JP2001203291A - チップ型半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 両端に端子電極を備えたチップ基板の表面
に、該端子電極に導通する導電パターンを形成し、該導
電パターン上に半導体素子を固着し、該半導体素子を含
めたチップ基板表面の少なくとも一部を封止用樹脂で封
止したチップ型半導体装置において、封止体の熱膨張・
熱収縮により生じる封止体内の応力で半導体素子などが
劣化するのを防止する。 【解決手段】 封止用樹脂により形成された封止体に内
部空間を形成し、少なくとも半導体素子を封止体に接触
しないようにこの内部空間内に配置する。このとき水分
による半導体素子の劣化を防止する観点から、内部空間
内を窒素雰囲気とするのが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はチップ型半導体装置
に関し、より詳細には封止体の熱膨張・熱収縮による半
導体素子などの劣化を回避したチップ型半導体装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子機器の小型・軽量化傾向に伴
って、回路基板へ表面実装が可能な電子部品、即ちチッ
プ型半導体装置の需要が急速に増加している。チップ型
半導体装置（以下、チップ型装置と記すことがある）は
直方体ブロックに近い形を通常はしており、その底面ま
たは底面に近い側面に端子電極が形成されている。この
端子電極と回路基板上の配線パターンとが接触するよう
にチップ型装置を回路基板上に配設し、クリーム半田な
どの導電性接着剤を用いてチップ型装置を基板上に固着
する。

【０００３】従来の代表的なチップ型装置の形態を図４
に示す。平面視長矩形状をしたチップ基板１の上面長手
方向両端部にはそれぞれ端子電極２，２’が形成されて
いる。そして基板１の表面には、端子電極２に導通する
第１の導電パターン３が端子電極２と一体に形成され、
同様に端子電極２’に導通する第２の導電パターン４が
端子電極２’と一体に形成されている。第１の導電パタ
ーン３には半導体素子（この図ではＬＥＤ素子）５が導
電性接着剤で固着され、また第２の導電パターン４には
ワイヤボンディング部（不図示）が形成され、半導体素
子５の上面電極（不図示）とボンディングワイヤ７によ
って結線されている。そして、半導体素子５およびボン
ディングワイヤ７、第１及び第２の導電パターン３，４
を覆うように封止用樹脂（この図では透明または半透明
の樹脂）からなる封止体６が形成されている。

【０００４】このような従来のチップ型装置は、例えば
次のようにして製造されていた。まず、ガラスエポキシ
等からなるチップ基板１の表面に、Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｕな
どの導電膜を印刷や蒸着などにより形成し、不要部分を
エッチングなどにより除去して電極被膜２，２’および
導電パターン３，４となる部分を形成する。次に図５に
示すように複数本のスリット１０１をチップ基板１に設
けて複数本の桟１０２を形成する。このときこの桟１０
２の両側縁部には、端子電極の一部となる電極被膜２，
２’が相互対向状に形成され、第１電極被膜２から桟１
０２の幅方向に延びる複数の第１の導電パターン３は等
間隔に形成されるとともに、第２の電極被膜２’から桟
１０２の幅方向に延びる複数の第２の導電パターン４も
等間隔に形成される。そしてスリット１０１の内周面に
は電極被膜（不図示）が形成され、さらにチップ基板の
裏側、すなわち各桟１０２の裏側には三次電極（不図
示）が形成されて端子電極が最終的に形成される。

【０００５】上記のようなチップ基板に対し、各桟１０
２の第１の電極被膜２に導通する第１の導電パターン３
上には、それぞれ半導体素子（この図ではＬＥＤチッ
プ）５がボンディングされる。そうして、各半導体素子
５の上面パッド（不図示）と第２の導電パターン４との
間は、ボンディングワイヤによって結線される。各桟１
０２にその長手方向に並ぶ各チップボンディング部の全
てに半導体素子５をボンディングし、かつ所定のワイヤ
ボンディングがなされると、各桟１０２の上面をその長
手方向に一連に覆う封止体６が、たとえばトランスファ
モールド法によって形成される。

【０００６】封止用樹脂による封止は例えば次のように
して行われる。図５の桟１０２の長手方向の断面図（Ａ
−Ａ線断面図）を図６に示す。図６（ａ）〜（ｃ）に示
すように、まず桟１０２の長手方向上面を、半導体素子
５の上面に固着されたボンディングワイヤを完全に覆う
程度の深さの溝が桟１０２の長手方向に形成された樹脂
型１０３で覆い、当該桟１０２と樹脂型１０３とで密閉
空間（キャビティ）を作る。そこへエポキシ樹脂などの
封止用樹脂を圧入して所定温度で硬化させて封止体６を
形成する（図６（ｃ））。封止体６を形成した後の桟１
０２の斜視図を図７に示す。そして図６（ｃ）および図
７の破線で示すように一定長さごとに桟１０２をダイシ
ングなどで切断して、図４に示した従来のチップ型装置
を製造していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の製造方法に
よれば、半導体素子およびボンディングワイヤ、ボンデ
ィング部などに封止体が密着する。半導体素子の発光な
どで熱が発生すると封止体に熱膨張・熱収縮が起こり封
止体内に応力が発生する。この応力により半導体素子に
亀裂が生じたり、ボンディングワイヤが切断したり、あ
るいは半導体素子やボンディングワイヤが電極から剥離
し接続不良となる問題があった。

【０００８】本発明はこのような従来の問題に鑑みてな
されたものであり、封止体の熱膨張・熱収縮により生じ
る封止体内の応力によって半導体素子などの劣化が生じ
ないチップ型半導体装置を提供することをその目的とす
るものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、両端に
端子電極を備えたチップ基板の表面に、該端子電極に導
通する導電パターンを形成し、該導電パターン上に半導
体素子を固着し、該半導体素子を含めたチップ基板表面
の少なくとも一部を封止用樹脂で封止したチップ型半導
体装置において、前記封止用樹脂により形成された封止
体に内部空間を形成し、少なくとも前記半導体素子を前
記封止体に接触しないように当該内部空間内に配置する
ことを特徴とするチップ型半導体装置が提供される。

【００１０】このとき前記内部空間内の水分による半導
体素子の劣化を防止する観点から、内部空間内を窒素雰
囲気とするのが望ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明者は、チップ型半導体装置
において封止体の熱膨張・熱収縮により生じる封止体内
の応力によって半導体素子などの劣化が生じないように
することを目的に鋭意検討した結果、半導体素子を封止
体に接触しないにすれば封止体内の応力が半導体素子に
及ぶことはないという一見単純ではあるが、本発明者ら
が知りうる限り従来にはなかった発想に基づき開発を進
め本発明をなすに至った。

【００１２】すなわち本発明のチップ型装置の大きな特
徴は、封止体に内部空間を形成し、半導体素子などの前
記応力による劣化を回避したい部材および部分を前記内
部空間に配置する点にある。

【００１３】本発明のチップ型半導体装置の一実施態様
を図１に示す。図１はチップ型装置の断面図である。な
お図４のチップ型半導体装置と同じ部材および部分は同
一の符号とする。チップ基板１の両端に端子電極２，
２’が形成され、この端子電極２，２’に導通するよう
に第１の導電パターン３と第２の導電パターン４がそれ
ぞれチップ基板１の表面に形成されている。第１の導電
パターン３の上には半導体素子（この図ではＬＥＤ素
子）５が導電性接着剤で固着され、また第２の導電パタ
ーン４にはワイヤボンディング部（不図示）が形成さ
れ、半導体素子５の上面電極（不図示）とワイヤボンデ
ィング部とがボンディングワイヤ７によって結線されて
いる。そして、半導体素子５およびボンディングワイヤ
７、ワイヤボンディング部は封止体６に形成された内部
空間６１に配置されている。このような構成によれば、
半導体素子５およびボンディングワイヤ７、ワイヤボン
ディング部は封止体６に接触しないので、半導体素子５
などが封止体６の応力の影響を受けることはない。

【００１４】前記内部空間の雰囲気は空気でもよいが、
半導体素子が内部空間内の空気中の水分を吸収して腐食
したり、半導体素子の正・負電極が酸化したりすること
があるので、内部空間は窒素雰囲気とするのが好まし
い。なお内部空間を窒素雰囲気とする方法については、
本発明のチップ型装置の製造方法の説明のところで合わ
せて説明する。

【００１５】本発明で使用する封止体の形状としては、
半導体素子やボンディングワイヤなどを収容できる内部
空間を有し、かつこれらを外界から遮蔽できるものであ
れば特に限定はなく、チップ型装置の用途や機能、生産
効率などから適宜決定すればよい。図２に封止体の他の
形状を示す。図２（ａ）は、側面部を斜面として封止体
の容積を小さくしチップ型装置の小型・軽量化を図った
ものである。図２（ｂ）は、上方向に光を集めるレンズ
作用を封止体で行わせるものである。

【００１６】封止体の内部空間の形状としては、半導体
素子やボンディングワイヤなど封止体からの応力を受け
たくない部材および部分が封止体に接触しない形状で有
れば特に限定はなく、半導体素子の形状や配設位置、ボ
ンディングワイヤの高さなどを考慮し適宜決定すればよ
い。

【００１７】本発明で使用する封止用樹脂としては特に
限定はなく、例えばエポキシ樹脂や不飽和ポリエステル
樹脂、シリコーン樹脂、ユリア・メラミン樹脂などが挙
げられ、この中でも半導体素子としてＬＥＤ素子を使用
する場合には、透光性などの点からエポキシ樹脂がより
好適に使用できる。エポキシ樹脂としては、一分子中に
２個以上のエポキシ基を有するものでエポキシ樹脂成形
材料として使用されるものであれば制限はなく、フェノ
ールノボラック型エポキシ樹脂、オルクレゾールノボラ
ック型エポキシ樹脂を代表するフェノール類とアルデヒ
ド類のノボラック樹脂をエポキシ化したもの、ビスフェ
ノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ、水添
ビスフェノールＡなどのジグリシジルエーテル、フタル
酸、ダイマー酸などの多塩基酸とエピクロルヒドリンの
反応により得られるジグリシジルエステル型エポキシ樹
脂、ジアミノジフェニルメタン、イソシアヌル酸などの
ポリアミンとエピクロルヒドリンの反応により得られる
グリシジルアミン型エポキシ樹脂、オレフィン結合を過
酢酸などの過酸により、酸化して得られる綿状脂肪族エ
ポキシ樹脂、および脂環族エポキシ樹脂などを挙げるこ
とができ、これらを単独であるいは２以上の混合物とし
て使用することができる。これらのエポキシ樹脂は十分
に精製されたもので、常温で液状であっても固形であっ
てもよいが、液化時の外観ができる限り透明なものを使
用するのが好ましい。

【００１８】本発明のチップ型装置の製造方法としては
特に限定はなく、従来公知の方法で製造することができ
るが、生産効率の点からは次のようにして製造するのが
好ましい。図５に示したように、第１導電パターン３上
に半導体素子（この図ではＬＥＤチップ）５をボンディ
ングし、各半導体素子５の上面パッド（不図示）と第２
導電パターン４との間をボンディングワイヤによって結
線する。ここまでは従来の製造方法と同じである。次に
図３に示すように、金型を用いた圧縮成形やトランスフ
ァ成形などを用いて、矩形状の凹部６１が等間隔で形成
された封止体６を予め作製しておき、前記凹部６１に半
導体素子５やボンディングワイヤ７が入るように封止体
６を桟１０２に着接し接着剤などで固定する。そして図
３（ｂ）の破線で示すように一定長さごとに桟１０２を
ダイシングなどで切断すれば、図１に示す本発明のチッ
プ型装置が得られる。なお、封止体６の内部空間６１を
窒素雰囲気とするには、封止体６を桟１０２に着接・固
定する工程を窒素雰囲気下で行えばよい。

【００１９】本発明の半導体素子としては特に限定はな
く、例えば発光素子や受光素子、複合素子など従来公知
の半導体素子を使用することができる。

【００２０】本発明のチップ型装置の回路基板などへの
装着は、例えば回路基板上の配線パターンと当該チップ
型半導体装置の端子電極とを接触するように回路基板上
に配設した後、クリーム半田などの導電性接着剤を端子
電極および配線パターンに塗布し、リフロー炉で加熱し
てクリーム半田を溶融させることにより行われる。

【００２１】

【発明の効果】本発明のチップ型半導体装置では、封止
用樹脂により形成された封止体に内部空間を形成し、少
なくとも半導体素子を封止体に接触しないように当該内
部空間内に配置したので、封止体の熱膨張・熱収縮によ
り生じる封止体内の応力が半導体素子などに直接作用す
ることはなく、当該応力による半導体素子の劣化が有効
に回避できる。このとき前記内部空間内を窒素雰囲気と
すれば、水分による半導体素子の劣化を一層防止でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のチップ型半導体装置の一実施態様を
示す断面図である。

【図２】 封止体の他の形状を示す斜視図である。

【図３】 本発明のチップ型半導体装置の製造工程の一
部を示す断面図である。

【図４】 従来のチップ型半導体装置を示す斜視図であ
る。

【図５】 チップ型半導体装置の製造中間体の平面図で
ある。

【図６】 従来のチップ型半導体装置の製造工程を示す
断面図である。

【図７】 従来のチップ型半導体装置の中間製品の斜視
図である。

【符号の説明】

１ チップ基板 ２，２’ 端子電極 ３ 第１の導電パターン ４ 第２の導電パターン ５ 半導体素子 ６ 封止体 ７ ボンディングワイヤ ６１ 内部空間

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両端に端子電極を備えたチップ基板の表
   面に、該端子電極に導通する導電パターンを形成し、該
   導電パターン上に半導体素子を固着し、該半導体素子を
   含めたチップ基板表面の少なくとも一部を封止用樹脂で
   封止したチップ型半導体装置において、 前記封止用樹脂により形成された封止体に内部空間を形
   成し、少なくとも前記半導体素子を前記封止体に接触し
   ないように当該内部空間内に配置することを特徴とする
   チップ型半導体装置。
2. 【請求項２】 前記内部空間内を窒素雰囲気とした請求
   項１記載のチップ型半導体装置。