JP6419845B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の構成部品が積層されて構成された積層構造体を有する半導体装置に関する。

特許文献１には、半導体チップや放熱板等の複数の構成部品を厚さ方向に順番に積層して構成された半導体装置の構造が示されている。

特開２０１２−１５２２５号公報

半導体チップや放熱板等の各構成部品は厚さにそれぞれ公差を有しているので各構成部品を重ねて積層構造体を構成した場合に、各構成部品の公差が加算され、積層構造体全体の厚さ方向の公差も大きくなる。したがって、例えば積層構造体を金線ワイヤで接続する際に、公差を吸収するための調整が必要となる。また、積層構造体の表面に設けられたセンサが封止樹脂から部分的に露出する封止構造を半導体装置が有する場合には、積層構造体の表面と封止樹脂の表面との間の段差距離が個体毎に異なり、検出精度への影響が懸念される。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、積層部品の厚さに、例えば公差に基づくばらつきがある場合でも、積層構造体の総厚を一定に制御することができる半導体装置を提供することにある。

上記課題を解決する本発明の半導体装置は、複数の構成部品が積層されて構成された積層構造体を有する半導体装置であって、前記積層構造体は、第１の構成部品と第２の構成部品との間に介在されて接着し、厚さ方向に圧縮されることにより塑性変形して厚さが薄くなる接着剤層を有することを特徴とする。

本発明によれば、圧縮力を印加することで接着剤層を塑性変形させ、各構成部品の厚さのばらつきを接着剤層の変形で吸収して、積層構造体の総厚を設定値に調整することができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明に係る半導体装置の積層構造体の一実施形態を説明する図。 総厚が基準値に調整された積層構造体を示す断面図。 本発明に係る半導体装置の積層構造体を樹脂モールドした構造を示す断面図。 第２の接着剤層により積層構造体の総厚が一定に調整された半導体装置の構造を示す断面図。 従来の積層構造体の構成を示す断面図。 従来の半導体装置の構造を示す断面図。

半導体装置である半導体パッケージは、一般的にセラミックパッケージと樹脂パッケージに分類される。樹脂パッケージは、リードフレーム上に半導体チップを搭載し、全体を樹脂で封止するトランスファーモールド法により製造される。トランスファーモールド法により製造された半導体パッケージは、半導体チップの周囲がモールド樹脂で覆われるため、外部環境から機械的に遮断された構造となっている。

近年、モールド樹脂の一部を開口し、従来はモールド樹脂内に覆われていた半導体チップやリードフレームや放熱部品等を外部環境に露出する、外部露出型の半導体パッケージが使われるようになっている。例えば、特許文献１に記載されている外部露出型の半導体パッケージは、放熱板の一部をパッケージ外部に露出することにより、半導体チップの発生する熱を低熱抵抗で外部に放熱する効果を発揮している。また、同様に、半導体センサ等の一部をパッケージ外部に露出させることで、センサの感度を向上させるなどの目的で使用されている場合もある。

前記した外部露出型の半導体パッケージを製造する場合、内蔵する製品の外部に露出したい部分とモールド金型の間に、離型フィルムを挟んだ上で押圧し、その状態でトランスファーモールドを行って外部露出部を形成させる場合がある。このとき、押圧力が過大だと半導体チップ等のパッケージ構成部品が破損し、押圧力が過小だと、モールド用離型フィルムと外部に露出したい部品との間にモールド樹脂が侵入し、外部露出部にモールド樹脂がかぶった状態（以下、樹脂モレという）となる恐れがある。

そのため、バネ等によって押圧力を一定とすることで、パッケージの構成部品の破損を防止するような製造装置を用いる場合ある。この場合、構成部品の厚さに例えば公差によるばらつきがあると、半導体パッケージ外形に対する外部露出部の位置がばらつく。よって、外部露出部にセンサ等を搭載する場合、センサの精度が悪化する要因となる。

本発明は、構成部品の一部がモールド樹脂から外部に露出する外部露出型半導体パッケージにおいて、構成部品の厚さに、例えば公差に基づくばらつきがある場合でも、モールド後においても半導体パッケージ外形に対する外部露出部の位置を高精度に制御することができる半導体装置を提供することを目的の一つとしている。

以下、図面を参照しながら。本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明に係る半導体装置の積層構造体の一実施形態を説明する図であり、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は平面図である。

半導体装置は、例えば自動車の内燃機関に吸入される被計測気体の流量を検出するエアフローセンサに用いられるものであり、複数の構成部品を積層して構成された積層構造体２を有する。積層構造体２は、図１に示すように、基板となるリードフレーム（第１の構成部品）２０と、リードフレーム２０の上面に第２の接着剤層（接着剤層）３０を介して接着固定された中間部材（第２の構成部品）４０と、中間部材４０の上面に第１の接着剤層５０を介して接着固定された半導体チップ６０を有している。

半導体チップ６０は、Ｓｉのセンサデバイスであり、ＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメカニカルシステム）構造を有している。半導体チップ６０には、一部を空洞化して形成された薄膜部（ダイアフラム）７０が設けられており、被計測気体の流量を計測する熱式の流量検出部（検出部）が形成されている。

第２の接着剤層３０は、中間部材４０と同じ大きさの平面形状を有しており、中間部材４０とリードフレーム２０との間に介在されて、中間部材４０を全面に亘ってリードフレーム２０に接着している。第２の接着剤層３０は、厚さ方向に圧縮されることにより塑性変形して厚さが薄くなる接着剤層であり、例えばＤＡＦ（ダイアタッチフィルム）等の公知の熱可塑性のシート状接着剤により構成されている。

積層構造体２は、各構成部品が順番に積層配置された後、加熱された状態で厚さ方向に圧力が印加されて作成される。積層構造体２に圧力を印加する方法としては、金型で挟んでもよく、また、一対のプレスローラの間を通過させてもよい。かかる圧力の印加により、第２の接着剤層３０が厚さ方向に圧縮されて塑性変形し、厚さが薄くなり、積層構造体２の総厚ｔｃが予め設定された基準値に調整される。したがって、複数の積層構造体２の総厚ｔｃを均一化させることができる。本実施の形態では、積層構造体２の総厚ｔｃの厚さ精度が第２の接着剤層３０の厚さｔｄの２０％以下となっている。

リードフレーム２０、中間部材４０、半導体チップ６０等の第２の接着剤層３０以外の各構成部品に、厚さムラや上面と下面との平行度のばらつきがある場合には、第２の接着剤層３０の変形でこれらを吸収でき、積層構造体２の平行度、すなわち、半導体チップ６０の上面とリードフレーム２０の下面との平行度を向上させることができる。本実施の形態では、半導体チップ６０の上面とリードフレーム２０の下面との間の平行度は、第２の接着剤層３０の厚さｔｄの２０％以下となっている。

図５は、従来の積層構造体の構成を示す断面図である。

図５（ａ）〜（ｃ）に示す積層構造体１２０は、各構成部品を積層して構成されるが、第２の接続剤層１３０は、いずれも一定の厚さｔｄを有しており、圧縮しても塑性変形せず、厚さも薄くならない。そして、図５（ａ）〜（ｃ）に示す中間部材４０は、厚さにばらつきを有している（ｔｅ１＞ｔｅ２＞ｔｅ３）。

図５（ａ）は、中間部材４０の厚さｔｅ１が公差中央値より厚い場合、図５（ｂ）は、中間部材４０の厚さｔｅ２が公差中央値付近の場合、図５（ｃ）は、中間部材４０の厚さｔｅ３が公差中央値より薄い場合を示している。このように、積層構造体１２０を構成する部品には必ず厚さばらつきがあり、そのままの状態では積層構造体１２０の総厚ｔｃ１、ｔｃ２、ｔｃ３は一定ではない（ｔｃ１＞ｔｃ２＞ｔｃ３）。したがって、例えば半導体チップ６０の上面とリードフレーム２０の上面との間を金線ワイヤで接続する際に、公差を吸収するための調整が必要となる。したがって、製造作業が煩雑となり、工数増加により生産タクトの時間短縮が困難で生産数を増大させることができない。

図２は、総厚が基準値に調整された積層構造体を示す断面図である。

リードフレーム２０の上面から半導体チップ６０の上面までの総厚ｔｃは、第２の接着剤層３０の厚さｔｄ、中間部材４０の厚さｔｅ、第１の接着剤層５０と半導体チップ６０を合わせた厚さｔｆを合計した値（ｔｃ＝ｔｄ＋ｔｅ＋ｔｆ）となる。

図２（ａ）は、中間部材４０の厚さｔｅ１が公差中央値より厚い場合であり、第２の接着剤層３０の変形量は大きい。図２（ｂ）は、中間部材４０の厚さｔｅ２が公差中央値付近の場合であり、第２の接着剤層３０の変形量も中央値である。図２（ｃ）は、中間部材４０の厚さｔｅ３が公差中央値より薄い場合であり、第２の接着剤層３０の変形量は小さい。積層構造体２は、厚さ方向に均一に圧力が印加され、第２の接着剤層３０を塑性変形させることで、積層構造体２の総厚ｔｃが一定となるように高精度にコントロールされる。したがって、例えば半導体チップ６０の上面とリードフレーム２０の上面との間を金線ワイヤで接続する際に、個体差を吸収するための調整が不要となり、製造作業を容易なものとすることができる。

図３は、本発明に係る半導体装置の積層構造体を樹脂モールドした構造を示す断面図である。

半導体装置１は、積層構造体２をモールド樹脂１０によってモールドすることによって作成される。モールド樹脂１０は、半導体チップ６０の一部である薄膜部７０を外部露出部として外部に露出させている。被計測気体の流量は、薄膜部７０の表面に沿って通過することによって検出される。

リードフレーム２０の上面からモールド樹脂１０の上面１１までの厚さである総厚ｔａは、リードフレーム２０の上面から半導体チップ６０の上面までの総厚ｔｃに、半導体チップ６０の上面からモールド樹脂１０の上面１１までの厚さ分（段差距離ｔｂ）を加算した値（ｔａ＝ｔｃ＋ｔｂ）となる。積層構造体２は、モールド樹脂１０によってモールドされる前に、加熱状態で厚さ方向に圧力が印加されて第２の接着剤層３０が厚さ方向に圧縮され、総厚ｔｃが予め設定された基準値に調整される。そして、その後でモールドされるので、半導体チップ６０の上面からモールド樹脂１０の上面１１までの厚さ方向の距離（半導体パッケージ外形に対する外部露出部の厚さ方向の距離）である段差距離ｔｂを一定に制御することができる。

第２の接着剤層３０は、圧縮前は各構成部品の公差を考慮して積層構造体２の総厚ｔｃを基準値よりも大きい厚さとし、圧縮後は積層構造体２の総厚ｔｃを基準値にすることが可能な厚さに設定されている。

図６は、従来の半導体装置の構造を示す断面図である。

図６（ａ）〜（ｃ）に示す半導体装置１０１の積層構造体１２０は、中間部材４０の厚さにばらつきがあり（ｔｅ１＞ｔｅ２＞ｔｅ３）、総厚ｔｃも一定ではない（ｔｃ１＞ｔｃ２＞ｔｃ３）。したがって、バネ等によって薄膜部７０への押圧力を一定とすることで、パッケージの構成部品の破損を防止するような製造装置を用いてモールドを行った場合に段差距離ｔｂがばらつく（ｔｂ１＜ｔｂ２＜ｔｂ３）。

図６（ａ）に示すように、中間部材４０の厚さｔｅ１が公差中央値より厚い場合には段差距離ｔｂ１は比較的小さくなり、図６（ｃ）に示すように、中間部材４０の厚さｔｅ３が公差中央値より薄い場合には段差距離ｔｂ３は比較的大きくなり、図６（ｂ）に示すように、中間部材４０の厚さｔｅ２が公差中央値付近の場合には段差距離ｔｂ２は、図６（ａ）と図６（ｃ）に示す場合の中間の値となる。このように、段差距離ｔｂがばらつくと、外部露出部にセンサ等を搭載する場合、センサの精度が悪化する要因となる。

図４は、第２の接着剤層により積層構造体の総厚が一定に調整された半導体装置の構造を示す断面図である。

図４（ａ）は、中間部材４０の厚さｔｅ１が公差中央値より厚い場合であり、第２の接着剤層３０の変形量は大きい。図４（ｂ）は、中間部材４０の厚さｔｅ２が公差中央値付近の場合であり、第２の接着剤層３０の変形量も中間である。図４（ｃ）は、中間部材４０の厚さｔｅ３が公差中央値より薄い場合であり、第２の接着剤層３０の変形量は小さい。

図４（ａ）〜（ｃ）に示す各半導体装置１は、各中間部材４０の厚さｔｅ１、ｔｅ２、ｔｅ３の相違にかかわらず（ｔｅ１＞ｔｅ２＞ｔｅ３）、段差距離ｔｂは均一である（ｔｂ１＝ｔｂ２＝ｔｂ３）。したがって、外部露出部にセンサ等を搭載する場合に、センサの精度を悪化させることがない。

本発明の半導体装置１によれば、積層構造体２全体の総厚をコントロールすることにより、構成部品の厚さにばらつきがある場合でも、モールド後においても半導体パッケージ外形に対する外部露出部の厚さ方向の位置を高精度に制御できる。したがって、外部露出部にセンサ等を搭載する場合、センサの精度を悪化させる要因を排除できる。

上述の実施の形態では、本発明の接着剤層が第２の接着剤層３０である場合を例に説明したが、係る構成に限定されるものではなく、第１の接着剤層５０に用いてもよく、第１の接着剤層５０と第２の接着剤層３０の両方に用いてもよい。また、上述の実施の形態では、半導体チップ６０の一部である薄膜部７０が外部露出部としてモールド樹脂１０から露出している場合を例に説明したが、積層構造体２全体がモールド樹脂１０によって樹脂モールドされている構成であってもよい。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ 半導体装置
２ 積層構造体
１０ モールド樹脂
２０ リードフレーム（第１の構成部品）
３０ 第２の接着剤層（接着剤層）
４０ 中間部材（第２の構成部品）
５０ 第１の接着剤層
６０ 半導体チップ
７０ 薄膜部（検出部）

Claims (1)

1. 複数の構成部品を積層して、第１の構成部品である半導体チップと、前記半導体チップが搭載される第２の構成部品である基板との間に、厚さ方向に圧縮することにより塑性変形して厚さが薄くなる接着剤層を介在させ、前記複数の構成部品を厚さ方向に圧縮することにより積層構造体を作成する工程と、
   前記積層構造体の表面に設けられた被計測気体の流量を検出する前記半導体チップの少なくとも一部をモールド樹脂から外部に露出させ、該積層構造体を前記モールド樹脂でモールドする工程と、を含み、
   前記積層構造体を前記モールド樹脂でモールドする工程では、モールド金型の少なくとも一部を前記半導体チップの表面に押圧した状態で、モールドすることを特徴とする半導体装置の製造方法。

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