JP6787180B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、中空パッケージを備えた半導体装置に関する。

近年、著しい速さで情報通信分野の技術が発展しており、マイクロ波帯からミリ波帯へとより高い周波数帯の信号を取り扱うようになった。このような高周波数帯の信号を扱うために、優れた高周波特性を有するトランジスタが必要であり、加えて半導体素子の実装部品やその実装方法によっても大きく特性が変化してしまうため、これらの影響を十分に考慮した設計が必要になってくる。また、前述の半導体素子は、電極部分の近傍に誘電体が存在すると、その誘電体によって生成される浮遊容量によって高周波特性が損なわれる。更に、外部の湿気、熱、汚染、電磁界などの影響によっても半導体素子が損傷し、場合によっては特性劣化することもある。したがって、前述のような影響から半導体素子を防御するために、半導体素子を搭載したパッケージ基体とキャップを接合することで気密封止し、半導体素子近傍において中空部を形成する必要がある。そして、気密封止を行うために、キャップとパッケージ基体とは隙間なく接合されていなければならない。

一般的には、安価で大量に生産可能な、予め接着面に熱硬化型接着剤が塗布されたキャップを、パッケージ基体に載置し、加熱により上記熱硬化型接着剤を硬化させることで気密封止を行っている。しかしながら、熱硬化型接着剤の硬化のための加熱工程において、気密状態にあるキャップ内の気体が膨張することで内圧が急激に上昇し、完全に硬化する前の接着剤層を貫通して中の気体が吹き出し、接着剤層の硬化後も当該吹き出し口が貫通穴としてそのまま残ってしまい、中空パッケージの気密性が保てないといった課題がある。

この対策として、特許文献１に開示されるように、上面に微孔を有するキャップ上に、リーク弁の役割として粘着性および柔軟性を有するシートを備え付け、膨張した空気による内圧を外部へ開放することで、キャップ封止の接着層における気体貫通（グロスリーク）抑制する方法が提案されている。また、特許文献２に開示されるように、事前にダイシングによってパッケージ基板に平坦な溝を形成し、キャップとパッケージ基板とを確実に接着させることで、気体の流出による隙間を無くし気密状態を確保する方法が提案されている。

特開２００１−０５３１７９ 特開２００２−１１０８３３

特許文献１のように微孔を有するキャップ上にリーク弁としてシートを搭載した場合、印刷回路基板上に実装する際のはんだリフローといった短期的な熱履歴に対してはリーク弁であるシート材も十分に耐えるが、長期的な信頼性、特に吸湿や繰り返しの熱履歴が加わった際に、シート材の劣化、更には反りによって隙間が発生し、中空パッケージの気密性が保たれないという問題がある。また、前述の特許文献２のように、ダイシングによって平坦な溝を形成し、キャップとパッケージ基板を接着させた場合、平坦な基板の溝とキャップとの接着により、反りによる隙間の発生は十分に抑制可能であるが、気密状態での接着になるため加熱時の内圧の急激な上昇によって気体が接着層を貫通するおそれがある。

本発明は、前述のような問題を解決するためになされたものであり、中空パッケージの気密性と信頼性を確保することができる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明の半導体装置は、
半導体素子と、
前記半導体素子が配置され、周囲に接着面を有したパッケージ基体と、
前記パッケージ基体の接着面に対向した位置に接着面を有し、前記半導体素子を覆い前記パッケージ基体との間に密閉された中空部を形成するキャップと、
熱硬化性樹脂からなる第一の接着剤および熱可塑性樹脂からなる第二の接着剤が配置され、前記パッケージ基体の接着面と前記キャップの接着面とを接着する接着剤層と、を備え、
前記接着剤層の少なくとも一部において、前記第一の接着剤が前記パッケージ基体の接着面から前記キャップの接着面まで連続して存在する、ことを特徴とする。

本発明の半導体装置によれば、キャップ封止プロセスの加熱工程におけるパッケージ内部の気体の吹き出しによって接着剤層に発生する貫通穴（ブローボイド）を、高温時でも流動性を有する熱可塑性樹脂により塞ぐことができ、一方で熱硬化性樹脂の硬化反応が進むことでパッケージ基体とキャップとを強固に接着させることが可能になり、高い気密性と信頼性を確保することができる。

実施の形態１による半導体装置のキャップを外した構造を示す平面図である。 実施の形態１による半導体装置の構造を示す平面図である。 図２の半導体装置のＡ−Ａ’断面図である。 実施の形態１による半導体装置のキャップの平面図（裏面側）である。 図４のキャップのＢ−Ｂ’断面図である。 実施の形態１による半導体装置の組み立てプロセスを示す概念図である。 実施の形態１による半導体装置のキャップの平面図（裏面側）である。 図７のキャップのＣ−Ｃ’断面図である。 実施の形態１におけるキャップの拡大断面図である。 実施の形態１におけるキャップの拡大断面図である。 実施の形態２による半導体装置の構造を示す平面図である。 図１１の半導体装置のＤ−Ｄ’断面図である。 実施の形態２による半導体装置のキャップの平面図（裏面側）である。 図１３のキャップのＥ−Ｅ’断面図である。 図１３のキャップのＦ−Ｆ’断面図である。 実施の形態２による半導体装置のキャップの平面図（裏面側）である。 実施の形態２による半導体装置の構造を示す俯瞰図である。（図１の斜視図） 図１７の半導体装置のＧ−Ｇ’断面図である。

実施の形態１．
＜半導体装置の構造＞
図１は、本実施の形態１に係る半導体装置のパッケージ構造内の実装領域を示す平面図である。図２は、本実施の形態１に係る半導体装置を示す平面図であって、図３は、図２のＡ−Ａ’の仮想線に沿った断面図である。図１は、図２の半導体装置よりキャップを取り除き、パッケージ構造内の実装領域を示したものである。

図２、図３の平面図、断面図、および図１のパッケージ構造内を開示した平面図に示されるように、本発明に係る半導体装置は、半導体素子５と、前記半導体素子５が配置され、周囲に接着面を有したパッケージ基体３と、前記パッケージ基体３の接着面に対向した位置に接着面を有し、前記半導体素子５を覆い前記パッケージ基体３との間に密閉された中空部１５を形成するキャップ８と、熱硬化性樹脂からなる第一の接着剤９および熱可塑性樹脂からなる第二の接着剤１０が配置され、前記パッケージ基体の接着面と前記キャップの接着面とを接着する接着剤層と、を備えている。

パッケージ基体３は、平板状のヒートシンク板７と、ヒートシンク板７の上面に窓枠形状の一方の主面をろう付け接合されたセラミック枠体２と、から構成され、ヒートシンク板７の上面とセラミック枠体２の内周側壁面で形成されるキャビティ１４を備える。当該キャビティ１４に、電子部品である半導体素子５とセラミック回路基板４が搭載され、ワイヤボンディング６によって配線されている。そして、第一の接着剤（熱硬化性樹脂）９および第二の接着剤（熱可塑性樹脂）１０の２種類の接着材を塗り分けて配置した接着剤層を備えたキャップ８がパッケージ基体３に接着されて中空部１５が形成され、半導体素子５が中空状態で気密に封止されている。

半導体素子５としては、例えば、光半導体素子、トランジスタ、ダイオード、またはサイリスタ等の能動素子、あるいは抵抗器、コンデンサ、太陽電池、圧電素子、水晶振動子またはセラミック発振子等の受動素子などを用いることができるが、特に、外部の湿気、汚染、熱、電磁界などの影響から隔離されていることを要する高周波デバイスや光モジュールが好ましい。

本実施の形態１では、半導体素子５として、一方の外部接続用リード端子１を介して入力された高周波信号を電力増幅し、増幅された高周波信号を他方の外部接続用リード端子１を介して出力する高周波電力増幅素子を用いた。なお、本発明の中空パッケージに実装される半導体素子としては、上述した電力増幅機能を有するものだけでなく、高周波信号のスイッチング機能を有するもの等も適用可能である。半導体素子５としては、例えば、シリコンでいうとＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、ＬＤＭＯＳ（Ｌａｔｅｒａｌ ｄｏｕｂｌｅ Ｄｉｆｆｕｓｅｄ ＭＯＳＦＥＴ）、化合物半導体であるガリウム砒素でいうとＧａＡｓ−ＨＦＥＴ（Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＧａＡｓ−ＨＢＴ（Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、近年、高い電子速度、ワイドバンドギャップによる高い絶縁破壊電圧、大電力動作可能、広い動作帯域幅、高温動作可能のため小型化低コスト化といった様々なメリットを有している窒化ガリウムでいうとＧａＮ−ＨＦＥＴ（Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などが挙げられる。

セラミック回路基板４は、高純度（９９．６％）アルミナ基板などに薄膜パターン加工したマイクロ波集積回路（ＭＩＣ）であり、半導体素子５と入出力の外部接続用リード端子１と半導体素子５とパッケージ外部の回路などとのインピーダンスを整合させる役割を担っている。

ヒートシンク板７は、半導体素子５が動作しているときに発生する多量の熱を外部に向かって放熱する機能を有している。放熱は対流および放射による空中への熱伝達と、接触している物を伝わる熱伝導により起こるため、熱を良く伝える物質（ヒートシンク）に搭載し、ヒートシンク自体を空冷や水冷を用いて冷やすことで半導体素子５から発生する熱を効率良くヒートシンク板７を介して外部に放散させることができる。ヒートシンク板７は、例えば、銅、鉄、タングステン、モリブデン、ニッケルまたはコバルトなどの金属材料、もしくは、これらの金属材料を含有する合金材料、あるいはこれらの複合材料を用いることができる。前述の合金材料の１つであるＣｕＷは、タングステンの低熱膨張性と銅の高熱伝導性を兼ね備えた複合材料で、タングステンと銅の組成比率を変えることで周辺材料に合わせて熱膨張係数の調整が可能であり、ＣｕＭｏは、ＣｕＷよりもより高い熱伝導率が期待でき、同様にモリブデンと銅の組成比率を変えることで熱膨張係数・熱伝導率を調整可変な材料である。また、Ｃｕ−Ｍｏを芯材とし、両面にＣｕを貼り合わせた三層構造のクラッド材なども挙げられる。前述のクラッド材は表面が純Ｃｕであるため、表面の熱分散が大きくすることができる。更には、銅もしくは、銀などの金属に２０００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有するダイヤモンドを分散させた超高放熱材料なども用いることができる。なお、本実施形態では、ヒートシンク板７の形状を四角形状としているが、電子部品であるセラミック回路基板４と半導体素子５を実装することが可能であれば、四角形状に限定するものではなく、多角形状または楕円形状等であってもよい。また、ヒートシンク７の表面は、酸化防止、または電子部品であるセラミック回路基板４と半導体素子５をダイボンドしやすくするために、電気めっき法または無電解めっき法を用いて、ニッケルまたは、金などのめっき層が形成されている。上記に様々な材質のヒートシンク材を挙げたが、より熱伝導率の高いヒートシンク材を用いることで、チップの発熱の熱を効率よく外に逃がすことができる。同時にキャップ封止の接着剤に加わる熱を低減することも可能になり、より高い信頼性を確保することが可能となる。

外部接続用リード端子１は、外部の電子機器などと電子部品であるセラミック回路基板４と半導体素子５とを電気的に接続するための部材であり、セラミック枠体２の対向する二辺に設けられている。この外部接続リード端子１には、セラミック枠体２のセラミックと熱膨張係数が近いニッケル合金、鉄−ニッケル−コバルト合金などの導電材料が用いられている。また、外部接続用リード端子１の表面は、酸化防止、または外部の電子機器などとはんだ接合しやすくするために、電気めっき法または無電解めっき法を用いて、ニッケルまたは、金などのめっき層が形成されている。

セラミック枠体２は、ヒートシンク板７上の実装領域の外周に沿って接合され、実装領域に搭載した電子部品であるセラミック回路基板４と半導体素子５を外部から保護するための部材である。セラミック枠体２は、電気絶縁性の高い、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のセラミック材料、あるいはガラスセラミック材料等から成る。または、これらの材料のうち複数の材料を混合した複合系材料から成る。また、セラミック枠体２の表面は、外部接続用リード端子１および、ヒートシンク板とろう付け接合するために、タングステンや、モリブデンなどの金属で形成されたメタライズパターンが設けられ、更にその上にニッケルや、ニッケル−コバルトなどのニッケルめっき層が形成されている。本実施の形態では、パッケージの枠体を前述のようなセラミックを用いているが、その材料に限定するものではなく、５０ＧＨｚ以上の高周波数帯に対応可能な金属を用いた枠体を用いてもよい。

パッケージ基体３は、ヒートシンク板７、セラミック枠体２および外部接続用リード端子１によって構成される。ヒートシンク板７の上面とセラミック枠体２の下面は、接合材１１を介して接合される。なお、接合材１１は、銀、銅、金、アルミニウムまたはマグネシウム等のろう材である。あるいは、これらにニッケル、カドミウムまたはリンなどの添加物を含有させてもよい。他方のセラミック枠体２の上面と外部に突出させる外部接続用リード端子１の下面も、同様に接合材１１を介して接続される。接合材１１は、本実施の形態では、同じ接合材１１でヒートシンク板７とセラミック枠体２、外部接続用リード端子１を接合しているが、いずれの箇所も同じ接合材に限定するものではなく、別々の接合材を用いてもよい。

第一の接着剤９は、熱硬化性樹脂からなる接着剤である。熱硬化性樹脂は、加熱により特定の温度で流動性を帯び、その後、化学的に変化を起こし硬化する。一度硬化してしまえば、再び加熱しても溶融せず、固体のままとなる性質を有しており、耐熱性、機械的強度、各種溶剤への耐性などに優れた全体的にバランスのとれた接着剤である。例えば、フェノール樹脂（略称ＰＦ）、メラミン樹脂（ＭＦ）、ユリア樹脂（ＵＦ）、不飽和ポリエステル樹脂（ＵＰ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）、シリコーン樹脂（ＳＩ）、ポリウレタン樹脂（ＰＵＲ）などが挙げられる。また、第一の接着剤９のＴ_ｇは、例えば、１５０℃以上に設定されている。熱硬化性樹脂からなる接着剤は、Ｔ_ｇ温度以上に曝されると物性値が変化し、劣化する傾向にある。そのため、半導体装置の稼働温度もしくは、接着層に加わる温度に合わせて、それら温度以上のＴ_ｇを有する接着剤を選定する必要がある。

第二の接着剤１０は、熱可塑性樹脂からなる接着剤である。熱可塑性樹脂は、加熱により柔らかくなり、冷却すると固まる性質を有する。耐熱性や械的強度の面では熱硬化性樹脂に及ばないものの、硬化性樹脂とは異なり硬化促進剤が不要なため物性的に安定していて常温での長期保存が可能であり、冷却だけで硬化するため成形速度が速くコストが安い接着剤である。例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、塩化ビニール（塩ビ、ＰＶＣ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン三元共重合体（ＡＢＳ）、ポリアミド（ナイロン、ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などが挙げられる。

キャップ８は、パッケージ基体３との間に中空部１５を形成し、キャビティ１４に実装された電子部品であるセラミック回路基板４と半導体素子５を外部の湿気、汚染、熱、電磁界などの影響から保護する機能を有している。キャップ８の形状は、平面視したときに、四角形状であってセラミック枠体２を囲むような形状である。なお、キャップ８は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のセラミック材料、あるいはガラスセラミック材料などの絶縁材料から形成される。

図４、図５に示すように、キャップ８の下面（接着面）には、全周にわたって第一の接着剤（熱硬化性樹脂）９と第二の接着剤（熱可塑性樹脂）１０が配置されている。本実施の形態では、キャップ８側に接着剤を塗布しているため、セラミックパッケージ３内部へのはみ出しによる金属ワイヤ６との接触を防ぐことが可能となる。一方で、はみ出しにさえ注意すれば、パッケージ基体３側へ塗布してもよい。パッケージ基体３は、粗化処理などを施すことが可能なため、より高い接合強度を得ることが可能になる。上記接着剤は、５０μｍ〜３００μｍの厚さになるように塗布しており、硬化後の接着層厚さは３０μｍ〜１５０μｍになる。
なお、第一の接着剤（熱硬化性樹脂）９と第二の接着剤（熱可塑性樹脂）１０の配置はこれに限定されるものではなく、接着剤層全体のうち少なくとも一部において、第一の接着剤（熱硬化性樹脂）９がパッケージ基体３の接着面からキャップ８の接着面まで連続して存在するように配置されていればよい。

＜半導体装置の製造方法＞
図６を用いて、本実施の形態１の半導体装置の製造プロセスについて説明する。ヒートシンク板７とセラミック枠体２、外部接続用リード端子１によって構成されるパッケージ基体３は、はんだ材の濡れ性、はんだ付け性を確保するために、電気めっき法または無電解めっき法を用いて、ニッケルまたは、金などのめっき層が形成されている。パッケージ基体３の、ヒートシンク板７の上面とセラミック枠体２の内周側壁面で形成されるキャビティ１４に、電子部品であるセラミック回路基板４と半導体素子５を金−錫、金−ゲルマニウムまたは金−シリコン等のはんだ合金１２を介してダイボンドする（図６（ａ））。
なお、本実施形態では、はんだ合金１２を介して電子部品であるセラミック回路基板４と半導体素子５をダイボンドしているが、はんだ合金に代えて熱伝導性の高い金属フィラーを分散させた導電性接着剤を用いてもよい。導電性接着剤は２００℃以下の低温でダイボンド可能であり、ダイボンド時の周辺部材に加わる熱応力や反りの発生を低減することができる。また、分散させる金属フィラーとして、Ａｇフィラーを用いた導電性接着剤が一般的であるが、Ａｇ以外の金属でもよく、Ｃｕフィラー、Ｎｉフィラー、Ａｕフィラー、Ｐｄフィラー、カーボンフィラーなどをエポキシ樹脂に混合させたものでも同様の効果が得られる。さらに、溶剤にマイクロサイズの金属粒子、ナノサイズの金属粒子、もしくは、マイクロサイズとナノサイズの金属粒子を混合した焼結金属ペーストを用いてもよい。焼結金属ペーストは、導電性接着剤と同様に約２００℃でダイボンド可能であり、加えて焼結後は金属粒子同士が焼結接合し、金属バルクに近い状態になるため、非常高い耐熱性を得られる。結果として、１７５℃以上の高温動作時での信頼性を向上することができる。また、分散させる金属フィラーとして、Ａｇ粒子を用いたＡｇペーストが一般的であるが、Ａｇ以外の金属でもよく、Ｃｕ粒子、Ｎｉ粒子、Ａｕ粒子などを溶剤に混合させたものでも同様の効果が得られる。

続いて、電子部品であるセラミック回路基板４と半導体素子５と外部接続用リード端子１間をワイヤボンドによって電気的に導通状態とする（図６（ｂ））。電子部品であるセラミック回路基板４と半導体素子５の表面は平坦に形成されており、その表面には金メッキなどの導電パターンによって電極部が形成されている。ワイヤボンドには直径が３０ｕｍの金属ワイヤ６がワイヤボンドによって打たれている。金属ワイヤ６は純度９９．９９％の金線、銀線や、それらに純金属に添加元素を加えた合金線などからなり、電子部品であるセラミック回路基板４と半導体素子５の電極部に１ｓｔボンドが打たれ、中空部１５の高さに収まる高さのワイヤループで外部接続用リード端子１に２ｎｄボンドされる。

最後に、第一の接着剤（熱硬化性樹脂）９と第二の接着剤（熱可塑性樹脂）１０を塗り分けたキャップ８をパッケージ基体３上に載置し（図６（ｃ））、約１５０℃で加熱・加圧することで接着剤を硬化して接着させ、電子部品であるセラミック回路基板４と半導体素子５、および、各部品とリード端子を接続した金属ワイヤ６を中空状態で気密封止する。以上のプロセスを経て、実施の形態１の半導体装置が作成される。

接着剤を硬化させて封止するための加熱・加圧工程においては、急激な内圧の増加、接着層内部のボイドの排出によって貫通穴（ブローボイド：数十〜数百μｍ）が発生する。従来のように接着剤層が第一の接着剤（熱硬化性樹脂）９の単層であった場合、１００℃以上で第一の接着剤（熱硬化性樹脂）９が高粘度化するため、発生したブローボイドが消えずに残存し、パッケージの気密性が保てなかった。これに対して、本実施の形態１では、第一の接着剤（熱硬化性樹脂）９と、高温において流動性の高い第二の接着剤（熱可塑性樹脂）１０とを配置した接着剤層を有する。これにより、加熱中にブローボイドが発生しても、高温において流動性のある第二の接着剤（熱可塑性樹脂）１０が流動して当該ブローボイドが塞がれ、封止完了後に高い気密性を確保することができる。同時に、接着剤層全体のうち少なくとも一部においてパッケージ基体３の接着面からキャップ８の接着面まで連続して存在するように配置された、接着強度や耐熱性に優れる第一の接着剤（熱硬化性樹脂）１０が硬化することより、高い接合強度が得られ信頼性を確保できる。
なお、本実施の形態１では、１５０℃で接着剤を硬化、接着させているが、この温度に限定されるものではなく、半導体素子５下のダイボンド材１２を含む周辺部材を考慮して選定した接着剤の推奨キュア温度（熱硬化処理温度）で加熱してもよい。

また、急峻に温度を上げると急激にキャップ内部の内圧が上がってしまい、よりブローボイドが発生しやすかったため、ゆっくりと温度を上げる必要があった。これに対して、本実施の形態１では、第一の接着剤（熱硬化性樹脂）９と第二の接着剤（熱可塑性樹脂）１０を備えたキャップ８を用いることで、急峻に温度を上げてブローボイドが発生しても、第二の接着剤（熱可塑性樹脂）１０によって塞がれるため、ブローボイドの発生を気にすることなく推奨のキュア温度（熱硬化処理温度）で定値運転したオーブン炉に製品を投入することができ、生産性の向上にも大きく寄与することができる。

また、本実施形態１では、第一の接着剤（熱硬化性樹脂）９を内周側に、第二の接着剤（熱可塑性樹脂）１０を外周側に配置している。これにより、加熱時に、内周側に設けられた第一の接着剤（熱硬化性樹脂）９の硬化が先に進むことで、接着剤が中空部内の電子部品に接触する可能性が低くなり、高い歩留まりが得られる。しかしながら、各接着剤の配置はこれに限定されるものではなく、図７、図８に示すように第一の接着剤（熱硬化性樹脂）９を外周側に、第二の接着剤（熱可塑性樹脂）１０を内周側に設けてもよい。応力が立つキャップの外周部に機械的強度の高い第一の接着剤（熱硬化性樹脂）９を設けることで、信頼性を向上することができる。また、内周側と外周側の２層構造に限らず、例えば内周側から順に第一の接着剤、第二の接着剤、第一の接着剤、というように３層以上の構造にしてもよい。

各接着剤の塗布幅は、図９に示すように、目的によって変更してもよい。図９（ｂ）のように、第一の接着剤（熱硬化性樹脂）９の塗布幅を大きくすることで、耐熱性や機械的強度を向上することができるため、高い信頼性を得られるようになる。図９（ｃ）のように、第二の接着剤（熱可塑性樹脂）１０の塗布幅を大きくすることで、比較的柔らかい第二の接着剤（熱可塑性樹脂）１０で繰り返し熱応力を吸収することができ、これにより接着部でのクラックを抑制することができる。加えて、熱硬化樹脂と比較して価格が安いため、低コスト化が図れる。第一の接着剤（熱硬化性樹脂）９を多く用いて強固に固めた方が信頼性を確保できるか、第二の接着剤（熱可塑性樹脂）を多く用いて応力を吸収する方が信頼性を確保できるかは、パッケージの構造や半導体装置の使用する条件・環境によるため、各状況を考慮して第一の接着剤（熱硬化性樹脂）９および第二の接着剤（熱可塑性樹脂）１０の塗布幅を決定する。

また、図１０に示すように、キャップ８の接着面の内側周縁部にテーパーを設けてもよい。図１０（ｂ）、（ｃ）のように、キャップ８の接着面の内側周縁部にテーパーを設けることで、第一の接着剤（熱硬化性樹脂）９とキャップ８との接着面積を増加することができ、高い密着性を得ることができる。図１０（ｄ）、（ｅ）のように、キャップ８の接着面の内側周縁部にＲの付いたテーパーを設けることで、図１０（ｂ）、（ｃ）のテーパーと比較してより接着面積を増加することができる。また、テーパーの位置も内側に限定するものではなく、外側に設けられてもよい。テーパーを外側に設けることで、樹脂のはみ出しを外側に促すことができ、パッケージ内部のワイヤとの接触をより確実に防ぐことが可能になる。また、本実施の形態では、テーパーの界面と接着剤の界面が一致しているが、その形状に限定するものではなく、パッケージ内部のワイヤとの接触を避ける範囲内、パッケージ外に流れ出ない範囲であれば、テーパーの外側まで接着剤を塗布してもよい。テーパーの外側まで接着剤を塗布することで、より接着性を改善することができ、信頼性向上が期待される。

なお、本実施の形態１ではヒートシンク板７、セラミック枠体２、外部接続用リード端子１によって構成されるパッケージ基体３を用いたが、これに限定されるものではない。例えば、パッケージ基体３の上面が平坦であってキャビティ１４を有さなくても良いし、ガラスエポキシ等からなる基板をパッケージ基体３として用いても良い。

実施の形態２．
以下、実施の形態２について説明する。なお、本実施の形態２に係る半導体装置のうち、実施形態１に係る半導体装置と同様な部分については、同一の符号を付して説明を省略する。図１１は、本実施の形態２に係る半導体装置を示す平面図であって、図１２は、図１１のＤ−Ｄ’の仮想線に沿った断面図である。図１３はキャップ８の下面からの平面図であり、図１４、図１５は、それぞれ図１３のＥ−Ｅ’、Ｆ−Ｆ’の仮想線に沿った断面図である。

本実施の形態２は、第一の接着剤（熱硬化性樹脂）９および第二の接着剤（熱可塑性樹脂）１０の配置が実施の形態１と異なり、その他の点は同一である。
実施の形態１では、第一の接着剤（熱硬化性樹脂）９と第二の接着剤（熱可塑性樹脂）１０とを径方向に並べて配置したのに対し、本実施の形態２は周方向に並べて配置したものである。図１３、図１４、図１５に示すように、第一の接着剤（熱硬化性樹脂）９が主としてキャップ８の下面に塗布されており、セラミック枠体２の各辺の中心に第二の接着剤（熱可塑性樹脂）１０が部分的に設けられている。この枠の各辺の中心に設けられた第二の接着剤（熱可塑性樹脂）１０がリーク弁の役割を担っており、キャップ接着時の加熱によって膨張した空気を前述の第二の接着剤（熱可塑性樹脂）１０を貫通して吹き出させることで、第一の接着剤（熱硬化性樹脂）９における気体貫通（グロスリーク）の発生を防ぐことができる。第二の接着剤（熱可塑性樹脂）１０は高温保持中でも流動性を有するため、気体の吹き出しによって発生したブローボイドを埋めることができ、冷却後は第二の接着剤（熱可塑性樹脂）１０が硬化し高い気密性を確保することができる。同時に、接着剤層全体のうち少なくとも一部においてパッケージ基体３の接着面からキャップ８の接着面まで連続して存在するように配置された、接着強度や耐熱性に優れる第一の接着剤（熱硬化性樹脂）１０が硬化することより、高い接合強度が得られ信頼性を確保できる。
なお、接着剤層が第二の接着剤（熱可塑性樹脂）１０の単層である場合は、上述のようにグロスリークを防ぐことは可能であるが、接着強度や耐熱性に不足し、信頼性に課題がある。

また、本実施の形態２では、図１３に示すようにセラミック枠体２の各辺の中心に第二の接着剤（熱可塑性樹脂）１０が部分的に設けられているが、その位置に限定するものではない。図１６に示すように、外部接続用リード端子１の付け根の箇所に第二の接着剤（熱可塑性樹脂）１０が搭載されるように部分的に設けてもよい。図１７、図１８に示すように、外部接続用リード端子１の付け根は段差になっており、当該段差の周囲では接着剤層の薄い部分ができるため、グロスリークが発生しやすい。そのため、あえてグロスリークの発生しやすい外部接続用リード端子１の付け根に、リーク弁の役割を担う第二の接着剤（熱可塑性樹脂）１０を部分的に設けることで、より効率的に内圧を外部に開放することができる。

以上、実施の形態に基づいて本発明の説明を行ったが、上記の実施形態はあくまで一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。当業者によって容易に導き出すことができる更なる変形例及び効果も本発明に含まれる。したがって、添付の特許請求の範囲及びその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 外部接続用リード端子
２ セラミック枠体
３ パッケージ基体
４ 回路基板
５ 半導体素子
６ 金属ワイヤ
７ ヒートシンク板
８ キャップ
９ 第一の接着剤（熱硬化性樹脂）
１０ 第二の接着剤（熱可塑性樹脂）
１１ ろう材
１２ ダイボンド材
１３ 段差
１４ キャビティ
１５ 中空部

Claims (9)

1. 半導体素子と、
   前記半導体素子が配置され、周囲に接着面を有したパッケージ基体と、
   前記パッケージ基体の接着面に対向した位置に接着面を有し、前記半導体素子を覆い前記パッケージ基体との間に密閉された中空部を形成するキャップと、
   熱硬化性樹脂からなる第一の接着剤および熱可塑性樹脂からなる第二の接着剤が配置され、前記パッケージ基体の接着面と前記キャップの接着面とを接着する接着剤層と、を備え、
   前記接着剤層の少なくとも一部において、前記第一の接着剤が前記パッケージ基体の接着面から前記キャップの接着面まで連続して存在する、
   半導体装置。
2. 前記接着剤層は、前記第一の接着剤および前記第二の接着剤が径方向に並んで配置された、
   請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第一の接着剤が内周側に配置された、
   請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記第一の接着剤が外周側に配置された、
   請求項２に記載の半導体装置。
5. 前記接着剤層は、前記第一の接着剤および前記第二の接着剤が周方向に並んで配置された、
   請求項１に記載の半導体装置。
6. 前記パッケージ基体と前記キャップとの間に外部接続用リード端子が配置され、前記第二の接着剤が前記外部接続用リード端子の縁部に接して配置された、
   請求項５に記載の半導体装置。
7. 前記キャップの接着面の少なくとも一部にテーパーを有する、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体装置。
8. 前記テーパーがＲを有する、
   請求項７に記載の半導体装置。
9. パッケージ基体に半導体素子を配置する工程と、
   前記半導体素子を覆い前記パッケージ基体との間に密閉された中空部を形成するキャップを、熱硬化性樹脂接着剤からなる第一の接着剤および熱可塑性樹脂接着剤からなる第二の接着剤が配置された接着剤層を介して前記パッケージ基体上に載置する工程と、
   前記接着剤層を加熱して硬化させる工程と、
   を備えた半導体装置の製造方法。

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