JP2009032906A - 半導体装置パッケージ - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体装置の樹脂パッケージにおいてリードフレームと樹脂接続面の信頼性を向上させる。
【解決手段】リードフレーム２と樹脂パッケージ本体４との接合面の一部を網目構造としているので、この接続面の接触面積が増大し、リードフレーム２と樹脂パッケージ本体４との接合性を向上できる。しかも、網目構造のメッシュを樹脂に含まれるフィラー１０の平均粒子径より小さくすることで、リードフレーム２の表面近傍に到達するフィラー１０を減らし、リードフレーム２の近傍における樹脂の弾性率を変化させることで半導体装置パッケージ４の使用環境より受ける応力で変形するリードフレーム２に樹脂が追従することができるので、密着性が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置のパッケージに関する。
リードフレームと電気的に接続された半導体チップなどの超小型の電子装置を樹脂モールディングした半導体装置パッケージが知られている。図６に示す典型的な半導体装置パッケージの構造では、半導体チップ１０１がリードフレーム１０２の一部である中央ダイパッド部１０７の上に配置され、接着樹脂層で接合されている。半導体チップ１０１とリードフレーム１０２とはボンディングワイヤ１０３で電気的に接続されている。半導体チップ１０１およびリードフレーム１０２を覆って、エポキシ樹脂とフィラーなどからなる樹脂パッケージ本体１０４が成形され、成形された樹脂パッケージ本体１０４の中に半導体チップ１０１およびリードフレーム１０２が封入される。リードフレーム１０２の一部は樹脂パッケージ本体１０４の外まで延びて外部リード１０５となり外部回路との接続端子に利用される。
このような半導体装置パッケージが有している問題点の一つは、樹脂とリードフレームとの界面に沿って内部に水分が進入し、電気的絶縁性の低下などの悪影響が生じることである。図７に示すように、外部リード１０５と樹脂パッケージ本体１０４との界面１０６を通じて水分が進入する。この進入した水分は、リードフレーム１０２に沿って内部へと浸透する。この水分の作用で、樹脂パッケージ本体１０４とリードフレーム１０２との界面に、剥離が生じる。その結果、外界に存在するイオン性その他の腐食性汚染物質が進入することになる。このような水分及び汚染物質の進入は、半導体チップのパッド腐食による早期不良を誘発することになる。
樹脂とリードフレーム界面での水分進入の原因としては、樹脂とリードフレームとの間の剥離が上げられる。リードフレームが使用環境より受ける応力で変形するときに、樹脂がリードフレームの変形に追従できないのがこの剥離の要因の１つであり、樹脂に含まれるフィラー（シリカ）の含有により樹脂の弾性率が高くなってしまうためである。図８は従来技術のリードフレーム近傍のフィラーの様子を示す模式断面図である。フィラーはほぼ一様に分布している。
リードフレーム１０２と樹脂パッケージ本体１０４の間の密封不良のほかにも、樹脂パッケージ本体１０４とリードフレーム１０２の中央ダイパッド部１０７の背面との界面における接着不良という問題がある。このような接着不良により、特に電子装置パッケージが多湿環境に露出される場合に、図７に示すようリードフレーム１０２と樹脂パッケージ本体１０４との間で発生する剥離部分１０８に水分が溜まることとなる。この水分は、電子装置パッケージがボード装着などの処理工程で高温処理されたときに、蒸気になって膨張を起こし、パッケージクラックを引き起こすことになる。
リードフレームに対する樹脂パッケージ本体の接着力を向上させて樹脂パッケージ製品の品質と信頼性を改善するために、リードフレームの表面に種々の処理を施すことが提案されている。従来知られているこの種の処理は、銅からなるリードフレーム表面をプラズマによる処理を行ったりする技術である。既存のプラズマ洗浄方法は一般的には、半導体チップ１０１とリードフレーム１０２などの組立後で樹脂パッケージ本体１０４の成形工程の前に施される。
特開平８−１６７６８６号公報
しかしながら、従来のプラズマ洗浄方法では、上向き露出面に対しては効果があるが、中央ダイパッド部１０７の背面などと樹脂パッケージ本体１０４との間の接着力を促進させるにはあまり効果的ではない。また、上記方法では、接着樹脂層とリードフレーム間の接着力を促進させる効果もあまりない。しかも、プラズマ処理はバッチ処理を行う必要があるため、非経済的であり、連続化された樹脂パッケージ生産組立工程には適用が困難である。
一方、リードフレーム１０２の表面にブラックオキシドやブラウンオキシド、錫酸化物／有機シランなどの表面処理層を形成する方法は、パッケージ内部に対する処理では大変有利であるが、パッケージ外部においては多くの問題を引き起こす。例えば、樹脂成形工程において、成形樹脂の低分子量部分がリードフレーム１０２の表面に流出する問題がある。これはいわゆる「樹脂ブリード」と呼ばれ、外部リードの表面を電気的に絶縁化してしまう。そこで、従来は、パッケージを印刷回路基板などに接続するために、外部リードの表面に錫や半田によるめっきを行う前に、樹脂ブリードを除去していた。樹脂ブリード自体は、通常の化学的あるいは機械的方法で除去できる。ところが、ブラックオキシドなどの表面処理層の上に樹脂ブリードが発生すると、両者の相互作用によって付着性が非常に強い膜が形成されてしまい、容易には除去できなくなってしまう。リードフレームやパッケージを損傷せずに前記表面処理層の樹脂ブリードを完全に除去することは極めて困難である。
本発明に係る半導体装置パッケージは、リードフレームと樹脂パッケージ本体との接合面の一部を網目構造としているので、この接続面の接触面積が増大しリードフレームと樹脂パッケージ本体との接合性を向上できる。しかも、網目構造を立体的にすることでリードフレームと樹脂が接合面も立体的になるので飛躍的に接合性が向上する。
しかも、網目構造のメッシュを樹脂に含まれるフィラーの平均粒子径より小さくすることで、リードフレームの表面近傍に到達するフィラーを減らし、リードフレーム近傍における樹脂の弾性率を変化させることで半導体装置パッケージの使用環境より受ける応力で変形するリードフレームに樹脂が追従することができるので、密着性が向上する。
本発明にかかる半導体装置パッケージ、前記網目構造の形成によって、半導体チップがリードフレームと樹脂パッケージ本体との接合性を大幅に向上させることができる。しかも、樹脂に含まれるフィラーの分布をリードフレーム近傍で変化させることができ樹脂とリードフレーム接続面の密着の信頼性を向上することになる。その結果、リードフレームと樹脂パッケージ本体との一体接合面の剥離が生じにくく、水分や汚染物質の浸入やそれに伴う各種の弊害を防止して、電子装置パッケージの品質を向上させることができる。
以下、本発明の実施の形態を図１乃至５に基づいて説明する。
図１に本発明の第一の実施例を示す。半導体装置パッケージ４は、半導体チップ１が、銅材からなるリードフレーム２の中央のダイパッド９上に配置され、接着樹脂層で接合されている。半導体チップ１とリードフレーム２とはボンディングワイヤ３で電気的に接続されている。半導体チップ１およびリードフレーム２を覆って、エポキシ樹脂などからなる樹脂パッケージ本体４が成形され、成形された樹脂パッケージ本体４の中に半導体チップ１およびリードフレーム２が封入されている。リードフレーム２の一部は樹脂パッケージ本体４の外まで延びて外部リード５となり外部回路との接続に利用される。重要な点はここで用いたリードフレーム２が網目構造を有していることである。
樹脂パッケージ本体４を構成する樹脂材料としては、ノボラックエポキシ樹脂が使用できる。それ以外にも、通常の電子ＩＣ パッケージ産業で使用されているような樹脂材料、例えばエポキシシリコン等が使用される。その他のポリエステル樹脂やシリコン樹脂も使用される。
リードフレーム２は、中央に半導体チップ１を接合する矩形板状のダイパッド９を有する。ダイパッド９はアームによりリードフレームレールにつながっている。
図２はリードフレーム部をＡ−Ａ´で切断した模式断面図である。リードフレーム２は表面に網目構造１１を有しているので、樹脂で封止すると樹脂とリードフレーム２の接続面は構造的に強固な密着となり、樹脂とリードフレーム接続面の剥離が生じにくくなる。
図３に第二の実施例を示す。本発明の網目構造は封止樹脂に含まれるフィラー１０の平均粒子径より小さい網目の構造を有する。網目のメッシュが使用する封止樹脂に含まれるフィラー１０の平均粒子径より小さくなることで、フィラーの径が大きいものは網目構造の中に入り込まなくなる。したがってリードフレーム表面近傍で封止樹脂に含まれるフィラーの量と径を変化させることができ、リードフレーム網目構造部１１の封止樹脂弾性率を下げることができる。したがって、外力によるリードフレームの変形に対して封止樹脂がリードフレームの変形に追従することで封止樹脂とリードフレーム接続面の剥離が生じにくくなる。
図４に第三の実施例を示す。リードフレームの網目構造が２層以上重ねた構造を有する。これにより各層の網目のメッシュがフィラー１０の標準粒子径より大きくても、重ね合わせたことにより出来上がる網目のメッシュは小さくなり任意の粒子径に対しメッシュの大きさを設計できる。さらに網目構造を２層以上の多層に重ねることで樹脂がリードフレーム内部に入り込み構造的により強固な結びつきとなり封止樹脂とリードフレームの接合面の剥離が生じにくくなる。
図５に第四の実施例を示す。リードフレームは半導体チップと電気的に接続するためにワイヤーボンディングされる。特にリードフレーム側の接続部はワイヤーをこすり付けるようなウェッジボンディングになる。したがって、これらのボンディング箇所に網目構造による凹凸があると場合によってはワイヤーボンディングの接続強度が低下する。そこでリードフレームのワイヤーボンディングする部分１２を網目構造とせずに平らにすることによってワイヤーボンディング３の接続強度を維持することができる。
本発明の実施例となる半導体装置パッケージ 図１におけるＡ−Ａ´線断面図 本発明のリードフレーム近傍のフィラーの様子を示す模式断面図 本発明のリードフレームの重ねあわせの説明図 本発明の他の実施例を表すリードフレームの図 従来の技術の半導体装置パッケージ 従来技術の半導体装置パッケージの断面図 従来技術のリードフレーム近傍のフィラーの様子を示す模式断面図
符号の説明
１ 半導体装置
２ リードフレーム
３ ワイヤーボンディング
４ 樹脂パッケージ本体
５ 外部リード
９ ダイパッド
１０ フィラー
１１ リードフレーム網目構造部
１２ リードフレーム上のワイヤーボンディングする部分
１０１ 半導体装置
１０２ リードフレーム
１０３ ワイヤーボンディング
１０４ 樹脂パッケージ本体
１０５ 外部リード
１０６ 外部リードと樹脂パッケージ本体との界面
１０７ 中央ダイパッド部
１０８ リードフレームと樹脂パッケージ本体との間で発生する剥離部分

Claims (5)

  1. 半導体チップと、電気的に接続されたリードフレームと、前記半導体チップを含む前記リードフレームの一部を封止する樹脂パッケージを有する半導体装置パッケージにおいて、前記リードフレームが網目構造を有していることを特徴とする半導体装置パッケージ。
  2. 前記リードフレームの表面側が網目構造であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置パッケージ
  3. 前記リードフレームに形成された網目構造が封止樹脂に含まれるフィラーの標準粒子径より小さいことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置パッケージ。
  4. 前記リードフレームの網目構造が網目を２層以上重ねた形状を特徴とする請求項１に記載の半導体装置パッケージ。
  5. 前記リードフレームのワイヤーボンディング接続部が網目構造をしていないことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置パッケージ
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