JPH02134838A - 樹脂封止型半導体装置およびその製造方法およびそれに用いる中間層形成装置 - Google Patents

樹脂封止型半導体装置およびその製造方法およびそれに用いる中間層形成装置

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JPH02134838A
JPH02134838A JP63289237A JP28923788A JPH02134838A JP H02134838 A JPH02134838 A JP H02134838A JP 63289237 A JP63289237 A JP 63289237A JP 28923788 A JP28923788 A JP 28923788A JP H02134838 A JPH02134838 A JP H02134838A
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wire
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宏 渡辺
Michio Tanimoto
道夫 谷本
Susumu Okikawa
進 沖川
Kiyoshi Honma
精 本間
Takeshi Kaneda
剛 金田
Shunji Koike
俊二 小池
Takafumi Nishida
隆文 西田
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
Hitachi Microcomputer Engineering Ltd
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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〕 本発明は、高集積・高機能型の半導体チップを備えた半
導体装置の構造、特にワイヤボンディングによる結線信
頼性の向上に適用して有効な技術に関する。
〔従来の技術〕
この種の技術について記載されている例としては、日経
マグロウヒル社、１９８４年６月１１日発行、「マイク
ロデバイセス（日経エレクトロニクス別冊）ＪＰ８２〜
９２がある。
上記文献においては、樹脂モールド型半導体装置におけ
るエポキシ封止剤、すなわち樹脂組成物（以下、単に「
レジン」と称呼する）について詳しく説明されている。
すなわち、高密度実装の要請から半導体装置のパッケー
ジサイズは次第に小形化する傾向にあるが、小形化した
パッケージ内に、上記の如き高集積化された半導体チッ
プを封止した場合、パッケージ庫およびパッケージ長は
必然的に小さな値となっている。
その結果、パッケージを構成するレジン（樹脂組成物）
と、リードとの熱膨張率の差からクラックを生じ易い状
態となっている。また、クラックを生じなくてもパッケ
ージが小形であるため、導出されたリードを通じて外部
より水分が浸入しやすい状態となっており、これらが原
因となって、半導体チップ上の外部端子の腐食を促進し
てしまうことが懸念されている。
すなわち、−数的なエポキシ樹脂の熱膨張係数は１７　
Ｘ　１０−’〜７０　Ｘ　１０−’／ｌと大きく、これ
に対してリードを構成するＦｅ−Ｎｉ合金の熱膨張係数
は約１０　Ｘ　１０−’程度、４２７０イ、コバール等
では約６　Ｘ　１０−’と小さい。
このような熱膨張係数の差異から、パッケージ硬化後の
リードとの接触部分において界面剥離、いわゆるクラッ
クを生じ、半導体装置の耐湿性を低下させる事態を生じ
ていた。
上記クラックの発生を抑制するために、レジン中に溶融
石英粉等の熱膨張係数の極めて小さい充填剤を配合して
いた。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記充填剤の配合量に比例してレジン全体の熱膨張係数
も小さくなるが、これと反比例してレジンの粘性が上昇
するため、樹脂モールド工程において、ワイヤの流れ（
変形）を生じることが見い出された。
すなわち、上記ワイヤ流れにともなって、ワイヤ同士の
接触、ワイヤとタブ、あるいは半導体チップとの接触を
生じ、電気的短絡によって半導体装置としての信頼性を
著しく低下させることとなる。
そのために、上記従来技術においては、レジン中におけ
る充填剤の含有量を６０重量％以下にせざるを得ず、熱
膨張係数をリードの熱膨張係数に近似させることは事実
上困難であった。
また、上記ワイヤがタブあるいは半導体チップに接触し
た状態のままパッケージ形成が行われた場合、パッケー
ジの熱膨張にともなう変形によって、ワイヤの断線を来
し、半導体装置の電気的信頼性を低下させる結果となっ
ていた。
本発明は、上記課題に着目してなされたものであり、そ
の目的は、第１にパッケージを構成するレジン中におい
て、半導体チップ、リード等の構成部材との界面におけ
るクラックを防止することにある。
第２にパッケージに対して熱応力によって生じるワイヤ
の断線を防止することにある。
上記第１および第２の目的によって、さらに信頼性の高
い樹脂モールド製品を提供するものである。
本発明の上記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。
〔課題を解決するための手段〕
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、概ね次のとおりである。
すなわち、第１に、金属線とレジンとの間に絶縁樹脂か
らなる中間層を設けるとともに、レジンの熱膨張係数を
１０　Ｘ　１０−’／℃以下に制御した樹脂封止型半導
体装置構造とするものである。
第２に、半導体チップ上の外部端子と、リードとをその
周囲に絶縁樹脂からなる中間層を備えた金属線で結線し
、さらにその周囲をレジンでモールドした樹脂封止型半
導体装置について、金属線と中間層との総径が３０μｍ
以下とし、上記レジンにおける熱膨張係数を１０　Ｘ　
１０−６／℃以下に制御した樹脂封止型半導体装置構造
とするものである。
第３に、半導体チップ上に形成された外部端子とリード
とを結線する金属線が、その周囲に絶縁性の樹脂からな
る第１の中間層と、その外周に形成され離型性の良好な
樹脂で形成された第２の中間層とを備えた樹脂封止型半
導体装置構造とするものである。
第４に、半導体チップ上の外部端子とリードとの間の金
属線による結線の際に、超音波振動の印加されたボンデ
ィングツールの先端より突出された金属線の一端を上記
外部端子に対して圧着した後、上記超音波振動を維持し
つつ該ボンディングツールを移動し、その先端より金属
線を送り出し該金属線の他端をリードに対して接合した
後、熱膨張係数を１０　Ｘ　ｌ　Ｏ−６／℃以下に制御
したレジンを用いて上記金属線による結線範囲をモール
ドするものである。
第５に、金属線の周囲にポリオール成分とイソシアネー
トとを反応させ、分子骨格にテレフタール酸から誘導さ
れる構成単位を含むポリウレタンからなる絶縁樹脂を被
着して中間層を形成した後、当該金属線によって半導体
チップの外部端子とリードとの結線を行った後、当該結
線範囲に対して熱膨張係数を１０　Ｘ　１０−６／℃以
下に制御したレジンでモールドするものである。
第６に、金属線の周囲に絶縁樹脂からなる中間層を形成
してワイヤを得た後、当該ワイヤを用いてリードフレー
ム上に装着された半導体チップとリードとの結線を行い
、当該リードフレームを複数個のキャビティの形成され
た金型内に載置し、該金型の複数個のキャビティに対し
て少なくとも２以上の樹脂供給源より溶融樹脂を高圧注
入することによって、パッケージの形成を行うものであ
る。
第７に、金属線の周囲に第１および第２の中間層を形成
する中間層形成装置であって、連続的に配置された第１
の貯留槽と第２の貯留槽とを備え、各貯留槽内には鉛直
平面において回転可能な滑車を存しており、該滑車の最
下部は貯留液中に浸漬されており、該滑車の最上部にお
いて該滑車によって組み上げられた所定量の貯留液が上
記金属線と接触して当該金属線の周囲に第１または第２
の中間層を形成する中間層形成装置構造とするものであ
る。
〔作用〕
上記した第１の手段によれば、レジンの熱膨張係数が１
０　Ｘ　１０−＠／を以下に制御することにより、リー
ド等との熱膨張係数の差異に基づくクラックの発生を有
効に防止できる。また、このように熱膨張係数が抑制さ
れた状態においてレジンの粘性が増加するが、金属線の
周囲に絶縁樹脂からなる中間層が設けられているため、
樹脂モールド工程におけるワイヤ流れによる電気的短絡
が有効に防止される。
第２の手段によれば、金属線と中間層との総径が３０μ
ｍ以下に抑制されているため、樹脂モールド工程におけ
る樹脂注入圧によるワイヤ流れを生じに＜＜、また仮に
ワイヤ流れを生じた場合においても金属線の周囲には絶
縁樹脂で形成された中間層が設けられているために、電
気的短絡が有効に防止される。
第３の手段によれば、絶縁性の樹脂からなる第１の中間
層と、その周囲に離型性の良好な第２の中間層とを有し
ているため、ワイヤが半導体チップに接触した状態とな
った場合にも第２の中間層の離型作用によって金属線が
微動可能であるため、金属線自体に対しては、無理な応
力が加わることなく断線が有効に防止される。
第４の手段によれば、ボンディングツールからの金属線
の送り出しの際に、ボンディングツールにおいて超音波
振動の印加が継続されているため、ボンディングツール
内において、金属線の吸着等に起因する曲がり等の変形
を生じることが防止される。
第５の手段によれば、ワイヤボンディング時にふける金
属ボールの形成の際の加熱によって、炭化しない中間層
構造であるため、ワイヤボンディング時における半導体
チップの汚染を効果的に防止できる。また、熱膨張係数
が低く抑えられることにより、熱膨張係数の差異に起因
するクラックが防止される。
第６の手段によれば、２以上の樹脂供給源より複数のキ
ャビティに対して溶融樹脂を注入するため、比較的高い
粘度を有する溶融樹脂においても高効率でキャビティへ
の注入が可能となり、中間層を備えたワイヤで結線の行
われたリードフレームに対して効率的な樹脂モールド工
程が実現できる。
第７の手段によれば、第１の貯留槽と第２の貯留槽とを
連続的に配置することによって、第１および第２の中間
層の形成が連続的にかつ容易に可能となる。
〔実施例〕
第１図は本発明の一実施例である半導体装置の構成を示
す断面図、第２図は上記実施例に用いられるリードフレ
ームの平面形状を示す要部平面図、第３図は上記実施例
の半導体チップの内部構造を示す要部断面図、第４図は
上記実施例で用いられるワイヤを示す斜視図、第５図は
上記ワイヤの特性を示す説明図、第６図は上記実施例の
ワイヤにおける中間層の塗布に使用される中間層形成装
置を示す概略説明図、第７図（ａ）および（ｂ）は上記
実施例に用いられるワイヤボンディング装置の装置構成
を示す説明図、第８図は上記実施例のパッケージ形成に
用いられる樹脂モールド装置の構成を示す説明図、第９
図は上記樹脂モールド装置における金型面を示す平面図
、第１０図は熱膨張係数と充填剤の配合量との関係を示
す説明図、第１１図は溶融状態の樹脂粘度と充填剤の配
合量との関係を示す説明図、第１２図はワイヤショート
発生率と充填剤の配合量との関係を従来技術との比較で
示した説明図、第１３図は所定不良率における熱サイク
ル回数を従来技術との比較で示した説明図、第１４図は
ＰＣＴ　（プレッシャ・クツ力・テスト）における水分
の浸漬状態の変化を従来技術との比較で示した説明図、
第１５図は上記ＰＣＴにおいて具体的な製品を用いて、
試料個数に対する不良発生個数の変化を示した説明図で
ある。
本実施例の半導体装置１は、第１図に示すように、タブ
２上に樹脂ペースト３を介して装着された半導体チップ
４を有しており、その周囲はエポキシ樹脂等のレジン５
によって封止された構造となっている。封止内部におい
て、半導体チップ４の周囲には、パッケージ外に導出さ
れるリード６の内端（インナーリード）が位置しており
、該内端表面と上記半導体チップ４との間にはループ状
に張設されたワイヤ７で結線が行われている。このワイ
ヤ７による結線の詳細については後述する。
上記リード６は、パッケージの側面より外部に導出され
ており、断面Ｓ字状に折曲加工されている。
上記タブ２およびリード６は、樹脂モールド工程前にお
いては、第２図に示すように、リードフレーム８の状態
で提供される。
すなわち、リードフレーム８はその中央にタブ吊りリー
ド１０によって支持されたタブ２を有しており、該タブ
２の周囲に放射状に該タブ２とは非接触にリード６が延
設された状態となっている。
このような形状のリードフレーム８は、たとえば鉄−ニ
ッケル（Ｆｅ−Ｎｉ）合金、コバール、４２アロイ等か
らなる厚さ０．１５ｍｍ程度の導電性の板状部材を、エ
ツチング処理あるいはプレス打ち抜き等によって所定形
状に加工して得ることができる。なお、タブ２あるいは
り−ド６の内端表面には金（Ａｕ）、半田等を被着して
おいてもよい。
上記タブ２に樹脂ペースト３を介して装着された半導体
チップ４は、第３図に示す概略構造を有している。すな
わち、厚さ４００μｍ程度で形成されたシリコン（Ｓｉ
）からなるチップ基板１１の上層には０．４５μｍ程度
のシリコン酸化膜１２が形成され、さらにその上層には
層間絶縁膜としてのＰＳＧ膜１３が０．３μｍ程度の厚
さで形成されている。さらにその最上層には保護膜とし
てのパブシベーション膜１４が１．２μｍ程度の膜厚で
被着されており、その一部は開口された状態で下層にふ
いて部分的に設けられたアルミニウム（Ａｌ）からなる
厚さ０．８μｍ程度の外部端子１５（ポンディングパッ
ド）が上方に露出されている。
上記外部端子１５と、リード６の内端表面とを結線する
ワイヤ７は、第４図に示すように、本実施例においては
第１の中間層１６Ａおよび第２の中間層１６Ｂを備えた
構造となっている。なお、以降の説明においては、第１
および第２の中間層を総称する場合には単に中間層１６
と称する。
ワイヤ７の軸線を構成する金属線１７としては、金（Ａ
ｕ）　、銅（Ｃｕ）もしくはアルミニウム（Ａ１）が用
いられている。
本実施例のワイヤ７において、軸線となる金属線１７の
直径は約２５μｍであり、その周囲に形成された２層構
造の中間層１６は約２μｍ程度の膜厚で形成されている
。したがって、ワイヤ７全体の直径としては２９〜３０
μｍとなっている。
このようにワイヤ７全体の総径を３０μｍ以下とするの
は、これ以上の直径を備えたワイヤ構造では後述の樹脂
モールド時における抵抗圧が高くなり、ワイヤ７の断線
を生じる可能性が高くなるためである。
上記金属線１７の周囲に設けられた第１の中間層１６Ａ
としては、本実施例では耐熱ポリウレタン樹脂が用いら
れており、これはポリオール成分とイソシアネートとを
反応させて形成され、分子骨格にテレフタール酸から誘
導される構成単位を含むものである。第１゛の中間層１
６Ａとしてこのような組成の耐熱ポリウレタン樹脂を用
いることは、第１の中間層１６Ａの熱劣化およびボンデ
ィング性、さらにはボンディングの剥がれ強度の向上等
に極めて有用である。
このような第１の中間層１６Ａの具体的な特性条件とし
ては、温度サイクル試験あるいは第５図に示す実験条件
における摩耗試験等を通じて、１５０℃〜１７５℃の環
境での１００時間後における中間層破壊回数低減におけ
る劣化率が２０％以内となる条件を満たす材料を選択す
ることが重要である。
さらに、上記ワイヤ７で実際のワイヤボンディング作業
を行った際に、ボンディング性に不具合を生じないこと
が必要である。この点について本発明者の研究結果によ
れば、後述の金属ボール１８の形成時における中間層１
６の加熱除去の際に非炭化性を示す材料で構成すること
が望ましい。
その理由は以下の通りである。すなわち、金属ボール１
８の形成時の中間層１６の加熱除去においては、中間層
１６は上記金属ボール１８の上方に溶は上がるが、この
ときに中間層１６が炭化性である場合には、加熱温度、
たとえば１０６０℃程度の高温条件において中間層Ｉ６
が分解されずに炭化してしまうことになる。その結果、
炭化した中間層１６は上記金属ボール１８の直上で金属
線１７を包み込むようにして該金属線１７の表面に付着
残留するため、これが吸着異物となって、ボンディング
ツール４３内の目詰まりの要因となり、最悪の場合には
ワイヤカール、さらには断線を引き起こすことにもなる
。
このような事実を総合的に勘案考慮すると、ワイヤ７の
第１の中間層１６Ａとして、少なくとも下記の二つの条
件を満たすことが必要となる。
すなわち、第１に、温度サイクル試験あるいは第５図に
示す実験条件における摩耗試験等を通じて、１５０℃〜
１７５℃の温度条件で１００時間後の中間層破壊回数低
減における劣化率が２０％以下となること。
第２に、金属ボール１８形成時における中間層Ｉ６の加
熱除去の際に非炭化性を示す材料で構成すること。
以上の条件を満たす第１の中間層１６Ａの構成材料とし
ての耐熱ポリウレタンについて、さらに具体的に説明す
ると、この耐熱ポリウレタンは、活性水素を含んだテレ
フタール酸系ポリオールを主成分とするポリマー成分と
、イソシアネートとを用いて得られる。なお注記すると
、ここでｒ主成分とする」とは、全体が主成分のみから
なる場合も含める趣旨である。
上記活性水素を含んだテレフタール酸系ポリオールは、
テレフタール酸と多価アルコールとを用い、ＯＨ／Ｃ０
ＯＨ＝１．２〜３０の範囲で、反応温度７０℃〜２５０
℃に設定し、常法のエステル化学反応によって得ること
ができる。一般に平均分子量が３０〜ｔｏｏｏｏの範囲
で水酸基を１００〜５００程度有するものであって、分
子差の両末端に水酸基を有するものが用いられている。
このようなテレフタール酸系ポリオールを構成する原材
料として、エチレングリコール、ジエチレングリコール
、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ヘ
キサングリコール、ブタングリコール、クリセリン、ト
リメチロールプロパン、ヘキサントリオール、ペンタエ
リスリトール等の脂肪族系グリコールが挙げられる。ま
た上記以外にも、１．４−ジメチロールベンゼンの様な
多価アルコールが挙げられる。上記中においては特に、
エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリ
ンを用いることが好適である。
シカルア０ボン酸としては、テレフタール酸が用いられ
るが、必要に応じて、アミド酸、イミド酸を併用するこ
とができる。
また、耐熱性が低下しない程度において、イドフタル酸
、オルソフタル酸、コハク酸、アジピッ酸、セバシン酸
等の２塩基酸、あるいは１．２゜３．４−ブタンテトラ
カル７０ボン酸、シクロベンクンテトラカル７０ボン酸
、エチレンテトラカル７０ボン酸、ピロメリット酸、ト
リメリット酸等の多塩基酸を併用しても差し支えない。
上記テレフタール酸系ポリオールと反応させるイソシア
ネートとしては、トルイレンジイソシアネート、キシリ
レンジイソシアネートのような一分子中に少なくとも２
個のイソシアネート基を有する多価イソシアネートのイ
ソシアネート基を、活性水素を有する化合物、たとえば
フェノール類、カプロラクタム、メチルエチルケトンオ
キシムでブロック化したものを挙げることができる。こ
のようなイソシアネートは、安定化されている。また、
上記多価イソシアネート化合物をトリメチルロールプロ
パン、ヘキサントリオール、ブタンジオール等の多価ア
ルコールと反応させ、活性水素を有する化合物でブロッ
ク化してなるものも挙げられる。
上記イソシアネート化合物の例としては、日本ポリウレ
タン社製、ミリオネートＭＳ−５０、コロネート２５０
１，２５０３，２５０５．　　コロネー）ＡＰ−３ｔ、
デスモジュールＣＴ−３ｔ等を挙げることができる。そ
して、上記多価イソシアネートとしては、分子看３００
〜１００００程度のものを用いることが好適である。
本発明は、上記のような原料を用いて塗料組成物をつく
り、これをワイヤ本体の金属線１７に塗装し、数μｍの
膜厚とすることにより、ワイヤ７本体の金属線１７の周
囲を絶縁したワイヤ７を得るものである。このような塗
装に際しては、後述の第６図に示す中間層形成装置２０
を用いることが可能である。
上記塗料組成物としては、ポリオール成分の水酸基１当
量につき、安定化イソシアネートのイソンアネート基０
．４〜４．０当量、好ましくは０．９〜２．０当量およ
び所要量の硬化促進触媒を加えて、さらに適量のを機溶
剤（フェノール類、グリコールエーテル類、ナフサ等）
を加え、通常、固型分含量１０〜３０重里％とすること
により得られることができる。このとき必要に応じ、外
観改良剤、染料等の添加剤を適量配合することもできる
。
本発明にふいて、ポリオール成分の１水酸基当量につき
、安定化イソシアネートのイソシアネート基を０．４〜
４．０当量加える理由は、まず、０．４当量未満では、
得られる絶縁ワイヤ７のクレージング特性が低下し、一
方４．０当量を超える塗膜の耐摩耗性が劣るようになる
ためである。塗料組成物調整時に加えられる硬化促進触
媒は、ポリオール成分１００重型部当たり、好ましくは
０．１〜１０重量部である。また、これが、０．１重量
部未満になると、硬化促進効果が少なくなると共に塗膜
形成能が悪くなる傾向がみられ、逆に１０重量部を超え
ると、得られる耐熱ウレタンポンディングワイヤの熱劣
化特性の低下がみられるようになるためである。
上記硬化促進触媒としては、金、嘱カル７ｏボン酸、ア
ミノ酸、フェノール類を挙げることができ、具体的には
ナフテン酸、オクテン酸、バーサチック酸などの亜鉛塩
、鉄塩、銅塩、マンガン塩、コバルト塩、スズ塩、１．
８ジアザビジタロ（５゜４．０）ウンデセン−７，２，
４，６）リス（ジメチルアミノメチル）フェノールが用
いられる。
上記のような塗料組成物をワイヤ本体の金属線１７の表
面上に後述の中間層形成装置２ｏで塗布した後、後述の
ベーク装置２１で焼き付けることにより得ることができ
る。
上記塗布焼付条件は、ポリオール成分、安定化イソシア
ネート、重合開始剤および硬化促進触媒の類の配合量に
よっても異なるが、通常２００〜３００℃で４〜１００
秒程度である。要は、塗料組成物の硬化反応をほぼ完了
させうるに足りる温度と時間で焼き付けがなされ本実施
例のワイヤ７が得られる。
なお、本発明者等の検討結果によれば、第１の中間層１
６Ａの構成材料として、上記した組成の耐熱ポリウレタ
ンの他、市販のポリウレタン、またホルマールは非炭化
性の要件は満たすが、１５０℃〜１７５℃で１００時間
後の中間層破壊回数低減における上記条件での劣化率が
２０％を超えるので、第１の中間層１６Ａとしては不適
当である。
他方、ポリイミド、ポリアミド、ナイロン、ポリエステ
ル、ポリアミドイミド、ポリエステルイミドなどは金属
ボール１８の形成時または第１の中間層１６Ａの加熱除
去時に炭化性を示すので、ワイヤ７の第１の中間層１６
Ａとして使用するには不適当であることが明らかになっ
た。
上記第１の中間層１６Ａの周囲に形成されている第２の
中間層１６Ｂは、本実施例においてフッ素樹脂で構成さ
れている。当該フッ素樹脂は他の樹脂、たとえばパッケ
ージを構成するエポキシ樹脂とにおいて離型性に優れた
特性を有している。
そのため、後述の樹脂モールド後において、当該第２の
中間層１６Ｂの介在によって、ワイヤ７全体が硬化され
たレジン５中において、微動可能な状態となり、パッケ
ージであるレジン５が熱応力によって形状変化した場合
にもワイヤ７の断線が防止される構造となっている。
すなわち、当該ワイヤ７が上記第１の中間層１６Ａのみ
を備えた構造である場合を仮定すると、まずこのような
ワイヤ構造においては第１の中間層１６Ａを構成する耐
熱ポリウレタン樹脂とレジン５であるエポキシ樹脂とは
密着性が良好であり過ぎるため、わずかな熱応力にとも
なう変形に際しても、ワイヤ７がこれに追従してしまう
。そのため、ワイヤ流れを生じて、タブ２あるいは半導
体チップ４とワイヤ７の第１の中間層１６Ａとが接触状
態のまま樹脂モールドがなされてしまった場合には、レ
ジン５の僅かな熱応力変形によってワイヤ７も断線して
しまう可能性が高い。
この点について、本実施例によれば離型性の良好なフッ
素樹脂によって上記第１の中間層１６Ａの周囲に第２の
中間層１６Ｂが設けられているため、樹脂モールド後に
おいてもレジン５中においてワイヤ７の微動が可能とな
っている。このため、レジン５の熱応力変形にワイヤ７
が追従せずに、ワイヤ７の断線が有効に防止される。
以上に説明した第２の中間層１６Ｂの形成については、
溶融状態のフッ素樹脂を上記第１の中間層１６Ａの周囲
に塗布することによって実現される。
次１ご、以上のような記第１および第２の中間層１６Ａ
、Ｂを形成するための中間層形成装置２０について詳述
する。
本実施例の中間層形成装置２０は、第６図に示すように
第１の貯留槽２２Ａと第２の貯留槽２２Ｂとを備えてお
り、上記各貯留槽２２Ａ、２２Ｂの側部にはこれに対応
したベータ装置２１．２１が各々配置されている。以下
に貯留槽２２Ａ、２２Ｂの内部構造を説明するが、特に
注記しない限り、第１の貯留槽２２Ａと第２の貯留槽２
２Ｂとを総称して貯留槽２２とし、同一の符号を付して
説明を簡略化する。貯留槽２２の内部はその底部に貯留
液２３が貯留されており、その上方はワイヤ通過空間２
５を構成している。ここで、貯留液２３は、第１の貯留
槽２２においては、第１の中間層１６Ａを構成する原材
料である耐熱ポリウレタン樹脂の溶液であり、第２の貯
留槽２２においては、第２の中間層１６Ｂを構成するフ
ッ素樹脂溶液である。なお、貯留槽２２の周囲には貯留
液２３が液状態を維持するためのヒータ等による加熱手
段２４が配置されている。
貯留槽２２の内部において、ワイヤ通過空間２５内には
、槽内を通過するワイヤ７の送り出し方向に沿って鉛直
平面に右いて回転可能な複数の滑車２６が配置されてい
る。該滑車２６はその最下部が常に貯留液２３中に浸漬
される状態で配置されており、その最上部には被塗布物
体であるワイヤ７　（金属線１７）が架けられている。
本実施例において、上記滑車２６は軸支部２７を中心に
自由回転可能な状態とされており、貯留槽２２内を通過
するワイヤ７の軸方向への移動に連動して滑車２６も回
転される構成となっている。
したがって、滑車２６０回転によって貯留液２３内に浸
漬されていた滑車２６の一部は所定量の貯留液２３を滑
車面に残したまま上方のワイヤ通過空間２５に回転移動
し、さらにワイヤ７と接触状態となる。このときにワイ
ヤ７の周囲には滑車面の貯留液２３が塗布される。貯留
槽２２の側部に配置されたベータ装置２１は、たとえば
赤外線ランプ、あるいはカートリッジヒータ等の加熱源
（図示せず）を内蔵しており、上記貯留槽２２において
ワイヤ７の周囲に被着された貯留液２３を加熱すること
によって、所定状態まで硬化させるものである。このよ
うに、本実施例では、ワイヤ７を軸方向に移動させるの
みで金Ｒ線１７の周囲に貯留液２３を塗布し、これを焼
き付けて中間層１６を形成することができる。本実施例
ではｉｔの貯留槽２２と第２の貯留槽２２とを連続的に
配置しているため、第１の中間層１６Ａと第２の中間層
１６Ｂとによる２層構造の中間層１６が極めて効率的に
生成できる。
なお、上記では第１の貯留槽２２と第２の貯留槽２２と
をそれぞれ単槽構造のものとして図示説明したが、たと
えばこれのみでは所定の層厚が実現できない場合には、
貯留槽２２内を複数の分割槽構造として、上記滑車２６
をワイヤ７の軸方向に複数個連続的に配置し同一の貯留
液２３を複数回塗布することにより、層厚を大きくする
こともできる。
次に、上記中間層形成装置２０を通じて得られたワイヤ
７を用いたワイヤボンディング工程について説明する。
このワイヤボンディング工程に用いられるワイヤボンデ
ィング装置３０は、第７図に示すように、駆動機構とし
てのボンディングヘッド３１が搭載されたＸＹステージ
３２と、上記リードフレーム８の載置されるボンディン
グステージ３３と、これらの作動を制御する制御部３４
とを有している。
制御部３４は、上記ワイヤボンディング装置３０の総合
的な制御を行い、たとえばマイクロプロセッサあるいは
メモリを備えたマイコンシステムで構成され、オペレー
タにより設定された作動条件に従ってボンディング作業
が可能なシステムとなっている。
ボンディングステージ３３は図示しないヒータ等の加熱
源を有しており、ボンディングステージ３３上に載置さ
れたリードフレーム８を所定の温度条件に高める構造と
なっている。
一方、ＸＹステージ３２上のボンディングへラド３Ｉの
内部には、上下動ブロック３５がＸＹステージ３２に対
して垂直方向に設けられた案内軸３６に沿って昇降可能
に配置されており、当該上下動ブロック３５の側面には
ボンディングヘッド３１に固定されたサーボモータ３７
の回転を上下方向の直線運動に変換するボールねじ機構
３８が設けられている。したがって、サーボモータ３７
の回転にともなって上下動ブロック３５が所定量だけ上
下方向に移動可能とされている。
上記した上下動ブロック３５内には回転軸を中心に鉛直
平面内において回転可能なボンディングアーム４０を有
しており、当該ボンディングアーム４０の後端は上下動
ブロック３５に固定されたばね等の弾性手段４１によっ
て第７図の上方に付勢されており、上下動ブロック３５
の作動にともなって、ボンディングアーム４０に対して
反時計方向の付勢力が作用するように構成されている。
この弾性手段４１は、ボンディングツール４３が半導体
チップ４の外部端子１５に当接した際に、外部端子１５
が必要以上に加圧されることを防止し、これらの損傷・
破壊の発生を防止するように構成されている。
同じくボンディングアーム４０の後端には超音波発振子
４２が備えられており、ボンディングアーム４０に対し
て所定の超音波エネルギーを伝えることが可能な構造と
なっている。本実施例において、当該超音波発振子４２
の作動は制御部３４の制御によっている。
上記超音波エネルギーの伝えられるボンディングアーム
４０の先端には、ボンディングツール４３が垂直下方に
向かって配置されている。このボンディングツール４３
には、ワイヤスプール４４よりエアバックテンショナ４
５、スプロケット４６およびクランパ４Ｔを経て供給さ
れたワイヤ７が、その先端を僅かに突出させた状態で挿
通されている。
上記ボンディングツール４３の先端は電気トーチ４８と
連動したカバー５０によって隔成されるボンディング空
間５１を有しており、該ボンディング空間５１へは流体
吹付ノズル５２が突出されている。この流体吹付ノズル
５２は図示しない流体源に接続されており、ボンディン
グ空間５１に対して窒素ガスあるいはイオンガス等の冷
却流体５３を供給可能となっている。
上記電気トーチ４８は、そのトーチ面に吸引口５４を備
えており、該吸引口５４は電気トーチ４８を支持する吸
引管５５に連結されている。この吸引管５５は、さらに
支持部材５６によって支持されており、該支持部材５６
は、電磁ソレノイド等からなる駆動源５７から突出され
たロッド５８およびクランク軸６０によって回動可能な
構造となっており、ワイヤボンディング時における必要
な場合にのみボンディングツール４３の先端に上記カバ
ー５０および電気トーチ４８を配置できる構成となって
いる。
以上のような装置構成において、まずボンデイシダステ
ージ３３上にリードフレーム８が位置決されて配置され
た状態でＸＹステージ３２が作動されると、ボンディン
グヘッド３１が所定量だけ水平移動され、ボンディング
ツール４３が半導体チップ４の所定直上に位置した状態
となる。
この状態で駆動源５７が作動して吸引管５５が移動し、
ボンディングツール４３の先端部分がカバー５０によっ
て覆われた状態となる。
次に、電気トーチ４８に対して−１０００〜＝３０００
［：Ｖ）程度の負の高電圧が印加されると、当該電気ト
ーチ４８とワイヤ７との間にアーク放電を生じ、ワイヤ
７　（金属線１７）の先端が溶融されて球形状の金属ボ
ール１８が形成される（第７図ら））。このとき、アー
ク放電の熱によってワイヤ７の周囲に形成された中間層
１６は、ワイヤ７の先端部分より上方に溶は上がり、こ
の部分の中間層１６が除去されて金属線１７の表面が露
出された状態となる。
上記金属ボール１８の形成は、できる限り短時間で行わ
れることが望ましい。またこのとき、高エネルギー（高
電流、高電圧）によって金属ボール１８の形成を行うこ
とによって、上記中間層１６の溶は上がり量も抑制する
ことができる。このような状態は上記アーク放電の状態
を安定させることによって実現されるものである。この
点について、電気トーチ４８を上記の如＜−１０００〜
−３０００Ｃｖ）程度の負電位とした状態で、方のワイ
ヤ７の金属線１７を基準電位（ＧＮＤ＝Ｑ（Ｖ〕）で固
定・保持しておくことによってアーク放電の状態を安定
させることができる。
さらに、上記金属ボール１８の形成時において、カバー
５０で囲まれたボンディング空間５１に対して流体吹付
ノズル５２を通じて冷却流体５３が供給される。この冷
却流体５３はボンディング空間５１内のワイヤ７に対し
て吹き付けられる構成となっており、これによって金属
線１７の周囲で溶は上がった中間層１６が飛散され、飛
散された該中間層１６は電気トーチ４８の吸引口５４お
よび吸引管５５を通じて系外部に除去される。この流体
吹付ノズル５２からの冷却流体５３は図示しない冷却装
置によってたとえば約−１０〜０℃程度に冷却されてお
り、このときの流体吹付ノズル５２からの冷却流体５３
が低温である程、ワイヤ７における中間層１６の溶は上
がり量は小さくなる。すなわち、冷却流体５３によって
ワイヤ７の金属線１７、中間層１６およびボンディング
ツール４３等を積極的に冷却できるため、他の中間層１
６の部分に影響を与えることなく　（溶は上がり量を過
大にすることなり）、アーク放電部分の中間層１６のみ
を溶融することができる。
以上のようにして金属ボール１８が形成された後、駆動
源５７が再度作動されて、吸引管５５が回動され、ボン
ディングツール４３の周囲よりカバー５０が離脱して、
ボンディングツール４３の先端は開放状態となる。
この状態でボンディングヘッド３１のサーボモータ３７
が所定量だけ作動されて、ボールねじ機構３８が下方に
移動されると、ボンディングツール４３は半導体チップ
４上の所定の外部端子１５の表面に着地する（第３図）
。
上記着地状態のまま、制御部３４の制御によって超音波
発振子４２が作動されると、超音波エネルギーがボンデ
ィングアーム４０を経てボンディングツール４３に伝え
られる。
このとき、上下動ブロック３５による付勢力と、上記超
音波エネルギーと、ポンデインダステージ３３からの加
熱との相乗効果によって、金属ボール１８は上記外部端
子１５に対して接合状態となる（第１ボンデイング）。
次に、上記超音波エネルギーの印加を維持した状態で、
サーボモータ３７が駆動されると、上記ボンディングツ
ール４３は半導体チップ４の上方に上昇する。このとき
、ワイヤ７の先端（金属ボール１８）は上記の如く外部
端子１５に固定されているため、ワイヤ７はボンディン
グツール４３の上昇に伴って所定量送り出された状態と
なる。
続いて、ＸＹステージ３２が作動されると、ボンディン
グツール４３は第３図の２点鎖線で示す経路を水平方向
に移動する。このときにも、ボンディングツール４３の
先端よりワイヤ７が送り出される。このとき、ボンディ
ングツール４３内においてワイヤ７が曲がり等の変形を
生じる可能性があるが、本実施例によれば、ボンディン
グツール４３に対して超音波エネルギーの印加がワイヤ
７の送り出し時に継続的に行われているため、ボンディ
ングツール４３内におけるワイヤ７の変形が防止されて
いる。さらに、超音波エネルギーの継続的な印加によっ
て、ワイヤ７の送り出しが円滑になるため、ワイヤ７の
送り出し時における弓掛かりに起因するワイヤ７の損傷
・断線等も防止される。
次に、サーボモータ３７の作動によってボンディングツ
ール４３がＺ軸方向に下降すると、ボンディングツール
４３の先端は、ワイヤ７を導出させた状態のままリード
６の内端表面（インナーリード）に着地する。この状態
で継続されている超音波エネルギーによってワイヤ７の
腹部は上記リード６の内端表面と振動状態で接触され、
中間層１６の一部が破壊除去される。引続き超音波エネ
ルギーの印加が継続されると、上記で露出状態となった
金属線１７がリード６の内端表面と超音波接合される（
第２ボンデイング）。
この後、ワイヤ７は余線部分を切断されて、１サイクル
のワイヤボンディングが完了する。
次に、上記のようにしてワイヤボンディングの完了した
リードフレーム８に対して行われる樹脂モールド工程に
ついて、これに用いる装置とともに説明する。
本実施例で用いられる樹脂モールド装置６１は、第８図
に示すように、上方の固定プラテン６２に保持された上
型部６３と、下方の可動プラテン６４に支持された下型
部６５とを有している。この上型部６３と下型部６５と
には、それぞれ第９図に示す金型６６がその分割形成面
（パーティング面）を互いに対面させた状態で配置され
ているが、その詳細については後述する。
上記固定プラテン６２は、装置基台６７より垂設された
複数本の支柱６８によってステージ上方に支持されてお
り、該固定プラテン６２の上部にはレジン５の原材料が
タブレット６３の状態で投入されるトランスファシリン
ダ６４が配置されている。上記トランスファシリンダ６
４は、上型部６３に内設されたポット６５と連通され、
図示されないプランジャを押圧可能な構造となっている
。
装置基台６７の下部には可動プラテン６４を上下動させ
るプラテン駆動用シリンダ６８が配置されており、この
プラテン駆動用シリンダ６８はステージ側方に配置され
たＭ御部６９によって制御されている。
第９図に示す金型６６は、例えば１８０℃程度のモール
ド温度に耐えられるダイス鋼等の金属部材で構成されて
おり、そのパーティング面には上記ポット６５に対応し
たカル７０が複数個配置されている。同図からも明かな
ように、本実施例の樹脂モールド装置６１は、複数のポ
ット６５を備脂、硬化を促進させるための硬化促進剤と
して第３級アミン類、レジン５の難燃化を図るための難
燃化剤としてＢｒ含有エポキシ、レジン５と充填剤との
密着性を向上させるためのカップリング剤としてエポキ
シシラン、硬化後の金型６６からの離脱を容易にするた
めの離型剤としてステアリン酸あるいはワックス、着色
剤としてカーボンブラック等が含まれている。
本実施例において充填剤中には、溶融石英粉が含まれて
いる。このような溶融石英粉は、充填剤の９０重１％以
上が粒径１００μｍ以下の範囲内にあって、しかもその
粒度分布をＲＲＳ粒度線図で示した場合に、勾配ｎが０
．６〜１．５の範囲で直線性を示す球形状のものであり
、これはレジン全体に対して６５〜７５重量％配合され
ている。
ここで、ＲＲＳ粒度線図とは下記のロジンーラムラ−（
Ｒｏｓｉｎ−ＲＡｍｍｌｅｒ　）の式に従う粒度分布を
表す粒度線図のことを指す。
Ｒ（Ｏｐ）　＝　１０　Ｑｅｘｐ　（−ｂ＝Ｄｐ″）（
但し、式中Ｒ（Ｏｐ）は、最大粒径から粒径Ｄｐまでの
累積重量％、Ｏｐは粒径、ｂおよびｎは定数である） なお、上式において、Ｒ（Ｄｐ）は積算残留重量％とも
呼ばれている。
また、ＲＲ５粒度線図における勾配とは、ＲＲ５粒度線
図の最大粒径Ｏｐまでの累積重量％が少なくとも２５重
量％と７５重量％の範囲にある２点を結んだ直線で代表
されるロジンーラムラーの式のｎ値のことをいう。一般
に、充填剤の原石を微粉砕した場合、その粒度分布はロ
ジンーラムラーの式に合致し、この式に基づいた粒度分
布の表し方であるＲＲＳ粒度線図において、はぼ直線性
を示すとされている。
このような粒度分布を有する球形の溶融石英粉は、例え
ば特開昭５９−５９７３７号公報に示されているように
、あらかじめ所定の粒度分布に粉砕した角ばった状態の
溶融石英粉をプロパン、ブタン、水素等を燃料とする溶
射装置から発生させた高温の火炎中に一定量ずつ供給し
、溶融、冷却することによって得られる。
エポキシ樹脂に充填剤としてその９０重量％以上が粒径
１００μｍ以下の範囲内にあって、しかもその粒度分布
をＲＲ５粒度線図で表示した場合にその勾配ｎが０．６
〜１．５の範囲で直線性を示す球形の溶融石英粉をレジ
ン全体に対し６５〜７５重量％配合したレジン５は、熱
膨張係数をｌ０Ｘ１０−６／℃以下とすることが可能で
ある。
一般に、熱膨張係数を上記数値にするためには、レジン
全体における上記充填剤の配合量を増加させればよいこ
とは容易に理解できる。このようなレジン５の熱膨張係
数と充填剤の配合量との関係を示したものが第１０図で
ある。同図からも充填剤の配合分量を増加させることに
よって、レジン全体の熱膨張係数を抑制できることが理
解される。
同図によれば、レジン５の熱膨張係数をｌ０ＸＩＯ−’
　／　ｔ：とするためには、充填剤の配合量を７５重量
％程度とする必要がある。
しかし、レジン５の溶融粘度と充填剤の配合量との関係
を示した第１１図によれば、レジン５の膨張係数が１０
　Ｘ　１０−６／℃となる場合のレジン５の溶融粘度は
１０．０００　（ポワズ）と比較的高い値となり、この
ような高粘度状態で樹脂モールド工程を行った場合には
、樹脂粘度によってボンディングされたワイヤ７の流れ
（変形）を生じ、ワイヤショート、タブタッチショート
、チップタッチショート等のボンディング不良を来す原
因となっていた。このようなワイヤショートの発生率と
充填剤の配合量との関係を示したものが第１２図である
。同図において、従来の金属線１７のみからなるワイヤ
７を用いた場合には、充填剤の配合量を７５重Ｉ％とし
た場合にはワイヤショートの発生率は５％と高い値を示
している。
しかし、本実施例の中間層１６を備えたワイヤ７におい
ては、充填剤の配合量が６０〜７５重１％の範囲におい
て、ワイヤショートの発生率は略皆無であり、中間層１
６を備えたワイヤ７の構造によって、はじめてレジン５
の膨張係数の抑制が実現されていることが理解できる。
すなわち、本実施例では金属線１７の周囲に中間層１６
が設けられているため、ワイヤ７が他のワイヤ、タブ２
あるいは半導体チップ４と接触した場合においても、上
記中間層１６によって電気的絶縁が保持されている。し
たがって、多少のワイヤ流れを生じた場合にも、電気的
ショートは確実に防止される。そのため、熱膨張係数が
半導体チップ４あるいはタブ２およびリード６の熱膨張
係数と近似したパッケージ構造が実現でき、熱膨張係数
の差異に基づくレジン界面の剥離、すなわちレジン５ク
ラツクが有効に防止される。
なお、充填剤として使用される上記溶融石英粉を球形と
するのは、充填剤としてのかさぼりを少なくして高充填
化を図るとともに、角部のチップ表面への接触によりチ
ップ表面の損傷等を防止するためである。溶融石英粉を
用いる理由は、溶融石英は人手が容易である上に、それ
自体の熱膨張係数が比較的小さく、レジン５全体の低熱
膨張化に有効なためである。また溶融石英は、イオン性
不純物の含有率が極めて少ないため、チップ表面の汚染
を防止し、素子特性への影響も少ない。
上記のレジン５は、７０〜１００℃に加熱された二輪ロ
ールあるいは押出機で昆練し、半溶融状態のタブレット
６３とした後、樹脂モールド装置６１に投入される。
次に、上型部６３および下型部６５に内蔵された図示し
ないヒータが作動されて、金型６６が１８０℃程度の所
定温度に加熱される。この状態で、上型部６３と下型部
６５との間に被モールド物体であるリードフレーム８が
位置決された状態で載置されると、制御部６９の制御に
よってプラテン駆動用シリンダ６８が作動し、可動プラ
テン６４を上昇させて、上型部６３と下型部６５とが閉
じられた状態となる。
このように両型部６３．６５が閉じられた状態において
、型締力は例えば１５０（Ｔ）程度に制御された状態と
なっている。
次に、トランスファシリンダ６４が作動し、タブレット
６３に対して７５　　（Ｋｇｆ／ｃｍ２）程度の移送圧
力が加えられると、上記加熱との相乗効果によってタブ
レット６３は溶融樹脂状態でカル７０よりランナ７１お
よびゲート７３を通じてキャビティ７４に高圧注入され
る。
このとき、本実施例によれば溶融樹脂、すなわちレジン
５は、前述の説明の如く、その熱膨張係数としてｌ　Ｏ
Ｘ　１０−’／℃を実現するために、充填剤の配合量が
７５重量％にまで高められている（第１０図参照）。こ
れにともなって、第１１図に示すように、その粘度も１
００００ポアズ以上と高い値となっている。このような
高粘度のレジン５を用いてキャビティ７４への注入を行
った場合、レジン５によるランナ７１の目詰まり、およ
びワイヤ流れを生じる可能性がある。前者の問題に対し
て、本実施例では、マルチポット方式を採用し、カル７
０からキャピテイ７４へのランナ７１の経路を短くして
おり、しかも複数のボット６５　（樹脂供給源）より各
キャビティ７４に対してレジン５を注入するため、各プ
ランジャ（図示せず）における移送圧力を効率的にレジ
ン５に伝えることができる。
また後者に対しては、本実施例では絶縁樹脂からなる２
層構造の申開層１Ｇを備えたワイヤ構造であるため、多
少のワイヤ流れを生じ、ワイヤ同士、あるいはワイヤ７
とタブ２、半導体チップ４とが接触状態となった場合に
も、電気的ショートは有効に防止されている。このよう
に、本実施例では金属線１７の周囲に絶縁性の中間層１
６を設けた構造であるため、ワイヤ７同士、あるいはワ
イヤ７とタブ２、半導体チップ４との接触を懸念せずに
ワイヤボンディングを行うことができるため、第２図の
ａで示されるようなりロスボンディング、あるいは同図
すで示されるようなタブ吊りリード１０を跨いだボンデ
ィング等のように、従来の金属線１７　（裸線）では困
難であった複雑なワイヤボンディングも可能となり、半
導体装置１の高機能化・高集積化を促進できる。
以上のようにしてレジン５によるパッケージが形成され
たリードフレーム８は、レジン５が金型６６内で所定温
度迄冷却され、レジン５が硬化された後に金型６６外に
取り出される。
このようにして得られた半導体装置ｌのパッケージは、
その熱膨張係数がＩ　ＯＸ　ｌ　Ｏ−’／ｌに制御され
、リードフレーム８の熱膨張係数と略近似した値となっ
ている。このため、樹脂モールド後に熱サイクルを受け
た場合においても、熱膨張係数の差異に起因するクラッ
クの発生は有効に防止されている。
第１３図は、本実施例で用いたレジン５と従来技術によ
るレジン５とのクラック不良が１０％に至るまでの熱サ
イクル数を示している。同図からも明かなように、本実
施例においては、レジン５の熱膨張係数がｌ０ＸＩＯ−
６に抑制されているため、そのクラック不良１０％に至
るサイクル数は３００サイクルであったが、従来技術に
おけるレジン５を用いた場合には、例えば熱膨張係数が
１９　Ｘ　１０−６と大きい値であるため、わずかに２
０サイクルでクラック不良１０％に達してしまっている
。
また、上記の如くクラックが抑制された状頓となってい
るため、クラックによる隙間が要因となる水分の浸入も
抑制される。第１４図は、本実施例により得られた半導
体装置１と、従来技術による半導体装置とについてＰＣ
Ｔ　（プレッシャ・クツ力・テスト）を実施した場合の
パッケージ内への水分の浸入距離と時間との関係を示し
ている。
同図によれば、従来技術の半導体装置では、約３００時
間で水分（蛍光液）が半導体チップにまで達してしまっ
ているが、本実施例の半導体装置ｌにおいては、１００
０時間経過後においても、水分の浸入はパッケージ外端
から半導体チップ４までの距離の半分程度にまでしか達
していない。このように、本実施例では耐腐食性におい
ても顕著な効果を有している。
一方、第１５図は本実施例を具体的な製品である４メガ
ビットＤＲＡＭ　（パッケージ構造はＳＯＪ　：Ｓｍａ
ｌｌ　０ｕｔ−１ｉｎｅ　Ｊ−ｂｅｎｄ　１ｅａｄ）に
応用した場合と従来技術で構成した場合とを比較したも
のであり、全ＩＣの個数に対して不良を生じたＩＣの個
数を対比して示している。同図によれば、上記のＰＣＴ
　（ブレッンヤ・クツ力・テスト）において、従来技術
では約５００時間経過後に不良ＩＣが発生するのに対し
て、本実施例では１０００時間経過後においても不良Ｉ
Ｃは検出されなかった。
このように、本実施例によれば絶縁樹脂からなる中間層
１６を設けたワイヤ構造と、熱膨張係数の抑制されたレ
ジン５によるパッケージ構造との相乗効果によって耐湿
信頼性が大幅に向上されている。
また、絶ｉ！樹脂からなる中間層１６を備えたこの種の
ワイヤ構造において、中間層１６とレジン５との密着性
が高すぎ、特にワイヤ７がチップタッチを生じている場
合等のように、僅かなレジン５の熱応力の変化によって
も中間層１６の内部の金属′ａ１７が断線してしまうこ
とが懸念される。
しかし、本実施例によれば中間層１６が耐熱ポリイミド
樹脂で構成された第１の中間層１６Ａと、離型性に優れ
たフッ素樹脂からなる第２の中間層１６Ｂとの２層構造
となっているため、上記第２の中間層１６Ｂの離型作用
によってパッケージに熱応力が加わった場合にも、ワイ
ヤ７はパッケージの変形に追従することなく、断線が防
止されている。
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。
たとえば、第２の中間層１６Ｂとしては一例としてフッ
素樹脂で構成した場合について説明したが、シリコーン
樹脂、シリコーングリス等の他の離型剤を用いてもよい
。
〔発明の効果〕
本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。
すなわち、パッケージを構成するレジンにおいて、熱箒
張係数の差異に基づくクラックの発生を効果的に防止す
ることができる。
また、パッケージ内において、熱応力によって生じるワ
イヤの断線を有効に防止できる。
以上により、信頼性の高い樹脂モールド型半導体装置を
提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例である半導体装置の構成を示
す断面図、 第２図は上記実施例に用いられるリードフレームの平面
形状を示す要部平面図、 第３図は上記実施例の半導体チップの内部構造を示す要
部断面図、 第４図は上記実施例で用いられるワイヤを示す斜視図、 第５図は上記ワイヤの特性を示す説明図、第６図は上記
実施例のワイヤにおける中間層の塗布に使用される中間
層形成装置を示す概略説明図、 第７図（ａ）および（ｂ）は上記実施例に用いられるワ
イヤボンディング装置の装置構成を示す説明図、第８図
は上記実施例のパッケージ形成に用いられる樹脂モール
ド装置の構成を示す説明図、第９図は上記樹脂モールド
装置における金型面を示す平面図、 第１０図は熱膨張係数と充填剤の配合１との関係を示す
説明図、 第１１図は溶融状態の樹脂粘度と充填剤の配合量との関
係を示す説明図、 第１２図はワイヤショート発生率と充填剤の配合量との
関係を従来技術との比較で示した説明図、第１３図は所
定不良率における熱サイクル回数を従来技術との比較で
示した説明図、 第１４図はＰＣＴ　（プレッシャ・クツ力・テスト）に
おける水分の浸漬状態の変化を従来技術との比較で示し
た説明図、 第１５図は上記ＰＣＴにおいて具体的な製品を用いて、
試料個数に対する不良発生個数の変化を示した説明図で
ある。 １・・・半導体装置、２・・・タブ、３・・・樹脂ペー
スト、４・・・半導体チップ、５・・・レジン、６・・
・リード、７・・・ワイヤ、８・・・リードフレーム、
１０・・・タブ吊りリード、１１・・・チップ基板、１
２・・・シリコン酸化Ｉｌｌ、１３・・・ＰＳＧ膜、１
４・・・パッシベーション膜、１５・・・外部端子、１
６・・・中間層、１６Δ・・・第１の中間層、１６Ｂ・
・・第２の中間層、１７・・・金属線、１８・・・金属
ボール、２０・・・中間層形成装置、２１・・・べ−り
装置、２２・・・貯留装置、２２Ａ・・・第１の貯留槽
、２２Ｂ・・・第２の貯留槽、２３・・・貯留液、２４
・・・加熱手段、２５・・・ワイヤ通過空間、２６・・
・滑車、２７・・・軸支部、３０・・・ワイヤボンディ
ング装置、３Ｉ・・・ボンディングヘッド、３２・・・
ＸＹステージ、３３・・・ボンディングステージ、３４
・・・制御部、３５・・・上下動ブロック、３６・・・
案内軸、３７・・・サーボモータ、３８・・・ボールね
じ機構、４０・・・ボンディングアーム、４１・・・弾
性手段、４２・・・超音波発振子、４３・・・ボンディ
ングツール、４４・・・ワイヤスプール、４５・・・エ
アバックテンショナ、４６・・・スプロケット、４７・
・・クランパ、４８・・・電気トーチ、５０・・・カバ
ー５１・・・ボンディング空間、５２・・・流体吹付ノ
ズル、５３・・・冷却流体、５４・・・吸弓口、５５・
・・吸引管、５６・・・支持部材、５７・・・駆動源、
５８・・・ロッド、６０・・・クランク軸、６１・・・
樹脂モールド装置、６２・・・固定プラテン、６３・・
・上型部、６４・・・可動プラテン、６５・・・下型部
、６６・・・金型、６７・・・装置基台、６８・・・支
柱、６３・・・タブレット、６４・・・トランスファシ
リンダ、６５・・・ポット、６６・・・金型、６７・・
・装置基台、６８・・・プラテン駆動用シリンダ、７０
・・・カル、７１・・・ランナ、７２・・・子ェイスユ
ニット、７３・・・ケート、７４・・・キャビティ。 代理人　弁理士　筒　井　大　和 第 図 第 図 第 図 第 図 充填剤配合量（ｖ０１％） 第 図 充填剤配合量（Ｖｏ１％） 第 図 充填剤配合量（Ｖｏ１％） 第 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、半導体チップ上に形成された外部端子と、パッケー
    ジ外に導出されるリードとが金属線で結線され、その周
    囲を樹脂組成物でモールドされた樹脂封止型半導体装置
    であって、金属線と樹脂組成物との間には絶縁樹脂から
    なる中間層が設けられているとともに、樹脂組成物の熱
    膨張係数が１０×１０＾−＾６／℃以下に制御されてい
    ることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。 ２、上記中間層が、ポリオール成分とイソシアネートと
    を反応させ、分子骨格にテレフタール酸から誘導される
    構成単位を含むポリウレタンからなる絶縁樹脂で形成さ
    れていることを特徴とする請求項１記載の樹脂封止型半
    導体装置。 ３、半導体チップ上に形成された外部端子と、パッケー
    ジ外に導出されるリードとがその周囲に絶縁樹脂からな
    る中間層を備えた金属線で結線され、さらにその周囲を
    樹脂組成物でモールドされた樹脂封止型半導体装置であ
    って、上記金属線と中間層との総径が３０μｍ以下とさ
    れており、上記樹脂組成物がその熱膨張係数を１０×１
    ０＾−＾６／℃以下に制御されていることを特徴とする
    樹脂封止型半導体装置。 ４、上記金属線は金（Ａｕ）からなり、中間層はポリオ
    ール成分とイソシアネートとを反応させ、分子骨格にテ
    レフタール酸から誘導される構成単位を含むポリウレタ
    ンからなる絶縁樹脂で形成されていることを特徴とする
    請求項３記載の樹脂封止型半導体装置。 ５、半導体チップ上に形成された外部端子とリードとを
    結線する金属線が、その周囲に絶縁性の樹脂からなる第
    １の中間層と、その外周に形成され離型性の良好な樹脂
    で形成された第２の中間層とを備えていることを特徴と
    する樹脂封止型半導体装置。 ６、上記第２の中間層は、上記金属線の周囲に耐熱ポリ
    ウレタン樹脂からなる第１の中間層を形成した後に、フ
    ッソ樹脂またはシリコーン樹脂を被着して形成されたも
    のであることを特徴とする請求項５記載の樹脂封止型半
    導体装置。 ７、半導体チップ上の外部端子とリードとの間の金属線
    による結線の際に、超音波振動の印加されたボンディン
    グツールの先端より突出された金属線の一端を上記外部
    端子に対して圧着した後、上記超音波振動を維持しつつ
    該ボンディングツールを移動し、その先端より金属線を
    送り出し該金属線の他端をリードに対して接合した後、
    熱膨張係数を１０×１０＾−＾６／℃以下に制御した樹
    脂組成物を用いて上記金属線による結線範囲をモールド
    することを特徴とする樹脂封止型半導体装置の製造方法
    。 ８、上記樹脂組成物は、エポキシ樹脂中に充填剤として
    該充填剤の９０重量％以上が１００μｍ以下の粒径を有
    し、かつその粒度分布をＲＲＳ粒度線図で表した場合に
    勾配ｎが０．６〜１．５の範囲で直線性を示す粒度分布
    を有し、かつ当該充填剤が樹脂組成物全体に対して６５
    〜７５重量％配合されている球形の溶融石英粉を含んで
    いることを特徴とする請求項７記載の樹脂封止型半導体
    装置の製造方法。 ９、金属線の周囲にポリオール成分とイソシアネートと
    を反応させ、分子骨格にテレフタール酸から誘導される
    構成単位を含むポリウレタンからなる絶縁樹脂を被着し
    て中間層を形成した後、当該金属線によって半導体チッ
    プの外部端子とリードとの結線を行った後、当該結線範
    囲に対して熱膨張係数を１０×１０＾−＾６／℃以下に
    制御した樹脂組成物でモールドすることを特徴とする樹
    脂封止型半導体装置の製造方法。 １０、金属線の周囲に絶縁樹脂からなる中間層を形成し
    てワイヤを得た後、当該ワイヤを用いてリードフレーム
    上に装着された半導体チップとリードとの結線を行い、
    当該リードフレームを複数個のキャビティの形成された
    金型内に載置し、該金型の複数個のキャビティに対して
    少なくとも２以上の樹脂供給源より溶融樹脂を高圧注入
    することによって、パッケージの形成を行う樹脂封止型
    半導体装置の製造方法。 １１、上記樹脂供給源がトランスファシリンダと連通さ
    れる複数のポットであり、これらの複数のポット中にそ
    れぞれ樹脂組成物からなるタブレットを投入した後、各
    ポットに設けられたプランジャを同期させて押圧するこ
    とによって、上記各キャビティに対して溶融樹脂の高圧
    注入を行うことを特徴とする請求項１０記載の樹脂封止
    型半導体装置の製造方法。 １２、金属線の周囲に第１および第２の中間層を形成す
    る中間層形成装置であって、連続的に配置された第１の
    貯留槽と第２の貯留槽とを備え、各貯留槽内には鉛直平
    面において回転可能な滑車を有しており、該滑車の最下
    部は貯留液中に浸漬されており、該滑車の最上部におい
    て該滑車によって組み上げられた所定量の貯留液が上記
    金属線と接触して当該金属線の周囲に第１または第２の
    中間層を形成するものであることを特徴とする中間層形
    成装置。 １３、上記第１の貯留槽と第２の貯留槽との間にはベー
    ク手段が設けられていることを特徴とする請求項１２記
    載の中間層形成装置。
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