多くの接触面は、一般的にチップ構造体を完全に包囲する、パッケージの縁部領域内にあるので、前記デザイン規則特に最小のボンディング角度を考慮して、特に従来のＱＦＮパッケージ内において、対角線で互いに向き合って位置する接触面と、それによって規定されたプリント基板上の所定のはんだ付け箇所との間に部分的に、本来のチップ構造体の延在寸法を著しく上まわる間隔を設ける必要がある。これは、比較的厚いチップ又はチップ積層体を使用する際に特に当てはまる。チップ積層体においては、互いに上下に多数の平面に配置された領域を接触させる必要があり、これによってパッケージ寸法はより大きくなる。
【０００７】
使用されたプリント基板材料及び慣用のチップパッケージは、一般的に種々異なる膨張係数を有している。多くの電子回路、特に自動車に使用するような電子回路は、部分的に広い温度範囲内でその機能性を維持する必要があるので、熱的な応力（ストレス）を考慮することが特に重要である。
【０００８】
特にセンサは、プリント基板及びチップパッケージの種々異なる熱的な膨張によって生じる撓みに敏感に反応する。妨害的な撓みの問題は、ジオメトリック（幾何学的）な寸法が大きくなるのに伴って大きくなる。温度に対する敏感さを低くすることを考慮して、各はんだ面間の間隔をできるだけ小さくすることが求められている。しかしながらこのような要求は常に、前述のように、一般的な技術において、ボンディング結合から得られる使用条件とは相反するものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで本発明の課題は、突き合わせて（stumpf）はんだ付けされたパッケージ内において、温度変化によって限定された、半導体装置又はセンサ装置の曲げ応力を減少させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題を解決した本発明によれば、プリント基板上に突合わせてはんだ付けされたパッケージ内に設けられた半導体装置又はセンサ装置において、少なくとも幾つかの接続面が全面的にはんだ付けされておらず、これらの全面的にはんだ付けされていない接続面が、第１の面領域内で導体路の区分に堅固にはんだ付けされていて、第２の面領域内でプリント基板に緩く結合されており、堅固にはんだ付けされた面領域が、プリント基板に緩く結合された面領域よりも、接触しようとする半導体構造体又はセンサ構造体の近くに位置している。
【００１１】
従属請求項には本発明の有利な実施態様が記載されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、接続面として用いられた金属体と、この金属体にそれぞれ対応配置された導体路との間の堅固なはんだ結合部上に直接位置する接続面の領域内ではボンディング結合を実施しないようにすべきである、という認識に基づいている。これらの領域の互いの相対位置だけが、チップパッケージとプリント基板とから成る複合体の機械的な特性、つまり種々異なる熱的な膨張係数による応力作用を規定している。本発明によれば、接続面の一方の面領域は、導体路に堅固にはんだ付けされていて、接続面の他方の面領域は、プリント基板特に導体路に対して堅固に結合されていない。導体路に堅固にはんだ付けされた面領域は、チップ近傍の位置に配置されており、これに対してプリント基板に対して堅固に結合されていない面領域は、パッケージの少なくともチップ近傍の縁部領域内に達している。この場合、本発明において堅固な結合とは、互いに向き合う２つの面領域間の最短の結合ゾーンが、２つの面領域に堅固に付着した接続手段特に使用されたはんだによって満たされる結合のことである。
【００１３】
本発明は、プリント基板上に突き合わせて（stumpf）はんだ付けされたパッケージ内に設けられた半導体装置又はセンサ装置を有しており、このパッケージにおいて少なくとも幾つかの接続面が全面的にはんだ付けされておらず（部分的にのみはんだ付けされている）、この場合、全面的にはんだ付けされていない接続面が、第１の面領域内で１つの導体路区分に堅固にはんだ付けされていて、第２の面領域内で、プリント基板に堅固に結合されておらず、この場合、堅固にはんだ付けされた面領域は、接触しようとする半導体構造体又はセンサ構造体に対して、プリント基板に堅固に結合されていない面領域よりも近くに位置している。これによって、本来のチップ配置箇所から比較的遠くに離れた、接続面上の面領域が提供され、この面領域は、熱的なはんだ応力をもたらすことなしに、ボンディングワイヤを固定するために用いることができる。
【００１４】
有利な作用形式
すべての接続面が、本発明によるはんだ結合部を有していなければ、別の接続面に対して大きい間隔を有する少なくとも幾つかの接続面が、本発明に基づくはんだ付けによってプリント基板上に固定されることによって、はんだ付けされた面領域間の大きい間隔を減少させるために有利である。このような形式で、応力に関連した少なくとも最大の長さを減少させることができる。例えばパッケージ内で対角線状に向き合う接続面同士は全面的にはんだ付けする必要はない。
【００１５】
はんだ付けの際に互いに堅固に接続される面の固定は、一般的に、相応の塗料で被覆することによってこれらの面を限定することによって行われる。隣接し合う領域を塗料で被覆することによって、使用されたはんだによる濡れに対して保護するようにすることによって、プリント基板若しくは導体路上にいわゆるはんだアイランド（Loetland）を設けることが一般的に広く行われている。このような形式で準備されたプリント基板を用いて、プリント基板上に突き合わせてはんだ付けされたパッケージ内の半導体装置又はセンサ装置によって、本発明は有利な形式で実現することができる。この半導体装置又はセンサ装置は、接続面として用いられた金属体を有しており、この金属体はパッケージ下側において少なくとも部分的にはんだで濡らされた面を有していて、パッケージ内でボンディング結合によって半導体装置又はセンサ装置と導電接続されており、この場合、少なくとも幾つかの金属体の、プリント基板に対して平行な面における延在寸法が、はんだと直接接触する、それぞれの接続面に通じる導体路の面部分よりも大きく構成されていて、この金属体上のボンディング結合が、接続面として用いられた金属体とそれぞれ所属の導体路との間の堅固なはんだ結合を介して間接的に位置する面領域内で実現される。この場合、堅固にはんだ結合された面領域は、ボンディング結合が実現されている面領域よりも、パッケージ中央の近くに位置している。つまり接続面は、堅固なはんだ結合の領域から明らかに突き出している領域を有している。このような形式で、チップ構造体からの十分な間隔が実現され、この場合、温度変化の際に大きく変形する危険性を高めることはない。
【００１６】
使用されたはんだ技術に従って、接続面として用いられた金属体が、パッケージ下側において、盛り上がった面としてパッケージ底部から突き出しているか、又はこのパッケージ底部と面一を成している。すべての接続面が一体的に固定されるようになっていれば、つまり接触面として用いられた金属体のすべての延在寸法が、はんだと直接接触する、それぞれの接続面に通じる導体路の面部分よりも大きく構成されていて、すべての接続面から、チップに近い方の面部分だけが導体路に堅固にはんだ付けされていて、チップから遠い方の領域がそれぞれボンディング結合のために使用されるようにすれば、有利である。このような形式で、チップ構造体を取り囲む複数の接続面の左右対称構造において、従来のQFNパッケージと比較して、応力及び曲げ負荷を特に均一に減少させることができる。
【００１７】
接続面の形状は、本発明に従って具体化された複数のチップ領域に反応することができるようにするために、狭く隣接した配置が可能となるように維持する必要がある。従って、接続面として用いられた金属体が、パッケージの縁部からパッケージの中央領域内に延在する主延在方向を有しており、プリント基板に対して平行な面における幅に対する長さの比が２：１よりも大きく設定されていれば、有利である。またこの面の横縦比（幅に対する長さの比）が３：１よりも大きければ、さらに有利である。何故ならば、プリント基板における接続面の固定箇所を、接続面上におけるボンディング結合部の位置から本発明に従って幾何学的に連結解除したことによって、接続面をさらに気密に配置することが可能となるからである。
【００１８】
パッケージとプリント基板とから成る複合体内への応力導入を高めることなしに、ボンディング箇所を、チップ構造体から外方に十分な間隔を保って設けることができる可能性によって、接続面として使用された金属体が、パッケージ内部で、半導体装置又はセンサ装置のチップ構造体が載設されている面に位置するボンディング面を有すること、つまり底部において比較的大きい高低差を克服する必要があっても問題はない。このことは、確立されているボンディング技術を利用することを考慮すれば多大な利点を提供する。これは、ボンディングワイヤによって接続面と接続されている互いに上下に配置された複数の面を有するチップ構造体にも当てはまる。
【００１９】
接触面として用いられた金属体が、それぞれの接続面に通じる、はんだと直に接触する導体路の面部分が少なくとも部分的にチップ構造体の下に延在するように配置され、これに対して接続面に対するボンディング結合部が、チップ構造体の隣に十分に離れて配置されるようにすれば、ボンディング結合の位置から、プリント基板における接続面の固定箇所を特に効果的に幾何学的に連結解除することができる。このような形式で、装置全体内において応力に関連した長さを、本来のチップ構造体の延在寸法に減少させることができ、それにも拘わらず、接触しようとする最上位のチップ面の接触が、常に４５゜よりも大きく有利には６０゜よりも大きいボンディング角度で行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
実施例
図１は、本発明による接触部の断面図を示す。互いに向き合う接触しようとする２つの面１，１′を有するチップ構造体は、接続面として用いられる金属体２の隣に位置している。これらの金属体２は、エッチング技術によって形成されたリードフレームの銅薄板によって形成されている。ボンディング結合のために提供された接触面３は、チップ構造体の下側と同一平面を成して延在している。それに基づく高さの差（この高さの差は最上位の面１をボンディングする際にブリッジする必要がある）は、１ｍｍの範囲内である。従って、符号４で示した最小ボンディング角度４５゜において、接触面３上のボンディング結合部の位置に対する接触しようとするチップ面１の縁部の間隔は、比較的大きくなければならない。本発明によれば、導体路５上にはんだ付けする際の金属体２の接続面は、導体路５の材料と全面的に接続されていない。その代わり、カバー塗料６によって、チップに近い位置にある面領域７内においてのみ、導体路と堅固に結合されるようになっている。堅固な結合を得るためのはんだ８は、接続面として用いられる金属体２の大きい面領域を湿らせるが、カバー塗料６の上側には堅固な結合部を形成することはない。従って、金属体６の外側部分は、比較的フレキシブルに導体路５上で浮いた状態にあるか、若しくは無接触で導体路５から突き出している。いずれの場合も、問題となる程度の大きい力を受けることはない。接触面３上におけるボンディングワイヤの固定は、プリント基板に堅固に結合されていない面領域１０で行われる。この面領域１０は、導体路５に堅固に結合された面領域７よりも、チップ構造体から離れた位置にある。
【００２１】
図１に示した実施例は、複数の面を備えたチップ構造体を有した状態で示されている。複数の面の数は任意であって、また１つの面だけを備えていてもよい。
【００２２】
図２は、従来形式のＱＦＮパッケージ１１の下側を示している。中央の正方形の領域は、接触しようとする面１，１′を備えた本来のチップ構造体の位置を示している。外側の正方形は、パッケージ１１の縁部を示している。縁部の近傍で、しかもチップ構造体に対して明瞭な間隔を保って、接続面として用いられる複数の金属体２が配置されており、これらの金属体２と、導体路上の対応する複数のはんだ付け面１２とが一致し合っている。金属体２及びはんだ付け面１２の形状及び大きさは、ほぼ同じである。従って、これらの金属体２上のボンディング結合は、接続面として用いられる金属体２とこれらの金属体に対応配置された導体路との間の堅固なはんだ付け結合部の直ぐ上に位置する複数の面領域内で実現される。
【００２３】
図３には、接続面として用いられる細長い金属体２を備えた本発明によるＱＦＮパッケージの下側が示されている。はんだ付け面１２は、その形状は図２に示したものと同じであるが、チップにより近い位置に設けられている。しかしながら、接続面を延長したことによって、導体路に堅固に結合されていない面領域１０（チップ構造体からさらに離れている）は、はんだ応力（Loetstress）及び装置全体の曲げ特性に影響を及ぼすことはない。Ｌ１及びＬ２ははんだ応力を規定する所定の長さである。
【００２４】
図４は、本発明によるQFNパッケージのボンディングを示す線図である。ボンディングワイヤ９はすべて、縁部の比較的近傍で、プリント基板に堅固に結合されていない面領域１０内で終わっている。これらの面領域１０は、図３の実施例に示されているように、装置全体の曲げ特性及びストレス特性に機械的な影響を及ぼすことはない。しかしながらボンディングワイヤのためのジオメトリー的（幾何学的）な使用条件を維持するために、寸法L１′及びＬ２′が提供される。
【００２５】
図３及び図４には、プリント基板上の著しく小さいはんだアイランド内及びパッケージ内の細長い接続面の、本発明にとって重要な組み合わせが示されている。パッケージにおける接続面は、従来技術のものに対して延長されており、プリント基板上のはんだアイランドはチップの近傍にずらされている。これによって、パッケージは著しく小さいパッケージと同様の機械的な機能を有する。このような形式で、例えば６＊６ｍｍ２の外側寸法において、５＊５ｍｍ２のパッケージ寸法を有する従来のＱＦＮと同じ曲げ特性及びストレス特性を示すＱＦＮパッケージを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による接触部の断面図である。
【図２】従来技術によるＱＦＮパッケージの下側を示す図である。
【図３】本発明によるＱＦＮパッケージの下側を示す図である。
【図４】本発明によるＱＦＮパッケージのボンディングを示す線図である。
【符号の説明】
【００２７】
１，１′  接触しようとする面、  ２  金属体、  ３  接触面、  ４  最小ボンディング角度、  ５  導体路、  ６  カバー塗料、  ７  面領域、  ８  はんだ、  ９  ボンディングワイヤ、  １０  面領域、  １１  パッケージ、  １２  はんだ付け面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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