JPH1154653A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＴＡＢ用テープ部材を用いたＣＳＰ型半導体装
置の外部端子となるはんだバンプあるいは導電性リード
の破壊，接着部材と封止部材の界面はく離、および半導
体素子の割れを防止し、信頼性の高い半導体装置を提供
する。 【解決手段】半導体素子の電極部分を封止する封止部材
の弾性係数を、ＴＡＢ用テープ部材を接着する接着部材
の弾性係数と同等かそれ以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子の電極
と外部端子を電気的に接続する導電部材を備えたシート
状部材を用いた半導体装置であって、外部端子を半導体
素子の主表面の面内に設け、かつパッケージの外形寸法
が半導体素子の外形寸法に極めて近い小型の半導体装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の高密度実装化に対応するた
め、多ピン化および外部端子ピッチの縮小化が容易な絶
縁性のテープまたはフィルムからなる基材に導電性リー
ドを形成したシート状部材を使用して、半導体素子の電
極と実装基板に接続するための外部端子との電気的接続
を行うＴＡＢ（テープ・オートメイティド・ボンディン
グ）技術を応用した半導体装置が開発されている。これ
らの例が特開平8−31866号公報，特開平8−88243号公
報，特開平8−88245号公報、および特開平8−31869号公
報に開示されている。

【０００３】これら従来技術による半導体装置は、電極
が形成された半導体素子と、フィルム基材に導電性のリ
ードが形成されたシート状部材と、少なくとも半導体素
子の主表面とフィルム基材から露出した導電性リードを
覆う封止部材と、外部端子とからなる。半導体素子の電
極は半導体素子表面の周辺部に配置されており、シート
状部材は半導体素子の電極より外方にあって導電性リー
ドの一端が電極と接続されている。導電性リードの他方
の一端には球状はんだからなる外部端子が設けられてい
る。外部端子は半導体素子の主表面の面外に設けられて
いるため、半導体装置のパッケージサイズは半導体素子
のサイズより大きくなっている。

【０００４】一方、半導体装置を搭載する機器の小型化
を図るため、半導体装置のパッケージサイズを半導体素
子のサイズに近づけようとする傾向が顕著になってい
る。これらのパッケージは一般にＣＳＰ（チップサイズ
パッケージまたはチップスケールパッケージの略称）と
呼ばれている。上記したフィルム基材に導電性リードを
形成したシート状部材を用いるＴＡＢ技術を応用したＣ
ＳＰの例として、特表平6−504408号公報，特開平7−29
7236号公報、および特開平8−8296 号公報がある。

【０００５】これら従来技術による半導体装置では、フ
ィルム基材に導電性のリードが形成されたシート状部材
が半導体素子表面に接着部材によって接着され、外部端
子が半導体素子の主表面の面内に設けられており、パッ
ケージサイズがほぼ半導体素子のサイズと等しくなって
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記外部端子が半導体
素子主表面内に配置されるＣＳＰの従来技術では、外部
端子にはんだなどの金属バンプが用いられ、プリント回
路基板に接続される。このような構造のＣＳＰで問題と
なるのは、はんだバンプの接続信頼性である。半導体素
子（シリコン（Ｓｉ））の線膨張係数は３×１０^-6／℃
程度であり、最も一般的に使用されるガラスエポキシ樹
脂系のプリント回路基板（ＦＲ−４など）の線膨張係数
は約１７×１０^-6／℃である。このように両者の線膨張
係数が大きく異なるような場合、半導体装置に温度変化
が加えられるとはんだバンプにひずみが生じ、これが繰
り返されることによってはんだバンプが熱疲労破壊する
ことがある。

【０００７】はんだバンプの熱疲労破壊に対して最も考
慮され、信頼性が高いと考えられる従来の半導体装置
は、特表平6−504408 号公報に記載された半導体装置で
ある。この半導体装置では、半導体素子の主表面に柔軟
材（例えばエラストマ樹脂：常温でゴム状弾性を有する
高分子物質）からなる接着部材を介してシート状部材を
接着している。また、封止部材にも同程度の材料を使用
している。このため、半導体素子とプリント回路基板の
線膨張係数差が柔軟なエラストマ樹脂である接着部材に
よって吸収され、その結果はんだバンプに加わる熱ひず
みが小さくなる。

【０００８】ところが、上記従来構造の半導体装置で
は、シート状部材に形成されている導電性リードにエラ
ストマ樹脂の変形が加わるため、リード自体あるいはリ
ードと半導体素子の電極との接合部にひずみが生じ、こ
れが繰り返されることによってリードあるいはリード接
合部が疲労破壊する問題がある。すなわち上記従来技術
ではリード部分の疲労破壊に対して考慮されておらず、
はんだバンプの信頼性が十分であってもリード部分が疲
労破壊し、結局は半導体装置の信頼性を著しく低下させ
る可能性が大きい。

【０００９】特開平8−8296 号公報に記載されている半
導体装置では、半導体素子の主表面の電極部分を除くほ
ぼ全面が封止樹脂により封止されている。通常封止部材
にはエポキシ系樹脂を主成分とする液状樹脂（ポッティ
ング樹脂）が使用されており、この樹脂の縦弾性係数は
７０００ＭＰａ〜１００００ＭＰａ程度である。この半
導体装置では外部端子の周囲が弾性係数の大きな封止樹
脂で覆われているため、封止樹脂が半導体素子とプリン
ト回路基板の線膨張係数差を吸収することができず、外
部端子に大きな熱ひずみが発生し、熱疲労破壊が起こる
問題がある。

【００１０】また、特開平7−297236 号公報に記載され
ている半導体装置では、半導体素子の電極が半導体素子
表面の周辺部に設けられている。本従来技術では、電極
部分の封止については開示されていないが、通常封止部
材には上記したように縦弾性係数の大きな材料が用いら
れる。また、はんだバンプの熱疲労寿命を向上するため
に、シート状部材を半導体素子表面に接着する接着部材
には特表平6−504408号公報のようにエラストマ樹脂を
使用することが考えられる。一般にエラストマ樹脂は縦
弾性係数が小さい反面、線膨張係数が大きくなってい
る。このような構成の半導体装置が温度変化を受ける場
合、その冷却過程において、線膨張係数の大きなエラス
トマ樹脂を使用している接着部材の収縮量が大きくなる
が、半導体素子の周辺部に配置されている封止部材は縦
弾性係数がエラストマ樹脂より大きいことから、エラス
トマ樹脂の変形に追従することができない。その結果、
接着部材と封止部材の界面に大きなひずみが発生し、両
者の界面にはく離を引き起こすようになる。界面はく離
の発生は、導電性リードの腐食，半導体素子表面への水
分浸入による電極の腐食、あるいはシート状部材から突
出した導電性リードの断線といった問題を引き起こす可
能性を大きくする。

【００１１】また、ＴＡＢ技術を応用したＣＳＰ型半導
体装置では、半導体装置の主表面にシート状部材やシー
ト状部材を接着する接着部材、および封止部材が設けら
れた構成となっている。半導体素子の線膨張係数に比べ
て、シート状部材，接着部材および封止部材の線膨張係
数が大きいことから、このような構成の半導体装置で
は、温度変化によって線膨張係数差に起因する反りが発
生するようになる。特表平6−504408 号公報に記載され
た半導体装置のように接着部材および封止部材に低弾性
係数の材料を使用している場合は、接着部材自体の変形
により線膨張係数差を吸収するため反りの発生を抑制す
ることができる。しかし、半導体素子の周辺部が弾性係
数の大きな封止部材で覆われていると、線膨張係数差を
十分に吸収することができず反りの発生を抑制すること
ができない。そのため、半導体素子の主表面の端部に大
きな応力が発生するようになり、この部分から半導体素
子の割れが発生する問題が生じる。

【００１２】以上述べたように、従来のＴＡＢ技術を応
用したＣＳＰ型半導体装置では、外部端子であるはんだ
バンプあるいは導電性リードの疲労破壊の発生，接着部
材と封止部材界面のはく離、または半導体素子の割れの
いずれかの問題が発生し、全体として十分な信頼性を得
ることができなかった。

【００１３】本発明の目的は、従来のＣＳＰ型半導体装
置の問題を克服し、信頼性の高いＣＳＰ型半導体装置を
提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するため、以下の手段を採用する。

【００１５】（１）本願の発明の特徴は、回路が形成さ
れた方形の主表面を有し、該主表面外周部の少なくとも
１辺に電極が形成された半導体素子と、外部端子と、前
記電極と外部端子を電気的に接続する導電部材を備えた
シート状部材と、シート状部材を半導体素子主表面に接
着するための接着部材と、前記半導体素子主表面の外周
部分であって、該半導体素子の主表面と前記接着部材側
面および前記シート状部材の側面とを封止する前記接着
部材の弾性係数と同等もしくはそれ以下の弾性係数であ
る柔軟材からなる封止部材と、によって半導体装置を構
成したことである。

【００１６】また、回路が形成された方形の主表面を有
し、該主表面外周部の少なくとも１辺に電極が形成され
た半導体素子と、外部端子と、前記電極と外部端子を電
気的に接続する導電部材を備えたシート状部材と、前記
シート状部材を半導体素子主表面に接着し、前記半導体
素子主表面の外周端から離れて形成された接着部材と、
前記半導体素子主表面の外周部分と前記接着部材側面お
よび前記シート状部材の側面とを封止する前記接着部材
の弾性係数と同等もしくはそれ以下の弾性係数である柔
軟材からなる封止部材と、によって半導体装置を構成し
たことである。

【００１７】本発明では、半導体素子の主表面と前記接
着部材側面および前記シート状部材側面とを覆う封止部
材に接着部材と同等もしくはそれより小さな弾性係数で
ある柔軟材を用いることによって、熱変化による接着部
材の変形に封止部材が追従することができ、接着部材と
封止部材の界面はく離の発生を防止することができる。
また、接着部材および封止部材の熱収縮を封止部材自体
の変形で吸収することができる。

【００１８】本発明に用いる接着部材の室温における縦
弾性係数は７０ＭＰａ以上，4000ＭＰａ以下にするのが
望ましい。これによって、外部端子となるはんだバンプ
およびシート状部材に形成される導電性リードの信頼性
を確保することができる。

【００１９】上記したように接着部材にエラストマ樹脂
のような低弾性係数の材料を使用すると、シート状部材
に形成されている導電性リードに発生するひずみが大き
くなり、疲労破壊する可能性が増大する。図１３は半導
体装置に温度変化が加わった場合に導電性リードに発生
するひずみを接着部材の室温における縦弾性係数を変え
てシミュレーションで求め、導電性リード材料の疲労強
度データから寿命を算出した結果である。シミュレーシ
ョンした半導体装置の半導体素子のサイズは６.６×９.
０×０.２８mm ，接着部材の厚さ１５０μｍである。導
電性リード材料には銅（Ｃｕ）を用いている。縦弾性係
数が最も小さい材料(シリコーン樹脂)を接着部材に使用
した半導体装置パッケージの温度サイクル試験（１２５
℃と−５５℃の繰り返し）では、５００回から１５００
回の間で導電性リードの断線が発生した。上記温度サイ
クル試験では最低１０００回の寿命が確保できれば実機
において信頼性上の問題が発生しない。しかしながら強
度のばらつき等を考慮する必要があるため、平均して２
０００回の寿命を有することが必要であり、図１３の結
果から接着部材の縦弾性係数を７０ＭＰａ以上にするこ
とにより達成できることがわかる。

【００２０】一方、接着部材の弾性係数を大きくしてい
くと外部端子となるはんだバンプに発生するひずみが大
きくなり、はんだバンプの信頼性が損なわれる問題が起
きる。図１４は、はんだバンプに発生するひずみを接着
部材の室温における縦弾性係数を変えてシミュレーショ
ンで求め、はんだ材料の疲労強度データから寿命を算出
した結果である。図１４のシミュレーションは、外部端
子となるはんだバンプに直径０.３mm 相当の球状はんだ
を使用した場合の結果である。上記したように強度のば
らつき等を考慮して２０００回の寿命を確保するために
は、接着部材の縦弾性係数を４０００ＭＰａ以下にする
必要のあることがわかる。

【００２１】このように本発明に用いる接着部材の縦弾
性係数を７０ＭＰａ以上４０００ＭＰａ以下にすること
によって、発生するひずみを外部端子となるはんだバン
プおよびシート状部材に形成される導電性リードがバラ
ンス良く分担するため、実使用環境において破壊を防止
でき十分な信頼性を確保することができる。

【００２２】また、本発明の柔軟材からなる封止部材に
は、エラストマ樹脂を使用することが望ましく、さらに
エラストマ樹脂の縦弾性係数を１０ＭＰａ以下にするこ
とによって十分な信頼性を確保できるようになる。

【００２３】本発明による半導体装置のように半導体素
子の周辺部に電極があり、封止部材が半導体素子の主表
面外周部分のみを覆う構造では、封止部材に用いる材料
の弾性係数が大きいと、半導体素子の端部に大きな応力
が発生するようになる。図１５は封止部材の室温におけ
る縦弾性係数を変えて半導体素子上端部に発生する応力
をシミュレーションで求めた結果である。発明者らの実
験による評価の結果、図１５に示す半導体素子上端部の
応力が４０ＭＰａ以下で半導体素子の割れが発生しない
結果が得られた。従って、封止部材の縦弾性係数を１０
ＭＰａ以下にすることによって、半導体素子の割れを防
ぐことができる。

【００２４】（２）本願の他の発明の特徴は、回路が形
成された方形の主表面を有し、該主表面外周部の少なく
とも１辺に電極が形成された半導体素子と、外部端子
と、前記電極と外部端子を電気的に接続する導電部材を
備えたシート状部材と、シート状部材を半導体素子表面
に接着するための接着部材と、前記半導体素子主表面の
外周部分であって、該半導体素子の主表面とそれに隣接
する半導体素子側面と前記接着部材側面および前記シー
ト状部材の側面とを封止する前記接着部材の弾性係数と
同等もしくはそれ以下の弾性係数である封止部材と、に
よって半導体装置を構成したことである。

【００２５】また、回路が形成された方形の主表面を有
し、該主表面外周部の少なくとも１辺に電極が形成され
た半導体素子と、外部端子と、前記電極と外部端子を電
気的に接続する導電部材を備えたシート状部材と、前記
シート状部材を半導体素子表面に接着し、前記半導体素
子主表面の外周端から離れて形成された接着部材と、前
記半導体素子主表面の外周部分とそれに隣接する半導体
素子側面と前記接着部材側面および前記シート状部材の
側面とを封止する前記接着部材の弾性係数と同等もしく
はそれ以下の弾性係数である封止部材と、によって半導
体装置を構成したことである。

【００２６】本発明では、封止部材に接着部材の弾性係
数と同等もしくはそれ以下の弾性係数を有する材料を用
いることによって、接着部材の変形に封止部材が追従で
きるので、接着部材と封止部材界面のはく離発生を防止
することができる。

【００２７】さらに封止部材を半導体素子主表面の外周
部分とそれと隣接する半導体素子側面と接着部材側面お
よびシート状部材の側面とを覆うように形成することに
よって、半導体素子の上端部に発生する応力を低減する
作用が得られる。

【００２８】これは、封止部材が半導体素子の主表面だ
けでなくそれに隣接する半導体素子側面も覆うことによ
って、半導体素子に発生する応力を広い面積で負担する
ようになり、素子上端部に発生する応力が低減すること
による。

【００２９】本発明に用いる接着部材の縦弾性係数は７
０ＭＰａ以上，４０００ＭＰａ以下にするのが望まし
い。これによって、発生するひずみを外部端子となるは
んだバンプおよびシート状部材に形成される導電性リー
ドがバランス良く分担するため、実使用環境において破
壊を防止でき十分な信頼性を確保することができる。

【００３０】（３）本願のさらに他の発明の特徴は、回
路が形成された方形の主表面を有し、該主表面外周部の
少なくとも１辺に電極が形成された半導体素子と、外部
端子と、前記電極と外部端子を電気的に接続する導電部
材を備えたシート状部材と、前記シート状部材を半導体
素子主表面に接着し、前記半導体素子主表面と電極が形
成されていない半導体素子主表面の外周部分に隣接する
半導体素子側面とを覆う接着部材と、前記電極が形成さ
れた半導体素子主表面の外周部分であって、該半導体素
子の主表面と前記接着部材側面および前記シート状部材
の側面とを封止する前記接着部材の弾性係数と同等もし
くはそれ以下の弾性係数である柔軟材からなる封止部材
と、によって半導体装置を構成したことである。

【００３１】本発明では、電極が形成された半導体素子
の主表面外周部と前記接着部材側面および前記シート状
部材側面とを覆う封止部材に接着部材と同等もしくはそ
れより小さな弾性係数である柔軟材を用いることによっ
て、封止部材が接着部材の変形に追従することができ、
接着部材と封止部材界面のはく離発生を防止することが
できる。また、接着部材および封止部材の熱収縮を封止
部材自体の変形で吸収することができる。

【００３２】本発明に用いる接着部材の室温における縦
弾性係数は７０ＭＰａ以上，4000ＭＰａ以下にするのが
望ましい。これによって、外部端子となるはんだバンプ
およびシート状部材に形成される導電性リードの信頼性
を確保することができる。

【００３３】このように本発明に用いる接着部材の縦弾
性係数は７０ＭＰａ以上，４０００ＭＰａ以下にするこ
とによって、発生するひずみを外部端子となるはんだバ
ンプおよびシート状部材に形成される導電性リードがバ
ランス良く分担するため、実使用環境において破壊を防
止でき十分な信頼性を確保することができる。

【００３４】また、本発明の柔軟材からなる封止部材に
は、エラストマ樹脂を使用することが望ましく、さらに
エラストマ樹脂の縦弾性係数を１０ＭＰａ以下にするこ
とによって半導体素子の割れを防ぐことができ十分な信
頼性を確保できるようになる。

【００３５】さらに半導体素子主表面の電極が形成され
ていない外周部分において、接着部材を半導体素子の主
表面とそれと隣接する半導体素子側面と接着部材側面お
よびシート状部材の側面とを覆うように形成することに
よって、半導体素子主表面の電極が形成されていない外
周部分の上端部に発生する応力を低減する作用が得られ
る。

【００３６】これは、接着部材が半導体素子の主表面だ
けでなくそれに隣接する半導体素子側面も覆うことによ
って、半導体素子表面に発生する応力を広い面積で負担
するようになり、素子上端部に発生する応力が低減する
ことによる。これによって、この部分からの半導体素子
の割れを防止することができる。

【００３７】（４）本願のさらに他の発明の特徴は、回
路が形成された方形の主表面を有し、該主表面外周部の
少なくとも１辺に電極が形成された半導体素子と、外部
端子と、前記電極と外部端子を電気的に接続する導電部
材を備えたシート状部材と、前記シート状部材を半導体
素子主表面に接着し、前記半導体素子主表面と電極が形
成されていない半導体素子主表面の外周部分に隣接する
半導体素子側面とを覆う接着部材と、前記電極が形成さ
れている半導体素子主表面の外周部分であって、該半導
体素子の主表面とそれに隣接する半導体素子側面と前記
接着部材側面および前記シート状部材の側面とを封止す
る前記接着部材の弾性係数と同等もしくはそれ以下の弾
性係数である封止部材と、によって半導体装置を構成し
たことである。

【００３８】本発明では、封止部材に接着部材の弾性係
数と同等もしくはそれ以下の弾性係数を有する材料を用
いることによって、接着部材の変形に封止部材が追従で
きるので、接着部材と封止部材界面のはく離発生を防止
することができる。

【００３９】また、半導体素子主表面の電極部分を覆う
封止部材を半導体素子主表面の外周部分とそれと隣接す
る半導体素子側面と接着部材側面およびシート状部材の
側面とを覆うように形成することによって、半導体素子
の上端部に発生する応力を低減する作用が得られる。

【００４０】これは、封止部材が半導体素子の主表面だ
けでなくそれに隣接する半導体素子側面も覆うことによ
って、半導体素子に発生する応力を広い面積で負担する
ようになり、素子上端部に発生する応力が低減すること
による。

【００４１】さらに、半導体素子主表面の電極が形成さ
れていない外周部分においては、接着部材を、半導体素
子の主表面とそれと隣接する半導体素子側面と接着部材
側面およびシート状部材の側面とを覆うように形成する
ことによって、半導体素子主表面の電極が形成されてい
ない外周部分の上端部に発生する応力を低減する作用が
得られる。

【００４２】これは、接着部材が半導体素子の主表面だ
けでなくそれに隣接する半導体素子側面も覆うことによ
って、半導体素子表面に発生する応力を広い面積で負担
するようになり、素子上端部に発生する応力が低減する
ことによる。これによって、この部分からの半導体素子
の割れを防止することができる。

【００４３】本発明に用いる接着部材の縦弾性係数は７
０ＭＰａ以上，４０００ＭＰａ以下にするのが望まし
い。これによって、発生するひずみを外部端子となるは
んだバンプおよびシート状部材に形成される導電性リー
ドがバランス良く分担するため、実使用環境において破
壊を防止でき十分な信頼性を確保することができる。

【００４４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて説明する。

【００４５】図１は、本発明による半導体装置の第１実
施例を示すシート状部材および接着部材の一部と封止部
材を取り除いた状態での平面図であり、図２は図１に示
した半導体装置のＡ−Ａ線における断面図、図３は図１
に示した半導体装置のＢ−Ｂ線における断面図である。

【００４６】図において、半導体素子１の電極２が形成
されている長方形状の半導体素子の主表面１ａには、接
着部材３によってシート状部材４が接着されており、シ
ート状部材４の表面には銅（Ｃｕ）箔、あるいは表面に
金（Ａｕ），ニッケル(Ｎｉ)等のメッキを施した銅箔か
らなるパターン状リード５と、パターン状リード５に連
なりシート状部材４から突出したリード６が設けられて
いる。

【００４７】パターン状リード５は例えばシート状部材
４に図示されていない接着剤などによって固定される。
半導体素子１の電極２は半導体素子主表面１ａの対向す
る短辺側外周部分１ａａに設けられている。接着部材３
は電極２が形成されている短辺側外周部分１ａａと長辺
側外周部分１ａｂを除く領域に設けられている。短辺側
外周部分１ａａと長辺側外周部分１ａｂは、半導体素子
主表面１ａと接着部材側面３ａとシート状部材側面４ａ
とを覆うように柔軟材からなる封止部材７によって封止
されている。リード６の端部６ａと電極２は熱圧着等の
方法により接合され、リード６と半導体素子１は電気的
に接続されている。

【００４８】リード６に連なるシート状部材４表面のパ
ターン状リード５は外部端子８の直下部分まで配設され
てランド５ａとなり、シート状部材に形成された穴部９
内部においてランド５ａと外部端子８を接合している。
金属バンプからなる外部端子８には、表面実装型半導体
装置の実装に広く用いられているはんだ（例えば、Ｐｂ
−Ｓｎ系共晶はんだ）を用いる。シート状部材４は、ポ
リイミド樹脂などからなるテープあるいはフィルム状部
材で形成する。封止部材７は弾性係数の小さな柔軟材か
らなり、接着部材３の縦弾性係数と同等もしくはそれよ
り小さな縦弾性係数を有する材料を用いる。

【００４９】本実施例の半導体装置によれば、半導体装
置が温度変化を受けた場合の冷却時において、接着部材
の熱変形に封止部材が追従して変形するようになるた
め、接着部材と封止部材との界面に発生する応力が低減
し、界面はく離の発生を防止することができる。また、
封止部材が柔軟材で形成されているので、接着部材およ
び封止部材の熱変形を封止部材自体の変形で吸収するこ
とができ、半導体素子主表面端部に大きな応力が発生し
なくなる。

【００５０】封止部材７には、エラストマ樹脂を使用す
ることにより、半導体装置の半導体素子主表面端部の発
生応力低減効果がより得られる。エラストマ樹脂の縦弾
性係数は０.１ＭＰａ〜５０ＭＰａ 程度であり、シリコ
ーンゴム，スチレンブタジエンゴム，ブチルゴム等の材
料がある。特に封止部材７に用いるエラストマ樹脂の縦
弾性係数を１０ＭＰａ以下にすることによって、半導体
装置の信頼性をより向上することができる。

【００５１】接着部材３の材料には、室温における縦弾
性係数が７０ＭＰａ以上，４０００ＭＰａ以下の材料も
用いるのが望ましい。これによってはんだバンプなどか
らなる外部端子８およびリード６それぞれに発生するひ
ずみを最適化することができる。

【００５２】接着部材３は単一材料からなる単層構造の
材料、あるいはテープ状の基材表面に接着材料を形成し
た三層構造もしくはそれ以上の層構成の材料を用いる。
単層構造の材料としては、エポキシ系樹脂，エホキシ＋
ポリイミド系樹脂，エポキシ樹脂とアクリル系ゴムから
構成される樹脂，アクリル系樹脂，多孔質ポリテトラフ
ルオロエチレンおよびシリコーン系樹脂などを使用す
る。単層構造の接着部材３は、シート状部材３表面にス
クリーン印刷法，ポッティング法あるいは貼り付け法に
よって形成しても良いし、半導体素子１の表面に形成さ
れたものでも良い。三層構造の接着部材３は、ポリイミ
ド樹脂からなるテープ状基材表面に上記単層構造の材料
として挙げたものを接着剤として形成した部材より構成
する。

【００５３】図１から図３に示した本発明による半導体
装置は、外部端子８が接合されている方向の面を対向さ
せた状態でプリント回路基板に実装される。

【００５４】図１から図３に示した半導体装置では、シ
ート状部材４に形成した穴９に外部端子８の一部を入れ
てパターン状リード５と外部端子８を接続する例を示し
た。図４はシート状部材４の他の様態を示す本発明によ
る半導体装置の断面図である。

【００５５】図において、半導体素子１の電極２が形成
されている方形の半導体素子主表面１ａには、接着部材
３によってシート状部材４が接着されており、シート状
部材４の表面にはパターン状リード５と、パターン状リ
ード５に連なりシート状部材４から突出したリード６が
設けられている。半導体素子１の電極２は、図１と同様
に半導体素子主表面１ａの短辺側外周部分１ａａに設け
られている。接着部材３は電極２が形成されている短辺
側外周部分１ａａと図示されていない長辺側外周部分１
ａｂを除く領域に設けられている。短辺側外周部分１ａ
ａと長辺側外周部分１ａｂは、半導体素子主表面１ａと
接着部材側面３ａとシート状部材側面４ａとを覆うよう
に柔軟材からなる封止部材７によって封止されている。

【００５６】リード６の端部６ａと電極２が熱圧着等の
方法により接合され、リード６と半導体素子１は電気的
に接続されている。リード６に連なるシート状部材４表
面のパターン状リード５は外部端子８の直下部分まで配
設されてランド５ａとなって外部端子８と接合されてお
り、外部端子接合部を除くシート状部材表面にはソルダ
レジスト１０が設けられている。封止部材７はソルダレ
ジスト側面１０ａも覆うように形成されている。

【００５７】封止部材７は弾性係数の小さな柔軟材から
なり、接着部材３の縦弾性係数と同等もしくはそれより
小さな縦弾性係数を有する材料を用いる。

【００５８】本実施例においても、半導体装置が温度変
化を受けた場合の冷却時において、接着部材の熱変形に
封止部材が追従して変形するようになるため、接着部材
と封止部材との界面に発生する応力が低減し、界面はく
離の発生を防止することができる。また、封止部材が柔
軟材で形成されているので、接着部材および封止部材の
熱変形を封止部材自体の変形で吸収することができ、半
導体素子上端部に大きな応力が発生しなくなる。さら
に、図４の構造では、外部端子と半導体素子の間に接着
部材の他にポリイミド樹脂などからなるシート状部材が
介在しているため、半導体素子と実装基板の線膨張係数
差に起因して外部端子に発生するひずみがさらに緩和さ
れる効果が得られる。

【００５９】図１に示した実施例では、半導体素子１の
電極２が半導体素子主表面１ａの対向する短辺側外周部
分１ａａの２辺に形成されている例を示した。しかしな
がら、電極２は外周部の１辺に形成したものでも良い
し、３辺に形成されていても良い。また長辺側外周部分
１ａｂに形成されていても良い。また図１では、半導体
素子主表面１ａの形状が長方形状の例を示したが、主表
面１ａの形状は正方形あるいは他の形状であっても良
い。

【００６０】図５は、本発明による半導体装置の第２実
施例を示す封止部材の一部を取り除いた状態での平面図
であり、図６は図５に示した半導体装置のＡ−Ａ線にお
ける断面図、図７は図５に示した半導体装置のＢ−Ｂ線
における断面図である。

【００６１】図において、半導体素子１の電極２が形成
されている長方形状の半導体素子主表面１ａには、接着
部材３によってシート状部材４が接着されており、シー
ト状部材４の表面には銅（Ｃｕ）箔、あるいは表面に金
（Ａｕ），ニッケル（Ｎｉ）等のメッキを施した銅箔か
らなるパターン状リード５と、パターン状リード５に連
なりシート状部材４から突出したリード６が設けられて
いる。パターン状リード５は例えばシート状部材に図示
されていない接着剤などによって固定される。半導体素
子１の電極２は半導体素子主表面１ａの短辺側外周部分
１ａａに設けられている。

【００６２】接着部材３は電極２が形成されている短辺
側外周部分１ａａと長辺側外周部分１ａｂを除く領域に
設けられている。短辺側外周部分１ａａと長辺側外周部
分１ａｂは、これらに隣接する半導体素子側面１ｂとと
もに接着部材側面３ａ、およびシート状部材側面４ａと
を覆うように封止部材７によって封止されている。封止
部材７は接着部材３の縦弾性係数と同等もしくはそれよ
り小さな縦弾性係数を有する材料から構成される。

【００６３】リード６の端部６ａと電極２が熱圧着等の
方法により接合され、リード６と半導体素子１は電気的
に接続されている。リード６に連なるシート状部材４表
面のパターン状リード５は外部端子８の直下部分まで配
設されてランド５ａとなり、シート状部材に形成された
穴部９内部においてランド５ａと外部端子８を接合して
いる。金属バンプからなる外部端子８には、表面実装型
半導体装置の実装に広く用いられているはんだ（例え
ば、Ｐｂ−Ｓｎ系共晶はんだ）を用いる。シート状部材
４は、ポリイミド樹脂などからなるテープあるいはフィ
ルム状部材で形成する。

【００６４】本実施例の半導体装置によれば、半導体装
置が温度変化を受けた場合の冷却時において、接着部材
の熱変形に封止部材が追従して変形するようになるた
め、接着部材と封止部材との界面に発生する応力が低減
し、界面はく離の発生を防止することができる。また、
封止部材が半導体素子の主表面だけでなくそれに隣接す
る半導体素子側面も覆っていることから、接着部材およ
び封止部材の熱変形によって、半導体素子表面に発生す
る応力を広い面積で負担するようになり、半導体素子主
表面端部に大きな応力が発生しなくなる。

【００６５】接着部材３の材料には、室温における縦弾
性係数が７０ＭＰａ以上，４０００ＭＰａ以下の材料も
用いるのが望ましい。これによってはんだバンプなどか
らなる外部端子８およびリード６それぞれに発生するひ
ずみを最適化することができる。

【００６６】接着部材３は１材料からなる単層構造の材
料、あるいはテープ状の基材表面に接着材料を形成した
３層構造もしくはそれ以上の層構成の材料を用いる。単
層構造の材料としては、エポキシ系樹脂，エホキシ＋ポ
リイミド系樹脂，エポキシ樹脂とアクリル系ゴムから構
成される樹脂，アクリル系樹脂，多孔質ポリテトラフル
オロエチレンおよびシリコーン系樹脂などを使用する。
単層構造の接着部材３は、シート状部材３表面にスクリ
ーン印刷法，ポッティング法あるいは貼り付け法によっ
て形成しても良いし、半導体素子１の表面に形成された
ものでも良い。３層構造の接着部材３は、ポリイミド樹
脂からなるテープ状基材表面に上記単層構造の材料とし
て挙げたものを接着剤として形成した部材より構成す
る。

【００６７】図８は、本発明による半導体装置の第３実
施例を示すシート状部材および接着部材の一部と封止部
材を取り除いた状態での平面図であり、図９は図８示し
た半導体装置のＢ−Ｂ線における断面図である。

【００６８】図において、半導体素子１の電極２が形成
されている長方形状の半導体素子主表面１ａには、接着
部材３によってシート状部材４が接着されており、シー
ト状部材４の表面には銅（Ｃｕ）箔、あるいは表面に金
(Ａｕ），ニッケル(Ｎｉ）等のメッキを施した銅箔から
なるパターン状リード５と、パターン状リード５に連な
りシート状部材４から突出したリード６が設けられてい
る。パターン状リード５は例えばシート状部材４に図示
されていない接着剤などによって固定される。半導体素
子１の電極２は半導体素子主表面１ａの対向する短辺側
外周部分１ａａに設けられている。

【００６９】接着部材３は電極２が形成されている短辺
側外周部分１ａａを除く半導体素子主表面１ａ上に設け
られており、半導体素子の長辺側外周部分１ａｂから半
導体素子主表面１ａの面外へはみだして長辺側外周部分
１ａｂに隣接する半導体素子側面１ｂをも覆っている。
短辺側外周部分１ａａは、半導体素子主表面１ａと接着
部材側面３ａとシート状部材側面４ａとを覆うように柔
軟材からなる封止部材７によって封止されている。

【００７０】リード６の端部６ａと電極２は熱圧着等の
方法により接合され、リード６と半導体素子１は電気的
に接続されている。リード６に連なるシート状部材４表
面のパターン状リード５は外部端子８の直下部分まで配
設されてランド５ａとなり、シート状部材に形成された
穴部９内部においてランド５ａと外部端子８を接合して
いる。金属バンプからなる外部端子８には、表面実装型
半導体装置の実装に広く用いられているはんだ（例え
ば、Ｐｂ−Ｓｎ系共晶はんだ）を用いる。シート状部材
４は、ポリイミド樹脂などからなるテープあるいはフィ
ルム状部材で形成する。

【００７１】封止部材７は弾性係数の小さな柔軟材から
なり、接着部材３の縦弾性係数と同等もしくはそれより
小さな縦弾性係数を有する材料を用いる。

【００７２】本実施例の半導体装置によれば、半導体装
置が温度変化を受けた場合の冷却時において、接着部材
の熱変形に半導体素子主表面の電極形成部分に設けられ
る封止部材が追従して変形するようになるため、接着部
材と封止部材との界面に発生する応力が低減し、界面は
く離の発生を防止することができる。また、封止部材が
柔軟材で形成されているので、接着部材および封止部材
の熱変形を封止部材自体の変形で吸収することができ、
半導体素子主表面端部に大きな応力が発生しなくなる。

【００７３】さらに、半導体素子主表面の電極が形成さ
れていない外周部分においては、接着部材が半導体素子
主表面とそれに隣接する半導体素子側面を覆うように形
成されているため、半導体素子に発生する応力を広い面
積で負担することができ、半導体素子主表面の端部に発
生する応力が低減する。

【００７４】封止部材７には、エラストマ樹脂を使用す
ることにより、半導体装置の半導体素子上端部の発生応
力低減効果が得られる。エラストマ樹脂の縦弾性係数は
0.1ＭＰａ〜５０ＭＰａ程度であり、シリコーンゴム，
スチレンブタジエンゴム，ブチルゴム等の材料がある。
特に封止部材７に用いるエラストマ樹脂の縦弾性係数を
１０ＭＰａ以下にすることによって、半導体装置の信頼
性をより向上することができる。

【００７５】接着部材３の材料には、室温における縦弾
性係数が７０ＭＰａ以上，４０００ＭＰａ以下の材料も
用いるのが望ましい。これによってはんだバンプなどか
らなる外部端子８およびリード６それぞれに発生するひ
ずみを最適化することができる。

【００７６】図１０は、本発明による半導体装置の第４
実施例を示すシート状部材および封止部材の一部を取り
除いた状態での平面図であり、図１１は図１０に示した
半導体装置のＡ−Ａ線における断面図であり、図１２は
図１０に示した半導体装置のＢ−Ｂ線における断面図で
ある。

【００７７】図において、半導体素子１の電極２が形成
されている長方形状の半導体素子主表面１ａには、接着
部材３によってシート状部材４が接着されており、シー
ト状部材４の表面には銅（Ｃｕ）箔、あるいは表面に金
（Ａｕ），ニッケル（Ｎｉ）等のメッキを施した銅箔か
らなるパターン状リード５と、パターン状リード５に連
なりシート状部材４から突出したリード６が設けられて
いる。パターン状リード５は例えばシート状部材に図示
されていない接着剤などによって固定される。

【００７８】半導体素子１の電極２は半導体素子主表面
１ａの短辺側外周部分１ａａに設けられている。接着部
材３は電極２が形成されている短辺側外周部分１ａａを
除く半導体素子主表面１ａ上に設けられており、半導体
素子の長辺側外周部分１ａｂから半導体素子主表面１ａ
の面外へはみだして長辺側外周部分１ａｂに隣接する半
導体素子側面１ｂをも覆っている。短辺側外周部分１ａ
ａは、これらに隣接する半導体素子側面１ｂとともに接
着部材側面３ａ、およびシート状部材側面４ａとを覆う
ように封止部材７によって封止されている。

【００７９】封止部材７は接着部材３の縦弾性係数と同
等もしくはそれより小さな縦弾性係数を有する材料から
構成される。リード６の端部６ａと電極２が熱圧着等の
方法により接合され、リード６と半導体素子１は電気的
に接続されている。リード６に連なるシート状部材４表
面のパターン状リード５は外部端子８の直下部分まで配
設されてランド５ａとなり、シート状部材に形成された
穴部９内部においてランド５ａと外部端子８を接合して
いる。金属バンプからなる外部端子８には、表面実装型
半導体装置の実装に広く用いられているはんだ（例え
ば、Ｐｂ−Ｓｎ系共晶はんだ）を用いる。シート状部材
４は、ポリイミド樹脂などからなるテープあるいはフィ
ルム状部材で形成する。

【００８０】本実施例の半導体装置によれば、半導体装
置が温度変化を受けた場合の冷却時において、接着部材
の熱変形に封止部材が追従して変形するようになるた
め、接着部材と封止部材との界面に発生する応力が低減
し、界面はく離の発生を防止することができる。また、
半導体素子主表面の電極形成部分では、封止部材が半導
体素子の主表面だけでなくそれに隣接する半導体素子側
面も覆っていることから、接着部材および封止部材の熱
変形によって、半導体素子表面に発生する応力を広い面
積で負担するようになり、半導体素子主表面の端部に大
きな応力が発生しなくなる。さらに、半導体素子主表面
の電極が形成されていない外周部分においては、接着部
材が半導体素子主表面とそれに隣接する半導体素子側面
を覆うように形成されているため、半導体素子に発生す
る応力を広い面積で負担することができ、半導体素子主
表面の端部に発生する応力が低減する。

【００８１】接着部材３の材料には、室温における縦弾
性係数が７０ＭＰａ以上，４０００ＭＰａ以下の材料も
用いるのが望ましい。これによってはんだバンプなどか
らなる外部端子８およびリード６それぞれに発生するひ
ずみを最適化することができる。

【００８２】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、次に
述べる効果が得られ、信頼性の高いＣＳＰ型の半導体装
置を提供することができる。

【００８３】（１）半導体素子と実装基板の線膨張係数
差に起因して発生するひずみをバランス良く金属バンプ
からなる外部端子と接着部材でバランス良く分担できる
ので、外部端子と導電性リードの両方に発生するひずみ
を低減することができ、信頼性を向上することができ
る。

【００８４】（２）導電性リードが形成されたシート状
部材を半導体素子に接着する接着部材の変形に封止部材
が追従できるようになるため、接着部材と封止部材界面
のはく離発生に伴う導電性リードの断線あるいは半導体
素子の耐湿性低下を防止することができ、半導体装置の
信頼性を向上することができる。

【００８５】（３）封止部材を柔軟な材料で形成するこ
とによって、半導体素子上端部に発生する応力を低減
し、半導体素子の割れを防止できるので、半導体装置の
信頼性を向上することができる。

【００８６】（４）封止部材を半導体素子の主表面とそ
れに隣接する半導体素子側面を覆うように形成すること
によって、半導体素子上端部に発生する応力を低減し、
半導体素子の割れを防止できるので、半導体装置の信頼
性を向上することができる。

【００８７】（５）接着部材を半導体素子主表面とそれ
に隣接する半導体素子側面を覆うように形成することに
よって、半導体素子上端部に発生する応力を低減し、半
導体素子の割れを防止できるので、半導体装置の信頼性
を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体装置の第１実施例を示すシ
ート状部材および接着部材の一部と封止部材を取り除い
た状態での平面図である。

【図２】図１に示した第１実施例のＡ−Ａ線における断
面図である。

【図３】図１に示した第１実施例のＢ−Ｂ線における断
面図である。

【図４】図１から図３に示した第１実施例のさらに他の
態様を示す断面図である。

【図５】本発明による半導体装置の第２実施例を示す封
止部材の一部を取り除いた状態での平面図である。

【図６】図５に示した第２実施例のＡ−Ａ線における断
面図である。

【図７】図５に示した第２実施例のＢ−Ｂ線における断
面図である。

【図８】本発明による半導体装置の第３実施例を示すシ
ート状部材および接着部材の一部と封止部材を取り除い
た状態での平面図である。

【図９】図８に示した第３実施例のＢ−Ｂ線における断
面図である。

【図１０】本発明による半導体装置の第４実施例を示す
シート状部材および封止部材の一部を取り除いた状態で
の平面図である。

【図１１】図１０に示した第２実施例のＡ−Ａ線におけ
る断面図である。

【図１２】図１０に示した第２実施例のＢ−Ｂ線におけ
る断面図である。

【図１３】接着部材の縦弾性係数と導電性リードの破壊
寿命の関係を解析した特性図である。

【図１４】接着部材の縦弾性係数と外部端子となるはん
だバンプの破壊寿命の関係を解析した特性図である。

【図１５】封止部材の縦弾性係数と半導体素子上端部の
応力の関係を解析した特性図である。

【符号の説明】

１…半導体素子、１ａ…半導体素子の主表面、１ｂ…半
導体素子側面、２…電極、３…接着部材、３ａ…接着部
材側面、４…シート状部材、４ａ…シート状部材側面、
５…パターン状リード、６…リード、７…封止部材、８
…外部端子、９…シート状部材孔部、１０…ソルダレジ
スト。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西村 朝雄 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者 永井 晃 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回路が形成された方形の主表面を有し、該
   主表面外周部の少なくとも１辺に電極が形成された半導
   体素子と、外部端子と、前記電極と外部端子を電気的に
   接続する導電部材を備えたシート状部材と、シート状部
   材を半導体素子主表面に接着するための接着部材と、前
   記半導体素子主表面の外周部分であって、該半導体素子
   の主表面と前記接着部材側面および前記シート状部材の
   側面とを封止する前記接着部材の弾性係数と同等もしく
   はそれ以下の弾性係数である柔軟材からなる封止部材と
   によって構成した半導体装置。