JP2734443B2 - 樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

樹脂封止型半導体装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、特に樹脂で封止された樹脂封止型半導体装置の信頼
性を改善した構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】図７は、従来の樹脂封止型半導体装置の
一例を示す模式的断面図である。
【０００３】従来の樹脂封止型半導体装置は図７に示す
ように、リードフレームの半導体素子搭載部１に半導体
素子２を接着材３で固着した後、半導体素子２の電極引
出し部であるボンディングパッド４とリードフレームの
リード５とをＡｕなどの金属細線６で結線し、さらに防
湿材を含んだ封止樹脂７を用いてトランスファーモール
ド成形した後、リード５を所定の形状に加工したもので
ある。
【０００４】このような従来の樹脂封止型半導体装置
は、半導体素子２の側面や半導体素子搭載部１の上面、
側面、裏面が封止樹脂７と直接接している構造である。
【０００５】半導体素子２を半導体素子搭載部１に固着
するための接着材３としては、Ａｇ粉を含んだエポキシ
樹脂からなるＡｇペーストが、高生産性で低コストであ
ることから、現在では最も広く用いられている。一方、
リードフレームの半導体素子搭載部１の材料としては、
Ｆｅ−４２％Ｎｉ合金（４２合金）、Ｃｕ合金などが用
いられている。
【０００６】４２合金を用いた半導体素子搭載部１の場
合、４２合金の強度が高いことで、半導体装置の製造工
程中やプリント基板への半導体装置の実装工程中で生じ
るリードの変形などに対しては有利である。しかしその
一方、４２合金は熱伝導率がＣｕ合金に比較して低いの
で半導体装置の熱放散成が悪いという欠点がある。半導
体素子２の中には、消費電力が大きいものがあり、半導
体素子２の動作中に高いジュール熱を発生するものがあ
る。このような半導体装置の場合は、半導体素子２から
発熱したジュール熱を外部に逃がし、半導体素子２の温
度上昇を１７５℃以下に保持して、回路の誤動作を防ぐ
必要がある。そのため、この種の半導体素子２の場合の
リードフレーム材料としては、Ｃｕ合金が用いられるこ
とが多い。
【０００７】また、別の従来技術として、ダイパッドや
必要によりインナーリードの下面および側面をＡｌ酸化
物、Ｓｉ酸化物、Ｓｉ窒化物、Ｔｉ酸化物、Ｃｒ酸化物
などの無機物の薄膜で被覆した半導体装置がある（特開
平５−２７５５９８号公報参照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】一般に半導体装置につ
いては、使用状態での温度サイクルに対する信頼性を確
保するため、温度サイクル試験（１５０℃〜−６５℃）
が行なわれる。しかしながら、Ｃｕ合金を用いた場合の
半導体装置では、温度サイクル試験の低温下において、
脆くまた接着強度が弱い部分であるＡｇペーストに過大
な応力が発生し、Ａｇペーストと半導体素子の裏面もし
くは半導体素子搭載部の上面との界面がはく離すること
がある。これは、半導体装置が低温に冷やされると、互
いに熱膨張係数の異なる半導体素子とＣｕ合金とで挟ま
れたＡｇペーストに過大なひずみが発生するためであ
る。また、このようなＡｇペーストにおけるはく離がき
っかけで、封止樹脂にクラックが発生することがある。
【０００９】図８は、はく離による封止樹脂への影響を
表した図である。この図に示すように、例えば温度サイ
クル負荷時にリードフレームの半導体素子搭載部１と接
着材３との間に生じた界面はく離８は先ず半導体素子搭
載部１の側面に進展し、さらに半導体素子搭載部１の下
エッジから封止樹脂７にクラック９が発生する。また、
クラック９が封止樹脂９からなるパッケージの外部にま
で進展して、パッケージ外部と通路を形成すると、パッ
ケージ外部に存在する湿気がパッケージ内部に進入して
しまう。仮にパッケージ外の湿気が半導体素子の配線材
料であるアルミニウムのボンディングパッドに到達する
と、アルミニウムの湿食が発生し回路が断線することが
ある。
【００１０】また、半導体素子は年々高機能化、高集積
化され、半導体素子の発熱量は増大傾向にある。また、
このような半導体素子の傾向に伴って、半導体素子のサ
イズも増大している。このことは、Ｃｕ合金リードフレ
ームを用いた場合、半導体素子の放熱に対しては有利で
あるが、半導体素子と半導体素子搭載部に挟まれた接着
材の応力を増大させる原因となり、温度サイクル負荷時
に封止樹脂クラックを引き起こし易くなることは明白で
ある。
【００１１】従来技術の欄で述べたダイパッドや必要に
よりインナーリードの下面および側面を、Ａｌ酸化物、
Ｓｉ酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｃｒ酸化物などの無機物の薄
膜で被覆した半導体装置では、封止樹脂と無機物の接着
強度が一般的に強いことで、無機物が被覆された部分と
封止樹脂の接着強度が増すために、はく離の発生が抑え
られ、その結果、封止樹脂のクラックの発生も抑制され
るものと考えられる。無機物が被覆された部分と封止樹
脂の接着強度は、半導体素子サイズがますます大型化し
ていくに従って、半導体装置の内部応力は増大していく
ので、これに伴い向上させる必要がある。しかし、この
部分的に無機物を被覆した従来技術では、一定の接着強
度を持つため、今以上に接着強度を向上させるには何ら
かの工夫が必要である。また、この発明の場合、イオン
プレーティング、プラズマＣＶＤ、スパッタリングなど
の高価な設備を必要とする。
【００１２】そこで本発明の目的は、上記従来技術の問
題点に鑑み、はく離し易い部分の接着強度を向上させる
方法ではなく、発生した応力を緩和することにより、半
導体素子が大型化しても温度サイクル負荷時の低温下で
発生する封止樹脂のクラックを抑えることができる樹脂
封止型半導体装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、半導体素子を搭載した、リードフレームの
半導体素子搭載部と、前記半導体素子と前記半導体素子
搭載部を接着するための接着剤と、前記半導体素子の電
極と前記リードフレームのリードとを結線する金属細線
と、これらを封止する封止樹脂からなる樹脂封止型半導
体装置において、前記半導体素子の側面と、前記封止樹
脂と接する前記リードフレームの半導体素子搭載部の上
面および側面とにのみ弾性率の低い有機物が塗布されて
いるものや、前記半導体素子の側面と、前記封止樹脂と
接する前記リードフレームの半導体素子搭載部の上面と
にのみ弾性率の低い有機物が塗布されているものや、前
記半導体素子の側面にのみ弾性率の低い有機物が塗布さ
れているものが考えられる。
【００１４】そして、前記有機物の弾性率は、前記封止
樹脂の弾性率以下であることが温度サイクル負荷時の封
止樹脂のクラックを防止する上で好ましい。
【００１５】また、前記有機物はシリコーン樹脂、エポ
キシ樹脂またはポリイミドであることが設備面で効果的
である。
【００１６】上記のとおりの発明では、温度サイクル負
荷時の低温下において、半導体素子とリードフレームの
熱膨張係数の違いから、半導体素子の側面が、この半導
体素子を覆う封止樹脂を変形させようとしても、弾性率
の低い有機物が半導体素子の側面と封止樹脂の力のやり
取りを緩和するので、封止樹脂のクラックの発生が抑制
される。特に、本発明は弾性率の低い有機物で応力の発
生を抑える構成であるので、はく離し易い部分の接着強
度の向上に限界のある従来技術に比べ、半導体素子サイ
ズの大型化に伴う半導体装置の内部応力の増大に適応さ
せることが容易である。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
【００１８】図１は本発明の樹脂封止型半導体装置の第
１の実施形態を示す断面図である。この形態の半導体装
置は図１に示すように、リードフレームの半導体素子搭
載部１に接着材３を介して半導体素子を固着させた後、
半導体素子２の側面と、後述する封止樹脂７と接するこ
ととなるリードフレームの半導体素子搭載部１の上面お
よび側面とにのみ、弾性率の低い有機物１０をディスペ
ンサーにより容易に塗布してなるものである。そして、
有機物１０の塗布後は、ボンディングパッド（不図示）
とインナーリード（不図示）をＡｕなどの金属配線で結
線し、さらに防湿材を含んだ封止樹脂７を用いてトラン
スファーモールド形成した後、アウターリード（不図
示）を所定の形状に加工すれば従来の半導体装置と同様
に作製することができる。また、予め半導体素子２の側
面と、封止樹脂７と接する半導体素子搭載部１の上面お
よび側面とにのみ有機物１０を塗布しておくことでも、
同様な構造を得ることができる。
【００１９】図２は本発明の樹脂封止型半導体装置の第
２の実施形態を示す断面図である。第１の実施形態と同
様に、この形態の半導体装置は図２に示すように、リー
ドフレームの半導体素子搭載部１に接着材３を介して半
導体素子を固着させた後、半導体素子２の側面と、後述
する封止樹脂７と接することとなるリードフレームの半
導体素子搭載部１の上面とにのみ、弾性率の低い有機物
１０をディスペンサーにより容易に塗布してなるもので
ある。そして、有機物１０の塗布後は、ボンディングパ
ッド（不図示）とインナーリード（不図示）をＡｕなど
の金属配線で結線し、さらに防湿材を含んだ封止樹脂７
を用いてトランスファーモールド形成した後、アウター
リード（不図示）を所定の形状に加工すれば従来の半導
体装置と同様に作製することができる。また、予め半導
体素子２の側面と、封止樹脂７と接する半導体素子搭載
部１の上面とにのみ有機物１０を塗布しておくことで
も、同様な構造を得ることができる。
【００２０】図３は本発明の樹脂封止型半導体装置の第
３の実施形態を示す断面図である。第１および第２の実
施形態と同様に、この形態の半導体装置は図３に示すよ
うに、リードフレームの半導体素子搭載部１に接着材３
を介して半導体素子を固着させた後、半導体素子２の側
面にのみ弾性率の低い有機物１０をディスペンサーによ
り容易に塗布してなるものである。また、予め半導体素
子２の側面にのみ有機物１０を塗布しておくことも可能
である。
【００２１】なお、上述した各形態を示す図１乃至３に
おいて、図７及び図８に示した従来技術と同様の構成要
素に同一符号を付してある。
【００２２】次に、上述した３つ形態についてそれぞれ
温度サイクル試験を行ない、従来技術を含めて比較検討
した結果を説明する。
【００２３】図４は、幅１５．２ｍｍ、長さが５．９４
ｍｍの半導体素子を内蔵し、３５０ｍｉｌ幅のＳｍａｌ
ｌ Ｏｕｔｌｉｎｅ Ｊ−Ｌｅａｄを２６ピン持つ樹脂
封止型半導体装置に対し、１５０℃〜−６５℃の範囲
で、それぞれの保持時間が３０ｍｉｎの温度サイクル試
験を行ない、各形態の温度サイクル負荷時に発生する封
止樹脂クラックの発生状況を比較した図である。この図
は、封止樹脂を断面研磨をしてクラックの発生を観察し
た結果を示したものであり、また有機物は、弾性率が３
５０ｋｇ／ｍｍ2であるエポキシ樹脂を用いている。
【００２４】この図から、従来技術による樹脂封止型半
導体装置では３００サイクルから封止樹脂クラックが発
生しているが、本発明の第１、第２の実施形態では１０
００サイクルにおいても封止樹脂にクラックの発生は見
られない。本発明の第３の実施形態では、７５０サイク
ルまで封止樹脂にクラックの発生は見られない。このよ
うに従来技術に比べ極めてクラックの発生が見られない
のは、弾性率が低い有機物を半導体素子の側面に塗布し
たことで、半導体素子搭載部の上下エッジに生じる応力
を緩和するためである。
【００２５】図５に半導体素子搭載部の上面から封止樹
脂が全面的にはく離した場合において、封止樹脂７の温
度サイクル試験の低温下における変形の様子を示した。
半導体素子とリードフレームの熱膨張係数の違いから、
図５に示すように、半導体素子２の側面が矢印の方向に
封止樹脂７を変形させようとすると、半導体素子搭載部
１の上エッジ１１と半導体素子搭載部１の側面とから封
止樹脂７がはく離していく。また、図６に、半導体素子
搭載部の上面と側面から封止樹脂が完全にはく離した場
合において、封止樹脂の温度サイクル試験の低温下にお
ける変形の様子を示した。この図の状態で、また半導体
素子２の側面が矢印の方向に封止樹脂７を変形させよう
とすると、半導体素子搭載部１の下エッジ１２に応力集
中が発生し、封止樹脂７にクラックが起こる。しかしな
がら、本発明のように、弾性率の低い有機物１０を半導
体素子２の側面に塗布することで、有機物１０が半導体
素子２の側面と封止樹脂７の力のやり取りを緩和するの
で、封止樹脂７のクラックの発生が抑制されるのであ
る。
【００２６】以上説明したメカニズムで封止樹脂７のク
ラックは抑制されるのであるから、有機物の弾性率は、
封止樹脂７の弾性率以下でなければ効果が得られない。
有機物１０としては、弾性率が低いシリコーン樹脂やエ
ポキシ樹脂又はポリイミドが効果的である。
【００２７】ここで、第１、２の実施形態が第３の実施
形態に比較して効果が大きいのは、半導体素子搭載部１
においても有機物１０の弾性率が低いために有機物１０
自身が変形して、半導体素子搭載部１のはく離を抑制し
ているからである。
【００２８】
【発明の効果】以上説明した本発明は、半導体装置の封
止樹脂と、この封止樹脂に覆われた半導体素子及びリー
ドフレーム等の構成部品との界面に選択的に弾性率の低
い有機物を塗布したことにより、温度サイクル負荷時の
低温下で発生する応力を緩和し、封止樹脂クラックの発
生を防止でき、半導体装置の信頼性を向上させることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の樹脂封止型半導体装置の第１の実施形
態を示す断面図である。
【図２】本発明の樹脂封止型半導体装置の第２の実施形
態を示す断面図である。
【図３】本発明の樹脂封止型半導体装置の第３の実施形
態を示す断面図である。
【図４】本発明の第１乃至第３の実施形態の温度サイク
ル負荷時に発生する封止樹脂クラックの発生状況を比較
した図である。
【図５】半導体素子搭載部の上面から封止樹脂が完全に
はく離した場合において、封止樹脂の温度サイクル試験
の低温下における変形の様子を示した図である。
【図６】半導体素子搭載部の上面と側面から封止樹脂が
完全にはく離した場合において、封止樹脂の温度サイク
ル試験の低温下における変形の様子を示した図である。
【図７】従来の樹脂封止型半導体装置の一例を示す模式
的断面図である。
【図８】従来の樹脂封止型半導体装置の、はく離による
封止樹脂への影響を表した図である。
【符号の説明】
１ リードフレームの半導体素子搭載部 ２ 半導体素子 ３ 接着材 ７ 封止樹脂 ８ 界面はく離 １０ 有機物 １１ 半導体素子搭載部の上エッジ １２ 半導体素子搭載部の下エッジ

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体素子を搭載した、リードフレーム
    の半導体素子搭載部と、前記半導体素子と前記半導体素
    子搭載部を接着するための接着剤と、前記半導体素子の
    電極と前記リードフレームのリードとを結線する金属細
    線と、これらを封止する封止樹脂からなる樹脂封止型半
    導体装置において、 前記半導体素子の側面と、前記封止樹脂と接する前記リ
    ードフレームの半導体素子搭載部の上面および側面とに
    のみ弾性率の低い有機物が塗布されていることを特徴と
    する樹脂封止型半導体装置。
  2. 【請求項２】 半導体素子を搭載した、リードフレーム
    の半導体素子搭載部と、前記半導体素子と前記半導体素
    子搭載部を接着するための接着剤と、前記半導体素子の
    電極と前記リードフレームのリードとを結線する金属細
    線と、これらを封止する封止樹脂からなる樹脂封止型半
    導体装置において、 前記半導体素子の側面と、前記封止樹脂と接する前記リ
    ードフレームの半導体素子搭載部の上面にのみ弾性率の
    低い有機物が塗布されていることを特徴とする樹脂封止
    型半導体装置。
  3. 【請求項３】 半導体素子を搭載した、リードフレーム
    の半導体素子搭載部と、前記半導体素子と前記半導体素
    子搭載部を接着するための接着剤と、前記半導体素子の
    電極と前記リードフレームのリードとを結線する金属細
    線と、これらを封止する封止樹脂からなる樹脂封止型半
    導体装置において、 前記半導体素子の側面にのみ弾性率の低い有機物が塗布
    されていることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
  4. 【請求項４】 前記有機物の弾性率は、前記封止樹脂の
    弾性率以下であることを特徴とする請求項１乃至３のい
    ずれか１項に記載の樹脂封止型半導体装置。
  5. 【請求項５】 前記有機物は、シリコーン樹脂、エポキ
    シ樹脂またはポリイミドであることを特徴とする請求項
    １乃至３のいずれか１項に記載の樹脂封止型半導体装
    置。
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