專利名稱：封裝內(nèi)包含半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一個半導(dǎo)體器件，尤其是涉及到一個包含一個CCD芯片的半導(dǎo)體器件。
迄今，一種在技術(shù)上已經(jīng)為人所知的半導(dǎo)體器件，其陶瓷封裝具有一個象CCD(電荷耦合器件)芯片一樣的半導(dǎo)體元件包含在內(nèi)的凹進部分，而這個凹進部分用一個罩覆蓋。結(jié)合到封裝的罩部分通常是由陶瓷，金屬或其它材料制造，但是罩面對CCD芯片的部分是由透明的玻璃制造，因為殼內(nèi)的CCD芯片是用作圖象工具或者光傳感器。雖然具有這樣一種結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件由于封裝和罩是由陶瓷或玻璃制造而顯示一種高強度，但是這種器件具有增加制造成本的缺點。
另一方面，日本專利公開號No.145748/87發(fā)表了一種封裝是用塑料制造的半導(dǎo)體器件。這種結(jié)構(gòu)的制造成本低于陶瓷封裝的那種結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體器件。
因此，在這種公開的半導(dǎo)體器件中，成本的減少可能是從塑料封裝而獲得的。然而，因為玻璃必須嵌在罩上以便光被投射在CCD芯片上，結(jié)果還是增加了成本費。因此，從減少成本的觀點，期望半導(dǎo)體器件的封裝和罩用塑料和玻璃制造而不是陶瓷與玻璃，但是更期望所有部分都只用塑料制造。
然而，當一種半導(dǎo)體器件的封裝11和罩15由一種塑料制造時，如

圖1A,1B和1C所示，制造中存在一個問題。一般來講，半導(dǎo)體器件安裝在使用的印刷電路板14上。如圖1B所示，半導(dǎo)體器件的引線端子13插入印刷電路板14的通孔14a內(nèi)，并且浸入高溫熔化焊錫槽16中然后再冷卻，因此凝固焊劑16a以使該半導(dǎo)體器件固定在印刷電路板14上。在這樣一種所述的流程中，加熱與冷卻的同時半導(dǎo)體器件安裝在印刷電路板14上。此時，如果半導(dǎo)體器件與印刷電路板14的熱膨脹系數(shù)不同，則半導(dǎo)體器件與印刷電路板14的膨脹與收縮的大小是不同的，因此而引起如圖1c所示的彎曲。尤其是，在焊劑16a冷卻和凝固后(當溫度等于或小于最低可熔溫度183℃時)，半導(dǎo)體器件與印刷電路板14將以不同的比率收縮，同時它們兩者又固定在引線端子13的部分，以致于發(fā)生不自然的變形并且產(chǎn)生大的彎曲。
當具有以這樣方法產(chǎn)生彎曲的半導(dǎo)體器件被用在掃描儀中讀取圖象的傳感器或者作為圖象工具時，誤差是很大的，因此精度惡化。
本發(fā)明的目的是提供一種半導(dǎo)體器件，它的封裝和罩僅僅用一種塑料制造，用于減少制造成本，并且當它安裝到印刷電路板上時其彎曲小。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種半導(dǎo)體器件包括具有一個凹進在其上表面上塑料制的一個不透明封裝，一個包含在凹進部分內(nèi)的半導(dǎo)體元件，和一個透明的塑料罩并且固定在封裝的上表面以覆蓋凹進部分，其特點是罩的厚度是0.5mm或者更薄。因此，包括封裝和罩的整個半導(dǎo)體器件的表面熱膨脹系數(shù)能夠做的較小，以便接近正常印刷電路板的熱膨脹系數(shù)，而半導(dǎo)體器件的彎曲因此而能夠被抑制。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，透明罩有一些凹槽部分形成在基本垂直于縱向的方向。在這種情況下，趨于使半導(dǎo)體器件變形的力將被集中在凹槽部分以至在縱向彎曲的這個罩沒有強的作用力，因此減少縱向的彎曲量。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，透明罩提供一個突出凹進部分外面的凸起，而凸起部分是結(jié)合到封裝的上表面并且具有一個環(huán)形形狀圍繞在凹進部分的外部。在這種情況下，因為從封裝到罩的導(dǎo)熱路徑僅僅是凸起部分，而熱不容易傳導(dǎo)到罩，罩的溫度不能夠升到封裝那樣高，因此而減少了變形量和在罩邊緣的彎曲。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，這種半導(dǎo)體器件包括具有一個凹進在其上表面上塑料制的一個透明封裝，一個包含在凹進部分內(nèi)的半導(dǎo)體元件，和一個塑料罩并且固定在封裝的上表面以覆蓋凹進部分，在凹進部分中面對半導(dǎo)體元件的位置透明部分的罩形成而一個不透明部分位于除了透明部分外的位置。在這種情況下，包括封裝和罩的整個半導(dǎo)體器件的熱膨脹系數(shù)能夠接近正常印刷電路板的熱膨脹系數(shù)。此外，整個半導(dǎo)體器件的表面熱膨脹系數(shù)能夠減小，以致于半導(dǎo)體器件的彎曲能夠被抑制。
本發(fā)明上述及其它目的，特點和優(yōu)點通過下面參照本發(fā)明例子的附圖的描述將會更清楚。
圖1A是一個顯示已有技術(shù)的半導(dǎo)體器件的平面視圖；圖1B是一個顯示已有技術(shù)的半導(dǎo)體器件在加熱過程中的前視圖；圖1C是顯示已有技術(shù)的半導(dǎo)體器件變形后的前視圖；圖2A是一個顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的平面視圖；圖2B是一個顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的前剖面視圖；圖3是一個顯示根據(jù)第一實施例的一種半導(dǎo)體器件的彎曲與罩的厚度之間關(guān)系的曲線圖；圖4A是一個顯示根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的平面視圖；圖4B是一個顯示根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的前剖面視圖；圖5A是一個顯示根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的平面視圖；圖5B是一個顯示根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的前平面視圖；圖6A是一個顯示根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的另一種形式的平面視圖；圖6B是一個顯示根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的另一種形式的例子的前剖面視圖；圖7A是一個顯示根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的平面視圖；圖7B是一個顯示根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的前剖面視圖；圖8A是一個顯示根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的另一種形式的平面視圖；圖8B是一個顯示根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的另一種形式的例子的前剖面視圖；圖9是一個顯示根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的前剖面視圖。
現(xiàn)在參考圖2A和2B，顯示的是一個根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的半導(dǎo)體器件的基本結(jié)構(gòu)。這個半導(dǎo)體器件包括一個具有凹進部分1a的封裝1，一個包含在凹進部分1a內(nèi)的半導(dǎo)體元件例子的CCD芯片(電荷耦合器件)2，一組連接到CCD芯片2并且向封裝1外延伸的金屬引線端子3，以及一個結(jié)合到封裝1的凹進部分表面形成的以便覆蓋凹進部分的罩5。這個半導(dǎo)體器件安裝在印刷電路板4上并且用作傳真機，復(fù)印機或其他設(shè)備中閱讀原稿的一個傳感器。
如上所述，當一種常規(guī)半導(dǎo)體器件安裝在印刷電路板上并且經(jīng)受加熱和冷卻時，由于印刷電路板與該半導(dǎo)體器件的熱膨脹系數(shù)的不同該半導(dǎo)體器件遭受一個產(chǎn)生的彎曲，如圖1C所示。尤其是，一種用作傳感器的半導(dǎo)體器件或其他的具有伸長形狀的半導(dǎo)體器件(對于整個半導(dǎo)體器件它的長度可能是寬度的五倍而半導(dǎo)體元件可能在縱方向上有47倍于寬度的長)，以致于在縱方向上很容易產(chǎn)生彎曲。本發(fā)明首先考慮在常規(guī)器件中造成彎曲的因素，如下為了抑制安裝在印刷電路板上的半導(dǎo)體器件由于加熱或冷卻引起的彎曲，應(yīng)該認為印刷電路板的熱膨脹系數(shù)與半導(dǎo)體器件的熱膨脹系數(shù)做的盡量一樣，使前者膨脹和收縮的大小與后者的膨脹和收縮的大小相匹配。當陶瓷或玻璃用作封裝材料和半導(dǎo)體器件的罩時，大的彎曲不容易產(chǎn)生，因為這些材料的熱膨脹系數(shù)接近于印刷電路板的熱膨脹系數(shù)，但是器件的成本費變高了。從而期望使用成本低的塑料封裝和罩并且還能使其熱膨脹系數(shù)接近于印刷電路板的熱膨脹系數(shù)。因此實行混合如填充物或碳的雜質(zhì)到塑料中，以致于封裝和罩的熱膨脹系數(shù)做的接近于印刷電路板的熱膨脹系數(shù)。然而，當該半導(dǎo)體器件用作一個傳感器時，半導(dǎo)體元件(CCD芯片)必須暴露在光下以致于至少面對CCD芯片罩的部分必須是透明的并且用來減少的熱膨脹系數(shù)的雜質(zhì)如填充物或碳不能混入這部分塑料中。即，半導(dǎo)體器件封裝的熱膨脹系數(shù)能夠做的接近印刷電路板的熱膨脹系數(shù)，而半導(dǎo)體器件的罩的熱膨脹系數(shù)難以做到接近印刷電路板的熱膨脹系數(shù)。尤其是，在印刷電路板的熱膨脹系數(shù)是16×10-6(/℃)的情況下，封裝的熱膨脹系數(shù)可以減少到14×10-6(/℃)，同時罩的熱膨脹系數(shù)是低到61×106(/℃)。因此，大家可以看到常規(guī)半導(dǎo)體器件中大的彎曲主要原因取決于它的罩。
參照圖2A和2B，在這個實施例中，罩5的厚度做成0.5mm或者更薄，這個比已有技術(shù)的厚度要薄一些。結(jié)果，雖然罩5其本身具有和已有技術(shù)同樣的熱膨脹系數(shù)，但是對應(yīng)厚度減少的罩5，趨向于使罩5熱變形的總施加力小了，因此施加一個較小的力在封裝1上。特別是，即使每單位體積使罩5變形的力是一個常數(shù)，那么對于該減少的厚度，總熱變形的力也是小的，以致一個較小的力作用在封裝1上。所以，對于整個半導(dǎo)體器件的彎曲量是小的。此外，當封裝1由摻有一定比例雜質(zhì)的塑料材料制造而罩5僅由一種塑料材料制造時，因為罩5的體積小，對于整個半導(dǎo)體器件塑料材料中的雜質(zhì)比例就大。因此，整個半導(dǎo)體器件的熱膨脹系數(shù)明顯是小了。
圖3顯示一個對應(yīng)于罩5的厚度變化而半導(dǎo)體器件彎曲量的變化，這是由申請者通過實驗而獲得。如果封裝1的厚度被假設(shè)為3.64mm，則當罩5厚度是0.7mm時彎曲量近似于0.14mm，而彎曲率是0.14/(3.64+0.7)=0.322=3.22％。另一方面，當罩5厚度是0.5mm時，彎曲量近似于0.11mm而彎曲率是0.11/(3.64+0.5)=0.265=2.65％。這些結(jié)果顯示罩5的厚度越薄，彎曲就越小。再者，因為近似2.65％的彎曲率在半導(dǎo)體器件使用的正常條件一般是可允許的，所以罩5的厚度最好是0.5mm或者更薄。
應(yīng)該注意到除了罩5外這個實施例的結(jié)構(gòu)是與已有技術(shù)一樣。
參照圖4A和4B，顯示的是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，其中封裝1,CCD芯片2，以及引線端子3的結(jié)構(gòu)與已有技術(shù)和第一實施例的一樣。
在這個實施例中的罩6由一個面對CCD芯片2的透明部分6a和一個與透明部分6a不同的不透明部分6b組成。如封裝1，不透明部分6b是由摻入如填充物或碳雜質(zhì)的塑料構(gòu)成并且具有小的熱膨脹系數(shù)。另一方面，透明部分6a僅由不摻雜質(zhì)的塑料構(gòu)成并且具有大的熱膨脹系數(shù)。
正如第一實施例，因為在這個實施例中，具有大的熱膨脹系數(shù)的透明部分6a的體積是小的，總加熱變形透明部分6a的力也小而施加在封裝1上的力就小。再者，如果封裝1和不透明部分6b兩者都是由包括相同比例的雜質(zhì)塑料構(gòu)成，則整個半導(dǎo)體器件的塑料中雜質(zhì)比例越小，透明部分6a的體積就越大。因此整個半導(dǎo)體器件的熱膨脹系數(shù)明顯小，并且較接近印刷電路板的熱膨脹系數(shù)，而半導(dǎo)體器件的彎曲量較小。應(yīng)該注意透明部分6a最好是薄一些，特別是0.5mm或者更薄。
參照圖5A和5B，顯示的是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例，其中封裝1,CCD芯片2，以及引線端子3的結(jié)構(gòu)與第一和第二實施例的一樣。
在這個實施例中的罩7由一個位于面對CCD芯片2的透明部分7a和一個與透明部分7a不同的不透明部分7b組成。如封裝1，不透明部分7b是由摻入如填充物或碳雜質(zhì)的塑料構(gòu)成并且具有小的熱膨脹系數(shù)。另一方面，透明部分7a僅由不摻雜質(zhì)的塑料構(gòu)成并且具有大的熱膨脹系數(shù)。罩7具有一個內(nèi)側(cè)表面(表面結(jié)合到封裝1上)，在其內(nèi)側(cè)表面上沿橫斷方向延伸形成的多重凹槽7c。
在這個實施例中，因為由加熱趨向熱變形罩7的力是集中在凹槽7c上，所以整個彎曲被抑制到一個較小的量。尤其是，在這個實施例中，雖然透明部分7a的熱膨脹系數(shù)不改變，但趨向熱變形的力是集中在凹槽7c上以致如同已有技術(shù)中沿縱方向上趨向彎曲罩7的力是小的。因此，即使在凹槽7c上器件的局部變形是大的，而罩7和整個半導(dǎo)體器件在縱方向上的彎曲被抑制。
如第二實施例，在這個實施例中，具有大的熱膨脹系數(shù)的透明部分7a的體積是小的，以致總加熱變形透明部分7a的力也小，而施加在封裝1上的力就小。此外，因為透明部分7a的體積小，整個半導(dǎo)體器件的塑料材料中的雜質(zhì)比例大，以致整個半導(dǎo)體器件的熱膨脹系數(shù)明顯小，并且較接近印刷電路板4的熱膨脹系數(shù)。這還是因為根據(jù)這個實施例的半導(dǎo)體器件的彎曲量是小的。
應(yīng)該注意如圖6A和6B所示，在縱方向上抑制罩7與半導(dǎo)體器件的彎曲的效果可能是通過形成在全部透明罩20中凹槽c的結(jié)構(gòu)獲得。
參照圖7A和圖7B，顯示的是根據(jù)本發(fā)明的第四實施例，其中封裝1，CCD芯片2，以及引線端子3的結(jié)構(gòu)與第一，第二和第三實施例的一樣。
在這個實施例中的罩8由一個位于面對CCD芯片2的透明部分8a和一個與透明部分8a不同的不透明部分8b組成。如封裝1，不透明部分8b是由摻入如填充物或碳雜質(zhì)的塑料構(gòu)成并且具有小的熱膨脹系數(shù)。另一方面，透明部分8a僅由不摻雜質(zhì)的塑料構(gòu)成并且具有大的熱膨脹系數(shù)。罩8具有一個內(nèi)側(cè)表面(表面結(jié)合到封裝1上)，在其內(nèi)側(cè)表面上一個凸起8c以環(huán)形形狀圍繞在凹進部分的外面。罩8僅僅在這個凸起8c上結(jié)合到封裝1。
當半導(dǎo)體器件安裝在印刷電路板4上并且浸入高溫熔化焊錫槽中，熱從引線端子3傳遞到封裝1，并且進一步從封裝1傳遞到罩8。在圖1A，1B和1C顯示的已有技術(shù)的情況，因為熱是經(jīng)過封裝的表面和除了凹進部分的罩傳遞，所以熱很容易地在兩者之間傳遞并且罩的溫度增加到實際與封裝相同的溫度。相反地，在這個實施例的情況，因為凸起8c作為一個熱傳遞路徑，從封裝1到罩8的熱傳遞效率是低的。所以罩8的溫度不會變得封裝1那樣高。如上所述，雖然罩8的透明部分8a具有大的熱膨脹系數(shù)，但是如果溫度增加小該變形就減小。尤其是，在這個實施例中，溫度大的增加發(fā)生在封裝1與具有小熱膨脹系數(shù)的印刷電路板上，同時溫度小的增加發(fā)生在具有大熱膨脹系數(shù)的罩8上，所以兩者的變形實際是一樣的，而大的彎曲不會產(chǎn)生。
如第二和第三實施例，在這個實施例中，具有大的熱膨脹系數(shù)的透明部分8a的體積是小的，以致于總加熱變形透明部分8a的力也小，而施加在封裝1上的力就小。還有，因為透明部分8a的體積小，整個半導(dǎo)體器件的塑料材料中的雜質(zhì)比例大，以致整個半導(dǎo)體器件的熱膨脹系數(shù)明顯小，并且較接近印刷電路板4的熱膨脹系數(shù)。這還是因為根據(jù)這個實施例的半導(dǎo)體器件的彎曲量是小的。
應(yīng)該注意如圖8A和8B所示，在縱方向上抑制罩8與半導(dǎo)體器件的彎曲的效果可能是通過形成在全部透明罩21中的凸起21a的結(jié)構(gòu)獲得。
參照圖9，顯示的是根據(jù)本發(fā)明的第五實施例，其中凸起9a形成在罩9外圍的最外面。因此，罩9的制造過程簡單并且罩9的強度增加。
在本發(fā)明的所提實施例已經(jīng)采用特殊的術(shù)語進行了描述，這種描述僅僅是用于說明性的目的，而大家應(yīng)該明白所作的各種的變化與修改都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一個半導(dǎo)體器件包括一個具有一個凹進在其上表面中的由塑料制成的不透明封裝；一個包含在所述凹進部分內(nèi)的半導(dǎo)體元件；和一個透明的塑料罩，并且固定在所述封裝的上表面以覆蓋所述凹進部分，而罩的厚度是0.5mm或者更薄。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述半導(dǎo)體元件是一個CCD芯片。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述封裝的底表面安裝在一個印刷電路板上。
4．一個半導(dǎo)體器件包括一個具有一個凹進在其上表面中并由塑料制成的不透明封裝；一個包含在所述凹進部分內(nèi)的半導(dǎo)體元件；和一個透明的塑料罩，并且固定在所述封裝的上表面以覆蓋所述凹進部分，而該罩具有一些凹槽以實際垂直于縱方向的方向形成在其上。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述半導(dǎo)體元件是一個CCD芯片。
6．根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述封裝的底表面安裝在一個印刷電路板上。
7．一個半導(dǎo)體器件包括一個具有一個凹進在其上表面中并由塑料制成的不透明封裝；一個包含在所述凹進部分內(nèi)的半導(dǎo)體元件；和一個透明的塑料罩，并且固定在所述封裝的上表面以覆蓋所述凹進部分，所述透明罩具有一些凸起，形成在所述凹進外面并且結(jié)合到所述封裝的上表面。
8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述半導(dǎo)體元件是一個CCD芯片。
9．根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述封裝的底表面安裝在一個印刷電路板上。
10．根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述凸起以環(huán)形圍繞形成在所述凹進部分的外面。
11．根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述半導(dǎo)體元件是一個CCD芯片。
12．根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述封裝的底表面安裝在一個印刷電路板上。
13．一個半導(dǎo)體器件包括一個具有一個凹進在其上表面中并由塑料制成的不透明封裝；一個包含在所述凹進部分內(nèi)的半導(dǎo)體元件；和一個透明的塑料罩，并且固定在所述封裝的上表面以覆蓋所述凹進部分，而該罩具有一個在所述凹進部分中面對所述半導(dǎo)體元件位置的透明部分以及一個不透明部分位于除了所述透明部分外的地方。
14．根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述半導(dǎo)體元件是一個CCD芯片。
15．根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述封裝的底表面安裝在一個印刷電路板上。
16．根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述透明部分的厚度是0.5mm或者更薄。
17．根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述半導(dǎo)體元件是一個CCD芯片。
18．根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述封裝的底表面安裝在一個印刷電路板上。
19．根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述罩具有一些凹槽以基本垂直于縱方向的方向形成在其上。
20．根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述半導(dǎo)體元件是一個CCD芯片。
21．根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述封裝的底表面安裝在一個印刷電路板上。
22．根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述所述罩具有一個凸起，在所述凹進外面，并且結(jié)合到所述封裝的上表面。
23．根據(jù)權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述半導(dǎo)體元件是一個CCD芯片。
24．根據(jù)權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述封裝的底表面安裝在一個印刷電路板上。
25．根據(jù)權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述凸起以環(huán)形圍繞形成在所述凹進部分的外面。
26．根據(jù)權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述半導(dǎo)體元件是一個CCD芯片。
27．根據(jù)權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述封裝的底表面安裝在一個印刷電路板上。
全文摘要
一個如CCD芯片的半導(dǎo)體元件包含在一個由塑料制成的不透明封裝的凹進內(nèi)，并且其上表面是用一個塑料制成透明的罩覆蓋。該罩與封裝具有不同的熱膨脹系數(shù)并且以0.5mm的厚度形成，其厚度比已有技術(shù)的厚度薄。該半導(dǎo)體器件用一些引線端子連接而這些引線端子突出在封裝的外面。這個半導(dǎo)體器件安裝在一個印刷電路板上。
文檔編號H01L23/08GK1227411SQ9910085
公開日1999年9月1日 申請日期1999年2月26日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月27日
發(fā)明者大森誠 申請人:日本電氣株式會社