JPH03228358A - 樹脂封止型半導体装置 - 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〕 本発明は樹脂封止型半導体装置に係り、特に、限られた
外形寸法のもとて可能な限り大型の半導体素子を搭載す
ることができ、さらに、リフローはんだ付は時の加熱に
より生じる樹脂クラックの防止に好適な樹脂封止型半導
体装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、樹脂封止型半導体装置は、第１０図にその断面を
示すように、半導体素子１をタブ６の上に固定し、タブ
６の周囲に複数のリード３を配設し、半導体素子１上の
端子とリード３を金属細線４によって電気的に接続して
、その周囲を封止樹脂５でモールドする構造が採用され
ている。

近年、半導体素子の高集積化によって素子寸法が大型化
する傾向にあり、その反面、半導体装置の外形寸法は、
高密度実装上の要求から自由に拡大できないか、あるい
は、逆に小型化される傾向にある。第１０図の構造では
、外形寸法一定のままで半導体素子１の寸法を大型化し
ていくと、リード３を樹脂５に固定する部分の長さΩが
不足し。

リード３の十分な固定強度が得られなくなる。

また、従来のレジンモールドパッケージの樹脂封止型半
導体装置では、第１０図の通り半導体素子１はタブ６上
に搭載されているが、この方式で、例えば、４メガビツ
ト（４Ｍｂｉｔ）及び１６メガビツト（１６Ｍｂｉｔ）
、あるいは、それ以上のダイナミック・ランダム・アク
セス・メモリ（Ｄ　ＲＡ　Ｍ）のような大きな素子を３
００ミル（ｎａｉｌ）パッケージに収納することはきめ
わめで困難である。

このような問題を回避する方法は、第１１図に例示する
ような、チップとはほぼ同じサイズのタブを廃してリー
ド３を半導体素子１の直下部またで延長させ、半導体素
子搭載部に絶縁フィルム２を接着し、その上に半導体素
子１を搭載する方法が、特開昭５７−１１４２６１号公
報、同６１−２１８１３９号公報などに開示されている
。

樹脂封止半導体装置は、実装密度を上げるために、従来
のピン挿入タイプに代わり、基板に直接リードをはんだ
付けする面付実装タイプが主流になりつつある。このよ
うなパツケジでは、高温高温環境で保存すると樹脂が水
分を吸収し、はんだ付は加熱時（リフロー時）に水分が
パッケージ内部で蒸気になり、樹脂にクラックが生じや
すい。

このクラックは、はんだリフロー時に発生するため、俗
にリフロークラックと呼ばれている。

第１１図に示した半導体素子とほぼ同じ寸法のタブを廃
した構造のパッケージ（タブレスパッケージ）でも、日
経マイクロデバイス、１９８９年９月号、Ｎ（１５５，
Ｐｐ１０９〜１１４で述べられているように、半導体素
子と絶縁フィルムとの接合層や、絶縁フィルム下面より
リフロークラックが発生することがある。

このようなりフロークラックを防止する従来技術は、特
開昭６０−２０８８４６号公報に記載されている、タブ
吊りリードに封止樹脂との密着が悪くなるような加工を
して、発生した蒸気を逃がすものがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明が対象としているタブレスパッケージの部分断面
斜視図を第１２図に示す。半導体素子１よりも寸法の小
さいタブ６、及び、タブ吊りリード７の一部と、タブ６
及びタブ吊りリード７とは分離されている複数のリード
３上の半導体素子１を搭載する部分には、シート状の絶
縁部材２が接着されており、半導体素子１は絶縁部材２
の上に接合剤８によって接合されている。リード３は半
導体素子１の下面で曲折した形状で延ばされ、その先端
部で金属細線４により素子１上の端子と電気的に接続さ
れている。そして、これらは封止樹脂５で封止されてい
る。

このようなパッケージを高温高湿環境中で保存すると、
空気中の水分が樹脂に溶解し、パッケージ内部に拡散す
る。この状態でリフロー加熱を行うと、第１３図に示す
ように、半導体素子１と接合剤８の界面に隙間１２が生
じ、この隙間１２で水分が蒸気化し、数十気圧にも達す
る蒸気圧を発生させる。この蒸気圧により、素子１と絶
縁部材２の接合層８端部の樹脂に応力が発生し、この応
力が樹脂の強度を上回ったときに、接合層より第１３図
に示すようなりフロークラック１３が生じる。また、接
合剤のぬれ性が良好で半導体素子１と絶縁部材２の接着
力が強いような場合は、第１４図に示すように、絶縁部
材２と樹脂５の界面に隙間１２が生じ、隙間１２で水分
が蒸気化する。

この蒸気の圧力により、絶縁部材２のコーナ部から第１
４図に示すようなりフロークラック１３が発生する。

従来技術では、タブ（素子搭載用フレーム）を支持する
タブ吊りリード（タブ支持用リード）表面の接着性を低
下させることで発生蒸気を逃がし易くしている。このリ
ード表面の接着性を低下させる方法として、装置を急冷
するか、あるいは、表面を酸化させる等の方法が示され
ている。しかし、装置を急冷して熱応力により接着界面
をはく離させる方法では、装置内部の他の部分にも大き
な熱応力が発生してしまい、樹脂割れなどの不良が発生
する恐れがある。また、表面を酸化させる場合には、全
面を一様に酸化させることは難しく表面に凹凸が発生す
る。この凹凸は接着に関して機械的な補強の役目を果た
すので、必ずしも見かけの接着力が低下するとは限らな
い。このように従来技術では、タブ吊りリード表面の接
着性を安定、かつ、均一に低下させることは難しいとい
う問題があった。

発明の目的は、タブレスパッケージのりフロークラック
を防止して装置の信頼性を向上させ、さりに限られた外
形寸法のもとて可能な限り大型の半導体素子を搭載しう
る樹脂封止型半導体装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は半導体素子と前記
半導体素子に夫々導通接続される各リードと、前記各リ
ードとは離れて配置される前記半導体素子を搭載するた
めのタブと、前記タブに連なるタブ吊りリードと、これ
らを覆う封止樹脂とを備えてなる樹脂封止型半導体装置
において、前記半導体素子の下面に絶縁部材を介して前
記タブと前記タブ吊りリードの一部と前記各リードの一
部を配置させ、前記タブと前記タブ吊りリードの前記絶
縁部材との接着側の面全面および／または非接着側の面
全面を貴金属被膜で覆い、前記各リードの表面は、前記
半導体素子との導通接続側端部にのみ貴金属被膜で覆う
ことを特徴とする。

〔作用〕

樹脂封止型半導体装置が高温にさらされた場合に発生す
る水蒸気は、半導体装置内部に数十気圧にも達する圧力
を発生させる。この為強度の低い樹脂にクラックが生じ
てしまう、従来の装置では半導体素子とタブを良好に接
合するために金メツキ膜を施していた。しかし、金メツ
キ膜を封止樹脂との接着性が低いため膜を設ける領域を
タブ（素子搭載用フレーム）周辺に限定していた。この
ためタブ吊りリード（素子搭載用フレームを支持するリ
ードで、素子との電気的接続はされていない）と封止樹
脂の接着性は良好なので、内部に発生した水蒸気の逃げ
出す経路が無かった。そこで本発明の構成を採ると、タ
ブ及びタブ吊りリードと封止樹脂との接着性が低いため
に高温で装置内部に発生した水蒸気は容易にこの界面を
通って装置外部へ逃げ出す。それ故装置内で過大な蒸気
圧を発生することはなくなり、装置の破壊を防止するこ
とができる。尚、室温近傍、或いは、それ以下の低温で
は、封止樹脂が収縮するのでタブ吊りリードと封止樹脂
の接着界面には隙間は生じない。従って、通常の使用状
態では、装置外部からの水分の浸入を防止することがで
きるので、タブ吊りリードと樹脂の接着性を低下させて
も装置の耐湿信頼性を損ねることはない。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図によって説
明する。第１図は、本発明の一実施例である樹脂封止型
半導体装置のリードから上の部分の樹脂を取り除いた状
態の平面図、第２図は第１図の長辺方向断面図である。

図において、半導体素子１よりも寸法の小さいタブ６と
タブ吊りリード７の一部と、タブ６及びタブ吊りリード
７とは分離されている複数のり−ド３上の半導体素子１
を搭載する部分には、シート状の絶縁部材２が接着され
ており、半導体素子１は絶縁部材２の上に接合剤８によ
って接合されている。複数のり−ド３は樹脂封止型半導
体装置の二方向（長手面）から外部に引き出されており
、樹脂５の内部で、半導体素子１の周囲、または。

下面で曲折した形状で延ばされ、その先端部で金属細線
４により半導体素子１上の端子と電気的に接続されてい
る。本実施例では、タブ６とその両端に設けられたタブ
吊りリード７の上下面いずれにも銀めっき膜９を施しで
ある。第１図中の斜線部は銀めっき膜９が設けられてい
る領域を示す。

銀めっき膜９は、封止樹脂５との接着性が低いため、簡
単に接着界面にはく離が生じる。半導体装置が高温にさ
らされた場合に装置内部で発生する水蒸気は、装置内で
大きな蒸気圧を発生させようとするが、ダブ６、及び、
タブ吊りリード７の表面に設けられた銀めっき膜９と封
止樹脂５の界面が小さな圧力の段階ではく離してしまう
ので、この界面を通って装置外部へ水蒸気が逃げ出すこ
とができる。一方、室温近傍、あるいは、それ以下の温
度では、封止樹脂５の線膨張係数が２Ｘ１０−’／℃程
度であり、鉄系のリードフレーム（タブ。

タブ吊りリード及びリード）の線膨張係数は５〜１０　
Ｘ　１０−６／’Ｃであることから、樹脂が収縮してリ
ードフレームに圧縮力を及ぼしながら密着するので、外
部からの水分の浸入を防ぐことができ、通常の使用状態
で装置の耐湿信頼性を損ねることはない。

本実施例によれば、リフロー加熱時に装置内部に発生す
る水蒸気を容易に外部へ逃がすことができるので、蒸気
圧によるクラックの発生を防ぐことができる。

この半導体装置の組み立てに当たっては、まず、タブ６
、タブ吊りリード７及びリード３の半導体素子１を搭載
する部分に絶縁部材２を接着し、絶縁部材２上に半導体
素子１を接合剤８によって接合する。次いで、半導体素
子１上の端子と各り一ド３とを金属細線４にて電気的に
接続し、その後。

これらを封止樹脂５で封止して半導体装置を得る。

リード３を樹脂５の外部に引き出す方向は、第１図に示
したような二方向に限定するものではなく、第３図に示
すように一方向、あるいは、三方向以上であっても良い
。また、樹脂５の側面からだけでなく、樹脂５の上面、
あるいは、下面からリード３を引き出しても良い。

また、絶縁部材２は第１図のように半導体素子１の直下
部全面に設けても良いし、第４図に示すように、半導体
素子１の長手方向の両端部分に分解配置して、半導体素
子１の下面とり−ド３の上面の間に樹脂５を介在させた
ものであっても差し支えない。分割した絶縁部材２の位
置は、第４図に示すような長手方向の両端に限定される
ものでなく、リード３が樹脂５の外部へ引き出されてい
る方向に分割されたものでも良く、分割数も二分割以上
であっても良い。

また、半導体素子１をリード３に取り付ける向きは、特
開昭６１−２１８１３９号公報に記載されているように
、半導体素子１の回路形成面、非回路形成面のいずれを
リード側に向けても良い。第５図は、半導体素子１の回
路形成面をリード３側に向けた場合の金属細線接続法を
示す、リードから上の部分の樹脂を取り除いた平面図で
ある。

図において、タブ６、タブ吊りリード７及びリード３は
絶縁部材２を介して半導体素子１の回路形成面上に接着
されている。絶縁部材２．タブ６゜タブ吊りリード７．
及び、リード３は、半導体素子１の回路形成面上に端子
を覆うことがないように配置されており、リード３と金
属細線４との接続の大部分は半導体素子１の上部で行わ
れている。

このように、金属細線接続を半導体素子１の投影面積内
で行うことによって、半導体素子１の周囲にリード３と
金属細線４の接続のための領域を設ける必要がなくなる
ので、半導体装置の限られた外形寸法内により大型の半
導体素子１を搭載することが可能となる。

第６図及び第７図は本発明の他の実施例であり、第６図
は、本発明の樹脂封止型半導体装置のリードから上の部
分の樹脂を取り除いた平面図、第７図は第６図の長辺方
向断面図である。

図において、タブ吊りリード７の上下面の表面には、Ａ
ｕ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏ５゜Ｉｒ、Ｐｔ等の貴
金属類あるいはＦｅ、Ｎｉ。

Ｃｏ　＊　Ｃｒ　ｔ　Ｔ　ｘ　ｖ　Ｎ　ｂ　ｐ　Ｔ　ａ
　ｙ　Ａ　Ｑ等の不動態形成金属を主成分とする被膜１
０が、めっき法、あるいは、薄膜形成法、あるいは、塗
布法などの厚膜形成法などにより付着されている。この
被膜１０は表面が貴金属、あるいは、不動態であること
から不活性な性質を持つので封止樹脂５との接続力が著
しく弱い。このため装置製作時に接着界面がはく離して
しまうか、はじめは接着していても非常に弱い力ではく
離してしまう。半導体装置が高温（＞２００℃）に加熱
された場合、封止樹脂５に吸湿されていた水分は水蒸気
化し装置内部で大きな蒸気圧を発生させる。しかし、こ
のタブ吊りリード７の被膜１０と封止樹脂５の界面は容
易にはく離するので、装置内部から表面までの水蒸気が
逃げ出す経路を形成する。従って、装置内部で発生する
水蒸気は樹脂割れ（クラック）を発生するような大きな
圧力を生む前にこの経路から装置外に逃げ出してしまう
。

本実施例によれば、半導体装置が高温に加熱される際に
装置内部に発生する水蒸気を容易に外部へ逃がすことが
できるので、装置内に大きな蒸気圧が発生せず、クラッ
クを防止することができる。

なお、被膜１０は必ずしもタブ吊りリード７の全面を覆
っている必要はなく、下面、あるいは、上面だけでも構
わない。また、タブ吊りリード７が複数本ある場合には
、必ずしも、全てのタブ吊りリード７に被膜１０を設け
る必要はなく、少なくとも一本に設ければ良い。

第８図及び第９図は本発明のさらに他の実施例であり、
第８図は本発明の樹脂封止型半導体装置のリードから上
の部分を取り除いた平面図、第９図は第８図のタブ部分
の部分断面図である。

図において、半導体素子１よりも寸法の小さいタブ６に
は複数の貫通孔１１が形成されている。

この貫通孔１１は第９図からも明らかなように絶縁部材
２との接着面側の開口面積が、非接着面側に向うにつれ
て徐々に狭くなっている。また、本実施例では、タブ６
とその両端に設けられたタブ吊りリード７の上、下面い
ずれにも銀めっき膜９を施しである。第８図の斜線部は
銀めっき膜９が設けられている領域を示す。半導体装置
が高温にさらされた場合に、装置内部で発生する水蒸気
は、装置内で大きな蒸気圧を発生させようとするが、タ
ブ６及びタブ吊りリード７の表面に設けられた銀めっき
膜９と封止樹脂５との接着性が低いため、この界面が小
さな圧力の段階ではく離してしまうので、この界面を通
って装置外部へ水蒸気が逃げ出すことができる。

一方、タブ６の寸法が半導体素子１に比べて大きい場合
、タブ６と封止樹脂５の界面がはく離すると、タブ６の
コーナ部の樹脂５に過大な応力が生じ、樹脂５にクラッ
クが発生することがある。

しかし、本実施例のような貫通孔１１を設けると、この
貫通孔１１の内部に樹脂５が入り込むことによって樹脂
５が拘束される。これによって、タブ６と樹脂５との界
面のはく離面績を小さくすることができ、タブ６のコー
ナ部の樹脂５に発生する応力を低減することができる。

これとともに、タブ６及びタブ吊りリード７の経路から
装置の外部へ水蒸気を逃がすことができるので、クラッ
クの発生を防ぐことができる。

本実施例によれば、リフロー加熱時に装置内部に発生す
る水蒸気を容易に外部へ逃がすことができ、タブの寸法
が大きい場合にタブのコーナ部に発生する応力も低減す
ることができるので、蒸気圧によるクラックの発生を防
ぐことができる。

本発明の貫通孔１１の平面形状は、第８図に示すような
長方形である必要はなく、だ円形２円形。

矩形、十字形でも同様の効果がある。また、貫通孔１１
の数は、タブ６に必要な剛性を損わない程度に複数個設
けることにより、より一層の効果をあげることができる
。

ところで、通常の封止樹脂は線膨張係数の値が１０〜３
０　Ｘ　１０−Ｂ／’Ｃであり、鉄系のリードフレーム
、例えば、Ｆｅ−４２Ｎｉは３〜５Ｘ１０″″Ｂ／℃の
値を持つ。このため、高温から室温まで装置が冷却され
ると、封止樹脂５の方がリードフレーム（タブ吊りリー
ド、タブ、リード）よりも収縮量が大きくなる。この場
合、被膜１０と樹脂５の界面には圧縮力が作用する。従
って被膜１０と樹脂５は接着されていないが圧縮力で締
め付けられるので、室温近傍で装置外から水分が装置内
に浸入することは防げる。従って、被膜１０を設けたこ
とにより、装置の耐湿性が劣化することはない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、リフロー加熱によって装置内部に発生
する水蒸気を装置外部に逃がすことができるので、蒸気
の圧力によるリフロークラックの発生を防ぐことができ
、さらに、限られた外形寸法のもとて可能な限り大型の
半導体素子を搭載しうる樹脂封止型半導体装置が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第３図は本発明の樹脂封止型半導体装置の一
実施例を示すリードから上の樹脂を取り除いた状態の平
面図、第２図は第１図の長辺方向中央断面図、第４図は
絶縁部材を分割した例を示す第１図と同じ平面図、第５
図は半導体素子とリードを対向させた例を示す第１図と
同じ平面図、第６図は本発明の他の実施例を示すリード
から上の樹脂を取り除いた状態の平面図、第７図は第６
図の長辺方向中央断面図、第８図は本発明のさらに他の
実施例を示すリードから上の樹脂を取り除いた状態の平
面図、第９図は貫通孔の形状を示す部分断面図、第１０
図は従来の樹脂封止型半導体装置を示す断面図、第１１
図及び第１２図はタブレスパッケージの例を示す部分断
面斜視図、第１３図及び第１４図はりフロークラックの
発生メカニズムを説明するための断面図である。 １・・・半導体素子、２・・・絶縁部材、３・・・リー
ド、５・・・封止樹脂、６・・・タブ、７・・・タブ吊
りリード、９嵩（ 日 先−Ｌ図 寓 図 単４−図 ３−ｍ−リード 一り纏めっきＲ貨 ５−一一封１１釘肪 宅６図 帛 胃 凹 荊 図 牢ｑ図 牢 ６−−−フブ ３−１１−ド Ｓ−−一封−１ｖｔＪｒ腸 １ ３−−−１１−ド １−一一タブ吊１ ｊ−ド 寓 ３ 日 寓 ４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体素子と、前記半導体素子に夫々導通接続され
   る各リードと、前記各リードとは離れて配置される前記
   半導体素子を搭載するためのタブと、前記タブに連なる
   タブ吊りリードと、これらを覆う封止樹脂とを備えてな
   る樹脂封止型半導体装置において、 前記半導体素子の下面に絶縁部材を介して前記タブと前
   記タブ吊りリードの一部と前記各リードの一部を配置さ
   せ、前記タブと、前記タブ吊りリードの前記絶縁部材と
   の接着側の面全面および／または非接着側の面全面を貴
   金属被膜で覆い、前記各リードの表面は、前記半導体素
   子との導通接続側端部にのみ貴金属被膜で覆うことを特
   徴とする樹脂封止型半導体装置。