JP2020113747A

JP2020113747A - Semiconductor device and electronic apparatus

Info

Publication number: JP2020113747A
Application number: JP2019209560A
Authority: JP
Inventors: 松本　栄一; Eiichi Matsumoto; 栄一松本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-01-10
Filing date: 2019-11-20
Publication date: 2020-07-27

Abstract

To provide a semiconductor device capable of further completely preventing peeling between a semiconductor element and sealing resin under a packaged state on a substrate.SOLUTION: At each part of a semiconductor element 2, a plurality of bonding pads 3 are formed and on an outer-peripheral side of the bonding pads 3, a binding material 4 is applied to surround the bonding pad 3. The bonding pad 3 is electrically connected with a lead 5 by a boding wire 6 and the whole of a semiconductor device 1 is sealed by mold resin 7 to be packaged.SELECTED DRAWING: Figure 1B

Description

本発明は、半導体素子を樹脂封止してなる半導体装置，及びその半導体装置を備える電子装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device in which a semiconductor element is resin-sealed, and an electronic device including the semiconductor device.

半導体素子を樹脂封止してなる半導体装置については、市場環境において温度変化を受けた際に、構成材料間の線膨張差による曲げ応力がパッケージの内部に生じて、半導体素子とモールド樹脂との間に剥離が発生するという問題がある。この問題に対処するため、例えば特許文献１では、半導体装置の全体を予め上方が凹むように湾曲させた形状とすることで、剥離を抑制する構成が開示されている。 For a semiconductor device in which a semiconductor element is resin-sealed, when the temperature changes in the market environment, bending stress is generated inside the package due to the difference in linear expansion between constituent materials, and There is a problem that peeling occurs between them. In order to deal with this problem, for example, Patent Document 1 discloses a configuration in which peeling is suppressed by forming the entire semiconductor device into a shape that is previously curved so as to be recessed upward.

特開２０１７−６９４３１号公報JP, 2017-69431, A

しかしながら、特許文献１の構成は、半導体装置単独では問題ないが、当該装置を基板上に実装すると、装置全体の形状が下方に凹んだ形状になることがある。その結果、市場環境において温度変化を受けた際には、凹凸の曲げ応力がパッケージの内部に繰り返し発生するため、半導体素子とモールド樹脂との間が剥離するおそれがある。 However, although the configuration of Patent Document 1 is not a problem for a semiconductor device alone, when the device is mounted on a substrate, the entire device may be recessed downward. As a result, when a temperature change occurs in the market environment, uneven bending stress is repeatedly generated inside the package, so that the semiconductor element and the mold resin may be separated from each other.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板に実装された状態での半導体素子と封止樹脂との間の剥離をより確実に防止できる半導体装置，及びその半導体装置を備える電子装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is a semiconductor device capable of more reliably preventing separation between a semiconductor element and a sealing resin mounted on a substrate, and a semiconductor device thereof. An electronic device comprising:

請求項１記載の半導体装置は、半導体素子と、半導体素子上のボンディングパッドと外部端子との間を接続するボンディングワイヤと、ボンディングパッドの外周側に配置される接着材とを備えて樹脂封止されている。すなわち、樹脂封止された半導体装置を基板に実装し、市場環境において温度変化を受けた際に、せん断応力が作用して際に生じる封止樹脂の剥離は、半導体素子の外周側から生じる。その場合に、ボンディングパッドの外周側に配置された接着材によって剥離を阻止できる。これにより、半導体装置の耐環境性を向上させることができる。 A semiconductor device according to claim 1, comprising a semiconductor element, a bonding wire connecting between a bonding pad on the semiconductor element and an external terminal, and an adhesive material arranged on the outer peripheral side of the bonding pad, which is resin-sealed. Has been done. That is, when a resin-encapsulated semiconductor device is mounted on a substrate and subjected to a temperature change in a market environment, shear stress acts to cause peeling of the encapsulating resin from the outer peripheral side of the semiconductor element. In that case, peeling can be prevented by the adhesive material arranged on the outer peripheral side of the bonding pad. As a result, the environment resistance of the semiconductor device can be improved.

請求項２記載の半導体装置は、接着材を半導体素子の外周に沿って連続的に配置するので、封止樹脂の剥離をより確実に阻止できる。 In the semiconductor device according to the second aspect, since the adhesive material is continuously arranged along the outer periphery of the semiconductor element, peeling of the sealing resin can be more reliably prevented.

請求項３記載の半導体装置は、接着材を外形が矩形状の半導体素子の角部に配置する。請求項１について述べたように、封止樹脂の剥離は半導体素子の外周側から生じるが、矩形状の半導体素子であれば特に角部より生じる可能性が高い。そこで、半導体素子の角部に接着材を配置することで、角部より生じる封止樹脂の剥離を阻止できる。 In the semiconductor device according to the third aspect, the adhesive material is arranged at the corner portion of the semiconductor element having a rectangular outer shape. As described in claim 1, the peeling of the sealing resin occurs from the outer peripheral side of the semiconductor element, but in the case of a rectangular semiconductor element, it is particularly likely to occur from the corners. Therefore, by disposing the adhesive material at the corners of the semiconductor element, it is possible to prevent the sealing resin from peeling off from the corners.

この場合、請求項４記載の半導体装置は、ボンディングパッドを半導体素子の辺部における２つの角部にある接着材の間にも配置するので、ボンディングパッドの数を増やすことができる。 In this case, in the semiconductor device according to the fourth aspect, since the bonding pads are also arranged between the adhesives at the two corners of the side portion of the semiconductor element, the number of bonding pads can be increased.

請求項７記載の電子装置は、プリント基板上に実装される請求項１から５の何れか一項に記載の半導体装置と、プリント基板を収容するケースとを備え、そのケースの内部が樹脂封止されている。このように構成すれば、耐環境性に優れた電子装置が得られる。 An electronic device according to claim 7 comprises the semiconductor device according to any one of claims 1 to 5 mounted on a printed circuit board, and a case for housing the printed circuit board, and the inside of the case is sealed with a resin. It has been stopped. According to this structure, an electronic device having excellent environment resistance can be obtained.

第１実施形態であり、半導体装置の内部を透視した状態で示す模式的な側面図It is 1st Embodiment and is a typical side view shown in the state which looked through the inside of a semiconductor device. ＩＢ方向から見た時における、図１Ａの透視図を示す平面図The top view which shows the perspective view of FIG. 1A when it sees from IB direction. 図１Ａに領域ＩＩＢ及びＩＩＣ方向を示した図FIG. 1A is a diagram showing regions IIB and IIC directions. 図２Ａの領域ＩＩＢを示す拡大図Enlarged view showing region IIB of FIG. 2A ＩＩＣ方向から見た時における、図２Ａの透視図を示す平面図The top view which shows the perspective view of FIG. 2A when it sees from a IIC direction. 第２実施形態であり、半導体装置の内部を透視した状態で示す模式的な側面図It is 2nd Embodiment and is a typical side view shown in the state which looked through the inside of a semiconductor device. ＩＩＩＢ方向から見た時における、図３Ａの透視図を示す平面図The top view which shows the perspective view of FIG. 3A when it sees from a IIIB direction. 第３実施形態であり、半導体装置の内部を透視した状態で示す模式的な平面図It is 3rd Embodiment and is a typical top view shown in the state where the inside of a semiconductor device was seen through. 図４ＡのＩＶＢ−ＩＶＢ線に対応する断面図Sectional drawing corresponding to the IVB-IVB line of FIG. 4A. 図４ＡのＩＶＣ−ＩＶＣ線に対応する断面図Sectional drawing corresponding to the IVC-IVC line of FIG. 4A. 第４実施形態であり、ケースの内部を透視した状態で示すＥＣＵの模式的な側面図It is 4th Embodiment and is a typical side view of ECU shown in the state which looked through the inside of a case.

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態の半導体装置１は、ダイシングされた矩形状の半導体素子２をパッケージ化したもので、半導体素子２の各辺部には、複数のボンディングパッド３が形成されている。それらのボンディングパッド３の外周側には、ポリイミド又はポリアミドからなる接着材４が、ボンディングパッド３を囲むように塗布されている。ボンディングパッド３は、外部端子であるリード５とボンディングワイヤ６により電気的に接続されており、半導体装置１は、全体がモールド樹脂７により封止されてパッケージ化されている。尚、図示の都合上、図１Ａにおける符号「３」が指示する先は「ボンディングパッド」であるものとする。 (First embodiment)
As shown in FIG. 1, the semiconductor device 1 of the present embodiment is a packaged dicing rectangular semiconductor element 2, and a plurality of bonding pads 3 are formed on each side of the semiconductor element 2. ing. An adhesive material 4 made of polyimide or polyamide is applied to the outer peripheral sides of the bonding pads 3 so as to surround the bonding pads 3. The bonding pad 3 is electrically connected to a lead 5 which is an external terminal by a bonding wire 6, and the semiconductor device 1 is entirely packaged by being sealed with a molding resin 7. For convenience of illustration, the destination indicated by the reference numeral "3" in FIG. 1A is the "bonding pad".

背景技術にて述べたように、半導体装置１を基板に実装した状態で市場環境において温度変化を受けると、材料間の線膨張差による曲げ応力がパッケージの内部に発生して、半導体素子２とモールド樹脂７との間に剥離が発生する。その場合、図２Ｂ及び図２Ｃにハッチングで示すように、剥離Ｓは半導体素子２の外周端部，特に図２Ｃに示すように、半導体素子２の角部より発生する。そこで、接着材４をボンディングパッド３の外周側に塗布してせん断応力を上回る密着強度を付与することで剥離を阻止できる。また、接着材４をボンディングパッド３を囲むように連続的に配置することで、半導体素子２とモールド樹脂７との密着強度をより高めて剥離をより確実に阻止できる。 As described in the background art, when the semiconductor device 1 is mounted on a substrate and subjected to a temperature change in a market environment, bending stress is generated inside the package due to a difference in linear expansion between materials, and the semiconductor element 2 and Peeling occurs with the mold resin 7. In that case, as shown by hatching in FIGS. 2B and 2C, the peeling S occurs from the outer peripheral edge portion of the semiconductor element 2, particularly from the corner portion of the semiconductor element 2 as shown in FIG. 2C. Therefore, peeling can be prevented by applying the adhesive material 4 to the outer peripheral side of the bonding pad 3 to provide adhesion strength exceeding shear stress. Further, by arranging the adhesive material 4 continuously so as to surround the bonding pad 3, the adhesion strength between the semiconductor element 2 and the mold resin 7 can be further increased and peeling can be prevented more reliably.

（第２実施形態）
以下、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。図３に示すように、第２実施形態の半導体装置１１は、第１実施形態におけるボンディングパッド３と接着剤４との間にも、接着剤１２を同様にボンディングパッド３を囲むように塗布している。このように構成すれば、半導体素子２とモールド樹脂７との密着強度を更に高めることができる。 (Second embodiment)
Hereinafter, the same parts as those in the first embodiment will be designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Different parts will be described. As shown in FIG. 3, in the semiconductor device 11 of the second embodiment, the adhesive 12 is also applied between the bonding pad 3 and the adhesive 4 in the first embodiment so as to surround the bonding pad 3. ing. With this structure, the adhesion strength between the semiconductor element 2 and the mold resin 7 can be further increased.

（第３実施形態）
図４に示すように、第３実施形態の半導体装置２１は、半導体素子２２のボンディングパッド３が、半導体素子２よりも多く設けられている。ここで、半導体素子２２としては、例えばパワー系のスイッチング素子であるパワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等を想定している。半導体素子２と同様に配置されたパッドをボンディングパッド３（１）とすると、接着材２３は、ボンディングパッド３（１）の外周側における半導体素子２２の４つの角部に塗布されている。そして、半導体素子２２の各辺部には、２つの角部に配置された接着材２３の間にも、複数のボンディングパッド３（２）が形成されている。 (Third Embodiment)
As shown in FIG. 4, in the semiconductor device 21 of the third embodiment, more bonding pads 3 of the semiconductor element 22 are provided than in the semiconductor element 2. Here, as the semiconductor element 22, for example, a power MOSFET, an IGBT or the like which is a power switching element is assumed. When the pads arranged similarly to the semiconductor element 2 are the bonding pads 3(1), the adhesive material 23 is applied to the four corners of the semiconductor element 22 on the outer peripheral side of the bonding pad 3(1). Then, on each side of the semiconductor element 22, a plurality of bonding pads 3 (2) are also formed between the adhesives 23 arranged at the two corners.

また、一部のボンディングパッド３（１），３（２）は、ボンディングワイヤ６を介して共通のリード５に接続されている。これは、比較的大きな電流が入力又は出力される端子である。このように、接着材２３を、ボンディングパッド３（１）の外周側における半導体素子２の４つの角部に配置することで、前述のように半導体素子２２の角部より発生しようとする剥離を阻止できる。この場合、半導体素子２２の各辺部において、２つの角部に配置された接着材２３の間にもボンディングパッド３（２）を形成すれば、パワー系のスイッチング素子等を構成する際に好適である。 Further, some of the bonding pads 3(1) and 3(2) are connected to a common lead 5 via a bonding wire 6. This is a terminal to which a relatively large current is input or output. In this way, by disposing the adhesive material 23 at the four corners of the semiconductor element 2 on the outer peripheral side of the bonding pad 3(1), the peeling that is likely to occur from the corners of the semiconductor element 22 as described above. Can be stopped. In this case, if the bonding pads 3(2) are formed between the adhesives 23 arranged at the two corners on each side of the semiconductor element 22, it is suitable for forming a power switching element or the like. Is.

（第４実施形態）
図５に示す第４実施形態は、例えば第１実施形態の半導体装置１をプリント基板３１に実装している。プリント基板３１には、図示しないが半導体装置１以外の回路素子なども実装されており、これにより例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit）３２等の電子装置が構成されている。 (Fourth Embodiment)
In the fourth embodiment shown in FIG. 5, for example, the semiconductor device 1 of the first embodiment is mounted on a printed board 31. Although not shown, circuit elements other than the semiconductor device 1 are also mounted on the printed circuit board 31, and an electronic device such as an ECU (Electronic Control Unit) 32 is configured by this.

ＥＣＵ３２は、上面が開放された直方体状で例えば金属製のケース３３に収容されている。ケース３３には、コネクタ３３Ｃが一体で形成されている。プリント基板３１の配線パターンに繋がるリード線３４は、コネクタ３３Ｃを介して外部の回路や装置等と電気的に接続される。そして、ＥＣＵ３２が収容されたケース３３の内部は、ハッチングで示す例えばエポキシ樹脂３５によって封止されている。 The ECU 32 has a rectangular parallelepiped shape with an open top surface and is housed in a case 33 made of, for example, a metal. A connector 33C is formed integrally with the case 33. The lead wire 34 connected to the wiring pattern of the printed board 31 is electrically connected to an external circuit or device via the connector 33C. The inside of the case 33 accommodating the ECU 32 is sealed with, for example, an epoxy resin 35 shown by hatching.

このように構成すれば、ＥＣＵ３２の耐環境性，信頼性を向上させることができる。また、ケース３３の内部をエポキシ樹脂３５により封止することで、ケース３の開口部を覆うためのカバーを設ける必要がなくなる。 With this configuration, the environment resistance and reliability of the ECU 32 can be improved. Further, by sealing the inside of the case 33 with the epoxy resin 35, it is not necessary to provide a cover for covering the opening of the case 3.

（その他の実施形態）
第２実施形態において、接着材を半導体素子２の外周方向の３カ所以上に配置しても良い。
第１，第２実施形態において、接着材を断続的・間欠的に配置しても良い。
半導体装置１１，２１を第４実施形態の構成に適用しても良い。
第３実施形態において、ボンディングパッド３（２）は必要に応じて設ければ良い。
第４実施形態において、ケース３３の内部をエポキシ樹脂３５により封止する構成は、必要に応じて採用すれば良い。
第４実施形態で封止に用いる樹脂は、エポキシ樹脂３５に限ることはない。
接着材は、ポリイミドやポリアミドに限ることはない。 (Other embodiments)
In the second embodiment, the adhesive material may be arranged at three or more locations in the outer peripheral direction of the semiconductor element 2.
In the first and second embodiments, the adhesive material may be arranged intermittently or intermittently.
The semiconductor devices 11 and 21 may be applied to the configuration of the fourth embodiment.
In the third embodiment, the bonding pad 3(2) may be provided if necessary.
In the fourth embodiment, the configuration in which the inside of the case 33 is sealed with the epoxy resin 35 may be adopted as necessary.
The resin used for sealing in the fourth embodiment is not limited to the epoxy resin 35.
The adhesive material is not limited to polyimide or polyamide.

本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。 Although the present disclosure has been described with reference to examples, it is understood that the present disclosure is not limited to the examples and structures. The present disclosure also includes various modifications and modifications within an equivalent range. In addition, various combinations and forms, and other combinations and forms including only one element, more, or less than them are also within the scope and spirit of the present disclosure.

図面中、１は半導体装置、２は半導体素子、３はボンディングパッド、４は接着材、５はリード、６はボンディングワイヤ、７はモールド樹脂である。 In the drawings, 1 is a semiconductor device, 2 is a semiconductor element, 3 is a bonding pad, 4 is an adhesive material, 5 is a lead, 6 is a bonding wire, and 7 is a molding resin.

Claims

Semiconductor elements (2, 22),
A bonding wire (6) connecting between the bonding pad (3, 3(1), 3(2)) on the semiconductor element and the external terminal (5),
A semiconductor device comprising an adhesive material (4, 12, 23) arranged on the outer peripheral side of the bonding pad and sealed with a resin (7).

The semiconductor device according to claim 1, wherein the adhesive material is continuously arranged along an outer periphery of the semiconductor element.

The semiconductor element has a rectangular outer shape,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the adhesive material (23) is arranged at a corner of the semiconductor element.

4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the bonding pad (3(2)) is also arranged between the adhesives at two corners of the side portion of the semiconductor element.

The semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, wherein the adhesives (4, 12) are arranged at two or more locations in an outer peripheral direction of the bonding pad.

The semiconductor device according to claim 1, wherein the adhesive material is polyimide or polyamide.

A printed circuit board (31),
An electronic device comprising: the semiconductor device according to claim 1 mounted on the printed circuit board.

A case (33) for accommodating the printed circuit board,
The electronic device according to claim 7, wherein the inside of the case is sealed with a resin (35).