(57)【要約】【課題】熱膨張率の差により発生する熱応力の影響を抑制しつつ、ワイヤの断線を防止することのできる樹脂封止型半導体装置を提供すること。【解決手段】本発明では、半導体チップ１２及びワイヤ１６ａの表面には、エポキシ系樹脂やチップコート樹脂等からなる硬質の保護樹脂１９が塗布されていることを特徴としている。このような構成にしたことにより、ワイヤ１６ａと緩和樹脂１８ｂが接触している構造と比較して、ワイヤ１６ａとこのワイヤ１６ａを覆う樹脂との熱膨張率の差を小さくすることができる。従って、ワイヤ１６ａを覆う樹脂の膨張や収縮によるワイヤ１６ａへの影響（引張り応力もしくは圧縮応力）を小さくすることができるため、ワイヤ１６ａの細りや断線を防止することができ、封止樹脂１７やアルミナ基板１１等の熱膨張率の差によるやアルミナ基板１１の反りや破損、まはたそれに伴う印刷抵抗１３の抵抗値変動を抑制することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面側にワイヤを介して実装された半導体素子を有する回路基板と、
一面側に前記回路基板が接合されたリードフレームと、
前記回路基板に実装された前記半導体素子及び前記ワイヤを覆うように塗布された緩和樹脂と、
前記回路基板と前記リードフレームの全体を覆うようにモールドした封止樹脂とを備えた樹脂封止型半導体装置において、
前記半導体素子及び前記ワイヤと前記緩和樹脂との間に、前記緩和樹脂の熱膨張率よりも小さい熱膨張率を有する硬質の保護樹脂を介在させたことを特徴とする封止樹脂型半導体装置。
【請求項２】
前記保護樹脂の材料は、前記封止樹脂と同じ材料系からなることを特徴とする請求項１に記載の封止樹脂型半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂封止型半導体装置に関し、特にその応力緩和構造に関する。
【０００２】
【従来技術】
この種の樹脂封止型半導体装置としては、図６に示されるように、絶縁基板９１の表面に、導体回路、抵抗体等の種々の回路構成要素９２を設けたものがある。この回路構成要素９２は互いに電気的に接続されており、ワイヤー９４を介して、外部端子９５と電気的導通を図っている。また、絶縁基板９１は、フレーム部材９９に固定され、その全体は封止用樹脂９３により封止されている。
【０００３】
ところで、このような樹脂封止型半導体装置においては、各構造体（絶縁基板９１、封止用樹脂９３、フレーム部材９９等）の熱膨張率の差により、全体が沿ってしまい、絶縁基板９１の表面に設けられた抵抗体の抵抗値変動や絶縁基板９１の割れを起こしてしまうことがある。
【０００４】
そこで、この問題を解決するために、図６に示されるように、回路構成要素９２と封止用樹脂９３との間に、フェノール、シリコーンゴム等の熱硬化性樹脂からなる保護層９６を介設したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−１０２５０６号公報（第２項右欄１行−１４行、図１７）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献では、絶縁基板９１の表面だけでなく、回路構成要素９２と外部端子９５とを電気的に接続するワイヤー９４の表面も保護樹脂９６にて覆われているため、保護樹脂９６とワイヤー９４との熱膨張率の差により熱応力が発生してしまう。
【０００７】
そして、本発明者等の検討によれば、この熱応力により、ワイヤー９４が細ってしまったり、更には、ワイヤー９４が断線してしまい、信頼性を低下させてしまうことがわかった。
【０００８】
そのため、ワイヤー９４に、例えば３００μｍ程度の太いワイヤを用いてワイヤー９４の細りや断線を防止する必要があり、その結果、ワイヤー９４が接続される電極パッド（図示せず）のピッチが広くなってしまうため、マイコン等に用いられる比較的端子数の多い半導体チップを実装できなくなり、フリップチップ等の実装に限られてしまうという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記問題点に鑑み、熱膨張率の差により発生する熱応力の影響を抑制しつつ、ワイヤーの細りや断線を防止することのできる封止樹脂型半導体装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の樹脂封止型半導体装置は、一面側にワイヤを介して実装された半導体素子を有する回路基板と、一面側に前記回路基板が接合されたリードフレームと、前記回路基板に実装された前記半導体素子及び前記ワイヤを覆うように塗布された緩和樹脂と、前記回路基板と前記リードフレームの全体を覆うようにモールドした封止樹脂とを備えた樹脂封止型半導体装置において、前記半導体素子及び前記ワイヤと前記緩和樹脂との間に、前記緩和樹脂の熱膨張率よりも小さい熱膨張率を有する硬質の保護樹脂を介在させたことを特徴としている。
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、回路基板の一面側にワイヤを介して実装された半導体素子と緩和樹脂との間には、緩和樹脂の熱膨張率よりも小さい熱膨張率を有する硬質の保護樹脂が介在しているため、ワイヤと緩和樹脂が接触している構造と比較して、ワイヤとこのワイヤを覆う樹脂との熱膨張率の差を小さくすることができる。従って、ワイヤを覆う樹脂の膨張や収縮によるワイヤへの影響（引張り応力もしくは圧縮応力）が小さくなるため、ワイヤの細りや断線を防止することができる。
【００１２】
請求項２に記載の樹脂封止型半導体装置は、前記保護樹脂の材料は、前記封止樹脂と同じ材料系からなることを特徴としている。
【００１３】
請求項１に記載のように、保護樹脂を介在させたことにより別部材が追加されることとなるが、請求項２に記載のように、保護樹脂の材料を封止樹脂と同じ材料系を用いることにより、製造工程の簡略化を図ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した各実施形態を図面に従って説明する。
【００１５】
（第１実施形態）
図１に本発明の第１実施形態に係る樹脂封止型半導体装置２０の断面構造を示す。
【００１６】
まず、図１に示されるように、回路基板である一枚のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）基板１１上には、比較的端子数の多い半導体チップ１２が搭載されるとともに、印刷抵抗１３が印刷されている。例えば、これら半導体チップ１２及び印刷抵抗１３によりランプ駆動回路を構成している。なお、図示しないが、アルミナ基板１１上には、半導体チップ１２及び印刷抵抗１３の他に、コンデンサ等の素子が設けられている。
【００１７】
半導体チップ１２は、アルミナ基板１１上に形成された電極パッド（図示せず）と、ワイヤボンディングによるワイヤ１６ａにて電気的に接続されている。なお、このワイヤ１６ａとしては、例えば、直径が３０μｍ程度の細いワイヤを用いている。
【００１８】
そして、半導体チップ１２や印刷抵抗１３が設けられたアルミナ基板１１は、銅（Ｃｕ）からなるリードフレーム１４の台座１４ａに、シリコーンゴム等からなる軟質の接続樹脂１８ａを介して接合されている。
【００１９】
また、アルミナ基板１１における半導体チップ１２や印刷抵抗１３が搭載された面には電極パッド１５が形成されており、この電極パッド１５とリードフレーム１４のリードピン１４ｂとは、ワイヤボンディングによるワイヤ１６ｂにて電気的に接続されている。なお、このワイヤ１６ｂとしては、例えば、直径が３００μｍ程度の太いワイヤを用いている。
【００２０】
そして、半導体チップ１２及びワイヤ１６ａの表面には、エポキシ系樹脂やチップコート樹脂等からなる硬質の保護樹脂１９が塗布されている。
【００２１】
さらに、アルミナ基板１１、保護樹脂１９、印刷抵抗１３、電極パッド１５及びワイヤ１６ｂの一部の表面には、シリコーンゴム等からなる軟質の緩和樹脂１８ｂが塗布されており、リードフレーム１４の台座保持部１４ｃとリードピン保持部１４ｄの内側にある台座１４ａ、アルミナ基板１１及びワイヤ１６ｂの全体は、エポキシ系樹脂等からなる硬質の封止樹脂１７によりモールド封止されている。
【００２２】
なお、これら各樹脂１７〜１９の熱膨張率は、封止樹脂１７が約１０ｐｐｍ／℃、接続樹脂１８ａ及び緩和樹脂１８ｂが数百ｐｐｍ／℃、保護樹脂１９が約１０ｐｐｍ／℃である。
【００２３】
ここで、本実施形態における樹脂封止型半導体装置２０の製造方法を、図２及び図３に示す工程別の上面図を用いて簡単に説明する。
【００２４】
まず、図２（ａ）に示されるように、予め電極パッド１５等の配線パターンが形成されたアルミナ基板１１を用意する。次に、このアルミナ基板１１の一面側に、半導体チップ１２や印刷抵抗１３を設ける。次に、半導体チップ１２とアルミナ基板１１上に形成された電極パッド（図示せず）とを、例えば、直径が３０μｍ程度の細いワイヤ１６ａにて電気的に接続する。次に、図中の破線で示されるように、半導体チップ１２及びワイヤ１６ａの表面に、エポキシ系樹脂等からなる硬質の保護樹脂１９を塗布する。
【００２５】
続いて、図２（ｂ）に示されるように、リードフレーム１４を用意する。このリードフレーム１４には、プレス加工によって、台座１４ａ、リードピン１４ｂ、台座保持部１４ｃ、リードピン保持部１４ｄ、フレーム１４ｅが打ち抜き加工が施されている。
【００２６】
続いて、図２（ｃ）に示されるように、リードフレーム１４の台座１４ａ上に、図２（ａ）に示すアルミナ基板１１を、シリコーンゴム等からなる軟質の接着樹脂１８ａにより貼り付ける。次に、アルミナ基板１１に形成された電極パッド１５とリードピン１４ｂとを、例えば、直径が３００μｍ程度の太いワイヤ１６ｂにて電気的に接続する。
【００２７】
続いて、図３（ａ）の破線で示されるように、アルミナ基板１１、保護樹脂１９、印刷抵抗１３、電極パッド１５及びワイヤ１６ｂの一部の表面に、シリコーンゴム等からなる軟質の緩和樹脂１８ｂを塗布する。さらに、リードフレーム１４の台座保持部１４ｃとリードピン保持部１４ｄの内側にある台座１４ａ、アルミナ基板１１及びワイヤ１６ｂの全体を、エポキシ系樹脂等からなる硬質の封止樹脂１７によりモールド封止する。
【００２８】
最後に、図３（ｂ）に示されるように、プレス加工によって、リードピン１４ｂ、リードピン保持部１４ｄ及び台座保持部１４ｃを切断することにより、図１に示すような樹脂封止型半導体装置２０が完成する。
【００２９】
以上のように、本発明では、図１に示されるように、半導体チップ１２及びワイヤ１６ａの表面には、エポキシ系樹脂やチップコート樹脂等からなる硬質の保護樹脂１９が塗布されていることを特徴としている。即ち、半導体チップ１２及びワイヤ１６ａと軟質の緩和樹脂１８ｂとの間には、硬質の保護樹脂１９が介在されている。
【００３０】
このような構成にしたことにより、ワイヤ１６ａと緩和樹脂１８ｂが接触している構造と比較して、ワイヤ１６ａとこのワイヤ１６ａを覆う樹脂との熱膨張率の差を小さくすることができる。
【００３１】
従って、ワイヤ１６ａを覆う樹脂の膨張や収縮によるワイヤ１６ａへの影響（引張り応力もしくは圧縮応力）を小さくすることができるため、ワイヤ１６ａの細りや断線を防止することができる。
【００３２】
その結果、ワイヤ１６ａの細りや断線を考慮して、ワイヤ１６ａに太いワイヤを用いる必要がなくなるため、ワイヤ１６ａが接続される電極パッドの狭ピッチ化を実現することができる。
【００３３】
さらに、本発明では、保護樹脂１９の材料は、封止樹脂１７と同じ材料系からなることを特徴としている。
【００３４】
このような構成にしたことにより、保護樹脂１９を介在させたことにより別部材が追加されることになりつつも、製造工程の簡略化を図ることができる。
【００３５】
さらに、本発明では、アルミナ基板１１と封止樹脂１７との間に軟質の緩和樹脂１８ｂを介在させているため、アルミナ基板１１と封止樹脂１７との熱膨張率の差により発生する熱応力を、この緩和樹脂１８ｂにて吸収することができるので、アルミナ基板１１の反りを抑制することができる。
【００３６】
（第２実施形態）
図４に本発明の第２実施形態に係る半導体装置の断面構造を示す。
【００３７】
本実施形態の半導体装置の構成は、上記第１実施形態とほぼ同様であるため、第１実施形態と同等な構成については同様の符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
【００３８】
上記第１実施形態では、電極パッド１５とリードフレーム１４のリードピン１４ｂとの間を電気的に接続するワイヤ１６ｂの表面には、軟質の緩和樹脂１８ａが塗布されているが、本実施形態では、図４に示されるように、ワイヤ１６ｂの表面には緩和樹脂１８ａが塗布されておらず、硬質の封止樹脂１７が塗布されて構成となっている。
【００３９】
ワイヤ１６ｂの表面に軟質の緩和樹脂１８ａが塗布されていると、上記発明が解決しようとする課題で述べたように、引張り応力もしくは圧縮応力によるワイヤ１６ｂの細りや断線を考慮して、ワイヤ１６ｂ太いワイヤを用いる必要がある。
【００４０】
そこで、本実施形態では、ワイヤ１６ｂの表面には緩和樹脂１８ａが塗布されておらず、硬質の封止樹脂１７が塗布されて構成となっているため、上記第１実施形態と同様に、ワイヤ１６ｂと緩和樹脂１８ｂが接触している構造と比較して、ワイヤ１６ｂと樹脂との熱膨張率の差を小さくすることができる。
【００４１】
従って、ワイヤ１６ｂを覆う樹脂の膨張や収縮によるワイヤ１６ｂへの影響（引張り応力もしくは圧縮応力）を小さくすることができるため、ワイヤ１６ｂの細りや断線を防止することができる。その結果、ワイヤ１６ｂの細りや断線を考慮して、ワイヤ１６ｂに太いワイヤを用いる必要がなくなるため、ワイヤ１６ｂが接続される電極パッドの狭ピッチ化を実現することができる。
【００４２】
（第３実施形態）
図５に本発明の第３実施形態に係る半導体装置の断面構造を示す。
【００４３】
本実施形態の半導体装置の構成は、上記第１実施形態とほぼ同様であるため、第１実施形態と同等な構成については同様の符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
【００４４】
上記第１実施形態では、比較的端子数の多い半導体チップ１２及びワイヤ１２ａの表面には保護樹脂１９が塗布されているが、本実施形態では、図５に示されるように、比較的端子数の少ないパワーＭＯＳ等の半導体チップ１２ａ及びこの半導体チップ１２ａとアルミナ基板１１とを電気的に接続するワイヤ１６ｃの表面には、保護樹脂１９を塗布していない。
【００４５】
つまり、比較的端子数の少ない半導体チップ１２ａにおいては、狭ピッチ化を図る必要がないため、アルミナ基板１１と電気的に接続するワイヤ１６ｃとして太いワイヤを用いることができるため、その表面に保護樹脂１９を塗布する必要はない。即ち、保護樹脂１９は、アルミナ基板１１の表面に搭載された半導体チップの全ての表面に塗布する必要はなく、必要に応じて塗布すればよい。
【００４６】
尚、本発明は、上記各実施形態に限られるものではなく、様々な態様に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の断面構造を示す図である。
【図２】（ａ）から（ｃ）は、第１実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す図である。
【図３】（ａ）から（ｂ）は、図２に続く第１実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の断面構造を示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の断面構造を示す図である。
【図６】従来の樹脂封止型半導体装置の断面構造を説明する断面図である。
【符号の説明】
１１…アルミナ基板、
１２、１２ａ…半導体チップ、
１３…印刷抵抗、
１４…リードフレーム、
１４ａ…台座、
１４ｂ…リードピン、
１４ｃ…台座保持部、
１４ｄ…リードピン保持部、
１４ｅ…フレーム、
１５…電極パッド、
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ…ワイヤ、
１７…封止樹脂、
１８ａ…接着樹脂、
１８ｂ…緩和樹脂、
１９…保護樹脂、
２０…樹脂封止型半導体装置。
【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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