(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板上に半導体素子が搭載され、該回路基板上に前記半導体素子を囲繞するように絶縁保護層が設けられ、前記半導体素子が封止樹脂によって封止されてなる半導体装置において、
前記絶縁保護層上において前記半導体素子を囲繞するように、硬化状態で柔軟性を有すると共に、前記絶縁保護層および前記封止樹脂に比べて柔軟性を有しており前記絶縁保護層と前記封止樹脂との間に発生する応力を緩和する柔軟性硬化樹脂を設け、前記封止樹脂の端部が全体にわたって前記絶縁保護層と前記封止樹脂との間に発生する応力を緩和する程度に前記柔軟性硬化樹脂上となるように構成したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記柔軟性硬化樹脂は、紫外線硬化樹脂からなることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記回路基板は、セラミックス材料からなり、
前記絶縁保護層は、ガラス材料からなり、
前記封止樹脂は、エポキシ樹脂からなることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板上に半導体素子が搭載され、その半導体素子を囲繞するように絶縁保護層が設けられ、その半導体素子が封止樹脂によって封止されてなる半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の半導体装置の従来構成を図５に示している。半導体装置１の回路基板２上には、導体パターン３が形成され、この導体パターン３のボンディングワイヤ接続部３ａを除いた部分は、絶縁保護層４により被覆され、絶縁保護されている。また、上記回路基板２上には、半導体素子５が接着剤６によって接着されて実装されており、この半導体素子５は、上記導体パターン３のボンディングワイヤ接続部３ａにボンディングワイヤ７を介して電気的に接続されている。
【０００３】
そして、これら半導体素子５全体は、封止樹脂８によって封止され、これによって、半導体素子５、ボンディングワイヤ７、導体パターン３のボンディングワイヤ接続部３ａ、半導体素子５とボンディングワイヤ７との接続部分、導体パターン３とボンディングワイヤ７との接続部分は、電気的ならびに機械的に保護されている。この場合、上記封止樹脂８としては、例えばエポキシ樹脂が採用されており、そのエポキシ樹脂の材料としては、安価で、入手し易いという理由から、ビスフェノールＡとＭｅＴＨＰＡ（メチルテトラヒドロ無水フタル酸）とが採用されている。
【０００４】
ところで、近年、このような半導体装置１は、例えば車載用エンジン制御装置の構成部品として使用されるようになってきており、その場合には、熱や振動による厳しい使用条件に耐え得ることが要求されている。このため、そのような要求に応えるために、上記回路基板２としては、耐熱性に優れ、また、耐振動性の観点から比較的硬度が大きいセラミックス基板が採用され、絶縁保護層４としては、ガラスが採用されている。
【０００５】
しかしながら、上述したような、回路基板２としてセラミックス基板が採用され、絶縁保護層４としてガラスが採用され、封止樹脂８として上述した材料からなるエポキシ樹脂が採用されたものにおいては、次のような問題点があった。すなわち、ガラスと封止後に硬化したエポキシ樹脂との線膨張率は異なり、また、ガラスならびに硬化したエポキシ樹脂の双方は比較的大きな硬度を有しているため、温度変化が大きい使用条件下では、ガラスと硬化したエポキシ樹脂との間に、線膨張率の差に起因して応力が発生するようになり、その発生した応力は、緩和され難いものである。
【０００６】
このため、熱や振動による厳しい使用条件下、特に、温度変化が大きい使用条件下では、発生した応力によって、エポキシ樹脂が剥離してしまい、製品としての信頼性が低下することになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上述した問題点を解決するために、特開平５−３２１８号公報に開示されているものがある。このものは、エポキシ樹脂の材料として、ジアミノシロキサンおよびマレイン酸から誘導されるビスマレイミドと、１，２−ポリブタジエンをエポキシ化して得られるエポキシ化物とを採用することによって、応力を小さくし、それによって、エポキシ樹脂が剥離することを防止し、製品としての信頼性が低下することを防止している。
【０００８】
しかしながら、上述した特開平５−３２１８号公報に開示されているものにおいては、エポキシ樹脂を生成するために使用する材料、具体的には、ジアミノシロキサンは、高価で、入手し難いので、そのため、生産性が低下してしまうという問題点があった。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、回路基板上に半導体素子が搭載され、その半導体素子を囲繞するように絶縁保護層が設けられ、その半導体素子が封止樹脂によって封止されてなるものにおいて、生産性が低下することなく、厳しい使用条件下においても、製品としての高い信頼性を維持することができる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の発明によれば、封止樹脂の端部は、全体にわたって硬化した柔軟性硬化樹脂上となるように設けられ、つまり、封止樹脂の端部と絶縁保護層との間には、硬化した柔軟性硬化樹脂が介在することになる。この場合、その柔軟性硬化樹脂は、硬化した封止樹脂および絶縁保護層に比べて柔軟性を有しているので、封止樹脂と柔軟性硬化樹脂との間に、それらの線膨張率の差に起因して発生する応力は小さく、柔軟性硬化樹脂と絶縁保護層との間に、それらの線膨張率の差に起因して発生する応力も小さいものである。これによって、封止樹脂と絶縁保護層との間に発生する応力を緩和することができるので、封止樹脂が剥離することを防止でき、製品としての高い信頼性を維持することができる。
【００１１】
この場合、封止樹脂としては、高価で、入手し難い特殊な材料を使用する必要はなく、安価で、入手し易い一般的な材料を使用すれば良いので、生産性が低下することもない。
【００１２】
請求項２の発明によれば、柔軟性硬化樹脂を紫外線硬化樹脂から構成したので、柔軟性硬化樹脂を紫外線によって硬化することができるなど、製造を容易に行うことができる。
【００１３】
請求項３の発明によれば、回路基板をセラミックス材料から構成し、絶縁保護層をガラス材料から構成し、封止樹脂をエポキシ樹脂から構成したので、熱や振動が激しい条件で使用する装置、例えば車載用エンジン制御装置の構成部品として好適なものとすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について図１および図２を参照して説明する。尚、図１は、図２中、Ａ−Ａ線に沿った縦断側面図を示している。
半導体装置１１において、回路基板１２は、セラミックス（具体的には、アルミナ）材料から構成されており、その表面部（図１中、上面部）には、導体パターン１３が例えば印刷によって形成されていると共に、半導体素子１４が接着剤１５によって接着されて実装されている。そして、上記導体パターン１３のボンディングワイヤ接続部１３ａを除いた部分は、絶縁保護層１６により被覆され、絶縁保護されている。
【００１５】
この絶縁保護層１６は、印刷および焼成によって形成されたガラス材料からなっており、図２にも示すように、上記半導体素子１４を囲繞するように、回路基板１２の表面部にあって外周部全体にわたって設けられている。また、上記半導体素子１４は、上記導体パターン１３のボンディングワイヤ接続部１３ａにボンディングワイヤ１７を介して電気的に接続されている。
【００１６】
また、上記した絶縁保護層１６上には、柔軟性硬化樹脂１８が上記半導体素子１４を囲繞するように設けられている。この柔軟性硬化樹脂１８は、ＳｉＯ２  （シリカ）４０ｗｔ％の紫外線硬化樹脂からなるもので、絶縁保護層１６上に印刷されたのちに、紫外線および熱が照射されたことによって硬化され、その厚さ（図１中、ａ参照）は約２０μｍ、幅（図１および２中、ｂ参照）は約５ｍｍとなっている。
【００１７】
さらに、上記回路基板１２上には、半導体素子１４全体を覆うように、封止樹脂１９が設けられており、これによって、半導体素子１４、ボンディングワイヤ１７、導体パターン１３のボンディングワイヤ接続部１３ａ、半導体素子１４とボンディングワイヤ１７との接続部分、導体パターン１３とボンディングワイヤ１７との接続部分は、電気的ならびに機械的に保護されている。
【００１８】
この場合、上記封止樹脂１９の端部１９ａは、全体にわたって上記柔軟性硬化樹脂１８上に位置している。尚、この封止樹脂１９は、ビスフェノールＡとＭｅＴＨＰＡ（メチルテトラヒドロ無水フタル酸）とを材料として、周知の製造方法によって製造されたエポキシ樹脂からなるもので、ＳｉＯ２  ６０〜７０ｗｔ％のものである。
【００１９】
さて、上述した絶縁保護層１７を構成するガラス、封止樹脂１９を構成するエポキシ樹脂および柔軟性硬化樹脂１８を構成する紫外線硬化樹脂の各線膨張率について説明する。ガラス、エポキシ樹脂および紫外線硬化樹脂の各線膨張率は、それぞれ以下に示すようになっている。
【００２０】
ガラス        …５．７ｐｐｍ／℃
エポキシ樹脂  …１５〜２５（ＳｉＯ２  ６０〜７０ｗｔ％）ｐｐｍ／℃
紫外線硬化樹脂…３０以上（ＳｉＯ２  ４０ｗｔ％）ｐｐｍ／℃
ここで、上述した半導体装置１１を熱や振動による厳しい使用条件下、特に、温度変化が大きい使用条件下で使用した場合を考える。この場合、エポキシ樹脂、紫外線硬化樹脂およびガラスの線膨張率は、それぞれ異なるので、温度変化が大きい場合には、封止樹脂１９と柔軟性硬化樹脂１８との間、柔軟性硬化樹脂１８と絶縁保護層１７との間に、それぞれ線膨張率の差に起因して応力が発生するようになる。
【００２１】
しかしながら、この場合、封止樹脂１９の端部１９ａと絶縁保護層１７との間に設けられた柔軟性硬化樹脂１８は紫外線硬化樹脂からなっており、その紫外線硬化樹脂は、封止樹脂１９を構成するエポキシ樹脂および絶縁保護層１７を構成するガラスに比べて柔軟性を有しているものである。したがって、封止樹脂１９と柔軟性硬化樹脂１８との間に、それらの線膨張率の差に起因して発生した応力は小さく、柔軟性硬化樹脂１８と絶縁保護層１７との間に、それらの線膨張率の差に起因して発生した応力も小さいものである。これによって、封止樹脂１９と絶縁保護層１７との間に発生した応力を緩和することができるようになる。
【００２２】
このように本実施例によれば、半導体装置１１において、封止樹脂１９の端部１９ａと絶縁保護層１７との間に、封止樹脂１９と絶縁保護層１７に比べて柔軟性を有する柔軟性硬化樹脂１８を設けたので、封止樹脂１９と絶縁保護層１７との間に発生した応力を緩和することができる。これによって、封止樹脂１９が剥離することを防止でき、製品として高い信頼性を維持することができる。
【００２３】
この場合、封止樹脂１９を構成するエポキシ樹脂としては、高価で、入手し難い特殊な材料を使用する必要はなく、安価で、入手し易い一般的な材料を使用すれば良いので、生産性が低下することもない。
また、柔軟性硬化樹脂１８を紫外線硬化樹脂から構成したので、柔軟性硬化樹脂１８を紫外線によって硬化することができるなど、製造を容易に行うことができる。
【００２４】
特に、回路基板１２をセラミックス材料から構成し、絶縁保護層１７をガラスから構成し、封止樹脂１９をエポキシ樹脂から構成したので、熱や振動が激しい使用条件下、特に、温度変化が大きい使用条件下で使用する装置、例えば車載用エンジン制御装置の構成部品として好適なものとすることができる。
【００２５】
さて、発明者らは、このように、封止樹脂１９の端部１９ａと絶縁保護層１７との間に、柔軟性硬化樹脂１８を設けたことによって、製品としての信頼性がどの程度変化するかを確認するために、冷熱サイクル試験および高温高湿試験を行った。以下、冷熱サイクル試験および高温高湿試験による試験結果について、図３および図４を参照して説明する。尚、試験対象としては、従来の構成のもの（図３および４中、ガラスとして示す）、本実施例による構成のもの（図３および４中、紫外線硬化樹脂として示す）を採用し、また、信頼性の指標としては、封止樹脂１９であるエポキシ樹脂がせん断によって破壊される強度、すなわち、せん断強度を採用した。
【００２６】
まず、図３は、冷熱サイクル試験による試験結果を示している。この冷熱サイクル試験は、−４０℃で３０分、１５０℃で３０分を１サイクルとし、そのサイクルを１，０００回繰返す条件で実施した。尚、図３おいて、縦軸は、せん断強度（Ｎ）を示し、横軸は冷熱サイクルのサイクル数（回数）を示している。
【００２７】
図３から明らかなように、従来の構成のものでは、初期の状態（サイクル回数が０回の状態）から、サイクルの回数が大きくなるにしたがって、せん断強度の著しい低下が確認されるが、これに対して、本実施例による構成のものでは、せん断強度の低下が確認されていないことが分かる。すなわち、柔軟性硬化樹脂１８を設けたことによって、せん断強度の低下が防止され、高い信頼性を維持できることが分かる。
【００２８】
次いで、図４は、高温高湿試験による試験結果を示している。この高温高湿試験は、８５℃、相対湿度８５％、５００時間の条件で実施した。尚、図４において、縦軸はせん断強度（Ｎ）を示し、横軸は時間（ｈｒ）を示している。図４から明らかなように、従来の構成のものでは、初期の状態から、時間が経過するにしたがって、せん断強度の著しい低下が確認されるが、本実施例による構成のものでは、せん断強度の低下が緩やかであることが確認される。すなわち、柔軟性硬化樹脂１８を設けたことによって、せん断強度の著しい低下を防止できることが分かる。
【００２９】
本発明は、上記実施例にのみ限定されるものでなく、次のように変形または拡張することができる。
ボンディングワイヤ１７を使用したワイヤボンディングに限らず、フェイスダウンボンディングなどのワイヤレスボンディングとしても良い。
柔軟性硬化樹脂１８の厚さや幅は、回路基板１２の大きさなどに合わせて、適宜、変更しても良い。
柔軟性硬化樹脂１８や封止樹脂１９のＳｉＯ２  含有率は、適宜、変更しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す縦断側面図
【図２】平面図
【図３】冷熱サイクル試験の結果を示す図
【図４】高温高湿試験の結果を示す図
【図５】従来例を示す図１相当図
【符号の説明】
図面中、１１は半導体装置、１２は回路基板、１４は半導体素子、１６は絶縁保護層、１８は柔軟性硬化樹脂、１９は封止樹脂である。
【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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