(57)【要約】主面（２ｂ）に複数のパッド（２ａ）が形成された半導体チップ（２）と、両端に接続端子が形成されたチップ部品と、半導体チップ（２）と前記チップ部品とが搭載されるモジュール基板（４）と、前記チップ部品とモジュール基板（４）の端子（４ａ）とを、および半導体チップ（２）とモジュール基板（４）とを半田によって接続する半田接続部（５）と、半導体チップ（２）のパッド（２ａ）とこれに対応するモジュール基板（４）の端子（４ａ）とを接続する金線（８）と、半導体チップ（２）、前記チップ部品、半田接続部（５）および金線（８）を覆うとともに絶縁性のシリコーン樹脂などの弾性樹脂によって形成された封止部とからなり、ワイヤ高さ（Ｈ）を０．２ｍｍ以下とし、ワイヤ長さ（Ｌ）を１．５ｍｍ以下とすることにより、金線（８）の断線を防止することができる。
2004032223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、
前記半導体チップが搭載される配線基板と、
前記半導体チップの表面電極とこれに対応する前記配線基板の端子とを接続する複数のボンディングワイヤと、
前記半導体チップおよび前記複数のボンディングワイヤを覆って樹脂封止し、絶縁性の弾性樹脂によって形成された封止部とを有し、
前記弾性樹脂が、１５０℃以上の温度において１〜２００ＭＰａの弾性率の樹脂であるとともに、前記半導体チップの主面からの前記ボンディングワイヤの頂点までの高さが０．２ｍｍ以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求の範囲第１項記載の半導体装置であって、前記半導体チップの主面からの前記ボンディングワイヤの頂点までの高さが０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求の範囲第１項記載の半導体装置であって、前記ボンディングワイヤにおけるボンディング開始点から終了点までの間のワイヤ水平距離が１．５ｍｍ以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求の範囲第３項記載の半導体装置であって、前記ワイヤ水平距離が０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求の範囲第１項記載の半導体装置であって、前記弾性樹脂が、シリコーン樹脂であることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求の範囲第１項記載の半導体装置であって、前記配線基板上に、両端に接続端子が形成されたチップ部品が半田接続され、前記半田は、すず（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）を主成分とする半田であることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求の範囲第１項記載の半導体装置であって、前記配線基板上に、両端に接続端子が形成されたチップ部品が半田接続され、前記半田は、鉛（Ｐｂ）を含まない半田であることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求の範囲第１項記載の半導体装置であって、前記弾性樹脂は、１５０℃以上の温度において５〜１０ＭＰａの弾性率の樹脂であることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求の範囲第１項記載の半導体装置であって、前記配線基板に凹部が形成され、前記半導体チップは前記凹部に配置されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
半導体チップと、
前記半導体チップが搭載される配線基板と、
前記半導体チップの表面電極とこれに対応する前記配線基板の端子とを接続する複数のボンディングワイヤと、
前記半導体チップおよび前記複数のボンディングワイヤを覆って樹脂封止し、１５０℃以上の温度において１〜２００ＭＰａの弾性率の絶縁性の弾性樹脂であるシリコーン樹脂によって形成された封止部とを有し、
前記半導体チップの主面からの前記ボンディングワイヤの頂点までの高さが０．２ｍｍ以下であるとともに、前記ボンディングワイヤにおけるボンディング開始点から終了点までの間のワイヤ水平距離が１．５ｍｍ以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
半導体チップと、
前記半導体チップが搭載される配線基板と、
前記半導体チップの表面電極とこれに対応する前記配線基板の端子とを接続する複数のボンディングワイヤと、
前記半導体チップおよび前記複数のボンディングワイヤを覆って樹脂封止し、絶縁性の弾性樹脂によって形成された封止部とを有し、
前記弾性樹脂が、１５０℃以上の温度において１〜２００ＭＰａの弾性率の樹脂であるとともに、ボンディング開始点からの前記ボンディングワイヤの頂点までの高さが０．２ｍｍ以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】
請求の範囲第１１項記載の半導体装置であって、前記ボンディングワイヤにおけるボンディング開始点から終了点までの間のワイヤ水平距離が１．５ｍｍ以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】
半導体チップと、
前記半導体チップが搭載される配線基板と、
前記半導体チップの表面電極とこれに対応する前記配線基板の端子とを接続するとともに、前記半導体チップの主面からのワイヤ頂点までの高さがそれぞれ０．２ｍｍ以下である複数のボンディングワイヤと、
前記半導体チップおよび前記複数のボンディングワイヤを覆って樹脂封止し、１５０℃以上の温度において１〜２００ＭＰａの弾性率の絶縁性の弾性樹脂によって形成された封止部とを有する半導体装置であって、
前記半導体装置は、実装基板に半田で接続されることを特徴とする半導体装置。
【請求項１４】
請求の範囲第１３項記載の半導体装置であって、前記ボンディングワイヤにおけるボンディング開始点から終了点までの間のワイヤ水平距離が１．５ｍｍ以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１５】
請求の範囲第１３項記載の半導体装置であって、前記半導体装置は、鉛（Ｐｂ）を含まない半田で前記実装基板に接続されることを特徴とする半導体装置。
【請求項１６】
請求の範囲第１３項記載の半導体装置であって、前記半導体装置は、すず（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）を主成分とする半田で前記実装基板に接続されることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、半導体製造技術に関し、特に、高周波モジュールに適用して有効な技術に関する。
【背景技術】  チップコンデンサやチップ抵抗などの表面実装形のチップ部品と、ベアチップ実装用の半導体チップとが搭載されたモジュール製品（半導体装置）の一例として、高周波モジュール（ＲＦモジュールまたはＲＦパワーモジュールともいう）と呼ばれるものが開発されており、チップ部品と半導体チップは半田接続によってモジュール基板に搭載され、両者とも絶縁性の樹脂によって覆われて保護されている。
なお、チップ部品（表面実装部品）と半導体チップとが搭載され、かつ両者が樹脂によって覆われた構造については、例えば、特開２０００−２２３６２３号公報や特開２００２−２０８６６８号公報にその記載がある。
まず、特開２０００−２２３６２３号公報には、ワイヤボンディングされた半導体チップとそのワイヤとを覆う第１の樹脂の弾性率を、その外側を覆う第２の樹脂の弾性率より大きくすることにより、第１の樹脂を第２の樹脂より硬くして、その結果、熱応力による第１の樹脂の変形を抑制してワイヤの断線を防止する技術が記載されている。
また、前記特開２００２−２０８６６８号公報には、半田実装される表面実装部品とその半田接続部とを、１５０℃以上の温度で２００ＭＰａ以下の弾性率の低弾性樹脂によって覆うことにより、２次実装リフローで半導体装置を実装する際に内部の半田接続部が再溶融しても、その溶融膨張による圧力を低弾性樹脂によって緩和して、表面実装部品とレジンとの界面への半田の流れ出しを防いで表面実装部品の端子間ショートの発生を防止する技術が記載されている。
前記したチップ部品（表面実装部品）と半導体チップとが搭載され、かつ両者が樹脂によって覆われた構造の半導体装置に関し、本発明者は以下の問題点を見出した。
すなわち、特開２００２−２０８６６８号公報に記載されているように、表面実装部品とその半田接続部とを低弾性樹脂によって覆うと、半導体装置の熱サイクルテストにおいて低弾性樹脂の熱収縮によって発生する応力でワイヤが断線に至るという問題が発生する。
その際、ワイヤの断線は、ワイヤのループ高さや長さに相関関係があることを本発明者は見出したが、特開２００２−２０８６６８号公報には、ワイヤの断線についての記載は一切無い。
また、特開２０００−２２３６２３号公報には、ワイヤの断線を防止する技術についての記載はあるものの、ワイヤのループ高さや長さについての記載は無い。
本発明の目的は、ボンディングワイヤの断線を防止する半導体装置を提供することにある。
また、本発明のその他の目的は、信頼性の向上を図る半導体装置を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【発明の開示】
本発明は、半導体チップと、前記半導体チップが搭載される配線基板と、前記半導体チップの表面電極とこれに対応する前記配線基板の端子とを接続する複数のボンディングワイヤと、前記半導体チップおよび前記複数のボンディングワイヤを覆って樹脂封止し、絶縁性の弾性樹脂によって形成された封止部とを有し、前記弾性樹脂が、１５０℃以上の温度において１〜２００ＭＰａの弾性率の樹脂であるとともに、前記半導体チップの主面からの前記ボンディングワイヤの頂点までの高さが０．２ｍｍ以下である。
また、本発明は、半導体チップと、前記半導体チップが搭載される配線基板と、前記半導体チップの表面電極とこれに対応する前記配線基板の端子とを接続するとともに、前記半導体チップの主面からのワイヤ頂点までの高さがそれぞれ０．２ｍｍ以下である複数のボンディングワイヤと、前記半導体チップおよび前記複数のボンディングワイヤを覆って樹脂封止し、１５０℃以上の温度において１〜２００ＭＰａの弾性率の絶縁性の弾性樹脂によって形成された封止部とを有し、実装基板に半田で接続されるものである。
【図面の簡単な説明】  図１は本発明の実施の形態の半導体装置の一例である高周波モジュールの構造を示す平面図、図２は図１に示す高周波モジュールの構造を示す側面図、図３は図１に示す高周波モジュールの構造を示す底面図、図４は図１に示す高周波モジュールをＡから眺めた構造を示す側面図、図５は図１に示す高周波モジュールに搭載される各表面実装部品の配置の一例を示す平面図、図６は図５に示すＢ−Ｂ線に沿って切断した断面の構造を示す部分断面図、図７は図１に示す高周波モジュールにおけるボンディングワイヤの許容範囲の一例を示す断面図、図８は図６に示すチップ部品の半田接続構造の一例を示す拡大部分断面図、図９は図１に示す高周波モジュールの封止部に用いられる低弾性樹脂の温度特性の一例を示す特性図、図１０は図１に示す高周波モジュールのワイヤ高さの評価におけるクラック発生数の一例を示す評価結果図、図１１は図１に示す高周波モジュールのワイヤ高さの評価における断線発生数の一例を示す評価結果図、図１２は図１に示す高周波モジュールにおけるワイヤクラックの一例を示す部分拡大図、図１３は図１に示す高周波モジュールにおけるワイヤクラック・断線評価の一例を示すデータ分布図、図１４は図１に示す高周波モジュールにおけるワイヤ断線の一例を示す部分拡大図、図１５は図１に示す高周波モジュールの実装基板への実装構造の一例を示す部分拡大側面図、図１６〜図２２は本発明の実施の形態の変形例の高周波モジュールの構造を示す部分拡大断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下の実施の形態では特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良いものとする。
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップなどを含む）は、特に明示した場合及び原理的に明らかに必須であると考えられる場合などを除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合などを除き、実質的にその形状などに近似または類似するものなどを含むものとする。このことは前記数値及び範囲についても同様である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
図１〜図４に示す本実施の形態の半導体装置は、高周波モジュール１と呼ばれるモジュール製品であり、モジュール基板４に実装部品が半田実装されるとともに、前記実装部品が封止用樹脂によって覆われる構造を有しており、主に、携帯用電話機などの小型の携帯用電子機器などに組み込まれるものである。
本実施の形態の高周波モジュール１の構成は、図５に示すように、主面２ｂに複数のパッド（表面電極）２ａが形成された実装部品である半導体チップ２と、両端に接続端子３ｄが形成された実装部品であるチップ部品３と、半導体チップ２とチップ部品３とが搭載される配線基板であるモジュール基板４と、チップ部品３とモジュール基板４の端子４ａとを、および半導体チップ２とモジュール基板４とを半田によって接続する図６に示す半田接続部５と、半導体チップ２のパッド２ａとこれに対応するモジュール基板４の端子４ａとを接続するボンディングワイヤである金線８と、半導体チップ２、チップ部品３、半田接続部５および金線８を覆うとともに絶縁性のシリコーン樹脂などの弾性樹脂によって形成された図２に示す封止部７とから成る。
この高周波モジュール１では、モジュール基板４上に半田接続されるチップ部品３をシリコーン樹脂などの低弾性の弾性樹脂によって覆うことにより、２次リフロー（出荷先における実装基板へのリフロー）時に発生する半田接続部５の半田再溶融による膨張圧を緩和して、チップ部品３と封止部７の界面や、封止部７とモジュール基板４の界面が剥離するのを防いで半田の前記界面への流出を防ぐことを可能にしている。
さらに、低弾性の弾性樹脂を採用したことで高周波モジュール１の熱サイクルテストにおいて発生する弾性樹脂の応力が、金線８を断線させるのを防止するために、金線８のワイヤループ８ａの高さや長さに範囲を設けた構造のものである。
なお、封止部７を形成する弾性樹脂は、内部部品を保護可能な保護力（機械的強度）と、内部半田が再溶融した際の膨張圧を緩和可能な柔軟性とを兼ね備えた低弾性かつ絶縁性の樹脂であり、図９に示す弾性率特性を有したシリコーン樹脂（シリコーンゴム）Ａや低弾性エポキシ樹脂Ｂ，Ｃ，Ｄが好ましく、従来の高弾性エポキシ樹脂Ｔは不適合である。
そこで、本実施の形態の弾性樹脂（図９に示す樹脂Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）の弾性率の許容範囲は、高温時すなわち２次リフローの温度（一般的には、約２３０℃）や温度サイクルテスト（例えば、−４０〜＋１２５℃）の高温印加時の条件を考慮して、１５０℃以上の温度において２００ＭＰａ以下の弾性率であることが好ましい。
これは、図９によって、１５０℃以上の高温時、高周波モジュール１の内部の半田接続部５の半田が再溶融した際の膨張圧を緩和可能な弾性率を導き出したものであり、図９中、樹脂Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは範囲内であるが、樹脂Ｔは、範囲外で不適合となる。
さらに、弾性樹脂は、１５０℃以上の温度において１ＭＰａ以上の弾性率を有していることが好ましく、図９に示すように樹脂Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは範囲内である。
これは、封止部７の内部の表面実装部品を保護するテストを行った結果、少なくとも１ＭＰａ以上の弾性率を有していれば、保護可能という結果を考慮してのものである。
ただし、より好ましい弾性率は、１５０℃以上の温度において５〜１０ＭＰａである。
また、実使用時（常温２５℃）の温度としても、前記同様、少なくとも１ＭＰａ以上の弾性率を有していることが条件となり、図９に示すように樹脂Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは範囲内である。
さらに、実使用時（常温２５℃）の温度で、表面実装部品の保護効果を高めるために、２００ＭＰａ以上の弾性率を有していることが一層好ましく、図９に示すように樹脂Ｂ，Ｃ，Ｄは範囲内であるが、樹脂Ａは、範囲外である。
ただし、樹脂Ａも、１ＭＰａ以上の弾性率は有しているため、特に問題はない。
なお、図９において、各樹脂の半田流れ出し発生率とは、２６０℃でリフローを行った場合の、チップ部品３の電気的ショートテストを実施した際の不良数とその発生率（％）とを示したものであり、分母はテスト数を表し、一方、分子は不良数を表している。
これによれば、樹脂Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄでは、不良発生率が０〜２％と極めて低いのに対して、不適合となった樹脂Ｔは、７０％と非常に不良発生率が高い。
以上のことから、弾性樹脂として、例えば、シリコーン樹脂（樹脂Ａ）を採用する場合、高周波モジュール１のリフロー温度マージンおよび機械的強度（保護力）を総合的に考慮すると、その弾性率は、２〜４ＭＰａが最も良好な範囲である。
言い換えると、例えば、シリコーン樹脂（樹脂Ａ）を採用する場合、高周波モジュール１におけるリフロー温度マージンおよび機械的強度（保護力）を総合的に考慮すると、そのゴム硬度は、ショアー硬度Ａ７０〜８０が最も良好な範囲である。
なお、図９において、領域Ｐ（斜線部）は、高周波モジュール１の組み立てにおいて多数個取り基板を分割して個片化する際の弾性樹脂の分割性における最適領域を示すものであり、さらに、領域Ｑ（斜線部）は、弾性樹脂の耐リフロー性の安全領域を示すものである。
また、図９に示す低弾性エポキシ樹脂Ｂ，Ｃ，Ｄでは、それぞれに含まれる例えば、シリカなどの含有量が異なっており、これによってそれぞれの特性が少し異なっている。
次に、本実施の形態の高周波モジュール１における金線８のループ高さ（以降、ワイヤ高さと呼ぶ）と長さ（以降、ワイヤ長さと呼ぶ）について説明する。
まず、モジュール基板４の部品実装側の面である表面４ｇには、図５および図６に示すように、凹部であるキャビティ部４ｆが形成されており、このキャビティ部４ｆ内に半導体チップ２が配置され、これによって、高周波モジュール１の高さを低くすることができる。
さらに、半導体チップ２のパッド２ａとこれに対応するモジュール基板４の端子４ａとが金線８によって接続されており、それぞれの金線８にはワイヤループ８ａが形成されている。
なお、図７に示すように、ワイヤ高さ（Ｈ）は、半導体チップ２の主面２ｂからワイヤループ８ａの頂点まで（金線８の外形ラインまで）の距離であるが、１ｓｔボンディングをチップ上と異なる箇所（例えば、モジュール基板４の端子４ａなど）に行う場合などには、ワイヤ高さ（Ｈ）は、ボンディング開始点（１ｓｔボンディング点）からワイヤループ８ａの頂点までとする。
また、ワイヤ長さ（Ｌ）は、ボンディング開始点（１ｓｔボンディング点）からボンディング終点（２ｎｄボンディング点）までの金線８の水平平面への投影距離（ワイヤ水平距離）であり、前記開始点のワイヤ中心から前記終点のワイヤ中心までの水平平面への投影距離である。
ここで、図１０、図１１は、温度サイクル（−５５〜１５０℃）テストによる金線８の状態を示したものであり、図１０はクラック６（図１２参照）の発生数、図１１は断線９（図１４参照）の有無をそれぞれ示している。
なお、図１０におけるクラックレベルＡはワイヤ周りの５０％未満のクラック６のことであり、クラックレベルＢはワイヤ周りの５０％以上のクラック６のことである。
図１０に示すように、クラック６については２５０サイクルから発生し始め、サイクル数が増えるにつれてクラック６の発生割合も増えており、金線８で経時変化が起こっているものと思われる。
また、図１１に示すように、断線９については、１０００サイクルでも発生無しという結果が得られた。
なお、図１４は、ワイヤ高さを０．２２ｍｍ（２２０μｍ）、ワイヤ長さを１．８ｍｍとして温度サイクル（−５５〜１５０℃）テストを行った際のワイヤ状況を図示したものであり、断線９が発生している。
本実施の形態の高周波モジュール１は、ワイヤ高さとワイヤ長さに範囲を設定することにより、弾性樹脂のストレスによる金線（ボンディングワイヤ）８の断線９を防止するものである。
そこで、図１３は、温度サイクルテストを１０００サイクル実施した後のクラック有無と断線有りのデータの分布を示したものである。これによれば、ワイヤ長さが１．５ｍｍの場合、あるいはワイヤ高さが０．２ｍｍ（２００μｍ）の場合に比較的多くのワイヤクラックが発生しており、これ以上の長さや高さとした場合、ワイヤクラックの発生の割合がさらに高くなるとともに、図１４に示すような断線９に至るポテンシャルも高くなると推定できる。
したがって、ワイヤ高さ０．２ｍｍ（２００μｍ）以下で、かつワイヤ長さ１．５ｍｍ以下の領域を推定の安全領域１２とし、また、ワイヤボンディング装置の制約から、製品としての狙い目をワイヤ高さ０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下で、かつワイヤ長さ０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下として製造狙い領域１３とした。
なお、具体的な製品の狙い目の一例は、ワイヤ高さについては、０．１６ｍｍ（１６０）μｍであり、またワイヤ長さについては、１．２ｍｍである。
これにより、本実施の形態の高周波モジュール１では、金線８の断線９の発生を防止することができる。
また、ワイヤ高さを低く抑え、かつワイヤ長さを短くすることにより、ワイヤ垂れや隣接するワイヤ同士の接触を防ぐことができる。
さらに、樹脂成形時の樹脂流動によるワイヤ変形または隣接するワイヤ同士の接触を防ぐことができる。
また、ワイヤ高さを低く抑え、かつワイヤ長さを短くすることにより、ワイヤ下部に流入する弾性樹脂の量が減るため、弾性樹脂の膨張・収縮の絶対量を減少させることができ、その結果、熱応力に対する製品の信頼性の向上を図ることができる。
次に、本実施の形態の高周波モジュール１において採用する半田について説明する。
まず、モジュール基板４は、例えば、アルミナセラミックなどによって形成され、表面４ｇとその反対側の裏面４ｈには、図３に示すように、複数の外部端子１ａが設けられている。
また、表面４ｇには、半導体チップ２以外にセラミックチップコンデンサ、チップ抵抗あるいはチップサーミスタなどのチップ部品３が搭載されており、これらの実装部品は、その両端にある接続端子３ｄがそれぞれ半田接続部５を介してモジュール基板４の端子４ａに接続されている。
その際、半導体チップ２が金線８を用いてワイヤボンディングされるため、図８に示すように、各端子４ａの表面には、金めっき層４ｂが形成されており、したがって、各チップ部品３も、表面に金めっき層４ｂが形成された端子４ａと半田接続される。
なお、チップ部品３の接続端子３ｄは、下層から順番に、例えば、Ａｇ／Ｐｄ電極３ｅとＮｉ下地めっき層３ｆと半田めっき層３ｇとからなり、また、モジュール基板４の端子４ａは、下層から順番に、Ｃｕ銅体４ｃとＮｉ下地めっき層４ｄと金めっき層４ｂとからなり、さらに、端子４ａの半田接続部５形成箇所以外の領域は、絶縁膜（ソルダレジスト膜）であるオーバーコートガラス４ｅによって覆われて絶縁されている。
したがって、モジュール基板４では、全ての端子４ａの表面に金めっき層４ｂが形成されており、チップ部品３は、その接続端子３ｄにおいて金めっき層４ｂと半田接続されるとともに、半導体チップ２は、そのパッド２ａが金線８と接続され、さらに金線８が端子４ａの金めっき層４ｂと接続されている。
ここで、チップ部品３が接続される半田接続部５は、鉛（Ｐｂ）を含まない半田、例えば、すず（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）を主成分とする半田を用いることが好ましく、これによって、チップ部品３のＰｂフリー実装を実現でき、さらに、半導体チップ２の半田接続部５にも同様の鉛を含まない半田を用いることにより、高周波モジュール１の内部をＰｂフリーによる半田実装とすることができる。
また、図１５に示すように、本実施の形態の高周波モジュール１を実装基板であるマザーボード１０に半田実装する際に、その半田実装部１１に、鉛（Ｐｂ）を含まない半田、例えば、すず（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）を主成分とする半田を用いることが好ましく、これによって、高周波モジュール１のＰｂフリー実装も実現できる。
このように、高周波モジュール１内の半田実装部品にすず（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）などを主成分とするＰｂフリー半田を採用し、また、高周波モジュール１のマザーボード１０への半田実装にすず（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）などを主成分とするＰｂフリー半田を採用することにより、両半田とも融点が２３０〜２６０℃付近で高いため、高周波モジュール１の実装時に内部のＰｂフリー半田が溶融することを防ぐことができる。
その結果、半田実装部品とレジンとの界面への半田の流れ出しを防いで半田実装部品における端子間ショートの発生を防止することができる。
次に、本実施の形態の高周波モジュール１の製造方法について説明する。
まず、図５に示すモジュール基板４を準備する。
なお、モジュール基板４には、その表面４ｇに、半導体チップ２を収納可能な凹部であるキャビティ部４ｆが形成され、さらに、その周囲には、チップ部品３の接続端子３ｄと半田接続可能な複数の端子４ａが設けられている。また、図３に示すように裏面４ｈには複数の外部端子１ａが設けられている。
その後、各端子４ａへの半田ペーストの印刷を行い、半田リフローを行って半導体チップ２やチップ部品３などの複数の表面実装部品を搭載する。その際、すず（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）を主成分とするＰｂフリー半田を用いることが好ましい。
その後、ワイヤボンディングを行う。
ここでは、半導体チップ２のパッド２ａと、モジュール基板４の端子４ａとを金線８を用いてワイヤボンディングする。
その際、ワイヤ高さが０．２ｍｍ（２００μｍ）以下、好ましくは、０．１ｍｍ（１００μｍ）以上０．２ｍｍ以下となるようにワイヤボンディングする。
一方、ワイヤ長さは、１．５ｍｍ以下、好ましくは、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下となるようにワイヤボンディングする。
一例としては、ワイヤ高さが０．１６ｍｍ（１６０）μｍで、またワイヤ長さは１．２ｍｍである。
ワイヤボンディング後、樹脂封止を行う。
ここでは、シリコーン樹脂などの絶縁性で、かつ低弾性の弾性樹脂を用いて封止部７を形成し、この封止部７によって半導体チップ２やチップ部品３および金線８を封止する。
次に、本実施の形態の変形例の高周波モジュール１について説明する。
まず、図１６に示す変形例の高周波モジュール１は、半導体チップ２の主面２ｂがモジュール基板４の表面４ｇより引っ込んだ形態のものである。すなわち、半導体チップ２の主面２ｂの高さがモジュール基板４の表面４ｇより低い状態のものであり、キャビティ部４ｆの深さが比較的深い場合に、このような構造にすることができる。
また、図１７に示す変形例の高周波モジュール１は、半導体チップ２の主面２ｂとモジュール基板４の表面４ｇとがほぼ同じ高さの形態のものである。
さらに、図１８に示す変形例の高周波モジュール１は、キャビティ部４ｆが２段構造のものであり、半導体チップ２が配置されるキャビティ部４ｆの内周の壁部に、半導体チップ２の主面２ｂとほぼ同じ高さで、かつワイヤループ８ａの高さより少し深い程度の深さの位置に段差部４ｉが形成されており、この段差部４ｉに金線８が接続される端子４ａが設けられている２段構造のキャビティ部４ｆを有しているものである。
この場合にも、ボンディングツールとの関係で半導体チップ２側を１ｓｔボンディング側としてワイヤボンディングを行う方が好ましいが、その反対に端子４ａ側を１ｓｔボンディング側としてワイヤボンディングを行ってもよい。
なお、図１８に示す高周波モジュール１では、金線８も全て２段構造のキャビティ部４ｆ内に収まるため、高周波モジュール１の高さを低くすることができる。
さらに、図１９に示す高周波モジュール１は、モジュール基板４に図１６に示すようなキャビティ部４ｆが形成されていないキャビティレス構造のものである。
このようなキャビティレス構造のモジュール基板４では、基板の構造を容易にすることができ、モジュール基板４のコストを下げて、高周波モジュール１のコストの低減化を図ることができる。
なお、図１６から図１９に示す変形例の高周波モジュール１においても、図１から図７に示す本実施の形態の高周波モジュール１と同様に、ワイヤ高さとワイヤ長さまたはＰｂフリー半田などに同様の設定を設けて組み立てることが可能である。
すなわち、図１６から図１９に示す変形例の高周波モジュール１に対しても本実施の形態で説明したワイヤボンディングやＰｂフリー半田による半田接続を適用することが可能であり、ワイヤ断線を防止するなど図１から図７に示す本実施の形態の高周波モジュール１と同様の効果を得ることができる。
次に、図２０に示す変形例の高周波モジュール１は、凹部であるキャビティ部４ｆを複数有したものであり、複数のキャビティ部４ｆそれぞれに半導体チップ２が搭載され、かつ半導体チップ２間においてもワイヤボンディングするものである。
また、図２１に示す変形例の高周波モジュール１は、半導体チップ２とチップ部品３との間でもワイヤボンディングを行うものである。
さらに、図２２に示す変形例の高周波モジュール１は、チップ部品３間でワイヤボンディングを行うものである。
図２０〜図２２に示す変形例の高周波モジュール１においても、図１から図７に示す本実施の形態の高周波モジュール１と同様に、ワイヤ高さとワイヤ長さまたはＰｂフリー半田などに同様の設定を設けて組み立てることが可能であり、その結果、ワイヤ断線を防止するなど図１から図７に示す本実施の形態の高周波モジュール１と同様の効果を得ることができる。
以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前記実施の形態では、低弾性の弾性樹脂が、シリコーン樹脂の場合を一例として取り上げて説明したが、前記弾性樹脂は、前記実施の形態で説明した弾性率の許容範囲のものであれば、ゲル状のものなどであってもよい。
また、前記実施の形態では、半導体装置が、高周波モジュール１の場合を説明したが、前記半導体装置は、半田実装される実装部品を備えるとともにこの実装部品がワイヤボンディングされ、かつ前記実装部品が弾性樹脂によって樹脂封止される構造のものであれば、他のモジュール製品などであってもよい。
また、実装部品は、チップ部品や半導体チップに限定されずに、半田実装される実装部品であれば、他の電子部品などであってもよい。
【産業上の利用可能性】  以上のように、本発明の半導体装置は、ワイヤボンディングを行って組み立てられるとともに、低弾性の樹脂によって樹脂封止されるモジュール製品に好適であり、特に、半導体チップやチップ部品が搭載される高周波モジュールに好適である。
【図１】
2004032223.tif 000003
【図２】
2004032223.tif 000004
【図３】
2004032223.tif 000005
【図４】
2004032223.tif 000006
【図５】
2004032223.tif 000007
【図６】
2004032223.tif 000008
【図７】
2004032223.tif 000009
【図８】
2004032223.tif 000010
【図９】
2004032223.tif 000011
【図１０】
2004032223.tif 000012
【図１１】
2004032223.tif 000013
【図１２】
2004032223.tif 000014
【図１３】
2004032223.tif 000015
【図１４】
2004032223.tif 000016
【図１５】
2004032223.tif 000017
【図１６】
2004032223.tif 000018
【図１７】
2004032223.tif 000019
【図１８】
2004032223.tif 000020
【図１９】
2004032223.tif 000021
【図２０】
2004032223.tif 000022
【図２１】
2004032223.tif 000023
【図２２】
2004032223.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成15年6月30日(2003.6.30)
【手続補正００１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】半導体チップと、
半田接続された前記半導体チップが搭載される配線基板と、
前記半導体チップの表面電極とこれに対応する前記配線基板の端子とを接続する複数のボンディングワイヤと、
前記半導体チップおよび前記複数のボンディングワイヤを覆って樹脂封止し、絶縁性の弾性樹脂によって形成された封止部とを有し、
前記弾性樹脂が、１５０℃以上の温度において１〜２００ＭＰａの弾性率の樹脂であるとともに、前記半導体チップの主面からの前記ボンディングワイヤの頂点までの高さが０．２ｍｍ以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】請求の範囲第１項記載の半導体装置であって、前記半導体チップの主面からの前記ボンディングワイヤの頂点までの高さが０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】請求の範囲第１項記載の半導体装置であって、前記ボンディングワイヤにおけるボンディング開始点から終了点までの間のワイヤ水平距離が１．５ｍｍ以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】請求の範囲第３項記載の半導体装置であって、前記ワイヤ水平距離が０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】請求の範囲第１項記載の半導体装置であって、前記弾性樹脂が、シリコーン樹脂であることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】請求の範囲第１項記載の半導体装置であって、前記配線基板上に、両端に接続端子が形成されたチップ部品が半田接続され、前記半田は、すず（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）を主成分とする半田であることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】請求の範囲第１項記載の半導体装置であって、前記配線基板上に、両端に接続端子が形成されたチップ部品が半田接続され、前記半田は、鉛（Ｐｂ）を含まない半田であることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】請求の範囲第１項記載の半導体装置であって、前記弾性樹脂は、１５０℃以上の温度において５〜１０ＭＰａの弾性率の樹脂であることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】請求の範囲第１項記載の半導体装置であって、前記配線基板に凹部が形成され、前記半導体チップは前記凹部に配置されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】半導体チップと、
半田接続された前記半導体チップが搭載される配線基板と、
前記半導体チップの表面電極とこれに対応する前記配線基板の端子とを接続する複数のボンディングワイヤと、
前記半導体チップおよび前記複数のボンディングワイヤを覆って樹脂封止し、１５０℃以上の温度において１〜２００ＭＰａの弾性率の絶縁性の弾性樹脂であるシリコーン樹脂によって形成された封止部とを有し、
前記半導体チップの主面からの前記ボンディングワイヤの頂点までの高さが０．２ｍｍ以下であるとともに、前記ボンディングワイヤにおけるボンディング開始点から終了点までの間のワイヤ水平距離が１．５ｍｍ以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】半導体チップと、
半田接続された前記半導体チップが搭載される配線基板と、
前記半導体チップの表面電極とこれに対応する前記配線基板の端子とを接続する複数のボンディングワイヤと、
前記半導体チップおよび前記複数のボンディングワイヤを覆って樹脂封止し、絶縁性の弾性樹脂によって形成された封止部とを有し、
前記弾性樹脂が、１５０℃以上の温度において１〜２００ＭＰａの弾性率の樹脂であるとともに、ボンディング開始点からの前記ボンディングワイヤの頂点までの高さが０．２ｍｍ以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】請求の範囲第１１項記載の半導体装置であって、前記ボンディングワイヤにおけるボンディング開始点から終了点までの間のワイヤ水平距離が１．５ｍｍ以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】半導体チップと、
前記半導体チップが搭載される配線基板と、
前記半導体チップの表面電極とこれに対応する前記配線基板の端子とを接続するとともに、前記半導体チップの主面からのワイヤ頂点までの高さがそれぞれ０．２ｍｍ以下である複数のボンディングワイヤと、
前記半導体チップおよび前記複数のボンディングワイヤを覆って樹脂封止し、１５０℃以上の温度において１〜２００ＭＰａの弾性率の絶縁性の弾性樹脂によって形成された封止部とを有する半導体装置であって、
前記半導体装置は、実装基板に半田で接続されることを特徴とする半導体装置。
【請求項１４】請求の範囲第１３項記載の半導体装置であって、前記ボンディングワイヤにおけるボンディング開始点から終了点までの間のワイヤ水平距離が１．５ｍｍ以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１５】請求の範囲第１３項記載の半導体装置であって、前記半導体装置は、鉛（Ｐｂ）を含まない半田で前記実装基板に接続されることを特徴とする半導体装置。
【請求項１６】請求の範囲第１３項記載の半導体装置であって、前記半導体装置は、すず（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）を主成分とする半田で前記実装基板に接続されることを特徴とする半導体装置。
【請求項１７】請求の範囲第１項記載の半導体装置であって、前記ボンディングワイヤが金からなることを特徴とする半導体装置。
【請求項１８】請求の範囲第１０項記載の半導体装置であって、前記ボンディングワイヤが金からなることを特徴とする半導体装置。
【請求項１９】請求の範囲第１０項記載の半導体装置であって、前記配線基板上に、チップ部品が半田接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２０】請求の範囲第１１項記載の半導体装置であって、前記配線基板上に、チップ部品が半田接続されていることを特徴とする半導体装置。




【国際調査報告】
2004032223.tif 000025
2004032223.tif 000026
2004032223.tif 000027
2004032223.tif 000028