JP6468951B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。

近年、ＭＥＭＳ(Micro Electro-Mechanical Systems)技術を用いて作製された小型の半導体圧力センサが開発され、例えば水深計を搭載したダイバー用腕時計等の携帯型の電子機器などに使用されている。

ところで、上述した半導体圧力センサなどの半導体素子は、樹脂製のパッケージや基板などの基体部に実装された形態を有している。しかしながら、このような形態を有する半導体装置では、材質の異なる半導体素子と基体部との間で熱膨張係数の差に起因した歪みが生じることによって、半導体素子の出力特性に悪影響を及ぼすことがあった。

具体的に、半導体素子に形成された拡散抵抗の抵抗値は、この半導体素子に加わる応力によって変化する。このため、拡散抵抗の抵抗値の変化から出力信号を得る圧力センサや温度センサなどの半導体素子では、その出力特性が歪みの発生により悪化してしまう。

また、上述した水深計として用いられる防水型の圧力センサでは、熱膨張係数がシリコンに近いセラミックを基体部の材料として用いることができない。このため、セラミックよりも熱膨張係数が大きいエポキシ樹脂などを一般的に用いている。この場合、上述した熱膨張係数の差による歪みの影響を大きく受けてしまう。

そこで、半導体素子と基体部との間に基体部よりもヤング率の低い（柔らかい）樹脂層を配置し、この樹脂層によって基体部から半導体素子に加わる応力を緩和する半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。

樹脂層は、基体部から半導体素子に加わる応力を緩和するため、その厚みを十分に確保する必要がある。このため、特許文献１に記載の半導体装置では、基板に設けられた凹部に液状の樹脂を塗布した後、これを加熱等により硬化させることによって、樹脂の濡れ広がりを抑えつつ、略ドーム状に盛り上がった形状の支持部材（樹脂層）を形成することが行われている。

特開２０１４−６３９０５号公報

一方、特許文献１に記載の半導体装置では、凹部の内側に液状の樹脂を十分に充填する必要があるため、使用する樹脂の量が多くなってしまう。逆に、凹部に充填される樹脂の量が少ないと、硬化後に凹部の内側で凹んだ形状の支持部材（樹脂層）が形成されてしまう。

本発明の一つの態様は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、更なる品質の向上を可能とした半導体装置、並びにそのような半導体装置を低コストで製造できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一つの態様に係る半導体装置は、基体部と、前記基体部の少なくとも一面側に設けられた半導体素子と、前記基体部と前記半導体素子との間に設けられた樹脂層とを備え、前記基体部は、前記半導体素子と平面視で重なる領域と少なくとも一部が重なる樹脂形成面と、前記樹脂形成面を形成する凸部とを有し、前記樹脂層は、前記凸部の上のみに配置された第１の樹脂層を含み、前記樹脂層は、前記樹脂形成面と前記半導体素子との間に間隔を有した状態で設けられていることを特徴とする。

また、前記半導体装置において、前記樹脂層は、前記樹脂形成面に配置された前記第１の樹脂層と、前記基体部と前記半導体素子との間に配置された第２の樹脂層とを含み、前記第１の樹脂層の表面が湾曲した凸面形状を有していてもよい。

また、前記半導体装置において、前記第１の樹脂層の表面における最頂部が少なくとも前記半導体素子と平面視で重なる領域の中央部を除く周辺領域と平面視で重なる位置にあってもよい。

また、前記半導体装置において、前記樹脂形成面は、平面視で環状に形成された前記凸部の上面により構成されていてもよい。

また、前記半導体装置において、前記凸部における環状の一部を分断した分断溝を有していてもよい。

また、前記半導体装置において、前記樹脂形成面は、平面視で環状に配置された複数の前記凸部の上面により構成されていてもよい。

また、前記半導体装置において、前記複数の凸部を互いに連結する連結部を有していてもよい。

また、前記半導体装置において、前記凸部は、前記基体部の前記半導体素子と対向する面から突出して設けられていてもよい。

また、前記半導体装置において、前記基体部の前記半導体素子と対向する面に形成された溝部によって、前記凸部の周囲が区画されると共に、前記凸部が前記半導体素子と対向する面と同じ高さで設けられていてもよい。

また、前記半導体装置において、前記基体部は、リードフレームと、前記リードフレームを支持する樹脂製の支持体とを有し、前記樹脂形成面は、前記リードフレーム又は前記支持体に設けられていてもよい。

また、前記半導体装置において、前記樹脂層は、前記支持体よりもヤング率が低い樹脂からなっていてもよい。

また、前記半導体装置において、前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層とが同じ樹脂からなっていてもよい。

また、前記半導体装置において、前記樹脂層のヤング率を１ＭＰａ以下とした場合、前記間隔が３０〜１５０μｍであってもよい。

また、前記半導体装置において、前記半導体素子が圧力センサであってもよい。

また、前記半導体装置において、前記基体部の両面に半導体素子が設けられていてもよい。

また、本発明の一つの態様に係る半導体装置の製造方法は、基体部と、前記基体部の少なくとも一面側に設けられた半導体素子と、前記基体部と前記半導体素子との間に設けられた樹脂層とを備える半導体装置の製造方法であって、前記半導体素子と平面視で重なる領域と少なくとも一部が重なる樹脂形成面と、前記樹脂形成面を形成する凸部とを有する基体部を準備する工程と、前記樹脂形成面に前記樹脂層となる液状の樹脂を塗布した後に、硬化させることによって、表面が湾曲した凸面形状を有する第１の樹脂層を前記凸部の上のみに形成する工程と、前記基体部の一面において前記半導体素子と平面視で重なる領域に前記樹脂層となる液状の樹脂を塗布する工程と、前記第１の樹脂層の表面における最頂部が少なくとも前記半導体素子の中央部を除く周辺領域と平面視で重なるように、前記第１の樹脂層の上に前記半導体素子を載置する工程と、前記樹脂を硬化させることによって、第２の樹脂層を形成する工程とを含むことを特徴とする。

以上のように、本発明の一つの態様によれば、更なる品質の向上を可能とした半導体装置、並びにそのような半導体装置を低コストで製造できる半導体装置の製造方法を提供することが可能である。

本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の平面図である。 図１中に示す半導体装置の切断線Ａ−Ａ’による断面図である。 図１に示す半導体装置が備えるリードフレームの構成を示す平面図である。 図１に示す半導体装置が備える樹脂形成面と半導体素子との位置関係を模式的に示す平面図である。 図１に示す半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。 図１に示す半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。 図１に示す半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。 図１に示す半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。 図１に示す半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の断面図である。 本発明の第１の変形例として示す半導体装置の断面図である。 本発明の第２の変形例として示す半導体装置の断面図である。 本発明の第３の変形例として示す半導体装置の断面図である。 本発明の第４の変形例として示す半導体装置の断面図である。 本発明の第５の変形例として示す半導体装置の断面図である。 凸部を分断する分断溝が設けられた構成を例示した平面図である。 樹脂形成面の変形例を示す平面図である。 樹脂形成面の別の構成例を示す平面図である。 半導体装置の別の構成例を示す断面図である。 実施例１における樹脂形成面と圧力センサとの間の間隔と、圧力センサの出力誤差との関係を示すグラフである。 実施例２における樹脂形成面と温度センサとの間の間隔と、温度センサの出力誤差との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

［第１の実施形態］
（半導体装置）
先ず、本発明の第１の実施形態として図１及び図２に示す半導体装置１について説明する。なお、図１は、半導体装置１の構成を示す平面図である。図２は、図１中に示す切断線Ａ−Ａ’による半導体装置１の断面図である。

半導体装置１は、図１及び図２に示すように、基体部２と、基体部２の一面（上面）側に設けられた半導体素子３と、基体部２と半導体素子３との間に設けられた樹脂層４と、基体部２の他面（下面）側に設けられた制御素子５とを備えている。

基体部２は、リードフレーム６と、リードフレーム６を支持するパッケージ７とを有している。ここで、リードフレーム６の構成を図３に示す。なお、図３は、リードフレーム６を他面（下面）側から見た平面図である。また、図３に示すリードフレーム６は、パッケージ７と一体に形成される前の状態を示している。

リードフレーム６は、図１〜図３に示すように、台座部８と、複数（本実施形態では４つ）のリード端子９ａ〜９ｄと、複数（本実施形態では４つ）の外部接続用端子１０ａ〜１０ｄとを有している。本実施形態では、リードフレーム６として、例えば銅(Ｃｕ)などの金属板を所定の形状に打ち抜き加工した後に、銀(Ａｇ)めっきなどのめっき処理を施したものを用いている。

台座部８は、基体部２の略中央部に位置して、パッケージ７に埋め込まれた状態で設けられている。半導体素子３と制御素子５とは、この台座部８を挟んで互いに対向する位置に配置されている。台座部８には、支持部８ａ，８ｂが延長して設けられている。支持部８ａ，８ｂは、後述するパッケージ７と一体にインサート成形される際に金型に支持される部分である。なお、支持部８ａ，８ｂは、インサート成形後に除去される。

複数のリード端子９ａ〜９ｄは、台座部８の周囲に台座部８とは離間して配置されている。具体的に、本実施形態では、台座部８の支持部８ａ，８ｂとは反対側の一辺に対して離間する位置に、互いに平行に並ぶ第１のリード端子９ａ〜９ｄが配置されている。また、各リード端子９ａ〜９ｄは、それぞれの一端を台座部８側に向けた状態で配置されている。

複数の外部接続用端子１０ａ〜１０ｄは、台座部８の周囲に台座部８とは離間して配置されている。具体的に、本実施形態では、台座部８の支持部８ａ，８ｂと隣り合う側の一辺に対して離間する位置に、互いに平行に並ぶ外部接続用端子１０ａ，１０ｂと、台座部８の支持部８ａ，８ｂと隣り合う側の他辺に対して離間する位置に、互いに平行に並ぶ外部接続用端子１０ｃ，１０ｄとが配置されている。また、各外部接続用端子１０ａ〜１０ｄは、それぞれの一端を台座部８側に向けた状態で配置されている。

各外部接続用端子１０ａ〜１０ｄは、図示を省略するものの、その中途部からパッケージ７の下方に向かって折り曲げられ、その他端側がパッケージ７の他面（下面）に沿って折り曲げられた形状を有している。すなわち、各外部接続用端子１０ａ，１０ｂの他端側は、パッケージ７の他面（下面）から露出している。

各リード端子９ａ〜９ｄの一面（上面）は、第１のボンディングワイヤー１１を介して半導体素子３と電気的に接続されている。一方、各リード端子９ａ〜９ｄの他面（下面）は、第２のボンディングワイヤー１２を介して制御素子５と電気的に接続されている。また、各外部接続用端子１０ａ〜１０ｄの他面（下面）は、第３のボンディングワイヤー１３を介して制御素子５と電気的に接続されている。なお、各ボンディングワイヤー１１，１２，１３については、例えば金(Ａｕ)線などの導線を用いることができる。

パッケージ７は、樹脂製の支持体として、例えばエポキシ系樹脂などのモールド樹脂を用いて、リードフレーム６、制御素子５、第２及び第３のボンディングワイヤー１２，１３と一体にインサート成形することによって構成されている。パッケージ７は、パッケージ本体７ａと、パッケージ本体７ａの一面（上面）側に形成された収容凹部７ｂとを有している。

パッケージ本体７ａは、リードフレーム６、制御素子５、第２及び第３のボンディングワイヤー１２，１３が埋め込まれた状態で、概略円柱状に形成されている。収容凹部７ｂは、パッケージ本体７ａの一面（上面）側の略中央部において平面視で円形状を為す凹部によって形成されている。また、収容凹部７ｂは、半導体素子３を収容するのに十分な深さで形成されている。

半導体素子３は、例えばＭＥＭＳ(Micro Electro-Mechanical Systems)技術を用いて作製された小型の半導体圧力センサからなる。具体的に、この半導体圧力センサは、図示を省略するものの、シリコン(Ｓｉ)基板などの半導体基板の一面側に、ダイアフラムと、基準圧力室としての密閉空間と、複数の歪ゲージとを有し、各歪ゲージが第１のボンディングワイヤー１１を介して複数のリード端子９ａ〜９ｆと電気的に接続された構造を有している。以上のような半導体圧力センサでは、ダイアフラムが圧力を受けて撓むと、各歪ゲージにダイアフラムの歪み量に応じた応力が発生し、この応力に応じて歪ゲージの抵抗値が変化し、この抵抗値の変化に応じた出力信号を得ることができる。

半導体素子３は、収容凹部７ｂの内側に収容されると共に、この収容凹部７ｂの底面７ｃに樹脂層４を介して実装（接着）されている。収容凹部７ｂの底面７ｃには、半導体素子３と平面視で重なる領域と少なくとも一部が重なる樹脂形成面１４が設けられている。樹脂形成面１４は、平面視で環状に形成された凸部１５の上面により構成されている。凸部１５は、半導体素子３と対向する収容凹部７ｂの底面７ｃから突出して設けられている。

ここで、樹脂形成面１４と半導体素子３との位置関係を図４に示す。なお、図４は、樹脂形成面１４と半導体素子３との位置関係を模式的に示す平面図である。
本実施形態では、図４に示すように、平面視で円環状を為す樹脂形成面１４（図４中において破線で示す。）の上に、平面視で矩形状を為す半導体素子３（図４中において実線で示す。）が樹脂層４を介して実装されている。また、樹脂形成面１４の幅方向における中点を結ぶ線（図４中において一点鎖線で示す。）Ｃは、上述した半導体素子３と平面視で重なる領域の中央部を除く周辺領域、すなわち樹脂形成面１４と半導体素子３とが平面視で重なる領域（図４中においてドットで示す。）に位置している。

樹脂層４は、図２に示すように、樹脂形成面１４に配置された第１の樹脂層１６と、樹脂形成面１４と半導体素子３との間に配置された第２の樹脂層１７とを含む。樹脂層４は、収容凹部７ｂの底面７ｃに半導体素子３を接着する接着層としての機能の他に、熱膨張などによりパッケージ７から半導体素子３に加わる応力を緩和する応力緩和層としての機能を有している。このため、第１の樹脂層１６及び第２の樹脂層１７には、パッケージ７（モールド樹脂）よりもヤング率が低い樹脂が用いられている。

具体的に、第１の樹脂層１６及び第２の樹脂層１７には、例えばシリコーン樹脂や、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリイミド系樹脂などの熱硬化性樹脂の中で、パッケージ７（モールド樹脂）よりもヤング率が低い樹脂が用いられている。その中でも特に、シリコーン樹脂は、吸湿しにくいため、高温・高湿環境でも物性が変化しにくい点で好ましい。また、第１の樹脂層１６及び第２の樹脂層１７には、低チクソ性の樹脂を用いることが好ましく、チクソトロピック材などのチクソ性を高めるような材料が入っていないことがより好ましい。また、第１の樹脂層１６には、上述した熱硬化性樹脂の他にも、光（紫外線）硬化性樹脂を用いることもできる。

本実施形態では、第１の樹脂層１６及び第２の樹脂層１７として、シリコーン樹脂を用いている。なお、第１の樹脂層１６及び第２の樹脂層１７については、同じ材料からなる場合に限らず、互いに異なる材料を用いてもよい。

樹脂層４のヤング率は、パッケージ７のヤング率に対して１／１０以下であることが好ましく、１／１００以下であることがより好ましい。本実施形態において、パッケージ７（エポキシ系樹脂）のヤング率は、１０〜３０ＧＰａ程度であり、樹脂層４（シリコーン樹脂）のヤング率は、０．５〜５０ＭＰａ程度である。なお、ヤング率の測定については、「ＪＩＳ Ｋ ７１６１」や「ＪＩＳ Ｋ ７２４４」に規定された方法を用いることができる。

本実施形態の半導体装置１では、半導体素子３とパッケージ７との間にパッケージ７よりもヤング率の低い樹脂層４を配置することで、熱膨張などによりパッケージ７から半導体素子３に加わる応力を緩和することができる。また、このような樹脂層４による応力緩和の効果を高めるためには、樹脂層４の厚みを厚くすることが望ましい。

本実施形態の半導体装置１では、樹脂層４の厚みを厚くするため、樹脂形成面１４の上に、湾曲した凸面形状を有する第１の樹脂層１６が配置されている。半導体装置１では、このような湾曲した凸面形状を有する第１の樹脂層１６によって、その上に載置される半導体素子３を安定した状態で支持することができる。すなわち、第１の樹脂層１６の表面における最頂部は、上述した図４に示す樹脂形成面１４の幅方向における中点を結ぶ線Ｃとほぼ重なった位置にあり、その高さもほぼ一定である。したがって、第１の樹脂層１６の表面における最頂部が半導体素子３の中央部を除く周辺領域と平面視で重なるように、第１の樹脂層１６の上に半導体素子３を載置する。これにより、第１の樹脂層１６の上に載置された半導体素子３を安定した状態で支持することができる。

第２の樹脂層１７は、図２に示すように、半導体素子３と収容凹部７ｂの底面７ｃとの間から外側にはみ出した状態で設けられている。なお、第２の樹脂層１７は、半導体素子３と第１の樹脂層１６との間に配置されていてもよい。

本実施形態の半導体装置１では、第１の樹脂層１６によって樹脂形成面１４と半導体素子３との間の間隔Ｓを保持したまま、収容凹部７ｂの底面７ｃと半導体素子３との間に第２の樹脂層１７が配置されている。これにより、樹脂層４の厚みを厚くすることが可能である。

ところで、樹脂形成面１４と半導体素子３との間の間隔Ｓは、第１の樹脂層１６の高さに依存するものであり、この間隔Ｓを広げるためには、第１の樹脂層１６の高さを上げる必要がある。一方、第１の樹脂層１６の高さを上げるためには、樹脂形成面１４を大きくする必要がある。このため、間隔Ｓを広げ過ぎると、半導体装置１の小型化に不利となってしまう。

したがって、間隔Ｓの上限については、第１の樹脂層１６のヤング率を１ＭＰａ以下とした場合、１５０μｍ以下とすることが半導体装置１の小型化を図る上で好ましい。一方、間隔Ｓの下限については、第１の樹脂層１６のヤング率を１ＭＰａ以下とした場合、３０μｍ以上とすることが好ましい。間隔Ｓが３０μｍ未満であると、上述した第１の樹脂層１６による樹脂層４の厚みを厚くする効果が不十分となる。

なお、本実施形態の半導体装置１では、第１の樹脂層１６と第２の樹脂層１７とが同じ樹脂からなる。このため、樹脂層４は、第１の樹脂層１６と第２の樹脂層１７との境界が区別できない場合もある。しかしながら、この場合でも、樹脂層４が樹脂形成面１４と半導体素子３との間に間隔Ｓを有した状態で設けられているため、上述した第１の樹脂層１６と第２の樹脂層１７との境界の区別に関わらず、樹脂層４の厚みを厚くすることが可能である。

収容凹部７ｂの内側には、水や外気などの浸入を防ぐため、半導体素子３を覆う保護層１８が設けられている。保護層１８には、例えばシリコーンゲルなどの半導体素子３による検出に影響を与えないものを用いることができる。なお、保護層１８は、必ずしも必要なものではなく、防水性が不要な場合には省略することも可能である。

制御素子５は、半導体ＩＣなどの半導体素子からなり、台座部８の他面（下面）と対向する位置に実装されている。また、制御素子５は、パッケージ本体７ａに埋め込まれた状態で設けられている。制御素子５は、半導体素子３から出力された信号から演算により求めた演算値（本実施形態では圧力値）を検出信号（同圧力信号）として出力するものである。また、制御素子５は、温度センサを内蔵するものであってもよい。温度センサを内蔵することによって、温度変化に応じて圧力信号を補正できるため、検出精度を高めることができる。なお、温度センサとしては、例えば抵抗式（ブリッジ抵抗式）や、ダイオード式、熱電対式、赤外線式などを挙げることができる。

（半導体装置の製造方法）
次に、上記半導体装置１の製造方法について、図５〜図９を参照して説明する。なお、図５〜図９は、上記半導体装置１の各製造工程を説明するための断面図である。

上記半導体装置１を製造する際は、先ず、図５に示すように、半導体素子３を実装する前の基体部２を準備する。この基体部２は、上述した図３に示すリードフレーム６に、制御素子５を実装し、この制御素子５と各リード端子９ａ〜９ｆ及び外部接続用端子１０ａ，１０ｂとの間を第２及び第３のボンディングワイヤー１２，１３で接続した後に、モールド樹脂を用いてこれらをパッケージ７と一体にモールド成形することによって作製される。

次に、図６に示すように、収容凹部７ｂの底面７ｃに設けられた樹脂形成面１４の上に、湾曲した凸面形状を有する第１の樹脂層１６を形成する。具体的に、この第１の樹脂層１６を形成する際は、樹脂形成面１４、すなわち凸部１５の上面にディスペンサー等を用いて液状の樹脂Ｒを塗布する。このとき、樹脂形成面１４に塗布された液状の樹脂Ｒは、凸部１５の上面において、表面張力により表面が盛り上がった形状となる。これにより、樹脂Ｒの濡れ広がりを抑えつつ、樹脂Ｒの高さを稼ぐことができる。

さらに、樹脂Ｒの表面に表面張力を働かせるためには、凸部１５の上面と側面との間の角部が丸みを帯びることなく、角部を尖らせた形状とすることが好ましい。一方、凸部１５は、金型を用いた樹脂成型の都合上、角部を完全に尖らせることは困難である。したがって、凸部１５の角部における曲率半径については０．１ｍｍ以下、より好ましくは０．０５ｍｍ以下とする。

その後、樹脂形成面１４に塗布された樹脂Ｒを加熱して硬化させる。これより、樹脂形成面１４の上に、上述した湾曲した凸面形状を有する第１の樹脂層１６を形成することができる。

ここで、凸部１５の高さについては、５０〜２００μｍの範囲とすることが好ましい。凸部１５の高さを５０μｍ以上とすることで、凸部１５の上面（樹脂形成面１４）に塗布された樹脂Ｒに表面張力が働き易くなる。一方、凸部１５の高さを２００μｍ以下とすることで、後述する第２の樹脂層１７となる樹脂Ｒを塗布した際に凸部１５の内側に気泡が入りにくくなる。

次に、図７に示すように、収容凹部７ｂの底面７ｃにおいて半導体素子３と平面視で重なる領域に、ディスペンサー等を用いて液状の樹脂Ｒを塗布する。これにより、第１の樹脂層１６の上を樹脂Ｒが覆った状態となる。

次に、図８に示すように、第１の樹脂層１６の上に半導体素子３を載置する。このとき、第１の樹脂層１６の表面における最頂部が半導体素子３の中央部を除く周辺領域と平面視で重なるように、第１の樹脂層１６の上に半導体素子３を載置する。これにより、第１の樹脂層１６の上に載置された半導体素子３を安定した状態で支持することができる。

次に、この状態から、樹脂Ｒを加熱して硬化させる。これにより、半導体素子３と収容凹部７ｂの底面７ｃとの間から外側にはみ出した状態で、第２の樹脂層１７を形成することができる。また、以上のような工程を経ることによって、収容凹部７ｂの底面７ｃに樹脂層４を介して半導体素子３を実装（接着）することができる。

その後、図９に示すように、各リード端子９ａ〜９ｆと半導体素子３との間を第１のボンディングワイヤー１１で接続した後に、収容凹部７ｂの内側に保護層１８を埋め込み形成する。以上のようにして、上記図１に示す半導体装置１を製造することができる。

以上のように、本実施形態の半導体装置１では、上述した熱膨張などによりパッケージ７から半導体素子３に加わる応力を緩和するのに十分な厚みの樹脂層４を半導体素子３とパッケージ７との間に配置することが可能である。したがって、この半導体装置１では、外部からの不要な応力が半導体素子３に加わることを抑制しつつ、その検出精度を高精度に保つことが可能である。

また、本実施形態の半導体装置１では、上述した湾曲した凸面形状を有する第１の樹脂層１６を形成する際に、上記特許文献１に記載の半導体装置のように、凹部の内側に液状の樹脂を塗布する場合よりも、凸部１５の上面（樹脂形成面１４）に塗布される樹脂Ｒの量を少なくすることができる。さらに、上記特許文献１に記載の半導体装置では、凹部に充填される樹脂の量が少ないと、硬化後に凹部の内側で凹んだ形状となるのに対して、本実施形態の半導体装置１では、凸部１５の上面（樹脂形成面１４）に塗布される樹脂Ｒの量を少なくした場合でも、湾曲した凸面形状を有する第１の樹脂層１６を形成することができる。

したがって、本実施形態による半導体装置１の製造方法では、上述した樹脂形成面１４、すなわち凸部１５の上面において塗布される樹脂Ｒの量を抑えつつ、樹脂Ｒの高さを容易に稼ぐことができる。その結果、上述した検出精度の高い高品質の半導体装置１を低コストで製造することが可能である。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態として図１０に示す半導体装置２０について説明する。なお、図１０は、半導体装置２０の構成を示す断面図である。また、以下の説明では、上記半導体装置１と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

半導体装置２０は、図１０に示すように、収容凹部７ｂの底面７ｃに形成された溝部２１と、溝部２１によって周囲が区画された凸部２２とを有している。溝部２１は、樹脂形成面１４の形状を区画するように、凸部２２の周囲に沿って形成されている。樹脂形成面１４は、凸部２２の上面により構成されている。凸部２２の上面は、半導体素子３と対向する収容凹部７ｂの底面７ｃと同じ高さにある。それ以外の構成及び製造方法については、上記半導体装置１と同様である。

この構成の場合、樹脂形成面１４に塗布された液状の樹脂Ｒ（図１０において図示せず。）は、凸部２２の上面において、表面張力により表面が盛り上がった形状となる。これにより、樹脂Ｒの濡れ広がりを抑えつつ、樹脂Ｒの高さを稼ぐことができる。

したがって、本実施形態の半導体装置２０では、上記半導体装置１と同様に、上述した熱膨張などによりパッケージ７から半導体素子３に加わる応力を緩和するのに十分な厚みの樹脂層４を半導体素子３とパッケージ７との間に配置することが可能である。その結果、外部からの不要な応力が半導体素子３に加わることを抑制しつつ、その検出精度を高精度に保つことが可能である。

特に、凸部２２の上面は、収容凹部７ｂの底面７ｃと同じ高さにあるため、半導体素子３とパッケージ７との間に配置される樹脂層４の厚みを面内でより均一にすることができる。これにより、パッケージ７から半導体素子３に加わる応力の面内分布を均一化し、その結果として、半導体素子３に加わる応力が半導体素子３の出力特性に影響を与えることを抑制することが可能である。

また、本実施形態による半導体装置２０の製造方法では、上記半導体装置１の製造方法と同様に、上述した樹脂形成面１４、すなわち凸部２２の上面において塗布される樹脂Ｒの量を抑えつつ、樹脂Ｒの高さを容易に稼ぐことができる。その結果、上述した検出精度の高い高品質の半導体装置２０を低コストで製造することが可能である。

［第１の変形例］
次に、本発明の第１の変形例として図１１に示す半導体装置３０について説明する。なお、図１１は、半導体装置３０の構成を示す断面図である。また、以下の説明では、上記半導体装置１と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

半導体装置３０は、図１１に示すように、収容凹部７ｂの底面７ｃに形成された内周側溝部３１ａ及び外周側溝部３１ｂと、これら溝部３１ａ，３１ｂによって周囲が区画された凸部３２とを有している。内周側溝部３１ａは、樹脂形成面１４の内周側の形状を区画するように、凸部３２の内周に沿って形成されている。一方、外周側溝部３１ｂは、凸部３２の外周側において収容凹部７ｂの底面７ｃが凸部３２の上面よりも低くなるように形成されている。樹脂形成面１４は、凸部３２の上面により構成されている。

それ以外の構成及び製造方法については、上記半導体装置１と同様である。したがって、この半導体装置３０では、上記半導体装置１と同様の効果を得ることが可能である。
［第２の変形例］
次に、本発明の第２の変形例として図１２に示す半導体装置４０について説明する。なお、図１２は、半導体装置４０の構成を示す断面図である。また、以下の説明では、上記半導体装置１と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

半導体装置４０は、図１２に示すように、収容凹部７ｂの底面７ｃがリードフレーム６からなり、このリードフレーム６の上にパッケージ７と一体に形成された凸部４１を有している。樹脂形成面１４は、この凸部４１の上面により構成されている。

それ以外の構成及び製造方法については、上記半導体装置１と同様である。したがって、この半導体装置４０では、上記半導体装置１と同様の効果を得ることが可能である。

［第３の変形例］
次に、本発明の第３の変形例として図１３に示す半導体装置５０について説明する。なお、図１３は、半導体装置５０の構成を示す断面図である。また、以下の説明では、上記半導体装置１と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

半導体装置５０は、図１３に示すように、収容凹部７ｂの底面７ｃがリードフレーム６からなり、このリードフレーム６に形成された凸部５１を有している。凸部５１は、台座部８の一面（上面）から突出して設けられている。樹脂形成面１４は、この凸部５１の上面により構成されている。

それ以外の構成及び製造方法については、上記半導体装置１と同様である。したがって、この半導体装置５０では、上記半導体装置１と同様の効果を得ることが可能である。

［第４の変形例］
次に、本発明の第４の変形例として図１４に示す半導体装置６０について説明する。なお、図１４は、半導体装置６０の構成を示す断面図である。また、以下の説明では、上記半導体装置１と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

半導体装置６０は、図１４に示すように、収容凹部７ｂの底面７ｃがリードフレーム６からなり、このリードフレーム６に形成された溝部６１と、溝部６１によって周囲が区画された凸部６２とを有している。溝部６１は、台座部８の一面（上面）において、樹脂形成面１４の形状を区画するように、凸部６２の周囲に沿って形成されている。樹脂形成面１４は、凸部６２の上面により構成されている。凸部６２の上面は、収容凹部７ｂの底面７ｃと同じ高さにある。

それ以外の構成及び製造方法については、上記半導体装置１と同様である。したがって、この半導体装置６０では、上記半導体装置１と同様の効果を得ることが可能である。

［第５の変形例］
次に、本発明の第６の変形例として図１５に示す半導体装置７０について説明する。なお、図１５は、半導体装置７０の構成を示す断面図である。また、以下の説明では、上記半導体装置１と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

半導体装置７０は、図１５に示すように、収容凹部７ｂの底面７ｃがリードフレーム６からなり、このリードフレーム６に形成された内周側溝部７１ａ及び外周側溝部７１ｂと、これら溝部７１ａ，７１ｂによって周囲が区画された凸部７２とを有している。内周側溝部７１ａは、台座部８の一面（上面）において、樹脂形成面１４の内周側の形状を区画するように、凸部７２の内周に沿って形成されている。一方、外周側溝部７１ｂは、凸部７２の外周側において台座部８の一面（上面）が凸部７２の上面よりも低くなるように形成されている。樹脂形成面１４は、凸部７２の上面により構成されている。

それ以外の構成及び製造方法については、上記半導体装置１と同様である。したがって、この半導体装置７０では、上記半導体装置１と同様の効果を得ることが可能である。

［その他の実施形態］
本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、図１６（Ａ），（Ｂ）に示すように、上記凸部１５における環状の一部を分断する分断溝１９を設けた構成としてもよい。なお、図１６（Ａ），（Ｂ）は、上記図４と同様に、樹脂形成面１４と半導体素子３との位置関係を模式的に示す平面図であり、図中において樹脂形成面１４（凸部１５の上面）を破線で示し、半導体素子３実線で示している。

具体的に、図１６（Ａ）に示す凸部１５には、１つの分断溝１９が設けられている。一方、図１６（Ｂ）に示す凸部１５には、複数（本例では２つ）の分断溝１９が設けられている。これにより、樹脂形成面１４は、複数（本例では２つ）の領域１４ａ，１４ｂに分割された構成となっている。

分断溝１９を設けた場合、第１の樹脂層１６の上を第２の樹脂層１７となる液状の樹脂Ｒが覆った状態から、この第１の樹脂層１６の上に半導体素子３を載置したときに、分断溝１９を通して凸部１５の内側から外側へと樹脂Ｒを流出させることができる。これにより、半導体素子３の傾きを抑えつつ、第１の樹脂層１６の上に半導体素子３をより安定した状態で載置することができる。

また、上記樹脂形成面１４の形状については、上述した円環状を為す樹脂形成面１４の形状に限らず、例えば図１７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すような形状の樹脂形成面１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃとすることも可能である。なお、図１７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、上記図４と同様に、樹脂形成面１４と半導体素子３との位置関係を模式的に示す平面図であり、図中において樹脂形成面１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃを破線で示し、半導体素子３実線で示している。

具体的に、図１７（Ａ）に示す樹脂形成面１４Ａは、その外周が平面視で矩形であり、その内周が平面視で円形となる環状形状を有している。一方、図１７（Ｂ）に示す樹脂形成面１４Ｂは、その外周が平面視で矩形であり、その内周が平面視で矩形となる環状形状を有している。一方、図１７（Ｃ）に示す樹脂形成面１４Ｃは、その外周が平面視で八角形（矩形の角部をカットした形状）であり、その内周が平面視で円形となる環状形状を有している。

また、上記樹脂形成面１４の形状については、上述した樹脂形成面１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃの形状に限らず、半導体素子３と平面視で重なる領域と少なくとも一部が重なる形状であればよく、それ以外の形状とすることも可能である。

例えば、上記樹脂形成面１４の形状については、図１８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すような形状の樹脂形成面１４Ｄ，１４Ｅ，１４Ｆとすることも可能である。なお、図１８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、上記図４と同様に、樹脂形成面１４Ｄ，１４Ｅ，１４Ｆと半導体素子３との位置関係を模式的に示す平面図であり、図中において樹脂形成面１４Ｄ，１４Ｅ，１４Ｆを破線で示し、半導体素子３実線で示している。

具体的に、図１８（Ａ）に示す樹脂形成面１４Ｄは、平面視で環状に配置された複数（本例では４つ）の凸部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの上面によって、４つの領域１４１，１４２，１４３，１４４に分割されて構成されている。各凸部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、平面視で矩形状に形成されている。

また、図１８（Ｂ）に示す樹脂形成面１４Ｅは、複数の凸部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄを互いに連結する連結部１５０を有した構成である。連結部１５０は、各凸部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの内側の中央部に位置して、各凸部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの間を平面視で略十字状に連結している。なお、図１８（Ｂ）に示す各凸部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、図１８（Ａ）示す各凸部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの互いの外側に位置する角部をカットした形状を有している。

この構成の場合、各凸部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの上面（領域１４１，１４２，１４３，１４４）の上に塗布される樹脂Ｒの量に若干の差が生じても、各樹脂Ｒが連結部１５０を介して互いに連結されることによって、各樹脂Ｒの高さが均一となる。これにより、各凸部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの上面（領域１４１，１４２，１４３，１４４）に形成される第１の樹脂層１６の高さを揃えることができる。

また、図１８（Ｃ）に示す樹脂形成面１４Ｆは、平面視で環状に配置された複数（本例では３つ）の凸部１５ｅ，１５ｆ，１５ｇの上面によって、３つの領域１４５，１４６，１４７に分割された構成である。凸部１５ｅ，１５ｆ，１５ｇは、平面視で円形状に形成されている。

この構成の場合、各凸部１５ｅ，１５ｆ，１５ｇの上面（領域１４５，１４６，１４７）の面積を大きくすることによって、その上に塗布される樹脂Ｒの量を多くできるため、樹脂形成面１４Ｆと半導体素子３との間の間隔Ｓを広げることが可能である。

また、本実施形態では、制御素子５がパッケージ本体７ａに埋め込まれた構成に限らず、例えば、図１９に示すように、パッケージ本体７ａの台座部８の他面（下面）と対向する位置に設けられた収容空間７ｄに、制御素子５が応力緩和層８０と共に収容された構成としてもよい。なお、図１９は、この構成を上記半導体装置１に適用した場合の断面図である。この構成の場合、応力緩和層８０によって制御素子５に加わる応力を緩和することができる。なお、応力緩和層８０については、上記樹脂層４（第２の樹脂層１７）に用いられる樹脂と同じものを用いることができる。

また、本実施形態では、半導体素子３が実装される側の実装構造と同じ実装構造を制御素子５が実装される側にも適用することが可能である、例えば図１９に示す制御素子５側の実装構造では、制御素子５と平面視で重なる領域と少なくとも一部が重なる樹脂形成面１４が設けられている。この樹脂形成面１４は、例えば図１４に示す構造と同じように、リードフレーム６に形成された溝部６１と、この溝部６１によって周囲が区画された凸部６２とを有して構成されている。そして、この樹脂形成面１４の上には、湾曲した凸面形状を有する樹脂層８１（第１の樹脂層１６に相当する。）が配置されている。

これにより、樹脂層８１によって樹脂形成面１４と制御素子５との間の間隔を保持し、リードフレーム６と制御素子５との間に配置される樹脂層８０（第２の樹脂層１７に相当する。）の厚みを厚くすることが可能である。以上のような半導体素子３が実装される側の実装構造と同じ実装構造を制御素子５が実装される側にも適用することで、熱膨張などによりパッケージ７から制御素子５（半導体素子３に相当する。）に加わる応力を緩和することが可能である。

なお、基体部２については、上述した形態ものに限らず、リードフレーム６やパッケージ７の形状などについて適宜変更を加えることが可能である。また、基体部２については、基板などであってもよい。また、半導体素子３についても、上述した半導体圧力センサに限らず、この半導体素子３に加わる応力が半導体素子３の出力特性に悪影響を及ぼすものに対して、本発明を幅広く適用することが可能である。

以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。

（実施例１）
実施例１は、第１の実施形態で示した半導体装置１（図１及び図２）において、半導体素子３として半導体圧力センサを用いた場合の実施例である。半導体装置１において、樹脂形成面１４と半導体素子３との間の間隔（μｍ）と、半導体装置１が出力する圧力値の誤差（％ＦＳ）との関係を求めた。その結果を図２０に示す。図２０のグラフは、半導体装置１に所定の圧力を印加し、印加圧力値と半導体装置から出力される出力値との差分をフルスケール誤差（％ＦＳ）として示したものである。

本実施例では、樹脂層４を構成する第１の樹脂層１６と第２の樹脂層１７とが同じ材料からなり、樹脂層４のヤング率が１０ＭＰａ、１ＭＰａである場合について、樹脂形成面１４と半導体素子３との間の間隔が２０、５０、６０、８０μｍであるときの半導体素子１の出力誤差を求めた。

図２０に示すように、樹脂形成面１４と半導体素子３との間の間隔が大きくなるほど、半導体装置１の出力誤差が減少する結果となった。また、樹脂層４のヤング率が１０ＭＰａである場合よりも、１ＭＰａである場合の方が、出力誤差が小さくなる結果となった。特に、樹脂層４のヤング率を１ＭＰａとしたときに、樹脂形成面１４と半導体素子３との間の間隔を４５μｍ以上とすれば、半導体装置１の出力誤差を０．１％ＦＳ以下とすることが可能であることがわかった。

（実施例２）
実施例２は、図１９に示した半導体装置において、台座部８の他面（下面）に設けた樹脂形成面１４と制御素子５との間の間隔（μｍ）と、制御素子５に内蔵された温度センサの出力値の誤差（％ＦＳ）との関係を求めたものである。その結果を図２１に示す。図２１のグラフは、図１９に示した半導体装置を所定温度の環境下に置き、その環境温度と制御素子５に内蔵された温度センサからの出力値との差分をフルスケール誤差（％ＦＳ）として示したものである。

本実施例では、応力緩和層８０と樹脂層８１とが同じ材料からなり、応力緩和層８０及び樹脂層８１のヤング率を１０ＭＰａ、１ＭＰａとした場合について、台座部８の他面に設けた樹脂形成面１４と制御素子５との間の間隔が１０、３０、４５μｍであるときの制御素子５が内蔵する温度センサの出力誤差を求めた。

図２１に示すように、樹脂形成面１４と制御素子５との間の間隔が大きくなるほど、制御素子５が内蔵する温度センサの出力誤差が減少する結果となった。また、応力緩和層８０と樹脂層８１のヤング率が１０ＭＰａである場合よりも、１ＭＰａである場合の方が、温度センサの出力誤差が小さくなる結果となった。特に、応力緩和層８０と樹脂層８１のヤング率を１ＭＰａとしたときに、樹脂形成面１４と制御素子５との間の間隔を２３μｍ以上とすれば、制御素子５が備える温度センサの出力誤差を０．１％ＦＳ以下とすることが可能であることがわかった。

１…半導体装置（第１の実施形態） ２…基体部 ３…半導体素子 ４…樹脂層 ５…制御素子 ６…リードフレーム ７…パッケージ ７ａ…パッケージ本体 ７ｂ…収容凹部 ７ｃ…底面（基体部の一面） ７ｄ…収容空間 ８…台座部 ９ａ〜９ｄ…リード端子 １０ａ〜１０ｄ…外部接続用端子 １１…第１のボンディングワイヤー １２…第２のボンディングワイヤー １３…第３のボンディングワイヤー １４…樹脂成形面 １５…凸部 １６…第１の樹脂層 １７…第２の樹脂層 １８…保護層 １９…分断溝 ２０…半導体装置（第２の実施形態） ２１…溝部 ３２…凸部 ３０…半導体装置（第１の変形例） ３１ａ…内周側溝部 ３１ｂ…外周側溝部 ３２…凸部 ４０…半導体装置（第２の変形例） ４１…凸部 ５０…半導体装置（第３の変形例） ５１…凸部 ６０…半導体装置（第４の変形例） ６１…溝部 ６２…凸部 ７０…半導体装置（第５の変形例） ７１ａ…内周側溝部 ７１ｂ…外周側溝部 ７２…凸部 ８０…応力緩和層 Ｒ…液状の樹脂

Claims (16)

1. 基体部と、
   前記基体部の少なくとも一面側に設けられた半導体素子と、
   前記基体部と前記半導体素子との間に設けられた樹脂層とを備え、
   前記基体部は、前記半導体素子と平面視で重なる領域と少なくとも一部が重なる樹脂形成面と、前記樹脂形成面を形成する凸部とを有し、
   前記樹脂層は、前記凸部の上のみに配置された第１の樹脂層を含み、
   前記樹脂層は、前記樹脂形成面と前記半導体素子との間に間隔を有した状態で設けられていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記樹脂層は、前記樹脂形成面に配置された前記第１の樹脂層と、前記基体部と前記半導体素子との間に配置された第２の樹脂層とを含み、
   前記第１の樹脂層の表面が湾曲した凸面形状を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第１の樹脂層の表面における最頂部が少なくとも前記半導体素子と平面視で重なる領域の中央部を除く周辺領域と平面視で重なる位置にあることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記樹脂形成面は、平面視で環状に形成された前記凸部の上面により構成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の半導体装置。
5. 前記凸部における環状の一部を分断した分断溝を有することを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
6. 前記樹脂形成面は、平面視で環状に配置された複数の前記凸部の上面により構成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の半導体装置。
7. 前記複数の凸部を互いに連結する連結部を有することを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
8. 前記凸部は、前記基体部の前記半導体素子と対向する面から突出して設けられていることを特徴とする請求項４〜７の何れか一項に記載の半導体装置。
9. 前記基体部の前記半導体素子と対向する面に形成された溝部によって、前記凸部の周囲が区画されると共に、前記凸部が前記半導体素子と対向する面と同じ高さで設けられていることを特徴とする請求項４〜７の何れか一項に記載の半導体装置。
10. 前記基体部は、リードフレームと、前記リードフレームを支持する樹脂製の支持体とを有し、
    前記樹脂形成面は、前記リードフレーム又は前記支持体に設けられていることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の半導体装置。
11. 前記樹脂層は、前記支持体よりもヤング率が低い樹脂からなることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。
12. 前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層とが同じ樹脂からなることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
13. 前記樹脂層のヤング率を１ＭＰａ以下とした場合、前記間隔が３０〜１５０μｍであることを特徴とする請求項１〜１２の何れか一項に記載の半導体装置。
14. 前記半導体素子が圧力センサであることを特徴とする請求項１〜１３の何れか一項に記載の半導体装置。
15. 前記基体部の両面に半導体素子が設けられていることを特徴とする請求項１〜１４の何れか一項に記載の半導体装置。
16. 基体部と、
    前記基体部の少なくとも一面側に設けられた半導体素子と、
    前記基体部と前記半導体素子との間に設けられた樹脂層とを備える半導体装置の製造方法であって、
    前記半導体素子と平面視で重なる領域と少なくとも一部が重なる樹脂形成面と、前記樹脂形成面を形成する凸部とを有する基体部を準備する工程と、
    前記樹脂形成面に前記樹脂層となる液状の樹脂を塗布した後に、硬化させることによって、表面が湾曲した凸面形状を有する第１の樹脂層を前記凸部の上のみに形成する工程と、
    前記基体部の一面において前記半導体素子と平面視で重なる領域に前記樹脂層となる液状の樹脂を塗布する工程と、
    前記第１の樹脂層の表面における最頂部が少なくとも前記半導体素子の中央部を除く周辺領域と平面視で重なるように、前記第１の樹脂層の上に前記半導体素子を載置する工程と、
    前記樹脂を硬化させることによって、第２の樹脂層を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。

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