JP3010525B2 - ヒートシンクが内装された半導体パッケージ及びヒートシンクの表面処理方法 - Google Patents

ヒートシンクが内装された半導体パッケージ及びヒートシンクの表面処理方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はヒートシンクが内装
された半導体パッケージ及びヒートシンクの表面処理方
法に関する。より詳しくは半導体パッケージに熱放出の
ために内装されたヒートシンクの上面に半導体チップが
付着される領域には酸化処理して半導体チップとの接着
力を向上させて界面剥離及びクラックを防止して信頼性
を向上させ、その他の領域には銀（Ａｇ）鍍金又はニッ
ケル（Ｎｉ）層及びその上面のパラジウム（Ｐｄ）薄膜
でなる二重層で鍍金するか、又はグラウンドボンディン
グ及び／又はパワーボンディング（グラウンドボンディ
ング及びパワーボンディングの少なくとも１つ）用プレ
ーンを少なくとも一つ以上接着してグラウンドボンディ
ング及び（以下厳密には、及び／又はを意味する）パワ
ーボンディングを容易にすることによりパッケージの性
能を向上させるようになったものに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ヒートシンクが内装された半導
体パッケージの構造は、図６に示すように、電子回路が
集積されている半導体チップ１と、前記半導体チップ１
がエポキシ樹脂６により上面中心部に付着されるヒート
シンク２と、前記ヒートシンク２の上面外側に接着テー
プ７により付着され、半導体チップ１の信号を外部に伝
達し得る複数のリード３と、前記半導体チップ１の電気
的信号をリード３に伝達するワイヤー４と、前記半導体
チップ１とその周辺構成部品を外部の酸化及び腐蝕から
保護するために取り囲む封止樹脂５とからなるものであ
る。
【０００３】このように構成される半導体パッケージ
は、半導体チップ１の回路動作時に発生する熱を外部へ
効果的に放出するため、ヒートシンク２を付着して使用
するもので、前記ヒートシンク２としては熱伝導性に良
好な銅（Ｃｕ）を使用し、このヒートシンク２の上面に
はワイヤーで半導体チップの動作のためのグラウンドボ
ンディング（Ground Bonding）を実施し、この際に、ワ
イヤーボンディング力を良好にするため、ヒートシンク
２の上面には銀（Ａｇ）鍍金又はニッケル（Ｎｉ）層及
びその上面のパラジウム（Ｐｄ）層及でなる二重層で鍍
金する。
【０００４】ヒートシンクの上部に半導体チップを接着
する半導体パッケージの製造工程において、高温が加わ
るワイヤーボンディング工程、モールディング工程と、
各工程後にオーブン内で加熱して接着力を強化させる工
程等ではパッケージを大略２００℃の高温で作業を進行
する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体チッ
プ１と前記ヒートシンク２の材質及び半導体チップをヒ
ートシンクの上面に接着させるためのエポキシ樹脂は熱
膨張係数が相違して高熱による収縮及び弛緩現象が互い
に異なるように発生するので、半導体パッケージの製造
時の高温工程下で、水分等の浸透による半導体チップと
ヒートシンク間での界面剥離が発生し、これによるパッ
ケージクラックが発生する等、不良を起こす要因となっ
た。
【０００６】前記のような界面剥離のため、ヒートシン
ク２の表面にニッケル（Ｎｉ）及びパラジウム（Ｐｄ）
の二重層で鍍金された表面では、半導体チップとヒート
シンクを接着させるエポキシ樹脂の接着力が低下してさ
らにひどい変形及びクラックが発生する。即ち、従来の
ヒートシンク２は表面全体がニッケル及びパラジウムの
二重層で鍍金されているので、グラウンドボンディング
及びパワーボンディングは良好に行えるが、半導体チッ
プ１が接着される部分でひどい界面剥離が発生して半導
体パッケージの不良を発生させて信頼性と性能を低下さ
せる問題点があった。
【０００７】本発明の目的は、このような問題点を解決
するためになされたもので、ヒートシンクの上面に半導
体チップが付着される領域を酸化（Black Oxidation)処
理することで半導体チップとヒートシンク間の接着力を
向上させて界面剥離及びクラックを防止し、半導体チッ
プでのグラウンドボンディング及びパワーボンディング
を容易にし得る、リードから独立的なグラウンドボンデ
ィング及びパワーボンディング用プレーン（Plane)を接
着することにより、半導体チップでのグラウンド及びパ
ワーボンディングを容易にし、一つのリードで全てのグ
ラウンド及びパワー信号を引出し得るようにして、品質
を向上したヒートシンクが内装された半導体パッケージ
を提供することにある。
【０００８】本発明の他の目的は、グラウンドボンディ
ング及びパワーボンディング用導電性薄膜でなったプレ
ーンを多層に形成することにより独立的なグラウンドボ
ンディング及び独立的なパワーボンディングをし得るだ
けでなく、半導体チップ自体のどの角度でもグラウンド
ボンディング及びパワーボンディングを容易にし得るの
で、半導体チップにある全てのパワーライン及びグラウ
ンド信号を一つのリードを介して処理し得るようになっ
たヒートシンクが内装された半導体パッケージを提供す
ることにある。
【０００９】本発明の他の目的は、ヒートシンクの上面
に半導体チップが付着される領域を酸化処理して接着力
を向上させ、前記ヒートシンクの上面で半導体チップが
付着される領域を除外した領域には銀（Ａｇ）鍍金層又
はニッケル（Ｎｉ）層及びその上面のパラジウム（Ｐ
ｄ）層でなった二重鍍金層を形成して、グラウンドボン
ディング及びパワーボンディングを容易に実施し得るよ
うになったヒートシンクが内装された半導体パッケージ
を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明のヒートシンクが内装された半導体パッケージ
は、電子回路が集積されている半導体チップと、前記半
導体チップがエポキシ樹脂により上面中心部に付着さ
れ、その上面には酸化膜（ＢＯ）が形成されているヒー
トシンクと、前記ヒートシンクの上面外側に接着テープ
により付着され、前記半導体チップの信号を外部に伝達
し得る複数のリードと、前記半導体チップの電気的信号
をリードに伝達するワイヤーと、前記ヒートシンクとリ
ード間に非導電性テープにより接着されたグラウンドボ
ンディング及びパワーボンディング可能な導電性薄板で
なったプレーンと、前記半導体チップとその周辺構成部
品を外部の酸化及び腐蝕から保護するために前記ヒート
シンク底部を除いて取り囲む封止樹脂とからなることを
特徴とするヒートシンクが内装された半導体パッケー
ジ。
【００１１】又、本発明のヒートシンクが内装された半
導体パッケージは、電子回路が集積されている半導体チ
ップと、前記半導体チップがエポキシ樹脂により上面中
心部に付着されるヒートシンクと、前記ヒートシンクの
上面外側に接着テープにより付着され、半導体チップの
信号を外部に伝達し得る複数のリードと、前記半導体チ
ップの電気的信号をリードに伝達するワイヤーと、前記
半導体チップとその周辺構成部品を外部の酸化及び腐蝕
から保護するために前記ヒートシンクの底部を除いて取
り囲む封止樹脂とを含み、前記ヒートシンクの上面で半
導体チップが付着される領域には酸化膜（ＢＯ）が形成
され、前記ヒートシンクの上面で半導体チップが付着さ
れる領域を除外した領域は銀（Ａｇ）又はニッケルで鍍
金されて、グラウンドボンディング及びパワーボンディ
ングを容易に実施し得るようにするとともに、前記銀
（Ａｇ）またはニッケル鍍金の上面にさらにパラジウム
で鍍金して二重鍍金層が形成されることを特徴とする。
【００１２】又、本発明のヒートシンクの表面処理方法
は、ヒートシンクの材質である銅の表面に半導体チップ
が付着される領域をマスキングする段階と、前記マスキ
ングされた銅表面に銀鍍金又はニッケル層及びその上面
のパラジウム層でなった二重層の何れか一つを選択的に
鍍金する段階と、前記鍍金段階後にマスクを除去する段
階と、銀鍍金又はニッケル層及びその上面のパラジウム
層でなった二重層が鍍金された除外した、マスキングさ
れた部位にだけ酸化膜を形成する段階と、前記段階を経
た銅を適切な大きさに切断する段階とからなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明を添付した図面を参
照して詳細に説明する。図１及び図２は、本発明の第１
実施例による半導体パッケージの構造を示す断面図及び
部分拡大図で、電子回路が集積されている半導体チップ
１０と、前記半導体チップ１０がエポキシ樹脂６０によ
り上面中心部に付着され、前記半導体チップが付着され
る上面に酸化膜（Oxidation Layer)）が形成されている
ヒートシンク２０と、前記ヒートシンク２０の半導体チ
ップが付着される上面外側に接着テープ７０により付着
され、半導体チップ１０の信号を外部に伝達し得る複数
のリード３０と、前記半導体チップ１０の電気的信号を
リード３０に伝達するワイヤー４０と、前記ヒートシン
ク２０とリード３０間に非導電性テープにより接着され
たグラウンドボンディング（ＧＢ；Ground Bonding）及
びパワーボンディング（ＰＢ；Power Bonding)し得るプ
レーン８０と、前記半導体チップ１０とその周辺構成部
品を外部の酸化及び腐蝕から保護するために取り囲む封
止樹脂５０とからなるものである。
【００１４】前記プレーン８０は導電性薄板でなってお
り、その上面のワイヤーボンディング領域には銀（Ａ
ｇ）層又はニッケル（Ｎｉ）層及びその上面のパラジウ
ム層でなった二重層の何れかひとつが選択的に鍍金され
ているものである。又、前記プレーン８０はヒートシン
ク２０の上面と、非導電性テープにより接着されている
ものである。そして、前記非導電性テープはポリイミド
（ＰＩ；polyimide)樹脂のテープから形成でき、前記ヒ
ートシンク２０の底面にもニッケル層（Ｎｉ）層又はニ
ッケル層及びその上面のパラジウム（Ｐｄ）層でなった
二重層の何れか一つを選択的に鍍金することが好まし
く、これにより、鍍金されなかった底面から鍍金された
ヒートシンクの上面に酸化が進行することを効率的に防
止し得る。
【００１５】図２は図１のＡ部の拡大図で、前記プレー
ン８０は銅（Ｃｕ）でなっており、その上面のボンディ
ング領域には銀（Ａｇ）又はニッケル（Ｎｉ）／パラジ
ウム（Ｐｄ）で鍍金されている。又、前記プレーン（８
０）の底面には銅酸化膜（ＢＯ）が形成されており、こ
の銅酸化膜はヒートシンク２０の上面とポリイミド（Ｐ
Ｉ；Polyimide)樹脂により接着されている。そして、前
記ヒートシンク２０の底面にはニッケル（Ｎｉ）又はニ
ッケル（Ｎｉ）／パラジウム（Ｐｄ）を鍍金することが
好ましく、これにより電荷移動による純銅ヒートシンク
２０の不純化を防止するとともに、ヒートシンク２０の
底面上へのマーキング（Marking)時の印刷鮮明度を高め
ることができる。
【００１６】図３は本発明の第２実施例による半導体パ
ッケージの構造を示す断面図で、本発明の第１実施例に
おいて、前記ヒートシンク２０とリード３０間に接着さ
れたグラウンドボンディング（ＧＢ）及びパワーボンデ
ィング（ＰＢ）可能なプレーン８０を二つの層に形成し
たもので、一つのプレーン８０にはグラウンドボンディ
ング（ＧＢ）をし、他のプレーン８０にはパワーボンデ
ィング（ＰＢ）をしたものである。前記プレーン８０の
上面のボンディング領域にはニッケル層及びパラジウム
層でなった二重層が鍍金されており、前記プレーン８０
の底面には銅酸化膜（ＢＯ）が形成されている。
【００１７】このように二つの層で形成された上部のプ
レーン８０、つまりリード３０と接着されたプレーン８
０はレーザーウェルディング（ＬＷ；Laser Welding)に
よりリード３０と直接付着させることにより、ワイヤー
を用いないでも外部リードとの連結が可能であり、この
場合、レーザーウェルディングされたリード３０はその
プレーン８０にボンディングされた全てのワイヤー４０
を一つのリード３０に集めてグラウンド又はパワーピン
として使用し得るものである。
【００１８】このように半導体パッケージのリード３０
とヒートシンク２０間に少なくとも一つ以上のグラウン
ドボンディング（ＧＢ）及びパワーボンディング（Ｐ
Ｂ）可能なプレーン８０を接着する。更に、ヒートシン
ク２０の上面には銅酸化膜（ＢＯ）を形成して、半導体
チップ１０をエポキシ樹脂により接着する時、エポキシ
樹脂６０と銅酸化膜（ＢＯ）間の接着力を向上させて、
ここで発生する界面剥離を防止し得るものである。又、
リード３０とヒートシンク２０間にグラウンドボンディ
ング（ＧＢ）及びパワーボンディング（ＰＢ）可能な別
のプレーンを多層に形成することにより、独立的なグラ
ウンドボンディング（ＧＢ）をなし得るだけでなく、多
層に形成されたプレーン８０のうち、パワーボンディン
グ（ＰＢ）のためのパワープレーン８０に半導体チップ
１０の全てのパワーラインをボンディングすることによ
り、一つのリード３０により処理し得るものである。
【００１９】図４は本発明の第３実施例によるヒートシ
ンクが内装された半導体パッケージの構造を示す断面図
で、電子回路が集積されている半導体チップ１０と、前
記半導体チップ１０がエポキシ樹脂６０により上面中心
部に付着されるヒートシンク２０と、前記ヒートシンク
２０の上面外側に接着テープ７０により付着され、半導
体チップ１０の信号を外部に伝達し得る複数のリード３
０と、前記半導体チップ１０の電気的信号をリード３０
に伝達するワイヤー４０と、前記半導体チップ１０とそ
の周辺構成部品を外部の酸化及び腐蝕から保護するため
に取り囲む封止樹脂５０とを含み、前記ヒートシンク２
０の上面に半導体チップ１０が付着される領域は酸化処
理されており、前記ヒートシンクの上面で半導体チップ
が付着される領域を除外した領域には銀（Ａｇ）で鍍金
されてグラウンドボンディング（ＧＢ）及びパワーボン
ディング（ＧＢ）を容易に実施し得るものである。
【００２０】又、前記ヒートシンクの上面で半導体チッ
プが付着される領域を除外した領域には、ニッケル層を
形成し、再びその上面にパラジウム層を形成した二重層
で鍍金することもでき、この場合、前記パラジウム層は
ニッケル層の酸化を防止するためのものであるので、ワ
イヤーボンディングに支障を与えない程度の厚さに形成
する必要があり、これにより、グラウンドボンディング
及びパワーボンディングを容易にすることができる。
【００２１】このようにヒートシンク２０の上面に半導
体チップ１０が付着される領域に酸化（ＢＯ）処理する
と、エポキシ樹脂６０の接着力を向上させて界面剥離を
防止することができ、その他の領域には銀鍍金又はニッ
ケル層及びその上面のパラジウム層を鍍金することによ
り、ここにグラウンドボンディング（ＧＢ）及びパワー
ボンディング（ＰＢ）を円滑に実施し得るものである。
【００２２】図５は、本発明のヒートシンク表面処理工
程を示し、この工程において、ヒートシンク２０の上面
に半導体チップ１０が付着される領域は酸化（ＢＯ）処
理が行われ、その他の領域には銀鍍金又はニッケル層及
びその上面のパラジウム層でなった二重層が鍍金され
る。すなわち、ヒートシンク２０の材質である銅の表面
に半導体チップ１０が付着される領域をマスキング（Ma
sking)する段階と、前記マスキングされた銅表面に銀鍍
金又はニッケル層及びその上面のパラジウム層でなった
二重層を鍍金する段階と、銀鍍金層又はニッケル層及び
その上面のパラジウム層でなった二重鍍金層の何れか一
つを選択的に鍍金した後、マスクを除去する段階と、銀
鍍金された部位又はニッケル層及びその上面のパラジウ
ム層でなった二重層が鍍金された部位を除外した、マス
キングされた部位にだけ銅酸化膜を形成する段階と、前
記段階を経た銅を適切な大きさに切断する段階となるも
のである。
【００２３】このように表面処理されたヒートシンク２
０に酸化（ＢＯ）処理された部位にエポキシ樹脂６０を
塗布し半導体チップ１０を付着すると、接着力に優れて
界面剥離を防止し得てパッケージの性能及び信頼性を向
上させることができ、又、ヒートシンク２０の銀鍍金層
又はニッケル層及びその上面のパラジウム層でなった二
重鍍金層の何れか一つを選択的に形成した領域にはグラ
ウンドボンディング及びパワーボンディングが円滑に行
えるものである。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ヒート
シンクに半導体チップが付着される領域に銅酸化膜を形
成させることにより、接着力を向上させて界面剥離及び
クラックの発生を防止し、その他の領域には銀鍍金層又
はニッケル層及びその上面のパラジウム層でなった二重
鍍金層の何れか一つを選択的に鍍金するか、又はリード
とヒートシンク間にグラウンドボンディング用及びパワ
ーボンディング用プレーンを接着してグラウンドボンデ
ィング及びパワーボンディングを円滑に実施し得るよう
にして半導体パッケージの信頼性を向上させ得る効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による半導体パッケージの
構造を示す断面図である。
【図２】図１の”Ａ”部の拡大図である。
【図３】本発明の第２実施例による半導体パッケージの
構造を示す断面図である。
【図４】本発明の第３実施例による半導体パッケージの
構造を示す断面図である。
【図５】本発明によるヒートシンクの表面処理方法を示
す断面図である。
【図６】従来の半導体パッケージの構造を示す断面図で
ある。
【符号の説明】
１，１０ 半導体チップ ２，２０ ヒートシンク ３，３０ リード ４，４０ ワイヤー ５，５０ 封止樹脂 ６，６０ エポキシ樹脂 ７，７０ 接着テープ ８０ プレーン ＰＩ ポリイミド樹脂 ＢＯ 銅酸化膜 ＰＢ パワーボンディング ＧＢ グラウンドボンディング ＬＷ レーザーウェルディング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−127564（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−263605（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 23/50 H01L 23/12

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電子回路が集積されている半導体チップ
    と、前記半導体チップがエポキシ樹脂により上面中心部
    に付着され、その上面には酸化膜（ＢＯ）が形成されて
    いるヒートシンクと、前記ヒートシンクの上面外側に接
    着テープにより付着され、前記半導体チップの信号を外
    部に伝達し得る複数のリードと、前記半導体チップの電
    気的信号をリードに伝達するワイヤーと、前記ヒートシ
    ンクとリード間に非導電性テープにより接着されグラウ
    ンドボンディング及びパワーボンディングの少なくとも
    １つが可能な導電性薄板でなったプレーンと、前記半導
    体チップとその周辺構成部品を外部の酸化及び腐蝕から
    保護するために前記ヒートシンク底部を除いて取り囲む
    封止樹脂とからなることを特徴とするヒートシンクが内
    装された半導体パッケージ。
  2. 【請求項２】 前記プレーンは、グラウンドボンディン
    グ可能な第１の導電性薄板と、パワーボンディング可能
    な第２の導電性薄板とからなり、前記第１の導電性薄阪
    と第２の導電性薄板間には非導電住テープが接着されて
    多重プレーン構造となっていることを特徴とする請求項
    １記載のヒートシンクが内装された半導体パッケージ。
  3. 【請求項３】 前記プレーンの上面にあるワイヤーボン
    ディング領域の上面が銀（Ａｇ）又はニッケルで鍍金さ
    れることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のヒー
    トシンクが内装された半導体パッケージ。
  4. 【請求項４】 前記プレーンの上面のワイヤーボンディ
    ング領域の銀（Ａｇ）又はニッケル鍍金上にさらにパラ
    ジウム層を鍍金することを特徴とする請求項１又は２記
    載のヒートシンクが内装された半導体パッケージ。
  5. 【請求項５】 前記ニッケル層はパラジウム層よりその
    厚さが相対的に厚いことを特徴とする請求項４記載のヒ
    ートシンクが内装された半導体パッケージ。
  6. 【請求項６】 前記ヒートシンクの底面にはニッケル
    （Ｎｉ）が鍍金されることを特徴とする請求項１記載の
    ヒートシンクが内装された半導体パッケージ。
  7. 【請求項７】 前記ニッケル層の上面にはパラジウム層
    が鍍金されることを特徴とする請求項６記載のヒートシ
    ンクが内装された半導体パッケージ。
  8. 【請求項８】 電子回路が集積されている半導体チップ
    と、前記半導体チップがエポキシ樹脂により上面中心部
    に付着されるヒートシンクと、前記ヒートシンクの上面
    外側に接着テープにより付着され、半導体チップの信号
    を外部に伝達し得る複数のリードと、前記半導体チップ
    の電気的信号をリードに伝達するワイヤーと、前記半導
    体チップとその周辺構成部品を外部の酸化及び腐蝕から
    保護するために前記ヒートシンクの底部を除いて取り囲
    む封止樹脂とを含み、前記ヒートシンクの上面で半導体
    チップが付着される領域には酸化膜（ＢＯ）が形成さ
    れ、前記ヒートシンクの上面で半導体チップが付着され
    る領域を除外した領域は銀（Ａｇ）又はニッケルで鍍金
    されて、グラウンドボンディング及びパワーボンディン
    グを容易に実施し得るようにするとともに、前記銀（Ａ
    ｇ）またはニッケル鍍金の上面にさらにパラジウムで鍍
    金して二重鍍金層が形成されることを特徴とするヒート
    シンクが内装された半導体パッケージ。
  9. 【請求項９】 前記ニッケル層はパラジウム層よりその
    厚さが相対的に厚いことを特徴とする請求項８記載のヒ
    ートシンクが内装された半導体パッケージ。
  10. 【請求項１０】 ヒートシンクの材質である銅の表面に
    半導体チップが付着される領域をマスキングする段階
    と、前記マスキングされた銅表面に銀鍍金又はニッケル
    層及びその上面のパラジウム層でなる二重層鍍金の何れ
    か一つを選択的に鍍金する段階と、前記鍍金段階後にマ
    スクを除去する段階と、銀鍍金又はニッケル層及びその
    上面のパラジウム層でなる二重層鍍金が遂行された領域
    を除外した、マスキングされた部位にだけ酸化膜（Ｂ
    Ｏ）を形成する段階と、前記段階を経た銅を適切な大き
    さに切断する段階とからなることを特徴とするヒートシ
    ンクの表面処理方法。
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