(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を回路基板上に電気的に接続するためのボンディングワイヤ部分にダム状硬化樹脂が形成され、該ダム状硬化樹脂の内側に搭載された半導体素子が封止用硬化樹脂により被覆されてなる樹脂封止半導体装置において、該ダム状硬化樹脂のＪＩＳ  Ｋ  ６３０１に規定されるＪＩＳ  Ａ硬度が４０〜９５であり、該封止用硬化樹脂のＪＩＳ  Ａ硬度が１〜３９であり、該ダム状硬化樹脂と該封止用硬化樹脂が共にシリコーンゴム組成物を硬化して得られるシリコーンゴムであることを特徴とする樹脂封止半導体装置。
【請求項２】
ダム状硬化樹脂と封止用硬化樹脂の少なくとも一方が付加反応硬化型シリコーンゴム組成物を硬化して得られるシリコーンゴムであることを特徴とする請求項１記載の樹脂封止半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用の分野】
本発明は、樹脂封止半導体装置に関し、詳しくは、ヒートサイクル試験および耐衝撃性試験において優れた信頼性を有する樹脂封止半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回路基板上の半導体素子の周囲にダム状硬化樹脂が形成され、該ダム状硬化樹脂の内側に搭載された半導体素子が封止用硬化樹脂により被覆されてなる樹脂封止半導体装置は、外部からの衝撃や湿気から半導体素子を保護することができ、さらに特定の半導体素子のみを封止用硬化樹脂により被覆することができるという特徴を有する。
【０００３】
このような樹脂封止半導体装置としては、回路基板上の半導体素子の周囲に、撥水性充填剤を配合してなる熱硬化性樹脂を硬化して得られたダム状硬化樹脂が形成され、該ダム状硬化樹脂の内側の搭載された半導体素子が封止用硬化樹脂により被覆されてなる樹脂封止半導体装置（特開昭６２−２２９８６２号公報参照）、回路基板上の半導体素子の周囲に、チクソトロピック性を有する硬化性樹脂組成物を硬化して得られるダム状硬化樹脂が形成され、該ダム状硬化樹脂の内側に搭載された半導体素子が封止用硬化樹脂により被覆されてなる樹脂封止半導体装置（特開昭６２−２２９９６２号公報参照）および回路基板上の半導体素子搭載部の周囲に、ＪＩＳ  Ｋ  ６３０１に規定されるＪＩＳ  Ａ硬度が５〜６４であるダム状硬化樹脂が形成され、該ダム状硬化樹脂の内側に搭載された半導体素子がＪＩＳ  Ａ硬度が６５〜９５である封止用硬化樹脂により被覆されてなる樹脂封止半導体装置（特開平４−４８７５８号公報参照）等が提案されている。
【０００４】
しかし、特開昭６２−２２９８６２号により提案された樹脂封止半導体装置は、ダム状硬化樹脂と封止用硬化樹脂との接着性が劣るため、高温高湿下での信頼性が低いという問題があった。また、特開昭６２−２２９９６２号により提案された樹脂封止半導体装置は、耐衝撃性試験において、外部からの衝撃に対して半導体素子を保護するために、封止用硬化樹脂の硬度が大きく、このため封止用硬化樹脂の内部応力が大きくなり、ヒートサイクル試験において、半導体素子と導線を電気的に接続するためのボンディングワイヤが変形したり、破断したりするという問題があった。
【０００５】
一方、特開平４−４８７５８号により提案された樹脂封止半導体装置は、回路基板上の半導体素子搭載部の周囲に、該半導体素子を該回路基板に電気的に接続するためのボンディングワイヤを取り囲む形で、ダム状硬化樹脂が形成され、該ダム状硬化樹脂の内側に搭載された半導体素子が封止用硬化樹脂により被覆されてなる樹脂封止半導体装置に関し、この樹脂封止半導体装置はヒートサイクル試験において信頼性が優れるという特徴を有する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年、樹脂封止半導体装置に使用される硬化樹脂の量を減少する傾向にあり、半導体素子を回路基板上に電気的に接続するためのボンディングワイヤ部分にダム状硬化樹脂が形成され、該ダム状硬化樹脂の内側に搭載された半導体素子が封止用硬化樹脂により被覆されてなる樹脂封止半導体装置が検討されており、この樹脂封止半導体装置では、ヒートサイクル試験および耐衝撃性試験において、ボンディングワイヤが変形したり、破断したりして、その信頼性が劣るという問題があった。
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、本発明に到達した。
【０００８】
すなわち、本発明の目的は、ヒートサイクル試験および耐衝撃性試験において優れた信頼性を有する樹脂封止半導体装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段およびその作用】
本発明は、半導体素子を回路基板上に電気的に接続するためのボンディングワイヤ部分にダム状硬化樹脂が形成され、該ダム状硬化樹脂の内側に搭載された半導体素子が封止用硬化樹脂により被覆されてなる樹脂封止半導体装置において、該ダム状硬化樹脂のＪＩＳ  Ｋ  ６３０１に規定されるＪＩＳ  Ａ硬度が４０〜９５であり、該封止用硬化樹脂のＪＩＳ  Ａ硬度が１〜３９であり、該ダム状硬化樹脂と該封止用硬化樹脂が共にシリコーンゴム組成物を硬化して得られるシリコーンゴムであることを特徴とする樹脂封止半導体装置に関する。
【００１０】
本発明の樹脂封止半導体装置を図１および図２により説明する。なお、図１は本発明の実施例である樹脂封止半導体装置の一部破断斜視図であり、図２はその断面図である。
【００１１】
本発明の樹脂封止半導体装置は、回路基板２上に半導体素子１が載置され、該半導体素子１と該回路基板２上に形成された導線５とをボンディングワイヤ７により電気的に接続してなる半導体装置において、ボンディングワイヤ７部分にダム上硬化樹脂３が形成され、該ダム状硬化樹脂３の内側に搭載された半導体素子１が封止用硬化樹脂４により被覆されてなる。回路基板２の材質としては、例えば、ガラス−エポキシ樹脂，ベークライト樹脂，紙−ベークライト樹脂，フェノール樹脂，紙−フェノール樹脂の有機樹脂基材；ガラス，アルミナ等のセラミックス基材；銅，アルミニウム等の金属基材が挙げられる。回路基板２の片面もしくは両面には、銅，銀−パラジウム等の導電性基材からなる導線５が形成されている。また、回路基板２には半導体素子１が載置されており、半導体素子１の端部に形成されたボンディングパッド６と導線５とを、金，銅，アルミニウム等の導電性細線からなるボンディングワイヤ７により電気的に接続している。そして、導線５は、回路基板２の少なくとも１方の端部に設けられた外部リード端子８に電気的に接続されている。本発明の樹脂封止半導体装置において、回路基板２上には抵抗、コンデンサーおよびコイル等の電子部品が搭載されていてもよい。このような樹脂封止半導体装置は一般にハイブリッドＩＣと呼ばれている。
【００１２】
本発明の樹脂封止半導体装置において、回路基板２の半導体素子１と導線５とを電気的に接続するボンディングワイヤ７部分に形成されるダム状硬化樹脂３のＪＩＳ  Ｋ  ６３０１に規定されるＪＩＳ  Ａ硬度は４０〜９５の範囲内であることが必要である。これは、ダム状硬化樹脂３のＪＩＳ  Ａ硬度が４０未満であると、耐衝撃性試験において、該ダム状硬化樹脂３側から受ける側方の外力に対して、該ダム状硬化樹脂３が容易に変形し、半導体素子１を保護することができなくなるためであり、また、ダム状硬化樹脂３のＪＩＳ  Ａ硬度が９５をこえると、ダム状硬化樹脂自体が脆くなり、外力により容易にクラックを生じるためである。本発明の樹脂封止装置において、ダム状硬化樹脂３はＪＩＳ  Ｋ  ６３０１に規定されるＡ型試験片における引き裂き強度が２．０kgf／cm以上であることが好ましい。
【００１３】
本発明の樹脂封止半導体装置において、ダム状硬化樹脂３の内側に搭載された半導体素子１を被覆するための封止用硬化樹脂４のＪＩＳ  Ｋ  ６３０１に規定されるＪＩＳ  Ａ硬度は１〜３９の範囲内であることが必要である。これは、封止用硬化樹脂４のＪＩＳ  Ａ硬度が１未満であると、樹脂封止半導体装置が耐衝撃性試験等により衝撃を受けた場合に、封止用硬化樹脂４が容易に変形してしまい、半導体素子１を外力から保護することができなくなるためであり、また、封止用硬化樹脂４のＪＩＳ  Ａ硬度が３９をこえると、該封止用硬化樹脂４自体の内部応力が増大し、ヒートサイクル試験を受けた場合に、樹脂封止半導体装置の信頼性が著しく低下するためである。
【００１４】
本発明の樹脂封止半導体装置において、ダム状硬化樹脂３および封止用硬化樹脂４は、硬化性エポキシ樹脂組成物、硬化性シリコーン組成物、硬化性ポリイミド樹脂組成物、硬化性ポリエステル樹脂組成物が例示され、ダム状硬化樹脂３および封用硬化樹脂４の少なくとも一方が硬化性シリコーン組成物であることが好ましい。本発明の樹脂封止半導体装置を作成することができる硬化性シリコーン組成物としては、付加反応硬化型シリコーン組成物、縮合反応硬化型シリコーン組成物および有機過酸化物硬化型シリコーン組成物が例示され、半導体素子１を封止樹脂により封止する際、加熱できない場合には、縮合反応硬化型シリコーン組成物が好ましいが、樹脂封止半導体装置を作業性良く作成することができることから、付加反応硬化型シリコーン組成物が好ましい。
【００１５】
【実施例】
本発明の樹脂封止半導体装置を実施例により詳細に説明する。なお、実施例中、粘度は２５℃において測定した値である。また、ダム状硬化樹脂および封止用硬化樹脂のＪＩＳ  Ａ硬度は、各々の硬化性樹脂組成物を１５０℃で１時間の加熱して硬化させた後、ＪＩＳ Ｋ ６３０１に規定されるＡ形硬度計により測定した値である。
【００１６】
［実施例１］
下記の方法により樹脂封止半導体装置を作成した。
(１)銀−パラジウム製導線５が形成され、銀−パラジウム製導線５の端部から外部リード端子８が形成された回路基板２の表面に、端部にボンディングパッド６を設けた半導体素子１を載置した。
(２)回路基板２上に載置された半導体素子１のボンディングパッド６と銀−パラジウム製導線５とを金製ボンディングワイヤ７により電気的に接続した。
(３)回路基板２上に金製ボンディングワイヤ７部分に、粘度が１０００ポイズである付加反応硬化型シリコーンゴム組成物(Ｉ)（硬化して得られるシリコーンゴムのＪＩＳ  Ａ硬度が７０である。）をディスペンサーを使用してダム状に塗布した。
(４)ダム状の付加反応硬化型シリコーンゴム組成物(Ｉ)の内側に搭載された半導体素子１を、粘度が２０ポイズである付加反応硬化型シリコーンゴム組成物(II)（硬化して得られるシリコーンゴムは透明であり、そのＪＩＳ  Ａ硬度が２０である。）をディスペンサーを使用して塗布し、半導体素子１を完全に被覆した。(５)上記回路基盤を１５０℃の熱風循環式オーブン中で１時間放置して、付加反応硬化型シリコーンゴム組成物(Ｉ)および付加反応硬化型シリコーンゴム組成物を硬化させ、樹脂封止半導体装置を作成した。同様にして、樹脂封止半導体装置５０個を作成した。
【００１７】
これらの樹脂封止半導体装置２５個をヒートサイクル試験（−３０℃で３０分間放置した後、１２０℃で３０分間放置することを１サイクルとする。）で１００サイクル試験した。試験終了後、樹脂封止半導体装置の外部リード端子８を使用して半導体素子１および金製ボンディングワイヤ７の電気導通試験を実施した。その結果、電気導通不良は全く発生していなかった。また、ダム状硬化樹脂および封止用硬化樹脂にはクラックは発生していなかった。
【００１８】
また、これらの樹脂封止半導体装置２５個を落下試験（高さ１ｍのところから鉄製の床面上に自然落下する）した。試験終了後、上記と同様にして電気導通試験を実施した。その結果、電気導通不良は全く発生していなかった。また、ダム状硬化樹脂および封止用硬化樹脂にはクラックは発生していなかった。また、透明な封止用硬化樹脂を通して光学顕微鏡で観察したところ、全てに金製ボンディングワイヤ７とボンディングパッド６の接続部分または金製ボンディングワイヤ７と銀−パラジウム製導線５の接続部分において金製ボンディングワイヤ７の変形または切断は認められなかった。
【００１９】
［比較例１］
実施例１において、付加反応硬化型シリコーンゴム組成物(Ｉ)の代わりに、粘度が１５００ポイズである付加反応硬化型シリコーンゴム組成物(III)（硬化して得られるシリコーンゴムのＪＩＳ  Ａ硬度が２０である。）を用いた以外は実施例１と同様にして樹脂封止半導体装置５０個を作成した。
【００２０】
これらの樹脂封止半導体装置２５個を実施例１と同様にしてヒートサイクル試験した。その結果、樹脂封止半導体装置に電気導通不良は全く発生していなかった。また、これらの樹脂封止半導体装置２５個を実施例１と同様にして落下試験した。その結果、５個の樹脂封止半導体装置に電気導通不良が発生した。これらの電気導通不良が生じた樹脂封止半導体装置を透明な封止用硬化樹脂を通して光学顕微鏡で観察したところ、全てに金製ボンディングワイヤ７とボンディングパッド６の接続部分または金製ボンディングワイヤ７と銀−パラジウム製導線５の接続部分において金製ボンディングワイヤ７の変形または切断が認められた。
【００２１】
［比較例２］
実施例１において、付加反応硬化型シリコーンゴム組成物(II)の代わりに、粘度が２０ポイズである付加反応硬化型シリコーンゲル組成物(IV)（硬化して得られる硬化樹脂はゲル状であり、そのシリコーンゲルのＪＩＳ  Ａ硬度は０である。）を用いた以外は実施例１と同様にして樹脂封止半導体装置５０個を作成した。
【００２２】
これらの樹脂封止半導体装置２５個を実施例１と同様にしてヒートサイクル試験した。その結果、電気導通不良は全く発生しなかった。また、これらの樹脂封止半導体装置２５個を実施例１と同様にして落下試験した。その結果、３個の樹脂封止半導体装置において、シリコーンゲルがダム状硬化物を乗り越えて流出してしまい、外観不良を生じた。
【００２３】
［実施例２］
実施例１において、付加反応硬化型シリコーンゴム組成物(Ｉ)の代わりに、非流動性の脱アルコール縮合反応硬化型シリコーンゴム組成物(Ｖ)（硬化して得られるシリコーンゴムのＪＩＳ  Ａ硬度が４２である。）を用い、また付加反応硬化型シリコーンゴム組成物(II)の代わりに、粘度が３５ポイズである付加反応硬化型シリコーンゴム組成物(VI)（硬化して得られるシリコーンゴムのＪＩＳ  Ａ硬度が３６である。）を用い、１５０℃の熱風循環式オーブン中で１時間放置後、２５℃、５０％ＲＨ条件下で３日間放置して樹脂封止半導体装置５０個を作成した。
【００２４】
これらの樹脂封止半導体装置２５個を実施例１と同様にしてヒートサイクル試験した。その結果、電気導通不良は全く発生しなかった。また、これらの樹脂封止半導体装置２５個を実施例１と同様にして落下試験した。その結果、電気導通不良、硬化樹脂のクラックおよび金製ボンディングワイヤの変形や切断は全くなかった。
【００２５】
［比較例３］
実施例１において、付加反応硬化型シリコーンゴム組成物(Ｉ)の代わりに、粘度が１０００ポイズである付加反応硬化型シリコーンゴム組成物(VII)（硬化して得られるシリコーンゴムのＪＩＳ  Ａ硬度は１０である。）を用い、また付加反応硬化型シリコーンゴム組成物(II)の代わりに、粘度が２５ポイズである付加反応硬化型シリコーンゴム組成物(VIII)（硬化して得られるシリコーンゴムのＪＩＳ  Ａ硬度は７０である。）を用いた以外は、実施例１と同様にして樹脂封止半導体装置５０個を作成した。
【００２６】
これらの樹脂封止半導体装置２５個を実施例１と同様にしてヒートサイクル試験した。その結果、電気導通不良は全く発生していなかった。また、これらの樹脂封止半導体装置２５個を実施例１と同様にして落下試験した。その結果、電気導通不良および硬化樹脂のクラックは発生しなかったが、２個の樹脂封止半導体装置に金製ボンディングワイヤの変形が観察された。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の樹脂封止半導体装置は、ヒートサイクル試験や耐衝撃性試験において優れた信頼性を有するという特徴を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の樹脂封止半導体装置の一部破断斜視図であり、回路図面に一部省略がある。
【図２】図２は図１で示した樹脂封止半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
１  半導体素子
２  回路基板
３  ダム状硬化樹脂
４  封止用硬化樹脂
５  銀−パラジウム製導線
６  ボンディングパッド
７  金製ボンディングワイヤ
８  外部リード端子
【図１】
0003683597.tif 000002
【図２】
0003683597.tif 000003