JP2019062109A - 表面実装型デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 デバイス実装後の高さを増大させることなく、製造工程において、半導体素子とハンドリング冶具との隙間を十分確保して、半導体素子が破損するのを防ぐことができる表面実装型デバイスを提供する。【解決手段】 Ｈ型構造のパッケージ１１の底面において、半導体素子１３が搭載される下側のキャビティの外周部分に、外部接続端子１６の厚みよりも大きく、デバイスを基板に実装する際の半田３１の厚みより小さい厚みを備えた突起部２１を複数備えた表面実装型デバイスとしている。【選択図】 図１

Description

本発明は、表面実装型デバイスに係り、特にデバイス実装後の高さを増大させることなく、製造工程において、半導体素子が破損するのを防ぐことができる表面実装型デバイスに関する。

［先行技術の説明：図４］
従来の表面実装型デバイスとしては、Ｈ型構造の恒温槽付水晶発振器等がある。従来の表面実装型デバイスについて図４を用いて説明する。図４は、従来のＨ型構造の表面実装型デバイスの断面説明図である。
図４に示すように、従来のＨ型構造の恒温槽付水晶発振器は、上面と下面にキャビティ（凹部）を備え、断面がＨ型形状の筐体（パッケージ）５１の内部に、水晶片５２と、半導体素子５３とが搭載されたものである。
半導体素子５３には、発振回路や温度補償回路等が設けられている。

水晶片５２は、パッケージ５１の上側のキャビティに搭載され、導電性接着剤５４でキャビティ内に形成された電極に接続されている。上部のキャビティはリッド５５によって封止されている。

また、半導体素子５３は、下側のキャビティに搭載され、金バンプ５７によってキャビティ内の電極に接続されている。
更に、半導体素子５３とキャビティ内の実装面との間には、回路面保護と実装強度を確保するための樹脂（アンダーフィル）５８が充填されている。但し、半導体素子５３自体は、樹脂等によって覆われてはいない。
尚、各キャビティ内の配線や電極は、スルーホール等によってパッケージ５１底面に形成された外部接続端子５６に接続されている。

［低背化の要求］
温度補償水晶発振器等の表面実装型デバイスは、低背化が求められており、パッケージ５１を構成する各層の薄膜化によって、キャビティが浅く形成されるようになっている。
このため、パッケージ５１の底面（基板への実装面）の高さと、半導体素子５３の下面の高さとの差が小さくなる。
これにより、製造工程中に整列搬送する場合等に、整列用ハンドリング冶具と半導体素子５３との間のクリアランス（隙間）が狭くなって接触してしまい、半導体素子５３にクラックが発生する等、破損の恐れがある。

［関連技術］
尚、表面実装型デバイスの構成に関する従来技術としては、特開平１１−６７９４８号公報「半導体パッケージ及びパッケージトレイ」（特許文献１）、特開２００５−１５１１１６号公報「圧電振動デバイス」（特許文献２）がある。
特許文献１には、半導体パッケージの底面に複数の突起部を設け、パッケージにかかる荷重をアウターリードと突起部とに分散することが記載されている。
また、特許文献２には、水晶振動子の下面に突起部を設け、外部接続用電極パッドが搬送装置に接触しないようにすることが記載されている。

特開平１１−６７９４８号公報 特開２００５−１５１１１６号公報

上述したように、従来の表面実装型デバイスでは、パッケージの低背化に伴ってキャビティが浅くなり、下側のキャビティに搭載された半導体素子とデバイスの実装面との隙間が狭くなって、製造工程中の整列ハンドリング時に整列ハンドリング用冶具と半導体素子とが接触して半導体素子が破損するおそれがあるという問題点があった。

特許文献１，２には、Ｈ型構造のパッケージの下側のキャビティに半導体素子を搭載する表面実装型デバイスにおいて、キャビティが浅く形成されても製造工程中に半導体素子が整列用冶具に接触しないように突起部を設けることは記載されていない。

本発明は上記実状に鑑みて為されたもので、デバイス実装後の高さを増大させることなく、製造工程において、半導体素子とハンドリング冶具との隙間を十分確保して、半導体素子が破損するのを防ぐことができる表面実装型デバイスを提供することを目的とする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、Ｈ型構造のパッケージの下側の凹部に半導体素子が搭載され、底面部に外部接続電極を備え、半田によって実装基板に搭載される表面実装型デバイスであって、パッケージの底面部に、外部接続電極の厚みより大きく、半田の厚みより小さい厚みを有する複数の突起部を設けたことを特徴としている。

また、本発明は、上記表面実装型デバイスにおいて、突起部の厚みを、５０μｍ以下としたことを特徴としている。

また、本発明は、上記表面実装型デバイスにおいて、突起部が、アルミナ、熱硬化性樹脂、又はセラミックのいずれかで形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、Ｈ型構造のパッケージの下側の凹部に半導体素子が搭載され、底面部に外部接続電極を備え、半田によって実装基板に搭載される表面実装型デバイスであって、パッケージの底面部に、外部接続電極の厚みより大きく、半田の厚みより小さい厚みを有する複数の突起部を設けた表面実装型デバイスとしているので、キャビティが浅く形成されていても、中に搭載される半導体素子と整列冶具との間の隙間を確保して、整列冶具と半導体素子との接触を防ぎ、製造工程中に半導体素子が破損するのを防止できると共に、デバイス実装時に高さが増大するのを抑え、製品の低背化を妨げないようにすることができる効果がある。

本表面実装型デバイスの裏面の外観図である。 本表面実装型デバイスの表面の外観図である。 本表面実装型デバイスをプリント基板に実装する様子を示した説明図である。 従来のＨ型構造の表面実装型デバイスの断面説明図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る表面実装型デバイスは、Ｈ型構造のパッケージ底面において、半導体素子が搭載される下側のキャビティの外周部分に、外部接続端子の厚みよりも大きく、実装半田の厚みより小さい厚みを備えた突起部を複数形成したものであり、キャビティが浅くなっても半導体素子と整列冶具との間の隙間を確保して、製造工程中に半導体素子が破損するのを防ぐと共に、デバイス実装時に高さが増大するのを抑え、低背化を妨げないようにすることができるものである。

［実施の形態に係る表面実装型デバイスの外観（裏面）：図１]
本発明の実施の形態に係る表面実装型デバイス（本表面実装型デバイス）について、図面を参照して説明する。図１は、本表面実装型デバイスの裏面の外観図である。
図１に示すように、本表面実装型デバイスの基本的な構成は、図４に示した従来のＨ型構造の温度補償水晶発振器と同様であり、セラミック製のＨ型構造のパッケージ１１において、上側のキャビティに水晶片が搭載され、下側のキャビティに半導体素子１３が搭載されている。
尚、図１では本表面実装型デバイスの裏面を示しているので、上側のキャビティ及び水晶片は示されていない。
また、パッケージ１１の底面（図１では上面として示される）には、実装時にプリント基板上の配線等に接続される外部接続端子１６が複数形成されている。

本表面実装型デバイスは、パッケージ１１の底面において、下側のキャビティの周辺部に複数の突起部２１ａ〜２１ｄを設けている点が特徴となっている。
突起部２１（２１ａ〜２１ｄ）は、例えばアルミナで形成され、パッケージ１１の底面から下側（図1では上側）に突出した略直方体形状（棒状、突堤状）の構成部分である。

そして、本表面実装型デバイスの特徴として、突起部２１の厚み（高さ）が、外部接続端子１６の厚みよりも大きく、且つ、本表面実装型デバイスをプリント基板に実装する際の半田の厚みよりも小さく形成されている。
例えば、外部接続端子１６の厚みが約１２μｍ、実装半田の厚みが８０μｍの場合、突起部２１の厚みを３０μｍ〜５０μｍ程度としている。

突起部２１の厚みを、外部接続端子１６の厚みよりも大きく形成することにより、本表面実装型デバイスを製造工程中に整列搬送する場合には、突起部２１がスタンドオフとなって突起部２１の下面が搬送冶具に接することになり、突起部２１がない場合に比べて搬送冶具と半導体素子１３との間のクリアランスを大きくすることができ、接触を防ぐことができるものである。

つまり、本表面実装型デバイスは、低背化の要求に伴って薄型に形成されたパッケージの浅いキャビティ内に半導体素子１３を搭載しても、半導体素子１３と搬送冶具との接触を防止できるものとなっている。

また、突起部２１の厚みを、実装半田の厚みより小さく形成することにより、プリント基板に実装した際には、突起部２１の高さを半田の厚みで吸収することができ、突起部２１がない場合と比較して、実質的に実装後の高さを増大させずに済むものである。

図１の例では、突起部２１ａとそれに対向する突起部２１ｂとを長辺に沿って長く形成し、突起部２１ｃと２１ｄとを短辺に沿って短く形成しているが、パッケージ１１の形状等に応じて任意に形成することが可能である。
また、突起部２１は、直方体状の形状以外にも、円柱状、楕円柱状、多角形柱状、不定形の柱状としても構わない。

更に、突起部２１の数も４個に限るものではなく、本表面実装型デバイスを安定して略水平に保持することができれば、２個又は３個であっても、５個以上であってもよい。
但し、複数の突起部２１の高さは均一とすることが望ましい。

［本表面実装型デバイスの外観（表面）：図２］
次に、本表面実装型デバイスの表面の外観について図２を用いて説明する。図２は、本表面実装型デバイスの表面の外観図である。尚、図２では、プリント基板に半田付けされる前の状態を示している。
図２に示すように、本表面実装型デバイスの表面側には、リッド１５が設けられ、水晶片が搭載された上側のキャビティを封止している。

図２では、本表面実装型デバイスをプリント基板３０上に置いて斜め上から見た状態を示しており、プリント基板３０と接触しているのは、複数の突起部２１であり、パッケージ１１の底面は接しておらず、浮いた状態となっている。
製造工程中の整列搬送時に搬送用冶具の上に搭載される場合も同様であり、搬送用冶具には複数の突起部２１が接し、パッケージ１１は浮いた状態となる。

つまり、本表面実装型デバイスでは、突起部２１を設けることにより、下側のキャビティに搭載されている半導体素子１３とプリント基板３０（又は搬送用冶具）との間のクリアランスを従来よりも大きくすることができ、半導体素子１３と、プリント基板３０や搬送用冶具との接触を防ぐことができるものである。

更に、上述したように、プリント基板３０に半田を用いて実装する場合には、従来から用いられている半田の厚みによって、突起部２１の厚みが十分吸収されるため、実質的な高さの増大にはならず、実装への影響はない。

ここで、本表面実装型デバイスでは、半導体素子１３は、従来と同様のものとし、パッケージ１１は、従来と同様のパッケージ５１に突起部２１を設けたものとしている。
つまり、本表面実装型デバイスでは、半導体素子１３を薄型にしたり、パッケージの構成を大幅に変更することなく、製造工程において搬送冶具と半導体素子１３とが接触しないようにクリアランスを確保して、半導体素子１３の破損を防ぎ、低コストで歩留まりを向上させることができるものである。

更に、搬送冶具の上に微小な異物が載っていたとしても、半導体素子１３と異物とが接触するのを防ぎ、半導体素子１３が破損しないようにすることができるものである。

［本表面実装型デバイスの基板への実装：図３］
次に、本表面実装型デバイスをプリント基板に実装する場合について図３を用いて説明する。図３は、本表面実装型デバイスをプリント基板に実装する様子を示した説明図であり、（ａ）は実装前の側面図、（ｂ）は実装後の側面図である。
図３（ａ）では、プリント基板３０上に半田３１を塗布し、本表面実装型デバイス１の底面を近づけたところを示している。
上述したように、突起部２１の厚みは、外部接続端子１６に比べて厚く形成されているが、５０μｍ以下に形成されている。

また、半田３１は、クリーム半田を塗布したものであり、図３（ａ）に示すように、プリント基板３０上の、本表面実装型デバイスの底面の外部接続端子１６が接続する金属パターン３２の上に印刷等によってバンプ状に形成される。半田バンプの厚さは８０μｍとしている。

そして、図３（ｂ）に示すように、本表面実装型デバイス１をプリント基板３０に搭載すると、外部接続端子１６とプリント基板３０上の金属パターン３２とが、半田３１を介して物理的且つ電気的に接続される。
その際、半田３１は、本表面実装型デバイス１に押されて若干厚みが小さくなるものの、突起部２１とプリント基板３０との間には若干の隙間が残っている。
つまり、突起部２１の厚みを半田３１の厚みに比べて十分小さく形成しているので、本表面実装型デバイスは、突起部２１が設けられたことによって、従来に比べて実装後の高さが増大することはない。

尚、本表面実装型デバイス１がさらに押されて、突起部２１がプリント基板３０に接触する状態となっても不具合はなく、その状態となっても、パッケージ１１の下側のキャビティに搭載されている半導体素子１３がプリント基板３０に接触するのを妨げ、半導体素子１３の破損を防ぐことができるものである。

［別の突起部］
上述した例では、突起部２１をアルミナで形成したが、別の素材であっても構わない。例えば、熱硬化型の樹脂を用いて突起部２１を形成することも可能であり、あるいは、セラミックをプレス成型して形成してもよい。

［実施の形態の効果］
本発明の実施の形態に係る表面実装型デバイスによれば、Ｈ型構造のパッケージ１１の底面において、半導体素子１３が搭載される下側のキャビティの外周部分に、外部接続端子１６の厚みよりも大きく、基板に実装する際の半田３１の厚みより小さい厚みを備えた突起部２１を複数形成したものであり、キャビティが浅くても半導体素子１３と実装面との距離を取ることができ、製造工程における搬送時に、半導体素子１３と整列冶具との接触を防止して、製造工程中に半導体素子が破損するのを防ぐと共に、実装時には、突起部２１の高さを半田３１で吸収して、デバイス実装後の高さが増大するのを抑え、本デバイスが実装された製品の低背化を妨げないようにすることができる効果がある。

また、本表面実装型デバイスによれば、従来と同様のＨ型のパッケージに突起部２１を複数形成するだけでよく、従来と同じ半導体素子を用いることができ、大幅な仕様変更を不要とし、低コストで歩留まり向上を実現することができる効果がある。

尚、ここでは、表面実装型デバイスとして温度補償水晶発振器を例として説明したが、これに限るものではない。

本発明は、デバイス実装後の高さを増大させることなく、製造工程において、半導体素子が破損するのを防ぐことができる表面実装型デバイスに関する。

１…表面実装型デバイス、 １１，５１…パッケージ、 １３，５３…半導体素子、 １５，５５…リッド、 １６，５６…外部接続端子、 ２１…突起部、 ３０…プリント基板、 ３１…半田、 ３２…金属パターン、 ５２…水晶片、 ５４…導電性接着剤、 ５７…金バンプ、 ５８…アンダーフィル

Claims (3)

1. Ｈ型構造のパッケージの下側の凹部に半導体素子が搭載され、底面部に外部接続電極を備え、半田によって実装基板に搭載される表面実装型デバイスであって、
   前記パッケージの底面部に、前記外部接続電極の厚みより大きく、前記半田の厚みより小さい厚みを有する複数の突起部を設けたことを特徴とする表面実装型デバイス。
2. 突起部の厚みを、５０μｍ以下としたことを特徴とする請求項１記載の表面実装型デバイス。
3. 突起部が、アルミナ、熱硬化性樹脂、又はセラミックのいずれかで形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の表面実装型デバイス。
   

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