(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属フレームの上に接着剤を介して回路基板が配置されるとともに、前記回路基板における金属フレームとの対向面には厚膜抵抗パターンが配置された回路パターンが形成され、さらに前記金属フレーム上の前記回路基板および接着剤が金属フレームの全部または一部と共に封止樹脂にてモールドされた樹脂封止型半導体装置において、
前記接着剤は、同接着剤と前記封止樹脂との界面部の密着力が「０．４ｋｇｆ／ｍｍ2 」以上に設定されて且つ、主剤および硬化剤に可とう性付与剤が添加されることによりその温度変化に伴う剪断応力が前記厚膜抵抗パターンの破壊限界値以下となるようにヤング率が「１５０ｋｇｆ／ｍｍ2 」以下に設定されてなることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
【請求項２】
前記接着剤のヤング率を、「０．２ｋｇｆ／ｍｍ2 」以上、「１５０ｋｇｆ／ｍｍ2」 以下とした請求項１に記載の樹脂封止型半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、樹脂封止型半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９に示す樹脂封止型半導体装置がある。この装置は、金属フレーム５０の上に接着剤５１を介して回路基板５２が配置され、回路基板５２における金属フレーム５０との対向面には回路パターン５３が形成され、回路基板５２および金属フレーム５０が封止樹脂５４にてモールドされている。つまり、回路基板５２の表面には例えば印刷法により回路パターン５３が形成されており、この回路基板５２を金属フレーム５０上に接着剤５１を用いて固定し、更に樹脂５４で封止している。
【０００３】
この構造物においては回路パターン５３の応力による破壊を防ぎ信頼性を確保することが要望されている。特に、固定する金属フレーム５０にＣｕ（銅）を用い、回路基板５２をセラミック製とした場合、その接着剤５１に接するように配置された回路パターン５３は熱が加わった際に構造物の熱膨張率差により過大なる熱応力を受けるので、この熱応力から回路パターン５３を保護する必要がある。
【０００４】
より詳しく説明すると、図９に示す状態から温度変化により図１０に示すように、金属フレーム５０と回路基板５２とが伸長し、かつ、金属フレーム５０の方が回路基板５２よりも大きく伸長した場合において、接着剤５１および回路パターン５３は金属フレーム５０と回路基板５２との熱膨張率の差により過大なる熱応力を受ける。
【０００５】
なお、これを回避するための一手法として、応力緩和樹脂層を予め回路パターン５３上に形成する方法があるが、上記構造体では必ずしも十分とは言えない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明の目的は、回路パターンの応力によるダメージ等を緩和することができる樹脂封止型半導体装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、金属フレームの上に接着剤を介して回路基板が配置されるとともに、前記回路基板における金属フレームとの対向面には厚膜抵抗パターンが配置された回路パターンが形成され、さらに前記金属フレーム上の前記回路基板および接着剤が金属フレームの全部または一部と共に封止樹脂にてモールドされた樹脂封止型半導体装置として、前記接着剤は、同接着剤と前記封止樹脂との界面部の密着力が「０．４ｋｇｆ／ｍｍ2 」以上に設定されて且つ、主剤および硬化剤に可とう性付与剤が添加されることによりその温度変化に伴う剪断応力が前記厚膜抵抗パターンの破壊限界値以下となるようにヤング率が「１５０ｋｇｆ／ｍｍ2 」以下に設定されてなることを特徴している。
【０００８】
この構成を採用することにより、温度変化により金属フレームの熱膨張率と回路基板の熱膨張率の差により、厚膜抵抗パターンが配置された回路パターンに対して応力が加わろうとするが、接着剤と封止樹脂との界面部の密着力が「０．４ｋｇｆ／ｍｍ2 」以上に設定されて且つ、接着剤の温度変化に伴う剪断応力が前記厚膜抵抗パターンの破壊限界値以下となるようにヤング率を「１５０ｋｇｆ／ｍｍ2 」以下としているので、回路パターンに対する応力が緩和される。その結果、回路パターンへのダメージ等を緩和することができる。
【０００９】
ここで、請求項２に記載のように、前記接着剤のヤング率を０．２ｋｇｆ／ｍｍ2 以上、１５０ｋｇｆ／ｍｍ2 以下とすると、実用上好ましいものとなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、この発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１４】
図１には、本実施の形態における樹脂封止型半導体装置の平面図を示し、図２には図１のII−II断面図を示す。
Ｃｕ製金属フレーム１の上には接着剤２を介してセラミック製回路基板３が接合されるとともに接着剤４を介して回路基板５が接合され、混成集積回路装置となっている。接着剤２，４はエポキシ系の樹脂を用いており、一般的に用いられるエポキシ接着剤はヤング率が２８０〜４００ｋｇｆ／ｍｍ2 程度であるが、本実施形態においては、接着剤２，４のヤング率が０．２〜１５０ｋｇｆ／ｍｍ2 となっている。このように、接着剤２，４は軟エポシキ材を用い、かつ、ヤング率を０．２ｋｇｆ／ｍｍ2 以上、１５０ｋｇｆ／ｍｍ2 以下とし、低ヤング率化している。より具体的には、主剤としてダイマー酸変性ジグリシジルエステル、硬化剤としてジアミノジフェニルメタン、可とう性付与剤としてポリプロピレングリコールを用い、ヤング率３ｋｇｆ／ｍｍ2 を達成している。
【００１５】
回路基板３と回路基板５とはボンディングワイヤ６にて電気的に接続されている。また、回路基板３とリード端子７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄとはボンディングワイヤ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄにて電気的に接続されている。図３に示すように、回路基板３における金属フレーム１との対向面には、例えば回路パターン９，１０が形成されている。即ち、図４に示すように回路基板３における金属フレーム１との対向面においては導電パターン１１，１２が延設され、両方の導電パターン１１，１２の間には厚膜抵抗パターン１３が配置されている。また、回路基板３における金属フレーム１との対向面においては導電パターン１４，１５が延設され、両方の導電パターン１４，１５の間には厚膜抵抗パターン１６が配置されている。
【００１６】
さらに、図１，２に示すように、回路基板３，５，金属フレーム１，リード端子７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，ボンディングワイヤ６，８ａ〜８ｄは封止樹脂１７にてモールドされている。ここで、図２に示すように、金属フレーム１の下方での封止樹脂１７の厚さｔ１は薄くなっており、ヒートシンクの機能を有している。つまり、回路基板３，５に形成された回路は通電を伴う駆動により発熱し、その熱は回路基板３，５から下方の金属フレーム１側に伝播し、金属フレーム１の下方での薄い封止樹脂１７を通して大気に放熱される。
【００１７】
なお、封止樹脂１７にてモールドされる領域は、回路基板３，５において全部、金属フレーム１において全部または一部である。
製造の際には、図５に示すように所定の形状を有するリードフレーム２０を用意し、その上に回路基板３，５を配置するとともにワイヤ６，８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄにてボンディングする。引き続き、封止樹脂１７にてモールドし、リードフレーム２０の所定位置Ｃ１，Ｃ２をカットする。その結果、図１，２に示す樹脂封止型半導体装置を得る。
【００１８】
図１，２のモールド封止構造において、接着剤２，４は回路基板３，５の固着に加えて封止樹脂１７との密着性もその構造物の応力状態に関与する。つまり、接着剤２，４は封止樹脂１７との界面が密着した方がよい。図３において接着剤２（４）と封止樹脂１７との界面部ａにおいて、接着剤２（４）での封止樹脂１７との密着力は０．４ｋｇｆ／ｍｍ2 以上となっている。
【００１９】
図６には  エポキシ系接着剤２，４のヤング率と回路パターン９，１０に加わる剪断応力の測定結果を示す。つまり、図９に示すように、Ｃｕ製金属フレーム５０の上に接着剤５１を介してセラミック製回路基板５２が配置されている場合において、温度変化により例えば図１０に示すように、金属フレーム５０と回路基板５２とが伸長し、かつ、金属フレーム５０の方が回路基板５２よりも大きく伸長した際に、接着剤５１には剪断応力Ｆが加わる。この時の接着剤５１のヤング率と剪断応力Ｆとの関係を図６に示す。
【００２０】
図６において、接着剤のヤング率が４００ｋｇｆ／ｍｍ2 の場合には剪断応力が１．５ｋｇｆ／ｍｍ2 であったが、接着剤のヤング率を１５０ｋｇｆ／ｍｍ2 以下とすることにより、剪断応力を厚膜破壊限界値の１．０ｋｇｆ／ｍｍ2 以下とすることができる。また、接着剤のヤング率の下限は、回路基板３，５の加工組付時の工程を考慮すると、０．２ｋｇｆ／ｍｍ2 以上とする必要がある。
【００２１】
このように本実施の形態は下記の特徴を有する。
（イ）金属フレーム１と回路基板３，５との間に配置される接着剤２，４のヤング率を、１５０ｋｇｆ／ｍｍ2 以下としたので、温度変化により金属フレーム１の熱膨張率と回路基板３，５の熱膨張率の差により回路パターン９，１０に対して応力が加わろうとするが、接着剤２，４のヤング率が１５０ｋｇｆ／ｍｍ2 以下となっているので、回路パターン９，１０に対する応力が緩和される。よって、回路パターン９，１０へのダメージを緩和して回路の信頼性を確保できる。
（ロ）接着剤２，４のヤング率を０．２ｋｇｆ／ｍｍ2 以上、１５０ｋｇｆ／ｍｍ2 以下とすると、前述したように実用上好ましいものとなる。
（ハ）接着剤２，４における封止樹脂１７との密着力を、０．４ｋｇｆ／ｍｍ2 以上とすると、実用上好ましいものとなる。
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００２２】
図７には、第１の実施の形態の図３に代わる本実施の形態における樹脂封止型半導体装置（混成集積回路装置）を示す。図７において図３と同様の構成をなす部材については同一の符号を付すことによりその説明は省略する。
【００２３】
図７において、接着剤２，４は、母材としてのエポキシ樹脂３０の中にバルクヤング率低減手段としての薄板３１が添加されている。バルクヤング率低減用薄板３１は、金属フレーム１の熱膨張率と回路基板３，５の熱膨張率との間の熱膨張率を有する材料よりなる添加材である。具体的には、セラミック製回路基板３，５およびＣｕ製金属フレーム１を用いた場合には、セラミック板の熱膨張率が７ｐｐｍ／℃であり、Ｃｕ板の熱膨張率が１７ｐｐｍ／℃であるので、その中間熱膨張率をもつＦｅ製薄板（熱膨張率；１１ｐｐｍ／℃）をバルクヤング率低減用薄板３１として用いる。または、セラミック製回路基板３，５と同一材料のセラミック製薄板をバルクヤング率低減用薄板３１として用いる。あるいは、軟樹脂製薄板をその低ヤング率によりバルクヤング率を下げる目的でバルクヤング率低減用薄板３１として用いる。
【００２４】
このようにして、接着剤２，４の全体のヤング率であるバルクヤング率を、エポキシ樹脂３０の中に薄板３１を添加することにより低減し、回路パターン９，１０に加わる応力を低減して応力緩和を図っている。即ち、マクロ的にみた場合の接着剤のヤング率（バルクヤング率）の低減を、薄板３１の添加により実現している。
【００２５】
例えば、薄板３１としてＦｅ板を用いた場合には、Ｆｅ板は熱膨張率α＝１１ｐｐｍ、ヤング率Ｅ＝２１６１０ｋｇｆ／ｍｍ2 であるので、Ｆｅ板を接着剤中に添加しない場合には図６での接着剤のヤング率が４００ｋｇｆ／ｍｍ2 であり剪断応力が１．５ｋｇｆ／ｍｍ2 であるが、Ｆｅ板を接着剤中に添加することにより、剪断応力を０．７ｋｇｆ／ｍｍ2 （図６でのＡ点）にすることができ、厚膜破壊限界値の１．０ｋｇｆ／ｍｍ2 以下とすることができる。
【００２６】
また、薄板３１としてアルミナセラミック板を用いた場合には、セラミック板は熱膨張率α＝７ｐｐｍ、ヤング率Ｅ＝３１６００ｋｇｆ／ｍｍ2 であるので、セラミック板を接着剤中に添加しない場合には図６での接着剤のヤング率が４００ｋｇｆ／ｍｍ2 であり剪断応力が１．５ｋｇｆ／ｍｍ2 であるが、セラミック板を接着剤中に添加することにより、剪断応力を０．２ｋｇｆ／ｍｍ2 （図６でのＢ点）にすることができ、厚膜破壊限界値の１．０ｋｇｆ／ｍｍ2 以下とすることができる。
【００２７】
このように本実施の形態は、下記の特徴を有する。
（イ）接着剤２，４での母材であるエポキシ樹脂３０の中にバルクヤング率低減手段としての薄板３１を添加したので、温度変化により金属フレーム１の熱膨張率と回路基板３，５の熱膨張率の差により回路パターン９，１０に対して応力が加わろうとするが、接着剤２，４での母材の中に配置されている薄板３１にてバルクヤング率が低減されており、回路パターン９，１０に対する応力が緩和される。よって、回路パターン９，１０へのダメージを緩和して回路の信頼性を確保できる。
（ロ）特に、バルクヤング率低減手段として、金属フレーム１の熱膨張率と回路基板３，５の熱膨張率との間の熱膨張率を有する材料よりなる添加材としての薄板３１を用いると、実用上好ましいものとなる。
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態を、第２の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００２８】
図８には、図７に代わる本実施の形態における樹脂封止型半導体装置（混成集積回路装置）を示す。
図８において図３と同様の構成をなす部材については同一の符号を付すことによりその説明は省略する。
【００２９】
図８において、接着剤２，４は、母材としてのエポキシ樹脂４０の中にバルクヤング率低減手段としての気泡４１を散在させたものを用いている。具体的には、エポキシ樹脂に中空球フィラー（マイクロカプセル）を混入したものを用いている。中空球フィラーはその直径が２０〜８０μｍ程度の微粒体であり、液状のエポキシ樹脂と適量の中空球フィラーとを混合させて接着剤として用いる。中空球フィラーとしては、例えば、日本フィライト社製ＤＵ−８０を用いる。
【００３０】
このようにして、接着剤２，４の全体のヤング率であるバルクヤング率を、エポキシ樹脂４０の中に気泡４１を散在することにより低減し、回路パターン９，１０に加わる応力を低減して応力緩和を図っている。
【００３１】
このように本実施の形態は、下記の特徴を有する。
（イ）金属フレーム１と回路基板３，５との間に配置される接着剤２，４におけるバルクヤング率を低減すべく、母材であるエポキシ樹脂４０の中に気泡４１を散在させたので、実用上好ましいものとなる。
【００３２】
尚、上記実施形態ではエポキシ系の接着剤を用いているが、これに限らず、例えばシリコン系でもよく、要するにヤング率が１５０ｋｇｆ／ｍｍ2 以下であればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態における樹脂封止型半導体装置の平面図。
【図２】  図１のII−II断面図。
【図３】  樹脂封止型半導体装置の一部拡大断面図。
【図４】  回路基板の表面に形成された回路パターンを示す平面図。
【図５】  樹脂封止型半導体装置の製造工程を説明するための平面図。
【図６】  接着剤のヤング率に対する剪断応力の測定結果を示す図。
【図７】  第２の実施の形態での樹脂封止型半導体装置の一部拡大断面図。
【図８】  第３の実施の形態での樹脂封止型半導体装置の一部拡大断面図。
【図９】  樹脂封止型半導体装置の断面図。
【図１０】  樹脂封止型半導体装置の断面図。
【符号の説明】
１…金属フレーム、２…接着剤、３…回路基板、４…接着剤、５…回路基板、９…回路パターン、１０…回路パターン、１７…封止樹脂、３０…エポキシ樹脂、３１…薄板、４０…エポキシ樹脂、４１…気泡
【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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