(57)【要約】【課題】剥離や動作不良を抑制する半導体モジュールを提供すること。【解決手段】ＰＣＢ基材部１６と、ＰＣＢ基材部１６上に設けられた導体ダイパッド１１ｂと、導体ダイパッド１１ｂ上に設けられた半導体ダイ１２ａと、導体ダイパッド１１ｂと、半導体ダイ１２ａを電気的に接続する導電性ダイボンド剤１４ａと、ＰＣＢ基材部１６上に設けられたワイヤーボンディングパッド１８と、ワイヤーボンディングパッド１８と半導体ダイ１２ａを電気的に接続するワイヤー１３と、導体ダイパッド１１ｂ、半導体ダイ１２ａ、導電性ダイボンド剤１４ａ、ワイヤーボンディングパッド１８及びワイヤー１３を封止する封止樹脂１７を備える半導体モジュール２である。また、平面視において、導体ダイパッド１１ｂの面積は、５．０ｍｍ2以下である。【選択図】図３
2018098487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
この基板上に設けられた導体ダイパッドと、
この導体ダイパッド上に設けられた半導体ダイと、
前記導体ダイパッドと、前記半導体ダイを電気的に接続する導電性ダイボンド剤と、
前記基板上に設けられたワイヤーボンディングパッドと、
このワイヤーボンディングパッドと前記半導体ダイを電気的に接続するワイヤーと、
少なくとも、前記導体ダイパッド、前記半導体ダイ、前記導電性ダイボンド剤、前記ワイヤーボンディングパッド及び前記ワイヤーを封止する封止樹脂と、
を備える半導体モジュールであって、
平面視において、前記導体ダイパッドの面積は、５．０ｍｍ2以下である半導体モジュール。
【請求項２】
平面視において、前記導体ダイパッドの境界と、前記半導体ダイとの距離の最小値は、０．０７ｍｍ以下である請求項１記載の半導体モジュール。
【請求項３】
前記基板上に、前記導体ダイパッドに隣接して、かつ、離間して設けられる第２の導体ダイパッドと、
この第２の導体ダイパッド上に設けられた第２の半導体ダイと、
前記第２の導体ダイパッドと前記第２の半導体ダイを電気的に接続する第２の導電性ダイボンド剤と、
前記半導体ダイと前記第２の半導体ダイを電気的に接続する第２のワイヤーと、
を備える請求項１又は２に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
前記導体ダイパッド上に、前記半導体ダイと隣接して設けられた第３の半導体ダイと、
前記導体ダイパッドと前記第３の半導体ダイを電気的に接続する第３の導電性ダイボンド剤と、
前記導体ダイパッド上に、前記半導体ダイと前記第３の半導体ダイの間隙に設けられたソルダレジストと、
を備える請求項１又は２に記載の半導体モジュール。
【請求項５】
前記導体ダイパッド上に、前記半導体ダイと隣接して設けられた第２のソルダレジストと、
この第２のソルダレジスト上に設けられる第４の半導体ダイと、
この第４の半導体ダイと、前記第２のソルダレジストを接続するダイボンド剤と、
を備える請求項１又は２に記載の半導体モジュール。
【請求項６】
前記基板の表面と垂直な少なくとも一つの断面において、前記導体ダイパッドは、前記基板から離れるほど広がるように、前記基板に対して鈍角の接触角を有する逆テーパ状に形成される請求項１又は２に記載の半導体モジュール。
【請求項７】
前記導体ダイパッドは、前記導電性ダイボンド剤で覆われる第３の領域と、前記封止樹脂に露出する第４の領域を備え、
平面視において、前記第３の領域は、前記第４の領域に囲まれている請求項１又は２に記載の半導体モジュール。
【請求項８】
前記基板を貫通し、内部に前記導体ダイパッドと電気的に接続する金属が形成される複数のビアであって、平面視において、前記第３の領域内に設けられる複数のビアを備える請求項７記載の半導体モジュール。
【請求項９】
前記導電性ダイボンド剤は、
同量の第６の導電性ダイボンド剤を用いた場合に前記導体ダイパッドからはみ出て前記基板と接触する前記第６の導電性ダイボンド剤が備える粘性より高い粘性及び前記第６の導電性ダイボンド剤と前記基板との接触角より高い接触角を有している請求項１又は２に記載の半導体モジュール。
【請求項１０】
前記基板の、前記導体ダイパッドと前記ワイヤーボンディングパッドの間の領域には、溝が形成されており、
前記導電性ダイボンド剤の一部は、前記溝の内部に流入している請求項１又は２に記載の半導体モジュール。
【請求項１１】
基板と、
この基板上に設けられ、表面材質をＣｕにした導体ダイパッドと、
この導体ダイパッド上に設けられた半導体ダイと、
前記導体ダイパッドと、前記半導体ダイを電気的に接続する導電性ダイボンド剤と、
前記基板上に設けられ、表面材質をＡｕが含まれる金属にしたワイヤーボンディングパッドと、
このワイヤーボンディングパッドと前記半導体ダイを電気的に接続するワイヤーと、
を備える半導体モジュール。
【請求項１２】
前記ワイヤーボンディングパッドに接続する金属配線を更に備え、
前記導体ダイパッド及び前記金属配線は、共にＣｕを含む同一の金属材料で形成されている請求項１１に記載の半導体モジュール。
【請求項１３】
基板と、
この基板上に設けられた第１の導体ダイパッドと、
この基板上に、前記第１の導体ダイパッドと隣接して、かつ、離間して設けられた第２の導体ダイパッドと、
半導体ダイと、
前記第１の導体ダイパッド、前記第２の導体ダイパッド及び前記第１の導体ダイパッドと前記第２の導体ダイパッドの間隙の前記基板と接触し、前記第１の導体ダイパッド及び前記第２の導体ダイパッドと前記半導体ダイを電気的に接続する導電性ダイボンド剤と、
を備える半導体モジュール。
【請求項１４】
前記基板を貫通し、内部に前記第１の導体ダイパッドと電気的に接続する金属が形成された第１のビアと、
前記基板を貫通し、内部に前記第２の導体ダイパッドと電気的に接続する金属が形成された第２のビアと、
を備える請求項１３記載の半導体モジュール。
【請求項１５】
前記第１の導体ダイパッドは、前記第１のビアに接続する円環状に形成され、
前記第２の導体ダイパッドは、前記第２のビアに接続する円環状に形成される請求項１４記載の半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
導体ダイパッド上に設けられた半導体ダイを樹脂で封止する半導体モジュールが知られている。一般に、樹脂は熱伝導性が悪いため、導体ダイパッドを大きくすることで、半導体ダイで発生した熱を逃がしている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、高温多湿の環境下でリフローするストレス試験を実施すると、半導体ダイを導体ダイパッドに接続するための導電性ダイボンド剤と導体ダイパッドの間で剥離が確認された。また、動作不良及びゲイン値変動等の動作不良も確認された。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、導電性ダイボンド剤と導体ダイパッドや半導体ダイとの剥離や動作不良を抑制する半導体モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一側面に係る半導体モジュールは、基板と、この基板上に設けられた導体ダイパッドと、この導体ダイパッド上に設けられた半導体ダイと、導体ダイパッドと、半導体ダイを電気的に接続する導電性ダイボンド剤と、基板上に設けられたワイヤーボンディングパッドと、このワイヤーボンディングパッドと半導体ダイを電気的に接続するワイヤーと、少なくとも、導体ダイパッド、半導体ダイ、導電性ダイボンド剤、ワイヤーボンディングパッド及びワイヤーを封止する封止樹脂と、を備える。そして、導体ダイパッドの面積は、平面視において、５．０ｍｍ2以下である。
【０００６】
本発明の一側面に係る半導体モジュールは、基板と、この基板上に設けられ、表面材質をＣｕにした導体ダイパッドと、この導体ダイパッド上に設けられた半導体ダイと、導体ダイパッドと、半導体ダイを電気的に接続する導電性ダイボンド剤と、基板上に設けられ、表面材質をＡｕが含まれる金属にしたワイヤーボンディングパッドと、このワイヤーボンディングパッドと半導体ダイを電気的に接続するワイヤーと、を備える。
【０００７】
本発明の一側面に係る半導体モジュールは、基板と、この基板上に設けられた第１の導体ダイパッドと、この基板上に、第１の導体ダイパッドと隣接して、かつ、離間して設けられた第２の導体ダイパッドと、半導体ダイと、第１の導体ダイパッド、第２の導体ダイパッド及び前記第１の導体ダイパッドと前記第２の導体ダイパッドの間隙の基板と接触し、第１の導体ダイパッド及び第２の導体ダイパッドと半導体ダイを電気的に接続する導電性ダイボンド剤と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、導電性ダイボンド剤と、導体ダイパッドや半導体ダイとの剥離を抑制する半導体モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】比較例及び実施の形態に係る半導体モジュールの平面概略図
【図２】比較例に係る半導体モジュール１’の断面図
【図３】第１の実施の形態に係る半導体モジュール２の断面図
【図４】第２の実施の形態に係る半導体モジュール３の断面図
【図５】第３の実施の形態に係る半導体モジュール４の断面図
【図６】導体ダイパッド（ならびに導電性ダイボンド剤）の面積と、高温多湿ストレス試験の結果を示すグラフ
【図７】平面視における導体ダイパッドと半導体ダイの距離と、高温多湿ストレス試験の結果を示すグラフ
【図８】逆テーパ形状にされた導体ダイパッド１１ｅのエッジ
【図９】ヌレ拡がりを抑制した導電性ダイボンド剤１４ｄを示す平面図
【図１０】複数の放熱用のビア１９ｄ上に導体ダイパッド１１ｂを設けた平面図
【図１１】流れ止め用の溝２０が形成されたＰＣＢ基材部１６の断面図
【図１２】互いに離間して形成される導体ダイパッド１１ｆ上に半導体ダイ１２ａが設けられた平面図
【図１３】第５の実施の形態に係る半導体モジュール５の断面図
【図１４】第５の実施の形態に係る半導体モジュール５の製造工程を示す図
【図１５】導体ダイパッドの表面の材質がＮｉＰｄＡｕの場合と、Ｃｕの場合における高温多湿ストレス試験後のゲイン変動値を比較したグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、比較例や他の実施の形態と同様の機能や構造を有する要素については説明を簡略化又は省略する。また、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施の形態のみに限定する趣旨ではない。さらに、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。
【００１１】
図１は、比較例に係る半導体モジュール１と各実施の形態に係る半導体モジュール２、３、４の概略を示した平面図である。
【００１２】
図１（ａ）は、比較例に係る半導体モジュール１であり、ＰＣＢ基材部１６（基板）と、ＰＣＢ基材部１６上に配置された導体ダイパッド１１ａと、導体ダイパッド１１ａ上に配置された二つの半導体ダイ１２ａ及び１２ｂと、これら半導体ダイ１２ａ及び１２ｂと、導体ダイパッド１１ａを電気的に接続するための導電性ダイボンド剤（導電性ダイボンド）を備えている（不図示）。また、これら半導体ダイ１２ａ及び１２ｂを互いに、または、他の金属配線（不図示）と電気的に接続するための複数のワイヤー１３を備えている。さらに、これら各要素は、封止樹脂（不図示）により封止されている。
【００１３】
図１（ｂ）は、第１の実施の形態に係る半導体モジュール２である。この半導体モジュール２の導体ダイパッド１１ｂは、平面視において、比較例の導体ダイパッド１１ａより、面積が小さくなるように形成されている。このため、半導体ダイ１２ａ及び１２ｂの境界と、導体ダイパッド１１ｂの境界の距離は、比較例の場合より小さくなる。また、導体ダイパッド１１ｂ上に塗布される導電性ダイボンド剤（不図示）の面積も小さくなる。半導体モジュール２については、更に後述する。
【００１４】
図１（ｃ）は、第２の実施の形態に係る半導体モジュール３である。この半導体モジュール３の導体ダイパッド１１ｃと、これに隣接する導体ダイパッド１１ｃ’は、離間して形成されている。そして、各導体ダイパッド１１ｃ及び１１ｃ’上に、それぞれ半導体ダイ１２ｂ及び１２ａが設けられている。隣接する半導体ダイ１２ａ及び１２ｂは、少なくとも一本のワイヤー１３で電気的に接続されている。半導体モジュール３については、更に後述する。
【００１５】
図１（ｄ）は、第３の実施の形態に係る半導体モジュール４である。この半導体モジュール４の隣接する半導体ダイ１２ａ及び１２ｂのうち、半導体ダイ１２ｂは、底面から電気的接続を確保する必要がない。このため、導電性ダイボンド剤（不図示）を介して半導体ダイ１２ａと電気的に接続された導体ダイパッド１１ｄは設けられるが、半導体ダイ１２ｂのための導体ダイパッドは設けられない。半導体ダイ１２ｂは、絶縁性ダイボンド剤を介して、ＰＣＢ基材部１６と直接的またはソルダレジスト（不図示）を介して接続される。半導体モジュール４については、更に後述する。
【００１６】
図２（ａ）は、他の比較例に係る半導体モジュール１’の断面図である。この図に示されるように、半導体モジュール１’は、ＰＣＢ基材部１６（基板）と、ＰＣＢ基材部１６上に配置された導体ダイパッド１１ａと、導体ダイパッド１１ａ上に配置された半導体ダイ１２ａと、導体ダイパッド１１ａと半導体ダイ１２ａを電気的に接続する導電性ダイボンド剤１４ａを備えている。また、導体ダイパッド１１ａと隣接して、かつ、離間するように、ワイヤーボンディングパッド１８とこれに接続される金属配線がＰＣＢ基材部１６上に形成されている。このワイヤーボンディングパッド１８と半導体ダイ１２ａは、ワイヤー１３で電気的に接続されている。また、これに接続される金属配線は、ソルダレジスト１５により保護されている。さらに、これら各要素は、封止樹脂１７により封止されている。
【００１７】
この半導体モジュール１’に対し、高温多湿（例えば、気温が８０°以上かつ湿度が８０％以上）の環境下で、２５０°以上のリフローを複数回実施するストレス試験（以下、高温多湿ストレス試験、という）を実施したところ、図２（ｂ）に示されるように、導電性ダイボンド剤１４ａと、導体ダイパッド１１ａの間で剥離１００が発見された。また、導電性ダイボンド剤１４ａと半導体ダイ１２ａとの間で剥離が発生する場合や、封止樹脂１７と導体ダイパッド１１ａとの間で剥離が発生する場合があることも確認された。さらに、動作不良や、ゲイン値変動など、特性の面でも不良が確認された。
【００１８】
発明者らは、様々な形状や、大きさの半導体ダイや導体ダイパッドを用いて高温多湿ストレス試験を実施し、原因の究明に努めた結果、導電性ダイボンド剤が一連の剥離及び動作不良等の要因になっていることをつきとめた。そして、半導体ダイの大きさや形状にかかわらず、導体ダイパッドの面積を小さくすることによって、上記した不具合を効果的に抑制できることを発見した。
【００１９】
図３〜図５は、第１から第３の実施の形態に係る半導体モジュール２、３及び４の断面図であり、それぞれ導体ダイパッドの面積を小さくすることができる態様が開示されている。各態様は、他の態様と組み合わせて適用することも、独立して適用することもできる。以下、各半導体モジュール２、３及び４の構成について説明した後、その効果を説明する。
【００２０】
図３は、第１の実施の形態に係る半導体モジュール２の断面図である。
【００２１】
上述したように、導体ダイパッド１１ｂは、平面視において、比較例の導体ダイパッド１１ａより、面積が小さくなるように設計されている点が、相違する。具体的には、比較例の導体ダイパッド１１ａの面積は、おおよそ６．１ｍｍ2であり、本実施の形態の導体ダイパッド１１ｂの面積は、おおよそ５．０ｍｍ2である。また、導電性ダイボンド剤１４ａは、導体ダイパッド１１ａをはみ出ることがないように、予め量ならびに粘性が調整されているため、導電性ダイボンド剤１４ａの平面視における面積も、約５．０ｍｍ2である。
【００２２】
導体ダイパッド１１ｂ（及び導電性ダイボンド剤１４ａ）の面積を小さくしたことに伴い、平面視における、導体ダイパッド１１ｂ（ならびに導電性ダイボンド剤１４ａ）の境界と、半導体ダイ１２ａの境界との距離Ｘも減少する。
【００２３】
ここで、平面視における導体ダイパッド１１ｂの境界と半導体ダイ１２ａとの距離Ｘとは、導体ダイパッド１１ｂ（ならびに導電性ダイボンド剤１４ａ）の境界を構成する各辺と、対応する半導体ダイ１２ａの各辺との垂線の距離のうち、最小の距離をいう。従って、平面視における導体ダイパッド１１ｂの上辺と、半導体ダイ１２ａの上辺との距離が、０．１ｍｍであり、導体ダイパッド１１ｂのその他の辺と、半導体ダイ１２ａの対応するその他の辺との距離が、０．３ｍｍである場合、距離Ｘは、０．１ｍｍである。比較例における半導体モジュール１０の距離Ｘは、０．１２５ｍｍであるが、半導体モジュール２の距離Ｘは、０．０７ｍｍである。
【００２４】
このように、導体ダイパッド１１ｂ（及び導電性ダイボンド剤１４ａ）の面積を小さくしたことに伴う実施態様の効果については、後述する。
【００２５】
図４（ａ）は、第２の実施の形態に係る半導体モジュール３の断面図である。第２の実施形態以降では第１の実施形態又は比較例と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点について説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
【００２６】
この半導体モジュール３は、第１の実施の形態に係る半導体モジュール２と比較して、導体ダイパッド１１ｃと、これに隣接する導体ダイパッド１１ｃ’（第２の導体ダイパッド）が、離間して形成されている点が異なる。そして、各導体ダイパッド１１ｃ’及び１１ｃ上に、それぞれ半導体ダイ１２ａ及び１２ｂ（第２の半導体ダイ）が設けられている。隣接する半導体ダイ１２ａ及び１２ｂは、少なくとも一本のワイヤー１３（第２のワイヤー）で電気的に接続されている。
【００２７】
このように、ワイヤー１３で接続される隣接した複数の半導体ダイ１２ａ及び１２ｂのそれぞれに、離間して形成される複数の導体ダイパッド１１ｃ及び１１ｃ’を設けることによって、導体ダイパッドの面積を減少することが可能になる。導電性ダイボンド剤１４ａ及び１４ｃ（第２の導電性ダイボンド剤）は、表面張力により、各導体ダイパッド１１ｃ及び１１ｃ’からはみ出ないように、その量及び粘性が調整されている。このため、導体ダイパッドの面積の減少に伴って、導電性ダイボンド剤の面積も減少させることが可能になる。
【００２８】
図４（ｂ）は、第２の実施の形態に係る半導体モジュール３の変形例である半導体モジュール３ａの断面図である。
【００２９】
この半導体モジュール３ａは、半導体モジュール２と比較して、導体ダイパッド１１ｂのうち、隣接する半導体ダイ１２ａ及び１２ｂ（第３の半導体ダイ）の間の領域上にソルダレジスト１５が設けられている。このため、導電性ダイボンド剤１４ａ及び１４ｂ（第３の導電性ダイボンド剤）が、ソルダレジスト１５にさえぎられ、その結果、導電性ダイボンド剤１４ａ及び１４ｂの表面積を４．９ｍｍ2に減少させることが可能になる。
【００３０】
また、ソルダレジスト１５を半導体ダイ１２ａ及び１２ｂに近接して設けたので、平面視における、導電性ダイボンド剤１４ａ及び１４ｂの境界と、半導体ダイ１２ａとの距離を一層減少することが可能となり、例えば、Ｘ＝０．０４〜０．０６ｍｍにすることができる。
【００３１】
図５は、第３の実施の形態に係る半導体モジュール４の断面図である。
【００３２】
この半導体モジュール４は、第１の実施の形態の半導体モジュール２と比較して、導体ダイパッド１１ｄの一部に、ソルダレジスト１５’（第２のソルダレジスト）が設けられ、このソルダレジスト１５’と、半導体ダイ１２ｂが、絶縁性ダイボンド剤１４ｂ（絶縁性ダイボンド剤）で接続されている点が異なる。
【００３３】
このように、底面と電気的に接続する必要がない半導体ダイ１２ｂをソルダレジスト１５上に設けることによって、導電性ダイボンド剤１４ａが広がってその表面積が大きくなることを抑制することが可能になる。また、絶縁性ダイボンド剤１４ｂを用いるので、導電性ダイボンド剤が占める面積を抑制することが可能になる。
【００３４】
図６（ａ）は、導体ダイパッド（ならびに導電性ダイボンド剤）の面積と、高温多湿ストレス試験の際の剥離発生率の関係を示している。
【００３５】
図６（ｂ）は、導体ダイパッド（ならびに導電性ダイボンド剤）の面積と、高温多湿ストレス試験の際の動作不良率の関係を示している。
【００３６】
図６（ａ）及び（ｂ）に示されるように、導体ダイパッド（ならびに導電性ダイボンド剤）の面積が６．１ｍｍ2の場合（比較例）、製品の面積全体の６０％以上の部分において封止樹脂が剥離し、かつ、４０％以上の半導体モジュールが動作不良であった。
【００３７】
一方で、導体ダイパッド１１ｂ（ならびに導電性ダイボンド剤１４ａ）の面積が５．０ｍｍ2の場合（第１の実施の形態）、製品の面積全体の４０％未満の封止樹脂の剥離にとどまり、かつ、１０％未満の半導体モジュールの動作不良にとどまった。
【００３８】
半導体ダイ１２ａの大きさを異ならせても、導体ダイパッド１１ｂ（ならびに導電性ダイボンド剤１４ａ）の面積が５．０ｍｍ2の場合に、剥離及び動作不良の低減が確認された。たとえば、半導体ダイ１２ａの大きさが、例えば、１．１６ｍｍ×１．０６ｍｍの場合に、上記効果が確認された。
【００３９】
さらに、導体ダイパッド１１ｃ及び１１ｃ’（ならびに導電性ダイボンド剤１４ａ及び１４ｂ）の面積の和が４．９ｍｍ2の場合（第２の実施の形態及びその変形例）は、一層、剥離及び動作不良の低減を図れることも確認された。特に、動作不良率を０％にすることができた。
【００４０】
さらに、導体ダイパッド１１ｃの面積が３．２ｍｍ2の場合（第３の実施の形態）は、一層、剥離及び動作不良の低減を図れることも確認された。特に、剥離発生率及び動作不良率の双方を０％にすることができた。
【００４１】
また、上記の構造を組み合わせることによって、様々な構造で同様の高温多湿ストレス試験を実施した結果、導体ダイパッドの面積を小さくすることにより、定性的に、剥離及び動作不良の低減を見込めることがわかった。たとえば、導電性ダイボンド剤の表面積が５．０ｍｍ2以上であっても、比較例の構成と比較して、第２の実施の形態に示されるように、ワイヤーで電気的に接続される隣接する半導体ダイ間の領域に、導電性ダイボンド剤が存在しないような構成を採用することで、導電性ダイボンド剤が存在する場合よりも、剥離及び動作不良の低減効果が発揮される。同様に、導電性ダイボンド剤の表面積が５．０ｍｍ2以上であっても、比較例の構成と比較して、第３の実施の形態に示されるように、底面から電気的接続を確保する必要がない半導体ダイについては、絶縁性ダイボンド剤を用いることにより、導電性ダイボンド剤を用いた場合よりも、剥離及び動作不良の低減効果が発揮される。ただし、高温多湿ストレス試験における動作不良率は、半導体ダイの大きさによらず、導体ダイパッド（及び導電性ダイボンド剤）の表面積を５．０ｍｍ2以下とすることにより、飛躍的に低減した。
【００４２】
また、図７（ａ）は、距離Ｘと、高温多湿ストレス試験の際の剥離発生率の関係を示している。
【００４３】
図７（ｂ）は、距離Ｘと、高温多湿ストレス試験の際の動作不良率の関係を示している。
【００４４】
これら実験結果は、半導体モジュール２の導体ダイパッド１１ｂの大きさを更に小さくすること等により導くことができる。
【００４５】
図７（ａ）及び（ｂ）に示されるように、Ｘが０．１２５ｍｍの場合（比較例）、製品の面積全体の６０％以上の部分において封止樹脂が剥離し、かつ、４０％以上の半導体モジュールが動作不良であった。
【００４６】
一方で、Ｘが０．０７ｍｍの場合、製品の面積全体の４０％未満の封止樹脂の剥離にとどまり、かつ、１０％未満の半導体モジュールが動作不良であった。
【００４７】
半導体ダイ１２ａの大きさを異ならせても、Ｘが０．０７ｍｍの場合に、剥離及び動作不良の低減が確認された。
【００４８】
さらに、Ｘを更に低減して０．０６ｍｍにすることによって、動作不良率を０％にすることができ、０．０４ｍｍにすることによって、剥離発生率も０％に低減することができた。
【００４９】
このように、平面視における半導体ダイの境界と、導体ダイパッドとの境界（ならびにそこからはみ出る導電性ダイボンド剤の境界）との距離Ｘを小さくすることで、剥離及び動作不良を低減させることができる。これは、導電性ダイボンド剤のうち、導体ダイパッドと半導体ダイの間隙に存在する部分と、半導体ダイの外部の導体ダイパッドと封止樹脂の間隙に存在する部分を比較した際に、後者の導電性ダイボンド剤が封止樹脂との剥離ならびに動作不良に寄与すると考えられるためである。導体ダイパッドの面積を５．００ｍｍ2以下とするほうが上記効果を発揮するが、導体ダイパッドの面積が５．００ｍｍ2より大きい場合であっても、距離Ｘを小さくすることで、上記効果が発揮される。
【００５０】
以上のとおり、導体ダイパッドと、半導体ダイを電気的に接続する導電性ダイボンド剤が樹脂で封止された構造において、導体ダイパッドならびに導電性ダイボンド剤の面積を５．００ｍｍ2以下とすることにより、それ以上の場合と比較して動作不良を３０％程度低減できる。半導体モジュール内の全てまたはほとんど全ての導体ダイパッドに適用したほうが、効果が発揮されるが、これに限られるものではなく、一部の導体ダイパッドならびに導電性ダイボンド剤（たとえば半導体モジュールに含まれる導電性ダイボンド剤が設けられた導体ダイパッドの少なくとも半数）のみに適用されてもよい。また、導電性ダイボンド剤の一部が導体ダイパッドからはみ出してもよい。
【００５１】
なお、導体ダイパッドの面積を小さくすると、導電性ダイボンド剤が導体ダイパッドから流れだし、ワイヤーボンディングパッド１８と接触し、動作不良を招く可能性が高まる。
【００５２】
そこで、図８に示されるように、導体ダイパッド１１ｅのエッジを逆テーパ形状（ＰＣＢ基材部１６の表面から離れるほど広がる形状）にし、ＰＣＢ基材部１６の表面と垂直な断面において、ＰＣＢ基材部１６との接触角αを鈍角にすることで、導電性ダイボンド剤１４ａとの間の表面張力を増加させ、導電性ダイボンド剤１４ａの流れだしを抑制してもよい。
【００５３】
このような導体ダイパッド１１ｅの製造方法は、以下のとおりである。まず、導体ダイパッド１１ｅを設けないＰＣＢ基材部１６表面にマスク（不図示）を貼りつける。マスクは、ＰＣＢ基材部１６の表面に対して鋭角の接触角を持っている。このマスクをした状態で、導体ダイパッド１１ｅを蒸着等により形成する。マスクがＰＣＢ基材部１６の表面に対して鋭角の接触角を有するため、導体ダイパッド１１ｅは鈍角の接触角αを有する逆テーパ形状に形成することができる。
【００５４】
このように、導体ダイパッド１１ｅのエッジを逆テーパ形状にすることによって、導電性ダイボンド剤との接触角を大きくすることが可能になり、導電性ダイボンド剤の流れだしを抑制できるので導体ダイパッド１１ｅの面積を小さくすることが可能になる。その結果、封止樹脂１７に露出して、これに対向する導電性ダイボンド剤の面積を減少させることが可能になり、このような導電性ダイボンド剤を要因として発生する剥離を抑制することが可能になる。
【００５５】
なお、導体ダイパッド１１ｅの全てのエッジではなく、一部のエッジのみを逆テーパ形状としてもよい。
【００５６】
また、導電性ダイボンド剤の材質を、従来よりも熱伝導率の高い材質に変更してもよい。比較例の場合、要求される放熱特性を満足するために半導体ダイ１２ａの底面全面に導電性ダイボンド剤１４ａをヌレ広がらせていた。これに対し、熱伝導率の高い導電性ダイボンド剤、たとえば、２．５［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上の導電性ダイボンド剤１４ｄを導入することにより、導電性ダイボンド剤の面積を小さくしても、仕様を満足することが可能になる。
【００５７】
図９に示されるように、たとえば、導電性ダイボンド剤１４ｄのほとんど、又は、全てが、平面視において、導体ダイパッド１１ｂ上に設けられる半導体ダイ１２ａが占める領域内に収まるようにしてもよい。換言すると、平面視において、導体ダイパッド１１ｂが占める領域のうち、封止樹脂に露出する外縁の領域（第４の領域）が、導電性ダイボンド剤１４ｄで覆われる領域（第３の領域）を囲んでいる状態ということもできる。
【００５８】
また、図１０に示されるように、放熱性を向上させるために、平面視において、導電性ダイボンド剤１４ｅが占める領域内に、複数の放熱用のビア１９ｄが形成されるように構成してもよい。基板に形成されるビア１９ｄ内には、金属が充填されているため、放熱効果が高い。従って、導電性ダイボンド剤１４ｅが占める領域内に複数のビア１９ｄが含まれるように、導体ダイパッド１１ｂ及び導電性ダイボンド剤１４ｅを設けることにより、導電性ダイボンド剤１４ｅのヌレ拡がり面積を減少し、導体ダイパッド１１ｂからの流れだしを抑制させながら、放熱特性を維持することが可能になる。
【００５９】
なお、熱伝導率の高い導電性ダイボンド剤１４ｄと上記構成を組み合わせて用いることにより、導電性ダイボンド剤１４ｄのヌレ拡がり面積を一層減少するように構成してもよい。
【００６０】
さらに、より粘度の高い導電性ダイボンド剤１４ｅを導入することによっても、ヌレ広がりの面積を小さくすることもできる。たとえば、通常の粘性の導電性ダイボンド剤（第６の導電性ダイボンド剤）を用いると、導体ダイパッド１１ｂからはみ出てＰＣＢ基材部１６に接触するような場合であっても、粘性がより高い（例えば８０００［ｃＰ］以上）導電性ダイボンド剤１４ｅを用いることによって、接触角をより高く保ちヌレ拡がりを抑制することが可能になる。
【００６１】
さらに、導電性ダイボンド剤に替えて、少なくとも剥離発生可能性が高いような領域に、導電ＤＡＦ（Die Attach Film）を用いて、半導体ダイと導体ダイパッドを接続するように構成してもよい。これによりヌレ拡がりを無くすことが可能になる。
【００６２】
また、図１１に示されるように、ＰＣＢ基材部１６に溝２０を形成し、導体ダイパッド１１ｂから流れ出した導電性ダイボンド剤１４ｃのヌレ拡がりを止めるように構成してもよい。たとえば、半導体ダイ１２ａとワイヤー１３で接続されるワイヤーボンディングパッド１８との間のＰＣＢ基材部１６表面に溝２０を形成することで、導電性ダイボンド剤が１４ｃ流れ出しても、溝２０内に流入するので、動作不良を抑制することが可能になる。
【００６３】
上記の各構成は、単独又は組み合わせて用いてもよい。また、導体ダイパッド（ならびに導電性ダイボンド剤）の面積によらず適用することができる。
【００６４】
以下、第４の実施の形態について説明する。
【００６５】
第４の実施形態以降では第１の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点について説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
【００６６】
本実施の形態の半導体モジュールは、半導体ダイと、離間して形成される複数の導体ダイパッドが、導電性ダイボンド剤で接着された構成を有する。導電性ダイボンド剤は、少なくとも1つの導体ダイパッドと半導体ダイを電気的に接続し、かつ、これと離間して形成される他の導体ダイパッドと半導体ダイを電気的に接続し、かつ、この導体ダイパッド間の、半導体ダイと基板間の領域に及ぶ。
【００６７】
たとえば、図１２（ａ）には、互いに離間して形成される９つの導体ダイパッド１１ｆと、各導体ダイパッド１１ｆの少なくとも一部と導電性ダイボンド剤１４ａ（不図示）を介して電気的に接続される半導体ダイ１２ａを備える。したがって、平面視において、各導体ダイパッド１１ｆの少なくとも一部と、半導体ダイ１２ａは重複する領域を有する。
【００６８】
このようにメッシュ状パターンにて細分化させた導体ダイパッド１１ｆを設けることにより、導電性ダイボンド剤１４ａは、各導体ダイパッド１１ｆと半導体ダイ１２ａの電気的接続のみならず、その間隙に位置し、導体ダイパッド１１ｆとは高さ及び材質が異なるＰＣＢ基材部１６の表面とも接触させるから、その高低差によるアンカー効果に伴う接着力の向上により、剥離を抑制することが可能になる。
【００６９】
なお、図１２（ｂ）に示されるように、メッシュ状パターンの導体ダイパッド１１ｆを、ＰＣＢ基材部１６の一部または全てを貫通するビア１９ｄに接続する円環状の導体ダイパッド１１ｆ’として、ビアランドの形状のように設けてもよい。この場合、アンカー効果に加えて、ビアランドの放熱効果を期待することができるため、導電性ダイボンド剤１４ａのヌレ拡がり抑制に伴う剥離発生の防止を期待することができる。
【００７０】
以下、第５の実施の形態について説明する。
【００７１】
図１３に示されるように、この半導体モジュール５は、ＰＣＢ基材部１６（基板）上に、導体ダイパッド１１ｇと、導体ダイパッド１１ｇ上に設けられた半導体ダイ１２ａを備え、導体ダイパッド１１ｇと半導体ダイ１２ａとは、導電性ダイボンド剤１４ａにより電気的に接続されている。さらに、導体ダイパッド１１ｇに隣接してワイヤーボンディングパッド１８とこれに連続して設けられる金属配線が形成され、半導体ダイ１２ａとワイヤーボンディングパッド１８は、ワイヤー１３により電気的に接続されている。また、半導体ダイ１２ａ、導体ダイパッド１１ｇ、導電性ダイボンド剤１４ａ、ワイヤー１３、ワイヤーボンディングパッド１８等は、封止樹脂１７により封止されている。
【００７２】
本実施の形態において、ワイヤーボンディングパッド１８は、表面に、ＮｉＰｄＡｕなどＡｕ又はＡｕが含まれる合金がめっきされたＣｕで構成されている。そのため、特に金等からなるワイヤー１３と好適に接着することができる。
【００７３】
一方で、ワイヤー１３の他端である半導体ダイ１２ａが設けられる導体ダイパッド１１ｇは、Ａｕを含む合金がめっきされておらず、表面も含めてＣｕで構成されている。そして、導体ダイパッド１１ｇの材質であるＣｕと半導体ダイ１２ａが、導電性ダイボンド剤１４ｄにより電気的に接続されている。
【００７４】
このような構造は、図１４に示されるような方法で製造することができる。
【００７５】
まず、Ｃｕでワイヤーボンディングパッド１８及びこれに接続される配線、導体ダイパッド１１ｇをＰＣＢ基材部１６上に設ける。
【００７６】
次いで、ワイヤーボンディングパッドを除く配線には、ソルダレジストを塗布してこれを保護する。
【００７７】
そして、Ｃｕを露出させたい導体ダイパッド１１ｇに、マスクフィルム２１を貼りつけ、その状態で、Ａｕメッキ槽に投入し、Ａｕメッキする（図１４（ａ））。
【００７８】
この結果、マスクフィルム２１が貼られた導体ダイパッド１１ｇは、表面の材質も含めてＣｕで構成され、ワイヤーボンディングパッド１８の表面には、ＮｉＰｄＡｕがメッキされる。
【００７９】
その後、導電性ダイボンド剤１４ａで、半導体ダイ１２ａを導体ダイパッド１１ｇ上に接着し、封止樹脂１７で全体を封止する。
【００８０】
このような工程を経ることにより、上記した半導体モジュール５を達成することができる。
【００８１】
なお、図１４（ｂ）に示されるように、マスクフィルム２１を貼りつけないで、導体ダイパッド１１ｇの表面にＡｕメッキをした後、レーザー２２を用いてメッキを除去して、Ｃｕ面を表出させてもよい。
【００８２】
図１５は、導体ダイパッドの表面の材質がＮｉＰｄＡｕの場合と、Ｃｕの場合における高温多湿ストレス試験後のゲイン変動値を比較したグラフである。この図に示されるように、前者は１．６ｄＢ以上であるのに対し、後者は１ｄＢ未満のゲイン変動値を実現することができた。
【００８３】
以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。
【００８４】
このような半導体モジュール１は、ＰＣＢ基材部１６と、この基板上に設けられた導体ダイパッド１１ｂと、この導体ダイパッド１１ｂ上に設けられた半導体ダイ１２ａと、導体ダイパッド１１ｂと、半導体ダイ１２ａを電気的に接続する導電性ダイボンド剤１４ａと、ＰＣＢ基材部１６上に設けられたワイヤーボンディングパッド１８と、このワイヤーボンディングパッド１８と半導体ダイ１２ａを電気的に接続するワイヤー１３と、少なくとも、導体ダイパッド１１ｂ、半導体ダイ１２ａ、導電性ダイボンド剤１４ａ、ワイヤーボンディングパッド１８及びワイヤー１３を封止する封止樹脂１７と、を備え、平面視において、導体ダイパッド１１ｂの面積は、５．０ｍｍ2以下である。
【００８５】
このような構成により、導電性ダイボンド剤と導体ダイパッドや半導体ダイとの剥離や動作不良を抑制する半導体モジュールを提供することができる。
【００８６】
また、平面視において、導体ダイパッド１１ｂの境界と、半導体ダイ１２ａとの距離Ｘの最小値は、０．０７ｍｍ以下でもよい。
【００８７】
このような構成により、半導体ダイ１２ａからはみ出て、封止樹脂１７に露出する導電性ダイボンド剤１４ａの量を減らすことができるから、剥離を抑制することができる。
【００８８】
また、ＰＣＢ基材部１６上に、導体ダイパッド１１ｃ’に隣接して、かつ、離間して設けられる導体ダイパッド１１ｃと、この導体ダイパッド１１ｃ上に設けられた半導体ダイ１２ｂと、導体ダイパッド１１ｃと半導体ダイ１２ｂを電気的に接続する導電性ダイボンド剤１４ｃと、半導体ダイ１２ａと半導体ダイ１２ｂを電気的に接続するワイヤー１３とを備えてもよい。
【００８９】
このような構成により、隣接した半導体ダイ間においても導体ダイパッドを分割する構成としたから、導電性ダイボンド剤のヌレ拡がりを抑制することができる。
【００９０】
また、導体ダイパッド１１ｂ上に、半導体ダイ１２ａと隣接して設けられた半導体ダイ１２ｂと、導体ダイパッド１１ｂと半導体ダイ１２ｂを電気的に接続する導電性ダイボンド剤１４ｂと、導体ダイパッド１１ｂ上に、半導体ダイ１２ａと半導体ダイ１２ｂの間隙に設けられたソルダレジスト１５とを備えてもよい。
【００９１】
このような構成により、ソルダレジスト１５を半導体ダイ間に設けたから、この領域への導電性ダイボンド剤１４ａのヌレ拡がりを抑制することができる。
【００９２】
また、導体ダイパッド１１ｄ上に、半導体ダイ１２ａと隣接して設けられた第２のソルダレジスト１５’と、この第２のソルダレジスト１５’上に設けられる第４の半導体ダイ１２ｂと、この第４の半導体ダイ１２ｂと、第２のソルダレジスト１５’を接続する絶縁性ダイボンド剤１４ｂとを備えてもよい。
【００９３】
このような構成により、底面からの電気的接続が不要な半導体ダイについては、絶縁性ダイボンド剤を設けたから、導電性ダイボンド剤に起因する剥離等の発生を抑制することが可能になる。
【００９４】
ＰＣＢ基材部１６の表面と垂直な少なくとも一つの断面において、導体ダイパッド１１ｅは、ＰＣＢ基材部１６の表面から離れるほど広がるように、ＰＣＢ基材部１６に対して鈍角の接触角αを有する逆テーパ状に形成してもよい。
【００９５】
このような構成により、導電性ダイボンド剤の流れ出しを抑制することができる。
【００９６】
導体ダイパッド１１ｂは、導電性ダイボンド剤１４ｄで覆われる第３の領域と、封止樹脂１７に露出する第４の領域を備え、平面視において、第３の領域は、第４の領域に囲まれていてもよい。
【００９７】
このような構成により、導電性ダイボンド剤の表面積を抑えることができるから、導電性ダイボンド剤に起因して発生する剥離を抑制することができる。
【００９８】
また、ＰＣＢ基材部１６を貫通し、内部に導体ダイパッド１１ｂと電気的に接続する金属が形成される複数のビア１９ｄであって、平面視において、第３の領域内に設けられる複数のビア１９ｄを備えてもよい。
【００９９】
このような構成により、複数のビア１９ｄから放熱させることが可能になり、導電性ダイボンド剤の量を少なくしても、要求される放熱特性を維持することが可能になる。
【０１００】
導電性ダイボンド剤は、同量の導電性ダイボンド剤１４ａを用いた場合に導体ダイパッド１１ｂからはみ出てＰＣＢ基材部１６と接触する導電性ダイボンド剤１４ａが備える粘性より高い粘性及び導電性ダイボンド剤１４ａとＰＣＢ基材部１６との接触角より高い接触角を有している導電性ダイボンド剤１４ｅを用いてもよい。
【０１０１】
このような構成により、導電性ダイボンド剤１４ｅのヌレ拡がりを抑制することができる。
【０１０２】
また、ＰＣＢ基材部１６の、導体ダイパッド１１ｂとワイヤーボンディングパッド１８の間の領域には、溝２０が形成されており、導電性ダイボンド剤１４ｃの一部は、溝２０の内部に流入していてもよい。
【０１０３】
このような構成により、導電性ダイボンド剤１４ｅのヌレ拡がりを抑制することができるから、これに起因する剥離を抑制することができる。
【０１０４】
また、半導体モジュール５は、ＰＣＢ基材部１６と、このＰＣＢ基材部１６上に設けられ、表面材質をＣｕにした導体ダイパッド１１ｇと、この導体ダイパッド１１ｇ上に設けられた半導体ダイ１２ａと、導体ダイパッド１１ｇと、半導体ダイ１２ａを電気的に接続する導電性ダイボンド剤１４ａと、ＰＣＢ基材部１６上に設けられ、表面材質をＡｕが含まれる金属にしたワイヤーボンディングパッド１８と、このワイヤーボンディングパッド１８と半導体ダイ１２ａを電気的に接続するワイヤー１３とを備える。
【０１０５】
このような構成により、表面材質がＡｕである導体ダイパッドと接続する場合と比較して、ゲイン特性が向上する半導体モジュールを提供することができる。
【０１０６】
ワイヤーボンディングパッド１８に接続する金属配線を更に備え、導体ダイパッド１１ｇ及び金属配線は、共にＣｕを含む同一の金属材料で形成してもよい。
【０１０７】
このような構成により、導体ダイパッドと金属配線を同じ工程で形成することが可能になる。
【０１０８】
また、半導体モジュールは、ＰＣＢ基材部１６と、このＰＣＢ基材部１６上に設けられた第１の導体ダイパッド１１ｆと、このＰＣＢ基材部１６上に、第１の導体ダイパッド１１ｆと隣接して、かつ、離間して設けられた第２の導体ダイパッド１１ｆと、半導体ダイ１２ａと、第１の導体ダイパッド１１ｆ、第２の導体ダイパッド１１ｆ及び第１の導体ダイパッド１１ｆと第２の導体ダイパッド１１ｆの間隙のＰＣＢ基材部１６と接触し、第１の導体ダイパッド１１ｆ及び第２の導体ダイパッド１１ｆと半導体ダイ１２ａを電気的に接続する導電性ダイボンド剤１４ａと、を備える。
【０１０９】
このような構成によれば、導電性ダイボンド剤は、導体ダイパッドと基板の双方に接触するので、アンカー効果により剥離の抑制を促進することができる。
【０１１０】
また、ＰＣＢ基材部１６を貫通し、内部に導体ダイパッド１１ｆ’と電気的に接続する金属が形成されたビア１９ｄと、ＰＣＢ基材部１６を貫通し、内部に導体ダイパッド１１ｆ’と電気的に接続する金属が形成されたビア１９ｄとを備えてもよい。
【０１１１】
このような構成によれば、ビアを介して放熱を図ることができるので、剥離原因となる導電性ダイボンド剤を少なくすることが可能になる。
【０１１２】
また、第１の導体ダイパッド１１ｆ’は、第１のビア１９ｄに接続する円環状に形成され、第２の導体ダイパッド１１ｆ’は、第２のビア１９ｄに接続する円環状に形成されてもよい。
【０１１３】
このような構成によれば、ビアランドを利用して導体ダイパッドを設けることが可能になる。
【０１１４】
なお、以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るとともに、本発明には等価物も含まれる。すなわち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもなく、これらも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【０１１５】
半導体モジュール…１、２、３、３ａ、４、５、導体ダイパッド…１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｆ’、１１ｇ、半導体ダイ…１２ａ、１２ｂ、ワイヤー…１３、導電性ダイボンド剤…１４ａ、絶縁性ダイボンド剤…１４ｂ、ソルダーレジスト…１５、ＰＣＢ基材部…１６、封止樹脂…１７、ワイヤーボンディングパッド…１８、剥離…１００
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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