(57)【要約】構成部品の一部がモールド樹脂から外部に露出する外部露出型半導体装置を製造するに際して、構成部品の高さに、例えば公差に基づくばらつきがある場合でも、モールド工程において、構成部品の破損が生じるのを容易に防止することのできる実装構造を提供する。半導体装置１は、リードフレーム（基板）２０に、薄膜部を持つ半導体チップ６０を接着剤５０で固定したものであり、接着剤は、弾塑性特性を有する接着剤である。具体的には、前記接着剤は、圧縮方向に応力を加えたとき、弾性特性と塑性特性とを有するものであり、圧縮方向の歪が０．４〜０．６の範囲以内で弾性領域を持ち、弾性特性の圧縮方向の弾性率は、前記の範囲で５０ＭＰａ以上であり、圧縮方向の歪が０．４〜０．６の範囲以上になると塑性特性を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に、薄膜部を持つ半導体チップを接着剤で固定した半導体装置であって、
前記接着剤は、弾塑性特性を有する接着剤であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記接着剤は、圧縮方向に応力を加えたとき、弾性特性と塑性特性とを有するものであり、圧縮方向の歪が０．４〜０．６の範囲以内で弾性領域を持ち、
前記弾性特性の圧縮方向の弾性率は、前記の範囲で５０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記接着剤は、圧縮方向の歪が０．４〜０．６の範囲以上では塑性特性を有することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記接着剤は、硬化後においても変位可能な塑性特性を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体チップの薄膜部は、モールドされず露出されており、該半導体チップおよび前記基板の半導体チップ側の面がモールドされていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記基板は、前記接着剤である第１の接着剤とは異なる第２の接着剤を介して第２の基板と接着されており、前記第２の接着剤の弾性領域の弾性率よりも、前記第１の接着剤の弾性領域の弾性率の方が大きいことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の半導体装置を用いたセンサであって、前記半導体チップの前記薄膜部がダイアフラムを形成し、流体の流量を計測することを特徴とするセンサ
。
【請求項８】
基板に、薄膜部を有する半導体チップを接着剤で固定する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体チップの前記基板側の面に、圧縮方向の歪が０．４〜０．６の範囲で５０ＭＰａ以上である圧縮方向の弾性率を有する接着剤を塗布して接着層を形成し、
前記接着層を前記基板の面に接触させて前記半導体チップを前記基板に接着固定し、
前記薄膜部に接触する突出部を有するモールド型で前記半導体チップを覆い、
前記モールド型の内部空間にモールド樹脂を注入する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップをベース等の基板に接着固定した半導体装置に係り、特に、半導体装置内の積層実装構造と半導体装置の製造方法及びこれを用いたセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の半導体装置としての半導体パッケージは、リードフレーム上に半導体チップを搭載し、全体を樹脂で封止するトランスファーモールド法により製造される場合が多い。このトランスファーモールド法により製造された半導体パッケージは、半導体チップの周囲がモールド樹脂で覆われるため、外部環境から機械的に遮断された構造となっている。【０００３】
近年、モールド樹脂の一部を開口し、従来はモールド樹脂内に覆われていた半導体チップやリードフレームや放熱部品等を外部環境に露出する、外部露出型の半導体パッケージが使われるようになっている。例えば、特許文献１に記載されている外部露出型の半導体パッケージは、放熱板の一部をパッケージ外部に露出することにより、半導体チップの発生する熱を低熱抵抗で外部に放熱する効果を発揮している。また、同様に、半導体センサ等の一部をパッケージ外部に露出させるチップ露出型半導体パッケージにおいて、半導体チップを破損させることなく半導体パッケージを製造できる半導体チップ封止用離型フィルムもある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１５２２５号公報
【特許文献２】特開２００６−４９８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記した外部露出型の半導体パッケージを製造する場合、半導体チップを基板上に接着剤で接着した後、モールド金型でクランプし、その状態でトランスファーモールドを行って露出部を形成させる場合がある。このときクランプ力が過大だと、接着剤の流動変形に伴う半導体チップへの曲げ応力印加により、半導体チップが破損する。また、クランプ力が過小の場合にはモールド金型と露出したい部分との間にモールド樹脂が流れ込み、露出したい部分にモールド樹脂が被さってしまう問題点がある。【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、薄膜部を持つ半導体チップを接着剤で固定するとき、半導体チップに過大な応力が作用せず半導体チップの破損を防止できる半導体装置を提供することにある。特に、構成部品の一部がモールド樹脂から外部に露出する外部露出型半導体パッケージを用いても、半導体チップに過度な応力がかからない構造の半導体装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成すべく、本発明に係る半導体装置は、基板に、薄膜部を持つ半導体チップを接着剤で固定した半導体装置であって、前記接着剤は、弾塑性特性を有する接着剤であることを特徴としている。具体的には、前記接着剤は、圧縮方向に応力を加えたとき、弾性特性と塑性特性とを有するものであり、圧縮方向の歪が０．４〜０．６の範囲以内で弾性領域を持ち、弾性特性の圧縮方向の弾性率は、前記の範囲で５０ＭＰａ以上である。すなわち、半導体チップ直下に使用する接着剤として、モールドプロセス温度において圧縮方向の弾性領域の弾性率が大きいもの用いた実装構造としている。【０００８】
前記のごとく構成された本発明の半導体装置では、半導体チップを基板に接着固定する接着剤は、モードプロセス温度において圧縮方向の弾性率が大きいため、半導体チップの薄膜部に過大な応力が加わることを防止でき、接着剤の流動変形に伴う半導体チップへの曲げ応力印加を防止でき、半導体チップの破損を防止することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の半導体装置は、半導体チップの薄膜部に過大な応力が加わることを防止でき、半導体チップの破損を防止することができる。特に、半導体チップのセンサ部として薄膜部をモールド樹脂から露出させる外部露出型の半導体パッケージのモールド工程において
、構成部品の高さばらつきがある場合でも、半導体チップに過度な応力がかからず、半導体チップの破損を防止して成型することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る半導体装置の一実施形態の実装構造を示す断面図。
【図２】図１の半導体装置に用いる接着剤の圧縮方向の応力歪曲線図。
【図３】図１の半導体装置の製造工程を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る半導体装置の一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は本実施形態に係る半導体装置の縦方向の断面図、図２は図１の半導体装置に用いる接着剤の圧縮方向の応力歪曲線図で圧縮方向の弾性率を示しており、図３は図１の半導体装置の製造工程を示す断面図で、積層工程、モールド工程を示している。
【００１２】
本発明による半導体装置の実装構造は、半導体チップ直下に弾性領域の弾性率が大きい接着剤を使用して基板等に接着固定するものである。
【００１３】
図１に、本発明に係る半導体装置１の実装構造の断面を示す。本発明に係る半導体装置１は、基板となるリードフレーム２０と、リードフレーム２０の上面に第２の接着剤３０で接着固定された中間部材４０と、中間部材４０の上面に接着剤（第１の接着剤）５０で接着固定された薄膜部７０を持つ半導体チップ６０と、中間部材４０と半導体チップ６０を覆うモールド樹脂１０から成る。なお、薄膜部７０は、外部露出させたままモールド樹脂１０でモールドされている。
【００１４】
リードフレーム２０は金属薄板で形成され、半導体チップ６０に電源を供給する端子、半導体チップ６０に信号を入力する端子、半導体チップ６０からの出力端子等が形成され
、その中心部には第２の接着剤３０を用いて配線基板からなる中間部材４０が接着固定されている。中間部材４０はセラミック製基板や樹脂製基板から構成され、その中心部には
、半導体チップ６０を接着するパターンが形成され、このパターン上に第１の接着剤５０を用いて半導体チップ６０が接着されている。
【００１５】
中間部材４０は例えばガラス、セラミック等の基板で構成され、半導体チップ６０の平面形状より大きい面積で厚さが０．０５〜２ｍｍ程度に設定され、基板としてのリードフレーム２０に接着固定されて半導体チップ６０の台座として機能すると共に、半導体チップ６０とリードフレーム２０との導通を確保するためのものであり、上下の面に形成された導電パターンと、これらの導電パターンを導通させるスルーホール等で形成されている
。
【００１６】
半導体チップ６０は平面形状が０．５〜５ｍｍ程度の矩形で厚さが０．０５〜１ｍｍ程度のシリコン基板等で形成され、検出回路、演算回路等の各種の回路が形成されると共に
、薄膜のダイアフラム等のセンサ部が形成されている。本実施の形態の半導体装置は、エンジン等の吸気系に設置されるエアフロセンサに使用されるものであり、気体の流量を測定するための各種回路やセンサ部が形成されている。ダイアフラムを構成する薄膜部７０の下面には空洞６５が形成され、この空洞に対応する薄膜部７０が気体の流量等を測定するセンサ部となっている。
【００１７】
ここで、前記した第２の接着剤３０及び第１の接着剤５０について詳細に説明する。図２に、第１の接着剤５０に適した物性を持つ接着剤の圧縮方向の応力歪曲線を示すと共に
、第２の接着剤３０を比較として示している。第１の接着剤５０は、モードプロセス温度において、圧縮方向の弾性領域の弾性率が大きいものであり、圧縮方向の歪が０．４〜０
．６の範囲以内で弾性領域を持ち、弾性領域における圧縮方向弾性率（勾配Ｅ２で示す）が５０ＭＰａ以上のものが望ましい。また、圧縮方向の歪が０．４〜０．６の範囲以上になると塑性変形を示し、歪を増加させても応力が増加しない。塑性変形領域まで変形後は
、応力を除去しても元の形に戻らない。つまり、第１の接着剤５０は弾性特性と塑性特性を有する弾塑性体である。なお、本実施形態のモードプロセス温度は１００〜２５０℃の範囲である。
【００１８】
前記第１の接着剤５０は、硬化後においても変位可能な塑性特性を有するものである。すなわち、半導体チップ６０を接着する接着剤５０は、図２において弾性領域を超えて塑性領域に入る応力が加わった場合に塑性変形するが、さらに応力が加わるとさらに塑性変形することができる接着剤である。このような特性を有するため、例えば圧縮方向に押圧され塑性変形を起こした状態で、さらに押圧された場合に、さらに変形できる特性を有している。また、図２の塑性領域の応力歪曲線で右端の応力が落ち込む部位は、除荷すると歪が残ったまま（元の形状に完全に戻らず）、応力が０となることを示している。
【００１９】
これに対して、第２の接着剤３０は図２に破線で示すように、モードプロセス温度において、圧縮方向の弾性領域の弾性率が小さいものであり、圧縮方向の歪が０．４〜０．６の範囲まで弾性領域を持ち、弾性領域における圧縮方向弾性率（勾配Ｅ１で示す）が２０ＭＰａ程度となっており、第１の接着剤５０と比較してモードプロセス温度において、弾性率が小さいものとなっている。また、第２の接着剤３０も、図２の塑性領域の応力歪曲線で右端の応力が落ち込む部位は、除荷すると歪が残ったまま、応力が０となることを示している。
【００２０】
このように、第２の接着剤３０でリードフレーム２０上に中間部材４０を接着固定し、モードプロセス温度において、圧縮方向の弾性率の大きい特性を有する、第１の接着剤５０で中間部材４０上に半導体チップ６０を接着した後、これらの部材の積層構造体をモールド金型８０内に設置し、外部露出させたい薄膜部７０をモールド金型８０の突出部８２等でクランプした状態でモールド樹脂を注入する。
【００２１】
具体的には、図３（ａ）に示すように、リードフレーム２０上に、下面に第２の接着剤で接着層３０を形成した中間部材４０を接触させ、中間部材４０上に、下面（中間部材４０側の面）に第１の接着剤で接着層５０を形成した半導体チップ６０を接触させて積層体を形成する。すなわち、半導体チップ６０の直下に、弾性率の大きい第１の接着剤を使用して中間部材４０に半導体チップを接着固定している。
【００２２】
この後、図３（ｂ）に示すように積層体を覆うようにモールド型８０を設置する。モールド型８０には空間８１内に下方に向けて突出する突出部８２が形成されている。突出部８２は半導体チップ６０の薄膜部７０と接触する平坦面が下端に形成され、この平坦面が図３（ｃ）に示すように、薄膜部７０に接触して半導体チップ６０をクランプしている。そして、モールド型８０は空間８１を介して半導体チップ６０を覆っている。半導体チップ６０の薄膜部７０と接触してクランプしている突出部８２は薄膜部７０に適正なクランプ圧力Ｐで接触する。このように、半導体チップ６０を備える積層体をモールド型８０で覆い、内部の空間８１にモールド樹脂を注入、充填することで薄膜部７０を除いて半導体チップ６０をモールドすると共に、中間部材４０もモールドすることができる。なお、中間部材４０の部分はモールドしないようにしてもよい。
【００２３】
すなわち、リードフレーム２０、中間部材４０、半導体チップ６０の高さ方向の寸法にばらつきがあり、高さが増減しても、半導体チップ６０を接着固定する第１の接着剤５０は弾性率が大きいため、クランプ力（押圧力）が過大とならない。また、突出部８２の押圧力が適正であるため、モールド金型８０の空間８１に樹脂を注入する際に、突出部８２と薄膜部７０との間にモールド樹脂が進入せず、薄膜部７０の表面が樹脂で覆われることがない。このため、この半導体装置１を気体の流量を測定するセンサに使用したとき、測定精度を向上させることができる。
【００２４】
なお、モールド型８０はリードフレーム２０、中間部材４０、半導体チップ５０の積層体を上方から覆う形状のものを使用したが、図３（ｃ）に示すように、上方から覆う形状の上型８０と、下方からリードフレーム２０を覆う下型８５とで、積層体を挟み込む形状のモールド型を使用することもできる。
【００２５】
薄膜部７０をモールド金型８０等でクランプする際に、クランプ力Ｐが過大だと、モールド型８０の突出部８２が薄膜部７０を過度に押圧し、第１の接着剤５０が流動を伴う塑性変形を起こし、半導体チップ６０に曲げ応力がかかる結果、薄膜部７０にダメージが発生する。薄膜部７０にダメージを与えず、かつ構成部品の高さばらつきを吸収してモールド成型するためには、第１の接着剤５０に、硬化後の圧縮方向の弾性領域の弾性率が大きく、かつ塑性変形を示す接着剤を使用する。
【００２６】
なお、このような挙動を示す第１の接着剤５０としては、エポキシ樹脂とアクリル樹脂を使用したものなどが挙げられる。
【００２７】
このように、半導体チップ６０を固定する第１の接着剤５０が弾塑性を有する接着剤であり、硬化後の圧縮方向の弾性領域の弾性率が大きく、かつ塑性変形を示すため、構成部品の高さばらつき等により突出部８２が薄膜部７０を過度に押し付けても、すなわちクランプ力Ｐが過大であっても、第１の接着剤５０の大きな弾性により吸収することができ、薄膜部７０の破損等を防止できると共に、薄膜部７０に加わるダメージを低減できる。また、第１の接着剤５０の弾性率が大きいため、モールド型８０の突出部８２と薄膜部７０との間に隙間ができにくく、薄膜部７０と突出部８２との間に樹脂が入り込むことがなくなり、薄膜部７０を確実にモールド樹脂１０から露出させることができる。
【００２８】
本発明に係るセンサは、前記した半導体装置１を用いたセンサであり、半導体チップ６０の薄膜部７０がモールド樹脂から露出され、この薄膜部７０がダイアフラムを形成し、気体等の流体の流量を計測するものである。例えば熱式の流量センサでは、ダイアフラムに沿って気体が流れ、流れによって放熱される熱量を測定することで気体の流量を計測するものである。本実施形態の半導体装置１では、モールド樹脂から露出している薄膜部７０は破損がなく、残留応力もなく、モールド樹脂が薄膜部に被ることがないため、正確な計測が可能となる。
【００２９】
本発明に係る半導体装置の製造方法では、薄膜部を有する半導体チップを基板に接着固定する際、接着剤は弾塑性特性を有するものであり、弾性率が大きいものを使用するため
、半導体チップや他の構成部品の破損を防止でき、半導体装置をモールドする際に半導体チップの露出している薄膜部はモールド樹脂で覆われることがなく、容易に製造することができる。
【００３０】
前記の実施形態では、半導体チップ６０の直下に弾性率の大きい第１の接着剤５０を用いて半導体チップ６０を中間部材４０に接着固定し、中間部材４０は第２の接着剤３０を用いてリードフレーム２０に接着固定するため、２種類の接着剤を機能に合わせて使用することができる。また、２種類の接着剤を使用する例を示したが、中間部材４０とリードフレーム２０との接着にも第１の接着剤を用いてもよいことは勿論である。この場合は、２層に用いた接着剤の両方の弾性率が大きいため、より高さ方向の寸法ばらつきを吸収することができる。
【００３１】
また、本実施の形態では、基板としてのリードフレーム２０と、中間部材４０と、半導体チップ６０の３層構造の例について示したが、中間部材のない２層構造の場合にも本発明を適用できるものであり、さらに多層の構造の場合にも本発明を適用できることは勿論である。
【００３２】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、基板の一例としてリードフレームの例を示したが、これに限られるものでなく、板状のセラミック基板、樹脂製の基板等、適宜のものを用いることができる。
【００３３】
また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。さらに、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の活用例として、この半導体装置を用いて各種のセンサに適用することができ、例えば圧力センサ、湿度センサ等の半導体チップの一部をモールド樹脂から露出したセンサの用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００３５】
１：半導体装置、１０：モールド樹脂、２０：リードフレーム（基板）、３０：第２の
接着剤、４０：中間部材、５０：接着剤（第１の接着剤）、６０：半導体チップ、７０：
薄膜部、８０：モールド型、８１：空間、８２：突出部（クランプ部）、Ｐ：クランプ力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2015198808.tif 000007
2015198808.tif 000008