JPH10209344A - 樹脂封止型回路装置 - Google Patents

樹脂封止型回路装置

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JPH10209344A
JPH10209344A JP9017905A JP1790597A JPH10209344A JP H10209344 A JPH10209344 A JP H10209344A JP 9017905 A JP9017905 A JP 9017905A JP 1790597 A JP1790597 A JP 1790597A JP H10209344 A JPH10209344 A JP H10209344A
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  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 樹脂封止型回路装置において半導体素子を支
持板に固着する半田にクラックが生じることがあった。 【解決手段】 放熱性を有する支持板1上に半田2によ
って半導体素子3を固着し、また半田4によって回路基
板5を固着する。半導体素子3とこの周辺を第1の保護
樹脂層12aで被覆する。第1の保護樹脂層12a、回
路基板5及びこれ等の間の支持板1の表面を第2の保護
樹脂層13aで被覆する。第1及び第2の保護樹脂層1
2a、13aをポリイミド又はポリエーテルアミド系樹
脂とする。第1の保護樹脂層12aの弾性係数を第2の
保護樹脂層13aのそれよりも大きくする。第2の保護
樹脂層13aを覆うようにエポキシ樹脂から成る樹脂封
止体14を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、放熱性を有する金属支
持板上に半導体素子及び回路基板が固着され、これ等が
樹脂で封止された形式の樹脂封止型回路装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の樹脂封止型回路装置(ハイブリッ
ドIC)は、図1に示すように、放熱性を有する金属製
の支持板1と、この支持板1上に導電性接合材としての
半田2で固着されたチップ状の半導体素子3と、支持板
1上に導電性接合材としての半田4で固着された回路基
板5と、この回路基板5上に固着された回路素子として
のフリップチップ6と、回路基板5上の配線導体7と半
導体素子3とを接続するリード細線8と、回路基板5上
の配線導体9と支持板1に非連結の外部リード10との
間を接続する内部リード細線11と、半導体素子3を被
覆するように配置されたポリイミド系樹脂から成る第1
の保護樹脂層12と、回路素子6、配線導体7、9及び
回路基板5の上面を被覆するように配置されたシリコー
ン樹脂から成る第2の保護樹脂層13と、第1及び第2
の保護樹脂層12、13、支持板1、及び外部リード1
0の一部を被覆するように配置されたエポキシ系樹脂か
ら成る樹脂封止体14とによって構成されている。な
お、半導体素子3は例えばトランジスタであって、PN
接合を含む半導体基板、この基板の下面及び上面に形成
された金属電極等を含むが、図1ではこれ等の詳細は省
略されている。また、フリップチップ6は板状本体部6
aとバンプ電極6bとを有し、バンプ電極6bが回路基
板5の配線導体(図示せず)に半田で固着されている。
また、回路基板5の下面には金属層が設けられている
が、図1では省略されている。また、支持板1から導出
された連結外部リード1aが設けられ、複数本の非連結
外部リード10が連結外部リード1aに平行に配置され
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図1の樹脂
封止型回路装置において、図2に拡大図示するように樹
脂封止体14と第2の保護樹脂層13との間にすき間1
5が生じ、これにより半導体素子3の樹脂封止体14に
よる押え付けが弱くなり、温度サイクル試験(低温と高
温との温度サイクルを繰返して回路装置に加える試験)
等によって半田2にクラックが生じることがある。この
理由を更に詳しく説明する。回路基板5はアルミナ(酸
化アルミニウム)を主成分としたセラミック板であり、
その線膨張係数は7ppm オーダである。これに対して、
エポキシ系樹脂から成る樹脂封止体14の線膨張係数は
17〜20ppm と大きい。このため、温度サイクル(高
温から低温への移行時)に伴う熱収縮量は、樹脂封止体
14の方が回路基板5よりも大きい。従って、温度サイ
クルによって樹脂封止体14の回路基板5を覆っている
部分にすき間15が生じ易い。また、樹脂封止体14の
支持板1に対する密着性は、樹脂封止体14の第2の保
護樹脂層13に対する密着性よりも優れている。このた
め、半導体素子3と回路基板5との間に露出した支持板
1の主面に樹脂封止体14が直接に固着されている場合
には、支持板1と樹脂封止体14との間のすき間の発生
は抑制される。しかしながら、回路基板5の上面を被覆
する第2の保護樹脂層13がその硬化時等に支持板1の
上面に垂れることがあり、樹脂封止体14がこの垂れた
第2の保護樹脂層13を介して支持板1に固着されるこ
とがある。この場合には、樹脂封止体14を支持板1に
対して強固に固着することができないので、すき間15
が生じ易い。すき間15が生じると、樹脂封止体14の
支持板1に対する密着性、換言すれば樹脂封止体14に
よる半導体素子3の押え付けが弱くなり、半田2にクラ
ックが生じる。
【0004】そこで、本発明の目的は、半導体素子と支
持板との間の導電性接合材におけるクラックの発生を防
止することができる樹脂封止型回路装置を提供すること
にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決し、上記
目的を達成するための本発明は、放熱性を有する金属製
の支持板と、前記支持板上に導電性接合材によって固着
された半導体素子と、前記支持板上に導電性接合材によ
って固着された回路基板と、前記回路基板上に固着され
た回路素子と、前記半導体素子及び前記半導体素子の周
辺の前記支持板の表面部分を連続的に被覆するように配
置されたポリイミド又はポリエーテルアミド系樹脂から
成る第1の保護樹脂層と、前記回路素子、前記回路基
板、前記第1の保護樹脂層、及び少なくとも前記半導体
素子と前記回路基板との間の前記支持板の表面部分を連
続的に被覆するように配置されたポリイミド又はポリエ
ーテルアミド系樹脂から成る第2の保護樹脂層と、前記
第2の保護樹脂層を被覆するように配置されたエポキシ
系樹脂から成る樹脂封止体とを備え、前記第1の保護樹
脂層が前記第2の保護樹脂層の体積弾性係数よりも大き
い体積弾性係数を有していることを特徴とする樹脂封止
型回路装置に係わるものである。
【0006】
【発明の作用及び効果】本発明における第1の保護樹脂
層と第2の保護樹脂層は、いずれもポリイミド又はポリ
エーテルアミド系樹脂から成るので、両者は強固に密着
する。また、半導体素子は第1の保護樹脂層と第2の保
護樹脂層で2重に被覆されている。また、第1の保護樹
脂層は半導体の周辺部分も被覆している。また、第2の
保護樹脂層は半導体素子の上方のみでなく、回路基板の
上及び半導体素子と回路基板の間の支持板の上を連続的
に被覆している。また、第2の保護樹脂層はポリイミド
又はポリエーテルアミド系樹脂から成るので、樹脂封止
体及び支持板に対する密着性が良く、第2の保護樹脂層
と樹脂封止体及び支持板との間にすき間が生じにくい。
従って、半導体素子を支持板に固着している導電性接合
材に隣接したクラックの発生が抑制され、半導体素子の
押え付けが十分になされ、導電性接合材にクラックが発
生しにくい。また、第1の保護樹脂層の体積弾性係数
(弾性率又は剛性率)は第2の保護樹脂層の体積弾性係
数よりも大きいので、第1の保護樹脂層の半導体素子を
支持板に対して押え付ける作用は大きい。このため、半
導体素子の下の導電性接合材にクラックが発生し難い。
なお、弾性係数をE、圧力又は応力をδ、ひずみをεと
すればδ=Eεの関係があるので、弾性係数Eが大きい
ということは、変形し難いことを意味する。また、第2
の保護樹脂層は弾性係数が相対的に小さいので、樹脂封
止体と回路基板との線膨張係数の差に起因する応力(基
板及び支持板と樹脂封止体との間にすき間を発生させる
力)を緩和する働きを有し、すき間が抑制される。上述
のようにすき間が防止されると、半導体素子の下の導電
性接合材(例えば半田)にクラックが発生しなくなり、
半導体素子の接続の信頼性が高くなる。
【0007】
【実施例】次に、図3を参照して本発明の実施例に係わ
る樹脂封止型回路装置即ち混成集積回路装置を説明す
る。但し、図3において図1と実質的に同一の部分には
同一の符号を付してその説明を省略する。図3の樹脂封
止型回路装置も、図1と同様に金属製支持板1、導電性
接合材としての半田2で固着された半導体素子3、半田
4で固着された回路基板5、回路素子としてのフリップ
チップ6、配線導体7、リード細線8、配線導体9、外
部リード10、リード細線11、及びエポキシ樹脂から
成る樹脂封止体14を有し、これ等は図1と同様に構成
及び配置されている。図3の樹脂封止型回路装置が図1
と異なる点は、第1及び第2の保護樹脂層12a、13
aの材質及びこの配置である。
【0008】図3の第1の保護樹脂層12aは半導体素
子3の上面のみでなく、この周辺の支持板1の上も被覆
している。第2の保護樹脂層13aは回路基板5、フリ
ップチップ6、配線導体7、9の上のみでなく、第1の
保護樹脂層12aの上及び半導体素子3と回路基板5と
の間の支持板1の上も連続的に被覆し、更にリード細線
8、11の一部も被覆している。なお、第2の保護樹脂
層13aの平面的に見た被覆面積は、支持板1の上面の
総面積の半分以上の約70%である。
【0009】第1及び第2の保護樹脂層12a、13a
は共にポリイミド又はポリエーテルアミド系樹脂(ポリ
イミド又はポリエーテルアミドと呼ばれる主骨格構造を
有する樹脂)から成るが、体積弾性係数は互いに相違
し、第1の保護樹脂層12aの体積弾性係数が第2の保
護樹脂層13aの体積弾性係数よりも大きい。この体積
弾性係数の相違は、保護樹脂中に含まれるシロキサン変
成量の相違によって生じている。即ち、シロキサン変成
量は第1の保護樹脂層12aに比べて第2の保護樹脂層
13aが大きいので、第1の保護樹脂層12aの弾性係
数が第2の保護樹脂層13aの弾性係数よりも大きい。
具体的には、第1の保護樹脂層12aの弾性係数は25
0kg/mm2 、第2の保護樹脂層13aの弾性係数は50
kg/mm2 である。
【0010】第1の保護樹脂層12aの弾性係数が20
0kg/mm2 を下回ると柔軟性が高くなり、半導体素子3
を支持板1に押え付ける力が低下して望ましくない。一
方、第1の保護樹脂層12aの弾性係数が300kg/mm
2 を上回ると、柔軟性が乏しくなり、温度サイクル試験
で割れが生じ易く、半導体素子の表面を傷つけるおそれ
があり望ましくない。従って、第1の保護樹脂層12a
の弾性係数を200〜300kg/mm2 に設定するのが望
ましい。
【0011】また、第2の保護樹脂層12aの弾性係数
が100kg/mm2 を上回ると樹脂が硬くなりすぎて前述
した応力緩和効果が十分に得られず、樹脂封止体14と
第2の保護樹脂層13aとの間にすき間が生じることが
ある。一方、第2の保護樹脂層13aの弾性係数が20
kg/mm2 を下回ると樹脂の柔軟性が高すぎて、第2の保
護樹脂層13aを支持板1及び第1の保護樹脂層12a
の上面に適度な厚さで被覆することができなくなり望ま
しくない。従って、第2の保護樹脂層13aの弾性係数
を20〜100kg/mm2 とするのが望ましい。
【0012】エポキシ樹脂から成る樹脂封止体14は第
2の保護樹脂層13a及び支持板1の露出表面及び連結
外部リード1aと非連結外部リード10の一部とを被覆
している。
【0013】第1及び第2の保護樹脂層12a、13a
を図3に示すように配置し、且つそれ等の材料を上述し
たように決定すれば、発明の作用及び効果の欄で説明し
た作用効果即ち半田2のクラック防止が達成される。ま
た、第2の保護樹脂層13aの弾性係数が小さいので、
フリップチップ6のバンプ電極6bをつぶすような力が
フリップチップ6に作用しない。
【0014】
【変形例】本発明は上述の実施例に限定されるものでな
く、例えば次の変形が可能なものである。 (1) 半導体素子3はダイオード、FET等であって
もよい。 (2) 回路基板5上の回路素子はフリップチップ6に
限ることなく、厚膜抵抗、コンデンサチップ、ICチッ
プ、トランジスタチップ等又はこれ等の組み合せであっ
てもよい。 (3) 樹脂封止体14を支持板1の下面側には設けな
いようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の樹脂封止型回路装置を示す断面図であ
る。
【図2】図1の一部を拡大して示す断面図である。
【図3】本発明の実施例の樹脂封止型回路装置を示す断
面図である。
【符号の説明】
1 支持板 2 半田 3 半導体素子 5 回路基板 12a 第1の保護樹脂層 13a 第2の保護樹脂層 14 樹脂封止体
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成9年3月7日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0005
【補正方法】変更
【補正内容】
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決し、上記
目的を達成するための本発明は、放熱性を有する金属製
の支持板と、前記支持板上に導電性接合材によって固着
された半導体素子と、前記支持板上に固着された回路基
板と、前記回路基板上に固着された回路素子と、前記半
導体素子及び前記半導体素子の周辺の前記支持板の表面
部分を連続的に被覆するように配置されたポリイミド又
はポリエーテルアミド系樹脂から成る第1の保護樹脂層
と、前記回路素子、前記回路基板、前記第1の保護樹脂
層、及び少なくとも前記半導体素子と前記回路基板との
間の前記支持板の表面部分を連続的に被覆するように配
置されたポリイミド又はポリエーテルアミド系樹脂から
成る第2の保護樹脂層と、前記第2の保護樹脂層を被覆
するように配置されたエポキシ系樹脂から成る樹脂封止
体とを備え、前記第1の保護樹脂層が前記第2の保護樹
脂層の体積弾性係数よりも大きい体積弾性係数を有して
いることを特徴とする樹脂封止型回路装置に係わるもの
である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 放熱性を有する金属製の支持板と、 前記支持板上に導電性接合材によって固着された半導体
    素子と、 前記支持板上に導電性接合材によって固着された回路基
    板と、 前記回路基板上に固着された回路素子と、 前記半導体素子及び前記半導体素子の周辺の前記支持板
    の表面部分を連続的に被覆するように配置されたポリイ
    ミド又はポリエーテルアミド系樹脂から成る第1の保護
    樹脂層と、 前記回路素子、前記回路基板、前記第1の保護樹脂層、
    及び少なくとも前記半導体素子と前記回路基板との間の
    前記支持板の表面部分を連続的に被覆するように配置さ
    れたポリイミド又はポリエーテルアミド系樹脂から成る
    第2の保護樹脂層と、 前記第2の保護樹脂層を被覆するように配置されたエポ
    キシ系樹脂から成る樹脂封止体とを備え、前記第1の保
    護樹脂層が前記第2の保護樹脂層の体積弾性係数よりも
    大きい体積弾性係数を有していることを特徴とする樹脂
    封止型回路装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006179538A (ja) * 2004-12-21 2006-07-06 Hitachi Ltd 半導体パワーモジュール
US8492784B2 (en) 2011-02-09 2013-07-23 Fujitsu Limited Semiconductor device and method for producing the same, and power supply
DE112018001053T5 (de) 2017-02-28 2019-12-19 Mitsubishi Electric Corp. Halbleitereinheit und verfahren zur herstellung einer halbleitereinheit

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US11004761B2 (en) 2017-02-28 2021-05-11 Mitsubishi Electric Corporation Packaging of a semiconductor device with dual sealing materials

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