JP2807472B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JP2807472B2 JP63228957A JP22895788A JP2807472B2 JP 2807472 B2 JP2807472 B2 JP 2807472B2 JP 63228957 A JP63228957 A JP 63228957A JP 22895788 A JP22895788 A JP 22895788A JP 2807472 B2 JP2807472 B2 JP 2807472B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、さ
らに詳しくは、リードフレームと箱型中空熱硬化樹脂成
形体との接着性が良好で耐湿性に優れ、高信頼性の気密
封止式半導体装置およびその製造方法に関する。
発明の技術的背景ならびにその問題点 箱型中空樹脂成形体、リードフレーム、半導体チッ
プ、ボンディングワイヤーおよび蓋材からなる気密封止
式の半導体装置の製造方法において、従来、箱型中空樹
脂成形体を成形する際には、リードフレームを金型内に
埋込んだ後、この金型内で樹脂を射出成形やトランスフ
ァー成形することにより、リードフレームと箱型中空樹
脂成形体とを一体化する、いわゆるインサート成形を行
なうのが一般的である。
しかしながら、このインサート成形において、リード
フレームと箱型中空樹脂成形体との接着性が不良である
場合には、外部の湿気がリードフレームと箱型中空樹脂
成形体との接着界面から箱型中空樹脂成形体の内部に侵
入して半導体素子が故障するため、高信頼性の半導体装
置が得られないという問題点があった。
このような問題点を解消する方法として、従来、物性
を改良した樹脂を用いて箱型中空樹脂成形体を成形する
方法、および処理を施したリードフレームを用いる方法
が知られている。たとえば、ゴム状成分を添加した樹脂
を用いてリードフレーム付箱型中空樹脂成形体を成形
し、箱型中空樹脂成形体の内部応力を低下させることに
よって箱型中空樹脂成形体とリードフレームとの接着性
を向上させる方法、シランカップリング剤を添加した樹
脂を用いてリードフレーム付箱型中空樹脂成形体を成形
し、箱型中空樹脂成形体とリードフレームとの接着性を
向上させる方法、シランカップリング剤で処理したリー
ドフレームを用いてリードフレーム付箱型中空樹脂成形
体を成形し、リードフレームと箱型中空樹脂成形体との
接着性を向上させる方法がある。
しかしながら、前二者の方法は、いずれも樹脂の成形
性、特に離型性が悪化するという問題点があった。ま
た、後者のシランカップリング剤で処理したリードフレ
ームを用いる方法では、工程が複雑化するという問題点
があった。
発明の目的 本発明は、上記のような問題点を解決しようとするも
のであって、樹脂の成形性を悪化させることなく、しか
も、工程を複雑化させずに、リードフレームと箱型樹脂
成形体との接着性が良好で耐湿性に優れる高信頼性の半
導体装置およびその製造方法を提供することを目的とし
ている。
発明の概要 本発明に係る半導体装置は、半導体素子、リードフレ
ーム、および該半導体素子の電極とリードフレームとを
電気的に接続するボンディングワイヤーを具備し、か
つ、該半導体素子が収容される凹部を有し、インサート
成形されてなる箱型中空熱硬化樹脂成形体と、該箱型中
空熱硬化樹脂成形体の凹部全体を密閉する蓋材とを具備
し、前記リードフレームの線膨張係数が50×10-7〜200
×10-7cm/cm・℃であり、前記箱型中空熱硬化樹脂成形
体の線膨張係数が100×10-7〜250×10-7cm/cm・℃であ
り、前記リードフレームの線膨張係数と箱型中空熱硬化
樹脂成形体の線膨張係数との差が100×10-7cm/cm・℃以
下であることを特徴としている。
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体
素子、リードフレーム、および該半導体素子の電極とリ
ードフレームとを電気的に接続するボンディングワイヤ
ーを具備し、かつ、該半導体素子が収容される凹部を有
する箱型中空熱硬化樹脂成形体と、該箱型中空熱硬化樹
脂成形体の凹部全体を密閉する蓋材とを具備する半導体
装置を製造するに際して、線膨張係数が50×10-7〜200
×10-7cm/cm・℃であるリードフレームを金型内に設置
した状態で樹脂を射出成形して、リードフレームの線膨
張係数との差が100×10-7cm/cm・℃以下である線膨張係
数を有するリードフレーム付箱型中空熱硬化樹脂成形体
を得る工程と、 リードフレームのアイランドに半導体素子をダイボン
ディングした後、該半導体素子の電極とリードフレーム
とをワイヤーボンディングする工程と、 前記箱型中空熱硬化樹脂成形体の凹部に蓋材を接着し
て箱型中空熱硬化樹脂成形体の凹部全体を密閉する工程
とからなることを特徴としている。
発明の具体的説明 以下、本発明に係る半導体装置およびその製造方法に
ついて具体的に説明する。
まず、本発明に係る半導体装置を図に基づいて説明す
る。
第1図は、本発明に係る半導体装置のうち、代表的な
半導体装置の構成を表わす概略図である。
本発明で用いられる半導体素子1は、リードフレーム
のアイランド2aにダイボンディングされており、半導体
素子1の電極とリードフレーム2との間はボンディング
ワイヤー3により電気的に接続されている。
本発明で用いられるリードフレーム2としては、線膨
張係数が50×10-7〜200×10-7cm/cm・℃、中でも100×1
0-7〜200×10-7cm/cm・℃である金属リードフレームが
用いられ、具体的には、線膨張係数が160×10-7〜170×
10-7cm/cm・℃である鉄入銅、線膨張係数が170×10-7
180×10-7cm/cm・℃であるリン青銅等の銅系合金、線膨
張係数が105×10-7cm/cm・℃である28クローム鉄、線膨
張係数が100×10-7cm/cm・℃である52ニッケル鉄等の鉄
系合金などが挙げられる。中でも、銅系合金が好ましく
用いられる。
本発明で用いられるボンディングワイヤー3として
は、具体的には、金線、アルミニウム線などが挙げられ
る。
本発明に係る半導体装置は、半導体素子1が収容され
る凹部を有し、インサート成形されてなる箱型中空熱硬
化樹脂成形体4を具備する。本発明で用いられる箱型中
空熱硬化樹脂成形体4としては、線膨張係数が100×10
-7〜250×10-7cm/cm・℃である箱型中空熱硬化樹脂成形
体が用いられ、具体的には、シリカ、アルミナなどの充
填剤を含むエポキシ系樹脂またはイミド系樹脂で成形さ
れた箱型中空熱硬化樹脂成形体などが挙げられる。
本発明においては、上記リードフレーム2の線膨張係
数と箱型中空熱硬化樹脂成形体4の線膨張係数との差が
100×10-7cm/cm・℃以下、好ましくは50×10-7cm/cm・
℃以下となるように、リードフレーム2と箱型中空熱硬
化樹脂成形体4を選択して用いる。
このように、本発明に係る半導体装置は、特定の線膨
張係数を有するリードフレーム2を特定の線膨張係数を
有する箱型中空熱硬化樹脂成形体4にインサート成形さ
れてなり、リードフレーム2の線膨張係数と箱型中空熱
硬化樹脂成形体4の線膨張係数との差が100×10-7cm/cm
・℃以下であるため、リードフレーム2と箱型中空熱硬
化樹脂成形体との接着性が良好で耐湿性に優れ、信頼性
が高い。
本発明で用いられる蓋材5は、特に限定されず、従来
公知の蓋材を用いることができ、具体的には、石英ガラ
ス板、サファイア板、透明アルミナ板、透明プラスチッ
ク板などの透明蓋材、着色ガラス板、アルミナ等のセラ
ミックス板、着色プラスチック板などの不透明蓋材が挙
げられる。
次に、本発明に係る半導体装置の製造方法を図に基づ
いて説明する。
まず本発明に係る半導体装置の製造方法の第1工程と
して、線膨張係数が50×10-7〜200×10-7cm/cm・℃であ
るリードフレーム2を金型内に設置した状態でインサー
ト成形して、リードフレーム2の線膨張係数との差が10
0×10-7cm/cm・℃以下である線膨張係数を有するリード
フレーム付箱型中空熱硬化樹脂成形体4を得る。
本発明において、上記成形の条件は、使用する樹脂に
よっても異なるが、通常、圧力1〜500kg/cm2、温度100
〜250℃の条件で加圧加熱を行なう。
次に、本発明に係る製造方法の第2工程では、リード
フレームのアイランド2aに半導体素子1をダイボンディ
ングした後、該半導体素子1の電極とリードフレーム2
とをワイヤーボンディングする。
上記ダイボンディングによりリードフレームのアイラ
ンド2aと半導体素子1とが電気的に接続され、また上記
ワイヤーボンディングにより半導体素子1の電極とリー
ドフレーム2とが金線、アルミニウム線などからなるボ
ンディンングワイヤー3を介して電気的に接続される。
最後に、本発明に係る製造方法の第3工程では、前記
箱型中空熱硬化樹脂成形体4の凹部に蓋材5を接着して
箱型中空熱硬化樹脂成形体4の凹部全体を密閉する。
本発明において、上記のような蓋材5を箱型中空熱硬
化樹脂成形体4に接着する際に用いられる接着剤として
は、エポキシ系接着剤、イミド系接着剤、アクリル系接
着剤などが挙げられる。
発明の効果 本発明に係る半導体装置は、特定の線膨張係数を有す
るリードフレームを特定の線膨張係数を有する箱型中空
熱硬化樹脂成形体にインサート成形されてなりかつ、リ
ードフレームの線膨張係数と箱型中空熱硬化樹脂成形体
の線膨張係数との差が100×10-7cm/cm・℃以下であるリ
ードフレーム付箱型中空熱硬化樹脂成形体を具備してい
るため、リードフレームと箱型中空熱硬化樹脂成形体と
の接着性が良好で耐湿性に優れ、、信頼性が高いという
硬化を有する。
また、本発明に係る製造方法によれば、リードフレー
ム付樹脂成形体を、特定の線膨張係数を有するリードフ
レームと特定の線膨張係数を有する箱型中空熱硬化樹脂
成形体とから構成するようにして半導体装置を製造して
いるため、樹脂の成形性を悪化させることなく、しか
も、工程を複雑化させずに、リードフレームと箱型中空
熱硬化樹脂成形体との接着性が良好で耐湿性に優れる高
信頼性の半導体装置が得られるという効果がある。
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は、
これら実施例に限定されるものではない。
実施例1 線膨張係数177×10-7cm/cm・℃の銅系合金(JIS合金
番号C19400)製のリードフレームを金型内に設置した状
態で、線膨張係数160×10-7cm/cm・℃のエポキシ系成形
材料を用い、170℃、60kg/cm2、3分間の条件でトラン
スファー成形を行なって箱型中空熱硬化樹脂成形体を得
た。次に、オーブン中で170℃で4時間後硬化を行なっ
た後、固体撮像素子を配線した。
その後エポキシ系接着剤を塗布した透明ガラス蓋を、
箱型中空熱硬化樹脂成形体の凹部に圧着固定し、オーブ
ン中ではじめ120℃で60分間、次いで150℃で90分間加熱
を行ない接着剤を硬化させた。
このようにして得られた固体撮像装置について、121
℃、2kg/cm2の飽和水蒸気の下でプレッシャークッカー
テスト(pressure cooker test:PCT)を行なったとこ
ろ、340時間後に箱型中空熱硬化樹脂成形体の凹部内壁
に結露が生じた。
比較例1 リードフレームに線膨張係数45×10-7cm/cm・℃の42
ニッケル−鉄合金を用いた以外は、実施例1と同様に操
作を行なって固体撮像装置を製造した。この固体撮像装
置について、実施例1と同様にPTCを行なったところ、4
8時間後に箱型中空硬化樹脂成形体の凹部内壁に結露が
生じた。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係る半導体装置のうちう、代表的な
半導体装置の構成を表わす概略図である。 1…半導体素子 2…リードフレーム 2a…リードフレームのアイランド 3…ボンディングワイヤー 4…箱型樹脂成形体 5…蓋材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 末次 俊夫 千葉県市原市千種海岸3番地 三井石油 化学工業株式会社内 (72)発明者 松本 和見 千葉県市原市千種海岸3番地 三井石油 化学工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−186455(JP,A) 特開 昭62−48050(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 23/00

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体素子、リードフレーム、および該半
    導体素子の電極とリードフレームとを電気的に接続する
    ボンディングワイヤーを具備し、かつ、該半導体素子が
    収容される凹部を有し、リードフレームがインサート成
    形されてなる箱型中空熱硬化樹脂成形体と、該箱型中空
    熱硬化樹脂成形体の凹部全体を密閉する蓋材とを具備
    し、前記リードフレームの線膨張係数が50×10-7〜200
    ×10-7cm/cm・℃であり、前記箱型中空熱硬化樹脂成形
    体の線膨張係数が100×10-7〜250×10-7cm/cm・℃であ
    り、前記リードフレームの線膨張係数と箱型中空熱硬化
    樹脂成形体の線膨張係数との差が100×10-7cm/cm・℃以
    下であることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】前記リードフレームの線膨張係数と箱型中
    空熱硬化樹脂成形体の線膨張係数との差が50×10-7cm/c
    m・℃以下であることを特徴とする請求項第1項に記載
    の半導体装置。
  3. 【請求項3】前記リードフレームが銅系合金からなるこ
    とを特徴とする請求項第1項または第2項に記載の半導
    体装置。
  4. 【請求項4】半導体素子、リードフレーム、および該半
    導体素子の電極とリードフレームとを電気的に接続する
    ボンディングワイヤーを具備し、かつ、該半導体素子が
    収容される凹部を有する箱型中空熱硬化樹脂成形体と、
    該箱型中空熱硬化樹脂成形体の凹部全体を密閉する蓋材
    とを具備する半導体装置を製造するに際して、線膨張係
    数が50×10-7〜200×10-7cm/cm・℃であるリードフレー
    ムを金型内に設置した状態でインサート成形して、リー
    ドフレームの線膨張係数との差が100×10-7cm/cm・℃以
    下である線膨張係数を有するリードフレーム付箱型中空
    熱硬化樹脂成形体を得る工程と、 リードフレームのアイランドに半導体素子をダイボンデ
    ィングした後、該半導体素子の電極とリードフレームと
    をワイヤーボンディングする工程と、 前記箱型中空熱硬化樹脂成形体の凹部に蓋材を接着して
    箱型中空熱硬化樹脂成形体の凹部全体を密閉する工程と
    からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】前記リードフレームの線膨張係数と箱型中
    空熱硬化樹脂成形体の線膨張係数との差が50×10-7cm/c
    m・℃以下であることを特徴とする請求項第4項に記載
    の半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】前記リードフレームが銅系合金からなるこ
    とを特徴とする請求項第4項または第5項に記載の半導
    体装置の製造方法。
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