JPH11214592A

JPH11214592A - 半導体装置および電子装置

Info

Publication number: JPH11214592A
Application number: JP10009229A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Maejima; 信義前嶋; Tsuneo Endo; 恒雄遠藤; Yasutoshi Kurihara; 保敏栗原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-01-21
Filing date: 1998-01-21
Publication date: 1999-08-06

Abstract

(57)【要約】【課題】電磁的遮蔽機能を有しかつ内蔵電子部品のは
んだ接続部の耐熱疲労性と気密性に優れた小型化で低廉
な半導体装置の提供。【解決手段】配線基板（配線金属基板）と、前記配線
基板に合金材によって接続される一つ以上の半導体素子
や受動素子等の部品と、前記配線基板の所定部と前記部
品を被覆する絶縁性樹脂からなる封止体とを有し、前記
合金材は９０wt％以上のＳｎにＳｂ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｉ
ｎ，Ｃｕ及びＢｉの群から選択された１種類以上の金属
が添加（分散添加）された合金からなり、前記封止体は
有機樹脂（エポキシ樹脂）に３５〜９５vol％の金属磁
性体粉末（Ｆｅ粉末又はＦｅ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｍ
ｏ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｃｒ及びＣｏの群から選択された少な
くとも１種類以上の金属を含む合金粉末）またはフェラ
イト粉末が添加され、かつ熱膨張率が１４〜２０ppm/℃
になっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁波の特に高周
波領域における障害を抑制し、小型化と廉価化を可能に
するとともに、半導体素子や受動素子等の固着部分（は
んだ接続部）の耐熱疲労性と気密性に優れる半導体装置
および電子装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の自動車用電話機，携帯用無線電話
装置，携帯用パーソナルコンピュータ，携帯用ビデオカ
メラ等の電子機器の小型化に伴って、電子回路を内蔵し
た高周波用小型ハイブリッドＩＣ装置に代表される半導
体装置が広く実用に供せられている。

【０００３】このような用途に供せられる一般的な半導
体装置は、配線基板（配線金属基板）上に、ＭＯＳＦＥ
ＴやＩＣ等の能動素子を構成した半導体素子（半導体チ
ップ：チップ）、コンデンサや抵抗で代表される受動素
子等の部品（電子部品）がはんだ付け搭載され、所定の
入出力端子が取り付けられ、これらの搭載部品及び配線
基板がエポキシ樹脂等によるモールド樹脂で封止された
構造になっている。

【０００４】このような従来技術における問題点とし
て、電磁波による悪影響が挙げられる。

【０００５】具体的には、これらの機器から発生される
電磁波が人体に悪影響を及ぼしたり、周辺の電子機器を
誤動作させたり、逆に周辺の電子機器等で発生した電磁
波によりこれらの機器が誤動作する。このため最近で
は、このような電波障害を防ぐため、電磁干渉シールド
を施すようになってきた。

【０００６】例えば、先行技術例１としての特開昭６４
−４１２４８号には、封止体を構成するベースやキャッ
プをフェライト又はフェライトに相当する特性を有する
物質によって形成するとともに、これらのベース及びキ
ャップからなるケースに半導体素子を含む集積回路装置
を収納し，このケースによりケース内外の電波を吸収す
るようにした気密封止型半導体装置が開示されている。

【０００７】ここで言うフェライトは、一般式ＭＦｅ₂
Ｏ₄，ＭＯ・ｎＦｅ₂Ｏ₃(Ｍ：２価金属，ｎ：整数)で示さ
れる亜鉄酸塩である。

【０００８】先行技術例２としての特開平３−１３１０
５４号には、半導体を封止する材料（ポリブチレンテレ
フタレート)に磁性粉末(フェイライト)を混入した半導
体封止材料が開示されている。この文献には、ポリブチ
レンテレフタレートによって成形されたキャップを、半
導体素子や混成集積回路基板を支持する放熱フィンに、
接着剤により固定した混成集積回路装置が示されてい
る。

【０００９】先行技術例３としての特開平５−９５０５
５号には、チップを機械的，化学的に保護する封止部材
を持つ半導体集積回路において、チップを導電率・透磁
率の高い物質で覆い、半導体集積回路自体を静電的・電
磁的に遮蔽する半導体集積回路が開示されている。これ
により、実装する電子回路基板の電磁遮蔽効率を向上さ
せて電子回路基板のノイズ対策を簡略化し、電子回路基
板の高密度実装及び電子機器の軽薄短小化を容易にして
いる。

【００１０】先行技術例４としての特開平８−５６０９
２号には、能動素子と受動素子とが同一の配線基板に実
装された混成集積回路素子において、能動素子，受動素
子及び配線基板が絶縁層で封止されており、この絶縁層
の外表面に軟磁性体粉末と有機結合剤とを含む絶縁性軟
磁性体層が形成された混成集積回路素子が開示されてい
る。

【００１１】これにより、混成集積回路素子の動作を損
なうことなく、混成集積回路素子内の部品間や混成集積
回路素子が搭載されるマザーボード上の他部品との間の
電磁結合を防止している。

【００１２】また、半導体装置を廉価に得る目的から、
近年では金属配線基板を混成集積回路装置の分野で広く
用いられてきている。

【００１３】例えば、先行技術例５としてのN.Sakamoto
らによる"An Improvement on Solder Joint Reliabilit
y for Aluminum Based IMST Substrate"：IMC 1992 Pro
ceedings，525〜532頁(1992年)には、アルミニウム基板
の一方の面上にエポキシ絶縁層を介して銅箔層を選択形
成した配線基板と、この配線基板上に半導体基体や受動
素子等をＰｂ−６０wt％Ｓｎはんだ材により搭載し、こ
れらの搭載部品をエポキシ樹脂でモールドした構造のハ
イブリッドＩＣが開示されている。

【００１４】この先行技術例では、上記基板（Ａｌ)と
熱膨張率がほぼ等価（２５ppm/℃）な樹脂でモールドす
るのが、はんだ接続部の信頼性を維持する上で好ましい
ことを開示している。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，先行技
術例１及び２の場合は、半導体素子を収納するベース及
びキャップからなるケース成形体をあらかじめ製作して
おく必要がある。この場合、製作過程におけるハンドリ
ングの容易性を保つ上でベースやキャップに寸法的な余
裕を持たせておく必要があるため、これらの部品を抜本
的に小型化するのは困難である。このことは、可及的に
配線長を短縮し、信号の遅延を抑えなければならない高
周波動作用半導体装置にとっては好ましくない。また、
これらの先行技術は、あらかじめ封止材を準備しておく
必要があるため、部品点数や製作工数が多くなり、半導
体装置製作コストの面で不利益をもたらす。

【００１６】また、先行技術例３及び４の場合は、能動
素子や受動素子を配線基板に搭載した後、樹脂を金型成
形あるいは塗布して硬化させる工程を経るため、半導体
装置の小型化が容易である。この結果、高周波動作用半
導体装置に必須な上述の要件（配線長の短縮，信号遅延
の抑制)を満たすことが可能である。

【００１７】しかしながらこれらの先行技術では、絶縁
性と電磁干渉シールド効果を併せて持たせるための多層
構造樹脂層を形成させるため、樹脂層形成の工程が複雑
になる。このことは、半導体装置のコスト低減の点で好
ましくない。

【００１８】更に、先行技術例５のハイブリッドＩＣの
場合は、熱膨張率の小さい搭載部品、例えば、半導体素
子基体（Ｓｉ：３.５ppm/℃)，チップ抵抗体（アルミ
ナ：７ppm/℃)，チップコンデンサ（チタン酸バリウ
ム：１０ppm/℃)が、熱膨張率の大きい回路基板（Ａ
ｌ：２５ppm/℃)上にはんだ付けにより固着される。は
んだ付け部は搭載部品を基板上の所定位置に固定すると
ともに、上記ハイブリッドＩＣの配線及び熱放散路の役
割を担う。

【００１９】しかしながら、上記ハイブリッドＩＣには
稼働（動作）時や休止時に伴う熱ストレスがくり返し印
加され、最終的にはんだ付け部の熱疲労破壊を生ずるに
至る。

【００２０】特に、回路基板に対してモールド樹脂の熱
膨張率が適切に調整されていない場合は、両者の接合界
面に過大な残留応力が内在することとなり、これに稼働
時や休止時に伴う熱応力が重畳されると、はんだ付け部
の熱疲労破壊が一層加速される。この熱疲労破壊が進む
と、断線，熱放散路の遮断等の悪影響を生ずる。この結
果、ハイブリッドＩＣはその回路機能を失う。

【００２１】また、上記先行技術例５のハイブリッドＩ
Ｃの場合は、回路基板に対してモールド樹脂の熱膨張率
が適切に調整されていないと、両者の接合界面に過大な
残留応力が内在し、これに稼働時や休止時に伴う熱応力
が重畳されて、回路基板−モールド樹脂間の接合界面の
剥離が一層進行する。このような場合には、ハイブリッ
ドＩＣの内部に水分が侵入し、内部の回路機能を害す
る。

【００２２】本発明の目的は、電磁的遮蔽機能を有しか
つ内蔵電子部品のはんだ接続部の耐熱疲労性と気密性に
優れる半導体装置を提供することにある。

【００２３】本発明の他の目的は、電磁的遮蔽機能を有
しかつ内蔵電子部品のはんだ接続部の耐熱疲労性と気密
性に優れる半導体装置の小型化および廉価化を図ること
にある。

【００２４】本発明の前記ならびにそのほかの目的と新
規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきら
かになるであろう。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。

【００２６】（１）配線基板と、前記配線基板に合金材
によって接続される一つ以上の部品と、前記配線基板の
所定部と前記部品を被覆する絶縁性樹脂からなる封止体
とを有し、前記合金材は９０wt％以上のＳｎにＳｂ，Ａ
ｇ，Ｚｎ，Ｉｎ，Ｃｕ及びＢｉの群から選択された１種
類以上の金属が添加（分散添加）された合金からなり、
前記封止体は有機樹脂に３５〜９５vol％の金属磁性体
粉末またはフェライト粉末が添加されかつ熱膨張率が１
４〜２０ppm/℃になっている。前記配線基板はＡｌ又は
Ｃｕからなる金属板の主面に絶縁層を介して配線が形成
された構造になっている。前記封止体はエポキシ樹脂
と、前記エポキシ樹脂に添加されたＦｅ粉末又はＦｅ，
Ｓｉ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｃｒ及びＣｏの
群から選択された少なくとも１種類以上の金属を含む合
金粉末からなる金属磁性体粉末またはフェライト粉末か
らなっている。前記部品は半導体素子または受動素子も
しくは前記素子を組み込んだモジュールからなってい
る。

【００２７】（２）配線基板と、前記配線基板に合金材
によって接続される一つ以上の部品と、前記配線基板の
所定部と前記部品を被覆する絶縁性樹脂からなる封止体
とを有する半導体装置が、実装基板に合金材を介して接
続されてなる電子装置であり、前記部品を前記配線基板
に接続する合金材は９０wt％以上のＳｎにＳｂ，Ａｇ，
Ｚｎ，Ｉｎ，Ｃｕ及びＢｉの群から選択された１種類以
上の金属が添加された合金からなり、前記封止体は有機
樹脂に３５〜９５vol％の金属磁性体粉末またはフェラ
イト粉末が添加（分散添加）されかつ熱膨張率が１４〜
２０ppm/℃になり、前記半導体装置を前記実装基板に接
続する合金材の融点は前記部品を前記配線基板に接続す
る合金材の融点よりも低く構成されている。前記封止体
はエポキシ樹脂と、前記エポキシ樹脂に添加されたＦｅ
粉末又はＦｅ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｃｕ，
Ｃｒ及びＣｏの群から選択された少なくとも１種類以上
の金属を含む合金粉末からなる金属磁性体粉末またはフ
ェライト粉末からなっている。前記部品は半導体素子ま
たは受動素子もしくは前記素子を組み込んだモジュール
からなっている。前記配線基板はＡｌ又はＣｕからなる
金属板の主面に絶縁層を介して配線が形成された構造に
なっている。

【００２８】前記（１）の手段によれば、（ａ）合金材
はＳｎを主成分とする合金であり、封止体を構成する樹
脂の熱膨張率は１４〜２０ppm/℃であることから、剛性
が大きく熱歪吸収性に優れる合金材の利点と、配線基板
に対してモールド樹脂の熱膨張率が適切に調整されてい
る利点とが調和して、はんだ付け部の熱疲労破壊が一層
抑制される。

【００２９】（ｂ）配線基板はＡｌ又はＣｕからなる金
属板の主面に絶縁層を介して配線が形成された構造にな
っているが、合金材はＳｎを主成分とする合金であり、
封止体を構成する樹脂の熱膨張率は１４〜２０ppm/℃で
あることから、剛性が大きく熱歪吸収性に優れる合金材
の利点と、配線基板に対してモールド樹脂の熱膨張率が
適切に調整されている利点とが調和して、はんだ接続部
の熱疲労破壊が一層抑制される。すなわち、半導体装置
に内蔵する部品のはんだ接続部の耐熱疲労性と気密性が
付与される。

【００３０】（ｃ）封止体は、有機樹脂（エポキシ樹
脂）と、この有機樹脂に適度に添加された金属磁性体粉
末またはフェライト粉末によって所定の絶縁性と電磁的
遮蔽効果を有する。したがって、半導体装置内部で発生
した雑音の外部への放出や、外部雑音の半導体装置内部
への浸入を防止できるため、半導体装置自体及び半導体
装置の周辺機器の誤動作を防止できる。

【００３１】（ｄ）配線基板はＡｌ又はＣｕからなる金
属板の主面に絶縁層を介して配線が形成された構造にな
っているとともに、前記（ｃ）のように封止体内には金
属磁性体粉末またはフェライト粉末が添加されているこ
とから、電磁的遮蔽機能の向上を図ることができる。

【００３２】（ｅ）１層の絶縁性樹脂からなる封止体で
部品，合金材及び配線基板を被覆する構造であり、あら
かじめ用意するベースやキャップで封止体を形成しない
ことから、半導体装置の小型化が図れるとともに製造コ
ストの低減が図れる。

【００３３】（ｆ）半導体装置の小型化から配線長が短
縮でき、高周波特性に優れた半導体装置になる。

【００３４】（ｇ）配線基板（配線金属基板）に対して
封止体（絶縁性樹脂）の熱膨張率が適切に調整されてい
ることによって配線基板と封止体間の接合界面の剥離が
一層抑制され、耐湿性の優れた半導体装置になる。

【００３５】前記（２）の手段によれば、前記手段
（１）の構成による半導体装置が電子装置の実装基板に
合金材を介して固定されていることから、前記手段
（１）による半導体装置が有する効果を有した電子装置
になる。

【００３６】また、前記手段（１）の構成による半導体
装置が電子装置の実装基板に合金材（第２合金材）を介
して固定されているが、この合金材（第２合金材）の融
点は、前記半導体装置の部品を配線基板（配線金属基
板）に接続する合金材（第１合金材）の融点に比較して
低くなっていることから、電子装置の製造における半導
体装置の実装基板への接続時、前記第１合金材の融点よ
りも低い温度で接続を行うことによって半導体装置の部
品の合金材（第１合金材）を溶融させることなく接続で
きる。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を
説明するための全図において、同一機能を有するものは
同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

【００３８】（実施形態１）図１乃至図１４は本発明の
一実施形態（実施形態１）である半導体装置に係わる図
である。

【００３９】本実施形態１の半導体装置４０は、図１に
示すように、金属板１の一表面（主面：図中上面）に絶
縁層２を介して配線層３が選択形成された配線基板（配
線金属基板：回路基板）１０上に、半導体素子２１や、
チップ抵抗２２やチップコンデンサ２３などからなる受
動素子、さらには端子（リード）２４が、Ｓｎを主成分
としＳｂ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｉｎ，Ｃｕ及びＢｉの群から選
択された１種類以上の金属が添加された合金材（第１合
金材）２５によって導電的及び機械的に固着されてい
る。

【００４０】前記金属板１は、特に限定はされないが、
アルミニウム板からなり、その大きさは縦２０.５ｍ
ｍ，横３８ｍｍ，厚さ１.５ｍｍになっている。金属板
１は放熱性等をも考慮し、銅板でもよい。

【００４１】前記絶縁層２は、例えば絶縁性のエポキシ
樹脂からなり、その厚さは８０μｍになっている。

【００４２】前記配線層３は、例えば厚さ７０μｍの銅
層からなっている。この銅層は、金属板１の主面全域に
設けられた絶縁層２上に形成した銅層を選択的にエッチ
ングすることによって形成される。なお、前記配線層３
は絶縁層を介して数層に形成する多層構造であってもよ
い。

【００４３】前記半導体素子２１は、例えばシリコン
（Ｓｉ）からなり、パワーＭＯＳＦＥＴ等の能動素子が
組み込まれている。

【００４４】半導体素子２１の図示しない電極と、前記
配線層３の所定部分（ボンディングパッド部分）は、導
電性の金属線（ワイヤ）で接続されている。前記ワイヤ
２６は、例えばアルミニウム線からなり、超音波ボンデ
ィングによって接続されている。

【００４５】前記チップ抵抗２２は、例えばアルミナ基
板上に抵抗膜を形成した構造になっている。また、前記
チップコンデンサ２３は、例えばチタン酸バリウム層と
銀層との積層体構造になっている。また、端子（リー
ド）２４はリン青銅からなっている。

【００４６】また、前記合金材（第１合金材）２５は、
例えばＳｎ−５wt%Ｓｂ材からなる厚さ２０〜１００μ
ｍの合金材２５からなり、各部品の電極と配線層３を電
気的かつ機械的に接続している。

【００４７】前記半導体素子２１，チップ抵抗２２，チ
ップコンデンサ２３，リード２４等の部品（搭載部品）
２１，２２，２３，２４、合金材２５、ワイヤ２６およ
び配線金属基板１０は、封止体３０によって封止されて
いる。金属板１の裏面は前記封止体３０から露出するよ
うになっている。

【００４８】前記封止体３０は、絶縁性の有機樹脂に３
５〜９５vol％の金属磁性体粉末またはフェライト粉末
を分散添加し、熱膨張率が１４〜２０ppm/℃に調整され
ている。一例としては、モールド樹脂３０はエポキシ樹
脂に金属磁性体粉末３２としての鉄粉末が４０vol％添
加され、熱膨張率が１６ppm/℃に調整されている。ま
た、モールド樹脂３０の厚さは２ｍｍになっている。

【００４９】換言するならば、本実施形態１による半導
体装置は、金属（例えば，アルミニウム)板の主面に絶
縁層（例えば，エポキシ樹脂層）を介して配線層(例え
ば，銅配線)が選択形成された配線基板（回路基板）上
に、半導体素子，受動素子，端子の群から選択された少
なくとも一つを含む搭載部品が、合金材２５によって固
着され、これらの配線基板及び搭載部品並びに合金材
が、エポキシ樹脂に３５〜９５vol％の金属磁性体粉末
またはフェライト粉末を分散したトランスファモールド
による封止体（モールド樹脂)で被覆されていることを
第１の特徴とする。

【００５０】そして特に、後述するように合金材を９０
wt％以上のＳｎに、Ｓｂ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｉｎ，Ｃｕ及び
Ｂｉの群から選択された１種類以上の金属が添加された
合金とする点、及びモールド樹脂の熱膨張率が１４〜２
０ppm/℃に調整される点に第２の特徴がある。

【００５１】さらに、本実施形態１の半導体装置４０の
特徴について詳しく説明する。

【００５２】本実施形態１の半導体装置４０における封
止体（モールド樹脂）３０は、半導体装置４０を電磁的
に遮蔽することにより、半導体装置４０の内部で発生し
た雑音が外部へ放出すること、又は外部で発生した雑音
が半導体装置４０の内部に浸入することを防止するため
のものであり、本質的に電磁波に対する高い遮蔽効果を
有している必要がある。

【００５３】図２はモールド樹脂３０の構造を示す断面
模式図である。モールド樹脂３０はマトリックスとして
のエポキシ樹脂３１に金属磁性体粉末またはフェライト
粉末としての鉄（鉄粉末）３２を分散させたものであ
る。ここで、エポキシ樹脂３１は、搭載部品，合金材及
び配線基板を機械的に保護したり、気密的に封止するた
めの主要な役割を担う。また、金属磁性体粉末またはフ
ェライト粉末としての鉄３２は、電磁波を吸収して熱に
変換する役割を担う。

【００５４】図３はエポキシ樹脂３１に４０vol％の鉄
粉末３２を分散したモールド樹脂３０の電磁波透過特性
を示す。図４は電磁波の透過特性測定法の概略を示す図
である。

【００５５】透過特性は、電磁波源用発信器５１と電磁
波強度測定器（受信用素子)５２とに、それぞれループ
径２ｍｍ以下の電磁波送信用微少ループアンテナ５３及
び電磁波受信用微少ループアンテナ５４を接続した装置
を用い、電磁波送信用微少ループアンテナ５３と電磁波
受信用微少ループアンテナ５４の間に、前記モールド樹
脂と同一組成で同一厚さの試料５５を配置して測定し
た。

【００５６】この際、金属磁性体粉末またはフェライト
粉末が存在しないエポキシ樹脂からなるモールド樹脂板
（比較試料）の場合の電磁界強度と比較した。

【００５７】図３の電磁波透過強度は、発信側強度を基
準にした場合の受信側強度として表される。測定結果に
よれば、周波数０.１〜１.５ＧHzの範囲で、本実施形態
１のモールド樹脂３０の場合（曲線Ａ)は、大部分の電
磁波が透過している比較試料のモールド樹脂板（曲線
Ｂ)に比べ、大幅な強度低下（遮蔽効果)が観測される。

【００５８】また、図５はエポキシ樹脂３１に添加する
鉄粉末３２の量を変化させた場合のモールド樹脂３０の
電磁波透過特性を示す。

【００５９】電磁波透過強度は、鉄粉末添加量の少ない
領域では大きく、添加量を増すにつれ低下している。特
に、添加量が３５vol％以上の領域では−４５dB以下と
極めて優れた遮蔽効果が得られる。したがって、本発明
では、モールド樹脂３０に電磁波に対する遮蔽性能を確
実に付与する観点から、好ましくは金属磁性体粉末また
はフェライト粉末の添加量を３５vol％以上に調整する
ことが重要である。

【００６０】一方，半導体装置の正常な回路動作を維持
するためには、搭載部品２１，２２，２３，２４、合金
材２５、ワイヤ２６及び配線層３の相互間は、モールド
樹脂３０の領域を経路にして電気的に接続されてはなら
ない。換言すると、モールド樹脂３０には適正な電気絶
縁性が付与される必要がある。

【００６１】図６は本実施形態１の半導体装置４０にお
ける端子２４間の電圧−電流特性を示すグラフである。
ここで、端子２４に連なる配線層３の間隔は０.５ｍｍ
そして配線層３間の対向長は約１０ｍｍであり、モール
ド樹脂３０における鉄粉末３２の添加量は４０vol％で
ある。

【００６２】本実施形態１の半導体装置４０におけるモ
ールド樹脂３０の場合（曲線Ａ)は、リーク電流は端子
間の印加電圧が１００Ｖで約１０μＡ、５００Ｖで６０
μＡである。この値は、金属磁性体粉末またはフェライ
ト粉末を添加しない比較試料のモールド樹脂を適用した
半導体装置の場合（曲線Ｂ)に比べてわずかに大きいけ
れども、半導体装置を実用する上で障害になるものでは
ない。

【００６３】このように、本実施形態１の半導体装置４
０におけるモールド樹脂３０構造でも、金属磁性体粉末
またはフェライト粉末を添加しないモールド樹脂の場合
に比べて、遜色ない絶縁性を確保できる。

【００６４】図７は半導体装置４０の端子２４間におけ
るリーク電流のモールド樹脂３０中における鉄粉末３２
の添加量依存性を示すグラフである。

【００６５】印加電圧１００Ｖにおけるリーク電流は、
鉄粉末添加量の少ない領域では小さく、添加量の多い領
域で増えている。リーク電流の増加は、添加量を増すに
つれ導電粒子である鉄粉末３２相互間の絶縁距離が狭め
られることに基づく。しかしながら、特に添加量が９５
vol％までは数十μＡ以下と、半導体装置を実用する上
で支障のない優れた絶縁性が得られる。

【００６６】したがって、本発明では、モールド樹脂３
０に電気絶縁性を確実に付与する観点から、好ましくは
金属磁性体粉末またはフェライト粉末の添加量を９５vo
l％以下に調整することが重要である。

【００６７】以上のように、本実施形態１の構造のモー
ルド樹脂３０を適用した場合は、金属磁性体粉末または
フェライト粉末を添加しないモールド樹脂を適用した場
合に比べ、電磁波に対する優れた遮蔽効果と優れた電気
絶縁性を持たせることができる。

【００６８】金属磁性体粉末またはフェライト粉末とし
ての鉄の代替物質としては、珪素鋼（Ｆｅ−４wt％Ｓ
ｉ)，方向性珪素鋼（Ｆｅ−３wt％Ｓｉ)，アルパーム
（Ｆｅ−１６wt％Ａｌ)，センダスト（Ｆｅ−５wt％Ａ
ｌ−１０wt％Ｓｉ)，７８パーマロイ（Ｆｅ−７８.５wt
％Ｎｉ)，スーパーマロイ（Ｆｅ−５wt％Ｍｏ−７９wt
％Ｎｉ−０.３wt％Ｍｎ)，ミューメタル（Ｆｅ−５wt％
Ｃｕ−２wt％Ｃｒ−７７wt％Ｎｉ)，パーメンダー（Ｆ
ｅ−５０wt％Ｃｏ)，４５−２５パーミンバー（Ｆｅ−
４５wt％Ｎｉ−２５wt％Ｃｏ)を挙げることができる。

【００６９】これらの代替物質を単独で、あるいは鉄や
上記代替物質を任意に組み合わせて添加することも可能
である。このような場合でも、モールド樹脂３０に優れ
た電磁波遮蔽性能と電気絶縁性を付与することができ
る。

【００７０】表１は代替金属磁性体粉末またはフェライ
ト粉末３２を添加したモールド樹脂３０の電磁波透過強
度及びリーク電流を示す。粉末の添加量は４０vol％で
あり、マトリックスとしての樹脂３１はエポキシであ
る。いずれの粉末の場合も、優れた電磁波遮蔽効果と電
気絶縁性が得られている。

【００７１】

【表１】

【００７２】以上まで説明した本発明の第１の特徴点に
基づき、半導体装置内部で発生した雑音の外部への放出
と、外部雑音の半導体装置内部への浸入を防止できるた
め、半導体装置自体及び半導体装置の周辺機器の誤動作
を防止できる。また、モールド樹脂３０に優れた電気絶
縁性が付与されているため、半導体装置の正常な回路動
作がなされる。

【００７３】本発明における合金材２５は搭載部品を導
電的かつ強固に固着するためのものであり、本質的に高
い熱疲労破壊耐量を有している必要がある。

【００７４】図８は相互に異なる物質を添加した合金材
の熱疲労破壊耐量を示すグラフである。合金材２５の熱
疲労破壊耐量を、半導体素子２１から金属板１に至る放
熱経路間の熱抵抗の温度サイクル数依存性として表して
いる。この評価に用いた半導体装置には樹脂モールドは
施していない。

【００７５】同グラフにおいて、曲線ＡはＳｎ−５wt％
Ｓｂ（合金材Ａ)、曲線ＢはＰｂ−６０wt％Ｓｎ（合金
材Ｂ)、そして曲線ＣはＰｂ−５wt％Ｓｎ（合金材Ｃ)を
それぞれ適用した場合を示す。

【００７６】合金材Ａの場合、熱抵抗の増大は温度サイ
クル数１０００回以上で生じている。

【００７７】一方、合金材Ｂ及びＣの場合は、５０回あ
たりから変動し始めている。熱抵抗増大は熱的変動にと
もなう疲労破壊によってはんだ層にクラックを生じ、こ
れによる放熱経路の遮断によってもたらされる。

【００７８】このように、本実施形態１に係る合金材Ａ
を適用した場合は、従来の部品搭載用はんだ材Ｂ及びＣ
を適用した場合に比べ、優れた熱疲労破壊耐量を示して
いる。

【００７９】これは、Ｓｎ−５wt％Ｓｂ材の剛性がＰｂ
−６０wt％Ｓｎ材やＰｂ−５wt％Ｓｎ材より高く、塑性
変形し難い（歪を生じ難い)材料であることに基づく。

【００８０】合金材ＡとしてのＳｎ−５wt％Ｓｂ材の代
替物としては、例えばＳｎ−３.５wt％Ａｇ，Ｓｎ−３.
５wt％Ａｇ−１.５wt％Ｉｎ，Ｓｎ−８.５wt％Ｚｎ−
１.５wt％Ｉｎ，Ｓｎ−４wt％Ａｇ−２wt％Ｚｎ−２wt
％Ｂｉ，Ｓｎ−４.５wt％Ｃｕ，Ｓｎ−４wt％Ｃｕ−３w
t％Ａｇ，Ｓｎ−２wt％Ｓｂ−１wt％Ｃｕ−２wt％Ａｇ
−２wt％Ｚｎ等がある。

【００８１】すなわち、Ｓｎを主成分（９０wt％以上)
とし、これにＳｂ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｉｎ，Ｃｕ及びＢｉの
群から選択された１種類以上の金属が添加された合金材
である。このような合金材にはＰｂが用いられておら
ず、副次的な効果としてＰｂの毒性に基づく環境汚染問
題を解消するのに役立つ。

【００８２】ところで、本実施形態１におけるモールド
樹脂３０は、搭載部品を機械的に保護したり、耐湿性を
向上させるための封止である。また、モールド樹脂３０
は、配線基板１０と一体化されるものであり、この場合
の一体化界面に内部応力が導入されないことが望まし
い。

【００８３】この第１の理由は、配線基板１０上に搭載
部品（２１，２２，２３，２４)がはんだ付け搭載され
ており、これらの部品を固着する合金材２５に、前記搭
載部品を介して一体化にともなう内部応力が導入される
と、その後の稼働時や休止時の温度変化に起因する応力
が重畳されるため、合金材２５の熱疲労破壊が生じやす
くなるためである。

【００８４】そして、第２の理由は、モールド樹脂３０
と配線基板１０との一体化界面２７（図１参照）に内部
応力を内蔵すると、その後の稼働時や休止時の温度変化
に起因する応力が重畳されて過大な界面応力を生じ、部
品搭載面側や周面側の界面２７の剥離に至る。この結
果、稼働環境下の水分が界面２７を通じてモールド樹脂
３０の内部に侵入し、配線層３，半導体素子２１，チッ
プ抵抗２２及びチップコンデンサ２３，端子２４，合金
材２５，金属線２６を腐食させ、半導体装置４０の正常
な回路機能を損ねるからである。

【００８５】図９は本実施形態１の半導体装置４０にお
けるモールド樹脂３０と配線基板１０とからなる一体化
物のそり量を示すクラフである。

【００８６】ここで、配線基板１０の寸法は２０.５ｍ
ｍ×３８ｍｍ×１.５ｍｍ、トランスファモールドによ
るモールド樹脂３０の厚さは平均２ｍｍである。

【００８７】グラフの縦軸は配線基板１０の長手方向
（３８ｍｍ)のそり量を表し、プラスの値は配線基板１
０側が凸になる形状を、マイナスの値は配線基板１０側
が凹になる形状を意味する。更に、横軸はモールド樹脂
３０の熱膨張率を表している。一体化物のそり量は、モ
ールド樹脂３０の熱膨張率が大きくなるにつれプラスの
大きな値を示している。この際、配線基板１０の初期そ
り量は２０μｍ（図中の破線)である。

【００８８】同グラフにおいて、そり量の点からのみ考
察すれば、例えばモールド後に界面内部応力が導入され
ないようにするためには、モールド後の一体化物のそり
量が配線基板１０の初期そり量に近似させる（望ましく
は±１０μｍ以内，領域Ｒ)必要がある。このような観
点から判断すると、モールド樹脂３０の熱膨張率は１０
〜２０ppm/℃であることが望ましい。

【００８９】しかしながら、本発明者らの各種試験で
は、本発明に係る合金材２５を適用する場合は、熱膨張
率は１４〜２０ppm/℃の範囲に選択されるのが望ましい
ことが判明した。

【００９０】

【表２】

【００９１】表２は適用したモールド樹脂の熱膨張率と
各種試験による半導体装置の耐久性能の関係を示す。

【００９２】温度サイクル試験では、半導体装置４０に
−５５／１５０℃の温度変化を与え、合金材２５の熱疲
労破断による回路機能の劣化状況を追跡している。熱膨
張率６〜１３ppm/℃の領域及び２５ppm/℃の場合では，
いずれも５０００回以下の温度サイクルで回路機能の劣
化を生じている。これに対し１４〜２０ppm/℃の範囲で
は、いずれの試料も１００００回以上の温度サイクルを
与えても回路機能の劣化は生じていない。

【００９３】また、高温高湿バイアス試験では、半導体
装置４０に８５℃，８５％ＲＨの雰囲気ストレスを与
え、更に配線層３と金属板１間に５００Ｖの直流電圧を
印加して、絶縁層２の電気的絶縁劣化状況を追跡してい
る。熱膨張率１３ppm/℃以下の領域及び２５ppm/℃の場
合では、いずれも２０００ｈ以下で絶縁劣化を生じてい
る。

【００９４】これに対し１４〜２０ppm/℃の範囲では、
いずれの試料も５０００ｈ以上の試験によっても絶縁劣
化は観測されていない。

【００９５】更に、プレッシャークッカ試験では、半導
体装置４０を１２１℃，２気圧の水蒸気雰囲気にさら
し、配線層３の短絡、搭載部品の化学的変質による半導
体装置の回路機能の劣化状況を追跡している。

【００９６】熱膨張率１１ppm/℃以下の領域及び２５pp
m/℃の場合では、いずれも４００ｈ以下で回路機能の劣
化を生じている。

【００９７】これに対し、１３〜２０ppm/℃の範囲で
は、いずれの試料も５００ｈ以上の試験によっても絶縁
劣化は観測されていない。

【００９８】以上の試験を総合的に評価すると、望まし
いモールド樹脂３０の熱膨張率は１４〜２０ppm/℃の範
囲にあると言える。

【００９９】このように、合金材２５とモールド樹脂３
０の熱膨張率を選択する上記第２の特徴に基づき、半導
体装置４０に高いはんだ接続信頼性と優れた気密封止性
とを、上記第１の特徴に基づく効果（電磁波遮蔽性能，
電気絶縁性，小型化及び低コスト化)とともに付与でき
る。

【０１００】モールド樹脂３０の熱膨張率の調整は、一
般的な手法によることが可能である。

【０１０１】すなわち、エポキシ樹脂に金属磁性体粉末
とともに熱膨張率調整材としてのガラス，シリカ，アル
ミナ等のセラミックス粉末を添加した後、これらを混練
して得た組成物がモールド樹脂３０になり得る。具体的
には、セラミックス粉末の添加量を調整することによ
り，熱膨張率を制御できる。

【０１０２】本実施形態１の実施態様によれば、配線基
板１０上に搭載部品２１，２２，２３，２４を合金材２
５により固着し、金属線２６を形成した後、トランスフ
ァモールドでモールド樹脂３０を形成することができ
る。

【０１０３】トランスファモールドの条件の一例として
は、下記の通りである。

【０１０４】例えば樹脂タブレットの予備加熱温度を６
５℃、金型温度を１７５±５℃、金型クランプ力を１０
０ｔ、モールド圧力を８０kgf/cm²なる条件下でモール
ドし、次いで１７５±５℃で５ｈの条件下でキュアベー
クすることが可能である。

【０１０５】また、配線基板１０上に搭載部品２１，２
２，２３，２４を合金材２５により固着し、金属線２６
を形成した後、例えばこれらに塗布したモールド用の樹
脂を１５０℃で２ｈの条件下で硬化熱処理する、いわゆ
るポッティング法により封止することも可能である。

【０１０６】モールド樹脂３０の寸法精度の制御や量産
性及びハンドリングの観点から比較すれば、半導体装置
４０の小型化及び廉価化にとってはトランスファモール
ド法によるのが望ましい。

【０１０７】本実施形態１の半導体装置４０は、例えば
図１０に示すような回路を有している。

【０１０８】すなわち、回路は、前記半導体素子２１を
駆動させるためのゲート駆動回路６０と、このゲート駆
動回路６０を制御するためのコントロール部７０とが内
蔵されている。

【０１０９】更に半導体装置４０は、共振電源コントロ
ールＩＣを採用し、耐圧２００ＶのパワーＭＯＳトラン
ジスタ８０を収納しており、小型，高効率，低ノイズの
共振型電源装置、特に共振型ＡＣ/ＤＣコンバータ電源
用として好適である。共振型ＡＣ/ＤＣコンバータの場
合は、スイッチング周波数０.５ＧHzで効率９０％以上
の性能が得られている。

【０１１０】これは、（１）過電流，過電圧保護機能、
（２）過熱保護機能、（３）ゲート駆動回路、（４）ソ
フトスタート機能、（５）特性の揃った２個のパワーＭ
ＯＳトランジスタをそれぞれ内蔵していることに基づ
く。

【０１１１】上述したように、本実施形態１の半導体装
置４０は所定の回路動作をしている。このことは、モー
ルド樹脂３０に金属磁性体粉末３２が添加されてるけれ
ども、モールド樹脂３０は半導体装置４０の回路機能を
損なうほどの電気絶縁性低下を生じていないことを示唆
する。

【０１１２】また、図１１は電磁波雑音強度の測定結果
を示すグラフである。

【０１１３】曲線Ａは動作状態にある半導体装置４０の
周囲で測定した強度であり、金属磁性体粉末を添加しな
いモールド樹脂を適用した比較試料による半導体装置
（回路構成，寸法等は、本実施形態１の半導体装置と同
一、以下単に比較例半導体装置とも呼称する)の雑音強
度を基準にして示す。

【０１１４】曲線から、本実施形態１の半導体装置４０
から放出される雑音の強度は、比較例半導体装置の場合
より大幅に低いことがわかる。

【０１１５】また、曲線Ｂは、半導体装置４０の周囲の
近傍で電磁波雑音を発生させた場合に半導体装置４０の
内部に侵入する電磁波雑音の強度を示す。この場合も、
上記比較例半導体装置の場合を基準にした値で示す。曲
線から、本実施形態１の半導体装置４０に侵入する雑音
強度は、比較例半導体装置の場合より大幅に低いことが
理解される。

【０１１６】以上のように、本実施形態１の半導体装置
４０には優れた電磁波遮蔽性能が付与されていることが
確認される。

【０１１７】図１２はチップ抵抗体はんだ付け部の温度
サイクル試験による熱疲労破断寿命を示すグラフであ
る。図中の小さい□印はモールド樹脂３０を設けない場
合、大きい□印はモールド樹脂３０を設けた場合をそれ
ぞれ表す。

【０１１８】モールド樹脂３０を設けない場合は、温度
サイクルの際の高温と低温間の温度差により破断による
断線サイクル数が変わる。断線サイクル数の下限値点の
包絡直線を求めると、実線が得られる。この実線が非モ
ールド構造の熱疲労破断寿命を表す。

【０１１９】一方、モールド樹脂３０を設けた場合は、
温度差２０５℃（温度サイクル：−５５／１５０℃)の
条件下でも１１０００回の時点では断線は見られなかっ
た。この点の試験結果に対し、非モールド構造の試験結
果を線形被害則に基づいて適用すると、破線で示す直線
が得られる。この直線が本実施形態１の半導体装置４０
のチップ抵抗体２２はんだ付け部の熱疲労破断寿命と推
定される。

【０１２０】この寿命特性から、半導体装置４０の実稼
働条件（温度差：７０℃)における破断寿命を見積もる
と、約４５万回以上と推定される。

【０１２１】このように長い破断寿命が得られたのは、
（１）合金材２５自体が優れた耐熱疲労特性を有してい
ることに加えて、（２）モールド樹脂３０と配線基板１
０との一体化界面に内部応力を内蔵せず、外部要因の熱
応力が重畳されてもはんだ付け部に過大な応力が作用し
ないことに基づくものと考えられる。換言すれば、合金
材２５の剛性及び熱歪吸収性と、封止材としてのモール
ド樹脂３０の熱膨張率とが整合されていることに基づ
く。

【０１２２】図１３はチップコンデンサはんだ付け部の
温度サイクル試験による熱疲労破断寿命を示すグラフで
ある。図の見方は図１２の場合と同様である。

【０１２３】本実施形態１の半導体装置４０の実稼働条
件（温度差：７０℃)における、チップコンデンサはん
だ付け部の破断寿命は、１００万回以上と推定される。
このように長い破断寿命が得られた理由は、基本的にチ
ップ抵抗体の場合と同様である。

【０１２４】なお、チップ抵抗体よりチップコンデンサ
の場合に長い寿命が得られる。これは、チップ抵抗体
（母材：アルミナ)よりもチップコンデンサ（母材：チ
タン酸バリウム)の方が、配線基板１０との熱膨張率の
整合性に優れるためである。

【０１２５】図１４はパワーＭＯＳＦＥＴ素子搭載部の
熱抵抗の推移を示すグラフである。図中の曲線Ａは本実
施形態１の半導体装置４０の場合、曲線Ｂ及びＣはそれ
ぞれ熱膨張率が８ppm/℃及び２５ppm/℃のモールド樹脂
を適用した比較例半導体装置の場合を示している。ただ
し、合金材２５としては、曲線Ａ，Ｂ，ＣともＳｎ−５
wt%Ｓｂ材を用いている。

【０１２６】曲線Ａでは温度サイクル数が１万回までの
試験で熱抵抗の上昇を示していないのに対して、曲線Ｂ
及びＣでは１５０回以上で熱抵抗の上昇を示している。
このように、本実施例の場合に長い破断寿命が得られた
のは、基本的にチップ抵抗体の場合と同様の理由に基づ
く。

【０１２７】逆に、比較例の場合は、モールド樹脂と回
路基板との一体化界面に内部応力を内蔵するため、外部
要因の熱応力が重畳されて、はんだ付け部に過大な応力
が作用する。この点が、短い寿命しか得られなかった理
由である。

【０１２８】図１５は本実施形態１の半導体装置４０を
実装した電子装置９０の一部を示す模式的断面図であ
る。

【０１２９】本実施形態１の電子装置９０は、図１７に
示すように、例えばガラスエポキシ材を母材とするプリ
ント基板のごとき回路配線の施された実装基板９１に、
半導体装置４０が端子（リード）２４を介して、合金材
（第２合金材）９２により固着されているものである。

【０１３０】半導体装置４０において、搭載部品２１，
２２，２３，２４を配線基板１０の配線層３に接続する
合金材（第１合金材）２５は、Ｓｎを主成分としＳｂ，
Ａｇ，Ｚｎ，Ｉｎ，Ｃｕ及びＢｉの群から選択された１
種類以上の金属が添加された合金によって構成されてい
る。

【０１３１】また、半導体装置４０のモールド樹脂３０
は、エポキシ樹脂に３５〜９５vol%の磁性体粉末を添加
したものであり、熱膨張率は１４〜２０ppm/℃に調整さ
れている。

【０１３２】前記端子２４を実装基板９１に接続する合
金材（第２合金材）９２は、前記第１合金材２５の融点
よりも低い融点のものが使用され、半導体装置４０の実
装の際、半導体装置４０のモールド樹脂３０内の各搭載
部品２１，２２，２３，２４の接合部分の溶融軟化を防
止している。例えば、前記第２合金材９２も前記第１合
金材２５と略同様な成分のものを使用する。

【０１３３】本実施形態１によれば以下の効果を奏す
る。

【０１３４】（１）合金材（第１合金材）２５はＳｎを
主成分とする合金であり、封止体（モールド樹脂）３０
を構成する樹脂の熱膨張率は１４〜２０ppm/℃であるこ
とから、剛性が大きく熱歪吸収性に優れる合金材の利点
と、配線基板（配線金属基板）１０に対してモールド樹
脂３０の熱膨張率が適切に調整されている利点とが調和
して、はんだ付け部の熱疲労破壊が一層抑制される。

【０１３５】（２）配線基板１０はＡｌ又はＣｕからな
る金属板の主面に絶縁層を介して配線（配線層３）が形
成された構造になっているが、合金材２５はＳｎを主成
分とする合金であり、封止体３０を構成する樹脂の熱膨
張率は１４〜２０ppm/℃であることから、剛性が大きく
熱歪吸収性に優れる合金材の利点と、配線基板１０に対
してモールド樹脂３０の熱膨張率が適切に調整されてい
る利点とが調和して、はんだ接続部の熱疲労破壊が一層
抑制される。すなわち、半導体装置４０に内蔵する部品
のはんだ接続部の耐熱疲労性と気密性が付与される。

【０１３６】（３）封止体３０は、有機樹脂（エポキシ
樹脂３１）と、この有機樹脂に適度に添加された金属磁
性体粉末またはフェライト粉末によって所定の絶縁性と
電磁的遮蔽効果を有する。したがって、半導体装置４０
の内部で発生した雑音の外部への放出や、外部雑音の半
導体装置４０の内部への浸入を防止できるため、半導体
装置４０自体及び半導体装置４０の周辺機器の誤動作を
防止できる。

【０１３７】（４）配線基板１０はＡｌ又はＣｕからな
る金属板の主面に絶縁層２を介して配線（配線層３）が
形成された構造になっているとともに、前記（３）のよ
うに封止体３０内には金属磁性体粉末またはフェライト
粉末が添加されていることから、電磁的遮蔽機能の向上
を図ることができる。

【０１３８】（５）１層の絶縁性樹脂からなる封止体３
０で部品２１，２２，２３，２４，合金材２５及び配線
基板１０を被覆する構造であり、あらかじめ用意するベ
ースやキャップで封止体を形成しないことから、半導体
装置４０の小型化が図れるとともに製造コストの低減が
図れる。

【０１３９】（６）半導体装置４０の小型化から配線長
が短縮でき、高周波特性に優れた半導体装置４０にな
る。

【０１４０】（７）配線基板１０に対して封止体３０の
熱膨張率が適切に調整されていることによって配線基板
１０と封止体３０間の接合界面２７の剥離が一層抑制さ
れ、耐湿性の優れた半導体装置４０になる。

【０１４１】（８）本実施形態１の半導体装置４０を実
装した電子装置９０は、半導体装置４０が有する効果を
有するとともに、半導体装置４０を実装する合金材（第
２合金材）９２は、半導体装置４０の配線基板１０に搭
載する部品２１，２２，２３，２４を接続する合金材
（第１合金材）２５の融点よりも低い融点のものが使用
されていることから、電子装置９０の製造における半導
体装置４０の実装基板９１への接続時、部品２１，２
２，２３，２４の配線基板１０に対する合金材（第１合
金材）２５を溶融軟化することなく接続することがで
き、電子装置９０の信頼性が高くなる。

【０１４２】なお、本実施形態１においては、熱膨張率
は前記数値に限定されるものではない。すなわち、モー
ルド樹脂３０の熱膨張率は１６ppm/℃以外のエポキシ樹
脂からなるモールド樹脂３０であってもよい。

【０１４３】表２は、モールド樹脂３０の熱膨張率を変
えた半導体装置４０における各種試験による耐久性能を
示すものである。各種試験とは、温度サイクル試験，高
温高湿バイアス試験，プレッシャクッカ試験である。い
ずれの半導体装置４０においても良好な結果を得ること
ができることが分かる。

【０１４４】更に：前記実施形態１ではトランスファー
モールド構造の半導体装置を中心に説明したが、トラン
スファーモールド構造のみに限定されるものではなく、
図１６（ａ）に示すように、回路を構成する全ての搭載
部品２１，２２，２３，２４や配線（配線層３）をポッ
ティングにより樹脂被覆して封止体（モールド樹脂）３
０を形成したり、あるいは図１６（ｂ）に示すように、
回路を構成する搭載部品２１，２２，２３，２４や配線
（配線層３）の必要部を部分的にポッティングして封止
体（モールド樹脂）３０を形成する構造にたいしても本
発明を適用することが可能である。

【０１４５】（実施形態２）図１７は本発明の他の実施
形態（実施形態２）である電子装置を示す模式的断面
図、図１８は電子装置の一部を示す模式的拡大断面図で
ある。

【０１４６】本実施形態２の電子装置９０ａは、図１７
に示すように、前記実施形態１と同様の手法により製作
されたモールド型の半導体装置４０ａが、例えばポリイ
ミドフイルムに銅フイルム配線を設けたフレキシブルプ
リント基板（実装基板）９５に、当該半導体装置４０ａ
が備えるスルーホール配線２４ａを介して、例えばＰｂ
とＳｎを主成分とする合金材（第２合金材）９２により
接続されているものである。

【０１４７】そして、半導体装置４０ａは図１に示した
半導体装置４０とほぼ同様の構成であり、内部の回路基
板１０ａ上の搭載部品（図示を省略)がＳｎを主成分と
しＳｂ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｉｎ，Ｃｕ及びＢｉの群から選択
された１種類以上の金属が添加された合金材（第１合金
材)２５ａによって固着され、搭載部品，合金材２５ａ
や配線基板１０ａが、金属磁性体粉末としての鉄粉末が
４０vol％添加され、熱膨張率が１６ppm/℃に調整され
たエポキシ樹脂からなるモールド樹脂３０ａ(厚さ１mm)
のトランスファモールドにより気密的に封止されてい
る。

【０１４８】ここで、半導体装置４０ａの配線基板１０
ａ（特に、金属板１ａ)には、図１８の拡大断面図に示
すように直径０.４ｍｍの貫通孔２４ｂが設けられ、貫
通孔部分まで延長して設けられた絶縁層２ａ及び配線層
３ａが設けられ、スルーホール配線２４ａが形成されて
いる。フレキシブルプリント基板９５は、基材フイルム
としてのポリイミド層９５１（厚さ：６０μｍ）、配線
としての銅層９５２（厚さ：３０μｍ）、表面被覆材と
してのポリイミド層９５３(厚さ：６０μｍ）がサンド
ウイッチ状に積層されたものである。

【０１４９】半導体装置４０ａとフレキシブルプリント
基板９５は、第２合金材９２としてのＰｂ−６０wt%Ｓ
ｎ材によりはんだ付けされている。

【０１５０】以下、このはんだ付け工程をプリント基板
はんだ付けと言う。このプリント基板はんだ付けでは、
プリント基板の所定部にＰｂ−６０wt%Ｓｎ材ペースト
を印刷した後、スルーホール配線２４ａが位置的に印刷
部に対応するように前記半導体装置４０ａを配置し、こ
れらを２２０℃に加熱した。

【０１５１】したがって、半導体装置４０ａの内部の搭
載部品の全ての第１固着部位は、約２３０℃以上の融点
（正確には２３２〜２４０℃)を持つＳｎ−５wt%Ｓｂ材
からなる第１合金材２５ａによる「前作業」であらかじめ
固着されている。そのために、第２合金材９２で半導体
装置４０ａをフレキシブルプリント基板９５に固着する
「後作業」が、第２合金材９２の融点よりも第１合金材２
５ａの融点よりも低い２２０℃の加熱によって行なわれ
ても、第１固着部位の再溶融は生じない。

【０１５２】これによって、半導体装置４０ａの内の回
路定数は、半導体装置４０を得るためのプリント基板は
んだ付け工程を経た後であっても変動しない。すなわ
ち、半導体装置４０ａを、少なくとも第１合金材２５ａ
よりも融点の低い第２合金材９２によって、フレキシブ
ルプリント基板９５に固着することにより、半導体装置
４０ａの熱的な変質や性能劣化を防止できる。

【０１５３】これに対し、Ｐｂ−６０wt%Ｓｎ材からな
る第１合金材を用いた場合は、２２０℃のプリント基板
はんだ付け工程において、第１合金材としてのＰｂ−６
０wt%Ｓｎ材（融点：１８３℃)が再溶融し、半導体装置
４０ａ内の回路定数が変動した。

【０１５４】また、Ｐｂ−６０wt%Ｓｎ材は、再溶融に
より１.１６倍の体積膨張を生ずる。この場合には、搭
載部品，モールド樹脂３０ａ及び回路基板１０ａで構成
される密閉空間で第１合金材からなる溶融はんだ材が受
ける圧力は、８０kg/mm²以上に達し、モールド樹脂３０
ａは回路基板１０ａから剥離すると同時に、溶融はんだ
材は剥離間隙を通して流出する。この流出により、配線
層３ａ間は電気的に短絡する。

【０１５５】しかし、本実施例の半導体装置４０ａ又は
半導体装置４０では、プリント基板はんだ付け工程で再
溶融を生じないため、配線層３ａ間は短絡しない。

【０１５６】一方、例えば融点の高い第１合金材（Ｐｂ
−５wt%Ｓｎ材)を用いて搭載部品を基板１０ａに固着す
るには、３００℃以上の温度に加熱する必要がある。こ
の場合には、基板１０ａの絶縁層２ａの熱的劣化によ
り、絶縁層２ａの絶縁耐力が低下する（交流実効値電圧
１５００Vの印加により、配線３ａ−金属板１ａ間は短
絡する)。

【０１５７】しかし本実施形態では、上述したように２
２０℃の加熱であって３００℃以上の熱工程を経ていな
いため絶縁層２ａは劣化しておらず、上記交流電圧の印
加によっても、配線３ａ−金属板１ａ間は良好な電気絶
縁性が保たれる。この点からも、熱的耐久性の向上及び
熱的劣化の防止を図ることができる。

【０１５８】ところで、本発明は上述の実施形態に記述
した範囲外にも適用され得る。

【０１５９】すなわち、金属板１はアルミニウム以外
に、例えば銅，ニッケル，鉄，モリブデン，タングステ
ン，真鍮，鉄−ニッケル合金，鉄−ニッケル−コバルト
合金，銅−インバ−銅ラミネート複合金属，銅−モリブ
デン−銅ラミネート複合金属などの金属材に置き換える
ことが可能である。

【０１６０】また、モールド樹脂３０として適用される
エポキシ系樹脂としては、フィラーとしてＳｉＯ₂（溶
融シリカ，結晶シリカ)やＺｎＯ粉末を添加したフェノ
ール硬化型エポキシ樹脂が用いられる。この場合、フィ
ラーは、所望の電磁波遮蔽特性，熱膨張率との兼ね合い
に応じて、任意の組成を選択することが可能である。更
に、ゴム変性エポキシ樹脂を用いた場合でも、その熱膨
張率が１４〜２０ppm/℃の範囲に選択される限り本発明
の効果を享受できる。

【０１６１】以上本発明者によってなされた発明を実施
形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形
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いうまでもない、例え
ば、前記実施形態では半導体素子基体としてのＳｉを中
心に述べたが、本発明ではこれのみに限定されず、Ｇａ
Ａｓ，ＧａＰ，ＳｉＣのごとき化合物半導体を母材にし
た半導体素子基体が搭載された場合でも本発明の効果を
享受できる。

【０１６２】本発明は少なくとも樹脂封止型の半導体装
置や樹脂封止型半導体装置を組み込んだ電子装置に適用
できる。

【０１６３】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。

【０１６４】（１）本発明によれば、内蔵部品のはんだ
接続部の耐熱疲労性が高く、耐湿性に優れかつ小型化と
廉価化が可能になる電磁的遮蔽機能を有する樹脂封止型
の半導体装置を提供することができる。

【０１６５】（２）本発明によれば、内蔵部品のはんだ
接続部の耐熱疲労性が高く、耐湿性に優れかつ小型化と
廉価化が可能になる電磁的遮蔽機能を有する樹脂封止型
の半導体装置を組み込んだ電子装置を提供することがで
き、電子装置の信頼性の向上を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態（実施形態１）である半導
体装置を示す断面図である。

【図２】本実施形態１の半導体装置の封止体を構成する
モールド樹脂の構造を示す模式的断面である。

【図３】エポキシ樹脂に鉄粉末を分散したモールド樹脂
の電磁波透過特性を示すグラフである。

【図４】電磁波の透過特性測定法の概略を示す模式図で
ある。

【図５】エポキシ樹脂に添加する鉄粉末の量を変化させ
た場合のモールド樹脂の電磁波透過特性を示すグラフで
ある。

【図６】本実施形態１の半導体装置における端子間の電
圧−電流特性を示すグラフである。

【図７】本実施形態１の半導体装置の端子間におけるリ
ーク電流のモールド樹脂中における鉄粉末の添加量依存
性を示すグラフである。

【図８】本実施形態１の半導体装置に使用される合金材
の熱疲労破壊耐量を示すグラフである。

【図９】本実施形態１の半導体装置におけるモールド樹
脂と配線基板（回路基板）との一体化物のそり量を示す
グラフである。

【図１０】本実施形態１の半導体装置の回路を示すブロ
ック図である。

【図１１】本実施形態１の半導体装置における電磁波雑
音強度の測定結果を示すグラフである。

【図１２】本実施形態１の半導体装置におけるチップ抵
抗体はんだ付け部の温度サイクル試験による熱疲労破断
寿命を示すグラフである。

【図１３】本実施形態１の半導体装置におけるチップコ
ンデンサはんだ付け部の温度サイクル試験による熱疲労
破断寿命を示すグラフである。

【図１４】本実施形態１の半導体装置におけるパワーＭ
ＯＳトランジスタ搭載部の熱抵抗の推移を示すグラフで
ある。

【図１５】本実施形態１の半導体装置を組み込んだ電子
装置の模式的断面図である。

【図１６】本発明の他の実施形態（実施形態２）である
電子装置を示す模式的断面図である。

【図１７】本実施形態２の電子装置の一部を示す模式的
拡大断面図である。

【図１８】本発明の他の実施例（実施形態３）の半導体
装置の模式的断面図である。

【符号の説明】

１，１ａ…金属板、２，２ａ…絶縁層、３，３ａ…配線
層、１０，１０ａ…配線基板（配線金属基板）、２１…
半導体素子、２２…チップ抵抗、２３…チップコンデン
サ、２４…端子（リード）、２４ａ…スルーホール配
線、２４ｂ…貫通孔、２５…合金材（第１合金材）、２
５ａ…合金材（第１合金材)、２６…金属線（ワイ
ヤ）、２７…界面、３０，３０ａ…封止体（モールド樹
脂）、３１…エポキシ樹脂、、３２…鉄粉末、４０，４
０ａ…半導体装置、５１…電磁波源用発信器、５２…電
磁波強度測定器（受信用素子)、５３…電磁波送信用微
少ループアンテナ、５４…電磁波受信用微少ループアン
テナ、５５…試料、６０…ゲート駆動回路、７０…コン
トール部、８０…パワーＭＯＳトランジスタ、９０，９
０ａ…電子装置、９１…実装基板、９２…合金材（第２
合金材）、９５…フレキシブルプリント基板（実装基
板）、９５１…ポリイミド層、９５２…銅層、９５３…
ポリイミド層。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年４月２１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】具体的には、これらの機器から発生される
電磁波が周辺の電子機器を誤動作させたり、逆に周辺の
電子機器等で発生した電磁波によりこれらの機器が誤動
作する。このため最近では、このような電波障害を防ぐ
ため、電磁干渉シールドを施すようになってきた。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】配線基板と、前記配線基板に合金材によ
って接続される一つ以上の部品と、前記配線基板の所定
部と前記部品を被覆する絶縁性樹脂からなる封止体とを
有し、前記合金材は９０wt％以上のＳｎにＳｂ，Ａｇ，
Ｚｎ，Ｉｎ，Ｃｕ及びＢｉの群から選択された１種類以
上の金属が添加された合金からなり、前記封止体は有機
樹脂に３５〜９５vol％の金属磁性体粉末またはフェラ
イト粉末が添加されかつ熱膨張率が１４〜２０ppm/℃に
なっていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】前記封止体はエポキシ樹脂と、前記エポ
キシ樹脂に添加されたＦｅ粉末又はＦｅ，Ｓｉ，Ａｌ，
Ｎｉ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｃｒ及びＣｏの群から選択さ
れた少なくとも１種類以上の金属を含む合金粉末からな
る金属磁性体粉末またはフェライト粉末からなっている
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】前記部品は半導体素子または受動素子も
しくは前記素子を組み込んだモジュールからなっている
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導
体装置。
【請求項４】前記配線基板はＡｌ又はＣｕからなる金
属板の主面に絶縁層を介して配線が形成された構造にな
っていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいず
れか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】配線基板と、前記配線基板に合金材によ
って接続される一つ以上の部品と、前記配線基板の所定
部と前記部品を被覆する絶縁性樹脂からなる封止体とを
有する半導体装置が、実装基板に合金材を介して接続さ
れてなる電子装置であり、前記部品を前記配線基板に接
続する合金材は９０wt％以上のＳｎにＳｂ，Ａｇ，Ｚ
ｎ，Ｉｎ，Ｃｕ及びＢｉの群から選択された１種類以上
の金属が添加された合金からなり、前記封止体は有機樹
脂に３５〜９５vol％の金属磁性体粉末またはフェライ
ト粉末が添加されかつ熱膨張率が１４〜２０ppm/℃にな
り、前記半導体装置を前記実装基板に接続する合金材の
融点は前記部品を前記配線基板に接続する合金材の融点
よりも低く構成されていることを特徴とする電子装置。
【請求項６】前記封止体はエポキシ樹脂と、前記エポ
キシ樹脂に添加されたＦｅ粉末又はＦｅ，Ｓｉ，Ａｌ，
Ｎｉ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｃｒ及びＣｏの群から選択さ
れた少なくとも１種類以上の金属を含む合金粉末からな
る金属磁性体粉末またはフェライト粉末からなっている
ことを特徴とする請求項５に記載の電子装置。
【請求項７】前記部品は半導体素子または受動素子も
しくは前記素子を組み込んだモジュールからなっている
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の電子
装置。
【請求項８】前記配線基板はＡｌ又はＣｕからなる金
属板の主面に絶縁層を介して配線が形成された構造にな
っていることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいず
れか１項に記載の電子装置。