JP2008288566A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】金属製アイランドとモールド樹脂との収縮率差に起因する剥離を抑制することができ、製品信頼性が向上した半導体装置を提供する。
【解決手段】本発明の半導体装置１０は、金属製アイランド１２と、金属製アイランド１２上に搭載された半導体チップ１６と、金属製アイランド１２および半導体チップ１６を封止するモールド樹脂層２４とを備え、金属製アイランド１２の側面とモールド樹脂層２４との界面には、モールド樹脂層２４よりも弾性率が低い緩衝膜１３を備える。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の半導体装置１０は、金属製アイランド１２と、金属製アイランド１２上に搭載された半導体チップ１６と、金属製アイランド１２および半導体チップ１６を封止するモールド樹脂層２４とを備え、金属製アイランド１２の側面とモールド樹脂層２４との界面には、モールド樹脂層２４よりも弾性率が低い緩衝膜１３を備える。
【選択図】図１
Description
本発明は、金属製アイランドに半導体チップが搭載された半導体装置に関する。
従来の半導体装置としては、特許文献１〜３に記載のものがある。
特許文献１には、図９に示すように、環状の溝部１３２，１３４が形成された金属製アイランド１３０を備える半導体装置が記載されている。特許文献１には、溝部１３２，１３４により金属製アイランド１３０とモールド樹脂との接触面積が増加するため、これらの密着性が向上すると記載されている。さらに、溝部１３４により剥離自体を抑制できると記載されている。
特許文献１には、図９に示すように、環状の溝部１３２，１３４が形成された金属製アイランド１３０を備える半導体装置が記載されている。特許文献１には、溝部１３２，１３４により金属製アイランド１３０とモールド樹脂との接触面積が増加するため、これらの密着性が向上すると記載されている。さらに、溝部１３４により剥離自体を抑制できると記載されている。
特許文献２には、図１０に示すように、金属製アイランド１３６と、金属製アイランド１３６上に搭載された半導体チップ１３８と、半導体チップ１３８上に形成された破砕フィラー入りポリイミド膜１４０と、これらを埋設するモールド樹脂層１４２とを備える半導体装置が記載されている。特許文献２には、ポリイミド膜１４０表面が粗面化されているので、半導体チップ１３８とモールド樹脂層１４２との密着性が改善されると記載されている。
特許文献３には、図１１に示すように、半導体チップ１４８を囲むように形成された溝部１４４（または突堤）を備える金属製アイランド１４６と、金属製アイランド１４６上にマウント材１５０を介して搭載された半導体チップ１４８と、これらを封止するモールド樹脂層１５２とを備える半導体装置が記載されている。特許文献３には、溝部１４４（または突堤）によりマウント材１５０が周囲に流出するのを抑制することができると記載されている。
特開２０００−３０７０４９号公報
特開平６−２０４３６２号公報
特開平４−１５４１５５号公報
しかしながら、上記文献記載の従来技術は、以下の点で改善の余地を有していた。
特許文献１における溝部１３２，１３４を備える半導体装置では、溝と樹脂の接着力を越えるような応力に対して、金属製アイランド１３０とモールド樹脂層との剥離を抑制することは困難であった。
特許文献１における溝部１３２，１３４を備える半導体装置では、溝と樹脂の接着力を越えるような応力に対して、金属製アイランド１３０とモールド樹脂層との剥離を抑制することは困難であった。
特許文献２の半導体装置では、金属製アイランド１３６とモールド樹脂層１４２とが熱収縮した場合にはこれらが剥離することがあった。
特許文献３の半導体装置は、金属製アイランド１４６の側面において、金属製アイランド１４６とモールド樹脂層１５２との間で剥離が生じ易い。
特許文献３の半導体装置は、金属製アイランド１４６の側面において、金属製アイランド１４６とモールド樹脂層１５２との間で剥離が生じ易い。
このような従来の半導体装置における、金属製アイランドとモールド樹脂層との剥離の原因について以下に説明する。
図８に示すように、半導体装置１００は、金属製アイランド１１２表面に半導体チップ１１６が搭載され、これらはモールド樹脂層１２４内に埋設されている。半導体チップ１１６は、金属製アイランド１１２上面には、半導体チップ１１６と略同面積のマウント材を介して搭載されている。
半導体チップ１１６から発生する熱により温度が上昇すると、半導体チップ１１６が動作しなくなったり誤動作を引き起こしたり、また故障が発生することがある。そのため、半導体チップ１１６の熱を、金属製アイランド１１２を介して放熱する必要がある。
金属製アイランド１１２の材質として用いられる銅などの金属材料と、モールド樹脂層１２４とは収縮率が大きく異なる。そのため、半導体チップ１１６の発熱量が減少して、半導体装置１００の温度が高温から低温に変化すると、収縮率の差によりモールド樹脂層１２４と金属製アイランド１１２との界面に剥離１２６が発生する。特に金属製アイランド１１２の収縮量が大きい水平方向において、剥離１２６の発生が顕著である。
その後繰り返し温度が変化すると、この剥離１２６は端面から上方向や水平方向に進行する。上方向に進行した場合、ワイヤを切断する。水平方向に進行した場合、モールド樹脂層１２４と金属製アイランド１１２とが剥離し、使用時における半導体チップ１１６の放熱性の低下を招くことがある。半導体チップ１１６の下の剥離がさらに進行すると、この剥離箇所から水分が浸入し半導体チップ１１６が破壊されるという不具合が生じる。
また、半導体チップ１１６と比較して面積の大きい金属製アイランド１１２を使用する場合、金属製アイランド１１２の水平方向の収縮量が大きくなり、さらに金属製アイランド１１２表面とモールド樹脂層１２４との接合面積が大きくなるので、界面での剥離は特に顕著となる。
本発明者は上記のような知見を得て本発明を完成させた。
すなわち本発明は、金属製アイランドと、前記金属製アイランド上に搭載された半導体チップと、前記金属製アイランドおよび前記半導体チップを封止するモールド樹脂層と、を備え、前記金属製アイランドの側面と前記モールド樹脂層との界面には、該モールド樹脂層よりも弾性率が低い緩衝膜を備える。
すなわち本発明は、金属製アイランドと、前記金属製アイランド上に搭載された半導体チップと、前記金属製アイランドおよび前記半導体チップを封止するモールド樹脂層と、を備え、前記金属製アイランドの側面と前記モールド樹脂層との界面には、該モールド樹脂層よりも弾性率が低い緩衝膜を備える。
本発明においては、半導体チップが搭載されている金属製アイランドの側面と、モールド樹脂との界面に、金属製アイランドおよびモールド樹脂よりも弾性率の小さい緩衝膜を有する。そのため、金属製アイランドとモールド樹脂との収縮率差に起因する剥離を抑制することができ、製品信頼性が向上する。
本発明によれば、金属製アイランドとモールド樹脂との収縮率差に起因する剥離を抑制することができ、製品信頼性が向上した半導体装置が提供される。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
（第１実施形態）
本実施形態における半導体装置１０は、図１に示すように、金属製アイランド１２と、金属製アイランド１２上に搭載された半導体チップ１６とを備える。
本実施形態における半導体装置１０は、図１に示すように、金属製アイランド１２と、金属製アイランド１２上に搭載された半導体チップ１６とを備える。
金属製アイランド１２の側面とモールド樹脂層２４との界面には、モールド樹脂層２４よりも弾性率が低い緩衝膜１３を有する。
金属製アイランド１２は、銅、アルミニウム、鉄等を含む。緩衝膜１３は、モールド樹脂層２４よりも弾性率が低く、マウント材料等から形成することができる。マウント材料としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂組成物を挙げることができる。熱硬化性樹脂組成物は、銀、ニッケル等の金属粒子を含んでいてもよい。
半導体チップ１６はマウント材１４を介して金属製アイランド１２上に搭載される。半導体チップ１６のパッド１８と、リード２２とはワイヤ２０を介して電気的に接続されている。
金属製アイランド１２、半導体チップ１６およびリード２２の一部は、モールド樹脂層２４に封止されている。モールド樹脂層２４は、緩衝膜１３よりも弾性率が高く、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂組成物から形成することができる。金属製アイランド１２の裏面はモールド樹脂層２４から露出している。
このような半導体装置１０は、通常の方法により製造することができる。
本実施形態における半導体装置の効果を以下に記載する。
本実施形態においては、半導体チップ１６が搭載されている金属製アイランド１２の側面とモールド樹脂層２４との界面に、モールド樹脂層２４よりも弾性率の小さい緩衝膜１３を有する。
本実施形態においては、半導体チップ１６が搭載されている金属製アイランド１２の側面とモールド樹脂層２４との界面に、モールド樹脂層２４よりも弾性率の小さい緩衝膜１３を有する。
そのため、金属製アイランド１２とモールド樹脂層２４との収縮率の差が顕著に表れる水平方向において、剥離を抑制することができ、半導体装置の製品信頼性が向上する。
本実施形態において、緩衝膜１３はマウント材１４から構成することができる。
これにより、緩衝膜１３用の材料を別途用いる必要がなく製造コストの低減を図ることができる。
これにより、緩衝膜１３用の材料を別途用いる必要がなく製造コストの低減を図ることができる。
また、本実施形態において、緩衝膜１３のガラス転移点はモールド樹脂層２４よりも低い。
これにより、金属製アイランド１２とモールド樹脂層２４との収縮率の差による剥離の発生をより効果的に抑制することができる。そのため、半導体装置の製品信頼性がより向上する。
これにより、金属製アイランド１２とモールド樹脂層２４との収縮率の差による剥離の発生をより効果的に抑制することができる。そのため、半導体装置の製品信頼性がより向上する。
以下、緩衝膜１３およびモールド樹脂層２４のガラス転移点の違いによる効果の点について、図２を参照して説明する。なお、図２においては緩衝膜１３としてマウント材１４を用いた例によって説明する。
図２は、金属製アイランド１２として銅材、マウント材１４として、一液型アクリル、液状エポキシ樹脂組成物（主剤：一液型アクリル、液状エポキシ樹脂、反応希釈剤：アクリレート、硬化剤：有機過酸化物、フィラー：銀（製品名ＥＮ４９００、日立化成工業株式会社製））、モールド樹脂層２４として、熱硬化性エポキシ樹脂（住友ベークライト株式会社製）を用いた場合の弾性率と温度との関係を示している。マウント材１４のガラス転移点は３２℃であり、モールド樹脂層２４のガラス転移点は１３２℃である。
図２は、金属製アイランド１２として銅材、マウント材１４として、一液型アクリル、液状エポキシ樹脂組成物（主剤：一液型アクリル、液状エポキシ樹脂、反応希釈剤：アクリレート、硬化剤：有機過酸化物、フィラー：銀（製品名ＥＮ４９００、日立化成工業株式会社製））、モールド樹脂層２４として、熱硬化性エポキシ樹脂（住友ベークライト株式会社製）を用いた場合の弾性率と温度との関係を示している。マウント材１４のガラス転移点は３２℃であり、モールド樹脂層２４のガラス転移点は１３２℃である。
半導体装置１０の想定される使用温度範囲（−６０℃〜２００℃程度）において、温度が低下していく場合、マウント材１４の弾性率はモールド樹脂層２４と比較して低い状態に維持される。モールド樹脂層２４はガラス転移点である１３２℃で弾性率が上昇するのに対し、マウント材１４はガラス転移点である３２℃まで低弾性が維持される。つまり、マウント材１４のガラス転移点がモールド樹脂層２４よりも低いことにより、モールド樹脂層２４の弾性率が上昇した場合においても、マウント材１４の弾性率を低い状態に維持することができる。
このように、モールド樹脂層２４よりも弾性率が低く、さらにガラス転移点がモールド樹脂層２４よりも低い緩衝膜１３を用いることにより、緩衝膜１３とモールド樹脂層２４との弾性率の差がより顕著となる。そのため、緩衝膜１３は金属製アイランド１２とモールド樹脂層２４との収縮量の差を吸収することができ、剥離をより効果的に抑制することができる。
緩衝膜１３のガラス転移点は、５０℃以下、好ましくは４０℃以下である。下限値は特に限定されないが−２０℃以上である。
このようなガラス転移点の低い緩衝膜１３を用いることにより、緩衝膜１３とモールド樹脂層２４との弾性率の差が特に顕著となり、金属製アイランド１２とモールド樹脂層２４との剥離をより効果的に抑制することができる。
このようなガラス転移点の低い緩衝膜１３を用いることにより、緩衝膜１３とモールド樹脂層２４との弾性率の差が特に顕著となり、金属製アイランド１２とモールド樹脂層２４との剥離をより効果的に抑制することができる。
（第２実施形態）
第２実施形態の半導体装置１０は、図３に示すように、第１実施形態の半導体装置１０と異なり、金属製アイランド１２の上面から側面に亘って、モールド樹脂層２４との界面に緩衝膜を備える。本実施形態において、緩衝膜はマウント材１４からなる。
第２実施形態の半導体装置１０は、図３に示すように、第１実施形態の半導体装置１０と異なり、金属製アイランド１２の上面から側面に亘って、モールド樹脂層２４との界面に緩衝膜を備える。本実施形態において、緩衝膜はマウント材１４からなる。
本実施形態の半導体装置１０の製造方法を図面を参照して説明する。
まず、図４に示すように、治工具であるディスペンサ３０により、マウント材料３２を塗布する。マウント材料３２はディスペンサ３０から押し出し、金属製アイランド１２面に全面に渡り塗布し、マウント材１４とする。この際、マウント材料３２の一部が、金属製アイランド１２の側面を覆うように塗布量を調節する。
まず、図４に示すように、治工具であるディスペンサ３０により、マウント材料３２を塗布する。マウント材料３２はディスペンサ３０から押し出し、金属製アイランド１２面に全面に渡り塗布し、マウント材１４とする。この際、マウント材料３２の一部が、金属製アイランド１２の側面を覆うように塗布量を調節する。
次いで、図５に示すように金属製アイランド１２上の中央付近に半導体チップ１６を搭載し、マウント材１４を介して半導体チップ１６を接合する。
そして、図６に示すように、ワイヤボンディングにより半導体チップ１６のパッド１８とリード２２とをワイヤ２０により接続する。
そして、金属製アイランド１２に搭載された半導体チップ１６とリード２２とを金型内（不図示）に載置する。さらに、エポキシ樹脂を金型内に注入して所定形状のモールド樹脂層２４を形成し、さらにリード２２を所定の形状に成形して図１に示すような半導体装置（製品）とする。
以下、本実施形態の効果の点について説明する。
第２実施形態は第１本実施形態の効果が得られるとともに、以下の効果も有する。
第２実施形態は第１本実施形態の効果が得られるとともに、以下の効果も有する。
本実施形態においては、金属製アイランド１２の上面および側面と、モールド樹脂層２４との界面に緩衝膜（マウント材１４）を備える。
マウント材１４を金属製アイランド１２の上面にも設けることにより、金属製アイランド１２とモールド樹脂層２４との接着力をさらに向上させることができる。これにより、金属製アイランド１２とモールド樹脂層２４との剥離を効果的に抑制することができる。これにより、半導体装置の製品信頼性が向上する。
さらに、緩衝膜は、上記のようにマウント材１４を形成する際に、一体として形成することができるので、生産性にも優れる。
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
たとえば、本実施形態においては、マウント材１４を、金属製アイランド１２の側面に備える例によって説明したが、金属製アイランド１２の少なくとも１つの側面に形成されていてもよい。
本実施形態においては、モールド樹脂層２４よりも弾性率が低い緩衝膜として、マウント材１４以外の樹脂層を用いることもできる。
本実施形態においては、金属製アイランド１２の表面はめっき等により粗面化されていてもよい。これにより、金属製アイランド１２表面にマウント材料が均一に広がるとともに、金属製アイランド１２とマウント材１４との密着性が向上する。
本実施形態においては、図７に示すように、金属製アイランド１２がモールド樹脂層２４内に埋設されていてもよい。
１０，１００ 半導体装置
１２，１１２，１４６ 金属製アイランド
１３ 緩衝膜
１４，１１４，１５０ マウント材
１６，１１６，１３８，１４８ 半導体チップ
１８ パッド
２０ ワイヤ
２２ リード
２４，１２４，１４２，１５２ モールド樹脂層
３０ ディスペンサ
３２ マウント材料
１２６ 剥離
１３２，１３４，１４４ 溝部
１３０，１３６ 金属製アイランド
１４０ 破砕フィラー入りポリイミド膜
１２，１１２，１４６ 金属製アイランド
１３ 緩衝膜
１４，１１４，１５０ マウント材
１６，１１６，１３８，１４８ 半導体チップ
１８ パッド
２０ ワイヤ
２２ リード
２４，１２４，１４２，１５２ モールド樹脂層
３０ ディスペンサ
３２ マウント材料
１２６ 剥離
１３２，１３４，１４４ 溝部
１３０，１３６ 金属製アイランド
１４０ 破砕フィラー入りポリイミド膜
Claims (6)
- 金属製アイランドと、
前記金属製アイランド上に搭載された半導体チップと、
前記金属製アイランドおよび前記半導体チップを封止するモールド樹脂層と、を備え、
前記金属製アイランドの側面と前記モールド樹脂層との界面には、該モールド樹脂層よりも弾性率が低い緩衝膜を備えることを特徴とする半導体装置。 - 請求項１に記載の半導体装置において、
前記金属製アイランドの上面と前記モールド樹脂層との界面に、前記緩衝膜を備えることを特徴とする半導体装置。 - 請求項１または２に記載の半導体装置において、
前記緩衝膜はマウント材からなることを特徴とする半導体装置。 - 請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置において、
前記緩衝膜のガラス転移点は前記モールド樹脂層よりも低いことを特徴とする半導体装置。 - 請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置において、
前記金属製アイランドの裏面が前記モールド樹脂層から露出していることを特徴とする半導体装置。 - 請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体装置において、
前記金属製アイランドは前記モールド樹脂層内に埋設されていることを特徴とする半導体装置。
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