JP2505868B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 プラスチック製の基板にアルミニウム製のキャップを
樹脂により封着した半導体装置に関し、 基板に対するアルミニウムキャップの密着性の向上を
目的とし、 樹脂封止によりアルミニウムキャップを基板に封着し
た半導体装置において、上記キャップは、軟化熱処理が
施されたアルミニウム合金板より形成され、またその封
止面に粗面化処理が施されているように構成する。The present invention relates to a semiconductor device in which an aluminum cap is sealed with a resin on a plastic substrate, and the aluminum cap is sealed with a resin for the purpose of improving the adhesion of the aluminum cap to the substrate. In the semiconductor device sealed in above, the cap is formed of an aluminum alloy plate that has been subjected to a softening heat treatment, and the sealing surface thereof is roughened.
本発明は、プラスチック製の基板にアルミニウム製の
キャップを樹脂により封着した半導体装置に関する。The present invention relates to a semiconductor device in which an aluminum cap is sealed with a resin on a plastic substrate.
ICチップのI/O数増加と大チップ化に伴い、ICパッケ
ージのリード数も増加の傾向を示している。このような
動きに応じるため、パッケージ形態としてパッケージ裏
面に外リードをアレイ状に配置したPIN GRID ARRAY（以
下PGA）が多く使われるようになってきている。従来のP
GAは、基板材料としてアルミナセラミックスを用い、封
止は第４図（ａ）に示すAu/Sn（80/20）、Pb/Sn（90/1
0）などのメタルシール、第４図（ｂ）に示す低融点ガ
ラスを用いたフリットシール、第４図（ｃ）に示す溶接
によるシームウェルドなどにより行われている。The number of IC package leads is also increasing as the number of IC chip I / Os increases and as the size of IC chips increases. In order to respond to such movement, a PIN GRID ARRAY (hereinafter referred to as PGA) in which outer leads are arranged in an array on the back surface of the package is often used as a package form. Conventional P
The GA uses alumina ceramics as the substrate material, and the sealing is Au / Sn (80/20) and Pb / Sn (90/1 shown in Fig. 4 (a).
0) or the like, a frit seal using low melting point glass shown in FIG. 4B, a seam weld by welding shown in FIG. 4C, or the like.
このようなセラミックPGAに対し、コストダウンのた
め基板材料としてガラス−エポキシやガラス−BTレジ
ン、ガラス−変性ポリイミドなどを用い、封止材料とし
てエポキシ樹脂を用いたプラスチックPGA（以下PPGA）
が用いられるようになってきた。このPPGAではキャップ
材料としてアルミニウムキャップを用いているが、樹脂
とアルミニウムキャップの接触面積が大きいため、熱ス
トレスの影響を受けて樹脂とアルミニウムキャップの密
着性が劣化し、キャップ浮きや、キャップ剥がれが発生
する懸念があり、樹脂とアルミニウムキャップの密着性
を向上させることが重要な課題となっている。For such ceramic PGA, plastic PGA (hereinafter referred to as PPGA) using glass-epoxy or glass-BT resin or glass-modified polyimide as a substrate material and epoxy resin as a sealing material for cost reduction.
Has come to be used. In this PPGA, an aluminum cap is used as the cap material, but the contact area between the resin and aluminum cap is large, so the adhesiveness between the resin and aluminum cap deteriorates under the influence of heat stress, and cap floating and cap peeling occur. There is a concern that this may occur, and improving the adhesion between the resin and the aluminum cap has become an important issue.
従来のPPGAにおいては、第４図（ｄ）に示すようにア
ルミニウムキャップとパッケージ本体間をエポキシ樹脂
で充填することにより、樹脂封止を行っているが、アル
ミニウムキャップと樹脂間を投錨効果により接着するた
め、表面粗さ１μｍ以下のアルミニウムキャップの表面
（少なくとも封止面を含む）を陽極酸化処理して厚さ５
μｍ程度の陽極酸化膜をつけ、黒色塗料で染色した後封
孔処理を行い、その後パッケージ本体に樹脂封止してい
る。In the conventional PPGA, resin sealing is performed by filling the space between the aluminum cap and the package body with epoxy resin as shown in Fig. 4 (d), but the aluminum cap and resin are bonded by the anchoring effect. Therefore, the surface of the aluminum cap having a surface roughness of 1 μm or less (including at least the sealing surface) is anodized to have a thickness of 5
An anodized film of about μm is attached, dyed with a black paint, subjected to a sealing treatment, and then sealed with a resin in the package body.
上記従来のPPGAでは、エポキシ樹脂の吸水率（〜0.1
％）やアルミニウムキャップとエポキシ樹脂の熱膨張係
数の差がある（A1:23×10-6／℃、エポキシ樹脂:30〜40
×10-6／℃）ことにより、サーマルショック試験後（例
えば０100℃）にアルミニウムキャップとエポキシ樹
脂間の密着性が劣化し、キャップ浮きやキャップ剥がれ
が発生するという問題がある。In the above conventional PPGA, the water absorption of the epoxy resin (~ 0.1
%) Or there is a difference in the coefficient of thermal expansion between the aluminum cap and the epoxy resin (A1: 23 × 10 -6 / ° C, epoxy resin: 30-40)
(× 10 −6 / ° C.) causes a problem that the adhesion between the aluminum cap and the epoxy resin deteriorates after the thermal shock test (for example, 0100 ° C.), and cap floating or cap peeling occurs.
本発明は上記問題点に鑑み、パッケージ本体に対する
アルミニウムキャップの密着性を向上した半導体装置を
提供することを目的とする。In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a semiconductor device having improved adhesion of the aluminum cap to the package body.
上記目的を達成するために、本発明の半導体装置は、
樹脂封止によりアルミニウムキャップ５を基板２に封着
した半導体装置において、上記キャップ５は、軟化熱処
理が施されたアルミニウム合金板より形成されたもので
あることを特徴とする。In order to achieve the above object, the semiconductor device of the present invention,
In the semiconductor device in which the aluminum cap 5 is sealed to the substrate 2 by resin sealing, the cap 5 is formed of an aluminum alloy plate that has been subjected to a softening heat treatment.
本発明では、キャップ材料であるアルミニウム合金を
熱処理により軟化させることにより、サーマルショック
試験などの熱ストレスを吸収、緩和させ、キャップ浮き
やキャップ剥がれの発生を抑える。In the present invention, the aluminum alloy, which is the cap material, is softened by heat treatment to absorb and mitigate the thermal stress such as the thermal shock test, and suppress the occurrence of cap floating and cap peeling.
またアルミニウムキャップの少なくとも封止面側に粗
面化処理を施すことにより樹脂の投錨効果を生じさせ、
それによりアルミニウムキャップと樹脂との密着性を向
上させる。In addition, at least the sealing surface side of the aluminum cap is roughened to produce an anchoring effect of the resin,
This improves the adhesion between the aluminum cap and the resin.
第１図は本発明の実施例を示す図である。同図におい
て、１は半導体チップ、２はその半導体チップを搭載し
たプラスチック製の基板、３は端子（例えばコバール
製）４はチップと端子間を接続する配線、５は基板を覆
うアルミニウム製のキャップ、６はキャップを基板に封
止するエポキシ樹脂である。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a semiconductor chip, 2 is a plastic substrate on which the semiconductor chip is mounted, 3 is a terminal (for example, made of Kovar), 4 is wiring for connecting the chip to the terminal, and 5 is an aluminum cap for covering the substrate. , 6 are epoxy resins for sealing the cap to the substrate.
本実施例では先ず上記キャップ５の材料であるアルミ
ニウム合金板をキャップに形成する前に200〜400℃で熱
処理し軟化させる。例えば軟化熱処理が施されたものと
してはJISA1050Pの質別22H〜24Hで示されるアルミニウ
ム合金がある。なお質別22H〜24Hは1/4硬質〜1/2硬質
（但し参考）である。このように軟化熱処理されたアル
ミニウム合金板は多少加工性が犠牲になるが適度の軟か
さとなり、封止後のサーマルショック試験などの熱スト
レスを吸収、緩和させることができる。In this embodiment, first, the aluminum alloy plate which is the material of the cap 5 is heat-treated at 200 to 400 ° C. to be softened before forming the cap. For example, there is an aluminum alloy that is subjected to softening heat treatment, which is represented by JIS A1050P's tempers 22H to 24H. In addition, tempers 22H to 24H are 1/4 hard to 1/2 hard (however, reference). The workability of the aluminum alloy plate softened and heat-treated is sacrificed to some extent, but it becomes moderately soft, and thermal stress such as a thermal shock test after sealing can be absorbed and alleviated.
また本実施例は上記アルミニウム合金材料をキャップ
に成形後、少なくともその封止面に次の如き粗面化処理
を行い、粗面の投錨効果により樹脂とアルミニウムキャ
ップとの密着性を向上する。この粗面化処理としては次
の（１）〜（５）のような方法がある。In this embodiment, after the aluminum alloy material is formed into a cap, at least the sealing surface is subjected to the following roughening treatment, and the anchoring effect of the rough surface improves the adhesion between the resin and the aluminum cap. As the roughening treatment, there are the following methods (1) to (5).
（１）アルミニウムキャップを脱脂処理後、80〜90℃の
10％水酸化ナトリウム水溶液に浸漬（苛性処理）して表
面粗さを２〜５μｍとし凹凸を形成する。(1) After degreasing the aluminum cap,
Immersion (caustic treatment) in a 10% aqueous sodium hydroxide solution to adjust the surface roughness to 2 to 5 μm to form irregularities.
（２）アルミニウムキャップを脱脂処理後、化学梨地剤
に浸漬し表面粗さを２〜５μｍとし凹凸をつける。(2) After degreasing the aluminum cap, the aluminum cap is dipped in a chemical satin finish to make the surface roughness 2 to 5 μm and to make unevenness.
（３）アルミニウムキャップを陽極酸化処理し、膜厚10
〜25μｍの陽極酸化膜を形成する。(3) Aluminum cap is anodized to a film thickness of 10
Form an anodic oxide film of about 25 μm.
（４）アルミニウムキャップにサンドブラストで研磨粉
を吹き付け凹凸をつける。（第２図参照） （５）アルミニウムキャップの成形型に凹凸をつけてお
き、キャップ成形時にその凹凸を転写してディンプルを
つける。ディンプルの１例としては、直径0.2〜0.6mmで
深さ0.1〜0.3mmの円形の窪みを0.5mmのピッチで形成す
る。（第３図参照） 以上の実施例のうち、代表的なものについてサーマル
ショック試験を行った結果を従来品と比較して第１表に
示す。(4) Sandblast the aluminum cap with abrasive powder to make it uneven. (See FIG. 2) (5) The mold for the aluminum cap is provided with concavities and convexities, and the concavities and convexities are transferred at the time of cap molding to form dimples. As an example of the dimple, circular depressions having a diameter of 0.2 to 0.6 mm and a depth of 0.1 to 0.3 mm are formed at a pitch of 0.5 mm. (See FIG. 3) Table 1 shows the results of the thermal shock test performed on typical ones of the above-mentioned examples in comparison with the conventional products.
なお試料としては、（イ）キャップ材料に1/4〜1/2硬
化品を用いたもの、（ロ）苛性処理品、（ハ）化学梨地
処理品、（ニ）1/4〜1/2硬化品に苛性処理を施したもの
（実施例）をそれぞれ10個ずつ用意し、サーマルショッ
ク試験としては、０℃５分保持後100℃５分保持を１サ
イクルとして繰返して行い、評価はキャップ剥がれ発生
数及びそれまでのサイクル数で行った。表中の分数は分
子がキャップ剥がれ発生数、分母は試料数である。As samples, (a) cap material with 1/4 to 1/2 cured product, (b) caustic treated product, (c) chemical satin treated product, (d) 1/4 to 1/2 Ten hardened products (examples) each subjected to caustic treatment were prepared, and a thermal shock test was carried out by repeatedly holding at 0 ° C for 5 minutes and then at 100 ° C for 5 minutes as one cycle. The number of occurrences and the number of cycles until then were used. The fractions in the table are the number of occurrences of cap peeling of the numerator and the denominator is the number of samples.
第１表より、本発明の実施例の1/4〜1/2硬化品に苛性
処理を施したものは300サイクルまでキャップ剥がれの
発生はなく従来品の50サイクルに比して極めて優れてい
ることがわかる。なお1/4〜1/2硬化品、苛性処理品、化
学梨地処理品もそれぞれ単独でも従来品に比し勝ってい
る。 From Table 1, it can be seen that the 1/4 to 1/2 cured products of the examples of the present invention subjected to caustic treatment did not cause cap peeling up to 300 cycles and were extremely superior to the 50 cycles of conventional products. I understand. In addition, 1/4 to 1/2 hardened products, caustic processed products, and chemical satin processed products are also superior to conventional products even individually.
以上説明した様に、本発明によれば、キャップに軟化
処理したアルミニウム合金板を用い、且つ粗面化処理す
ることにより、熱ストレスを吸収し、且つ粗面の投錨効
果により樹脂との密着性を向上し、キャップ剥がれの発
生を抑えることが可能となる。As described above, according to the present invention, the cap is made of the softened aluminum alloy plate, and the surface is roughened to absorb the thermal stress, and the adhesion of the rough surface to the resin is achieved. It is possible to improve the above and suppress the occurrence of cap peeling.
第１図は本発明の実施例を示す図、 第２図は本発明の実施例のサンドブラスト処理を示す
図、 第３図は本発明の実施例のディンプル加工処理を示す
図、 第４図は従来のピングリッドアレイ形の半導体装置の封
止構造を示す図である。 図において、 １は半導体チップ、２は基板、３は端子、４は配線、５
はキャップ、６はエポキシ樹脂 を示す。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a sandblast treatment of an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a diagram showing a dimple processing of an embodiment of the present invention, and FIG. It is a figure which shows the conventional sealing structure of the semiconductor device of a pin grid array type. In the figure, 1 is a semiconductor chip, 2 is a substrate, 3 is terminals, 4 is wiring, and 5 is
Indicates a cap, and 6 indicates an epoxy resin.
Claims (1)
（５）を基板（２）に封着した半導体装置において、 上記キャップ（５）は、軟化熱処理が施されたアルミニ
ウム合金板より形成されたものであることを特徴とする
半導体装置。1. A semiconductor device in which an aluminum cap (5) is sealed to a substrate (2) by resin sealing, wherein the cap (5) is formed of an aluminum alloy plate that has been subjected to a softening heat treatment. A semiconductor device characterized by the above.
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