JPH02271557A - 半導体装置及びその製造方法 - 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】 ［概要］ 半導体装置に係り、特に樹脂を用いて封止を行なうＰＧ
Ａ（ピングリッドアレイ）パッケージの半導体装置に関
し、 半導体チップのクラックの発生やワイヤ線の破断を防止
すると共に、定加速度試験や機械的衝撃試験におけるワ
イヤ線の短絡をも防止して、パッケージによる半導体チ
ップの保護機能を高め、半導体装置の信頼性を向上させ
ることができる半導体装置を提供することを目的とし、 基板上に搭載された半導体チップと、前記半導体チップ
及び前記半導体チップに接続されたワイヤ線を囲み、前
記基板に固着された枠型のダムと、前記ダムの周縁上部
に固着されて前記ダムに蓋をしているインナーキャップ
と、前記インナーキャップを覆うようにして前記基板に
固着されたアウターキャップとを有し、前記インナーキ
ャップによって蓋をされている前記ダム内が第１の樹脂
により充填され、前記ダム及び前記インナーキャップと
前記アウターキャップとの間の空間が第２の樹脂によっ
て充填されているように構成する。

［産業上の利用分野］ 本発明は半導体装置及びその製造方法に係り、特に樹脂
を用いて封止を行なうＰＧＡパッケージの半導体装置及
びその製造方法に関する。

［従来の技術］ 従来の樹脂封止タイプのＰＧＡパッケージの半導体装置
においては、第３図に示されるように、接続ビン２を有
する基板４上に搭載した半導体チップ８及びこの半導体
チップ８に接続されたワイヤ線１０をアルミニウムキャ
ップ２０によって覆い、そのアルミニウムキャップ２０
と基板４との間の空間全体にエポキシ樹脂１８を充填す
ることにより、封止を行なっていた。

しかし、近年、半導体チップの大型化に伴って多ビン化
されたＰＧＡパッケージが要求されているが、こうした
ＰＧＡパッケージにおいては、大型半導体チップが搭載
されているため、半導体チップとエポキシ樹脂との熱膨
張係数の違いによって、半導体チップやワイヤ線にかか
る熱応力の影響が顕著に現れてくる。その結果、半導体
チップにクラックが生じたり、ワイヤ線が破断したりす
るという問題が発生していた。

また、従来のパッケージの半導体装置においては、半導
体チップ及びワイヤ線を直接に樹脂で被覆した場合、ワ
イヤ線が変形されて短絡事故を起こすという問題があり
、この問題を解決するために、第５図に示されるような
半導体装置を提案した（本願出願人による特公昭６ｄ−
４′２６１７号参照）。

すなわち、接続ビン２を有する基板５上に搭載した半導
体チップ８及びこの半導体チップ８に接続されたワイヤ
線１０をまずセラミックキャップ２２によって覆い、さ
らにこのセラミックキャップ２２をアルミニウムキャッ
プ２０によって覆っている。そしてセラミックキャップ
２２とアルミニウムキャップ２０との間の空間に例えば
エポキシ樹脂１８を充填する一方、半導体チップ８及び
ワイヤ線１０の周囲には空間を形成している。こうして
、セラミックキャップ２２、エポキシ樹脂１８およびア
ルミニウムキャップ２０による封止によって半導体チッ
プ８を保護すると共に、半導体チップ８及びワイヤ線１
０にエポキシ樹脂１８からの無理な力が加わらないよう
にしている。

しかも、この提案の二重キャップ方式の半導体装置は、
半導体チップと封止樹脂とが接触しないようになってい
るため、半導体チップと封止樹脂との熱膨張係数の違い
によって半導体チップにクラックが生じたり、ワイヤ線
が破断したりするということも防止される。

しかしながら、上記提案の半導体装置においては、セラ
ミックキャップ２２内の半導体チップ８及びワイヤ線１
０の周囲を中空にしているため、半導体装！の定加速度
試験や機械的衝撃試験によって、ワイヤ線１０にメカス
トレスがかかり、ワイヤ線１０同士が接触して短絡事故
を生じるという問題がある。

［発明が解決しようとする課！Ｉ！ｉ］このように、大
型半導体チップの搭載に件って多ピン化されたＰＧＡバ
ッゲージにおいては、半導体チップとエポキシ樹脂との
熱膨張係数の違いに基づく半導体チップのクラックの発
生やワイヤ線の破断を防止しなけらばならないという課
題があった。

そしてこの課題を解決するものと考えられる上記提案の
半導体装１には、半導体装置の定加速度試験や機械的衝
撃試験において、ワイヤ線同士の接触による短絡事故が
発生するという問題があった。

そこで本発明は、半導体チップのクラックの発生やワイ
ヤ線の破断を防止すると共に、加速度の印加や機械的衝
撃によるワイヤ線の短絡をも防止して、パッケージによ
る半導木チップの保護機能を高め、半導体装置の信頼性
を向上させることができる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する。

［課題を解決するための手段］ 上記課題は、基板上に搭載された半導体チップと、前記
半導体チップ及び前記半導体チップに接続されたワイヤ
線を囲み、前記基板に固着された枠型のダムと、前記ダ
ムの周縁上部に固着されて前記ダムに蓋をしているイン
ナーキャップと、前記インナーキャップを覆うようにし
て前記基板に固着されたアウターキャップとを有し、前
記インナーキャップによって蓋をされている前記ダム内
が第１の樹脂により充填され、前記ダム及び前記インナ
ーキャップと前記アウターキャップとの間の空間が第２
の樹脂によって充填されていることを特徴とする半導体
装置によって達成される。

また、基板上に枠型のダムを設ける工程と、前記ダムに
よって囲まれる前記基板上に半導体チップを搭載した後
、前記半導体チップと前記基板の配線部とをワイヤ線に
よって接続する工程と、前記ダム内を第１の樹脂によっ
て充填した後、前記ダムの周縁上部にインナーキャップ
を固着させて前記ダムに蓋をする工程と、前記ダム及び
前記インナーキャップが設けられた前記基板を反転させ
て第２の樹脂を入れたアウターキャップに挿入し、前記
アウターキャップを前記基板に固着させると共に、前記
ダム及び前記インナーキャップと前記アウターキャップ
との間の空間を前記第２の樹脂によって充填する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法によっ
て達成される。

［作　用］ すなわち本発明は、半導体チップ及びワイヤ線を被覆す
る第１の樹脂とダム及びインナーキャップとによってイ
ンナー封止を行ない、第２の樹脂とアウターキャップと
によってアウター封止を行なうことにより、パッケージ
の耐湿性等を向上させることができる。

また、第１の樹脂によって半導体チップ及びワイヤ線を
被覆し固定するため、定加速度試験や機械的衝撃試験に
よるワイヤ線同士の接触により短絡事故の発生を防止す
ると共に、この第１の樹脂として半導体チップと同等の
熱膨張係数を有するものを用いることにより、半導体チ
ップとそれを被覆する第１の樹脂との熱膨張係数の違い
に基づく半導体チップのクラックの発生やワイヤ線の破
断を防止することができる。

［実施Ｓ］ 以下、本発明を図示する実施例に基づいて具体的に説明
する。

第１図は、本発明の一実施例による半導体装置の断面を
示す断面図である。

接続ビン２及び配線部（図示せず）を有する例えばガラ
ス・エポキシからなる基板４上に、基板４と同一材料か
らなる枠型のダム６が設けられている。このダム６に囲
まれた基板４上に半導体チップ８が搭載され、またこの
半導体チップ８と基板４の配線部とがワイヤ線１０によ
って接続されている。そしてこのダム６内には、半導体
チップ８と同等の熱膨張係数を有する樹脂として例えば
シリコン樹脂１２が充填されていて、半導体チップ８及
びワイヤ８１１０を被覆し固定している。

また、例えばアルミニウムからなるインナーキャップ１
４がダム６の周縁上部に固着されていて、シリコン樹脂
１２によってその内部が充填されているダム６に蓋をし
ている。

さらにこのインナーキャップ１４を覆うようにして例え
ばアルミニウムからなるアウターキャップ１６が設けら
れ、その側壁が基板４側面に固着されている。そしてこ
のアウターキャップ１６′とダム６及びインナーキャッ
プ１４との間の空間はエポキシ樹脂１８によって充填さ
れている。

このように本実施例によれば、ダム６及びインナーキャ
ップ１４によって熱膨張係数が違う半導体チップ８とエ
ポキシ樹脂１８との接触が断たれている一方、半導体チ
ップ８と同等の熱膨張係数を有するシリコン樹脂１２に
よって半導体チップ８及びワイヤ線１０が被覆されてい
るため、熱膨張係数の違いに基づいて半導体チップ８や
ワイヤ線１０に発生する熱応力がなくなり、半導体チッ
プ８のクラックの発生やワイヤ線１０の破断を防止する
ことができる。

また、半導体チップ８及びワイヤ線１０はシリコン樹脂
１２によって固定されているため、定加速度試験や機械
的衝撃試験の際にワイヤ線１０が動いたり曲がったりし
て接触による短絡事故が発生することも防止される。

そしてまた、半導体チップ８及びワイヤ線１０を被覆す
るシリコン樹脂１２とダム６及びインナーキャップ１４
とによるインナー封止ど共に、エポキシ樹脂１８とアウ
ターキャップ１６とによるアウター封止という二重の封
止を行なっていることにより、ＰＧＡパッゲージの耐湿
性等を向上させることができる。

なお、上記実施例においては、基板４としてガラス・エ
ポキシを用いたが、例えばガラス・ＢＴ（ビスマレイミ
ド・トリアジン）レジン、ガラス・ポリイミド、ガラス
・変性ポリイミド等を用いてもよい。

また、インナーキャップ１４としてアルミニウムキャッ
プを用いているが、従来の提案例のようにセラミックキ
ャップを用いてもよい。

しかし、セラミックキャップの場合、成形できる薄さが
最小０．６ｍｍであるのに対して、アルミニウムキャッ
プのそれは、最小０．２〜０．３ｍｍとより薄くするこ
とができる。また、エポキシ樹脂１８等の封止樹脂の熱
膨張係数が約３×１０４であるのに対して、セラミック
のそれは０．６Ｘ１０−’とその差が大きく、アルミニ
ウムのそれは２．３Ｘ１０−’とその差が相対的に小さ
いため、アルミニウムキャップの方が封止樹脂との密着
性に優れている。さらに、アルミニウムキャップがセラ
ミックキャップよりも低コストである。従って、現時点
においてはインナーキャップ１４としてアルミニウムキ
ャップを用いることが望ましい。

さらにまた、半導体チップ８と同等の熱膨張係数を有す
るインナー封止用の樹脂としてシリコン樹脂１２が用い
られているが、樹脂の熱膨張係数を制御するフィラー量
を変えたエポキシ樹脂を用いてもよい。

すなわち、アウター封止用のエポキシ樹脂１８の場合は
、通常の場合と同様に、樹脂の流れ性を良くし、インナ
ーキャップ１４及びアウターキャップ１６のアルミニウ
ムとの密着性を増して水分の侵入を防止し耐湿性を向上
させるために、３０〜４０％のフィラー量が必要とされ
る。これに対してインナー封止用の樹脂は、ダム６及び
インナーキャップ１０によってアウター封止用のエポキ
シ樹脂１８と分離されているため、フィラー量を変えた
ものを用いることができる６例えばフィラー量を５０〜
６０％にすることにより熱膨張係数を小さくして、半導
体チッ１８の熱膨張係数に近づけたエポキシ樹脂を用い
ることができる。

次に、第２図を用いて、本発明の一実施例による半導体
装置の製造方法を説明する。

接続ビン２及び配線部（図示せず）を有する基板４上に
、基板４と同一材料からなる枠型のダム６を設ける。こ
のダム６は、基板４と一体のものとして成形してもよい
し、また接着樹脂によって基板４上に固着させてもよい
、続いて、このダム６に囲まれた基板４上に半導体チッ
プ８を搭載し、さらにこの半導体チップ８と基板４の配
線部（図示せず）とをワイヤ線１０によって接続する（
第２図（ａ）参照）。

次いで、ダム６内に、半導体チップ８と同等の熱膨張係
数を有する樹脂として例えばシリコン樹脂１２を充填す
る。そしてこのシリコン樹脂１２により、半導体チップ
８及びワイヤ線１０を被覆し固定する（第２図（ｂ）参
照）。

次いで、接着樹脂を用いて、例えばアルミニウムからな
るインナーキャップ１５をダム６の周縁上部に固着する
。そしてその内部がシリコン樹脂１２によって充填され
ているダム６に蓋をする（第２図（ｃ）参照）。

なおこのとき、このインナーキャップ１５は、図に示さ
れるように、外周縁が折れ曲がっているしぼりキャップ
を用いた。もちろん、第１図に示されるようなフラット
な形状のインナーキャップ１４を用いてもよいが、この
しぼりキャップの方が、キャップする際の位置決めが容
易なために作業性を高めることができ、また位置ずれを
防止することができる。

次いで、例えばアルミニウムからなるアウターキャップ
１６に適量のエポキシ樹脂１８を入れ、これにダム６及
びインナーキャップ１５を設けた基板４を反転させて挿
入する（第２図（ｄ）＃照）、そしてアウターキャップ
１６の側壁を基板４１１１１面に固着させると共に、ダ
ム６及びインナーキャップ１４とアウターキャップ１６
との間の空間をエポキシ樹脂１８によって充填する（第
２図（ｅ）参照）。

このようにして、ＰＧＡパッケージの半導体装置を完成
させる。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、半導体チップと同等の熱
膨張係数を有する第１の樹脂によって半導体チップ及び
ワイヤ線を被覆し固定することにより、半導体チップと
それを被覆する樹脂との熱膨張係数の違いに基づく半導
体チップのクラックの発生やワイヤ線の破断を防止する
と共に、定加速度試験や機械的衝撃試験によるワイヤ線
同士の接触により短絡事故の発生を防止することができ
る。

また、半導体チップ及びワイヤ線を被覆する第１の樹脂
とダム及びインナーキャップとによるインナー封止、及
び第２の樹脂とアウターキャップとによってアウター封
止の二重の封止を行なうことによりパッケージの耐湿性
等を向上させることができる。

これにより、パッケージによる半導体チップの保護機能
を高め、半導体装置の信顆性を向上させることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による半導体装置を示す断面
図、 第２図は本発明の一実施例による半導体装置の製造方法
を示す工程図、 第３図及び第４図はそれぞれ従来の半導体装置を示す図
である。 ４．５・・・・・・基板、 ６・・・・・・ダム、 ８・・・・・・半導体チップ、 １０・・・・・・ワイヤ線、 １２・・・・・・シリコン樹脂、 １４．１５・・・・・・インナーキャップ、１６・・・
・・・アウターキャップ、 １８・・・・・・エポキシ樹脂、 ２０・・・・・・アルミニウムキャップ、２２・・・・
・・セラミックキャップ。 図において、 ２・・・・・・接続ビン、 本発明の一夫施例し：はる半導体技質を示す断面図第　
１　図 ２０ニアルミニウム″＋ヤツプ ２２：宅ラミックキャップ 従来の半導体装置土示す図 第４　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上に搭載された半導体チップと、 前記半導体チップ及び前記半導体チップに接続されたワ
   イヤ線を囲み、前記基板に固着された枠型のダムと、 前記ダムの周縁上部に固着されて前記ダムに蓋をしてい
   るインナーキャップと、 前記インナーキャップを覆うようにして前記基板に固着
   されたアウターキャップとを有し、前記インナーキャッ
   プによって蓋をされている前記ダム内が第１の樹脂によ
   り充填され、前記ダム及び前記インナーキャップと前記
   アウターキャップとの間の空間が第２の樹脂によつて充
   填されていることを特徴とする半導体装置。 ２、基板上に枠型のダムを設ける工程と、 前記ダムによつて囲まれる前記基板上に半導体チップを
   搭載した後、前記半導体チップと前記基板の配線部とを
   ワイヤ線によって接続する工程と、前記ダム内を第１の
   樹脂によって充填した後、前記ダムの周縁上部にインナ
   ーキャップを固着させて前記ダムに蓋をする工程と、 前記ダム及び前記インナーキャップが設けられた前記基
   板を反転させて第２の樹脂を入れたアウターキャップに
   挿入し、前記アウターキャップを前記基板に固着させる
   と共に、前記ダム及び前記インナーキャップと前記アウ
   ターキャップとの間の空間を前記第２の樹脂によって充
   填する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製
   造方法。