(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
樹脂と繊維状の強化材とを含む絶縁基材と、前記絶縁基材の上面に配置されたインナーリードと、前記絶縁基材の下面に配置された実装電極と、前記インナーリードと前記実装電極とを電気的に接続する導体とを含む導線とを有し、前記絶縁基材の上面が半導体素子を実装するための実装面となる回路基板と、
前記回路基板の実装面を囲む樹脂枠とを有し、
前記樹脂枠は、前記回路基板の実装面を囲む枠状の樹脂層Aと、前記回路基板の外周端面の全てを覆う樹脂層Bとを含み、且つ前記枠状の樹脂層Aと前記樹脂層Bとが一体的に成形されている、半導体素子実装用中空パッケージ。
【背景技術】
【0002】
半導体素子(例えばイメージセンサなどの撮像素子)は、中空パッケージと称されるパッケージの中空部に実装され、当該中空部が透明封止板(例えばガラス板)で封止される。撮像素子が実装された中空パッケージは、固体撮像装置などに搭載される。
【0003】
図5Aは、従来の中空パッケージの構造の一例を示す斜視図であり、
図5Bは、
図5Aの断面斜視図である。
図5Aに示されるように、中空パッケージ1は、半導体素子を実装するための実装面を有する回路基板2と、その上面に配置され、実装面を囲む樹脂製の枠3とを有する。回路基板2は、ガラスエポキシ基材などの絶縁基材4と、半導体素子と接続されるインナーリード5と;実装基板と接続される実装電極6とを有する(
図5B参照)。
【0004】
このような中空パッケージ1は、例えば回路基板2上に樹脂製の枠3をモールド成形して製造されうる。モールド成形工程は、従来の半導体素子の樹脂パッケージの製造方法と同様に、回路基板上に樹脂成形を行った後、切断して個片化する方法(例えば特許文献1参照);即ち、1枚の回路基板から複数個の中空パッケージを得る多数個取りを行うことが一般的である。即ち、中空パッケージ1は、多数個取り用の回路基板2’上に複数の樹脂製の枠3’をモールド成形した後(
図6A);得られた成形体を切削加工やレーザー加工により切断し、個片化して製造される(
図6B)。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
このように、従来の中空パッケージ1は、多数個取り用の回路基板2’上に複数の樹脂製の枠3’をモールド成形した後;得られた成形体を回路基板2’ごと切断し、個片化して得られる。従って、得られる中空パッケージ1の回路基板2の切断面2A(外周端面)は、樹脂で覆われておらず、露出している(
図5B参照)。
【0007】
しかしながら、回路基板2の切断面2A、特にガラスエポキシ基材を含む回路基板2の切断面2Aは発塵しやすい。それにより、半導体素子を実装後、中空部を透明封止板で封止すると、ダストが中空部に混入したり、ダストが撮像光路上に付着したりしやすいという問題があった。ダストが撮像光路上に付着した固体撮像装置は、不良品となりやすい。
【0008】
また、従来の中空パッケージは、回路基板2の切断面2A(外周端面)から吸湿しやすく、中空部内が結露し、透明封止板が曇りやすい。さらに、上記モールド成形工程で得られる成形体を成形温度から室温に冷却した際に、成形体の樹脂製の枠3’と回路基板2’との線膨張係数の差が大きいことから、成形体が反りやすい(
図6A参照)。それにより、得られる従来の中空パッケージは反りが生じやすい。
【0009】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ダストの発生が抑制され、かつ吸湿による中空部の結露や反りなどが抑制された中空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】
【0010】
[1] 絶縁基材と、それに配置された導線とを有し、半導体素子を実装するための実装面を有する回路基板と、前記回路基板の実装面を囲み、かつ前記回路基板の外周端面を覆う樹脂枠とを有する、半導体素子実装用中空パッケージ。
[2] 前記絶縁基材は、繊維状の強化材を含む、[1]に記載の半導体素子実装用中空パッケージ。
[3] 前記絶縁基材は、ガラスエポキシ基材である、[1]または[2]に記載の半導体素子実装用中空パッケージ。
[4] 前記樹脂枠は、前記回路基板の下面を覆っていない、[1]〜[3]のいずれかに記載の半導体素子実装用中空パッケージ。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、ダストの発生が抑制され、かつ吸湿による中空部の結露や反りなどが抑制された中空パッケージを提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0013】
1.中空パッケージ
本発明の中空パッケージは、半導体素子を実装するための実装面を有する回路基板と、当該回路基板上に設けられ、その実装面を囲む枠状の樹脂層Aと;当該回路基板の外周端面を覆う樹脂層Bとを有しうる。枠状の樹脂層Aと樹脂層Bとは、別の部材であってもよいし;一体的に成形されて一つの部材を構成してもよい。製造効率を高める観点から、枠状の樹脂層Aと樹脂層Bとは一体的に成形されて、一つの樹脂枠を構成していることが好ましい。
【0014】
即ち、本発明の中空パッケージは、半導体素子を実装するための実装面を有する回路基板と、前記回路基板の実装面を囲み、かつ前記回路基板の外周端面を覆う樹脂枠とを有することが好ましい。
【0015】
回路基板の平面形状は、特に制限されないが、通常、矩形状である。樹脂枠は、回路基板が有する外周端面の一以上(または一定割合以上)を覆っていることが好ましく、実質的に全てを覆っていることがより好ましい。
【0016】
図1Aは、本発明の一実施形態に係る中空パッケージ10を示す斜視図であり;
図1Bは、
図1Aの断面斜視図であり;
図1Cは中空パッケージの下面を示す平面図である。
図1Bに示されるように、本実施形態の中空パッケージ10は、回路基板11と、その実装面を囲み、かつ外周端面を覆う樹脂枠13とを有する。
【0017】
<回路基板11について>
回路基板11は、例えば多層配線基板などであり、一方の面に半導体素子を実装するための領域(実装面X)を有する。具体的には、回路基板11は、絶縁基材15と、ボンディングパッド17(インナーリード)と実装電極19とを含む導線とを有する。
【0018】
絶縁基材15は、樹脂を含む板状部材であることが好ましい。絶縁基材15は、例えば樹脂シートであってもよいし、樹脂と強化材の複合材料からなるシートであってもよい。複合材料における強化材は、繊維状であることが好ましく;繊維状の強化材の例には、ガラス繊維またはガラスクロスなどの無機材料からなる繊維や、樹脂クロスなどが含まれ、好ましくはガラス繊維またはガラスクロスである。
【0019】
例えば、絶縁基材15にフレキシブル性を付与する場合は、薄膜のポリイミド樹脂シートを用いうる。また、絶縁基材15に剛性を付与する場合、ガラス繊維またはガラスクロスをエポキシ樹脂で固めたガラスエポキシ基材を用いうる。特に絶縁基材15がガラスエポキシ基材である場合に、回路基板11の外周端面(切断面)からの発塵が生じやすいことから、本発明が特に有効である。
【0020】
絶縁基材15は、複数の薄膜やシートの積層体であってもよい。絶縁基材15の厚さは、約0.01mm〜1.2mm程度としうる。
【0021】
導線は、半導体素子と電気的に接続されるボンディングパッド(インナーリード)17と、実装基板(不図示)と電気的に接続される実装電極19とを含む(
図1B参照)。
【0022】
ボンディングパッド17は、絶縁基材15の上面(実装面となる面)に配置されており、半導体素子の電極と電気的に接続される。ボンディングパッド17(インナーリード)は、例えばパターニングなどで形成されうる。実装電極19は、絶縁基材15の下面に配置されており(
図1Bおよび1C参照)、実装基板の電極(不図示)と電気的に接続される。絶縁基材15の上面に設けられたボンディングパッド17と、絶縁基材15の下面に設けられた実装電極19とは、絶縁基材15の内部で、例えば導線やスルーホールに充填された導体など(不図示)で電気的に接続されている。
【0023】
ボンディングパッド17、実装電極19およびそれらを接続する導線の材質は、例えば銅や銅合金などでありうる。
【0024】
<樹脂枠13について>
樹脂枠13は、回路基板11の面上で実装面Xを囲み、かつ回路基板11の外周端面11Aを覆うように設けられている。樹脂枠13と回路基板11との間で囲まれる空間が、中空部となる。
【0025】
樹脂枠13は、回路基板11が有する4つの外周端面11Aの一以上、好ましくは全てを覆っていることが好ましい。回路基板11を構成する4つの外周端面11Aの一以上は、切断面でありうる。例えば、中空パッケージ10が、予め完全に個片化された基板をモールド成形して得られたものである場合、回路基板11の外周端面の全てが樹脂枠13で覆われていることが好ましい。また、中空パッケージ10が、個片化された複数の基板が吊り部(連結部)を介して連結された多数個取り用の基板をモールド成形して得られたものである場合、回路基板11の吊り部(連結部)の切断面を除く全ての外周端面が、樹脂枠13で覆われていることが好ましい。
【0026】
樹脂枠13のうち回路基板11の外周端面を覆う部分の厚みは、回路基板11の外周端面(切断面)の発塵を十分に抑制できる程度であればよく、例えば回路基板11の厚みの2〜10%程度としうる。樹脂枠13の厚みを一定以上とすることで、回路基板11の外周端面(切断面)からの発塵を十分に抑制しうる。
【0027】
樹脂枠13の、回路基板11の実装面Xからの高さは、実装される半導体素子の高さよりも高ければよい。
【0028】
一方、回路基板11の下面には実装電極19が配置されていることから、樹脂枠13は、回路基板11の下面を覆わないことが好ましい。また、回路基板11の下面の周縁部が樹脂枠13で覆われていると、中空パッケージ10を実装基板に実装する際に、回路基板11の下面と実装基板との隙間をその分大きくする必要があることなどから、樹脂枠13は、回路基板11の下面の全てを覆っていないことが好ましい。
【0029】
樹脂枠13を構成する樹脂は、特に限定されないが、熱硬化性樹脂であることが好ましく、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などでありうる。樹脂枠13は、後述するようにモールド成形により形成される。
【0030】
このような中空パッケージ10の中空部に半導体素子を配置し、当該半導体素子の電極とボンディングパッド17とを直接またはワイヤーボンディングなどで電気的に接続する。半導体素子は、CMOSやCCDなどの撮像素子でありうる。そして、半導体素子が実装された中空パッケージ10の中空部を封止板で封止する。それにより、本発明の中空パッケージ10に半導体素子が実装された半導体装置を得ることができる。
【0031】
図2Aは、半導体装置の一例を示す斜視図であり;
図2Bは、
図2Aの断面斜視図である。
図2Aに示されるように、半導体装置20は、中空パッケージ10と、その中空部内に搭載され、ボンディングパッド17と電気的に接続された半導体素子21と、中空部を封止する封止板23とを有する。このような半導体装置20は、例えばデジタルカメラやビデオカメラ、携帯電話などの実装基板に実装されうる。
【0032】
このように、中空パッケージ10は、例えばガラスエポキシ基材などを含む回路基板11の外周端面11A(切断面)が樹脂枠13で覆われている。従って、回路基板11の外周端面11A(切断面)の発塵を抑制し、ダストの発生を抑制できる。それにより、中空部に半導体素子を実装後、封止板で封止する際に、ダストが中空部に混入したり、撮像光の経路上に付着したりするのを抑制できる。
【0033】
また、上記中空パッケージ10は、回路基板11の外周端面11A(切断面)が樹脂枠13で覆われていることから、回路基板11の外周端面11A(切断面)からの吸湿を低減できる。それにより、中空部内が結露して、封止板23が曇るのを抑制できる。
【0034】
2.中空パッケージの製造方法
本発明の中空パッケージは、任意の方法で製造されうる。上記実施形態の中空パッケージは、例えば1)個片化された回路基板を用意するステップと、2)個片化された回路基板に樹脂枠をモールド成形するステップとを経て製造されうる。
【0035】
1)個片化された回路基板を用意するステップ
多数個取り用の回路基板を完全に切断して、個片化された複数の回路基板を用意してもよい。また、多数個取り用の回路基板を部分的に切断して、個片化された複数の回路基板が吊り部(連結部)を介して連結された基板を用意してもよい(後述する
図4Aの基板63参照)。多数個取り用の回路基板の構成は、前述の中空パッケージの説明で記載した回路基板11と同様であり、ガラスエポキシ基材を含むことが好ましい。
【0036】
2)樹脂枠をモールド成形するステップ
個片化された回路基板上に樹脂枠をモールド成形することが好ましい。モールド成形は、トランスファー樹脂成形であることが好ましい。
【0037】
図3は、トランスファー樹脂成形装置30の概要図である。
図3に示されるトランスファー樹脂成形装置30は、搬送機構Xと、成形機構Yと、取出機構Zとを有する。
【0038】
搬送機構Xは、基板整列機構X1と、樹脂タブレット整列機構X2とを含む。搬送機構Xは、基板整列機構X1に収納された前記1)の個片化された回路基板11を、真空吸着または開閉爪によって把持して、金型のキャビティ空間に配置し;樹脂タブレット整列機構X2に収納された樹脂タブレット61を、真空吸着または開閉爪によって把持し、下金型のポットに配置する。
【0039】
取出機構Zは、成形体収納機構Z1を有する。取出機構Zは、成形体をキャビティから取り出して、成形体収納機構Z1に収納する。
【0040】
成形機構Yは、上金型40と下金型50とを含む金型と、上金型40と下金型50を移動させるプレス機構Y5と、金型のキャビティ空間に樹脂を移送するトランスファー機構Y6とを有する。
【0041】
具体的には、成形機構Yは、上プラテンY1と、下プラテンY2と、移動プラテンY3とを有し、これらがダイバーY4によって連結されている。移動プラテンY3は、ダイバーY4に沿って移動可能に構成されている。上プラテンY1と移動プラテンY3との間に、上金型40と下金型50を含む金型が配置されている。移動プラテンY3と下プラテンY2との間に、プレス機構Y5が配置されている。プレス機構Y5が移動プラテンY3を移動させることによって、下金型50を移動させる。
【0042】
下金型50は、ポット51と、その内部を上下に移動可能に構成されたプランジャ53とを有する(後述の
図4A参照)。ポット51とは、樹脂タブレット61を配置するための領域である。プランジャ53は、ポット51の内面を摺動して、ポット51の内部を上下に移動する。プランジャ53は、トランスファー機構Y6によって移動可能にされている。トランスファー機構Y6とは、図示されない油圧機構、ネジ送り機構、カム送り機構などでありうる。また、プランジャ53は加熱されうる。
【0043】
上金型40は、樹脂枠13を成形するためのキャビティ41と、キャビティ41と下金型50のポット51とを連通するカル43、ランナー45およびゲート47とを有する(後述の
図4A参照)。
【0044】
樹脂枠のトランスファー樹脂成形は、前述のトランスファー樹脂成形装置30を用いて行うことができる。具体的には、樹脂枠のトランスファー樹脂成形工程は、以下のステップを含みうる(
図4A〜
図4I参照)。
2−1)下金型50のポット51の内部に、熱硬化樹脂を含む樹脂タブレット61を配置し、下金型50の上面に、個片化された複数の回路基板を有する基板63を配置するステップ(
図4Aおよび
図4B)。
2−2)プレス機構Y5により下金型50を上昇させて、型閉めするステップ(
図4C)。
2−3)プランジャ53を移動させて、樹脂タブレット61の熱硬化樹脂をキャビティ41内に移送するステップ(
図4D)。
2−4)キャビティ41内部に充填された熱硬化樹脂を硬化させるステップ(
図4E)。
2−5)プレス機構Y5により下金型50を下降させて、型開きし、成形体67を取り出すステップ(
図4F〜
図4G)。
2−6)得られた成形体67を切断して個片化し、中空パッケージ10を得るステップ(
図4H〜
図4I)。
【0045】
ステップ2−1)では、樹脂タブレット61を、下金型50のポット51の内部にあるプランジャ53の上面に配置し;基板63を、下金型50の上面に配置する(
図4B)。基板63は、個片化された複数の回路基板部63Aが吊り部63Bを介して連結されたものでありうる。基板63は、これに限定されず、完全に個片化された回路基板を複数配置したものであってもよい。樹脂タブレット61と基板63の配置は、前述の搬送機構X(
図3参照)よって行うことが好ましい。
【0046】
ポット51の内部に配置する樹脂タブレット61は、典型的には、熱硬化樹脂を含む打錠成形物である。熱硬化樹脂は、例えばエポキシ樹脂を含み、さらに、樹脂タブレットにはフェノール樹脂硬化剤、硬化促進剤、離型剤、着色剤などを含有してもよい。樹脂タブレットは、熱硬化樹脂とともに無機充填材を含有する。樹脂タブレットにおける無機充填材の含有量は、50〜90質量%であることが好ましい。
【0047】
樹脂タブレット61は、熱硬化樹脂と無機充填材とをミキサーで混合した混合物を、ロールあるいは押出機でシートとし;シートをハンマーミルなどで粉砕して粉末顆粒とし;さらに、それを打錠成形して得られる。樹脂タブレット61は、例えば円柱状の打錠成形物でありうる。円柱状の樹脂タブレットの直径は10mm〜40mmであり、高さは5mm〜40mm程度でありうる。
【0048】
ステップ2−2)では、プレス機構Y5により下金型50を上昇させて、型閉めする(
図4C)。
【0049】
ステップ2−3)では、トランスファー機構Y6によりプランジャ53を上昇させて、樹脂タブレット61の熱硬化樹脂をキャビティ41内に移送する(
図4D)。このとき、下金型50、上金型40およびプランジャ53は、それぞれ加熱されていることが好ましい。具体的には、それぞれ約160℃〜180℃に加熱されていることが好ましい。ポット51の内部に配置された樹脂タブレット61は、下金型50とプランジャ53によって加温されて溶融する。溶融した樹脂は、プランジャ53によってキャビティ41の内部に押し出される。
【0050】
ステップ2−4)では、トランスファー機構Y6によりキャビティ41に充填された熱硬化性樹脂を加圧した状態で熱硬化させる(
図4E)。具体的には、所定の時間加熱を続けて、溶融した樹脂を熱硬化させる。熱硬化させる時間は、特に限定されないが、30秒〜120秒の範囲、好ましくは60秒程度でありうる。それにより、基板63と樹脂成形物65とが一体化された成形体67が得られる。
【0051】
ステップ2−5)では、プレス機構Y5により下金型50を下降させて、型開きし(
図4F)、成形体67をキャビティ41から取り出す(
図4G)。具体的には、成形体67の取り出しは、前述の取り出し機構Z(
図3)により行うことが好ましい。取り出された成形体67を、前述の成形体収納機構Z1(
図3)に収納する。成形体収納機構Z1は、成形体67からランナーおよびゲートなどの不要部分を取り除く。
【0052】
図4Hは、ランナーおよびゲートなどの不要部分を取り除かれた成形体67の側面図である。
図4Hに示されるように、成形体67では、従来の製造方法で得られる成形体(
図6A)とは異なり、基板63を構成する個片化された複数の回路基板部63A同士の間に樹脂成形物65が充填されている。従って、基板63と樹脂成形物65との線膨脹係数の差を従来よりも小さくすることができ、成形体67の反り;ひいては中空パッケージ10の反りを抑制できる。
【0053】
ステップ2−6)では、
図4Hの成形体67を、個片化装置(不図示)により切断し、個片化する。
図4Hでは、成形体67を吊り部63Bの切断代Aで切断する。個片化は、ダイシングなどの切削加工やレーザー切断加工により行うことが好ましい。それにより、例えば吊り部の切断面を除く回路基板の外周端面が樹脂成形物で覆われた中空パッケージ10を得ることができる(
図4I)。