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審決分類 審判 査定不服 2項進歩性 特許、登録しない(前置又は当審拒絶理由) H01L
管理番号 1254851
審判番号 不服2010-26109  
総通号数 149 
発行国 日本国特許庁(JP) 
公報種別 特許審決公報 
発行日 2012-05-25 
種別 拒絶査定不服の審決 
審判請求日 2010-11-19 
確定日 2012-04-05 
事件の表示 特願2001-151906「半導体装置」拒絶査定不服審判事件〔平成14年12月 6日出願公開、特開2002-353378〕について、次のとおり審決する。 
結論 本件審判の請求は、成り立たない。 
理由 1.手続の経緯、本願発明
本願は、平成13年5月22日の出願であって、平成22年8月19日付けで拒絶査定がされ、これに対し、平成22年11月19日に拒絶査定に対する不服の審判が請求された。
その後、当審において平成23年10月4日付けで拒絶の理由を通知したところ、平成23年12月8日付けで手続補正がされたものである。

そして、本願の各請求項に係る発明は、平成23年12月8日付け手続補正書によって補正された特許請求の範囲の請求項1?2に記載された事項により特定されるものと認められるところ、そのうちの請求項1に係る発明(以下「本願発明」という。)は、次のとおりである。
「【請求項1】 はんだを介してリードフレームに半導体素子を接合し、それをモールド樹脂中に封入した半導体装置であって、
前記はんだは、熱膨張係数が20?90ppm/℃であり、その厚さは70μm以上であり、前記半導体素子の厚さは200μm以下であることを特徴とする半導体装置。」

2.引用文献及びその記載事項
(1) 当審の拒絶の理由に引用され、本願出願前に頒布された刊行物である特開平8-116007号公報(以下「引用例1」という。)には、図面とともに次の技術的事項が記載されている。

1a) 「【請求項1】 リードフレームのダイパッド上に半田によりペレットがダイボンドされている半導体装置において、前記ダイパッドのペレット搭載部の中心部に上面が平坦になされた、上面の面積が搭載ペレットのそれより小さく高さが20μm以上の突起部が形成されていることを特徴とする半導体装置。」

1b) 「【0002】
【従来の技術】樹脂封止型の半導体装置は、リードフレームのダイパッド上にペレットをマウントしペレットの電極パッドとリードフレームのリード間を金属細線により接続し、トランスファモールド法などにより封止して製造される。ここで、パワー用の半導体装置においては、ペレットはPb/Sn半田等の半田を用いてリードフレーム上にマウントされる。
・・・(中略)・・・
【0004】マウント時にペレットを強く押圧することにより、ペレットの傾きは抑えることができる。しかし、この場合には図3(b)に示されるように、ペレット下の半田厚が薄くなり、熱サイクル(例えば、-55℃?150℃のサイクル)が加えられた場合にリードフレーム(Cu等)材とペレット(Si等)の熱膨張係数差による応力により、半田が熱疲労を起こし半導体装置の特性劣化を招く恐れが生じる。」

1c) 「【0014】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図1(a)、(b)は、本発明の第1の実施例の平面図と、断面図である。同図において、1はリードフレームのダイパッド、1aは、ダイパッド1の中央部に形成された中央突起部、2はリードフレームのリード、3は、パワートランジスタ等の形成されたペレット、4はPb/Sn半田等の低温半田である。
【0015】中央突起部1aは、円柱状で高さが30μmに形成されており、またその平坦部の面積は1mm^(2 )(直径:R=1.12mm)になされている。この突起部はプレス加工により形成され、その後コイニング加工により上面が平坦化されている。この突起部の高さによりペレット下の半田層の厚さが規制される。一般的には半田層の厚さが厚いほど熱疲労の発生は軽減される。本発明者の実験によれば、20μmを越えるあたりから急速に改善され、30μmで十分な改善がなされることが確認できている。而して、熱疲労改善の目的のためには厚くすることが望ましいものの接着強度等半田付けの信頼性の面からは必要以上に厚くすることは好ましくなく、100μm程度以下に抑えることが好ましい。」

1d) 「【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による半導体装置は、ダイパッドのペレットを搭載する中心部に20μm以上の高さで上面の平坦部がペレット面積より狭い突起部を設けたものであるので、ペレットをリードフレームに対して平坦に取り付けることができ、後工程におけるペレット表面の電極の認識が確実に行なえるようになって信頼性の高い結線が行えるようになる。また、ペレット-リードフレーム間の応力の作用の大きいペレット外周部においては十分の膜厚の半田にて半田付けが行われるため、熱疲労による半導体装置の特性劣化を防止することができる。」

上記の記載事項及び図面の記載を総合すると、引用例1には次の発明(以下「引用発明」という。)が実質的に記載されていると認められる。
「リードフレームのダイパッド上に半田によりペレットがダイボンドされている半導体装置。」

(2) 当審の拒絶の理由に引用され、本願出願前に頒布された刊行物である特開平4-270092号公報(以下「引用例2」という。)には、図面とともに次の技術的事項が記載されている。

2a) 「【0004】この発明はかかる問題を解決するためになされたもので、接合後の半導体チップ1と基材2との間隔を所定の値に保つことによって半導体チップ1に作用する熱応力を緩和させることができる半導体装置の接合用半田材料及び接合方法を提供することを目的とする。」

2b) 「【0009】図3はSi半導チップ1に作用する熱応力と第1半田4の厚さとの関係を示す特性図であり、縦軸は一定の温度変化を接合部に与えた場合にSi半導体チップ1に生じる熱応力を示し、横軸は第1半田4の厚さを示す。図からわかるように第1半田4の厚さが30μm以下の範囲では発生する熱応力に大きな変化はないが、30μmを越えた付近から熱応力は大きく低下し始める。従って第1半田4の厚さは30μm以上であることが必要であり、熱応力緩和のためには厚ければ厚い程よい。しかし、接合層厚さが厚くなれば、Si半導体チップ1から基材2へ熱が伝わり難くなるため、必要な熱伝導性を確保することができるように第1半田層4の厚さを決定することが必要である。」

2c) 図3には、半導体チップに作用する熱応力と第1半田の厚さとの関係を示す特性図が示されており、横軸に第1半田の厚さを0?100μmの範囲としたものが示されている。

(3) 当審の拒絶の理由に引用され、本願出願前に頒布された刊行物である特開平6-120283号公報(以下「引用例3」という。)には、図面とともに次の技術的事項が記載されている。

3a) 「【0005】半導体ペレットと放熱板の間の半田層の厚さが小さい程、半田層による半導体ペレットの放熱性が良くなる反面、前記熱ストレスで半田層にクラックが発生し易くなる。半田層にクラックが発生すると、クラック部分の熱伝導性が低下して、クラックが更に大きくなって、半田層による半導体ペレットの放熱性が急激に低下し、半導体ペレットが熱で破壊される。逆に、半導体ペレットと放熱板の間の半田層の厚さが大きい程、半田層が前記熱ストレスを効果的に吸収し、半田層にクラックが発生する確率が少なくなるが、半田層による半導体ペレットの放熱性が悪くなり、半導体ペレットの高パワー化が難しくなる。」

(4) 当審の拒絶の理由に引用され、本願出願前に頒布された刊行物である国際公開第01/24261号(以下「引用例4」という。)には、図面とともに次の技術的事項が記載されている。

4a) 「A second technique for reducing the fracturing of integrated circuit dies is to reduce the thickness of the integrated circuit die 10. Thinner dies have a greater modulus of elasticity which are defined as:
Modulus of Elasticity = L/(W*h^( 2) ) (2)
where,
L = die length
W = die width
h = die thickness
Thus, as h becomes small, the Modulus of Elasticity becomes greater and the integrated circuit die 10 exhibits greater flexural strength. Increased flexural strength results in a lower propensity for fracturing of the integrated circuit die 10 because the die becomes more resilient to thermal stress and the accompanying expansion forces.」(第7ページ第1?12行)
{集積回路ダイの破壊を低減する第2の技術は、集積回路ダイ10の厚さを低減することである。より薄いダイは、以下の式によって規定されるように、より大きい弾性率を有する。
弾性率=L/(W*h^(2)) (2)
ただし、
L=ダイの長さ
W=ダイの幅
h=ダイの厚さ
従って、hが小さくなるにつれて、弾性率は大きくなり、集積回路ダイ10は、より大きい曲げ強さを示す。熱応力およびそれに伴う膨脹力に対してダイがより弾力的であるので、増大した曲げ強さによって、集積回路ダイ10が破壊される傾向がより低くなる。}
({}内は当審による翻訳文。なお、翻訳文作成にあたり、引用例4に対応する国内公表である特表2003-510847号公報を参照した。以下、同様。)

4b) 「1. A method for attaching an integrated circuit die to a mounting structure, the method comprising the steps of:
applying an adhesive to the mounting structure;
attaching the integrated circuit die to the adhesive, wherein the integrated circuit die is approximately 0.0075 - 0.0085 inches thick and a thickness of the epoxy adhesive is approximately 0.0012 - 0.003 inches after the integrated circuit die is attached to the adhesive; and
encapsulating the integrated circuit die, the adhesive and the mounting structure in plastic.」(第9ページ第2?10行)
{1.集積回路ダイを実装構造体に取り付ける方法であって、該方法は、
該実装構造体に接着剤を塗布するステップと、
該集積回路ダイを該接着剤に取り付けるステップであって、該集積回路ダイは約0.0075?0.0085インチの厚さであり、該集積回路ダイが該接着剤に取り付けられた後の、該エポキシ接着剤の厚さが約0.0012?0.003インチである、ステップと、
該集積回路ダイ、該接着剤、および該実装構造体をプラスチック内にカプセル化するステップと、を含む方法。}

(5) 当審の拒絶の理由に引用され、本願出願前に頒布された刊行物である特開平11-150135号公報(以下「引用例5」という。)には、図面とともに次の技術的事項が記載されている。

5a) 「【0011】しかし、この銀ペーストは、直径が50?200μmもある大きな金属球(Cu球)を10?50体積%も混入しているため、これを用いて接着を行うと、接着・硬化後の銀ペースト層(接着層)が厚くなる問題がある。この金属球の大きさを考慮すると、接着層の厚さは数百μm以上になることは明らかである。リードフレームやチップの厚さが200μm程度にまで薄膜化されている現状では、このような接着層の厚さの増大は、近年のパッケージの小型化・薄膜化の要請に反するものである。また、熱伝導性については、バラツキがなくなるとともに向上することが示されているが、導電性については記載がなく、一般的に、粒径が大きくなると粒子同士の接点の数が少なくなり接触面積が小さくなることから、導電性は低くなると考えられる。」

(6) 当審の拒絶の理由に引用され、本願出願前に頒布された刊行物である特開2000-294519号公報(以下「引用例6」という。)には、図面とともに次の技術的事項が記載されている。

6a) 「【0006】
【課題を解決するための手段】上記のような課題を解決するために、本発明の半導体装置では厚さが200μm以下の半導体素子と、半導体素子上に形成された電極パッドと、電極パッドと電気的に接続される配線と、半導体素子の回路形成面および配線を封止する封止樹脂とを有することを特徴とする。」

6b) 「【0015】熱膨張係数の違いから、加熱すると半導体装置と実装基板との間には歪みが生じる。半導体素子1の厚さを薄くすることによって、半導体素子自体の柔軟性は大きくなる。よって半導体素子自体が加熱時の歪みを吸収する。図2-Aでは半導体素子を薄くするほど、接合部の最大歪みが小さくなっている。」

(7) 当審の拒絶の理由に引用され、本願出願前に頒布された刊行物である特開平8-31871号公報(以下「引用例7」という。)には、図面とともに次の技術的事項が記載されている。

7a) 「【0019】また、この樹脂の熱膨張係数は、一般的なPb-Sn系のはんだ合金の熱膨張係数(25?30×10^(-6)/℃)と等しくなるように設定されている。 ・・・(以下略)・・・ 」

(8) 当審の拒絶の理由に引用され、本願出願前に頒布された刊行物である特開平4-225575号公報(以下「引用例8」という。)には、図面とともに次の技術的事項が記載されている。

8a) 「【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら一般に、基板1と金属電極膜3a,3bおよびはんだ6a,6bの熱膨張係数は大きく異なる。一例として、基板に用いられるほうけい酸ガラスの熱膨張係数は5.2×10^(-6)/℃であり、一方すず50%鉛50%組成のはんだの熱膨張係数は23.4×10^(-6)/℃である。」

3.対比
本願発明と引用発明とを対比する。
引用発明の「リードフレームのダイパッド」は、本願発明の「リードフレーム」に相当する。
以下、同様に「半田」は「はんだ」に、「ペレット」は「半導体素子」に、それぞれ相当する。
また、引用発明は樹脂封止型の半導体装置に関するものであるから、引用発明は本願発明の「それをモールド樹脂中に封入した半導体装置」の構成を実質的に備えているといえる。

以上のことから、本願発明と引用発明とは次の点で一致する。
「はんだを介してリードフレームに半導体素子を接合し、それをモールド樹脂中に封入した半導体装置。」

一方で、両者は次の点で相違する。
[相違点1]
はんだの厚さに関して、本願発明では「厚さは70μm以上」であるのに対して、引用発明では、その厚さは明確ではない点。

[相違点2]
半導体素子の厚さに関して、本願発明では「厚さは200μm以下」であるのに対して、引用発明では、その厚さは明確ではない点。

[相違点3]
はんだの熱膨張係数に関して、本願発明では「熱膨張係数が20?90ppm/℃」であるのに対して、引用発明では、その熱膨張係数は明らかではない点。

4.判断
[相違点1]について
本願発明では、ダイボンディング材(はんだ)を厚くすることによって、熱応力を抑制している。
ところで、引用例1の記載事項「1c)」には、一般的に半田層の厚さ(本願発明の「はんだの厚さ」に相当。)が厚いほど熱疲労の発生は軽減されること(本願発明の「熱応力を抑制すること」に相当。)が記載されており、更に、この半田層の厚さとして、30μmで十分な改善がなされること、接着強度等半田付けの信頼性の面から必要以上に厚くすることは望ましくないこと、及び、100μm程度以下に抑えることが好ましいこと記載されている。
引用例2の記載事項「2a)」?「2c)」には、熱応力緩和(本願発明の「熱応力を抑制すること」に相当。)のためには第1半田は厚ければ厚い程よいこと、厚くなると熱が伝わり難くなるため、必要な熱伝導性を確保することができるように第1半田層の厚さを決定すること、及び、半田層の厚さ(本願発明の「はんだの厚さ」に相当。)として0?100μmでの特性図が記載されている。
また、引用例3の記載事項「3a)」には、半田層の厚さ(本願発明の「はんだの厚さ」に相当。)が大きい程、半田層が熱ストレスを効果的に吸収すること(本願発明の「熱応力を抑制すること」に相当。)、及び、半田層の厚さが大きい程、放熱性が悪くなることが記載されている。
このように、引用例1?3には、はんだの厚さが大きいほど熱応力が抑制されること、又は、はんだの厚さとして100μm程度までの大きさのもの(本願発明でいうところの「70μm以上」のものに相当。)が示されていることから、引用発明において、熱応力を抑制するために、はんだの厚さを「70μm以上」とすることにより、本願発明の上記相違点1に係る構成とすることは、当業者が容易になし得たものである。

[相違点2]について
本願発明では、半導体素子を薄くすることによって、熱応力を抑制している。
ところで、引用例4の記載事項「4a)」?「4b)」には、集積回路ダイの厚さ(本願発明の「半導体素子の厚さ」に相当。)が小さくなるにつれ、熱応力で破壊される傾向が低くなること(本願発明の「熱応力を抑制すること」に相当。)、及び、集積回路ダイの厚さが0.0075?0.0085インチ(約190?215μm)とすることが記載されている。
引用文献5の記載事項「5a)」には、現状ではチップの厚さ(本願発明の「半導体素子の厚さ」に相当。)が、200μm程度であることが記載されている。
また、引用文献6の記載事項「6a)」?「6b)」には、半導体素子の厚さ(本願発明の「半導体素子の厚さ」に相当。)を薄くすることによって、加熱時の歪みを吸収すること(本願発明の「熱応力を抑制すること」に相当。)、及び、半導体素子の厚さを200μm以下とすることが記載されている。
このように、引用例4?6には、半導体素子の厚さを薄くすると熱応力が抑制されること、及び、半導体素子の厚さが200μm程度又は200μm以下のものが示されていることから、引用発明において、熱応力を抑制するために、半導体素子の厚さを「200μm以下」とすることにより、本願発明の上記相違点2に係る構成とすることは、当業者が容易になし得たものである。

[相違点3]について
引用例7の記載事項「7a)」には、一般的なPb-Sn系のはんだ合金の熱膨張係数は25?30×10^(-6)/℃、すなわち25?30ppm/℃であることが記載されている。
引用例8の記載事項「8a)」には、すず50%鉛50%組成のはんだの熱膨張係数は23.4×10^(-6)/℃、すなわち23.4ppm/℃であることが記載されている。
このように、一般にはんだは、本願発明でいう「20?90ppm/℃」の範囲内の熱膨張係数を有しており、また、この範囲も常識的な値によるものであるから、引用発明において、本願発明の上記相違点3に係る構成とすることは、当業者が容易になし得たものである。

そして、本願発明により得られる作用効果も、引用発明及び引用例1?8記載の事項から当業者であれば予測できる程度のものであって、格別のものとはいえない。
以上のことから、本願発明は、引用発明及び引用例1?8記載の事項に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものである。

5.むすび
以上のとおり、本願発明(請求項1に係る発明)は、引用発明及び引用例1?8記載の事項に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものであり、特許法第29条第2項の規定により特許を受けることができないから、他の請求項に係る発明については検討するまでもなく、本願は拒絶されるべきものである。
よって、結論のとおり審決する。
 
審理終結日 2012-02-01 
結審通知日 2012-02-07 
審決日 2012-02-23 
出願番号 特願2001-151906(P2001-151906)
審決分類 P 1 8・ 121- WZ (H01L)
最終処分 不成立  
前審関与審査官 宮崎 園子  
特許庁審判長 川向 和実
特許庁審判官 栗山 卓也
小関 峰夫
発明の名称 半導体装置  
代理人 松本 洋一  

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