半導体装置
【課題】ベアチップを搭載した小型パッケージに加わる熱応力を低減する。
【解決手段】外部接続端子１３が形成された第１の面１２ａと、第１の面に対向する第２の面１２ｂを有する半導体チップ１２と、半導体チップ１２を凹部に収容するキャップ１１と、半導体チップ１２の第２の面と、前記キャップの凹部の底部１１ａを接合する接合部材１５とを有し、半導体チップ１２の第２の面と、前記キャップの凹部の底部とは、前記第２の面の外周辺部を除く中央領域において、前記接合部材により接合されている半導体装置である。半導体チップ１２全面とキャップが接合しないことにより、キャップからの熱応力の影響を低減させることができる。
【解決手段】外部接続端子１３が形成された第１の面１２ａと、第１の面に対向する第２の面１２ｂを有する半導体チップ１２と、半導体チップ１２を凹部に収容するキャップ１１と、半導体チップ１２の第２の面と、前記キャップの凹部の底部１１ａを接合する接合部材１５とを有し、半導体チップ１２の第２の面と、前記キャップの凹部の底部とは、前記第２の面の外周辺部を除く中央領域において、前記接合部材により接合されている半導体装置である。半導体チップ１２全面とキャップが接合しないことにより、キャップからの熱応力の影響を低減させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベアチップのパッケージング技術に関し、特にＭＯＳＦＥＴが形成されたベアチップを搭載する小型パッケージに加わる熱応力を低減する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の高性能化、高機能化、及び小型化に伴い、これを支えるキーデバイスである半導体集積回路の高密度実装技術の重要性が高まっている。半導体集積回路の高密度実装に対応する実装形態としては、チップサイズパッケージ（以下、ＣＳＰ：chip size packageと称す）技術が開発されている。ＣＳＰとは、半導体集積回路が形成されるベアチップ（以下、半導体チップと称す）と同程度の大きさのパッケージのことであり、ＣＳＰ技術とは、ＣＳＰに半導体チップを収容する技術のことを示している。
【０００３】
ＣＳＰの一例として、インターナショナル・レクティファイヤー社が開発したＤｉｒｅｃｔＦＥＴが特許文献１に開示されている。ＤｉｒｅｃｔＦＥＴは、パワーＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field effect transistor）のパッケージを小型化すると共に、実装性、及び放熱性を向上させることに特徴を有している。以下に、ＤｉｒｅｃｔＦＥＴについて詳述する。
【０００４】
図９は、ＤｉｒｅｃｔＦＥＴの断面図を示したものである。図９では、半導体チップ３２と金属製キャップ３１は、導電性樹脂３４で接合されている。金属製キャップ３１は、半導体チップ３２の寸法よりわずかに大きい逆凹状の形状を有している。半導体チップ回路面３２ａには、ソース電極、及びゲート電極と接続する外部接続端子３３が形成され、半導体チップ裏面３２ｂには、ドレイン電極が形成されている。金属製キャップ３１と半導体チップ３２のドレイン電極は、導電性樹脂３４によって同電位となっている。また、外部接続端子３３と金属製キャップ縁面３１ａは、同一面上に配置されるよう形成されている。従って、金属製キャップ縁面３１ａを介して、ドレイン電極と、半導体チップ回路面３２ａに形成されたソース電極、及びゲート電極は、同一平面上に形成されることとなる。即ち、半導体チップ３２のソース、ドレイン、及びゲート端子は、プリント基板上の電極パッドに、同時にリフローはんだ付けすることができるため、実装性が向上する。また、ＤｉｒｅｃｔＦＥＴ３０の半導体チップ３２の両面は、プリント基板（不図示）と金属製キャップ３１とに接合されるため、両者が放熱板となり、放熱性が向上する。
【０００５】
なお、放熱性を向上させることに特徴を有すＣＳＰは、特許文献２にも開示されている。特許文献２は、ナショナル・セミコンダクター社が開発したＣＳＰに関するものであり、半導体チップを導電性のキャップに接合することで、放熱性が向上する構成である。
【特許文献１】特表２００４−５００７２０号公報（ＵＳ６６２４５２２）
【特許文献２】ＵＳ５７８９８０９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、パワーＭＯＳＦＥＴのように発熱する部品の実装においては、熱膨張、及び熱収縮によるストレスが、半導体チップに大きな影響を及ぼす。ここで、一般的な半導体チップ材料であるシリコンの線膨張係数は３ｐｐｍ／℃、金属製キャップ材料として用いられる銅の線膨張係数は１７ｐｐｍ／℃、プリント基板材料であるガラスエポキシの線膨張係数は２０ｐｐｍ／℃、鉛フリーはんだの線膨張係数は２２ｐｐｍ／℃、導電性樹脂材料として用いられるエポキシ樹脂の線膨張係数は２０ｐｐｍ／℃である。以上のような構成では、半導体チップと金属製キャップとを接合する導電性樹脂、及び半導体チップとプリント基板とを接合するはんだ、との間の線膨張係数に大きな差が生じる。
【０００７】
例えば、半導体チップが搭載された電子機器に、電源のＯＮ／ＯＦＦや周囲の温度変化等による温度サイクルストレスが印加された場合、半導体チップを含めた材料が熱膨張、及び熱収縮を繰り返すこととなる。この時、線膨張係数に差のある材料が接合する箇所には、大きな熱応力が加わる。従って、温度サイクルストレスが繰り返し印加され、これら接合部分の強度が劣化して熱応力より弱くなった時、接合部分に亀裂が入る。その結果、半導体チップと電子機器が接続不良となり、故障する。
【０００８】
発明者らは、上述した構成に加わる熱応力を解析ツール等によって解析した。その結果、半導体チップと金属性キャップとの接合材料との間においては、半導体チップ外周、及び四隅近傍にかかる熱応力が大きいことが判明した。即ち、半導体チップ外周、及び四隅近傍に発生する接続不良によって、電子機器の寿命が左右されることとなる。従って、製品の長期信頼性を確保するためには、上述した熱応力を低減する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、外部接続端子が形成された第１の面と、第１の面に対向する第２の面を有する半導体チップと、前記半導体チップを凹部に収容するキャップと、前記半導体チップの第２の面と、前記キャップの凹部の底部を接合する接合部材とを有し、前記半導体チップの第２の面と、前記キャップの凹部の底部とは、前記第２の面の外周辺部を除く中央領域において、前記接合部材により接合されている半導体装置である。
【００１０】
また、外部接続端子が形成された第１の面と、第１の面に対向する第２の面を有する半導体チップと、前記半導体チップを凹部に収容するキャップと、前記半導体チップの第２の面と、前記キャップの凹部の底部を接合する接合部材とを有し、前記半導体チップの第２の面と、前記キャップの凹部の底部とは、前記第２の面の角隅部を除く中央領域において、前記接合部材により接合されている半導体装置である。
【００１１】
また、外部接続端子が形成された第１の面と、第１の面に対向する第２の面を有する半導体チップと、前記半導体チップを凹部に収容するキャップと、前記半導体チップの第２の面と、前記キャップの凹部の底部を接合する接合部材とを有し、前記半導体チップの第２の面と、前記キャップの凹部の底部とは、前記第２の面の内側に形成される略円形領域において、前記接合部材により接合されている半導体装置である。
【００１２】
半導体チップ全面とキャップが接合しないことにより、キャップからの熱応力の影響を低減させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のような構成により、ベアチップを搭載した小型パッケージに加わる熱応力を低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
発明の実施の形態１．
以下に、本発明の好ましい実施の形態を説明する。説明の明確化のため、以下の記載、及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略されている。
【００１５】
図面を参照し、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本実施形態に係る半導体装置１０の平面図、及びＸ−Ｙ方向における断面図である。図１に示すように、半導体装置１０は、例えば金属より構成される導電性キャップ１１、及び半導体チップ１２とで構成される。半導体チップ回路面１２ａには、外部接続端子１３が形成され、半導体チップ裏面１２ｂには、導電性のメタライズ１４が施されている。また、導電性キャップ底部１１ａと、半導体チップ裏面１２ｂは、はんだ１５によって電気的に接続されている。
【００１６】
本実施形態において、半導体チップ１２はＭＯＳＦＥＴが形成されたベアチップを対象としている。ベアチップは、シリコン基材にＭＯＳＦＥＴ素子が形成されたウェハから、数ｍｍ□程度に個片化される。個片化されたベアチップは、チップ寸法よりわずかに大きい導電性キャップ１１に接合することで、ベアチップサイズに近いＣＳＰとなり、取り扱い性が向上する。その結果、実装密度を低くすることなく、容易に実装することができる。
【００１７】
導電性キャップ１１は、例えば、銅、アルミ、及びコバール等の金属から構成されており、表面にニッケル、はんだ、及び金等のめっきが施されている。また、カーボン等の導電性フィラーが混入された導電性樹脂によって構成されていてもよい。
【００１８】
半導体チップ回路面１２ａの外部接続端子１３は、例えば、半導体チップ１２に形成されるＭＯＳＦＥＴのソース電極、及びゲート電極と接続されている。また、はんだボールによってＢＧＡ（ball grid array）が形成され、プリント配線基板等に配設された電極パッドと接続することにより、高密度配線を実現できる構成となっている。なお、はんだボール材料としては、フラックスレスはんだ、及び鉛フリーはんだの使用が好適である。また、はんだに限らず、金バンプを用いたり、更にはＡＣＦ（anisotropic conductive film）を併用する等、フリップチップ接続に対応する構成を用いることも可能である。
【００１９】
半導体チップ裏面１２ｂのメタライズ１４は、半導体チップ１２に形成された回路と導電性キャップ１１との間の導電性を確保するために形成される。即ち、メタライズされた部分は、半導体チップ１２に形成された電気回路と導電性キャップ１１との間を接続するための電極となる。好適な例としては、半導体チップ１２に形成されたＭＯＳＦＥＴのドレインコンタクトとして用いられる。即ち、導電性キャップ１１は、外部接続端子としての機能をも有する。
【００２０】
また、上記メタライズ１４は、半導体チップ１２で発生した熱を導電性キャップ１１へ放熱するために形成されることも可能である。この場合、半導体チップ１２に形成された電気回路とメタライズ１４部とは、電気的に接続していなくてもよい。以上のように、導電性キャップ１１と半導体チップ１２との接合は、機械的に固定する目的を有するとともに、電気的な接続、及び放熱の目的をも有している。
【００２１】
本実施形態においては、メタライズ１４は、半導体チップ裏面１２ｂの中央部を中心に、ほぼ内接する略円形状に形成されている。半導体チップ１２と導電性キャップ１１とのはんだ接合が可能な部分は、はんだ合金が形成されるメタライズ１４部のみである。従って、半導体チップ１２と導電性キャップ１１との接合部分は、略円形状になる。なお、略円形状のメタライズ１４部の外側は、メタライズされておらず、チップ材料が露出する状態となっている。従って、半導体チップ裏面１２ｂの四隅、及び周辺部は、はんだ１５がなじまず接合できないため、半導体チップ１２と導電性キャップ１１との間にはんだ厚み分の間隔が生じる。
【００２２】
ここで、半導体装置１０に電源のＯＮ／ＯＦＦや周囲の温度変化等による温度サイクルストレスが印加されたときに生じる熱応力の度合いについて説明する。図２は、本実施形態に係る半導体装置１０に生じる熱応力の度合いを示した平面図である。矢印は、半導体装置１０に生じる熱応力の大きさを示したものであり、中心部から周辺に離れるにつれて、熱応力の度合いは大きくなる。
【００２３】
材料は加熱すれば膨張し、冷却すれば収縮する。このような材料の変形を拘束して熱変化を与えると、本来発生するはずの変形量が拘束されるため、熱変形によるひずみが発生する。ここで、熱変化による膨張の度合いを示す係数を線膨張係数αとすれば、材料の原寸法Ｓ、温度差ΔＴにおける変形量（ひずみ量）λは、λ＝α×Ｓ×ΔＴとなる。つまり、ひずみ量は材料の原寸法Ｓに対して比例する。従って、半導体チップの中心から離れた四隅や、周辺部のひずみ量が大きくなるため、熱応力の度合いも大きくなる。
【００２４】
本実施形態では、図２の点線に示される略円形領域が、半導体チップ１２と導電性キャップ１１とのはんだ接合領域である。接合領域が略円形状であるため、半導体チップ１２の四隅や外周部分にはんだが到達することなく、大きなひずみが発生しなくなる。なお、上記接合領域の形状は、望ましくは略円形状であるが、楕円形状であったり、角のない多角形状であることも可能である。また、略円形状の接合領域が、半導体チップ裏面１２ｂ内に一箇所だけでなく、複数形成されることも可能である。
【００２５】
半導体チップ１２とはんだ１５との接合部に生じる熱応力は、接合領域が少なくなるほど緩和されるが、半導体チップ１２と導電性キャップ１１との接合強度や、電気接続性、及び放熱性を確保するためには、ある程度の接合領域が必要である。従って、半導体チップ裏面１２ｂ面積に対する接合領域の占める割合は、可能な限り大きいことが好ましく、少なくとも５０％以上であることが適当である。更には、７０％以上となることが好適である。
【００２６】
次に、図３を用いて、実施の形態１に係る別の構成例について説明する。図３では、導電性キャップ１１と、半導体チップ裏面１２ｂを、導電性接着剤１６によって接合する。その他の構成は、図１と同じであるため、説明を省略する。導電性接着剤１６は、接着作用のある樹脂に、導電性のある微粒子（導電性フィラー）を混合したものであり、電気を通す性質と物質同士を接着する性質を併せ持つ。
【００２７】
導電性接着剤１６に使用される接着用樹脂としては、エポキシ系樹脂を使用することが多いが、シリコン系、ポリイミド系、アクリル系、及びポリウレタン系等を用いることができる。また、導電性フィラーとしては、銀を組み合わせることが多いが、カーボン、銅等を用いることもできる。一般的に、導電性接着剤１６は、はんだ１５よりも弾性係数が高く、伸縮性に優れている。また、導電性フィラーが混合されているため、熱伝導性に優れている。
【００２８】
また、図４は、実施の形態１に係る更に別の構成例を示した断面図である。図４では、導電性キャップ１１と、半導体チップ裏面１２ｂを、熱伝導性接着剤１７によって接合する。その他の構成は、図１と同じであるため、説明を省略する。熱伝導性接着剤１７は、接着作用のある樹脂に、熱伝導性のある微粒子（熱伝導フィラー）を混合したものであり、絶縁状態において、熱を伝達する性質と物質同士を接着する性質を併せ持つ。
【００２９】
熱伝導性接着剤１７に使用される接着用樹脂としては、エポキシ系樹脂を使用することが多いが、シリコン系、ポリイミド系、アクリル系、及びポリウレタン系等を用いることができる。また、熱伝導性フィラーとしては、シリカを組み合わせることが多いが、アルミナ、窒化アルミ等を用いることもできる。
【００３０】
本例は、特に半導体チップ１２と導電性キャップ１１との絶縁を要する場合に用いることが好ましい。従って、本例における導電性キャップ１１は、外部接続端子としてではなく、ヒートシンクとして使用される。なお、熱伝導性接着剤１７は、導電性接着剤１６と同様に、はんだ１５よりも弾性係数が高く、伸縮性に優れている。また、熱伝導フィラーが混合されているため、熱伝導性に優れている。
【００３１】
また、図５は、実施の形態１に係る更に別の構成例を示した断面図である。本例は、特に半導体装置１０を実装するプリント基板の電極パッドがアレイ状に形成されていない場合に用いることができる。半導体チップの回路面に形成された外部接続端子１３は、半導体装置１０を接続するプリント基板のフットプリントやパッド等と対応するパターン形状を備えている。その他の構成は、図１と同じであるが、半導体チップ１２と導電性キャップ１１との接合材料については、はんだ１５に代えて導電性接着剤１６、及び熱伝導性接着剤１７を用いることも可能である。
【００３２】
また、図６は、実施の形態１に係る更に別の構成例を示した平面図、及び断面図である。本例は、特に半導体チップ裏面１２ｂのメタライズ１４が、はんだ接合領域の形状である略円形に形成されていない場合に用いることができる。本例では、半導体チップ裏面１２ｂ上の導電性キャップ１１との接合領域以外の部分に、予め絶縁性樹脂１８が塗布されている。接合順序としては、始めに、半導体チップ裏面１２ｂに形成される略円形状の接合領域の外側に絶縁性樹脂１８を塗布する。絶縁性樹脂１８が乾燥した後、半導体チップ１２と導電性キャップ１１との接合領域にはんだ接合する。
【００３３】
例えば、図６に示すように半導体チップ裏面１２ｂ全体にメタライズ１４が施されている場合、半導体チップ裏面１２ｂに形成される略円形状の接合領域のみへのはんだ付けは、はんだ１５が流れてしまうため困難を要す。従って、上述したように、予め接合領域外側に絶縁性樹脂１８を塗布することにより、はんだ１５が接合領域から外側にはみ出すことを防ぐことができる。
【００３４】
本例に使用する絶縁性樹脂１８は、ポリイミド系樹脂を使用することが好適であるが、他にもシリコン系、エポキシ系、及びポリウレタン系材料等でもよい。なお、半導体チップ１２と導電性キャップ１１との接合材料については、はんだ１５に代えて導電性接着剤１６、及び熱伝導性接着剤１７を用いることも可能である。この場合、絶縁性樹脂１８による段差によって、導電性接着剤１６、及び熱伝導性接着剤１７のはみ出しを抑制する効果がある。また、半導体チップ１２の外部接続端子１３は、アレイ状に形成されるだけでなく、外部接続端子１３を接続するプリント基板のパターンに対応する形状としてよい。
【００３５】
また、図７は、実施の形態１に係る更に別の構成例を示した平面図、及び断面図である。本例では、導電性キャップ１１裏面の、半導体チップ１２との接合領域以外の部分に、絶縁処理１９を施すものである。絶縁処理１９としては、酸化皮膜処理を施す方法や、ソルダーレジスト等の絶縁性樹脂を塗布することが可能である。
【００３６】
例えば、図７に示すように、半導体チップ裏面１２ｂ全体にメタライズ１４が施されている場合、半導体チップ裏面１２ｂに形成される略円形状の接合領域のみへのはんだ付けは、はんだ１５が流れてしまうため困難を要す。従って、導電性キャップ１１側の接合領域外側にあたる領域に絶縁処理１９を施すことにより、半導体チップ裏面１２ｂの接合領域から外側に、はんだ１５がはみ出すことを防ぐものである。
【００３７】
なお、半導体チップ１２と導電性キャップ１１との接合材料については、はんだ１５に代えて導電性接着剤１６、及び熱伝導性接着剤１７を用いることも可能である。この場合、酸化皮膜処理による面状態の違い、或いはソルダーレジストによる段差によって、導電性接着剤１６、及び熱伝導性接着剤１７のはみ出しを抑制する効果がある。また、半導体チップ１２の外部接続端子１３は、アレイ状に形成されるだけでなく、外部接続端子１３を接続するプリント基板のパターンに対応する形状としてよい。
【００３８】
発明の実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図８は、実施の形態２に係る半導体装置２０の平面図、及びＸ−Ｙ方向における断面図である。図８に示すように、半導体装置２０は、導電性キャップ２１、半導体チップ２２とで構成される。半導体チップ回路面２２ａには、外部接続端子２３が形成され、半導体チップ裏面２２ｂには、導電性のメタライズ２４が施されている。また、導電性キャップ底部２１ａと半導体チップ裏面２２ｂは、はんだ２５によって電気的に接続されている。
【００３９】
本実施形態において、導電性キャップ２１と半導体チップ２２との接合部分は、半導体チップ裏面２２ｂの中央部を中心にほぼ内接する略円形領域である。図８の平面図において、略円形点線部に示される領域である。そして、本実施形態における導電性キャップ２１は、半導体チップ２２との接合領域に相当する部分が、接合領域の外側の部分に対し、凸状に形成される。即ち、半導体チップ２２との接合領域と、その外側の領域には、段差が設けられている。
【００４０】
従って、導電性キャップ２１と半導体チップ２２とは、凸状の接合領域ではんだ付けされる。この時、半導体チップ裏面２２ｂ全域にメタライズされていたとしても、導電性キャップ２１に形成された段差によって、はんだ２５は接合領域の外側に流れることはない。なお、図８では、導電性キャップ２１の内側にある接合領域と、それに対応する外側部分に略円形の段差が形成されているが、外側部分については段差がなくてもよい。
【００４１】
なお、導電性キャップ２１と半導体チップ２２との凸状接合領域の形状は、望ましくは略円形状であるが、楕円形状や、角のない多角形状であることも可能である。また、半導体チップ２２と導電性キャップ２１との接合材料については、導電性接着剤、及び熱伝導性接着剤を用いることも可能である。また、半導体チップ２２の外部接続端子２３は、アレイ状に形成されるだけでなく、外部接続端子２３を接続するプリント基板のパターンに対応する形状としてよい。
【００４２】
以上のように、半導体チップと導電性キャップとの接合領域を、半導体チップにほぼ内接する略円形領域、或いは半導体チップの四隅、及び外周辺部を除く中央領域とすることによって、半導体チップと導電性キャップとの接合部に加わる熱応力を緩和することができる。上記構成による半導体装置に係る熱応力を発明者らが解析したところ、従来のように接合領域を半導体チップ全面とした場合より、約３０％低減されることが判明した。即ち、半導体チップと導電性キャップとの接合部において、温度サイクルストレスによる信頼性の向上が可能となる。
【００４３】
また、半導体チップと導電性キャップとの接合において、弾性係数が高く伸縮性に優れた導電性接着剤を用いることにより、更に、温度サイクルストレスによる熱応力を緩和することが可能となる。なお、導電性接着剤は、熱伝導性にも優れるため、半導体チップで消費される電力に伴う発熱を、導電性キャップに放熱することに問題はない。
【００４４】
また、半導体チップと導電性キャップとの接合において、弾性係数が高く伸縮性に優れた熱伝導性接着剤を用いることにより、更に、温度サイクルストレスによる熱応力を緩和することが可能となる。なお、熱伝導性接着剤は、熱伝導性にも優れることはもちろんであるため、半導体チップで消費される電力に伴う発熱を、導電性キャップに放熱することに問題はない。
【００４５】
また、半導体チップの外部接続端子において、半導体装置が接続するプリント基板のフットプリントやパッド等と対応するパターンを形成することにより、アレイ状に形成されたパターン以外への接続も可能となる。
【００４６】
また、半導体チップ裏面に略円形のメタライズが形成されていない場合においても、半導体チップ裏面の導電性キャップとの接合領域外側に、絶縁性樹脂のレジストを形成することで、導電性キャップと半導体チップとの接合領域を略円形とすることが可能となる。従って、半導体チップ四隅、及び周辺部に接合材料が延在せず、半導体チップとはんだ接合部との熱応力が緩和される。
【００４７】
同様に、導電性キャップ底部の半導体チップ接合領域外側に、絶縁処理を施すことによって、導電性キャップと半導体チップとの接合領域を略円形とすることが可能となる。従って、半導体チップ四隅、及び周辺部に接合材料が延在せず、半導体チップとはんだ接合部との熱応力が緩和される。
【００４８】
同様に、導電性キャップ側の半導体チップ接合領域に、略円形状の段差を設けることにより、導電性キャップと半導体チップとの接合領域を略円形とすることが可能となる。従って、半導体チップ四隅、及び周辺部に接合材料が延在せず、半導体チップとはんだ接合部との熱応力が緩和される。
【００４９】
本発明に係る半導体装置がプリント基板等のマザーボードに接続された場合、半導体チップと導電性キャップとの接合部、及び半導体チップとプリント基板との接続部に大きな熱応力が発生する。以上のような構成において、半導体チップと導電性キャップとの接合部における熱応力が緩和されることにより、従来構造より半導体装置に加わる熱応力を低減することができ、製品の長期信頼性を確保することが可能となる。
【００５０】
なお、本発明は上記に示す実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲において、上記実施形態の各要素を、当業者であれば容易に考えうる内容に変更、追加、変換することが可能である。例えば、導電性キャップ内部を、熱伝導性樹脂において充填することも可能である。また、半導体チップは、ＭＯＳＦＥＴ素子が形成されたものに限らず、半導体集積回路が形成された場合も同様である。更に、半導体チップだけでなく、壊れやすいセラミック材料によって形成されたチップ等に用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施の形態１に係る半導体装置の平面図及びＸ−Ｙ方向における断面図を示す。
【図２】実施の形態１に係る半導体装置に生じる熱応力の度合いを示した平面図である。
【図３】実施の形態１に係る別の構成例を示した断面図である。
【図４】実施の形態１に係る別の構成例を示した断面図である。
【図５】実施の形態１に係る別の構成例を示した断面図である。
【図６】実施の形態１に係る別の構成例を示した平面図及びＸ−Ｙ方向における断面図である。
【図７】実施の形態１に係る別の構成例を示した平面図及びＸ−Ｙ方向における断面図である。
【図８】実施の形態２に係る半導体装置の平面図及びＸ−Ｙ方向における断面図を示す。
【図９】従来の半導体装置を示した断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０ 半導体装置、
１１ 導電性キャップ、 １１ａ 導電性キャップ底部、
１２ 半導体チップ、 １２ａ 半導体チップ回路面、
１２ｂ 半導体チップ裏面、 １３ 外部接続端子、
１４ メタライズ、 １５ はんだ、 １６ 導電性接着剤、
１７ 熱伝導性接着剤、 １８ 絶縁性樹脂、 １９ 絶縁処理、
２０ 半導体装置
２１ 導電性キャップ、 ２１ａ 導電性キャップ底部、
２２ 半導体チップ、 ２２ａ 半導体チップ回路面、
２２ｂ 半導体チップ裏面、 ２３ 外部接続端子、
２４ メタライズ、 ２５ はんだ、
３０ ＤｉｒｅｃｔＦＥＴ、
３１ 金属製キャップ、 ３１ａ 金属製キャップ縁面、
３２ 半導体チップ、 ３２ａ 半導体チップ回路面、
３２ｂ 半導体チップ裏面、 ３３ 外部接続端子、 ３４ 導電性樹脂
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベアチップのパッケージング技術に関し、特にＭＯＳＦＥＴが形成されたベアチップを搭載する小型パッケージに加わる熱応力を低減する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の高性能化、高機能化、及び小型化に伴い、これを支えるキーデバイスである半導体集積回路の高密度実装技術の重要性が高まっている。半導体集積回路の高密度実装に対応する実装形態としては、チップサイズパッケージ（以下、ＣＳＰ：chip size packageと称す）技術が開発されている。ＣＳＰとは、半導体集積回路が形成されるベアチップ（以下、半導体チップと称す）と同程度の大きさのパッケージのことであり、ＣＳＰ技術とは、ＣＳＰに半導体チップを収容する技術のことを示している。
【０００３】
ＣＳＰの一例として、インターナショナル・レクティファイヤー社が開発したＤｉｒｅｃｔＦＥＴが特許文献１に開示されている。ＤｉｒｅｃｔＦＥＴは、パワーＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field effect transistor）のパッケージを小型化すると共に、実装性、及び放熱性を向上させることに特徴を有している。以下に、ＤｉｒｅｃｔＦＥＴについて詳述する。
【０００４】
図９は、ＤｉｒｅｃｔＦＥＴの断面図を示したものである。図９では、半導体チップ３２と金属製キャップ３１は、導電性樹脂３４で接合されている。金属製キャップ３１は、半導体チップ３２の寸法よりわずかに大きい逆凹状の形状を有している。半導体チップ回路面３２ａには、ソース電極、及びゲート電極と接続する外部接続端子３３が形成され、半導体チップ裏面３２ｂには、ドレイン電極が形成されている。金属製キャップ３１と半導体チップ３２のドレイン電極は、導電性樹脂３４によって同電位となっている。また、外部接続端子３３と金属製キャップ縁面３１ａは、同一面上に配置されるよう形成されている。従って、金属製キャップ縁面３１ａを介して、ドレイン電極と、半導体チップ回路面３２ａに形成されたソース電極、及びゲート電極は、同一平面上に形成されることとなる。即ち、半導体チップ３２のソース、ドレイン、及びゲート端子は、プリント基板上の電極パッドに、同時にリフローはんだ付けすることができるため、実装性が向上する。また、ＤｉｒｅｃｔＦＥＴ３０の半導体チップ３２の両面は、プリント基板（不図示）と金属製キャップ３１とに接合されるため、両者が放熱板となり、放熱性が向上する。
【０００５】
なお、放熱性を向上させることに特徴を有すＣＳＰは、特許文献２にも開示されている。特許文献２は、ナショナル・セミコンダクター社が開発したＣＳＰに関するものであり、半導体チップを導電性のキャップに接合することで、放熱性が向上する構成である。
【特許文献１】特表２００４−５００７２０号公報（ＵＳ６６２４５２２）
【特許文献２】ＵＳ５７８９８０９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、パワーＭＯＳＦＥＴのように発熱する部品の実装においては、熱膨張、及び熱収縮によるストレスが、半導体チップに大きな影響を及ぼす。ここで、一般的な半導体チップ材料であるシリコンの線膨張係数は３ｐｐｍ／℃、金属製キャップ材料として用いられる銅の線膨張係数は１７ｐｐｍ／℃、プリント基板材料であるガラスエポキシの線膨張係数は２０ｐｐｍ／℃、鉛フリーはんだの線膨張係数は２２ｐｐｍ／℃、導電性樹脂材料として用いられるエポキシ樹脂の線膨張係数は２０ｐｐｍ／℃である。以上のような構成では、半導体チップと金属製キャップとを接合する導電性樹脂、及び半導体チップとプリント基板とを接合するはんだ、との間の線膨張係数に大きな差が生じる。
【０００７】
例えば、半導体チップが搭載された電子機器に、電源のＯＮ／ＯＦＦや周囲の温度変化等による温度サイクルストレスが印加された場合、半導体チップを含めた材料が熱膨張、及び熱収縮を繰り返すこととなる。この時、線膨張係数に差のある材料が接合する箇所には、大きな熱応力が加わる。従って、温度サイクルストレスが繰り返し印加され、これら接合部分の強度が劣化して熱応力より弱くなった時、接合部分に亀裂が入る。その結果、半導体チップと電子機器が接続不良となり、故障する。
【０００８】
発明者らは、上述した構成に加わる熱応力を解析ツール等によって解析した。その結果、半導体チップと金属性キャップとの接合材料との間においては、半導体チップ外周、及び四隅近傍にかかる熱応力が大きいことが判明した。即ち、半導体チップ外周、及び四隅近傍に発生する接続不良によって、電子機器の寿命が左右されることとなる。従って、製品の長期信頼性を確保するためには、上述した熱応力を低減する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、外部接続端子が形成された第１の面と、第１の面に対向する第２の面を有する半導体チップと、前記半導体チップを凹部に収容するキャップと、前記半導体チップの第２の面と、前記キャップの凹部の底部を接合する接合部材とを有し、前記半導体チップの第２の面と、前記キャップの凹部の底部とは、前記第２の面の外周辺部を除く中央領域において、前記接合部材により接合されている半導体装置である。
【００１０】
また、外部接続端子が形成された第１の面と、第１の面に対向する第２の面を有する半導体チップと、前記半導体チップを凹部に収容するキャップと、前記半導体チップの第２の面と、前記キャップの凹部の底部を接合する接合部材とを有し、前記半導体チップの第２の面と、前記キャップの凹部の底部とは、前記第２の面の角隅部を除く中央領域において、前記接合部材により接合されている半導体装置である。
【００１１】
また、外部接続端子が形成された第１の面と、第１の面に対向する第２の面を有する半導体チップと、前記半導体チップを凹部に収容するキャップと、前記半導体チップの第２の面と、前記キャップの凹部の底部を接合する接合部材とを有し、前記半導体チップの第２の面と、前記キャップの凹部の底部とは、前記第２の面の内側に形成される略円形領域において、前記接合部材により接合されている半導体装置である。
【００１２】
半導体チップ全面とキャップが接合しないことにより、キャップからの熱応力の影響を低減させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のような構成により、ベアチップを搭載した小型パッケージに加わる熱応力を低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
発明の実施の形態１．
以下に、本発明の好ましい実施の形態を説明する。説明の明確化のため、以下の記載、及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略されている。
【００１５】
図面を参照し、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本実施形態に係る半導体装置１０の平面図、及びＸ−Ｙ方向における断面図である。図１に示すように、半導体装置１０は、例えば金属より構成される導電性キャップ１１、及び半導体チップ１２とで構成される。半導体チップ回路面１２ａには、外部接続端子１３が形成され、半導体チップ裏面１２ｂには、導電性のメタライズ１４が施されている。また、導電性キャップ底部１１ａと、半導体チップ裏面１２ｂは、はんだ１５によって電気的に接続されている。
【００１６】
本実施形態において、半導体チップ１２はＭＯＳＦＥＴが形成されたベアチップを対象としている。ベアチップは、シリコン基材にＭＯＳＦＥＴ素子が形成されたウェハから、数ｍｍ□程度に個片化される。個片化されたベアチップは、チップ寸法よりわずかに大きい導電性キャップ１１に接合することで、ベアチップサイズに近いＣＳＰとなり、取り扱い性が向上する。その結果、実装密度を低くすることなく、容易に実装することができる。
【００１７】
導電性キャップ１１は、例えば、銅、アルミ、及びコバール等の金属から構成されており、表面にニッケル、はんだ、及び金等のめっきが施されている。また、カーボン等の導電性フィラーが混入された導電性樹脂によって構成されていてもよい。
【００１８】
半導体チップ回路面１２ａの外部接続端子１３は、例えば、半導体チップ１２に形成されるＭＯＳＦＥＴのソース電極、及びゲート電極と接続されている。また、はんだボールによってＢＧＡ（ball grid array）が形成され、プリント配線基板等に配設された電極パッドと接続することにより、高密度配線を実現できる構成となっている。なお、はんだボール材料としては、フラックスレスはんだ、及び鉛フリーはんだの使用が好適である。また、はんだに限らず、金バンプを用いたり、更にはＡＣＦ（anisotropic conductive film）を併用する等、フリップチップ接続に対応する構成を用いることも可能である。
【００１９】
半導体チップ裏面１２ｂのメタライズ１４は、半導体チップ１２に形成された回路と導電性キャップ１１との間の導電性を確保するために形成される。即ち、メタライズされた部分は、半導体チップ１２に形成された電気回路と導電性キャップ１１との間を接続するための電極となる。好適な例としては、半導体チップ１２に形成されたＭＯＳＦＥＴのドレインコンタクトとして用いられる。即ち、導電性キャップ１１は、外部接続端子としての機能をも有する。
【００２０】
また、上記メタライズ１４は、半導体チップ１２で発生した熱を導電性キャップ１１へ放熱するために形成されることも可能である。この場合、半導体チップ１２に形成された電気回路とメタライズ１４部とは、電気的に接続していなくてもよい。以上のように、導電性キャップ１１と半導体チップ１２との接合は、機械的に固定する目的を有するとともに、電気的な接続、及び放熱の目的をも有している。
【００２１】
本実施形態においては、メタライズ１４は、半導体チップ裏面１２ｂの中央部を中心に、ほぼ内接する略円形状に形成されている。半導体チップ１２と導電性キャップ１１とのはんだ接合が可能な部分は、はんだ合金が形成されるメタライズ１４部のみである。従って、半導体チップ１２と導電性キャップ１１との接合部分は、略円形状になる。なお、略円形状のメタライズ１４部の外側は、メタライズされておらず、チップ材料が露出する状態となっている。従って、半導体チップ裏面１２ｂの四隅、及び周辺部は、はんだ１５がなじまず接合できないため、半導体チップ１２と導電性キャップ１１との間にはんだ厚み分の間隔が生じる。
【００２２】
ここで、半導体装置１０に電源のＯＮ／ＯＦＦや周囲の温度変化等による温度サイクルストレスが印加されたときに生じる熱応力の度合いについて説明する。図２は、本実施形態に係る半導体装置１０に生じる熱応力の度合いを示した平面図である。矢印は、半導体装置１０に生じる熱応力の大きさを示したものであり、中心部から周辺に離れるにつれて、熱応力の度合いは大きくなる。
【００２３】
材料は加熱すれば膨張し、冷却すれば収縮する。このような材料の変形を拘束して熱変化を与えると、本来発生するはずの変形量が拘束されるため、熱変形によるひずみが発生する。ここで、熱変化による膨張の度合いを示す係数を線膨張係数αとすれば、材料の原寸法Ｓ、温度差ΔＴにおける変形量（ひずみ量）λは、λ＝α×Ｓ×ΔＴとなる。つまり、ひずみ量は材料の原寸法Ｓに対して比例する。従って、半導体チップの中心から離れた四隅や、周辺部のひずみ量が大きくなるため、熱応力の度合いも大きくなる。
【００２４】
本実施形態では、図２の点線に示される略円形領域が、半導体チップ１２と導電性キャップ１１とのはんだ接合領域である。接合領域が略円形状であるため、半導体チップ１２の四隅や外周部分にはんだが到達することなく、大きなひずみが発生しなくなる。なお、上記接合領域の形状は、望ましくは略円形状であるが、楕円形状であったり、角のない多角形状であることも可能である。また、略円形状の接合領域が、半導体チップ裏面１２ｂ内に一箇所だけでなく、複数形成されることも可能である。
【００２５】
半導体チップ１２とはんだ１５との接合部に生じる熱応力は、接合領域が少なくなるほど緩和されるが、半導体チップ１２と導電性キャップ１１との接合強度や、電気接続性、及び放熱性を確保するためには、ある程度の接合領域が必要である。従って、半導体チップ裏面１２ｂ面積に対する接合領域の占める割合は、可能な限り大きいことが好ましく、少なくとも５０％以上であることが適当である。更には、７０％以上となることが好適である。
【００２６】
次に、図３を用いて、実施の形態１に係る別の構成例について説明する。図３では、導電性キャップ１１と、半導体チップ裏面１２ｂを、導電性接着剤１６によって接合する。その他の構成は、図１と同じであるため、説明を省略する。導電性接着剤１６は、接着作用のある樹脂に、導電性のある微粒子（導電性フィラー）を混合したものであり、電気を通す性質と物質同士を接着する性質を併せ持つ。
【００２７】
導電性接着剤１６に使用される接着用樹脂としては、エポキシ系樹脂を使用することが多いが、シリコン系、ポリイミド系、アクリル系、及びポリウレタン系等を用いることができる。また、導電性フィラーとしては、銀を組み合わせることが多いが、カーボン、銅等を用いることもできる。一般的に、導電性接着剤１６は、はんだ１５よりも弾性係数が高く、伸縮性に優れている。また、導電性フィラーが混合されているため、熱伝導性に優れている。
【００２８】
また、図４は、実施の形態１に係る更に別の構成例を示した断面図である。図４では、導電性キャップ１１と、半導体チップ裏面１２ｂを、熱伝導性接着剤１７によって接合する。その他の構成は、図１と同じであるため、説明を省略する。熱伝導性接着剤１７は、接着作用のある樹脂に、熱伝導性のある微粒子（熱伝導フィラー）を混合したものであり、絶縁状態において、熱を伝達する性質と物質同士を接着する性質を併せ持つ。
【００２９】
熱伝導性接着剤１７に使用される接着用樹脂としては、エポキシ系樹脂を使用することが多いが、シリコン系、ポリイミド系、アクリル系、及びポリウレタン系等を用いることができる。また、熱伝導性フィラーとしては、シリカを組み合わせることが多いが、アルミナ、窒化アルミ等を用いることもできる。
【００３０】
本例は、特に半導体チップ１２と導電性キャップ１１との絶縁を要する場合に用いることが好ましい。従って、本例における導電性キャップ１１は、外部接続端子としてではなく、ヒートシンクとして使用される。なお、熱伝導性接着剤１７は、導電性接着剤１６と同様に、はんだ１５よりも弾性係数が高く、伸縮性に優れている。また、熱伝導フィラーが混合されているため、熱伝導性に優れている。
【００３１】
また、図５は、実施の形態１に係る更に別の構成例を示した断面図である。本例は、特に半導体装置１０を実装するプリント基板の電極パッドがアレイ状に形成されていない場合に用いることができる。半導体チップの回路面に形成された外部接続端子１３は、半導体装置１０を接続するプリント基板のフットプリントやパッド等と対応するパターン形状を備えている。その他の構成は、図１と同じであるが、半導体チップ１２と導電性キャップ１１との接合材料については、はんだ１５に代えて導電性接着剤１６、及び熱伝導性接着剤１７を用いることも可能である。
【００３２】
また、図６は、実施の形態１に係る更に別の構成例を示した平面図、及び断面図である。本例は、特に半導体チップ裏面１２ｂのメタライズ１４が、はんだ接合領域の形状である略円形に形成されていない場合に用いることができる。本例では、半導体チップ裏面１２ｂ上の導電性キャップ１１との接合領域以外の部分に、予め絶縁性樹脂１８が塗布されている。接合順序としては、始めに、半導体チップ裏面１２ｂに形成される略円形状の接合領域の外側に絶縁性樹脂１８を塗布する。絶縁性樹脂１８が乾燥した後、半導体チップ１２と導電性キャップ１１との接合領域にはんだ接合する。
【００３３】
例えば、図６に示すように半導体チップ裏面１２ｂ全体にメタライズ１４が施されている場合、半導体チップ裏面１２ｂに形成される略円形状の接合領域のみへのはんだ付けは、はんだ１５が流れてしまうため困難を要す。従って、上述したように、予め接合領域外側に絶縁性樹脂１８を塗布することにより、はんだ１５が接合領域から外側にはみ出すことを防ぐことができる。
【００３４】
本例に使用する絶縁性樹脂１８は、ポリイミド系樹脂を使用することが好適であるが、他にもシリコン系、エポキシ系、及びポリウレタン系材料等でもよい。なお、半導体チップ１２と導電性キャップ１１との接合材料については、はんだ１５に代えて導電性接着剤１６、及び熱伝導性接着剤１７を用いることも可能である。この場合、絶縁性樹脂１８による段差によって、導電性接着剤１６、及び熱伝導性接着剤１７のはみ出しを抑制する効果がある。また、半導体チップ１２の外部接続端子１３は、アレイ状に形成されるだけでなく、外部接続端子１３を接続するプリント基板のパターンに対応する形状としてよい。
【００３５】
また、図７は、実施の形態１に係る更に別の構成例を示した平面図、及び断面図である。本例では、導電性キャップ１１裏面の、半導体チップ１２との接合領域以外の部分に、絶縁処理１９を施すものである。絶縁処理１９としては、酸化皮膜処理を施す方法や、ソルダーレジスト等の絶縁性樹脂を塗布することが可能である。
【００３６】
例えば、図７に示すように、半導体チップ裏面１２ｂ全体にメタライズ１４が施されている場合、半導体チップ裏面１２ｂに形成される略円形状の接合領域のみへのはんだ付けは、はんだ１５が流れてしまうため困難を要す。従って、導電性キャップ１１側の接合領域外側にあたる領域に絶縁処理１９を施すことにより、半導体チップ裏面１２ｂの接合領域から外側に、はんだ１５がはみ出すことを防ぐものである。
【００３７】
なお、半導体チップ１２と導電性キャップ１１との接合材料については、はんだ１５に代えて導電性接着剤１６、及び熱伝導性接着剤１７を用いることも可能である。この場合、酸化皮膜処理による面状態の違い、或いはソルダーレジストによる段差によって、導電性接着剤１６、及び熱伝導性接着剤１７のはみ出しを抑制する効果がある。また、半導体チップ１２の外部接続端子１３は、アレイ状に形成されるだけでなく、外部接続端子１３を接続するプリント基板のパターンに対応する形状としてよい。
【００３８】
発明の実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図８は、実施の形態２に係る半導体装置２０の平面図、及びＸ−Ｙ方向における断面図である。図８に示すように、半導体装置２０は、導電性キャップ２１、半導体チップ２２とで構成される。半導体チップ回路面２２ａには、外部接続端子２３が形成され、半導体チップ裏面２２ｂには、導電性のメタライズ２４が施されている。また、導電性キャップ底部２１ａと半導体チップ裏面２２ｂは、はんだ２５によって電気的に接続されている。
【００３９】
本実施形態において、導電性キャップ２１と半導体チップ２２との接合部分は、半導体チップ裏面２２ｂの中央部を中心にほぼ内接する略円形領域である。図８の平面図において、略円形点線部に示される領域である。そして、本実施形態における導電性キャップ２１は、半導体チップ２２との接合領域に相当する部分が、接合領域の外側の部分に対し、凸状に形成される。即ち、半導体チップ２２との接合領域と、その外側の領域には、段差が設けられている。
【００４０】
従って、導電性キャップ２１と半導体チップ２２とは、凸状の接合領域ではんだ付けされる。この時、半導体チップ裏面２２ｂ全域にメタライズされていたとしても、導電性キャップ２１に形成された段差によって、はんだ２５は接合領域の外側に流れることはない。なお、図８では、導電性キャップ２１の内側にある接合領域と、それに対応する外側部分に略円形の段差が形成されているが、外側部分については段差がなくてもよい。
【００４１】
なお、導電性キャップ２１と半導体チップ２２との凸状接合領域の形状は、望ましくは略円形状であるが、楕円形状や、角のない多角形状であることも可能である。また、半導体チップ２２と導電性キャップ２１との接合材料については、導電性接着剤、及び熱伝導性接着剤を用いることも可能である。また、半導体チップ２２の外部接続端子２３は、アレイ状に形成されるだけでなく、外部接続端子２３を接続するプリント基板のパターンに対応する形状としてよい。
【００４２】
以上のように、半導体チップと導電性キャップとの接合領域を、半導体チップにほぼ内接する略円形領域、或いは半導体チップの四隅、及び外周辺部を除く中央領域とすることによって、半導体チップと導電性キャップとの接合部に加わる熱応力を緩和することができる。上記構成による半導体装置に係る熱応力を発明者らが解析したところ、従来のように接合領域を半導体チップ全面とした場合より、約３０％低減されることが判明した。即ち、半導体チップと導電性キャップとの接合部において、温度サイクルストレスによる信頼性の向上が可能となる。
【００４３】
また、半導体チップと導電性キャップとの接合において、弾性係数が高く伸縮性に優れた導電性接着剤を用いることにより、更に、温度サイクルストレスによる熱応力を緩和することが可能となる。なお、導電性接着剤は、熱伝導性にも優れるため、半導体チップで消費される電力に伴う発熱を、導電性キャップに放熱することに問題はない。
【００４４】
また、半導体チップと導電性キャップとの接合において、弾性係数が高く伸縮性に優れた熱伝導性接着剤を用いることにより、更に、温度サイクルストレスによる熱応力を緩和することが可能となる。なお、熱伝導性接着剤は、熱伝導性にも優れることはもちろんであるため、半導体チップで消費される電力に伴う発熱を、導電性キャップに放熱することに問題はない。
【００４５】
また、半導体チップの外部接続端子において、半導体装置が接続するプリント基板のフットプリントやパッド等と対応するパターンを形成することにより、アレイ状に形成されたパターン以外への接続も可能となる。
【００４６】
また、半導体チップ裏面に略円形のメタライズが形成されていない場合においても、半導体チップ裏面の導電性キャップとの接合領域外側に、絶縁性樹脂のレジストを形成することで、導電性キャップと半導体チップとの接合領域を略円形とすることが可能となる。従って、半導体チップ四隅、及び周辺部に接合材料が延在せず、半導体チップとはんだ接合部との熱応力が緩和される。
【００４７】
同様に、導電性キャップ底部の半導体チップ接合領域外側に、絶縁処理を施すことによって、導電性キャップと半導体チップとの接合領域を略円形とすることが可能となる。従って、半導体チップ四隅、及び周辺部に接合材料が延在せず、半導体チップとはんだ接合部との熱応力が緩和される。
【００４８】
同様に、導電性キャップ側の半導体チップ接合領域に、略円形状の段差を設けることにより、導電性キャップと半導体チップとの接合領域を略円形とすることが可能となる。従って、半導体チップ四隅、及び周辺部に接合材料が延在せず、半導体チップとはんだ接合部との熱応力が緩和される。
【００４９】
本発明に係る半導体装置がプリント基板等のマザーボードに接続された場合、半導体チップと導電性キャップとの接合部、及び半導体チップとプリント基板との接続部に大きな熱応力が発生する。以上のような構成において、半導体チップと導電性キャップとの接合部における熱応力が緩和されることにより、従来構造より半導体装置に加わる熱応力を低減することができ、製品の長期信頼性を確保することが可能となる。
【００５０】
なお、本発明は上記に示す実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲において、上記実施形態の各要素を、当業者であれば容易に考えうる内容に変更、追加、変換することが可能である。例えば、導電性キャップ内部を、熱伝導性樹脂において充填することも可能である。また、半導体チップは、ＭＯＳＦＥＴ素子が形成されたものに限らず、半導体集積回路が形成された場合も同様である。更に、半導体チップだけでなく、壊れやすいセラミック材料によって形成されたチップ等に用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施の形態１に係る半導体装置の平面図及びＸ−Ｙ方向における断面図を示す。
【図２】実施の形態１に係る半導体装置に生じる熱応力の度合いを示した平面図である。
【図３】実施の形態１に係る別の構成例を示した断面図である。
【図４】実施の形態１に係る別の構成例を示した断面図である。
【図５】実施の形態１に係る別の構成例を示した断面図である。
【図６】実施の形態１に係る別の構成例を示した平面図及びＸ−Ｙ方向における断面図である。
【図７】実施の形態１に係る別の構成例を示した平面図及びＸ−Ｙ方向における断面図である。
【図８】実施の形態２に係る半導体装置の平面図及びＸ−Ｙ方向における断面図を示す。
【図９】従来の半導体装置を示した断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０ 半導体装置、
１１ 導電性キャップ、 １１ａ 導電性キャップ底部、
１２ 半導体チップ、 １２ａ 半導体チップ回路面、
１２ｂ 半導体チップ裏面、 １３ 外部接続端子、
１４ メタライズ、 １５ はんだ、 １６ 導電性接着剤、
１７ 熱伝導性接着剤、 １８ 絶縁性樹脂、 １９ 絶縁処理、
２０ 半導体装置
２１ 導電性キャップ、 ２１ａ 導電性キャップ底部、
２２ 半導体チップ、 ２２ａ 半導体チップ回路面、
２２ｂ 半導体チップ裏面、 ２３ 外部接続端子、
２４ メタライズ、 ２５ はんだ、
３０ ＤｉｒｅｃｔＦＥＴ、
３１ 金属製キャップ、 ３１ａ 金属製キャップ縁面、
３２ 半導体チップ、 ３２ａ 半導体チップ回路面、
３２ｂ 半導体チップ裏面、 ３３ 外部接続端子、 ３４ 導電性樹脂
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部接続端子が形成された第１の面と、第１の面に対向する第２の面を有する半導体チップと、
前記半導体チップを凹部に収容するキャップと、
前記半導体チップの第２の面と、前記キャップの凹部の底部を接合する接合部材とを有し、
前記半導体チップの第２の面と、前記キャップの凹部の底部とは、前記第２の面の外周辺部を除く中央領域において、前記接合部材により接合されている半導体装置。
【請求項２】
外部接続端子が形成された第１の面と、第１の面に対向する第２の面を有する半導体チップと、
前記半導体チップを凹部に収容するキャップと、
前記半導体チップの第２の面と、前記キャップの凹部の底部を接合する接合部材とを有し、
前記半導体チップの第２の面と、前記キャップの凹部の底部とは、前記第２の面の角隅部を除く中央領域において、前記接合部材により接合されている半導体装置。
【請求項３】
外部接続端子が形成された第１の面と、第１の面に対向する第２の面を有する半導体チップと、
前記半導体チップを凹部に収容するキャップと、
前記半導体チップの第２の面と、前記キャップの凹部の底部を接合する接合部材とを有し、
前記半導体チップの第２の面と、前記キャップの凹部の底部とは、前記第２の面の内側に形成される略円形領域において、前記接合部材により接合されている半導体装置。
【請求項４】
前記略円形領域は、前記半導体チップの第２の面の少なくとも二辺と内接する略円形であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体チップの第２の面において、接合部材により接合される接合領域は、はんだ付け可能な金属電極がメタライズされていることを特徴とする請求項１乃至４のうち１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体チップの第２の面において、接合部材により接合される接合領域を除く領域には、絶縁材料で形成されたレジストが配設されていることを特徴とする請求項１乃至５のうち１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記キャップの凹部の底部において、接合部材により接合される接合領域を除く領域には、絶縁処理が施されていることを特徴とする請求項１乃至６のうち１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記キャップの凹部の底部において、接合部材により接合される接合領域と、前記接合領域以外の領域は、異なる高さの面で形成されることを特徴とする請求項１乃至７のうち１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記接合部材は、はんだ材料であることを特徴とする請求項１乃至８のうち１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記接合部材は、導電性接着剤であることを特徴とする請求項１乃至８のうち１項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記接合部材は、熱伝導性接着剤であることを特徴とする請求項１乃至８のうち１項に記載の半導体装置。
【請求項１】
外部接続端子が形成された第１の面と、第１の面に対向する第２の面を有する半導体チップと、
前記半導体チップを凹部に収容するキャップと、
前記半導体チップの第２の面と、前記キャップの凹部の底部を接合する接合部材とを有し、
前記半導体チップの第２の面と、前記キャップの凹部の底部とは、前記第２の面の外周辺部を除く中央領域において、前記接合部材により接合されている半導体装置。
【請求項２】
外部接続端子が形成された第１の面と、第１の面に対向する第２の面を有する半導体チップと、
前記半導体チップを凹部に収容するキャップと、
前記半導体チップの第２の面と、前記キャップの凹部の底部を接合する接合部材とを有し、
前記半導体チップの第２の面と、前記キャップの凹部の底部とは、前記第２の面の角隅部を除く中央領域において、前記接合部材により接合されている半導体装置。
【請求項３】
外部接続端子が形成された第１の面と、第１の面に対向する第２の面を有する半導体チップと、
前記半導体チップを凹部に収容するキャップと、
前記半導体チップの第２の面と、前記キャップの凹部の底部を接合する接合部材とを有し、
前記半導体チップの第２の面と、前記キャップの凹部の底部とは、前記第２の面の内側に形成される略円形領域において、前記接合部材により接合されている半導体装置。
【請求項４】
前記略円形領域は、前記半導体チップの第２の面の少なくとも二辺と内接する略円形であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体チップの第２の面において、接合部材により接合される接合領域は、はんだ付け可能な金属電極がメタライズされていることを特徴とする請求項１乃至４のうち１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体チップの第２の面において、接合部材により接合される接合領域を除く領域には、絶縁材料で形成されたレジストが配設されていることを特徴とする請求項１乃至５のうち１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記キャップの凹部の底部において、接合部材により接合される接合領域を除く領域には、絶縁処理が施されていることを特徴とする請求項１乃至６のうち１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記キャップの凹部の底部において、接合部材により接合される接合領域と、前記接合領域以外の領域は、異なる高さの面で形成されることを特徴とする請求項１乃至７のうち１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記接合部材は、はんだ材料であることを特徴とする請求項１乃至８のうち１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記接合部材は、導電性接着剤であることを特徴とする請求項１乃至８のうち１項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記接合部材は、熱伝導性接着剤であることを特徴とする請求項１乃至８のうち１項に記載の半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−１４２０９７（Ｐ２００７−１４２０９７Ａ）
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３３２８８７（Ｐ２００５−３３２８８７）
【出願日】平成１７年１１月１７日（２００５．１１．１７）
【出願人】（３０２０６２９３１）ＮＥＣエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月１７日（２００５．１１．１７）
【出願人】（３０２０６２９３１）ＮＥＣエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
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