JPH03171655A - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents
半導体装置とその製造方法Info
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［概要コ
半導体チップを樹脂でモールドした半導体装置およびそ
の製造方法に関し、 半導体装置内において、応力の発生による故障を防止す
ると共に水分や不純物による障害も防止することのでき
る半導体装置を提供することを目的とし、 樹脂モールドの半導体装置であって、モールド樹脂とイ
ンサートとの界面にアルミニウム表面に不動態層を作る
機能を有するインヒビタないし加水分解性イオンを化学
的にトラップする機能を有するイオントラップを含有し
、離型作用を有するコート剤の層を有するように構成す
る．［産業上の利用分野］ 本発明は半導体装置とその製造方法に関し、特に半導体
チップを樹脂でモールドした半導体装置およびその製造
方法に関する． 最近、表面実装型やチップサイズの大きな樹脂モールド
半導体装置の使用が増加している．これらにおいては、
処理温度の上昇やモールド樹脂層と半導体チップ間の応
力増大等の新たな課題が生じている． ［従来の技術］ 集積回路を形成した半導体チップは、銅やＮｉ−Ｆｅ合
金である４２７ロイ等で形成されたリードフレームのダ
イパッド上に搭載される，半導体チップとリードフレー
ムとのワイヤボンディング後、半導体チップ、リードフ
レームのダイバッド等を含む梢遺体はエボキシ等のモー
ルド樹脂中に封止される．これらモールド樹脂中に封止
されるものをインサートと呼ぶ． モールド樹脂は８１等の半導体と大きく異なる熱膨張係
数を有し、吸湿性を有する．また、インサートのリード
フレームの金属と半導体チップないしその上の絶縁膜と
はモールド樹脂に対して大きく異なる接着力を有する．
このため、特に加熱工程等において、熱応力による樹脂
クラックやチップクラックが発生する．また、ダイスボ
ンド層の破壊が生じることもある． まず、ハンダ実装時の熟ストレスの場合を例にとってよ
り詳細に説明する． 第２図（Ａ）〜（Ｄ）を参照して従来の技術による実装
時のクラック発生を説明する．第２図（Ａ）はエボキシ
樹脂にモールドした半導体集積回路装置を示す．リード
フレームのグイパッド５１の上に半導体チップ５２がダ
イス付けされており、半導体チップ５２上のボンディン
グパッドとリードフレームのリード５７とがボンディン
グワイヤ５８によって接続されている．半導体チップ５
２、グイパッド５１、ボンディングワイヤ５８を含む楕
造体はエボキシ系モールド樹脂５６にモールドされてい
る．モールド樹脂５６は吸湿性があるので、表面から水
分を吸収する．モールド樹脂５６に吸収された水分は、
グイパッド裏面５９に到達する．モールド樹脂５６は、
半導体チップ５２に対しては強い接着力を示すが、グイ
パッド５１に対しては弱い接着力しか示さないので、ダ
イパッド裏面に水分が溜まりやすい．第２図（Ｂ）は、
ハンダ実装のプロセスにおいて、ＩＣパッケージないし
はリードが、たとえば約２６０℃のハンダ液に約３０秒
間浸漬され高温になる初期状態を示す．ダイパッド５１
裏面に集まった水分が蒸発し、気泡６０を作る．温度の
上昇と共にモールド樹脂の接着力は低下し、気泡６０は
圧力を上昇させ、体積を増加させる．このように膨脹し
た水蒸気６０は、常温でも接着力が弱いダイパッド裏面
とモールド樹脂５６との間を剥離させる． ｍ服する力が強ければ、剥離はさらに進んで、第２図（
Ｃ）に示すように、ダイパッド５１裏面の全面でモール
ド樹脂５６は剥離する．このような状態になった時に、
モールド樹脂５６において最も応力が強く働くのは、グ
イパッド５１の端部においてである． モールド樹脂５６が応力に耐えきれなくなると、第２図
（Ｄ）に示すように、ダイバッド５１端部よりクラック
６２が発生する．クラックがモールド樹脂５６の表面ま
で達すると、クラックを介して圧力のかかった水蒸気６
１は外部に逃げるので、モールド樹脂５６は元の形態に
戻る．但し、クラックは修復しないので、クラック６２
に沿って水分の侵入する経路が残る． 上述のモールド樹脂のクラックの発生は、ダイパッド裏
面に集まった水分が蒸発することに起因する．そして、
ダイパッド裏面に水分が集まることの理由は、グイパッ
ド５１とモールド樹脂５６との接着力が弱いことによる
．従って、ダイバッド５１とモールド樹脂５６との間の
接着力を強化すれば、上述の水分の蒸発によるモールド
樹脂のクラックは防止することができる． モールド樹脂とダイバッド等との間の接着力を増大する
方法は、たとえば、ワイヤボンディング後の構造体の全
面に窒化シリコンをコートすること等によって実施でき
る． 第３図は、このような考えに基づき、ワイヤボンディン
グ後半導体チップおよびダイパッド、ボンディングワイ
ヤ等の表面に窒化シリコン膜をコートした場合を説明す
るための図である．リードフレームのグイパッド５１の
上に半導体チップ５２をダイス付け材料５３によってダ
イス付けし、リードフレームのリード５７と半導体チッ
プ５２の間をボンディングワイヤ５８でワイヤボンディ
ングし、これらの要素を含む構造体の表面を窒化シリコ
ン膜６２で被覆し、その後モールド樹脂５６で封止した
半導体装置である．窒化シリコン膜５８の存在によって
、ダイパッド５１とモールド樹脂５６との間の接着力は
強化され、グイパッド裏面における剥離は防止される． しかしながら、半導体チッグ５２とモールド樹脂５６と
の間の熱膨張係数の差は解消していない．半導体チップ
５２が大きなものになると、この熱膨張係数の差による
応力も大きなものになる．すなわち、図に示すようにモ
ールド樹脂５６内に働く応力６３と半導体チップ５２内
に働く応カ６５とが相対的に大きく異なるものであると
、両者の間に強い応力が働き、やがて半導体チップ５２
内にクラック６７を発生させてしまう．クラック６７は
場合によっては半導体チッグ５２をダイパッド５１に接
着するダイス付け材料の層５３に及ぶ．このような、応
力による半導体チッグないしはダイス付け材料層のクラ
ックは、モールド樹脂５６に対する接着力を強化するこ
とでは防止することができない． また、例えクラックが発生しなくても、モールド樹脂と
半導体チップとの熱膨張係数の差により、加熱工程にお
いて半導体チップに応力が働く．この応力は機械的なク
ラックを発生させなくてもＩＣの電気的特性に影響を及
ぼす．また、ハンダ実装の温度程高くはないが、トラン
スファモールドの工程においても、半導体チップは約１
７０’Ｃの加熱工程を経験する．この段階においても、
半導体チップ５２と周囲の物質との熱膨張係数の差によ
り、半導体チップは応力を受けて反ったりしてしまう． 半導体チップ等のインサート（モールド樹脂中に封止さ
れるもの）とモールド樹脂との間の接着力を強化するこ
とでは、材質の差による熱膨張係数の差に基づく応力の
発生を避けることはできない． 第４図は、上述の接着力の強化とは逆の考えに基づくワ
ックス層による被覆を示す．半導体チップ５２をダイパ
ッド５１にダイス付け層５３で接着し、リードフレーム
のリード５７との間をボンディングワイヤ５８によって
接続した後、これらを含む桐遺体の表面をワックス層６
９によって被覆する．その後、この梢造体をモールド樹
脂５６によって封止する． このような半樺体装置の使用ないしは実装に当たって、
半専体装置の温度が上昇すると、ワックス層６９は溶融
して液体状に変化する．すると、モールド樹脂５６と半
導体チッグ５２ないしはグイバッド５１との間には液体
状態の層が介在することになる．熱膨張係数の差によっ
て、モールド樹脂５６と半導体チップ５２とが異なる熱
膨張を示しても、これらの間に存在する液体層６９によ
って変形の差は吸収され、半導体チッグ５２ないしはモ
ールド樹脂５６に応力はほとんど働かない．従って、モ
ールド樹脂５６内のインサート５１、５２、５８はほと
んどストレスフリーの状態になるので、応力に基づく問
題は解決する．しかしながら、半導体装置の温度が上昇
してワックス層６９が溶融すると、インサートとモール
ド樹脂５６との間に隙間が発生する．この隙間を介して
外部から水分が侵入する．また、ワックス層６９が溶融
すると、ワックス内に混入している不純物が侵入した水
分に溶け出す．これらの水分ないしは溶け出した不純物
が半導体チップ５２に到達すると、アルミニウム配線層
の腐蝕等を起こし、半専体装置を動作不能にすることに
なる．［発明が解決しようとする課題］ 以上説明したように、従来の技術によれば、モ一ルド樹
脂と半導体チッ１等の間の接着力を増大させると、樹脂
クラック防止にある程度の効果はあるものの、応力の発
生自体は防止できず、チップ増大等によってチップの割
れやダイス付け層の割れを発生させる．また、半導体チ
ップとモールド樹脂との間にワックス層等を介在させる
と、応力の問題は解決できるが、ワックスが溶融した時
に外部から侵入する水分やワックスがち溶け出す不純物
によって半導体装置が損傷を受けることが避け難い， 本発明の目的は、半導体装置内において、応力の発生に
よる故障を防止すると共に水分や不純物による障害も防
止することのできる半導体装置を提供することである． 本発明の他の目的は、上述のような半導体装置を製造す
ることのできる方法を提供することである． ［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、モールド樹脂とインサートと？間に離
型作用を有するコート剤の層を設ける．さらに、このコ
ート剤にアルミニウム表面に不動態層を作る機能を有す
るインヒビタないし加水分解性イオンを化学的にトラッ
プする機能を有するイオントラップを含有させる．ここ
で、不動態層とは、アルミニウムに対してはＡ１■（Ｏ
Ｈ） ３、ＡＩ。０３・ｎＨ２０等の不活性（不動態）
な物質の層をいう． ［作用］ モールド樹脂とインサートとの間に離型作用を有するコ
ート剤の層を設けることによって、半導体装置が温度上
昇した時には、モールド樹脂とインサートとの間に実質
的な間隙が形成されるので、モールド樹脂とインサート
の間に応力が発生することが防止される．また、このコ
ート剤にはイ′ンヒビタないしイオントラップが含有し
ているので、半樺体チ・ｙグ上のアルミニウム配線は積
極的に不動態層を形成して保護されるか、コート剤中の
不純物がイオントラップにトラップされ水分中に溶け出
さない．従って、例え外部から水分が侵入しても、この
水分が半導体装置にＩＩＪ傷を与えることが防止される
． ［実施例］ 本発明の実施例を第１図に示す．第１図に示す半導体装
置は、半導体チップ２がダイバツド１にダイス付け材料
３によって接着されている．半導体チッグ２上のボンデ
イングパッドはリードフレームのリード７にボンディン
グワイヤ８によって接続されている．ワイヤボンデイン
グした後の横遺体を離型作用を有するコート剤５が覆っ
ている．このコート剤にはインヒビタないしイオントラ
ップが含まれている．このような梢遣体をモールド樹脂
６が封止している． 半導体チヅグ２は、たとえばロジック回路やメモリ回路
を形威したシリコンチップであり、その表面は酸化膜や
窒化膜等の絶縁膜によって被覆されている．リードフレ
ームは銅や４２アロイ等によって形戒されている．ダイ
ス付け材料３は銀エ？キシ等の有機系材料である．コー
ト剤５は、離型作用の他、好ましくは虎水性を有するも
のである．より好ましくは低融点ないし負の熱膨張係数
を有する．低融点であれば加熱によって容易に液体とな
って変形自在となる．また、負の熱膨８１係数を有すれ
ば加熱によって縮小し、隙間を発生させる．このような
コート剤５は、たとえばステアリン酸エステル系のワッ
クス剤を主成分とするものである．また、コート剤５に
含まれるインヒビタは、アルミニウム表面にＡＩ２ （
ＯＨ） ３、＾１■０３・ｎＨ２０等の不動態層を作る
機能を有する．燐酸亜鉛、燐酸錫、硼酸ビスマス等の材
料である．また、コート剤５等に含まれるイオントラッ
プは、加水分解性イオンをトラップすることのできるチ
タン酸化物、ジルコニューム酸化物等である．ここで、
主として対象となる不純物は、ナトリウムイオン、塩素
イオン、臭素イオン等である．ワックス剤等を主成分と
するコート剤５は常温では固体状であり、碗水姓を有す
る．従って、外部より水分は侵入することができない．
しかし、高温になるとコート剤は溶融し、半導体チップ
等のインサートとモールド樹脂との間に隙間が発生する
．この隙間を介して外部より水が侵入する．水が侵入し
ても、ワックス内等の不純物が溶け出さなければ半導体
２上のアルミニウム配線は腐蝕されない．従って、アル
ミニウム配線の断線等により半導体装置が動作不能にな
ることが防止される．半導体チップがリードフレームと
ワイヤボンディングされる場合で説明したが、半導体チ
ップがテーグ状の配線層とボンディングされるＴＡＢ等
に適用することもできる． 電気的接続を行った半導体チップ構造体の表面にワック
ス等のコート剤を被覆する方法の例を第５図に示す． 第５図において、ワックス槽２１の内にはワックス２３
が装填される．ワックス槽２ｌは、電源２８にスイッチ
２９を介して接続されたしータ２７によって加熱される
．ワックス２３が加熱されて溶融された状態に保ち、電
気的接続を行った半導体チップ構造体２５、２６をワッ
クス液中に浸漬する．ボンディングワイヤ等の構造が１
部ワックス液上に出ていても、表面張力によってワック
ス液２３が這い上がり、半導体チッグ構遺体の全表面が
ワックス液によって被覆される．浸漬後、半導体構造体
を引き上げ、温度降下させることによって、半導体チプ
プ構造体表面にワックス層が形成される．このようにし
て、ワックス等のコート剤の層を被覆した半導体チップ
構造体をトランスファモールドによって樹脂中にモール
ドすることにより、第１図に示すような半導体装置を得
ることができる．なお、コート剤を被覆できる方法であ
れば他の方法を用いることもできる．上述の実施例によ
る半導体装置の性能を検査するために、以下に示すよう
なテストを行った．なお参考のために、インサート表面
とモールド樹脂との間の接着力増強を行ったものと、表
面に単にワックスを被覆したものとを同時に作成し、比
較テストを行った．また、一部、何の対策も施さないも
のを作成し、テストした． まず、ハンダ実装に対する性能を調べるためのテストエ
レメントグループを作成した．半導体チップは１２ｎ＋
１口の大きさを有し、４辺から１６０本のピンが突出す
るＱＦＰパッケージに実装した．半導体装置を８５℃、
８５％湿度の状態に約７２時間放置し、約１年間に相当
する吸湿を行わせた後、半導体装置を約２６０℃のハン
ダ液中に約２０秒間ディップした結果のクラツク発土を
以下の表１に示す． 表１ ＋ハンダーイツプによるクラ・冫ク対策な
し ほとんどクラ・ソク接着力増強
２／２０ ワックスコート ０／２０ イオントラップ 含有ワックスコート Ｏ／２ ０ 上に示した数字は外部から目視で調べたモールド樹脂の
外部クラツクの数を示すものである．なお、クラックが
発生している接着力増強のサンプルについては、内部の
断面を研磨し、顕微鏡検査をすることによってさらに１
、２個の内部クラツクが発見される．また、ワックスコ
ートおよびイオントラップ含有ワックスコートについて
は断面研磨を行っても内部クラックは発見されなかった
．次に、熱サイクルに対する性能を調べた．このための
テストエレメントグループはＩＮＩＩＩ口の半専体チッ
プを１００ビンのＱＦＰパッケージとしたものである．
アルミニウム配線の開路により、チップクラックを調べ
た． 接着力増強 ０／１５ ワックスコート ０／１５ イオントラップ 含有ワックスコート０／１５ ３／１５ １／１２ 表２の結果に見られるように、接着力を増強した半専体
チップは２００回までののヒートサイクルによってはチ
ッフ゜クラックが発生していない力５００回で１５中３
個、１０００回ではさらに男のうち１個にチップクラッ
クが発生している．ワックスコートおよびイオントラッ
プ含有ワックスコートのサンプルについてはチッグクラ
ックは列生じなかった． 次に、アルミニウム配線層の腐蝕をテストするためのテ
ストエレメントグループを作威し、２８ピンのＳＯＰパ
ッケージに実装し、加速湿度試験を行った．加速湿度試
験は１２１℃で１ｏｏ％の相対湿度の下に半導体装置を
保管することによって行った． 接着力増強 ０／３０ ワックスコート １／３０ イオントラップ含有 ワックスコート ０／３０ １９／２９ ３／３０ ３／１０ ５／２７ ２／７ １／３０ ３／２２ ２／５ ２／２９ ワックスコートを行ったテストエレメントグループにお
いては、５０時間の湿度試験で３０個中１個に腐蝕によ
るアルミニウム配線の断線が発生し、１００時間で残り
２９個中の半分以上に当たる１９個が腐蝕され、さらに
２００時間では残り１０個中３個、５００１Ｉ１’ｍで
は残り７個中２個、１ ０００時間では残り５ｍ中２個
に腐蝕が発生した．すなわち、単にワックスをコートし
たものは、１０００時間で約９割が腐蝕を受け、非常に
腐蝕を受けやすいということが分る．接着カ増強のサン
プルについては、２００時間から腐蝕が発生し始め、１
０００時間で約１／３強がＮ蝕を受けた．これに対し
て実總例によるイオントラッグ含有ワックスコートのサ
ンプルは５００時間で腐蝕が発生し始めたが、１０００
時間でも約１割が腐蝕したにすぎない． なお、上述のテストにおいて、イオントラッグとしては
チタン酸化物を用いた． 以上のテストがち明らがなように、イオントラップない
しはインヒビタを含有させたワックス等のコート剤をモ
ールド樹脂とインサートとの間に介在させることによっ
て、モールド樹脂および半導体チップのクラックを防止
し、アルミニウム配線層を腐蝕から防止することができ
る．以上実施例に沿って説明したが、本発明はこれらに
制限されるものではない．たとえば、種々の変更、改良
、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう． ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、半導体チップに
及ぼす応力を低減すると共に、アルミニウム配線層に対
する影響を低減することができる．
の製造方法に関し、 半導体装置内において、応力の発生による故障を防止す
ると共に水分や不純物による障害も防止することのでき
る半導体装置を提供することを目的とし、 樹脂モールドの半導体装置であって、モールド樹脂とイ
ンサートとの界面にアルミニウム表面に不動態層を作る
機能を有するインヒビタないし加水分解性イオンを化学
的にトラップする機能を有するイオントラップを含有し
、離型作用を有するコート剤の層を有するように構成す
る．［産業上の利用分野］ 本発明は半導体装置とその製造方法に関し、特に半導体
チップを樹脂でモールドした半導体装置およびその製造
方法に関する． 最近、表面実装型やチップサイズの大きな樹脂モールド
半導体装置の使用が増加している．これらにおいては、
処理温度の上昇やモールド樹脂層と半導体チップ間の応
力増大等の新たな課題が生じている． ［従来の技術］ 集積回路を形成した半導体チップは、銅やＮｉ−Ｆｅ合
金である４２７ロイ等で形成されたリードフレームのダ
イパッド上に搭載される，半導体チップとリードフレー
ムとのワイヤボンディング後、半導体チップ、リードフ
レームのダイバッド等を含む梢遺体はエボキシ等のモー
ルド樹脂中に封止される．これらモールド樹脂中に封止
されるものをインサートと呼ぶ． モールド樹脂は８１等の半導体と大きく異なる熱膨張係
数を有し、吸湿性を有する．また、インサートのリード
フレームの金属と半導体チップないしその上の絶縁膜と
はモールド樹脂に対して大きく異なる接着力を有する．
このため、特に加熱工程等において、熱応力による樹脂
クラックやチップクラックが発生する．また、ダイスボ
ンド層の破壊が生じることもある． まず、ハンダ実装時の熟ストレスの場合を例にとってよ
り詳細に説明する． 第２図（Ａ）〜（Ｄ）を参照して従来の技術による実装
時のクラック発生を説明する．第２図（Ａ）はエボキシ
樹脂にモールドした半導体集積回路装置を示す．リード
フレームのグイパッド５１の上に半導体チップ５２がダ
イス付けされており、半導体チップ５２上のボンディン
グパッドとリードフレームのリード５７とがボンディン
グワイヤ５８によって接続されている．半導体チップ５
２、グイパッド５１、ボンディングワイヤ５８を含む楕
造体はエボキシ系モールド樹脂５６にモールドされてい
る．モールド樹脂５６は吸湿性があるので、表面から水
分を吸収する．モールド樹脂５６に吸収された水分は、
グイパッド裏面５９に到達する．モールド樹脂５６は、
半導体チップ５２に対しては強い接着力を示すが、グイ
パッド５１に対しては弱い接着力しか示さないので、ダ
イパッド裏面に水分が溜まりやすい．第２図（Ｂ）は、
ハンダ実装のプロセスにおいて、ＩＣパッケージないし
はリードが、たとえば約２６０℃のハンダ液に約３０秒
間浸漬され高温になる初期状態を示す．ダイパッド５１
裏面に集まった水分が蒸発し、気泡６０を作る．温度の
上昇と共にモールド樹脂の接着力は低下し、気泡６０は
圧力を上昇させ、体積を増加させる．このように膨脹し
た水蒸気６０は、常温でも接着力が弱いダイパッド裏面
とモールド樹脂５６との間を剥離させる． ｍ服する力が強ければ、剥離はさらに進んで、第２図（
Ｃ）に示すように、ダイパッド５１裏面の全面でモール
ド樹脂５６は剥離する．このような状態になった時に、
モールド樹脂５６において最も応力が強く働くのは、グ
イパッド５１の端部においてである． モールド樹脂５６が応力に耐えきれなくなると、第２図
（Ｄ）に示すように、ダイバッド５１端部よりクラック
６２が発生する．クラックがモールド樹脂５６の表面ま
で達すると、クラックを介して圧力のかかった水蒸気６
１は外部に逃げるので、モールド樹脂５６は元の形態に
戻る．但し、クラックは修復しないので、クラック６２
に沿って水分の侵入する経路が残る． 上述のモールド樹脂のクラックの発生は、ダイパッド裏
面に集まった水分が蒸発することに起因する．そして、
ダイパッド裏面に水分が集まることの理由は、グイパッ
ド５１とモールド樹脂５６との接着力が弱いことによる
．従って、ダイバッド５１とモールド樹脂５６との間の
接着力を強化すれば、上述の水分の蒸発によるモールド
樹脂のクラックは防止することができる． モールド樹脂とダイバッド等との間の接着力を増大する
方法は、たとえば、ワイヤボンディング後の構造体の全
面に窒化シリコンをコートすること等によって実施でき
る． 第３図は、このような考えに基づき、ワイヤボンディン
グ後半導体チップおよびダイパッド、ボンディングワイ
ヤ等の表面に窒化シリコン膜をコートした場合を説明す
るための図である．リードフレームのグイパッド５１の
上に半導体チップ５２をダイス付け材料５３によってダ
イス付けし、リードフレームのリード５７と半導体チッ
プ５２の間をボンディングワイヤ５８でワイヤボンディ
ングし、これらの要素を含む構造体の表面を窒化シリコ
ン膜６２で被覆し、その後モールド樹脂５６で封止した
半導体装置である．窒化シリコン膜５８の存在によって
、ダイパッド５１とモールド樹脂５６との間の接着力は
強化され、グイパッド裏面における剥離は防止される． しかしながら、半導体チッグ５２とモールド樹脂５６と
の間の熱膨張係数の差は解消していない．半導体チップ
５２が大きなものになると、この熱膨張係数の差による
応力も大きなものになる．すなわち、図に示すようにモ
ールド樹脂５６内に働く応力６３と半導体チップ５２内
に働く応カ６５とが相対的に大きく異なるものであると
、両者の間に強い応力が働き、やがて半導体チップ５２
内にクラック６７を発生させてしまう．クラック６７は
場合によっては半導体チッグ５２をダイパッド５１に接
着するダイス付け材料の層５３に及ぶ．このような、応
力による半導体チッグないしはダイス付け材料層のクラ
ックは、モールド樹脂５６に対する接着力を強化するこ
とでは防止することができない． また、例えクラックが発生しなくても、モールド樹脂と
半導体チップとの熱膨張係数の差により、加熱工程にお
いて半導体チップに応力が働く．この応力は機械的なク
ラックを発生させなくてもＩＣの電気的特性に影響を及
ぼす．また、ハンダ実装の温度程高くはないが、トラン
スファモールドの工程においても、半導体チップは約１
７０’Ｃの加熱工程を経験する．この段階においても、
半導体チップ５２と周囲の物質との熱膨張係数の差によ
り、半導体チップは応力を受けて反ったりしてしまう． 半導体チップ等のインサート（モールド樹脂中に封止さ
れるもの）とモールド樹脂との間の接着力を強化するこ
とでは、材質の差による熱膨張係数の差に基づく応力の
発生を避けることはできない． 第４図は、上述の接着力の強化とは逆の考えに基づくワ
ックス層による被覆を示す．半導体チップ５２をダイパ
ッド５１にダイス付け層５３で接着し、リードフレーム
のリード５７との間をボンディングワイヤ５８によって
接続した後、これらを含む桐遺体の表面をワックス層６
９によって被覆する．その後、この梢造体をモールド樹
脂５６によって封止する． このような半樺体装置の使用ないしは実装に当たって、
半専体装置の温度が上昇すると、ワックス層６９は溶融
して液体状に変化する．すると、モールド樹脂５６と半
導体チッグ５２ないしはグイバッド５１との間には液体
状態の層が介在することになる．熱膨張係数の差によっ
て、モールド樹脂５６と半導体チップ５２とが異なる熱
膨張を示しても、これらの間に存在する液体層６９によ
って変形の差は吸収され、半導体チッグ５２ないしはモ
ールド樹脂５６に応力はほとんど働かない．従って、モ
ールド樹脂５６内のインサート５１、５２、５８はほと
んどストレスフリーの状態になるので、応力に基づく問
題は解決する．しかしながら、半導体装置の温度が上昇
してワックス層６９が溶融すると、インサートとモール
ド樹脂５６との間に隙間が発生する．この隙間を介して
外部から水分が侵入する．また、ワックス層６９が溶融
すると、ワックス内に混入している不純物が侵入した水
分に溶け出す．これらの水分ないしは溶け出した不純物
が半導体チップ５２に到達すると、アルミニウム配線層
の腐蝕等を起こし、半専体装置を動作不能にすることに
なる．［発明が解決しようとする課題］ 以上説明したように、従来の技術によれば、モ一ルド樹
脂と半導体チッ１等の間の接着力を増大させると、樹脂
クラック防止にある程度の効果はあるものの、応力の発
生自体は防止できず、チップ増大等によってチップの割
れやダイス付け層の割れを発生させる．また、半導体チ
ップとモールド樹脂との間にワックス層等を介在させる
と、応力の問題は解決できるが、ワックスが溶融した時
に外部から侵入する水分やワックスがち溶け出す不純物
によって半導体装置が損傷を受けることが避け難い， 本発明の目的は、半導体装置内において、応力の発生に
よる故障を防止すると共に水分や不純物による障害も防
止することのできる半導体装置を提供することである． 本発明の他の目的は、上述のような半導体装置を製造す
ることのできる方法を提供することである． ［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、モールド樹脂とインサートと？間に離
型作用を有するコート剤の層を設ける．さらに、このコ
ート剤にアルミニウム表面に不動態層を作る機能を有す
るインヒビタないし加水分解性イオンを化学的にトラッ
プする機能を有するイオントラップを含有させる．ここ
で、不動態層とは、アルミニウムに対してはＡ１■（Ｏ
Ｈ） ３、ＡＩ。０３・ｎＨ２０等の不活性（不動態）
な物質の層をいう． ［作用］ モールド樹脂とインサートとの間に離型作用を有するコ
ート剤の層を設けることによって、半導体装置が温度上
昇した時には、モールド樹脂とインサートとの間に実質
的な間隙が形成されるので、モールド樹脂とインサート
の間に応力が発生することが防止される．また、このコ
ート剤にはイ′ンヒビタないしイオントラップが含有し
ているので、半樺体チ・ｙグ上のアルミニウム配線は積
極的に不動態層を形成して保護されるか、コート剤中の
不純物がイオントラップにトラップされ水分中に溶け出
さない．従って、例え外部から水分が侵入しても、この
水分が半導体装置にＩＩＪ傷を与えることが防止される
． ［実施例］ 本発明の実施例を第１図に示す．第１図に示す半導体装
置は、半導体チップ２がダイバツド１にダイス付け材料
３によって接着されている．半導体チッグ２上のボンデ
イングパッドはリードフレームのリード７にボンディン
グワイヤ８によって接続されている．ワイヤボンデイン
グした後の横遺体を離型作用を有するコート剤５が覆っ
ている．このコート剤にはインヒビタないしイオントラ
ップが含まれている．このような梢遣体をモールド樹脂
６が封止している． 半導体チヅグ２は、たとえばロジック回路やメモリ回路
を形威したシリコンチップであり、その表面は酸化膜や
窒化膜等の絶縁膜によって被覆されている．リードフレ
ームは銅や４２アロイ等によって形戒されている．ダイ
ス付け材料３は銀エ？キシ等の有機系材料である．コー
ト剤５は、離型作用の他、好ましくは虎水性を有するも
のである．より好ましくは低融点ないし負の熱膨張係数
を有する．低融点であれば加熱によって容易に液体とな
って変形自在となる．また、負の熱膨８１係数を有すれ
ば加熱によって縮小し、隙間を発生させる．このような
コート剤５は、たとえばステアリン酸エステル系のワッ
クス剤を主成分とするものである．また、コート剤５に
含まれるインヒビタは、アルミニウム表面にＡＩ２ （
ＯＨ） ３、＾１■０３・ｎＨ２０等の不動態層を作る
機能を有する．燐酸亜鉛、燐酸錫、硼酸ビスマス等の材
料である．また、コート剤５等に含まれるイオントラッ
プは、加水分解性イオンをトラップすることのできるチ
タン酸化物、ジルコニューム酸化物等である．ここで、
主として対象となる不純物は、ナトリウムイオン、塩素
イオン、臭素イオン等である．ワックス剤等を主成分と
するコート剤５は常温では固体状であり、碗水姓を有す
る．従って、外部より水分は侵入することができない．
しかし、高温になるとコート剤は溶融し、半導体チップ
等のインサートとモールド樹脂との間に隙間が発生する
．この隙間を介して外部より水が侵入する．水が侵入し
ても、ワックス内等の不純物が溶け出さなければ半導体
２上のアルミニウム配線は腐蝕されない．従って、アル
ミニウム配線の断線等により半導体装置が動作不能にな
ることが防止される．半導体チップがリードフレームと
ワイヤボンディングされる場合で説明したが、半導体チ
ップがテーグ状の配線層とボンディングされるＴＡＢ等
に適用することもできる． 電気的接続を行った半導体チップ構造体の表面にワック
ス等のコート剤を被覆する方法の例を第５図に示す． 第５図において、ワックス槽２１の内にはワックス２３
が装填される．ワックス槽２ｌは、電源２８にスイッチ
２９を介して接続されたしータ２７によって加熱される
．ワックス２３が加熱されて溶融された状態に保ち、電
気的接続を行った半導体チップ構造体２５、２６をワッ
クス液中に浸漬する．ボンディングワイヤ等の構造が１
部ワックス液上に出ていても、表面張力によってワック
ス液２３が這い上がり、半導体チッグ構遺体の全表面が
ワックス液によって被覆される．浸漬後、半導体構造体
を引き上げ、温度降下させることによって、半導体チプ
プ構造体表面にワックス層が形成される．このようにし
て、ワックス等のコート剤の層を被覆した半導体チップ
構造体をトランスファモールドによって樹脂中にモール
ドすることにより、第１図に示すような半導体装置を得
ることができる．なお、コート剤を被覆できる方法であ
れば他の方法を用いることもできる．上述の実施例によ
る半導体装置の性能を検査するために、以下に示すよう
なテストを行った．なお参考のために、インサート表面
とモールド樹脂との間の接着力増強を行ったものと、表
面に単にワックスを被覆したものとを同時に作成し、比
較テストを行った．また、一部、何の対策も施さないも
のを作成し、テストした． まず、ハンダ実装に対する性能を調べるためのテストエ
レメントグループを作成した．半導体チップは１２ｎ＋
１口の大きさを有し、４辺から１６０本のピンが突出す
るＱＦＰパッケージに実装した．半導体装置を８５℃、
８５％湿度の状態に約７２時間放置し、約１年間に相当
する吸湿を行わせた後、半導体装置を約２６０℃のハン
ダ液中に約２０秒間ディップした結果のクラツク発土を
以下の表１に示す． 表１ ＋ハンダーイツプによるクラ・冫ク対策な
し ほとんどクラ・ソク接着力増強
２／２０ ワックスコート ０／２０ イオントラップ 含有ワックスコート Ｏ／２ ０ 上に示した数字は外部から目視で調べたモールド樹脂の
外部クラツクの数を示すものである．なお、クラックが
発生している接着力増強のサンプルについては、内部の
断面を研磨し、顕微鏡検査をすることによってさらに１
、２個の内部クラツクが発見される．また、ワックスコ
ートおよびイオントラップ含有ワックスコートについて
は断面研磨を行っても内部クラックは発見されなかった
．次に、熱サイクルに対する性能を調べた．このための
テストエレメントグループはＩＮＩＩＩ口の半専体チッ
プを１００ビンのＱＦＰパッケージとしたものである．
アルミニウム配線の開路により、チップクラックを調べ
た． 接着力増強 ０／１５ ワックスコート ０／１５ イオントラップ 含有ワックスコート０／１５ ３／１５ １／１２ 表２の結果に見られるように、接着力を増強した半専体
チップは２００回までののヒートサイクルによってはチ
ッフ゜クラックが発生していない力５００回で１５中３
個、１０００回ではさらに男のうち１個にチップクラッ
クが発生している．ワックスコートおよびイオントラッ
プ含有ワックスコートのサンプルについてはチッグクラ
ックは列生じなかった． 次に、アルミニウム配線層の腐蝕をテストするためのテ
ストエレメントグループを作威し、２８ピンのＳＯＰパ
ッケージに実装し、加速湿度試験を行った．加速湿度試
験は１２１℃で１ｏｏ％の相対湿度の下に半導体装置を
保管することによって行った． 接着力増強 ０／３０ ワックスコート １／３０ イオントラップ含有 ワックスコート ０／３０ １９／２９ ３／３０ ３／１０ ５／２７ ２／７ １／３０ ３／２２ ２／５ ２／２９ ワックスコートを行ったテストエレメントグループにお
いては、５０時間の湿度試験で３０個中１個に腐蝕によ
るアルミニウム配線の断線が発生し、１００時間で残り
２９個中の半分以上に当たる１９個が腐蝕され、さらに
２００時間では残り１０個中３個、５００１Ｉ１’ｍで
は残り７個中２個、１ ０００時間では残り５ｍ中２個
に腐蝕が発生した．すなわち、単にワックスをコートし
たものは、１０００時間で約９割が腐蝕を受け、非常に
腐蝕を受けやすいということが分る．接着カ増強のサン
プルについては、２００時間から腐蝕が発生し始め、１
０００時間で約１／３強がＮ蝕を受けた．これに対し
て実總例によるイオントラッグ含有ワックスコートのサ
ンプルは５００時間で腐蝕が発生し始めたが、１０００
時間でも約１割が腐蝕したにすぎない． なお、上述のテストにおいて、イオントラッグとしては
チタン酸化物を用いた． 以上のテストがち明らがなように、イオントラップない
しはインヒビタを含有させたワックス等のコート剤をモ
ールド樹脂とインサートとの間に介在させることによっ
て、モールド樹脂および半導体チップのクラックを防止
し、アルミニウム配線層を腐蝕から防止することができ
る．以上実施例に沿って説明したが、本発明はこれらに
制限されるものではない．たとえば、種々の変更、改良
、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう． ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、半導体チップに
及ぼす応力を低減すると共に、アルミニウム配線層に対
する影響を低減することができる．
第１図は本発明の実施例による半導体装置を示す断面図
、 第２図（Ａ）〜（Ｄ）は従来の技術によるハンダ実装ス
トレスによるパッケージクラックを示す断面図、 第３図はインサート表面に接着力を増強する窒化膜を設
けた参考技術を説明するための断面図、第４図はモール
ド樹脂とインサートとの間にワックス層を設けた参考技
術を説明するための断面図、 第５図は本発明の実腫例によりワックス槽へ半導体チッ
プ構造体を浸漬し、ワックス層を被覆する工程を示す概
略断面図である． ６ ダイパッド 半導体チップ ダイス付け材料 インヒビタないしイオントラッ プを含むコート剤 モールド樹脂
、 第２図（Ａ）〜（Ｄ）は従来の技術によるハンダ実装ス
トレスによるパッケージクラックを示す断面図、 第３図はインサート表面に接着力を増強する窒化膜を設
けた参考技術を説明するための断面図、第４図はモール
ド樹脂とインサートとの間にワックス層を設けた参考技
術を説明するための断面図、 第５図は本発明の実腫例によりワックス槽へ半導体チッ
プ構造体を浸漬し、ワックス層を被覆する工程を示す概
略断面図である． ６ ダイパッド 半導体チップ ダイス付け材料 インヒビタないしイオントラッ プを含むコート剤 モールド樹脂
Claims (2)
- （１）、樹脂モールドの半導体装置であって、モールド
樹脂（６）と該モールド樹脂によって封止されるインサ
ート（１、２、３）との界面に、アルミニウム表面に不
動態層を作る機能を有するインヒビタないし加水分解性
イオンを化学的にトラップする機能を有するイオントラ
ップを含有し、離型作用を有するコート剤の層（５）を
有することを特徴とする半導体装置。 - （２）、電子回路を形成した半導体チップを他の回路部
材に電気的に接続する工程と、 該半導体チップと該回路部材を含む構造体をアルミニウ
ム表面に不動態層を作る機能を有するインヒビタないし
加水分解性イオンを化学的にトラップする機能を有する
イオントラップを含有し、離型作用を有するコート剤を
溶融した浴槽に浸漬する工程と、 該コート剤で被覆された該構造体を樹脂中にモールドす
る工程と を有する半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1310310A JPH03171655A (ja) | 1989-11-29 | 1989-11-29 | 半導体装置とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1310310A JPH03171655A (ja) | 1989-11-29 | 1989-11-29 | 半導体装置とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03171655A true JPH03171655A (ja) | 1991-07-25 |
Family
ID=18003686
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1310310A Pending JPH03171655A (ja) | 1989-11-29 | 1989-11-29 | 半導体装置とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03171655A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5302849A (en) * | 1993-03-01 | 1994-04-12 | Motorola, Inc. | Plastic and grid array semiconductor device and method for making the same |
| US5448106A (en) * | 1991-08-20 | 1995-09-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Thin semiconductor integrated circuit device assembly |
| US5622898A (en) * | 1992-12-10 | 1997-04-22 | International Business Machines Corporation | Process of making an integrated circuit chip composite including parylene coated wire |
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| US6573124B1 (en) * | 1999-05-03 | 2003-06-03 | Hughes Electronics Corp. | Preparation of passivated chip-on-board electronic devices |
| US6909166B2 (en) * | 2001-09-21 | 2005-06-21 | Stmicroelectronics S.R.L. | Leads of a no-lead type package of a semiconductor device |
| JP2008053715A (ja) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Corning Inc | デバイスへの酸素および水分の浸透を防ぐ方法、およびその方法により製造されたデバイス |
-
1989
- 1989-11-29 JP JP1310310A patent/JPH03171655A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP4497482B2 (ja) * | 2006-08-24 | 2010-07-07 | コーニング インコーポレイテッド | デバイスへの酸素および水分の浸透を防ぐ方法 |
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