JP2016151563A - 半導体デバイス - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の実施の形態1に係る半導体デバイス10の平面図である。半導体デバイス10はフレーム12を備えている。フレーム12の上に半導体基板14とキャップ15が設けられている。フレーム12とキャップ15がパッケージを構成している。キャップ15は枠部分だけが示され蓋部分は省略されている。半導体基板14は例えばGaAs又はSiC等の化合物半導体で形成されている。
ウィスカの発生する温度には閾値がある。つまり、半導体デバイスが一定の温度以上となった場合にウィスカが発生する。図15は、加熱実験を行うことで得られた温度とウィスカ発生の関係を示す表である。加熱実験は、厚さ30μmのGaAs基板上に厚さ0.5μmのAl膜(純Al)を真空蒸着して得たサンプルを、125℃から330℃の各温度で1時間保持することで実施した。ウィスカの発生有無は光学顕微鏡(SEMでもよい)により確認した。この加熱実験により、ウィスカ発生温度には閾値があることが分かる。
図18は、実施の形態3に係るウィスカ検出回路の断面図である。実施の形態2との相違点は、複数のエアブリッジ構造100、102、104の直上部100a、102a、104aの高さが不均一となっていることである。直上部100aから直上部100aの直下の金属パターン105bまでの距離はh1である。直上部102aから直上部102aの直下の金属パターン105eまでの距離はh2である。直上部104aから直上部104aの直下の金属パターン105hまでの距離はh3である。h2はh1より大きく、h3はh2より大きい。つまり、直上部から直上部の直下の金属パターンまでの距離が不均一となっている。
図20は、実施の形態4に係る半導体デバイスの平面図である。金属パターン150はSnで形成されている。図21は、図20の破線における断面図である。金属パターン150は、金属パターン150a、150b、150c、150d、105eを備えている。半導体デバイス内部が高温高湿(例えば、60℃/90%以上(60℃/90%以上とは温度が60℃以上で湿度が90%以上であることを示す、以下同じ))となるストレスを受けた場合には、Snで形成された金属パターン150の表面が酸化して体積が膨張する。そのため、金属パターン150cの表面に圧縮応力152が発生する。この圧縮応力により、金属パターン150cからウィスカ154が発生し、金属パターン150cとエアブリッジ構造32がショートする。このショートを監視部又は外観観察により検出することで、半導体デバイスが受けたストレスを検出できる。
図24は、実施の形態5に係る半導体デバイスの平面図である。金属パターン200はZnで形成されている。図25は、図24の破線における断面図である。金属パターン200は、金属パターン200a、200b、200c、200d、200eを備えている。半導体デバイスが急激な温度変化(例えば、−40℃から85℃までの温度変化)のストレスを繰り返し受けた場合、半導体基板14と金属パターン200の熱膨張率差に起因した膨張圧縮応力202が発生する。この膨張圧縮応力により、金属パターン200dからウィスカ204が発生し、金属パターン200dとエアブリッジ構造32がショートする。このショートを監視部又は外観観察により検出することで、半導体デバイスが受けたストレス(急激な温度変化)を検出できる。
図28は、実施の形態6に係る半導体デバイスの平面図である。絶縁体で形成されたフレーム12とキャップ15(パッケージ)が電子回路を覆っている。パッケージの表面には金属パターン300a、300b、300cが露出している。図29は、図28の破線における断面図である。キャップ15の上には半導体基板302a、302b、302cが設けられている。半導体基板302a、302b、302cは例えばGaAs又はSiCで形成される。半導体基板302a、302b、302cの上にそれぞれ金属パターン300a、300b、300cが設けられている。金属パターン300aはAlであり、金属パターン300bはSnであり、金属パターン300cはZnである。
Claims (15)
- 半導体基板と、
前記半導体基板の上に設けられた電子回路と、
前記半導体基板の上に設けられた金属パターンと、
前記金属パターンの横に位置する柱状部と、前記柱状部とつながり前記金属パターンの直上に位置する直上部と、を有し、前記金属パターンと接触せず、導体で形成されたエアブリッジ構造と、を備え、
前記金属パターン及び前記エアブリッジ構造は、前記電子回路と電気的に接触しないことを特徴とする半導体デバイス。 - 前記エアブリッジ構造に電気的に接続され、外部に伸びる第1端子と、
前記金属パターンに電気的に接続され、外部に伸びる第2端子と、を備えたことを特徴とする請求項1に記載の半導体デバイス。 - 前記金属パターンを複数有し、
前記エアブリッジ構造を複数有し、
複数の前記金属パターンのウィスカの発生条件が異なることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体デバイス。 - 前記金属パターンを複数有し、
前記エアブリッジ構造を複数有し、
複数の前記エアブリッジ構造の前記直上部の高さが不均一となることで、前記直上部から、前記直上部の直下の前記金属パターンまでの距離が不均一となっていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体デバイス。 - 前記柱状部は、前記電子回路と前記金属パターンの間にあることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体デバイス。
- 前記金属パターンから伸びるウィスカが前記電子回路に達しないように前記金属パターンを囲む遮蔽壁を備えたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体デバイス。
- 前記半導体基板の上にAuで形成され、前記電子回路と電気的に接続された、Auパターンを備えたことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体デバイス。
- 前記半導体基板の上に前記金属パターンと同じ材料で形成された土台部と、
前記土台部の上に設けられたバリアメタルと、を備え、
前記柱状部は前記バリアメタルの上に設けられたことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体デバイス。 - 前記金属パターンの一部は平面視で他の部分より幅が狭い幅狭部であり、
前記幅狭部は前記直上部の直下に位置することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の半導体デバイス。 - 前記金属パターンには凹部が形成され、
前記凹部は前記直上部の直下に位置することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の半導体デバイス。 - 電子回路と、
前記電子回路を覆う、絶縁体で形成されたパッケージと、
前記パッケージの上に設けられた半導体基板と、
前記半導体基板の上に設けられた金属パターンと、を備えたことを特徴とする半導体デバイス。 - 前記半導体基板を複数有し、
前記金属パターンを複数有し、
複数の前記金属パターンのウィスカの発生条件が異なることを特徴とする請求項11に記載の半導体デバイス。 - 前記金属パターンはAl、Sn又はZnで形成され、
前記半導体基板は化合物半導体で形成されたことを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の半導体デバイス。 - 前記金属パターンの一部は平面視で他の部分より幅が狭い幅狭部であることを特徴とする請求項11又は12に記載の半導体デバイス。
- 前記金属パターンには凹部が形成されたことを特徴とする請求項11又は12に記載の半導体デバイス。
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