预铸模基板及其制造方法和中空型半导体装置及其制造方法与流程

本发明涉及预铸模基板和中空型半导体装置。

背景技术：

作为半导体装置而通常使用的树脂密封型半导体装置取通过环氧树脂密封半导体元件的方式，因此，在将半导体元件树脂密封的过程中，利用半导体元件与树脂的热膨胀系数差的热应力作用于半导体元件。在对外部应力敏感的电压参考元件等模拟半导体ic中，电特性由于这些热应力的影响而不均，其成为使检测电压的精度降低的一个原因。因此，为了得到更高精度的模拟半导体制品，使向元件工作的热应力如何变小成为要点。

为了减少起因于树脂的向元件的应力的影响，例如提出了在半导体元件的表面包覆低弹性的应力缓和保护膜的方法（例如，参照专利文献1）或对半导体元件的电路设计、电路布局进行钻研来使热应力的影响进一步减少的方法（例如，参照专利文献2、专利文献3）。可是，既然使用树脂密封型半导体装置，即使想上述的对策，也不能完全排除从树脂产生的向半导体元件的应力的影响。因此，为了得到偏差更小的超高精度的模拟半导体制品，寻求使向元件工作的树脂应力接近零的途径，作为其有效的方案而提出了中空型的半导体装置。

如图11所示那样，以往的中空型半导体装置采用使印刷电路基板20为底框并且在印刷电路基板20的一个面配置外引线3并且在另一个面装载半导体元件1的结构，以将形成为包围半导体元件1的树脂的框体21的端面与密封板4接合的方式进行半导体元件1的中空密封（例如，参照专利文献4）。这样的中空型半导体装置被应用于电压参考元件、图像传感器等光学元件、压力传感器等感测元件，被广泛地使用在数字摄像机、测量器等应用中。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平09-289269号公报；

专利文献2：日本特开平11-145344号公报；

专利文献3：日本特开2012-195454号公报；

专利文献4：日本特开平11-284101号公报。

发明要解决的课题

可是，关于以往的中空型半导体装置，由于通过树脂材料构成了将中空部包围的框体，所以，存在以下课题：户外空气的水分容易透过薄壁的树脂框，与未采用中空构造的以往的树脂密封型半导体装置相比，向半导体元件表面到达的水分量变多。到达半导体元件的水分引发半导体元件的布线劣化（腐蚀）或半导体元件上的电极焊盘与接合线间的接合不良，成为使半导体装置的可靠性降低的一个原因。

技术实现要素：

本发明是鉴于上述课题而完成的，因此，其目的在于提供水分难以到达中空部且可靠性高的中空型半导体装置和用于中空型半导体装置的预铸模基板。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题，在本发明中使用了以下的方案。

为一种预铸模基板，其特征在于，具备：

元件装载部，载置半导体元件；

内引线，被设置在所述元件装载部的周围；

框状布线，被设置在所述元件装载部和所述内引线的周围；

外引线，被设置为与所述内引线的背面相接；

第一框状壁，被设置为与所述框状布线的背面相接；以及

树脂密封体，被设置在所述内引线与所述框状布线之间和所述外引线与所述第一框状壁之间，

所述元件装载部、所述内引线的上表面和所述框状布线的上表面露出到所述树脂密封体的第一面，

所述外引线的背面和所述第一框状壁的背面露出到所述第一面的相反侧的面即第二面。

此外，使用了一种预铸模基板的制造方法，其特征在于，具备：

在底板的第一主面形成内引线和将所述内引线包围的框状布线的工序；

在所述内引线的与所述第一主面相反侧的面上形成外引线并且在所述框状布线的与所述第一主面相反侧的面上形成将所述外引线包围的第一框状壁的工序；

使用树脂将所述第一主面、所述内引线、所述外引线、所述框状布线和所述第一框状壁密封的工序；

从所述树脂与所述底板相接的面所相反侧的面起进行研磨而将所述外引线和所述第一框状壁的背面从所述树脂露出的工序；以及

从所述底板的与第一主面相反侧的第二主面侧除去外周部分以外而将所述内引线和所述框状布线及所述树脂露出的工序。

此外，为一种中空型半导体装置，其特征在于，具备：

半导体元件；

元件装载部，载置所述半导体元件；

内引线，被设置在所述元件装载部的周围，与所述半导体元件电连接；

框状布线，被设置在所述元件装载部和所述内引线的周围；

外引线，被设置为与所述内引线的背面相接；

第一框状壁，被设置为与所述框状布线的背面相接；

树脂密封体，被设置在所述内引线与所述框状布线之间和所述外引线与所述第一框状壁之间；

第二框状壁，被设置为与所述框状布线的背面所相反侧的面相接；以及

密封板，被设置为与所述第二框状壁的、和所述框状布线相接的面所相反侧的面相接，

所述元件装载部、所述内引线和所述框状布线露出到所述树脂密封体的第一面，所述外引线和所述第一框状壁露出到所述第一面的相反侧的面即第二面。

此外，为一种中空型半导体装置的制造方法，其特征在于，具备：

在底板的第一主面形成内引线和将所述内引线包围的框状布线的工序；

在所述内引线的与所述第一主面相反侧的面上形成外引线并且在所述框状布线的与所述第一主面相反侧的面上形成将所述外引线包围的第一框状壁的工序；

使用树脂将所述第一主面、所述内引线、所述外引线、所述框状布线和所述第一框状壁密封的工序；

从所述树脂与所述底板相接的面所相反侧的面起进行研磨而将所述外引线和所述第一框状壁的背面从所述树脂露出的工序；

从所述底板的与第一主面相反侧的第二主面侧除去外周部分以外而将所述内引线和所述框状布线及所述树脂露出的工序；

在所述露出的框状布线的表面形成第二框状壁的工序；

在所述框状布线的内侧的元件装载部载置半导体元件的工序；

将所述半导体元件与所述内引线电连接的工序；

将密封板与所述第二框状壁的上表面接合来形成中空密封体的工序，所述中空密封体具有由所述密封板、所述第二框状壁和所述树脂包围的中空部；以及

将所述中空密封体单片化的工序。

发明效果

通过使用上述方案，能够得到水分难以到达中空部而难以引发半导体元件的布线劣化（腐蚀）或半导体元件上的电极焊盘与接合线间的接合不良的、可靠性高的中空型半导体装置和用于中空型半导体装置的预铸模基板。

附图说明

图1是示出本发明的第一实施方式的中空型半导体装置的构造的图。（1）是从半导体元件装载侧观察的半导体装置的立体图（密封板接合前），（2）是从半导体元件装置侧观察的半导体装置的立体图（密封板接合后），（3）是从外引线（outerlead）侧观察的半导体装置的立体图。

图2是示出本发明的第一实施方式的中空型半导体装置的构造的图。（1）是从半导体元件装载侧上表面透视半导体装置的图，（2）是沿着（1）的切断线a-a的剖面图。

图3是示出本发明的第二实施方式的中空型半导体装置的构造的图。（1）是从半导体元件装载侧观察的半导体装置的立体图（密封板接合前），（2）是从半导体元件装载侧观察的半导体装置的立体图（密封板接合后）。

图4是示出本发明的第二实施方式的中空型半导体装置的构造的图。是沿着图3（2）的切断线b-b的剖面图，（1）是回流（reflow）处理前，（2）是回流处理后。

图5是示出本发明的第三实施方式的中空型半导体装置的构造的图。（1）是从半导体元件装载侧观察的半导体装置的立体图（第二树脂密封前），（2）是从半导体元件装载侧观察的半导体装置的立体图（第二树脂密封后），（3）是沿着切断线c-c的剖面图。

图6是示出本发明的第一实施方式的中空型半导体装置的制造方法的工序流程剖面图。

图7是继图6之后的、示出本发明的第一实施方式的中空型半导体装置的制造方法的工序流程剖面图。

图8是继图7之后的、示出本发明的第一实施方式的中空型半导体装置的制造方法的工序流程剖面图。

图9是示出本发明的第二实施方式的中空型半导体装置的制造方法的工序流程剖面图。

图10是示出本发明的第三实施方式的中空型半导体装置的制造方法的工序流程剖面图。

图11是示出以往的中空型半导体装置的剖面图。

具体实施方式

以下，参照附图来对本发明的实施方式进行说明。

图1是示出本发明的第一实施方式的中空型半导体装置的构造的图，图1（1）是接合密封板之前的从半导体元件装载侧观察的中空型半导体装置的立体图。在树脂密封体6的表面载置电压参考元件等半导体元件1，与半导体元件1的周围分离地配置多个内引线2。关于内引线2，仅将其表面从树脂密封体6露出，其侧面被埋入到树脂密封体6中。而且，将在半导体元件1的表面设置的多个电极焊盘与内引线2经由金属线5电连接。在多个内引线2的周围设置从树脂密封体6露出的框状布线7，在框状布线7的上表面设置第二框状壁9。

图1（2）是接合密封板之后的从半导体元件装载侧观察的中空型半导体装置的立体图。将密封板4与第二框状壁9的上端的端面接合，形成了由密封板4的背面、第二框状壁9的内侧面和树脂密封体6的上表面包围的中空部。

图1（3）是从外引线侧观察的中空型半导体装置的立体图。多个外引线3和第一框状壁8从树脂密封体6露出。关于多个外引线3和第一框状壁8，仅将其背面从树脂密封体6露出，它们的侧面被埋入到树脂密封体6中。而且，外引线3与内引线2在树脂密封体6内接合，同样地，第一框状壁8在树脂密封体6内与框状布线7接合。在俯视下在中空型半导体装置的周边部形成树脂密封体6，在周边部的内侧呈环状地形成第一框状壁8，进而，在第一框状壁8的内侧形成多个外引线3。在此，树脂密封体6的背面、第一框状壁8的背面和外引线3的背面形成同一面。

再有，在第一框状壁8和外引线3的背面形成了安装用的电镀层（未图示）。在将中空型半导体装置安装于安装基板的情况下，从树脂密封体6露出的多个外引线3和第一框状壁8成为安装面，在该安装面与安装基板接合。

图2是示出本发明的第一实施方式的中空型半导体装置的构造的图，在图2（1）中示出平面图，在图2（2）中示出剖面图。图2（1）是从中空型半导体装置的密封板4侧观察的平面图，在中空型半导体装置的周边部形成树脂密封体6，在周边部的内侧形成环状的框状布线7，在其内侧形成环状的第二框状壁9，以放置到第二框状壁9的上端的方式设置密封板4。将沿着本图中的a-a线的剖面图示出在图2（2）中。

在中空型半导体装置的下部形成预铸模（pre-mold）基板15。预铸模基板15为将内引线2、外引线3、框状布线7、第一框状壁8埋入到树脂密封体6中并且将它们部分地从树脂密封体6露出后的结构。本实施方式的预铸模基板15在其上表面中央附近形成载置半导体元件1的元件装载部17，在元件装载部17的周围在与其分离的位置设置内引线2。再有，元件装载部17如本图那样为树脂密封体6也可，为金属体也可。

关于内引线2，仅将上表面从树脂密封体6露出，其侧面被埋入到树脂密封体6中。而且，外引线3的上表面与内引线2的背面接合。外引线3的侧面被埋入到树脂密封体6中，其背面为从树脂密封体6露出的结构。而且，通过使内引线2的背面面积比外引线3的上表面面积大，从而防止内引线2和外引线3从树脂密封体6脱落。

在内引线2的周围以与内引线2分离的方式形成框状布线7。内引线2同样地，框状布线7的上表面从树脂密封体6露出，其侧面被埋入到树脂密封体6中。而且，第一框状壁8的上表面与框状布线7的背面接合。第一框状壁8的侧面被埋入到树脂密封体6中，其背面为从树脂密封体6露出的结构。通过使框状布线7的背面面积比第一框状壁8的上表面面积大，从而防止框状布线7和第一框状壁8从树脂密封体6脱落。框状布线7和第一框状壁8由非透气性的材料构成，以呈环状且无缝隙的方式被形成在预铸模基板15的周围。通过像这样使用非透气性的材料，从而能够抑制位于框状布线7或第一框状壁8的内侧的树脂密封体6的、来自预铸模基板15的侧面的吸湿，能够抑制向内部的水分的到达。再有，在本实施例的预铸模基板15中在框状布线7和第一框状壁8的外侧也设置树脂密封体6。

内引线2的上表面、框状布线7的上表面和树脂密封体6的上表面形成同一面，外引线3的背面、第一框状壁8的背面和树脂密封体6的背面形成同一面。此外，内引线2与框状布线7的厚度（高度）相同，外引线3与第一框状壁8的厚度（高度）也相同。

通过在上述的预铸模基板15上设置半导体元件1和中空密封体14而成为中空型半导体装置。在预铸模基板15的上表面中央附近载置半导体元件1，经由金属线5将半导体元件1上的电极焊盘与内引线2的上表面电连接。在此，代替利用金属线5的连接而采用倒装芯片接合也可。

在位于内引线2的周围的框状布线7的上表面设置环状的第二框状壁9，进而，在第二框状壁9的上表面经由焊锡等接合材料接合平板状的密封板4。在此，通过使第二框状壁9的厚度（高度）比金属线5的圈高度厚，从而能够避免密封板4与金属线5的接触。在中空密封体14的内侧形成由第二框状壁9、密封板4和树脂密封体6包围的中空部13，在其中放置未被树脂密封的半导体元件1。

接着，对用于各部位的材料进行说明。

内引线2、外引线3、框状布线7使用将铜作为基础的合金等金属，埋入其的树脂密封体6使用含有遮光成分的热固化型的环氧树脂。此外，非透气性的材料适于第一框状壁8或第二框状壁9，但是，作为非透气性的材料，除了将铜作为基础的合金等金属之外还可以为陶瓷或玻璃。

在从树脂密封体6露出的外引线3和第一框状壁8的背面形成由镍、钯、金的层叠膜构成的电镀膜。此外，在露出到成为元件形成侧的树脂密封体6的上表面的、内引线2的上表面或框状布线7的上表面也形成由镍、钯、金的层叠膜构成的电镀膜。在内引线2的上表面形成的该层叠膜用于提高在与半导体元件1之间设置的金属线5与内引线2的连接性，在框状布线7和第二框状壁9的表面形成的该层叠膜被用作通过焊锡将由铜材料等金属构成的密封板4中空密封时的接合膜，也具有防止框状布线7和第二框状壁9的母材的铜氧化的效果。

上述的中空型半导体装置为在难以吸湿的预铸模基板之上设置有中空密封体的构造，因此，成为水分难以到达中空部而难以引发半导体元件的布线劣化（腐蚀）或半导体元件上的电极焊盘与接合线（bondingwire）间的接合不良的、可靠性高的中空型半导体装置。

图3是示出本发明的第二实施方式的中空型半导体装置的构造的图。图3（1）是接合密封板之前的从半导体元件装载侧观察的中空型半导体装置的立体图，图3（2）是接合密封板之后的从半导体元件装载侧观察的中空型半导体装置的立体图。与本发明的第一实施方式的中空型半导体装置的不同为密封板4的形状。在第一实施方式中使用的密封板4为平板形状，但是，在此使用的密封板4为在平板部4b的外周设置外缘部4a的方面。外缘部4a被设置为与平板部4b垂直，进行密封以使平板部4b的背面将第二框状壁9的上表面覆盖而外缘部4a的内侧面将第二框状壁9的外侧面覆盖。在图4中示出沿着图3（2）的b-b线的剖面图。图4（1）是回流处理前的剖面图，图4（2）是回流处理后的剖面图。

首先，如图4（1）所示那样，在密封板4的外缘部4a的端面预先形成焊锡11，接着，如图4（2）所示那样，利用回流处理将第二框状壁9的侧面的一部分、框状布线7的表面的一部分和密封板4的外缘部4a的端面通过焊锡11接合，形成了中空密封体。在第二框状壁9和框状布线7的母材的铜表面分别形成镍、钯、金的层叠膜，防止成为母材的铜表面的氧化，使利用焊锡11的与密封板4的外缘部4a的端面的接合性良好化。像这样，在密封板4设置外缘部4a，在与半导体元件1的装载部进一步分离之处进行密封板4的焊接，由此，防止向装载半导体元件1的中空部内的焊接用焊剂（flux）的残渣侵入，并且，能够实现更稳定的焊接。

在上述的第一实施方式、第二实施方式的中空型半导体装置中假设作为密封板4而使用铜材料等金属，但是，在半导体元件1为光学系统的元件的情况下只要为透射光的透明板即可。作为透明板而使用玻璃板或透明树脂板，只要通过硅酮类的粘接剂将第二框状壁9的上表面接合即可。

图5是示出本发明的第三实施方式的中空型半导体装置的构造的图。图5（1）是第二树脂密封前的从半导体元件装载侧观察的中空型半导体装置的立体图，是与图1（2）相同的图。在图5（2）中示出了在其中空密封体的表面包覆第二树脂密封体后的方式。关于长方体形状的中空型半导体装置，使用第二树脂密封体12包覆其上部。在此，上部的第二树脂密封体12和下部的树脂密封体6能够考虑应力而使用不同的树脂。

在图5（3）中示出沿着图5（2）的c-c线的剖面图。设置第二树脂密封体12以使覆盖作为中空密封体14的外表面的密封板4的上表面和侧面以及第二框状壁9的侧面和上表面。通过以第二树脂密封体12的外侧面与树脂密封体6的外侧面形成同一面的方式进行包覆，从而成为长方体的中空型半导体装置。像这样，通过树脂覆盖中空密封体的外侧，由此，能够提高安装时的操作性，并且，进一步地提高中空型半导体装置的保护性。此外，关于第二树脂密封体12，与树脂密封体6同样地使用含有通常的遮光成分的热固化型的环氧树脂。

上述同样地，能够使用第二树脂密封体12包覆第二实施方式的中空型半导体装置。可是，在半导体元件1应用光学系统的元件的情况下，密封板4需要为透明，在该情况下，只要至少为仅在第二框状壁9的侧面和上表面、密封板4的侧面和上表面的一部分包覆第二树脂密封体12并且在半导体元件1的上方设置将光的透射窗开口后的第二树脂密封体12的方式即可。

接着，使用图6~图8来对本发明的第一实施方式的中空型半导体装置的制造方法进行说明。

如图6（1）所示那样，首先，准备底板（baseboard）10。底板10为长度250mm、宽度80mm、厚度250μm的铁类的钢板。此外，作为底板10而使用将铜作为基础的合金素材或将镍作为基础的合金素材也可。进而，也可以使用作为绝缘体的陶瓷或者纤维强化塑料（frp）的板或聚酰亚胺等有机素材的板。

接着，如图6（2）所示那样，在底板10的一个主面利用电镀或非电镀形成多个铜的内引线2和框状布线7，形成厚度30μm的布线图案。

之后，如图6（3）所示那样，在内引线2的成为与底板10相反侧的面的表面的一部分和框状布线7的成为与底板10相反侧的面的表面的一部分通过电镀或非电镀分别图案形成厚度80μm的外引线3和第一框状壁8。外引线3和第一框状壁8由金、银、铜、锡、铝、钯、镍的单层材料或者将它们之中的多个材料层叠后的多层金属材料或者它们之中的多个材料的合金构成。

接着，如图6（4）所示那样，通过传递模塑（transfermold）法将形成有内引线2、框状布线7、第一框状壁8和外引线3的、底板10的一个主面树脂密封，形成树脂厚200μm左右的树脂密封体6。树脂密封体6为用于半导体元件的密封的、含有通常的遮光成分的热固化型的环氧树脂。

接着，如图7（1）所示那样，从树脂密封体6与底板10相接的面所相反侧的表面起研磨，使外引线3和第一框状壁8的背面（安装面）分别露出。接着，如图7（2）所示那样，通过蚀刻从底板10的另一个主面侧除去外周部分以外而使其开口，使树脂密封体6、内引线2和框状布线7的上表面露出，由此，可一并装载半导体元件的预铸模基板完成。通过残留底板10的外周部分，从而能够避免预铸模基板的弯曲。此外，通过将相邻的框状布线7之间的树脂密封体6切断，从而个别地装载半导体元件的预铸模基板完成。

在以后对使用了能够一并装载多个半导体元件的预铸模基板的工序进行说明。如图7（3）所示那样，在与第一框状壁8连结的框状布线7的上表面的一部分以200μm的厚度形成第二框状壁9。第二框状壁9由金、银、铜、锡、铝、钯、镍的单层材料或者将它们之中的多个材料层叠后的多层金属材料或者它们之中的多个材料的合金构成。之后，在外引线3的背面（安装面）、内引线2的上表面（露出面）、框状布线7的上表面（露出面）和第二框状壁9的表面以镍、钯、金的顺序利用电镀形成层叠膜来形成电镀膜。

接着，如图7（4）所示那样，通过管芯连接膜（dieattachfilm）等粘接剂将半导体元件1固定于由第二框状壁9包围的区域的中央附近的元件装载部17。接着，如图8（1）所示那样，利用引线接合（wirebonding）法经由金属线5将在半导体元件1的表面上设置的电极焊盘与内引线2连接。

接着，如图8（2）所示那样，通过粘接剂或焊锡将铜的密封板4与第二框状壁9的上表面接合来进行中空密封。在装载图像传感器等光学元件时，代替铜而使用玻璃等透明的密封板4。最后，如图8（3）所示那样，通过切割刀片（dicingblade）切断相邻的第一框状壁8之间的树脂密封体6，进而，将底板10的外周部分切掉，由此，单片化后的中空型半导体装置完成。在此，作为单片化的方法，也可以代替刀片切割而使用切断（breaking）法或激光切割（lasercut）法。

根据上述的制造方法的中空型半导体装置为在难以吸湿的预铸模基板之上设置有中空密封体的构造，因此，能够为水分难以到达中空部而难以引发半导体元件的布线劣化（腐蚀）或半导体元件上的电极焊盘与接合线间的接合不良的、可靠性高的中空型半导体装置。

进而，关于本发明的一个实施方式的中空型半导体装置，代替印刷电路基板而使用预铸模基板，因此，能够减少基板的材料成本。此外，利用电镀形成了形成中空部的框体，因此，不需要树脂成型用的铸模金属模，每当改变半导体装置的大小时，不需要制作新的专用金属模。如以上那样，本发明的中空型半导体装置的制造方法也有助于量产时的成本减少。

接着，对第二实施方式的中空型半导体装置的制造方法进行说明。

图9是示出本发明的第二实施方式的中空型半导体装置的制造方法的工序流程剖面图。图9（1）是示出使用密封板4进行中空密封之前的制造工序的图，是与第一实施方式的图8（1）相同图。在图9（2）中图示了使用带外缘部4a的密封板4进行密封的状态。密封板4具有由200μm厚的铜板构成的外缘部4a，在密封板4的外缘部4a的端面预先包覆焊锡11，沿着第二框状壁9的外周嵌入密封板4，进行焊锡回流处理。由此，密封板4的焊锡包覆面、框状布线7的表面的一部分和第二框状壁9的表面的一部分被焊锡接合，中空密封完成。在此，为了更可靠地进行焊接，优选在回流处理前在焊锡包覆面涂敷焊剂。接着，如图9（3）所示那样，使用刀片切割将中空密封体单片化，各个中空型半导体装置完成。

接着，对第三实施方式的中空型半导体装置的制造方法进行说明。

在第一实施方式的制造方法的说明中使用的图8（2）示出了单片化前的状态，但是，在图10（1）中示出了使用传递模塑法将该中空密封体的表面树脂密封并且将第二树脂密封体12包覆后的状态。第二树脂密封体12被形成为覆盖中空密封体14的密封板4、第二框状壁9和树脂密封体6的一部分。像这样，通过使用树脂覆盖中空密封体14的外侧，从而能够提高安装时的操作性，并且，进一步提高中空型半导体装置的保护性。第二树脂密封体12与树脂密封体6同样地为含有通常的遮光成分的热固化型的环氧树脂，但是，也可以配合寻求的特性而采用透明树脂。

此外，当在使用第二树脂密封体12进行整体成型之前、通过等离子体处理等将利用蚀刻而露出到设置于底板10的开口部的、内引线2、框状布线7、树脂密封体6的表面和中空密封体14的表面洗净时，能够得到界面处的树脂紧贴性提高且可靠性高的第二树脂密封体12。进而，在第二树脂密封体12的形成中，代替传递模塑法而使用封装（potting）法或压制（pressing）法也可。最后，如图10（2）所示那样，通过刀片分割将相邻的中空密封体14之间分割，由此，单片化后的中空型半导体装置完成。

附图标记的说明

1半导体元件

2内引线

3外引线

4密封板

4a外缘部

4b平板部

5金属线

6树脂密封体

7框状布线

8第一框状壁

9第二框状壁

10底板

11焊锡

12第二树脂密封体

13中空部

14中空密封体

15预铸模基板

16切割线

17元件装载部

20印刷电路基板。