JP7327715B1

JP7327715B1 - 半導体装置

Info

Publication number: JP7327715B1
Application number: JP2023529936A
Authority: JP
Inventors: 隆行日坂
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2022-12-27
Filing date: 2022-12-27
Publication date: 2023-08-16
Anticipated expiration: 2042-12-27

Abstract

基材（１２）と、基材（１２）の上に配置された半導体チップ（１４）と、基材（１２）の上に配置され、半導体チップ（１４）を囲む側壁（１６）と、側壁（１６）の上かつ半導体チップ（１４）の上方に配置され、基材（１２）、半導体チップ（１４）および側壁（１６）とともに中空構造（２２）を形成するふた（１８）と、を備え、ふた（１８）には中空構造（２２）の内部まで貫通する貫通部（２０）が設けられている。

Description

本開示は、半導体装置に関する。

半導体装置には、内部が中空である中空構造パッケージを用いたものがある。中空構造パッケージの内部に半導体チップが搭載される。このようなパッケージを用いた場合、中空部分の気体に含まれる水分、ガスにより、パッケージの内部が結露する等の不具合が発生することがある。

特許文献１には、パッケージ内の結露等を防止するため、パッケージのふたを接着する箇所の一部を通気可能にした半導体装置が開示されている。

また、半導体装置の中には、パッケージ内部が樹脂で充填されたモールドパッケージを用いたものがある。樹脂は半導体チップを覆うように充填されている。このようなパッケージでは樹脂を用いるため気密性が保たれず、周辺から内部に水分、ガスが侵入することがある。また、使用する接着剤および樹脂にも水分、ガスが含有されている。これらが要因となり、半導体チップ周辺に水分、ガスが到達することがある。

特許文献２には、半導体チップ周辺に水分が到達することを防止するため、樹脂に貫通孔を設け、水分等を外部に排出する半導体装置が開示されている。

特開２００２－１２４５８９号公報特開平９－２１９４７１号公報

しかし、特許文献１に記載の半導体装置では、ふたを接着する箇所の一部に通気箇所を確保しているため、通気箇所の開口面積が小さいという問題がある。また、特許文献２に記載の半導体装置では、貫通孔は半導体チップに到達しておらず、リード端子のアイランドに到達するだけであるため、こちらも通気箇所の開口面積が小さい。通気箇所の開口面積が小さいと、水分、ガスの排出が不十分となる。

本開示は上記の問題を解消するためになされたもので、水分、ガスの排出が十分可能な半導体装置を得ることを目的としている。

本開示にかかる第１の半導体装置は、表面に半導体素子が形成された半導体基板と、表面の上に配置され、半導体素子を囲む側壁と、側壁の上かつ半導体素子の上方に配置され、表面および側壁とともに中空構造を形成するふたと、を備え、側壁には中空構造まで貫通する貫通部が設けられ、貫通部の開口部分の形状は、表面に垂直な辺を持つ長方形であり、長方形は側壁の最上部から最下部にわたり、長方形の表面に平行な辺の長さは０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下である。

本開示にかかる第２の半導体装置は、基材と、基材の上に配置された半導体チップと、基材の上に形成され、半導体チップを覆う封止樹脂と、を備え、封止樹脂には、半導体チップを露出させ、封止樹脂の互いに対向する側面の間を貫通する貫通部が設けられている。

本開示によれば、水分、ガスの排出が十分に可能な半導体装置を得られる。

実施の形態１にかかる半導体装置の上面図である。実施の形態１にかかる半導体装置の断面図である。実施の形態１にかかる半導体装置の断面図である。耐湿試験前後のドレインリーク電流の増加量を示す図である。実施の形態２にかかる半導体装置の上面図である。実施の形態２にかかる半導体装置の断面図である。実施の形態２にかかる半導体装置の断面図である。実施の形態３にかかる半導体装置の断面図である。

実施の形態１．
実施の形態１にかかる半導体装置１０を図１～図３に示す。図１が上面図、図２が図１のＡ－Ａ断面図、図３が図１のＢ－Ｂ断面図である。半導体装置１０は基材１２、半導体チップ１４、側壁１６、ふた１８、ワイヤ２４、リード端子２６を備える。半導体装置１０は中空構造２２を備える。図１では説明のため、側壁１６を透過して示している。

基材１２は例えば樹脂から成る。

基材１２の上に半導体チップ１４が配置されている。半導体チップ１４は半導体プロセスを用いて製造されたチップであり、能動素子でもよいし、受動素子でもよい。あるいはＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）でもよい。

基材１２の上に側壁１６が配置されている。側壁１６は半導体チップ１４を囲むように配置されている。側壁１６は例えば樹脂から成る。

側壁１６の上かつ半導体チップ１４の上方にふた１８が配置されている。基材１２、半導体チップ１４、側壁１６およびふた１８によって中空構造２２が形成されている。中空構造２２のサイズは８ｍｍ×８ｍｍ×１．５ｍｍである。半導体チップ１４の表面は中空構造２２の内部に露出されている。ふた１８は例えば金属から成る。

ふた１８には中空構造２２まで貫通する貫通部２０が設けられている。貫通部２０は複数設けられている。

貫通部２０の開口部分の形状は円である。貫通部２０における開口部分の円の直径は０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下が望ましい。直径を０．５ｍｍ以上にすることにより、水分、ガスの排出の効果を高められる。直径を１ｍｍ以下にすることにより、これより大きな異物の侵入を防ぎ、半導体チップ１４、ワイヤ２４等の変形を防止できる。また導電性異物の侵入による電気的な短絡も防止可能である。

半導体チップ１４の電極にワイヤ２４の一端が接続され、他端がリード端子２６に接続されている。リード端子２６は外部に引き出されている。

ここで、ＧａＮＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）を搭載した半導体装置に対して実施した耐湿試験について記載する。耐湿試験の条件は、１３０℃、８５％であり、ドレイン端子、ゲート端子への印加電圧はそれぞれ３０Ｖ、－５Ｖである。試験時間は３００時間である。４台の半導体装置を用意し、それぞれ直径０．５ｍｍの貫通部を０、３、１０、２０個設け、３００時間経過後のドレインリーク電流の増加量を測定した。ドレインリーク電流測定時のドレイン端子、ゲート端子への印加電圧はそれぞれ３Ｖ、－５Ｖである。

耐湿試験前後のドレインリーク電流の増加量を図４に示す。この結果から、貫通部の数を増加させるにつれ、ドレインリーク電流の増加量が減少することが分かる。これは、貫通部の数が多いほど、パッケージ内の水分やガスを多く排出できるからである。また、貫通部が１０個以上あればドレインリーク電流の増加量が十分小さいことが分かる。貫通部が１０個ある場合の開口部分の面積は１．９６ｍｍ^２であるため、貫通部２０の開口部分の面積は２ｍｍ^２以上にすることが望ましい。

以上より、この実施の形態によれば、ふたに貫通部２０を設けたため、水分、ガスの排出が十分可能な半導体装置を得られる。

なお側壁１６は基材１２と一体に形成されていてもよいし、ふた１８と一体に形成されていてもよい。また貫通部２０の開口部分の形状は円に限らずともよい。例えば（正方形を含む）長方形でもよいし、多角形でもよい。あるいは楕円でもよい。

実施の形態２．
実施の形態２にかかる半導体装置４０を図５～図７に示す。図５が上面図、図６が図５のＡ－Ａ断面図、図７が図５のＢ－Ｂ断面図である。半導体装置４０は半導体基板５８、側壁４６、ふた４８を備える。半導体装置４０はウエハレベルパッケージ（ＷＬＰ）構造を備える。図５では説明のため、側壁４６を透過して示している。

半導体基板５８の表面に半導体素子６２が形成されている。半導体素子６２は能動素子でもよいし、受動素子でもよい。あるいはＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）でもよい。半導体基板５８は例えばＳｉＣ基板にＧａＮ層が積層されたものである。

半導体基板５８の表面の上に側壁４６が配置されている。側壁４６は半導体素子６２を囲むように配置されている。側壁４６は例えば樹脂から成る。

側壁４６の上かつ半導体素子６２の上方にふた４８が配置されている。半導体基板５８の表面、側壁４６およびふた４８によって中空構造５２が形成されている。半導体素子６２の表面は中空構造５２の内部に露出されている。ふた４８は例えば樹脂から成る。

側壁４６には中空構造５２まで貫通する貫通部５０が設けられている。貫通部５０は複数設けられている。

貫通部５０の開口部分の形状は、半導体基板５８の表面に垂直な辺を持つ（正方形を含む）長方形である。この長方形は側壁４６の最上部から最下部にわたる。この長方形の半導体基板５８の表面に平行な辺の長さは０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下が望ましい。この辺の長さを０．５ｍｍ以上にすることにより、水分、ガスの排出の効果を高められる。この辺の長さを１ｍｍ以下にすることにより、これより大きな異物の侵入を防ぎ、半導体素子６２等の変形を防止できる。また導電性異物の侵入による電気的な短絡も防止可能である。貫通部５０の開口部分の面積は合わせて２ｍｍ^２以上が望ましい。貫通部５０の開口部分の面積を２ｍｍ^２以上にすることにより、水分、ガスの排出の効果を高められる。

側壁４６の形成にはパターニング手法を用いる。側壁４６は樹脂をパターニングしたものである。パターニングに用いるマスクパターンは、貫通部５０を形成する箇所に樹脂が積層されないパターンとする。このように貫通部５０をパターニング手法で形成することで、追加の工程が不要になる。

半導体素子６２はビアホール６４と接続され、ビアホール６４は半導体基板５８の裏面に形成された裏面電極６６に接続されている。

以上より、この実施の形態によれば、側壁４６に貫通部５０を設けたため、水分、ガスの排出が十分可能な半導体装置を得られる。

実施の形態３．
実施の形態３にかかる半導体装置７０の断面図を図８に示す。半導体装置７０は基材７２、半導体チップ１４、封止樹脂９８、ワイヤ８４、リード端子８６を備える。半導体装置７０は樹脂で封止されたモールドパッケージ構造を備える。

基材７２は例えば樹脂から成る。

基材７２の上に半導体チップ１４が配置されている。半導体チップ１４は半導体プロセスを用いて製造されたチップであり、能動素子でもよいし、受動素子でもよい。またＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）でもよい。

基材７２の上に半導体チップ１４を覆う封止樹脂９８が配置されている。封止樹脂９８には、封止樹脂９８の互いに対向する側面の間を貫通する貫通部８０が設けられている。貫通部８０は図８の紙面の手前から奥にかけて封止樹脂９８を貫いている。貫通部８０は半導体チップ１４の表面を露出させている。

貫通部８０の高さは０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下が望ましい。高さを０．５ｍｍ以上にすることにより、水分、ガスの排出の効果を高められる。高さを１ｍｍ以下にすることにより、これより大きな異物の侵入を防ぎ、半導体チップ１４等の変形を防止できる。また導電性異物の侵入による電気的な短絡も防止可能である。貫通部８０の開口部分の面積は合わせて２ｍｍ^２以上が望ましい。貫通部８０の開口部分の面積を２ｍｍ^２以上にすることにより、水分、ガスの排出の効果を高められる。

貫通部８０の形成には、まず、貫通部８０となる箇所に、封止樹脂９８とは異なる化学的性質の有機材料膜をパターニングで形成する。次に、有機材料膜を覆うように封止樹脂９８を形成する。次に、有機材料膜を溶解除去し、貫通部８０を形成する。あるいは、くぼみを設けたふた状の封止樹脂９８を、接着剤により基材７２に取り付ける方法もある。この方法ではくぼみの箇所が貫通部８０となる。

以上より、この実施の形態によれば、ふたに貫通部８０を設けたため、水分、ガスの排出が十分可能な半導体装置を得られる。

１０，４０，７０半導体装置、１２，７２基材、１４半導体チップ、１６，４６，７６側壁、１８，４８ふた、２０，５０，８０貫通部、２２，５２中空構造、５８半導体基板、６２半導体素子、９８封止樹脂

Claims

表面に半導体素子が形成された半導体基板と、
前記表面の上に配置され、前記半導体素子を囲む側壁と、
前記側壁の上かつ前記半導体素子の上方に配置され、前記表面および前記側壁とともに中空構造を形成するふたと、
を備え、
前記側壁には前記中空構造まで貫通する貫通部が設けられ、
前記貫通部の開口部分の形状は、前記表面に垂直な辺を持つ長方形であり、前記長方形は前記側壁の最上部から最下部にわたり、
前記長方形の前記表面に平行な辺の長さは０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下である
半導体装置。
基材と、
前記基材の上に配置された半導体チップと、
前記基材の上に配置され、前記半導体チップを覆う封止樹脂と、
を備え、
前記封止樹脂には、前記半導体チップの表面を露出させ、前記封止樹脂の互いに対向する側面の間を貫通する貫通部が設けられた
半導体装置。
前記貫通部の高さは０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下である
請求項２に記載の半導体装置。
前記貫通部の開口部分の面積は２ｍｍ^２以上である
請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。