JP3588899B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基板実装された半導体素子がケースに内装され、少なくともこの半導体素子を覆うようケース内にゲルが充填される構造の半導体装置に関し、特に、上記充填されたゲルの振動を抑制する上で好適な半導体装置構造の具現に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このようなケース内装型の半導体装置にあっては、外部から侵入した水分若しくは湿気が基板表面で結露するのを防ぎ、ひいては基板上の配線間のマイグレーションやチップ上の配線の腐食を防ぐために、シリコンゲル等のゲルが充填されることが多い。
【０００３】
しかし、この充填されるゲルは通常、複素弾性率で例えば１６０Ｐａ以下、と柔らかく、３０Ｇ以上の振動に対して共振する。そしてこのような共振が起こると、ゲルが流動し、基板と半導体素子との間に施されているボンディングワイヤが切断されるなどの不都合が発生することがある。なお、こうした共振を防ぐためには、上記ゲルに代えて、例えば複素弾性率１６０Ｐａを超える硬度を有するエポキシ系或いはシリコン系の樹脂を使用することも考えられるが、このような樹脂を使用した場合には、基板材料との熱膨張率或いは弾性率の差に起因する熱応力が発生し、該発生した応力が基板上の部品や各接合部を破壊するなどの新たな不都合を招くこととなる。
【０００４】
そこで従来は、例えば特開平４−３２６７５４号公報にみられるように、上記ゲル（絶縁樹脂モールド層）を複数の部分に分割する突設部を設け、該突設部によりゲルの流動を抑制することで上記共振の発生を抑制する半導体装置構造が提案されている。図１０に、こうした半導体装置構造についてその概要を示す。
【０００５】
すなわちこうした半導体装置にあっては、同図１０に示されるように、例えばセラミック基板１上にボンディングワイヤ３によって実装された半導体素子２が基板１ごとケース１０の底部に接着剤１１により接着されるとともに、突設部１６ａ及び１６ｂを有する蓋１６によって密封され、且つ、同蓋１６の適当な位置に設けられた注入孔を介して、ゲル１２がケース１０内に注入、充填された構造となっている。
【０００６】
ケース内装型半導体装置としてのこのような構造によれば、蓋１６に設けられた上記突設部１６ａ及び１６ｂによってゲル１２の流動が制限され、たとえ３０Ｇ以上の振動がケース１０に加わる場合であっても、ゲル１２の共振は好適に抑制されるようになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、突設部１６ａ及び１６ｂを有する蓋１６を設けるようにすれば、ケース１０に多少の振動が加わる場合であっても、ゲル１２の共振は好適に抑制される。そして、ケース１０内に充填されたゲル１２の共振が抑制されさえすれば、ボンディングワイヤ３が切断されるなどの事故も自ずと回避されるようになる。
【０００８】
しかし、こうした従来の半導体装置にあっては、上記突設部１６ａ及び１６ｂを有する蓋１６自体、その構造が複雑であるとともに、半導体装置としての素子配置等が異なればそれら異なる半導体装置毎に各別に、同蓋１６の設計、製造を行わなければならず、装置コスト及び製造コストの面での不利も避け得ないものとなっている。
【０００９】
また同半導体装置にあっては、蓋１６がこのような複雑な形状であるために、ゲル１２の注入に際して該ゲル１２中に気泡が滞留し易くなる。
ゲル１２中にこうして気泡が滞留する場合には、冷熱サイクル等の温度変化に応じて該気泡に膨張／収縮が起こり、ひいてはこうした気泡の膨張／収縮がゲル１２の流動を引き起こすようになる。そして、このようなゲル１２の流動が、ひいては上記ボンディングワイヤ３の断線を引き起こすことともなる。
【００１０】
なお、こうして振動、流動するゲルは、ケース或いは蓋の構造によってはこれがケース外部に流出する虞もあるなど、該ゲルの振動、流動は、ここで例示した半導体装置のようなワイヤボンディングが施されたものに限られることなく無視できないものとなっている。
【００１１】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、極めて簡単且つ安価な構造でありながら、上記ゲルの振動を的確に抑制することのできる半導体装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
こうした目的を達成するため、この発明では、上記基板実装された半導体素子がケースに内装され少なくともこの半導体素子を覆うようケース内にゲルが充填される半導体装置として、請求項１記載の発明によるように、
・前記基板は凹部を有する積層基板である。
・前記半導体素子は、同積層基板の前記凹部に実装される。
・前記他の部品は、同積層基板の前記凹部を除く領域である積層部上に実装される。
・前記ゲルは、前記半導体素子を覆い且つ前記積層基板の凹部から溢れ出ない量だけ充填される。
・前記ゲルの表面を同ゲルよりも弾性率の高い保護膜によって覆う。
・前記他の部品の表面が更にゲルによって覆う
構造とする。
【００１３】
ケース内装型半導体装置としてのこのような構造によれば、同ケースに振動が加わる場合であれ、上記ゲルの共振はこの覆われたより弾性率の高い保護膜によって的確に抑制され、ひいては前述したゲルの流動なども好適に抑制されるようになる。
【００１４】
また、こうした保護膜自体、構造的には極めて簡素なものであるとともに、同半導体装置としての素子配置等が異なるなど、種類の異なる半導体装置に対してもこうした保護膜は共通に施すことができる。したがって、半導体装置としての同構造は、装置コスト的にも製造コスト的にも極めて安価に実現されることともなる。
【００１５】
しかも同装置構造にあっては、ゲルが充填される部分には前述した突設部等が一切存在しないため、ゲルの充填に際しても、該ゲル中に気泡が滞留するような現象は起こり難くなる。このため、同気泡の存在に起因するゲルの流動等も自ずと回避されるようになる。
【００１６】
こうした半導体装置構造において、前記基板が凹部を有する積層基板であるとき、前記半導体素子を、同積層基板の前記凹部に実装するといった構造によれば、同半導体装置としての薄型化とともに、同装置自身の信頼性向上が併せ図られるようになる。
【００１７】
すなわちこの場合、上記充填されるゲルによって半導体素子自身やその配線等の耐湿性が向上され、さらにはその表面に施される保護膜によって、該充填されたゲルの振動や流動等が的確に抑制されるようになる。
【００１８】
なおこの場合、その装置構造としては、
（ａ）上記ゲルを半導体素子が実装されている凹部のみに選択的に充填するとともに、上記保護膜についてもこれを、該ゲルの充填された凹部のみにドーム状に施す構造（図６（ａ）参照）。
（ｂ）このドーム状に施した保護膜の更に上に、他の実装部品や配線等を保護すべくゲルを充填する構造（図６（ｂ）参照）。
（ｃ）半導体素子が実装されている凹部も含め、全ての実装部品や配線が覆われるようゲルを充填し、その充填したゲルの表面に一括して上記保護膜を施す構造（図８参照）。
等々、での実現が可能である。
【００１９】
そして、特に上記（ａ）或いは（ｂ）の構造については、半導体素子を覆い且つ積層基板の凹部から溢れ出ない量だけゲルを充填する構造が、同半導体素子実装部分でのゲルの共振を最小限に抑制する上で有効である。
【００２４】
すなわちこの場合、ゲルは、上記基板の凹部に対して必要最小限の量だけ充填される構造となる。このため、たとえ上記ケースに振動が加わる場合であれ、同ゲルの共振、流動は、この凹部の側壁によって的確に抑制されるようになる。
【００２５】
なお、このような積層基板の凹部も、構造的には極めて簡素であるとともに、同半導体装置としての素子配置等が異なるなど、種類の異なる半導体装置に対してもこうしたゲルは共通に施すことができる。したがって、半導体装置としての同構造も、装置コスト的に、また製造コスト的に極めて安価に実現されるようになる。
【００２６】
しかも同構造によれば、上記ゲルは、基板の凹部に対して必要最小限の量だけ充填されることから、ゲル量の低減が同時に図られることともなる。このような経済効果も、上記基板面積が大きい場合には無視できない。
【００２７】
また、ゲルが充填される部分の構造が上述のように簡素であることから、ゲルの充填に際しても、該ゲル中には気泡が滞留しにくくなる。このため、前述した気泡の存在に起因する流動等も好適に回避されるようになる。
【００２８】
また、このような装置構造にあっても、半導体素子がワイヤボンディングによって基板実装されるものであるときには、請求項２記載の発明によるように、
・そのボンディングワイヤの上端を覆い得る量だけゲルを充填する。
といった構造が、半導体素子実装部分でのゲルの共振を最小限に抑制し、ひいては同ボンディングワイヤの断線を防止する上で有効となる。
またさらに、請求項３記載の発明によるように、上記ゲルは複素弾性率１６０Ｐａ以下の硬度を有するシリコンゲルからなり、上記保護膜は複素弾性率０．３ＭＰａ以上の硬度を有するシリコン系若しくはエポキシ系樹脂からなるといった構造によれば、これらゲル及び保護膜の配設効果を最大限に高めることができるようになる。
すなわち、上記ゲルは、基板実装された半導体素子やその他の部品を直接覆うものであることから、前述した熱応力の発生を抑制するためには、その硬度も、複素弾性率１６０Ｐａ以下と柔らかいことが望ましく、またこのようなゲルの材料としてはシリコンゲルが最適である。他方、上記保護膜は、こうした柔らかいゲルの表面に施されるものであることから、その共振、流動を抑制するためには、その硬度も、複素弾性率０．３ＭＰａ以上と堅いことが望ましく、またこのような保護膜の材料としてはシリコン系若しくはエポキシ系樹脂が最適である。
【００２９】
また、これら請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明の構造において、さらに請求項４記載の発明によるように、上記ゲルは複素弾性率８０〜１６０Ｐａの硬度を有するシリコンゲルからなるといった構造によれば、同ゲルとしての適度な軟度が好適に保持されることともなる。因みに、該シリコンゲルの複素弾性率８０Ｐａといった硬度は、多少の振動によっては流動しない硬度であり、また同シリコンゲルの複素弾性率１６０Ｐａといった硬度は、前述した基板材料との熱膨張率或いは弾性率の差に起因する熱応力を抑制できるであろう限界の硬度である。
【００３０】
【発明の実施の形態】
（第１参考例）図１に、この発明にかかる半導体装置についてその第１の参考例を示す。
【００３１】
この第１の参考例の半導体装置は、例えば車載用エンジンの電子制御装置として用いられるマイクロコンピュータ等の半導体素子がワイヤボンディングにてセラミック基板上に搭載されたものがケースに内装された構成となっている。
【００３２】
以下、図１を参照して、この第１の参考例にかかる半導体装置の構造を詳細に説明する。この参考例の半導体装置において、セラミック基板１上には、上記マイクロコンピュータ等の半導体素子２をはじめ、コンデンサ等の部品４、５、６が搭載されて、上記電子制御装置等として要求される電子回路が実現されている。ここで、上記半導体素子２は、Ａｕ（金）またはＡｌ（アルミニウム）合金などからなるボンディングワイヤ３によって同セラミック基板１上の配線と電気的な導通がとられている。
【００３３】
一方、この半導体素子２をはじめとする各種部品が搭載されたセラミック基板１は、同図１に示されるように、ケース１０の底部の所定の位置に、例えばシリコン系の接着剤１１によって接着固定されている。
【００３４】
そして同半導体装置にあって、該セラミック基板１が底部に固定されたケース１０内には、同基板１の上からシリコンゲル１２が図示の如く充填されている。この充填したシリコンゲル１２によって、外部から侵入した湿気が上記基板１の表面で結露し、ひいては同基板１上の配線間のマイグレーションや上記ボンディングワイヤ３等が腐食することを防止することができるようになる。
【００３５】
ただし前述したように、上記ゲル１２は通常、これが硬化した後も複素弾性率で例えば１６０Ｐａ以下と柔らかく、３０Ｇ以上の振動に対して共振する。そして、このような共振が起こると、同ゲル１２が流動し、上記ボンディングワイヤ３を断線に至らしめることもある。
【００３６】
また、上記ゲル１２に代えて、例えば複素弾性率１６０Ｐａを超える硬度を有するエポキシ系或いはシリコン系の樹脂を使用するようにすればこうした共振は防止されるが、このような樹脂を使用した場合には、基板材料との熱膨張率或いは弾性率の差に起因する熱応力が発生し、該発生した応力が基板１上の部品や各接合部を破壊しかねないことも前述した。
【００３７】
そこで、同第１の参考例にかかる半導体装置では、図１に併せ示されるように、上記充填したシリコンゲル１２の表面を、例えば複素弾性率で０．３ＭＰａ以上の硬度を有する保護膜１３によってコーティングし、該保護膜１３によってシリコンゲル１２の上述した共振を抑制するようにしている。
【００３８】
保護膜１３を通じてこうしてシリコンゲル１２の共振が抑制されさえすれば、ボンディングワイヤ３が切断されるなどの事故も自ずと回避されるようになる。なお、同参考例の半導体装置において、この保護膜１３としては、複素弾性率０．３ＭＰａ以上のシリコン系若しくはエポキシ系樹脂を用いている。
【００３９】
図２は、この第１の参考例にかかる半導体装置の製造プロセスを示したものであり、次に、この図２を併せ参照して、同半導体装置の製造手順について順次説明する。
【００４０】
同参考例の半導体装置にあってはまず、上記半導体素子２をはじめとする各種部品が搭載されたセラミック基板１を、図２（ａ）に示される態様で、ケース１０の底部の所定位置に接着剤１１にて接着する。
【００４１】
そして、この接着剤１１を熱硬化せしめて同セラミック基板１をケース１０の底部に固定した後、図２（ｂ）に示される態様で、ケース１０内にシリコンゲル１２を充填する。該シリコンゲル１２の注入は、ケース１０の上部が解放されている状態で行われるため、同ゲル１２が正常に充填されたか否かについての目視検査等も容易である。
【００４２】
こうしてシリコンゲル１２の充填を終えると、これを熱硬化せしめ、次いで、図２（ｃ）に示される態様で、このシリコンゲル１２の表面に上記保護膜１３をコーティングする。
【００４３】
ここで、上記シリコンゲル１２は、熱硬化されても、その硬度は複素弾性率で１６０Ｐａ以下と柔らかく、ケース１０が３０Ｇ以上で振動されるような場合には、これに共振して波立つ（流動する）ようになることは前述した。
【００４４】
また、上記コーティングする保護膜１３の膜厚は、こうしたシリコンゲル１２の充填厚に比べて薄くてよい。すなわち、同シリコンゲル１２の上記共振による波立ちを抑制し得る膜厚であればよい。この保護膜１３が、シリコン系若しくはエポキシ系の樹脂からなり、これが熱硬化されることで複素弾性率０．３ＭＰａ以上の硬度に達するようになることも上述した。
【００４５】
こうして保護膜１３のコーティングを終えると、これも同様に熱硬化せしめ、最後に、図２（ｄ）に示される態様で、ケース１０の上辺に蓋１４を接着する。そして、蓋１４の接着後、その接着剤を硬化せしめて、図１に示した同参考例の半導体装置を得る。
【００４６】
なお、蓋１４を接着する接着剤として、上記保護膜１３と同一系統の樹脂接着剤が用いられる場合には、上記保護膜１３のコーティング後、これを熱硬化せしめる前に蓋１４の接着を行い、これら保護膜１３の熱硬化と接着剤の熱硬化とを同時に実行することもできる。
【００４７】
何れにせよ、保護膜１３がこうして熱硬化されることで、上記充填されているシリコンゲル１２の振動は好適に抑制されるようになる。このように、同第１の参考例にかかる半導体装置によれば、
（イ）ケース１０に振動が加わる場合であれ、シリコンゲル１２の共振、流動等は保護膜１３によって的確に抑制される。したがって、外部から侵入した湿気が上記基板１の表面で結露し、ひいては同基板１上の配線間のマイグレーションや上記ボンディングワイヤ３等が腐食するなどの不都合は好適に回避されるとともに、このシリコンゲル１２の共振、流動に起因してボンディングワイヤ３が切断される等の事故も的確に防止される。
（ロ）また、こうした保護膜１３自体、構造的には極めて簡素なものであるとともに、同半導体装置としての素子配置等が異なるなど、種類の異なる半導体装置に対してもこうした保護膜１３は共通に施すことができる。したがって、半導体装置としての同構造は、装置コスト的にも製造コスト的にも極めて安価に実現される。
（ハ）しかも同半導体装置構造にあっては、シリコンゲル１２が充填される部分には前述した突設部等が一切存在しないため、ゲル１２の充填に際し、同ゲル中に気泡が滞留するような現象も起こり難い。このため、同気泡の存在に起因するゲルの流動等も自ずと回避される。
（ニ）また、該シリコンゲル１２の注入は、ケース１０の上部が解放されている状態で行われるため、同ゲル１２が正常に充填されたか否かについての目視検査等も容易である。
等々、多くの優れた効果が奏せられるようになる。
【００４８】
なお、同参考例の装置にあっては、上記シリコンゲル１２の硬度を複素弾性率１６０Ｐａ以下の硬度に選び、これを覆う上記保護膜１３の硬度を複素弾性率０．３ＭＰａ以上の硬度に選ぶことによって、これらゲル１２及び保護膜１３の配設効果を高めている。しかし実用上は、これら硬度の範囲に厳密に限定されるものではなく、たとえこれら範囲以外にあっても上記に準じた効果を得ることはできる。通常の目安としては、シリコンゲル１２は複素弾性率８０〜１６０Ｐａといった硬度において同ゲル１２としての適度な軟度が保持され、保護膜１３は複素弾性率５ＭＰａ以上といった硬度においてその保護作用が最大限に発揮される。
【００４９】
また、同参考例の装置にあっては、上記保護膜１３としてシリコン系若しくはエポキシ系の樹脂を用い、これを上記シリコンゲル１２の表面にコーティングした後、熱硬化せしめることとしたが、この保護膜１３としては他に、金属板や樹脂板等の板材を用いることもできる。
【００５０】
因みにこの場合には、保護膜１３としての板材によって上記シリコンゲル１２の表面を覆い、密閉することとなる。
また、同保護膜１３として特に金属板等が用いられる場合には、外部から照射されるα線に起因して半導体素子２内の記憶情報が破壊されるなどといった事態から同半導体素子２を保護することができるようにもなる。
【００５１】
（第２参考例）図３に、この発明にかかる半導体装置についてその第２の参考例を示す。この第２の参考例の半導体装置も、例えば車載用エンジンの電子制御装置として用いられるマイクロコンピュータ等の半導体素子がワイヤボンディングにてセラミック基板上に搭載されたものがケースに内装されている。
【００５２】
また、特にこの第２の参考例の半導体装置にあっては、上記セラミック基板として、図３に示されるような、凹部を有する積層構造の基板を採用しており、上記半導体素子は、該積層基板の凹部に対して選択的に実装される。
【００５３】
なお、このような積層セラミック基板が、
・グリーンシート状態において、スルーホールをはじめ最下層に実装される半導体素子並びにそのボンディングパッド部分が露出されるよう、すなわち上記凹部が形成されるよう打ち抜きを行う。
・それら各シートを接合し、所望の回路配線を施して焼成する。
といった手順にて形成されるものであることは周知の通りである。
【００５４】
以下、図３を参照して、この第２の参考例にかかる半導体装置の構造を更に詳述する。この参考例の半導体装置において、上記セラミック基板の凹部、すなわち単層部１ａ上には上記マイクロコンピュータ等の半導体素子２が搭載され、また同基板の積層部１ｂ及び１ｃ上にはコンデンサ等の部品４、５、６、７が搭載されて、上記電子制御装置等として要求される電子回路が実現されている。ここで、上記半導体素子２が、Ａｕ（金）またはＡｌ（アルミニウム）合金などからなるボンディングワイヤ３によって同セラミック基板１ａ上の配線と電気的な導通がとられていることは、先の第１の参考例の装置と同様である。
【００５５】
一方、この半導体素子２をはじめとする各種部品が搭載されたセラミック基板１（１ａ、１ｂ、１ｃ）も、同図３に示されるように、ケース１０底部の所定の位置に、これも例えばシリコン系の接着剤１１によって接着固定されている。
【００５６】
そして、同参考例の装置にあっては特に、該接着したセラミック基板の上記ワイヤボンディングを施した部分、すなわち単層部（凹部）１ａにのみ選択的にシリコンゲル１２を注入するようにしている。
【００５７】
このとき、同図３に併せ示されるように、このシリコンゲル１２の注入量、すなわち充填量を半導体素子２を覆って且つ、上記ボンディングワイヤ３の上端を覆い得る必要最小限の量とすれば、たとえ上記ケース１０に３０Ｇ以上の振動が加わる場合であれ、同ゲル１２の共振、流動は、基板積層部１ｂ、１ｃの側壁によって好適に抑制されるようになる。
【００５８】
しかもこのとき、図４に同部分を拡大して示すように、ボンディングワイヤ３の高さをＬ１、基板積層部１ｂ、１ｃの高さをＬ２とするとき、
ワイヤ３の高さＬ１ ＜ 積層部１ｂ、１ｃの高さＬ２
といった関係が満たされるようセラミック基板１の積層構造を決定することで、シリコンゲル１２が上記基板積層部１ｂ、１ｃの側壁からはみ出る量も極めて僅かとなり、同ゲル１２の流動も、より的確に抑制されるようになる。
【００５９】
図５は、この第２の参考例にかかる半導体装置の製造プロセスを示したものであり、次に、この図５を併せ参照して、同半導体装置の製造手順について順次説明する。
【００６０】
同参考例の半導体装置にあってもまず、図５（ａ）に示される態様で、上記半導体素子２をはじめとする各種部品４、５、６、７を積層セラミック基板１に実装した後、これを図５（ｂ）に示される態様で、ケース１０の底部の所定位置に接着剤１１にて接着する。
【００６１】
そして、この接着剤１１を熱硬化せしめて同セラミック基板１をケース１０の底部に固定した後、図５（ｃ）に示される態様で、該固定したセラミック基板１の上記ワイヤボンディングを施した部分、すなわち単層部（凹部）１ａに選択的にシリコンゲル１２を注入する。このシリコンゲル１２の注入も、ケース１０の上部が解放されている状態で行われるため、同ゲル１２が正常に充填されたか否かについての目視検査等も容易である。また、このときのシリコンゲル１２の充填量は、半導体素子２を覆って且つ上記ボンディングワイヤ３の上端を覆い得る量とする。
【００６２】
こうしてシリコンゲル１２の充填を終えると、これを熱硬化せしめ、その後は先の第１の参考例にかかる半導体装置の場合と同様、ケース１０の上辺に蓋１４を接着し、その接着剤を硬化せしめて図３に示した同参考例の半導体装置を得る。
【００６３】
なお、同第２の参考例の半導体装置の場合には、蓋１４を接着する接着剤、或いはセラミック基板１をケース１０に接着する接着剤１１として上述したシリコン系のものを用いることにより、上記シリコンゲル１２と同時にその熱硬化を行うことができるようにもなる。そして、シリコンゲル１２及びこれら接着剤を同時に熱硬化せしめることで、その製造時間も好適に短縮されるようになる。
【００６４】
何れにせよ、基板１が凹部を有する積層基板であり、半導体素子２が、同積層基板の凹部に実装される構造を有するものであるときには、この第２の参考例にかかる半導体装置のように、
・基板１の上記凹部にのみ選択的にシリコンゲル１２を注入する。といった構造を採用することによっても、同ゲル１２の共振は良好に抑制されるようになる。そして、こうしてゲル１２の共振が抑制されることで、その流動に起因してボンディングワイヤ３が切断される等の事故も的確に防止されるようになる。
【００６５】
また、このような積層基板の凹部も、構造的には極めて簡素であるとともに、同半導体装置としての素子配置等が異なるなど、種類の異なる半導体装置に対してもこうしたゲルは共通に施すことができる。したがって、半導体装置としての同構造も、装置コスト的に、また製造コスト的に極めて安価に実現されるようになる。
【００６６】
また、ゲル１２が充填される部分の構造がこのように簡素であることから、ゲル１２の充填に際しても、該ゲル１２中には気泡が滞留しにくくなる。このため、前述した気泡の存在に起因する流動等も好適に回避される。
【００６７】
そしてさらには、該ゲル１２の注入も、ケース１０の上部が解放されている状態で行われるため、同ゲル１２が正常に充填されたか否かについての目視検査等も容易である。
【００６８】
このように、同第２の参考例の半導体装置によっても、先の第１の参考例の半導体装置による前記（イ）〜（ニ）の効果に準じた多くの優れた効果が奏せられるようになる。
【００６９】
しかも、第２の参考例の半導体装置としての同構造によれば、上記ゲル１２は、基板の凹部に対して必要最小限の量だけ充填されることから、ゲル量の低減が同時に図られることともなる。このような経済効果も、上記基板面積が大きい場合には無視できない。
【００７０】
なお、この第２の参考例にかかる半導体装置にあっても、上記シリコンゲル１２としては、複素弾性率８０〜１６０Ｐａの硬度を有するものを採用することが、前述した基板材料との熱膨張率或いは弾性率の差に起因する熱応力の発生を抑制して且つ、同ゲル１２としての適度な軟度を保持する上で望ましい。
【００７１】
（第１実施形態）図６（ａ）及び（ｂ）に、この発明にかかる半導体装置の第１の実施形態を示す。
【００７２】
この第１の実施形態の半導体装置は、上記第２の参考例にかかる半導体装置の構造に先の第１の参考例にかかる半導体装置の構造を組み合わせたものであり、ここでもセラミック基板としては、前述した凹部を有する積層構造の基板が採用されている。
【００７３】
以下、図６を参照して、この第１の実施形態にかかる半導体装置の構造を更に詳述する。この実施形態の半導体装置においても、上記セラミック基板の凹部、すなわち単層部１ａ上には前記マイクロコンピュータ等の半導体素子２が搭載され、また同基板の積層部１ｂ及び１ｃ上にはコンデンサ等の部品４、５、６、７が搭載されて、前記電子制御装置等として要求される電子回路が実現されている。半導体素子２が、Ａｕ（金）またはＡｌ（アルミニウム）合金などからなるボンディングワイヤ３によって同セラミック基板１ａ上の配線と電気的な導通がとられていることも、先の第１或いは第２の参考例の装置と同様である。
【００７４】
一方、この半導体素子２をはじめとする各種部品が搭載されたセラミック基板１（１ａ、１ｂ、１ｃ）は、同図６（ａ）に示されるように、ケース１０底部の所定の位置に、例えばシリコン系の接着剤１１によって接着固定されている。
【００７５】
そして、同第１の実施形態の装置にあっても、先の第２の参考例にかかる装置と同様、該接着したセラミック基板の上記ワイヤボンディングを施した部分、すなわち単層部（凹部）１ａに選択的にシリコンゲル１２を注入するようにしている。
【００７６】
ただしここで、先の図４に例示した
ワイヤ３の高さＬ１ ＜ 積層部１ｂ、１ｃの高さＬ２
といった関係が満たされないなど、上記注入されるシリコンゲル１２がセラミック基板の積層部１ｂ及び１ｃ上面から大きくはみ出る場合には、ケース１０の振動に共振して同ゲル１２に流動が起こり、ひいては上記ボンディングワイヤ３にも断線が生じやすくなる。
【００７７】
そこで、この第１の実施形態の装置では、図６（ａ）に併せ示されるように、上記充填したシリコンゲル１２の表面を保護膜１３によってコーティングし、該保護膜１３によってシリコンゲル１２の上述した共振を抑制するようにしている。こうしてシリコンゲル１２の共振が抑制されさえすれば、ボンディングワイヤ３が切断されるなどの事故も自ずと回避されるようになる。
【００７８】
さらに、この第１の実施形態の装置では、図６（ｂ）に示されるように、シリコンゲル１５をディスペンスしてこれを硬化させることにより、上記積層セラミック基板１上の他の配線部分、並びに同基板１に搭載されているコンデンサ等の他の部品４、５、６、７上にもゲルを充填している。
【００７９】
なお、同第１の実施形態の半導体装置において、上記保護膜１３としては、
・シリコンゲル１２の表面にコーティングして硬化させる際、その硬化が阻害されない材質であること。
・その上に更にシリコンゲル１５がディスペンスされる際、該シリコンゲル１５の硬化をも阻害しない材質であること。
・振動に対して変形せず、その中に充填されているシリコンゲル１２の流動を阻止し得る硬度を有していること。
等々、が要求されるが、先の第１の参考例において採用した複素弾性率０．３ＭＰａ以上のシリコン系若しくはエポキシ系樹脂であれば、同保護膜１３としてのこれら要求にも十分に応える得ることが確認されている。
【００８０】
図７は、この第１の実施形態にかかる半導体装置の製造プロセスを示したものであり、次に、この図７を併せ参照して、同半導体装置の製造手順について順次説明する。
【００８１】
同実施形態の半導体装置にあってもまず、上記半導体素子２をはじめとする各種部品が搭載されたセラミック基板１（１ａ、１ｂ、１ｃ）を、図７（ａ）に示される態様で、ケース１０の底部の所定位置に接着剤１１にて接着する。
【００８２】
そして、この接着剤１１を熱硬化せしめて同セラミック基板１をケース１０の底部に固定した後、図７（ｂ）に示される態様で、該固定したセラミック基板１の上記ワイヤボンディングを施した部分、すなわち単層部（凹部）１ａに選択的にシリコンゲル１２を注入する。このシリコンゲル１２の注入も、ケース１０の上部が解放されている状態で行われるため、同ゲル１２が正常に充填されたか否かについての目視検査等も容易である。また、このときのシリコンゲル１２の充填量も、半導体素子２を覆って且つ上記ボンディングワイヤ３の上端を覆い得る量とする。
【００８３】
こうしてシリコンゲル１２の充填を終えると、これを熱硬化せしめ、次いで、図７（ｃ）に示される態様で、このシリコンゲル１２の表面に上記シリコン系若しくはエポキシ系樹脂からなる保護膜１３をコーティングする。
【００８４】
そして、この保護膜１３も同様に熱硬化せしめ、上記積層セラミック基板１上の他の配線部分や同基板１に搭載されているコンデンサ等の他の部品上にはゲルを充填する必要がない場合には、蓋１４の接着後、その接着剤を硬化せしめて、図６（ａ）に示した同実施形態の半導体装置を得る。
【００８５】
その後に、上記積層セラミック基板１上の他の配線部分や同基板１に搭載されているコンデンサ等の他の部品上にもゲルを充填するために、上記保護膜１３を熱硬化せしめた後、更に図７（ｄ）に示される態様で、ケース１０内にシリコンゲル１５をディスペンスし、これを同様に熱硬化せしめた後、蓋１４を接着する。この場合には、図６（ｂ）に例示した構造を有する同実施形態の半導体装置が得られるようになる。
【００８６】
何れにせよ、第１の実施形態としてのこうした半導体装置構造によれば、基板凹部に選択的に充填されたシリコンゲル１２の表面にも、先の第１の参考例の装置と同様、同ゲル１２よりも弾性率の高い保護膜１３を施すようにしたことで、ゲル１２の共振、流動等はより確実に抑制され、ひいてはボンディングワイヤ３の断線等もより確実に防止されるようになる。
【００８７】
なお、図６（ａ）、（ｂ）に例示したような、ボンディングワイヤ３の高さが基板積層部１ｂ、１ｃの高さよりも高くなる場合に限らず、その逆の場合、すなわち先の図４に例示したワイヤ３の高さＬ１ ＜ 積層部１ｂ、１ｃの高さＬ２といった関係が満たされる場合であっても、第１の実施形態としての同構造を併せ採用することで、ゲル１２の共振抑制効果が増大されるようになることは云うまでもない。
【００８８】
（第３参考例）図８に、この発明にかかる半導体装置についてその第３の参考例を示す。上記第１の実施形態にかかる半導体装置の、特に図６（ｂ）に例示した構造によれば、基板１として積層基板を用いる場合であっても、同基板１上の全ての配線、搭載部品に対して、シリコンゲルによる前述した腐食防止効果が及ぶようになる。
【００８９】
しかし同構造の場合、その製造に際し、シリコンゲル１２の硬化、保護膜１３の硬化、シリコンゲル１５の硬化と、それら封止材だけでも３回の熱硬化処理が必要とされ、生産効率の面では決して望ましい構造とは云い難い。
【００９０】
また、同構造の場合、ケース１０の振動に伴い、保護膜１３の施されていないシリコンゲル１５が共振、流動して、ケース１０の隙間などから外部に流出する懸念もある。
【００９１】
この点、図８に例示する同第３の参考例の半導体装置によれば、上記第１の実施形態にかかる半導体装置の図６（ｂ）に例示される構造と同等の機能を有しながら、その生産効率を高め、また、ゲル流出等の懸念も回避することができるようになる。
【００９２】
すなわち、同第３の参考例にかかる半導体装置では、同図８に示されるように、前記半導体素子２が実装されている基板凹部も含め、全ての実装部品や配線が覆われるようゲル１２を充填し、その充填したゲル１２の表面に一括して上記保護膜１３を施す構造を採用することで、上記熱硬化処理にかかる処理回数を減らし、更にはゲル１２の振動、流動を抑制するようにしている。
【００９３】
図９は、この第３の参考例にかかる半導体装置の製造プロセスを示したものであり、次に、この図９を併せ参照して、同半導体装置の製造手順について順次説明する。
【００９４】
同参考例の半導体装置にあってもまず、上記半導体素子２をはじめとする各種部品が搭載された積層セラミック基板１（１ａ、１ｂ、１ｃ）を、図９（ａ）に示される態様で、ケース１０の底部の所定位置に接着剤１１にて接着する。
【００９５】
そして、この接着剤１１を熱硬化せしめて同セラミック基板１をケース１０の底部に固定した後、図９（ｂ）に示される態様で、ケース１０内にシリコンゲル１２を充填する。これまでの例同様、該シリコンゲル１２の注入も、ケース１０の上部が解放されている状態で行われるため、同ゲル１２が正常に充填されたか否かについての目視検査等も容易である。
【００９６】
こうしてシリコンゲル１２の充填を終えると、これを熱硬化せしめ、次いで、図９（ｃ）に示される態様で、このシリコンゲル１２の表面に上記保護膜１３をコーティングする。この保護膜１３としても、その熱硬化後、複素弾性率０．３ＭＰａ以上、より望ましくは複素弾性率５ＭＰａ以上の硬度となるシリコン系、若しくはエポキシ系の樹脂を用いることができる。
【００９７】
同保護膜１３のコーティングを終えると、これも同様に熱硬化せしめ、最後にケース１０の上辺に蓋１４を接着して、図８に示した同第３の参考例の半導体装置構造を得る。
【００９８】
このように、図６（ｂ）に例示した構造に代え、この第３の参考例にかかる半導体装置構造を採用することで、少なくとも上述した封止材（シリコンゲル、保護膜）の熱硬化処理については、その処理回数を確実に減らすことができるようになる。
【００９９】
なお、同第３の参考例の装置にあっても、蓋１４を接着する接着剤として、上記保護膜１３と同一系統の樹脂接着剤が用いられる場合には、上記保護膜１３のコーティング後、これを熱硬化せしめる前に蓋１４の接着を行い、これら保護膜１３の熱硬化と接着剤の熱硬化とを同時に実行することができる。
【０１００】
また、同第３の参考例の装置にあっても、上記保護膜１３として、上述したコーティング材の他に、金属板や樹脂板等の板材を用いることもできる。そしてこの場合には、該保護膜１３としての板材によって上記シリコンゲル１２の表面を覆い、密閉することとなる。
【０１０１】
また、同保護膜１３として特に金属板等が用いられる場合には、外部から照射されるα線に起因して半導体素子２内の記憶情報が破壊されるなどといった事態から同半導体素子２を保護することができるようにもなる。
【０１０２】
ところで、以上の各参考例および実施形態においては何れも、ワイヤボンディングによって半導体素子が基板実装されている半導体装置のみを例示し、それら半導体装置にあってケース内にゲルが充填され且つこれが振動される場合でも、ボンディングワイヤの切断を好適に防止することのできる装置構造について示した。
【０１０３】
しかし、この発明にかかる半導体装置の構造は、これらワイヤボンディングによって基板実装される半導体装置への適用に限定されるものではない。他に例えば、テープキャリアボンディングやフリップチップボンディング等、他の形態での基板実装が施される半導体装置であれ、これがケースに内装され、少なくとも基板実装されている半導体素子を覆うよう同ケース内にゲルが充填される構造のものであれば、この発明の適用によって、それらゲルの不要な振動、流動は的確に抑制されるようになる。振動、流動するゲルは、ケース或いは蓋の構造によってはこれがケース外部に流出する虞もあるなど、該ゲルの振動、流動が、ここで例示した半導体装置のようなワイヤボンディングが施されたものに限られることなく無視できないものとなっていることは前述した通りである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる半導体装置の第１の参考例を示す断面図。
【図２】同第１の参考例の装置の製造プロセスを例示する断面図。
【図３】この発明にかかる半導体装置の第２の参考例を示す断面図。
【図４】同第２の参考例の装置の要部を拡大して示す断面図。
【図５】同第２の参考例の装置の製造プロセスを例示する断面図。
【図６】この発明にかかる半導体装置の第１の実施形態を示す断面図。
【図７】同第１の実施形態の装置の製造プロセスを例示する断面図。
【図８】この発明にかかる半導体装置の第３の参考例を示す断面図。
【図９】同第３の参考例の装置の製造プロセスを例示する断面図。
【図１０】従来の半導体装置の一例を示す断面図。
【符号の説明】
１（１ａ、１ｂ、１ｃ）…セラミック基板、２…半導体素子、３…ボンディングワイヤ、４、５、６、７…コンデンサ等の部品、１０…ケース、１１…接着剤、１２…シリコンゲル、１３…保護膜（シリコン系若しくはエポキシ系樹脂）、１４…蓋、１５…シリコンゲル、１６…蓋、１６ａ、１６ｂ…突設部。

Claims (4)

1. 基板実装された半導体素子及び他の部品がケースに内装され、少なくともこの半導体素子を覆うようケース内にゲルが充填される半導体装置において、
   前記基板は凹部を有する積層基板であり、前記半導体素子は同積層基板の前記凹部に実装されてなり、前記他の部品は同積層基板の前記凹部を除く領域である積層部上に実装されてなり、前記ゲルは前記半導体素子を覆い且つ前記積層基板の凹部から溢れ出ない量だけ充填されるとともに、前記ゲルの表面が同ゲルよりも弾性率の高い保護膜によって覆われ、前記他の部品の表面が更にゲルにて覆われてなることを特徴とする半導体装置。
2. 前記半導体素子は、ワイヤボンディングによって前記基板に実装され、前記ゲルは、ボンディングワイヤの上端を覆い得る量だけ充填される
   請求項１記載の半導体装置。
3. 前記ゲルは、複素弾性率１６０Ｐａ以下の硬度を有するシリコンゲルからなり、前記保護膜は、複素弾性率０．３ＭＰａ以上の硬度を有するシリコン系、若しくはエポキシ系樹脂からなる請求項１または２記載の半導体装置。
4. 前記ゲルは、複素弾性率８０〜１６０Ｐａ以下の硬度を有するシリコンゲルからなる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。

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