JP2002118192A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は特に高周波用途の半導体素子を気密
中空パッケージに収納した半導体装置において、気密中
空パッケージの蓋体としてガラス板を用いた半導体装置
およびその製造方法に関する。 【解決手段】 本発明では、基板21aの表面側に第1
主面22aを具備する。第1主面22aにはアイランド
部26が形成され半導体チップ29等が固着される。半
導体チップ29等は、柱状部23および透明なガラス板
36により中空密閉される。そして、柱状部23とガラ
ス板36とは、エポキシ系樹脂から成る遮光性接着樹脂
で接着されるが、このことにより、半導体チップ29に
光が直接当たることを防ぐことができ、半導体チップ2
9の特性劣化を抑制することができる半導体装置および
その製造方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は特に高周波用途の半
導体素子および過電流保護機能を気密中空パッケージに
収納した半導体装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図9に従来の中空パッケージを用いた半
導体装置の一例を示した。この電子部品は、セラミック
などからなるベース基板1、外部接続用のリード2、同
じくセラミック等からなるキャップ3からなり、リード
2の素子搭載部4表面に半導体チップ5を固着し、半導
体チップ5とリード2とをボンディングワイヤ6で接続
し、半導体チップ5をキャップ3が構成する気密空間7
内部に封止したものである(例えば、特開平10−17
3117号)。
【0003】斯かる部品を製造するときは、リード2を
リードフレームの状態で供給し、該リードフレームに対
して半導体チップ5をダイボンド、ワイヤボンドし、そ
してリードフレーム下面にベース基板1を貼り付け、そ
してリード2を挟むようにしてキャップ3をベース基板
1に貼り付け、そしてリード2を切断、整形するという
工程を経る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半導体装置では、リードフレームに対してベース基板1
とキャップ3を素子毎に貼り付けるので、製造工程が複
雑であり、大量生産には向かないという課題があった。
【0005】更に、半導体チップ5をセラミック等から
なるキャップ3が構成する気密空間7内部に封止してい
たため、接着部の状態を外観検査において確認すること
ができず、接着不良を起こした半導体装置を取り除くこ
とが困難であるという課題があった。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記した各事情に鑑みて
成されたものであり、本発明の半導体装置は、絶縁物よ
り成る支持基板と、該支持基板の表面に設けた導電パタ
ーンと該導電パターンと電気的に接続され裏面に設けた
外部接続端子と、前記支持基板の前記導電パターン上に
設けた回路素子と、前記回路素子を覆い前記支持基板と
の間に気密中空部を形成して接着されたガラス板と,前
記ガラス板の接着面全面に塗布した接着樹脂とを有する
ことを特徴とする。
【0007】本発明の半導体装置は、好適には、前記回
路素子を気密中空するのに用いられる前記ガラス板は、
接着面全面に遮光性接着樹脂が塗布されることで、接着
部の状態を外観検査において確認することができ、ま
た、前記回路素子に光が直接あたることを防ぐことがで
き、前記回路素子の特性が変化することを避ける構造を
有することを特徴とする。
【0008】上記した課題を解決するために、本発明の
半導体装置の製造方法は、表面に多数個の搭載部を形成
した導電パターンを設け、裏面に外部接続端子を設けた
支持基板を準備する工程と、前記各搭載部に回路素子を
固着する工程と、前記回路素子を覆い前記支持基板との
間に前記各搭載部毎に気密中空部を形成するガラス板の
接着面全面に接着樹脂を塗布する工程と、前記ガラス板
と前記支持基板とを接着し、前記各搭載部毎に気密中空
部を形成する工程と、前記支持基板と前記ガラス板との
接着部をダイシングして前記各掲載部毎に分離する工程
とを有することを特徴とする。
【0009】本発明の半導体装置の製造方法は、好適に
は、気密中空を形成する工程において、気密中空を形成
する前記ガラス板の接着面全面にあらかじめ遮光性接着
樹脂を塗布しておくことで、複数の半導体素子を一度に
形成することができるため、製造工程が簡素であり、大
量生産が可能であることを特徴とする工程である。
【0010】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。
【0011】図1は、本発明の半導体装置の1実施例を
示す(A)断面図、(B)平面図である。大判基板21
から分離された基板21aは、セラミックやガラスエポ
キシ等の絶縁材料からなり100〜300μmの板厚
と、平面視で(図1(B)のように観測して)長辺×短
辺が2.5mm×1.9mm程度の矩形形状を有してい
る。基板21aは更に、表面側に第1主面22aを、裏
面側に第2主面22bを各々具備し、これらの表面は互
いに平行に延在する。柱状部23は基板21aの外周近
傍を高さ0.4mm、幅が0.5mm程度で取り囲むよ
うに設けられた環状の柱状部であり、柱状部23によっ
て基板21aの中央部分を凹ませた凹部24を形成して
いる。基板21aと柱状部23とは、各々別個に形成さ
れた部材を接着剤37で固着したものである。尚、基板
21aと柱状部23とがあらかじめ一体化したものであ
っても良い。
【0012】基板21aの第1主面22aの表面は平坦
に形成されており、その表面には金メッキなどの導電パ
ターンによってアイランド部26と電極部27、28が
形成されている。そして、基板21aのアイランド部2
6には例えばショットキーバリアダイオードやMOSF
ET素子等の半導体チップ29がダイボンドされてい
る。半導体チップ29の表面に形成した電極パッドと電
極部27、28とがボンディングワイヤ30で接続され
ている。
【0013】基板21aの第2主面22bの表面には金
メッキなどの導電パターンによって外部接続端子32、
33、34が形成されている。更に電極部32、33、
34には基板21aの第1主面22aから第2主面22
bを貫通するビアホール35が設けられる。ビアホール
35の内部はタングステン、銀、銅などの導電材料によ
って埋設されており、アイランド部26を外部接続端子
32に、電極部27を外部接続端子33に、電極部28
を外部接続端子34に各々電気的に接続する。外部接続
端子32、33、34は、その端部が基板21の端部か
ら0.01〜0.1mm程度後退されている。また、電
極部27、28のビアホール35上は平坦でないため、
ボンディングワイヤ30は、各々電極部27、28のビ
アホール35上を避けて接続されているのが好ましい。
外部接続端子32、33、34は、あらかじめ大判基板
21に形成されている。
【0014】凹部24内部を密閉空間とするため、板厚
が0.1〜0.3mm程度の透明なガラス板36が蓋体
として用いられる。ガラス板36は、大判基板21上に
多数形成された凹部24を被覆するため、ガラス板36
の接着面全面には、遮光性接着材37があらかじめ塗布
されている。そして、凹部24形成する柱状部23の上
部とガラス板36の接着面が接着することにより、半導
体チップ29と金属細線30は完全に気密空間内に収納
される。
【0015】ここで、遮光性接着樹脂37がガラス板3
6の接着面全面に塗布されることで、ガラス板36を透
過した光が遮光性接着樹脂37で遮断され、凹部24内
部の半導体チップ29等には、光が直接当たらない構造
となっている。
【0016】半導体チップ29周辺は、ダイシングによ
って切断された柱状部23が取り囲み、更にその上部を
切断されたガラス板36が密閉する。柱状部23と基板
21aの第1主面22aとが、及び柱状部23とガラス
板36とが接着剤37によって接着される。これによっ
て半導体チップ29と金属細線30は凹部24が構成す
る気密空間内に収納される。基板21a、柱状部23及
びガラス板36の外周端面は、ダイシングによって切断
された平坦な切断端面となる。
【0017】上記した半導体装置は、実装基板上の電極
パターンに対して外部接続電極32、33、34を対向
接着する様にして実装される。
【0018】ここで、基板の上を樹脂層で被覆し、各搭
載部に固着した半導体チップの各々を共通の樹脂層で被
覆する場合の実施例について簡単に説明する。
【0019】製造工程における機械的強度を維持し得る
板厚200〜350μmの基板上に搭載部を複数個分、
例えば100個分を10行10列に縦横に配置した大判
の基板を準備する。基板は、セラミックやガラスエポキ
シ等からなる絶縁基板である。そして、各搭載部毎に半
導体チップをダイボンドし、所定量のエポキシ系液体樹
脂を滴下(ポッティング)し、すべての半導体チップを
共通の樹脂層で被覆する。滴下した樹脂層を100〜2
00度、数時間の熱処理(キュア)にて硬化させた後
に、湾曲面を研削することによって樹脂層の表面を平坦
面に加工する。研削にはダイシング装置を用い、ダイシ
ングブレードによって樹脂層の表面が基板から一定の高
さに揃うように、樹脂層表面を削る。この工程では、樹
脂層の膜厚を0.3〜1.0mmに成形する。前記ブレ
ードには様々な板厚のものが準備されており、比較的厚
めのブレードを用いて、切削を複数回繰り返すことで全
体を平坦面に形成する。
【0020】次に、図2は、ヒューズを用いた過電流保
護装置の実施例を示す(A)断面図、(B)平面図であ
る。基板51はセラミックやガラスエポキシ等の絶縁材
料からなる。100〜300μmの板厚と、平面視で
(図2(B)のように観測して)長辺×短辺が2.5m
m×1.9mm程度の矩形形状を有している。基板51
は更に、表面側に第1主面52aを、裏面側に第2主面
52bを各々具備する。柱状部53は基板51の外周近
傍を高さ0.4mm、幅が0.5mm程度で取り囲むよ
うに設けられた環状の側部であり、柱状部53によって
基板51の中央部分を凹ませた凹部54を形成してい
る。基板51と柱状部53とは、各々別個に形成された
部材を接着剤61固着したものである。尚、基板51と
柱状部53とがあらかじめ一体化したものであっても良
い。
【0021】基板51の第1主面52aの表面は平坦に
形成されており、その表面には金メッキなどの導電パタ
ーンによって電極部55、56が形成されている。電極
部55、56間には例えば直径が30μmの金属細線5
7がワイヤボンドによって打たれている。金属細線57
は純度99.99%の金線や、半田の細線等からなり、
電極部55に1stボンドが打たれ凹部54の高さに収
まる様な高さのワイヤループで電極部56に2ndボン
ドされる。
【0022】基板51の第2主面52bの表面には金メ
ッキなどの導電パターンによって外部接続端子58、5
9が形成されている。更に電極部55、56の下部には
基板51を貫通するビアホール60が設けられる。ビア
ホール60の内部はタングステンなどの導電材料によっ
て埋設されており、電極部55を外部接続端子58に、
電極部56を外部接続端子59に各々電気的に接続す
る。外部接続端子58、59は、その端部が基板51の
端部から0.01〜0.1mm程度後退されている。ま
た、電極部27、28のビアホール35上は平坦でない
ため、ボンディングワイヤ30は、各々電極部27、2
8のビアホール35上を避けて接続されているのが好ま
しい。
【0023】凹部54内部を密閉空間とするため、板厚
が0.1〜0.3mm程度の透明なガラス板62が蓋体
として用いられる。ガラス板62は、大判基板21上に
多数形成された凹部54を被覆するため、ガラス板62
の接着面全面には、遮光性接着材61があらかじめ塗布
されている。そして、凹部54形成する柱状部53の上
部とガラス板62の接着面が接着することにより、金属
細線57は完全に気密空間内に収納される。
【0024】ここで、遮光性接着樹脂61がガラス板6
2の接着面全面に塗布されることで、ガラス板62を透
過した光が遮光性接着樹脂61で遮断され、凹部54内
部の金属細線57等には、光が直接当たらない構造とな
っている。
【0025】上記した過電流保護装置は、実装基板上の
電極パターンに対して外部接続電極58、59を対向接
着する様にして実装される。外部接続端子58、59間
に定格以上の過電流が流れたとき、該過電流は金属細線
57を流れ金属細線57の固有抵抗によって急激な温度
上昇をもたらす。この発熱により、金属細線57が溶断
して過電流に対する保護機能を果たす。上記の直径30
μmの金(Au)線であれば、ワイヤ長、約0.7mm
の場合、溶断電流は約4A(1〜5秒)となる。多くの
場合、放熱性と抵抗の関係から電極部55、56に近い
箇所よりは、金属細線57の真中近傍で溶断する。この
とき、溶断箇所が樹脂などの他の素材に接していないの
で、外観上で、装置が発火、発煙、変色、変形すること
がない装置を得ることが出来る。また、金属細線27が
溶断することによって、過電流時に端子間が完全にオー
プンとなる素子とすることが出来る。
【0026】尚、ヒューズ素子としては、金属細線の他
に電極部55、56を形成する導電パターンの一部をく
さび状に幅狭にして連続させたものや、ポリシリコン抵
抗体を固着すること等によっても形成することが出来
る。要は溶断箇所が凹部54内に収納されていればよ
い。また、凹部54内部は大気中で密閉するが、例えば
窒素雰囲気等の不燃性ガスを充填することも可能であ
る。
【0027】上記したように、本発明の半導体装置は、
半導体チップ29、ボンディングワイヤ30等を気密中
空するのに透明なガラス板36を用いることで、ガラス
板36と柱状部23との接着部の状態を外観検査におい
て確認することができる。また、ガラス板36の接着面
には、遮光性接着樹脂37が全面に塗布されているた
め、ガラス板36を透過した光が凹部24内に入射し、
半導体チップ29等に直接当たり、半導体チップ29等
の特性が劣化することを抑制することができる。
【0028】更に、本発明の半導体装置では、柱状部2
3およびガラス板36を用いることで中空構造を形成す
ることができ、基板21a上にダイボンドされた半導体
チップ29等は、中空部である凹部24が構成する気密
空間内に収納される。そのことにより、基板21a上を
樹脂層で被覆し、搭載部に固着した半導体チップ29を
樹脂層で被覆する場合と比べて、材料コストを大幅に低
減することができる。
【0029】更に、本発明の半導体装置では、柱状部2
3およびガラス板36を用いることで中空構造を形成す
ることができ、中空構造の蓋体としてガラス板36を用
いるため半導体素子の表面の平坦化をする工程を必要と
しないため、基板21a上を樹脂層で被覆し、搭載部に
固着した半導体チップ29を樹脂層で被覆する場合と比
べて、製造コストを大幅に低減することができる。
【0030】更に、基板21aには、第1主面22aか
ら第2主面22bを貫通するビアホール35が設けられ
る。そして、ビアホール35の内部はタングステン、
銀、銅などの導電材料によって埋設されており、アイラ
ンド部26を外部接続端子32に、電極部27を外部接
続端子33に、電極部28を外部接続端子34に各々電
気的に接続し、内部の素子と前記外部接続端子とを電気
的に接続することができ、基板21aから外部に導出さ
れるリードを必要としないため、プリント基板上へ実装
したときにその実装面積を大幅に低減することができ
る。
【0031】以下に図1に示した本発明の第1の実施例
を詳細に説明する。
【0032】第1工程:図3(A)参照 先ず、大判の基板21を準備する。大判基板21はセラ
ミックやガラスエポキシ等の絶縁材料からなり、100
〜300μmの板厚を具備する。大判基板21は更に、
表面側に第1主面22aを、裏面側に第2主面22bを
各々具備する。符号23は高さ0.1〜0.5mm、幅
が0.25〜0.5mm程度の一定幅で設けられた格子
状の柱状部であり、柱状部23によって基板21の中央
部分を凹ませた凹部24を形成している。基板21と柱
状部23とは、あらかじめ一体化成形され、柱状部23
を含めて上記した板厚となっている。尚、基板21と柱
状部23とを個別に形成して接着固定したものを準備し
ても良い。
【0033】凹部24は、例えば1つの大きさが約0.
8mm×0.6mmの大きさを持ち、基板21に縦横に
等間隔で配置されている。凹部24の第1主面22aに
は多数組のアイランド部26と電極部27、28が金メ
ッキなどの導電パターンにより描画されている。各凹部
24とその周囲を囲む第2基板21bの柱状部23の一
部が素子搭載部41を構成することになる。
【0034】第2工程:図3(B)参照 この様な基板21を準備した後、各凹部24毎に、アイ
ランド部26に半導体チップ29をダイボンドし、ボン
ディングワイヤ30をワイヤボンドする。そして、半導
体チップ29にワイヤボンドしたボンディングワイヤ3
0の片側は、電極部27、28に接続される。このとき
のボンディングワイヤ30のループ高さは、柱状部23
の高さ以下に収まる高さとする。
【0035】第3工程:図4(A)、(B)参照 板厚が0.1〜0.3mm程度の透明なガラス板36を
準備し、ガラス板36の接着面全面に遮光性接着樹脂3
7を塗布する。そして、ガラス板36は、例えば、大判
基板21と柱状部23とを用いることで形成される複数
の凹部24を含めた搭載部41上に気密中空構造を構成
する蓋体として接着される。これによって半導体チップ
29とボンディングワイヤ30は完全に気密空間内に収
納される。このとき、上記したように、ガラス板36に
は、全面に遮光性接着樹脂37が塗布されているため、
一度に大量の半導体素子を形成することができる。
【0036】ここで、大判基板21と柱状部23とは、
後から柱状部23を接着してもいいし、あらかじめ一体
となって形成されていても良い。また、大判基板21を
掘削することによって凹部24を形成しても良い。
【0037】その後、柱状部23とガラス板36とが接
着不良を起こしているかどうかを目視によるチェックが
行われる。
【0038】第4工程:図4(C)参照 そして、基板21表面に形成した合わせマークを基準に
して、各搭載部41毎に分割して図5に示したような個
別の装置を得る。分割にはダイシングブレード42を用
い、基板21の裏面側にダイシングシートを貼り付け、
基板21とガラス板36とをダイシングライン43に沿
って縦横に一括して切断する。尚、ダイシングライン4
3は柱状部23の中心に位置する。また、ダイシングシ
ートをガラス板36側に貼り付けて第2主面22b側か
らダイシングしても良い。
【0039】以下に、図1に示した本発明の第2の実施
例を説明する。柱状部23を個別部品として構成した場
合である。
【0040】第1工程:図6(A)参照 先ず、平板状の大判の基板21を準備する。大判基板2
1はセラミックやガラスエポキシ等の絶縁材料からな
り、100〜300μmの板厚を具備する。大判基板2
1は更に、表面側に第1主面22aを、裏面側に第2主
面22bを各々具備する。第1主面22aの表面には多
数組のアイランド部26と電極部27、28が金メッキ
などの導電パターンにより描画されている。アイランド
26と電極部27、28の周囲を囲む領域が素子搭載部
41を構成し、該素子搭載部41が等間隔で縦横に多数
個配置される。
【0041】第2工程:図6(B)参照 この様な基板21を準備した後、各素子搭載部41毎
に、アイランド部26に半導体チップ29をダイボンド
し、ボンディングワイヤ30をワイヤボンドする。そし
て、半導体チップ29にワイヤボンドしたボンディング
ワイヤ30の片側は、電極部27、28に接続される。
このときのボンディングワイヤ30のループ高さは、凹
部24深さ以下に収まる高さとする。
【0042】第3工程:図7(A)参照 ダイボンド、ワイヤボンドが終了した基板21に対し
て、素子搭載部41に対応する箇所に凹部24(貫通
穴)を持つ第2基板21aを第1主面22a表面に接着
固定する。接着にはエポキシ系等の接着剤を用いる。
【0043】凹部24は例えば1つの大きさが約0.8
mm×0.6mmの大きさを持ち、第2基板21bに縦
横に等間隔で配置されている。凹部24と凹部24との
間には、柱状部23が高さ0.1〜0.2mm、幅が
0.2〜0.5mm程度の一定幅で格子状に取り囲む。
これで凹部24にアイランド26、半導体チップ29、
電極パット27、28等が露出し、これで図3(B)の
状態と等価になる。この手法であれば、平板状の基板2
1に対してダイボンド、ワイヤボンドが出来るので、吸
着コレットやボンディングツールと柱状部23との接触
がなく、凹部24の寸法を縮小できる。
【0044】第4工程:図7(B)、(C)参照 板厚が0.1〜0.3mm程度の透明なガラス板36を
準備し、ガラス板36の接着面全面に遮光性接着樹脂3
7を塗布する。そして、ガラス板36は、例えば、大判
基板21と柱状部23とを用いることで形成される複数
の凹部24を含めた搭載部41上に気密中空構造を構成
する蓋体として接着される。これによって半導体チップ
29とボンディングワイヤ30は完全に気密空間内に収
納される。このとき、上記したように、ガラス板36に
は、全面に遮光性接着樹脂37が塗布されているため、
一度に大量の半導体素子を形成することができる。
【0045】その後、柱状部23とガラス板36とが接
着不良を起こしているかどうかを目視によるチェックが
行われる。
【0046】第5工程:図8(A)参照 そして、基板21表面に形成した合わせマークを基準に
して、各搭載部41毎に分割して図8(B)に示したよ
うな個別の装置を得る。分割にはダイシングブレード4
2を用い、基板21の第2主面22b側にダイシングシ
ートを貼り付け、基板21、第2基板21b、及びガラ
ス板36とをダイシングライン43に沿って縦横に一括
して切断する。尚、ダイシングライン43は柱状部23
の中心に位置する。また、第2主面22b側からダイシ
ングする構成でも良い。
【0047】
【発明の効果】上記したように、本発明の半導体装置に
よれば、半導体チップ、ボンディングワイヤ等を気密中
空するのに透明なガラス板を用いることで、ガラス板と
柱状部との接着部の状態を外観検査において確認するこ
とができる。また、ガラス板の接着面には、遮光性接着
樹脂が全面に塗布されているため、ガラス板を透過した
光が凹部内に入射し、半導体チップ等に直接当たり、半
導体チップ等の特性が劣化することを抑制することがで
きる。
【0048】更に、本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、気密中空構造を形成するガラス板の接着面全面に
あらかじめ遮光性接着樹脂が塗布されているため、基板
と柱状部とで形成される多数の凹部に一度に接着するこ
とができるので、製造コストが大幅に低減することがで
き、また、大量生産をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を説明するための(A)断面図、(B)
平面図である。
【図2】本発明を説明するための(A)断面図、(B)
平面図である。
【図3】本発明を説明するための(A)斜視図、(B)
斜視図である。
【図4】本発明を説明するための(A)断面図、(B)
斜視図、(C)斜視図である。
【図5】本発明を説明するための斜視図である。
【図6】本発明を説明するための(A)斜視図、(B)
斜視図である。
【図7】本発明を説明するための(A)斜視図、(B)
断面図、(C)斜視図である。
【図8】本発明を説明するための(A)斜視図、(B)
斜視図である。
【図9】従来例を説明するための(A)断面図、(B)
平面図である。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁物より成る支持基板と、 該支持基板の表面に設けた導電パターンと該導電パター
    ンと電気的に接続され裏面に設けた外部接続端子と、 前記支持基板の前記導電パターン上に設けた回路素子
    と、 前記回路素子を覆い前記支持基板との間に気密中空部を
    形成して接着されたガラス板と,前記ガラス板の接着面
    全面に塗布した接着樹脂とを具備することを特徴とする
    半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記接着樹脂は、遮光性接着樹脂である
    ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記回路素子は、半導体素子あるいはヒ
    ューズ素子であることを特徴とする請求項1記載の半導
    体装置。
  4. 【請求項4】 表面に多数個の搭載部を形成した導電パ
    ターンを設け、裏面に外部接続端子を設けた支持基板を
    準備する工程と、 前記各搭載部に回路素子を固着する工程と、 前記回路素子を覆い前記支持基板との間に前記各搭載部
    毎に気密中空部を形成するガラス板の接着面全面に接着
    樹脂を塗布する工程と、 前記ガラス板と前記支持基板とを接着し、前記各搭載部
    毎に気密中空部を形成する工程と、 前記支持基板と前記ガラス板との接着部をダイシングし
    て前記各掲載部毎に分離することを特徴とする半導体装
    置の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記接着樹脂は、遮光性接着樹脂である
    ことを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方
    法。
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