JPH02106953A - 電子装置用部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、半導体装置等の電子部品を基板またはリー
ドフレームのグイ等の部材上に固着する電子装置の高信
頼性化をはかるための部材に関する。このため本発明は
、基板またはリードフレーム上を窒化珪素膜等の無機材
料の保護膜で、電子部品をダイアタッチする部分また金
のワイヤボンドをする部分等の導体部を除き、覆ってし
まうものである。そしてこの部材を用いて電子装置を形
成し、有機樹脂モールドを施した際、この部材と有機樹
脂との密着性を向上させんとしたものである。

そして、部材とそれに密着する保護膜との密着性を向上
させることにより、クランク、ふくれ（グイの裏面側の
モールド材が半田付の際、温度上昇のためグイ近傍の水
の気化により膨れてしまう現象をいう）の発生を防がん
としたものである。

「従来の技術」 従来、本発明人による特許１１１（半導体装置作製方法
　昭和５８年特許願第１０６４５２号　昭和５８年６月
１４日出願）が知られている。

従来は第５図にその概要を示すが、リードフレーム（３
５）　、　（３５”）特にＩＣチップがダイアタッチさ
れるダイ（３５’）は銅、４２７０イ等の金属よりなり
、この表面（裏面）には金が印刷されている。

そして電子部品をダイアタッチ（２４）させる際は３０
０〜４００°Ｃの金−シリコン合金を作り、ＩＣチップ
をダイ（３５°）上に固着させていた。

このＩＣチップのダイ上への他の固着方法として、１０
０〜４００°Ｃに加熱した有機物またはガラス系銀ペー
ストを用いる固着方法もある。しかし、この後、有機樹
脂のモールド（４１）処理を行うと、このモールド材と
銅または４２７０イとの間にきわめてはがれやすい吸着
物（２４”）、　（２４”’）および低級酸化物層（３
２）が残存してしまう。

「従来の欠点」 このため、第５図に示した如く、プラスチック・モール
ド・パッケージは、−ａに信頼性を低下させる水等がリ
ードフレームのダイの裏面等に集まり、半田付（一般に
２６０°Ｃ１３〜ＩＯ秒の溶融半Ｈ」中への浸漬を行う
）の際、急激に気化し、その結果モールド材が膨張する
応力が働く。そのためダイ（３５’）とモールド材（４
１°）との間の密着性が悪いと、この間の界面で熱歪に
よりクランク（３３）　。

（３３’）およびボイド（４２）の発生を誘発する。

これまでは絶縁性基板上にリードが形成された基板また
は金属リードフレームのダイ（３５”）上に電子部品（
以下チップともいう）を固着させた。

この固着材用に、ポリイミド系またはエポキシ系の有機
樹脂またはこれと銀とが混合した銀ペースト等の有機物
を含有する固着材（２４）　、　（２４°）を用いた。

この固着材により電子部品を基板またはフレーム上に固
着させる際に、初期に溶融状態であった有機物を化学反
応または熱化学反応を伴わせて固化する。これは安価か
つ大量生産にはきわめて優れたものである。しかしこの
有機物固着材（２４）。

（２４’）は大気中の室温の状態、ないし加熱（１００
〜３００°Ｃ）を行うと、この固着後の有機材または気
化成分が残存する。この残存物は徐々に気化し、基板ま
たはグイ上に吸着するため、この後に形成する保護膜ま
たはモールド樹脂との密着性をも害してしまう。

「発明の構成」 本発明は、かかる従来のＤＩＰまたはフラットバンク等
のモールド封止された半導体集積回路または複数の電子
部品が基板またはリードフレーム上に金−シリコン合金
法、ガラス系銀ペーストまたはポリイミド等の有機物を
含有する銀ペースト等の固着材で固着させたハイブリッ
ドＩＣ等の高信頼性の電子装置およびその信頼性の低下
を防ぐための電子装置用部材を提供するものである。本
発明は、これら基板または金属のリードフレーム等の部
材上に、予め無機物の保護膜を電気的連結をする部分即
ち導体部を除き、設けた構成を提供するものである。

この保護膜はモールド樹脂と金属との間に耐湿性の向上
、密着性の向上をさせることを特徴としている。

本発明はかかる電子装置用の部材、例えばりＦフレーム
それ自体の作製方法を提供する。そして部材の導体部、
即ち電気的連結を行う部分を除き、窒化珪素、酸化珪素
、炭化珪素、ＤＬＣ（ダイヤモンド状炭素）等の単層ま
たは多層膜、特に好ましくは窒化珪素等の無機材料で覆
うに際し、連結部をカバー膜で予め覆う。そしてこれら
全体にプラズマＣｖＤ法またはユバシタ法により無機材
料を形成し、この後リフトオフ法でカバー膜とその上の
被膜を除去するプロセスをへている。かくして作られた
部材をこれまでと同じ量産工程で、まったく工程を変更
することなく用いんとするものである。

第１図は本発明構造の部材を用いたフラットパックパッ
ケイジの縦断面図を示す。

また第２図において、本発明構造の部材の作製工程を示
し、その完成した縦断面に対応する図面を第２図（Ｄ）
に示す。この第２図（Ｄ）の平面図は第３図（Ｂ）であ
り、逆に第３図（Ｂ）のＡ−Ａ’での縦断面図が第２図
の（八）〜（Ｄ）に示されている。リードフレームは第
３図（Ａ）に示す如く、第３図（Ｂ）の構造が多数個連
結して設けられている。

第１図において、リードフレームのダイ（３５”）に銀
ペースト（２４）等で密着させたチップ（２８）を有す
る。チップ（２８）のアルミニューム・パッド（３８）
とリードフレームのステム（３５）の電気的連結を行う
導体部（３４）（ここは金メツキがなされている）との
間に、金線（３’９）のワイヤボンドがなされている。

本発明は、このリードフレームのグイ（３５’）とステ
ム（３５）の表面に予め無機材料（２７）　、　（２７
’）をコートし、グイ表面（３０″）、ステム表面（３
０）には電子部品（２８）を密着させる際に出やすい有
機物または金属のナチュラルオキサイドが形成されない
ようにしたものである。そして金属とは密着性の悪い有
機樹脂モールド材が無機材料と密着性がよいことを積極
的に応用したものである。

図面において、４２７０イまたは銅フレーム（３５）。

（３５″）における電子部品（２８）をアタッチさせる
部分（２４）およびワイヤボンドをする部分の金の印刷
が施しである導体部（３４）には、保護膜（２７）　、
　（２７’　）は形成されていない。また第１図におい
て、グイ（３５’）には穴（３１）をあけ、半田付の際
の熱衝撃による応力集中を逃がしてもよい。またチップ
（２８）を密接させ、ワイヤボンドをした後、エポキシ
系の有機樹脂モールド（４１）封止を施した。

第２図は本発明の部材を作る工程の縦断面図を略記した
ものである。

第２図（＾）がこれまでのリードフレームよりなる部材
である。第２図（八）において、電子部品を密接させる
表面（３４’）を有するグイ（３５’）とワイヤをボン
ディングで電気的連結をする導体部（３４）を有するス
テム（３５）を有し、これらは他の表面（３０’）、（
３０）を有する。これらに対し、第２図（Ｂ）に示す如
く、スクリーン印刷法により、有機樹脂をカバー膜（３
６）　、　（３６’）の−例として、選択的に無機保護
膜を形成させたくない領域（３４）　、　（３４’）に
のみ形成する。このリードフレームの枠（３７”）をも
有している。

さらにこれら全体に第２図（Ｃ）に示す如（、無機材料
の保護膜（２７）　、　（２７’）をプラズマＣＶＤ法
またはスパッタ法により形成し、リードフレームの不要
表面（３０）　、　（３０’）を覆う。

次にこれら全体を有機溶剤中に浸積し、超音波を加えて
有機物を溶去し、同時にその上の保護膜をもリフトオフ
法により除去する。かくして第２図（Ｄ）を得る。第２
図（Ｄ）４は第３図（Ｂ）における＾−Ａ′に対応して
いる。

この無機材料は５００°Ｃで大気中に１時間放置しても
変質することな（、耐熱性を有し、耐酸化性を有するこ
とが必要である。このためには、窒化珪素または炭化珪
素膜が優れている。

第３図および第４図は、本発明の部材を作製するための
リードフレームおよびそれを複数個集合させた基体（２
）（基板および基体をまとめて基体とも以下では略記す
る）を複数配設させ、プラズマＣＶＤ法による窒化珪素
膜のコーティングを行うための概要を示す。

第４図において、反応系（６）、ドーピング系（５）を
有している。

反応系は、真空容器（以下反応室ともいう）（１）と予
備室（７）とを有し、ゲート弁（８）　、　（９）とを
有している。反応室（１）は内側に供給側フード（１３
）を有し、入口側（３）よりの反応性気体をフード（１
４）のノズル（１３）より下方向に吹き出し、排気せし
めている。

第４図における反応性気体は、フード（１３）より枠構
造のホルダ（４０）の内側およびフード（１３”）によ
り囲まれた内側にて、ターボ分子ポンプ（２０）で５　
ｘｉｏ−’〜Ｉ　Ｘｌ０−１ｌｔｏｒｒに真空排気した
。

本発明の窒化珪素膜の如き保護膜は室温〜３００°Ｃに
おいて、珪化物気体とアンモニアまたは窒素とをプラズ
マ反応炉に導入し、そこに電気エネルギを供給するいわ
ゆるプラズマ気相法により形成せしめた。

かくの如くして、窒化珪素膜の如き劣化防止用保３Ｉ膜
を３００〜５０００人、一般には約１０００人の厚さに
形成した。

本発明の実施例を以下に示す。

「実施例１」 第２図（八）に示すリードフレームの部材を用いた。こ
れに選択的に導体部（３４）　、　（３４’　”）上に
有機十Ｍ脂（３６）　、　（３Ｇ”）をスクリーン印刷
法で形成した。この基板（第２図（Ｂ））に対し、窒化
珪素膜を以下の方法で形成した。

第４図のプラズマＣＶＤ装置において、ドーピング系（
５）は珪化物気体であるジシラン（ｓｉ２＋１６）を（
１７）より、また窒化物気体であるアンモニアまたは窒
素を（ｌＧ）より、プラズマ処理用の非生成物気体であ
るアルゴンを（１５）より供給している。それらは流１
Ａｌ（１８）、バルブ（１９）により制御されている。

第３図（Ａ）は基体（２）において、リードフレームの
ステム（３５）、グイ（３５’）を複数個一体化したり
一トフレームを５〜２５ケ、ユニット化した基体（４５
）を有する。１本のリードフレーム（４５）における１
つのリードフレーム（基板）を第３図（Ｂ）に示す。

図面ではリードを左側のみ簡単のため示す。このＡ−Ａ
’での縦断面図を第３図（Ｃ）の（２９）に示す。

第３図（Ｃ）において、リードフレーム（３５）、グイ
（３５’）よりなる基板（４５）をさらに５〜３００本
集めてジグ（４４）により一体化し、基体（２）として
構成させている。この基体（２）が第２図における基体
（２）に対応している。これをさらに５〜５０枚（図面
では７枚）陽光柱（１）内に第４図では配設している。

まず反応空間（１）をＩ　Ｘｌ０−’〜Ｉ　Ｘｌ０−’
ｔｏｒｒに５〜１５分保持し、有機物中の不要物気体を
脱気させるとともに、これを速やかに外部に排気した。

窒化珪素膜を形成する場合、反応性気体は例えば５ｉｚ
ｌｌｂ／Ｎｘ　＝　１１５とした。これらアルゴンに対
し、１３．５６ＭＩＩｚの周波数によりＩＫＷの出力を
一対の電極（１１）、　（１１°）に供給した。かくし
て平均１０００人（１０００人±２００人）に約１０分
（平均速度３Ａ／秒）の被膜形成を行った。

窒化珪素膜はその絶縁耐圧８Ｘ１０’ν／ｃｍ以上を有
し、比抵抗は２Ｘ１０′５Ωｃｍであった。赤外線吸収
スペクトルでは８６４ｃｍ　−’の５ｉ−Ｎ結合の吸収
ビクを有し、屈折率は２．０であった。

かくの如くして第２図（Ｃ）に示された無機材料の保護
膜（２７）　、　（２７’　）を形成した。この後、超
音波を加えつつ有機溶剤で有機物（３６）　、　（３６
’　）をリフトオフ法で溶去し、導体部（３４）　、　
（３４’）を露呈させた。

かくして本発明の第２図（Ｄ）で示される部材を作るこ
とができた。さらにこの部材を用い、銀ペス１−を用い
、電子部品をダイアタッチし、ワイヤボンディングをし
た後、有機樹脂封止をした。

かくして第１図の縦断面図を得た。かかる完成した電子
装置を用い、本発明の効果を調べた。

即ち、８５“Ｃ／８５χで３００ケ放置しプラスチック
モールドに吸水させ、その後２６０　”Ｃ１３秒の加熱
を行う条件の信頼性テストを行った。

その−例を以下の表に示す。

その結果、保護膜の形成を行うと１００ケ中（５種類名
２０ケの合計）不良品零とすべて良品（Ｎｏ、　１〜５
）であった。しかし保護膜がない場合は２０ケ中２０ゲ
の不良品が発生してしまった（　Ｎｏ、６）。

本発明において、導体部を覆うカバー膜は保護膜とは異
なる無機材料としても、リフトオフ法を用いても良く、
また無機材料の保護膜形成はスパッタ法、イオンブレー
ティング法、その他物理的成膜法を用いてもよい。

「効果」 本発明によって初めて有機樹脂モールド材が金属と密着
性が悪く、他方無機材料とは密着性がよい特性を利用す
ることに成功した。そして基板またはリードフレーム上
を予め無機材料で覆ったため、その後工程において電子
部品を金−シリコン合金または銀ペーストにより部材に
密接させる際も何ら問題がなく、また有機物モールドが
うずくなっても、半田付の際われることがなかった。

リードフレーム等の部材に対して保護膜を形成するため
大量生産が可能であり、また保護膜が形成されているた
め、その後工程での取り汲いも微妙さを伴わず、歩留ま
り低下をもたらさない。またリードフレーム等の部材表
面での吸着有機物、低級酸化物を除去しているため、有
機樹脂の密着性を向上させることができた。また保護膜
を形成すると、長１１ＪＩ間たっても、有機樹脂中の水
分、塩素とダイの金属との間で反応を起こして低級酸化
物ができて、信頼性を低下させるという欠点がない。そ
して裏面からの水分の侵入を防ぐことができる。この電
子装置のＩ’ＣＢへの半導体による装着の際、従来例に
示す如く、モールド材が加熱により膨れてしまうことを
防ぐことができた。

本発明において、第２図のリードフレームのダイはステ
ムより低めとし、電子部品の表面とステムの表面が概略
同じであるようにした。しかしこれは予め同一平面を有
するリードフレームに対し無機材料をコートし、その後
に第２図（Ｄ）になる如くダイ部分を下側にへこまして
もよい。

さらに本発明において、電子部品は半導体素子として示
したが、その他、絶縁基板上に金属導体が設けられ、こ
れらに抵抗、コンデンサを固着させたハイブリッドＪＣ
であってもよく、ボンディングもワイヤボンディングの
みならずフリップチンプボンディング、ハンダバンプボ
ンディングでもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の耐湿テストおよび半田付はテストをし
た後のプラスチック・パッケージ半導体装置の縦断面部
の要部を示す。 第２図は本発明方法を実施するための作製工程を示す。 第３図は第２図および第４図の装置のうちの基体部の拡
大図を示す。 第４図は本発明に用いたプラズマＣＶＤ　ｇ置の概要を
示す。 第５図は従来例のプラスデックパンケージを耐湿テスト
および半田付はテストをした後の縦断面図の要部を示す
。 駕１面 、アク 第２目 口面の浄書（内容に変更なし） ヌダ国 手 続 （甫 正 書（方式） ％式％ ２、発明の名称 事件との関係　　　　特許出願人 住所　神奈川県厚木市長谷３９８番地 昭和６４年１月６日 （発送日　平成１年１月３１日） ５、補正により増加する請求項の数　　なし６、補正の
対象 図面の第３図 ７、補正の内容 願書に最初に添付した図面の第３図（Ａ）　、　（Ｂ）
　。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電子部品を基板またはリードフレーム等の部材の上
   に固着せしめて電子装置を構成させるための部材におい
   て、前記部材上のワイヤボンディングをする部分、電子
   部品を装着する部分または外部と電気的に連結する部分
   の導体部を除き、無機材料の保護膜を設けたことを特徴
   とする電子装置用部材。 ２、特許請求の範囲第１項において、リードフレームの
   ステムのワイヤボンディングする部分の導体部を除き、
   前記リードフレームの表面または裏面上に窒化珪素膜、
   酸化珪素膜、炭化珪素膜または炭素膜の単層または多層
   膜を設けたことを特徴とする電子装置用部材。