JP2009224463A - 樹脂パッケージおよびこれを用いた半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】粘度の高い保護部材を充填する場合でも、保護部材の充填量が低減される樹脂パッケージを提供する。
【解決手段】凹凸部３４は、樹脂パッケージ１１の第一底部１４と第二底部１５との間の段差部３３に形成されている。充填された第一保護部材３１は、粘度が高い場合でも、凹凸部３４の毛細管現象によって速やかに樹脂パッケージ１１の内部の全体に広がる。これにより、第一保護部材３１の充填時間を短縮でき、第一保護部材３１の充填量を低減することができる。第一保護部材３１の充填量を低減することにより、回路チップ２１とセンサチップ２２とを接続するボンディングワイヤ２５の下方に存在する第一保護部材３１の厚さが減少する。そのため、例えば第一保護部材３１の膨張または収縮によって、ボンディングワイヤ２５に加わる応力は低減される。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂パッケージおよびこれを用いた半導体装置に関し、特に樹脂パッケージの内部に回路チップおよびセンサチップが収容される樹脂パッケージおよびこれを用いた半導体装置に関する。

特許文献１に開示されている半導体装置にように、半導体で形成されたチップ、ボンディングワイヤおよび導電部などの保護、絶縁性の確保、ならびに腐食の低減を目的として、半導体装置の樹脂パッケージには保護部材が充填されている。特許文献１では、センサチップのセンサ面が露出する保護部材を、粘度の比較的高い樹脂やゴムなどで形成している。
特開平１１−３０４６１９号公報

保護部材の粘度が高くなると、微少な樹脂パッケージのセンサチップと回路チップとの間に保護部材を十分に充填することが困難である。そのため、保護部材を充填する工程に長時間が必要となる。そこで、保護部材の充填量を増加させることにより、保護部材を充填する工程の短縮が図られている。しかしながら、保護部材の充填量が増加すると、センサチップと回路チップとを電気的に接続するボンディングワイヤの下方に存在する保護部材の量も増加する。その結果、温度変化にともなう保護部材の膨張または収縮による応力がボンディングワイヤに与える影響が増大するという問題がある。

そこで、本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、粘度の高い保護部材を充填する場合でも、保護部材の充填量が低減される樹脂パッケージを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、保護部材の充填量を低減することにより、ボンディングワイヤに与える影響を低減し、信頼性が高い半導体装置を提供することにある。

請求項１記載の発明では、回路チップ支持部が設けられている第一底部とセンサチップ支持部が設けられている第二底部との間に形成される段差部に凹凸部を備えている。凹凸部は、段差部の延伸方向に対し中心軸が概ね垂直に交差しつつ複数設けられている。すなわち、段差部には、凹凸部によって微細な溝が形成される。これにより、例えば粘度の高い充填部材を第一底部または第二底部側に充填すると、充填された充填部材は毛細管現象により凹凸部を経由して広がる。そのため、一方の底部側に充填部材を充填することにより、充填部材は他方の底部側へ速やかに移動する。したがって、充填部材を短時間で充填することができるとともに、充填部材の充填量を低減することができる。

請求項２記載の発明では、凹凸部は段差部のうちボンディングワイヤの下方に位置する部分に設けられている。これにより、回路チップ支持部に支持される回路チップとセンサチップ支持部に支持されるセンサチップとをボンディングワイヤで接続する場合、回路チップ支持部とセンサチップ支持部との間の段差部に充填される充填部材が低減される。したがって、充填部材を充填したとき、ボンディングワイヤの下方に存在する充填部材の量を低減することができる。

請求項３記載の発明では、凹凸部は段差部のうち第二底部の周囲の全周に設けられている。そのため、充填された充填部材は、段差部に設けられた凹凸部における毛細管現象によって薄く均一かつ迅速に広がる。したがって、充填部材を短時間で充填することができるとともに、充填部材の充填量を低減することができる。

請求項４記載の発明では、請求項１、２または３記載の樹脂パッケージを備えている。そのため、センサ面が露出した状態で導電部および導電部の周囲に粘度の高い第一保護部材を充填する場合、充填された第一保護部材は段差部の凹凸部における毛細管現象によって薄く均一かつ迅速に広がる。したがって、保護部材の充填量を低減することができるとともに、ボンディングワイヤに与える影響を低減し、信頼性を高めることができる。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による半導体装置を適用した圧力センサ装置を図１および図２に示す。圧力センサ装置１０は、例えば自動車のエンジンに吸入される吸気の圧力を検出するために用いられる。圧力センサ装置１０は、パッケージ本体としての樹脂パッケージ１１を備えている。樹脂パッケージ１１は、例えばフィラーが充填されたエポキシ樹脂などにより形成されている。

樹脂パッケージ１１は、一体に形成されている底部１２および壁部１３を有している。壁部１３は、底部１２の周囲から立ち上がって設けられている。これにより、樹脂パッケージ１１は、上方が開口した凹状に形成されている。底部１２は、深さの異なる第一底部１４および第二底部１５から構成されている。第二底部１５の深さは第一底部１４よりも深い。すなわち、第二底部１５は、壁部１３の底部とは反対側の端部１６からの距離が第一底部１４よりも長い。これにより、第一底部１４は、第二底部１５よりも上方に位置している。

樹脂パッケージ１１は、上述の第一底部１４および第二底部１５に加え、回路チップ支持部１７およびセンサチップ支持部１８を備えている。回路チップ支持部１７は、第一底部１４に設けられている。回路チップ支持部１７には、回路チップ２１が支持されている。センサチップ支持部１８は、第二底部１５に設けられている。センサチップ支持部１８には、センサチップ２２が支持されている。樹脂パッケージ１１は、導電部としてターミナルパッド２３がインサート成形されている。ターミナルパッド２３は、例えば銅などの導電性の金属で形成されている。

回路チップ２１は、集積回路が形成された半導体によって構成されている。回路チップ２１は、センサチップ２２の出力信号を増幅する増幅回路および増幅回路における増幅率などの回路定数を調節するためのトリミング回路などを含んでいる。回路チップ２１は、例えばシリコーン系の接着剤などにより回路チップ支持部１７に固定されている。
センサチップ２２は、例えばピエゾ抵抗効果を利用した周知の半導体圧力センサチップである。センサチップ２２は、上面すなわちセンサチップ支持部１８とは反対側の面にセンサ面２４を有している。センサ面２４には、例えば図示しないダイヤフラムや拡散抵抗などが設けられている。センサチップ２２は、回路チップ２１と同様に例えばシリコーン系の接着剤などによりセンサチップ支持部１８に固定されている。

センサチップ２２と回路チップ２１との間は、ボンディングワイヤ２５によって電気的に接続されている。また、回路チップ２１とターミナルパッド２３との間、およびセンサチップ２２とターミナルパッド２３との間も、ボンディングワイヤ２６によって電気的に接続されている。ボンディングワイヤ２５、２６は、例えば金などの導電性かつ延性の金属で形成されている。

樹脂パッケージ１１の内部には、第一保護部材３１および第二保護部材３２が二層に充填されている。第一保護部材３１および第二保護部材３２は、いずれも回路チップ２１、センサチップ２２およびボンディングワイヤ２５、２６の保護、電気的な絶縁性の確保、ならびに腐食の低減を目的として充填されている。具体的には、下層側の第一保護部材３１は、比較的粘度が高くヤング率も高いフッ素系あるいはフロロシリコーン系の樹脂またはゴム材料から形成されている。第一保護部材３１は、センサチップ２２のセンサ面２４が露出した状態で樹脂パッケージ１１に充填されている。すなわち、第一保護部材３１は、センサチップ２２のセンサ面２４を除き、回路チップ２１が支持されている回路チップ支持部１７およびセンサチップ２２が支持されているセンサチップ支持部１８の周囲に充填されている。

第二保護部材３２は、第一保護部材３１に比較して粘度およびヤング率がともに低いフッ素系あるいはフロロシリコーン系のゲル状物質から形成されている。第二保護部材３２は、第一保護部材３１の上方、すなわちセンサチップ２２のセンサ面２４、回路チップ２１の上方、ターミナルパッド２３および各ボンディングワイヤ２５、２６を覆っている。
上述のように第一底部１４と第二底部１５とは、深さが異なっている。そのため、回路チップ支持部１７が設けられている第一底部１４とセンサチップ支持部１８が設けられている第二底部１５との間には、段差部３３が設けられている。第一底部１４は、センサチップ支持部１８が設けられている部分から第二底部１５の周囲にも連続して設けられている。すなわち、矩形状の第二底部１５の周囲は、第一底部１４に囲まれている。そのため、段差部３３は、矩形状の第二底部１５の周囲に四辺に沿って形成されている。

段差部３３のうち回路チップ支持部１７とセンサチップ支持部１８との間に位置する段差部３３１は、凹凸部３４を形成している。すなわち、第二底部１５のうち矩形状の一辺側が第一底部１４のうちセンサチップ支持部１８が設けられている部分と段差部３３１を挟んで隣り合っており、この段差部３３１に凹凸部３４が形成されている。また、この段差部３３１は、回路チップ２１とセンサチップ２２とを接続するボンディングワイヤ２５の下方に位置している。凹凸部３４は、第一底部１４と第二底部１５とを結ぶ方向へ微細な溝状の複数の凹部３５を有しており、この凹部３５の間が凸部３６を形成している。凹部３５は、図３に示すように第一底部１４側から第二底部１５側へ切り欠かれた溝状に形成されている。これにより、凹凸部３４では、凹部３５および凸部３６の中心軸が段差部３３の延伸方向に対し概ね垂直に交差している。また、凹凸部３４の各凹部３５および各凸部３６は、段差部３３の延伸方向に対し複数形成されている。

圧力センサ装置１０を組み付ける場合、樹脂パッケージ１１の回路チップ支持部１７に回路チップ２１が固定され、センサチップ支持部１８にセンサチップ２２が固定される。組み付けられた回路チップ２１とセンサチップ２２との間は、ボンディングワイヤ２５によって電気的に接続される。また、回路チップ２１およびセンサチップ２２とターミナルパッド２３との間は、ボンディングワイヤ２６によって電気的に接続される。
ボンディングワイヤ２５、２６で回路チップ２１、センサチップ２２およびターミナルパッド２３の間が相互に接続されると、第一保護部材３１が充填される。第一保護部材３１は、樹脂パッケージ１１の平面視において空間的な余裕が比較的大きな部位から樹脂パッケージ１１の内部へ充填される。第一保護部材３１は、例えば平面視において第一底部１４または第二底部１５のターミナルパッド２３とは反対側の端部から充填される。回路チップ支持部１７とセンサチップ支持部１８との間のように間隔が狭く、ボンディングワイヤ２５の下方に位置する部分は、例えば第一保護部材３１を充填するための図示しないノズルの挿入が困難である。また、充填される第一保護部材３１は、上述のように粘度が高く、流動性が低い。第１実施形態の場合、段差部３３には細い溝状の凹部３５を有する凹凸部３４が形成されている。そのため、樹脂パッケージ１１の任意の位置に充填された第一保護部材３１は、毛細管現象により、段差部３３の凹凸部３４において細い溝状の凹部３５に沿って広がる。これにより、樹脂パッケージ１１に粘度の高い第一保護部材３１を充填する場合でも、第一保護部材３１は短時間でかつ速やかに樹脂パッケージ１１の内側の全体に広がる。

以上説明した第１実施形態では、第一底部１４と第二底部１５との間の段差部３３に凹凸部３４が形成されている。そのため、樹脂パッケージ１１の内部に充填された第一保護部材３１は、粘度が高い場合でも、凹凸部３４の毛細管現象によって速やかに樹脂パッケージ１１の内部の全体に広がる。したがって、第一保護部材３１を短時間で充填することができるとともに、第一保護部材３１の充填量を低減することができる。

第１実施形態では、段差部３３に凹凸部３４を形成して第一保護部材３１の充填量を低減することにより、回路チップ２１とセンサチップ２２とを接続するボンディングワイヤ２５の下方に存在する第一保護部材３１の厚さは減少する。すなわち、第一保護部材３１は、薄く均一に充填される。そのため、例えば温度変化などにより第一保護部材３１が膨張または収縮しても、回路チップ２１とセンサチップ２２とを接続するボンディングワイヤ２５に加わる応力は低減される。したがって、ボンディングワイヤ２５の損傷が防止され、信頼性を高めることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による圧力センサ装置を図４に示す。
第２実施形態の圧力センサ装置１０は、凹凸部３４が段差部３３のすべてに設けられている点で第１実施形態と異なる。第一底部１４は、矩形の第二底部１５の周囲を囲んでいる。そのため、深さの異なる第一底部１４と第二底部１５との間に形成される段差部３３は、センサチップ支持部１８が設けられている第二底部１５の周囲に設けられている。第２実施例では、この第二底部１５を囲む段差部３３のすべてに凹凸部３４が設けられている。

第２実施形態では、第二底部１５を囲む段差部３３のすべてに凹凸部３４を設けることにより、樹脂パッケージ１１の内部に充填された第一保護部材３１は樹脂パッケージ１１の内部全体に薄くかつ速やかに広がる。そのため、第一保護部材３１は、回路チップ２１とセンサチップ２２とを接続するボンディングワイヤ２５の下方だけでなく、回路チップ２１およびセンサチップ２２とターミナルパッド２３とを接続するボンディングワイヤ２６の下方においても薄く広がる。したがって、樹脂パッケージ１１の内部の全体において第一保護部材３１の厚さを低減することができ、各ボンディングワイヤ２５、２６など樹脂パッケージ１１に収容された部品の各部に加わる応力を低減することができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記の複数の実施形態に限らず、以下のように変形することができる。
凹凸部３４を構成する凹部３５の形状は、上述の第１実施形態で説明したように鋭角状に限らず、平面視が図５に示すように台形状あるいは図６に示すように半円形状であってもよい。これら凹凸部３４の形状は、凹凸部３４を構成する凹部３５のピッチや成形しやすさなどに応じて任意に変更することができる。また、凹凸部３４を構成する凹部３５の深さや長さなどの形状あるいはピッチなども、任意に変更することができる。

また、段差部３３に凹凸部３４を形成しても、第一保護部材３１の広がりが不十分になる場合がある。このような場合、例えば図７に示すように浅い第一底部１４側から第一保護部材３１を吸引してもよい。ノズル４１から空気を吸い込み第一保護部材３１を吸引することにより、第二底部１５側の第一保護部材３１の移動を促進することができる。逆に、例えば図８に示すように深い第二底部１５側から第一保護部材３１を加圧してもよい。ノズル４２から空気を吹き付け第一保護部材３１を加圧することにより、第二底部１５側の第一保護部材３１の移動を促進することができる。

さらに、第一保護部材３１は、温度によって粘度が変化する場合がある。そこで、第一保護部材３１や樹脂パッケージ１１を加熱することにより温度を高め、段差部３３の凹凸部３４における毛細管現象による第一保護部材３１の移動をより促進する構成としてもよい。
以上説明した複数の実施形態では、圧力センサ装置１０を例に説明した。しかし、微少な樹脂パッケージ１１の内部に二つ以上のチップを有する半導体装置に本発明を適用してもよい。

以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

本発明の第１実施形態による圧力センサ装置の概略を示す平面図 図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図 本発明の第１実施形態による圧力センサ装置の凹凸部を拡大した概略斜視図 本発明の第２実施形態による圧力センサ装置の概略を示す平面図 本発明のその他の実施形態による圧力センサ装置の凹凸部を示す概略斜視図 本発明のその他の実施形態による圧力センサ装置の凹凸部を示す概略斜視図 本発明のその他の実施形態による圧力センサ装置を示す図２相当図 本発明のその他の実施形態による圧力センサ装置を示す図２相当図

符号の説明

図面中、１０は圧力センサ装置（半導体装置）、１１は樹脂パッケージ（パッケージ本体）、１４は第一底部、１５は第二底部、１７は回路チップ支持部、１８はセンサチップ支持部、２１は回路チップ、２２はセンサチップ、２３はターミナルパッド（導電部）、２４はセンサ面、２５はボンディングワイヤ、２６はボンディングワイヤ、３１は第一保護部材、３２は第二保護部材、３３は段差部、３４は凹凸部を示す。

Claims (4)

1. 第一底部、および前記第一底部よりも深い第二底部を有するパッケージ本体と、
   前記第一底部に設けられ、回路チップを支持する回路チップ支持部と、
   前記第二底部に設けられ、センサチップを支持するセンサチップ支持部と、
   前記第一底部と前記第二底部との間に形成される段差部に設けられ、前記段差部の延伸方向に対し中心軸が概ね垂直に交差し、前記段差部の延伸方向へ複数設けられている凹凸部と、
   を備えることを特徴とする樹脂パッケージ。
2. 前記凹凸部は、前記段差部のうち、前記回路チップ支持部に支持される前記回路チップと前記センサチップ支持部に支持される前記センサチップとを電気的に接続するボンディングワイヤの下方に位置する段差部に設けられていることを特徴とする請求項１記載の樹脂パッケージ。
3. 前記凹凸部は、前記段差部のうち前記第二底部の周囲の全周に設けられていることを特徴とする請求項１記載の樹脂パッケージ。
4. 請求項１、２または３記載の樹脂パッケージと、
   前記パッケージ本体にインサート成形されている導電部と、
   前記回路チップ支持部に支持されている回路チップと、
   センサ面を有し、前記センサチップ支持部に支持されているセンサチップと、
   前記回路チップと前記センサチップ、ならびに前記回路チップおよび前記センサチップと前記導電部とを電気的にそれぞれ接続するボンディングワイヤと、
   前記パッケージ本体の内側に充填され、前記センサ面が露出した状態で少なくとも前記センサチップおよび前記回路チップの周辺を覆う粘度が比較的高い絶縁材料からなる第一保護部材と、
   前記パッケージ本体の内側に充填され、前記センサ面および前記第一保護部材を覆う絶縁材料からなる第二保護部材と、
   を備えることを特徴とする半導体装置。

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