JPH03225945A

JPH03225945A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH03225945A
Application number: JP2154290A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Nakazawa; 仲澤　勉; Keiji Ichikawa; 市川　啓司; Junichi Ono; 淳一大野; Yuko Yaegashi; 八重樫　祐子
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Microelectronics Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Device Solutions Corp
Priority date: 1990-01-31
Filing date: 1990-01-31
Publication date: 1991-10-04

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は半導体装置に関するもので、特に半導体チップ
の樹脂封止に使用されるものである。

（従来の技術）一般に、ＩＣ５ＬＳＩ等の半導体素子は、塵埃・水分・
放射線等の外界雰囲気からの保護、電気的絶縁、実装時
の取扱いを容易にする等の目的により、封止又は封入さ
れる。なお、樹脂封止については、いくつかの方法が知
られているが、これらはいずれも１回で封止されている
。

第８図はワイヤボンディング及びトランスファ成形法に
より形成した半導体装置の断面図を示している。また、
第９図はＴＡＢリード及びトランスファ成形法により形
成した半導体装置の断面図を示している。ここで、ｌは
半導体チップ、２はボンディングワイヤ、　３はリード
フレーム、４はリードフレームのべッド部、　５は樹脂
層、６はバンプ、　７はＴＡＢリードである。

また、樹脂封止方法としては、以下のものが一般に知ら
れている。

第１０図は、トランスファ成形法を示すものである。な
お、１１は予熱樹脂、１２は加熱金型、１３は素子であ
る。この方法は、粉末材料をタブレットにし、樹脂１１
を予熱した後、素子１３をセットした金型１２で封止成
形するというものである。この場合、適用樹脂としては
、エポキシ、シリコン、ポリエステル等が用いられる。

また、大量生産に向いており品質が安定するという特徴
がある。

第１１図は、注型法のうちキャスティングを示すもので
ある。なお、１３は素子、１４は液状樹脂である。この
方法は、型わくの中に素子１３をセットし、液状樹脂１
４を注入した後、加熱硬化させるというものである。こ
の場合、適用樹脂としては、エポキシ、シリコン等が用
いられる。また、設備費が安く多種少量生産に向くとい
う特徴がある。

第１２図は、注型法のうちポツティングを示すものであ
る。なお、１３は素子、１４は液状樹脂、１５は樹脂ケ
ースである。この方法は、樹脂ケース１５に素子１３を
セットし、液状樹脂１４を注入した後、加熱硬化させる
というものである。この場合、適用樹脂としては、エポ
キシ、シリコン等が用いられる。また、設備費が安く多
種少量生産に向くという特徴がある。

第１３図は、浸漬法を示すものである。なお、１３は素
子、１Ｂは樹脂液、１７は容器である。この方法は、素
子１３を樹脂液ＩＢに浸漬し、素子１３表面に樹脂を付
着させた後、加熱硬化させるというものである。この場
合、適用樹脂としては、エポキシ、フェノール等が用い
られる。また、設備が簡単で安いという特徴がある。

第１４図は、滴下法を示すものである。なお、１３は素
子、１４は液状樹脂、１８はプリント基板である。この
方法は、素子１３に液状樹脂１４を滴下し、加熱硬化さ
せるというものである。この場合、適用樹脂としては、
エポキシ、シリコン等が用いられる。また、多品種少量
生産に適しているという特徴がある。

第１５図は、流動浸漬法を示すものである。

なお、１９は予熱素子、２０は多孔板、２１は粉体流動
層である。この方法は、粉体流動層２１中で予熱素子１
９に樹脂を滴下し、加熱硬化させるというものである。

この場合、適用樹脂としては、エポキシ等が用いられる
。また、無溶剤で作業が容易であるという特徴がある。

しかしながら、近年、ＩＣ５ＬＳＩ等の半導体素子のチ
ップサイズの大型化、ワイヤボンディング化からＴ　Ａ
　Ｂ　（Ｔ　ａｐｅ　　Ａ　ｕｔｏｍａｔｅｄＢ　ｏｎ
ｄｉｎｇ）化への変更等が盛んに行われている。

このため、上述の樹脂封止方法により形成される樹脂層
では、高温（２００℃以上）実装時に封止用樹脂及び半
導体素子のクラックや、耐熱ストレス及び耐湿性の劣化
等の問題が生じている。

具体的には、例えば第８図において、リードフレームの
べッド部４と樹脂層５との密着性に難がある場合には、
その界面に水分が溜まる。このため、高温実装時にその
水分が蒸発し、そのときの圧力によって半導体チップ１
及び樹脂層５にクラックが発生する。なお、これについ
ては、例えばＩ　、　　Ｆ　ｕｋｕｚａｗａ　　ｅｔ　
　ａｌ、　　ｒ　Ｍ　ＭＯＩＳＴＬＩＲＥＲＥＳＩＳＴ
ＡＮＣＥ　　ＤＥＧＲＡＤＡＴＩＯＮ　　ＯＦ　　ＰＬ
ＡＳＴＩＣＬＳＩ８ＢＹ　　ＲＥＰＬＯＷ　　５ＯＬＤ
ＥＲＩＮＧ　Ｊ　、ＪＥＥＥ／ＩＲＰｓ　　ＶＯＬ　。

９７８５　　Ｐ、１９２　　（１９８５）に詳しく記載
されている。

ところで、これらの対策としては、樹脂層５に、半導体
チップ１及びリードフレーム３．４との高密着性に優れ
ていること、吸湿量及び透湿量が少なく、かつ、水分を
排出しやすいこと、高純度で化学的に不活性であること
、耐熱性に優れていること、熱導電率が高いこと、熱膨
張係数が小さいこと、難燃性に優れていること、並びに
成形性に優れており、かつ、成形サイクルが短いこと等
が要求されるが、上述の封止用樹脂により形成される樹
脂層では、これら全ての要求を満足させることか不可能
である。

（発明が解決しようとする課題）このように、従来では、半導体チップを封止する樹脂層
に様々な要求がなされていたが、これらの要求を全て満
足させるような封止用樹脂は見当たらず、結果として半
導体製品の信頼性の低下を招くという欠点があった。

そこで、本発明は、樹脂層に課される様々な要求を実質
的に全て満足させるような効果が得られ、これにより半
導体装置の高温下での実装に対し、高信頼性を得ること
が可能な半導体装置を提供することを目的、とする。

［発明の構成コ（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために、本発明の半導体装置は、第
１の樹脂により前記半導体チップを覆って形成される第
１の樹脂層と、前記第１の樹脂の特性と異なる特性を有
する第２の樹脂により前記第１の樹脂層を覆って形成さ
れる第２の樹脂層とを有している。

また、べッド部を有するリードフレームと、前記べッド
部上に配置される半導体チップと、第１の樹脂により前
記半導体チップを覆って形成される第１の樹脂層と、前
記べッド部直下の前記第１の樹脂層に設けられる球面状
の凹部と、前記第１の樹脂の特性と異なる特性を有する
第２の樹脂により前記第１の樹脂層を覆って形成される
第２の樹脂層とを有している。

さらに、前記第１の樹脂は、半導体チップ及びリードフ
レームに対して高密着性であること、並びに熱膨張係数
が小さいことを特性とし、かつ、前記第２の樹脂は、吸
湿量及び透湿量が少ないことを特性とする。

（作用）このような構成によれば、半導体チップは、第１及び第
２の樹脂層により封止されている。このため、第１及び
第２の樹脂の組成を適当に変えることにより、所望の特
性、即ち望まれる全ての特性を満足させる樹脂封止を行
うことができる。

また、半導体チップを直接覆って形成される第１の樹脂
層には、リードフレームのべッド部の直下に球面状の凹
部が設けられている。このため、高温実装時における応
力、ストレス等を緩和することができ、半導体チップ及
び樹脂層のクラックの発生を防止することができる。

（実施例）以下、図面を参照しながら本発明の一実施例について詳
細に説明する。なお、この説明において、全図にわたり
共通部分には共通の参照符号を用いることで重複説明を
避けることにする。

第１図は本発明の第１の実施例に係わる半導体装置の断
面図を示すものである。ここで、３１は半導体チップ、
３２はボンディングワイヤ、３３はリドフレーム、３４
はリードフレームのべッド部、３５ａは第１の樹脂層、
３５ｂは第２の樹脂層である。

半導体チップ３１は、第１の樹脂層３５ａ及び第２の樹
脂層３５ｂにより封止されている。第１の樹脂層３５ａ
は、半導体チップ３１を直接覆って形成されている。ま
た、第２の樹脂層３５ｂは、第１の樹脂層３５ａを覆っ
て形成されている。ここで、第１の樹脂層３５ａは、半
導体チップ３１及びリードフレム３３に対して高密着性
であること、並びに熱膨張係数が小さいことを特性とす
る第１の樹脂により構成される。また、第２の樹脂層８
５ｂは、吸湿量及び透湿量が少ないことを特性とする第
２の樹脂により構成される。

なお、上記第１の実施例に係わる半導体装置は次に示す
ような方法により形成することができる。まず、半導体
チップ３１及びリードフレーム３３に対して高密着性が
得られ、かつ、熱膨張係数が小さくなるような第１の樹
脂を用いて、前記第１０図に示すトランスファ成形法に
より半導体チップ３１を封止し、第１の樹脂層３５ａを
形成する。

この後、吸湿量及び透湿量が少なくなるような第２の樹
脂を用いて、前記トランスファ成形法により再度半導体
チップ３１を封止し、第２の樹脂層３５ｂを形成する。

このような構成によれば、半導体チップ３１は第１及び
第２の樹脂層３５ａ、　　３５ｂにより封止されている
。このため、第１及び第２の樹脂の組成、］　０即ち特性を適当に変えることにより、所望の特性、即ち
望まれる全ての特性を満足させることができる。これに
より、半導体装置の高温下での実装に対し、高信頼性を
得ることが可能になる。

なお、半導体チップ３１は、２層以上の樹脂層により封
止されてもよい。

第２図は本発明の第２の実施例に係わる半導体装置の断
面図を示すものである。ここで、３１は半導体チップ、
３３はリードフレーム、３５ａは第１の樹脂層、８５ｂ
は第２の樹脂層、３Ｂはバンプ、３７はＴＡＢリードで
ある。

半導体チップ３１は、第１の樹脂層３５ａ及び第２の樹
脂層３５ｂにより封止されている。第１の樹脂層３５ａ
は、半導体チップ１１を直接覆って形成されている。ま
た、第２の樹脂層３５ｂは、第１の樹脂層３５ａを覆っ
て形成されている。ここで、第１の樹脂層３５ａは、半
導体チップ３１及びＴＡＢリード３７に対して高密着性
であること、並びにその熱膨張係数が半導体チップ３１
、バンプ３６及びＴＡＢリード３７の熱膨張係数の中間
の値であることを特１性とするような第１の樹脂により構成される。また、第
２の樹脂層３５ｂは、吸湿量及び透湿量が少ないことを
特性とするような第２の樹脂により構成される。

なお、上記第２の実施例に係わる半導体装置は次に示す
ような方法により形成することができる。まず、所定の
組成を有する第１の樹脂を用いて、前記第１０図に示す
トランスファ成形法により半導体チップ３１を封止し、
第１の樹脂層３５ａを形成する。この後、所定の組成を
有する第２の樹脂を用いて、前記トランスファ成形法に
より再度半導体チップ３１を封止し、第２の樹脂層３５
ｂを形成する。

このような構成によれば、半導体チップ３１は、第１及
び第２の樹脂層３５ａ及び３５ｂにより封止されている
。このため、前記第１の実施例と同様の効果を得ること
ができる。

第３図は本発明の第３の実施例に係わる半導体装置の断
面図を示すものである。ここで、３１は半導体チップ、
３３はリードフレーム、３５ａは第　２１の樹脂層、８５ｂは第２の樹脂層、３Ｂはバンプ、３
７はＴＡＢリードである。

半導体チップ３１は、第１の樹脂層３５ａ及び第２の樹
脂層３５ｂにより封止されている。第１の樹脂層３５ａ
は、半導体チップ３１を直接覆って形成されている。ま
た、第２の樹脂層３５ｂは、第１の樹脂層３５ａを覆っ
て形成されている。ここで、第１の樹脂層３５ａは、Ｔ
ＡＢ構造を保持するために形成される。また、第２の樹
脂層３５ｂは、実装時の取扱いを容易にするために形成
される。

なお、上記第３の実施例に係わる半導体装置は次に示す
ような方法により形成することができる。まず、ＴＡＢ
構造を保持するため、前記第１４図に示す滴下法により
半導体チップ３１を封止し、第１の樹脂層３５ａを形成
する。この後、実装時の取扱いを容易にするため、前記
第１０図に示すトランスファ成形法により再度半導体チ
ップ３１を封止し、第２の樹脂層３５ｂを形成する。

このような構成によれば、半導体チップ３１は、第１及
び第２の樹脂層３５ａ及び３５ｂにより封止さ３れている。このため、第１及び第２の樹脂の組成を適当
に変えることにより、所望の特性、即ち望まれる全ての
特性を満足させ樹脂封止を行うことができる。これによ
り、半導体装置の高温下での実装に対し、高信頼性を得
ることが可能になる。

また、第１の樹脂層３５ａが滴下法により形成されるた
め、第１の樹脂は、半導体チップ３１及びＴＡＢリード
３７に対して高密着性であり、かつ、熱膨張係数が小さ
くなることを重視して選ぶことが容易となる。

第４図及び第５図は、本発明の第４の実施例に係わる半
導体装置＊≠ｎを示すものである。

ここで、第４図は前記第４の実施例に係わる半導体装置
の平面図、第５図は前記第４の実施例に係わる半導体装
置のＩ−Ｉ　−線に沿う断面図である。

また、３１は半導体チップ、３２はボンディングワイヤ
、３３はリードフレーム、３４はリードフレームのべッ
ド部、３５ａは第１の樹脂層、３５ｂは第２の樹脂層で
ある。

半導体チップ３１は、第１の樹脂層３５ａ及び第　４２の樹脂層３５ｂにより封止されている。第１の樹脂層
３５ａは、半導体チップ３１を直接覆って形成されてい
る。また、第１の樹脂層３５ａには、べッド３４の直下
に球面状の凹部３Ｂが設けられている。さら・に、第２
の樹脂層３５ｂは、第１の樹脂層３５ａを覆って形成さ
れており、第１の樹脂層３５ａの球面状の凹部３８を押
え付ける形となっている。ここで、第１の樹脂層３５ａ
は、半導体チップ３１及びリードフレーム３３に対して
高密着性であること、並びに熱膨張係数が小さいことを
特性とするような第１の樹脂により構成される。また、
第２の樹脂層３５ｂは、吸湿量及び透湿量が少ないこと
を特性とするような第２の樹脂により構成される。

なお、上記第４の実施例に係わる半導体装置は、前記第
１の実施例に係わる半導体装置と同様の製造方法により
形成することができる。

このような構成によれば、第１の樹脂層３５ａには、べ
ッド３４の直下に球面状の凹部３８が設けられている。

また、第２の樹脂層３５ｂが、第１の樹脂層３５ａの球
面状の四部３８を押え付けるようにし５て形成されている。このため、リードフレームのべッド
部８４と第１の樹脂層８５ａとの界面に吸収された水分
が、高温実装時に蒸発しても、第２の樹脂層３５ｂは、
第１の樹脂層８５ａが膨張するときの応力、ストレス等
をこの形状により抑えることができる。よって、半導体
チップ３１並びに第１及び第２の樹脂層８５ａ、　　３
５ｂにクラックが発生するのを防止することが可能にな
る。また、前記第１の実施例と同様の効果を得ることも
できる。

第６図は、前記第１及び第２の実施例に係わる半導体装
置についての耐熱性及び耐湿性テストの結果を示すもの
である。

即ち、耐熱性については、温度サイクル試験により、半
導体チップ及びリードフレームに対して高密着性である
こと、並びに熱膨張係数が小さいことを特性とするよう
な第１の樹脂のみを使用した半導体装置の場合（以下「
従来１」という。）には、電気的不良は発生しないこと
がわかった。

しかし、吸湿量及び透湿量が少ないことを特性とするよ
うな第２の樹脂のみを使用した半導体装置６の場合（以下「従来２」という。）には、多数の不良が
発生することがわかった。一方、耐湿性については、プ
レッシャークツカー試験により、従来２の場合には、良
好な結果が得られたが、従来１の場合には、多数の電気
的不良が発生することがわかった。

ところで、本発明については、耐熱性及び耐湿性試験と
もに電気的不良は発見されず、良好な結果が得られるこ
とがわかった。

第７図は、前記第４の実施例に係わる半導体装置につい
て、実装条件と樹脂クラック発生数との割合を示すもの
である。

即ち、一定の仮定した実装条件の下（温度２１５℃又は
２６０℃を６０秒間与えた）で、従来１及び従来２では
、樹脂クラックが発生する。

しかし、リードフレームのべッド部３４直下の第１の樹
脂層３５ａに球面状の凹部３８を設けた半導体装置（本
発明）は、クラックの発生する半導体装置が実質的にな
くなることがわかった。

　７［発明の効果］以上、説明したように、本発明の半導体装置によれば、
次のような効果を奏する。

半導体チップは、第１及び第２の樹脂からなる第１及び
第２の樹脂層により封止されている。

このため、第１及び第２の樹脂の組成を変えることによ
り、所望の特性、即ち望まれる全ての特性を満足させる
ことができる。

また、半導体チップを直接覆って形成される第１の樹脂
層には、リードフレームのべッド部の直下に球面状の凹
部が設けられている。このため、高温実装時における半
導体素子及び封止用樹脂のクラックの発生を防止するこ
とができる。

従って、封止用樹脂に課される様々な要求を実質的に全
て満足させるような効果が得られ、これにより半導体装
置の高温下での実装に対し、高信頼性を得ることが可能
な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図は本発明の第１の実施例に係わる半導　８体装置を示す断面図、第２図は本発明の第２の実施例に
係わる半導体装置を示す断面図、第３図は本発明の第３
の実施例に係わる半導体装置を示す断面図、第４図は本
発明の第４の実施例に係わる半導体装置を示す平面図、
第５図は前記第４の実施例に係わる半導体装置のＩ−１
＝線に沿う断面図、第６図は前記第１及び第２の実施例
に係わる半導体装置についての耐熱性及び耐湿性テスト
の結果を示す図、第７図は前記第４の実施例に係わる半
導体装置について、実装条件と樹脂クラック発生数との
割合を示す図、第８図及び第９図はそれぞれ従来の半導
体装置を示す断面図、第１０図乃至第１５図はそれぞれ
従来の樹脂封止方法を説明するための図である。３１・・・半導体チップ、３２・・・ボンディングワイ
ヤ、３３・・・リードフレーム、３４・・・リードフレ
ームのべッド部、３５ａ・・・第１の樹脂層、３５ｂ・
・・第２の樹脂層、３６・・・バンプ、３７・・・ＴＡ
Ｂリード、８８・・・球面状の凹部。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体チップを樹脂封止することにより形成され
る半導体装置において、第１の樹脂により前記半導体チ
ップを覆って形成される第１の樹脂層と、前記第１の樹
脂の特性と異なる特性を有する第２の樹脂により前記第
１の樹脂層を覆って形成される第２の樹脂層とを具備す
ることを特徴とする半導体装置。
（２）べッド部を有するリードフレームと、前記べッド
部上に配置される半導体チップと、第１の樹脂により前
記半導体チップを覆って形成される第１の樹脂層と、前
記べッド部直下の前記第１の樹脂層に設けられる球面状
の凹部と、前記第１の樹脂の特性と異なる特性を有する
第２の樹脂により前記第１の樹脂層を覆って形成される
第２の樹脂層とを具備することを特徴とする半導体装置
。
（３）前記第１の樹脂は、半導体チップ及びリードフレ
ームに対して高密着性であること、並びに熱膨張係数が
小さいことを特性とし、かつ、前記第２の樹脂は、吸湿
量及び透湿量が少ないことを特性とすることを特徴とす
る請求項１又は２記載の半導体装置。