JPH03265161A - 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】 〔発明の目的〕 （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、とくにその放
熱特性を改良した樹脂封止構造に関する。

（従来の技術） ＬＳＩ、ＩＣなどの半導体素子（以下、ペレットという
）を保護するための封止技術には、セラミックや金属ふ
たを用いてペレットを気密封止する方式と、樹脂でペレ
ットを取り囲み樹脂封止する方式とがある。前者は産業
用の高信頼性を要求するものに、後者はコストが安いの
で一般民生用に広く用いられている。

樹脂封止は、低コストで封止が可能であり、また、量産
性が優れている長所がある。成形性、耐湿性、熱衝撃性
など解決すべき課題は多いが、その信頼性は大幅に向上
しており、多くの半導体装置がこの樹脂封止を採用して
いる。

樹脂封止の方法には、デツピング、キャスティング、ポ
ツティング、含浸法、トランスファモールド法などが知
られているが、トランスファモールド法が現在量も多く
用いられている。トランスファモールド法は、あらかじ
め一定の温度に加熱しておいた金型に封止すべき半導体
素子組立品を下型のキャビティにセットし金型を閉じて
おく。

タブレット状にした樹脂を金型内での流動を良くする為
に高周波プレヒータでプレヒートし、これをポットに入
れトランスファのプランジャーを動作させ、樹脂をラン
ナー、ゲートを通しキャビティに注入し加圧し底形をす
る。樹脂がある程度硬化するまで１〜３分間加圧成形す
る。この場合の圧力は約２０〜１００ｋｇ／■２である
。キャビティの取り数はキャビティの大きさにもよるが
数１０個から約１０００個位いのものまである。硬化が
進み取り出し可能になった時、金型を開は成形量をカル
・ランナーと共に取出す。その後金型に付着した樹脂パ
リ等を高圧エアー等で取除き、その後再び半導体素子組
立品を金型にセットし、同じ作業をくり返す。金型から
取出した成形量はカル・ランナーと分離しポストキュア
され、パリ取り・メツキ・カッティングした後テストさ
れマーキングされる。

現在モールド樹脂に用いられている材料は熱硬化性樹脂
が主であり、エポキシ樹脂がその代表である。その他に
はシリコーン樹脂、シリコーン・エポキシ樹脂などがあ
る。

ところで、ＩＣなどの半導体装置が高集積化、高電力化
するに従ってその発生する熱に対する処理が重要な問題
になってきている。これまで発熱の大きな半導体装置を
樹脂封止するには、■モールド樹脂白身が熱伝導性の大
きいものを使用する、■リードフレームに熱伝導性の大
きい、たとえば銅系の材料を使用して、リードを通して
放熱する、■半導体ペレットの下側に金属性の放熱フィ
ンあるいは放熱板をとりつけ、この放熱フィンあるいは
放熱板は、大部分はモールド樹脂に被覆されるが底部の
少なくとも一部は樹脂から露出させて放熱を良くする等
の工夫を行って、発生する熱を発散していた。

また、ＩＣなどの半導体装置の高集積化に伴う配線の微
細化と半導体素子の大型化に対しても新たな問題がある
。例えば、ＤＲＡＭの場合、１６Ｋｂｉｔでは１５〜２
０閣２のサイズだったが、４Ｍｂｉｔでは５０〜１００
　ａｎ　２になった。樹脂封止型半導体装置は、封止用
樹脂とシリコン半導体からなる素子から基本的に構成さ
れており、その両者の熱膨張係数の違いはかなり大きい
ので、その間に応力が生ずることになる。この応力は素
子サイズが大きくなればなるほど大きくなり、配線が微
細化するほど応力に対して脆くなる。その結果、アルミ
配線の変形や断線あるいは樹脂にクラックが生じて材料
間に隙間が生じ、そこから水分が侵入してくるといった
素子に致命的な損傷を与えるようになる。

（発明が解決しようとするｍｌ！Ｎ） 従来の樹脂封止型半導体装置では、その放熱特性を改善
するために様々な工夫が凝らされてきたが、前述のよう
に、リードフレーム自体を放熱体として使ったり（■）
、放熱フィンあるいは放熱板を用いる（■）ことは、こ
れら金属と樹脂の異種の材料を併用することになり、そ
の結果、両者の熱膨張係数の差に起因する界面からの水
分の侵入など耐湿性が劣化するような解決すべき問題が
生じていた。放熱フィンには、銅、アルミ、４２Ｎｉ　
−Ｆｅ合金等が用いられる。たとえば、銅は、熱膨張係
数（α）がほぼ１．７　Ｘ　１０−５／　℃であり、熱
伝導率（λ）が０．１４ｃａＱ／ｃＭ−５ｅｃ・℃であ
るので、放熱性は問題ない。しかし、λが３５　Ｘ　１
０−’ｃａＱ／改・ｓｅｃ・℃の樹脂を使うと、その樹
脂は、αも大きくなるので放熱フィンとのα差が生じ、
レジンクラックが発生して素子の劣化を招くことになる
。

また、モールド樹脂そのものの熱伝導性を大きくして放
熱特性を向上させる場合（■）は、一般には、エポキシ
樹脂などのモールド樹脂に充填剤を混入して熱伝導率（
λ）を大きくしている。この充填剤には、溶融シリカ、
結晶性シリカなどがあり、とくに熱伝導性の良い充填剤
としては結晶性シリカが知られているが、この充填剤を
入れるとλが大きくなると同時に熱膨張係数（α）も大
きくなるので大型化しつつある半導体素子には適用する
ことができない。また、樹脂のαを小さくすることを目
的として充填剤の量を増やすと流動性が劣化し、モール
ド工程の作業性に悪影響を与えたり、ワイヤ変形を起こ
したりするなど好ましい結果にはならなかった。とくに
、よく使われるトランスファモールド法への適用が難し
くなる。

具体的には、結晶性シリカを添加したエポキシ樹脂は、
λが３５〜８０　Ｘ　１０−’ｃａ（１／　ａｍ　・ｓ
ｅｃ　・℃と大きいので放熱特性は良くなるが、αも２
．２〜３．０×１０’″′／℃と大きくなるので、大型
ペレットのモールド樹脂に結晶性シリカを添加するとパ
ッシベーションクラックなどが発生する。一方、溶融シ
リカを添加したエポキシ樹脂は、αが１．３〜１．９×
１０−’　／　’Ｃなので低応力のモールド樹脂用充填
剤に適しているが、λは約１５×１Ｏ−４ｃａＱ／ａＩ
ｌ−５ｅｃ・℃と小さいので、溶融シリカはモールド樹
脂の熱伝導性を改善する充填剤としては適当ではない。

本発明は、上記事情に鑑み発明されたものであって、熱
伝導性を改善すると同時に熱応力による影響を小さくし
た半導体装置のモールド樹脂構造を提供することを目的
としている。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、樹脂封止型半導体装置に関するものであり、
半導体ペレット、リードフレームのインナーリードおよ
びこれらを電気的に接続する金属細線を樹脂封止するモ
ールド樹脂のうち、前記ペレットの裏側の部分の熱伝導
率を前記ペレットの表側の部分のそれよりも大きくした
ことを特徴としている。なお、モールド樹脂の前記表側
の部分は、低応力で耐湿性を改善するために、熱膨張係
数のできるだけ小さい材料を用いるようにする。

（作用） 本発明は、ペレットの裏側は、熱伝導性の高いモールド
樹脂に接しているので装置全体の放熱性は確保される。

その結果、ペレット表面に接するモールド樹脂は、熱伝
導性は多少無視しても可能なかぎり熱膨張係数（α）を
大きくすることができる。モールド樹脂の熱伝導性を高
くするには結晶性シリカのような無機物充填剤を添加す
るので、トランスファモールドが利用できなくなる。

したがって、圧縮成形法であらかじめペレットの裏側の
モールド樹脂を形成し、その上にペレット、リードフレ
ーム、ボンディングワイヤを接合しておき、最後に表側
を低応力の樹脂で、たとえばトランスファモールド法を
用いて、樹脂封止をする。

（実施例１） 以下、図を参照して一実施例を説明する。

錫メツキをした銅からなるリードフレーム３のベットに
シリコン半導体のペレット２をＡｕ−５ｉまたはＡｇペ
ーストなどのロウ材７で接合する。ペレット２には、従
来の技術でアルミ配［５およびパッシベーション６が形
成されている。リードフレーム３のインナーリードとペ
レット２の電極パッドは、金もしくはアルミなどのボン
ディングワイヤ４で接続されている。ペレット２の下の
モールド樹脂１１は、エポキシ樹脂と結晶性シリカの粉
末から本質的になる。結晶性シリカの量が多いのでトラ
ンスファモールドでは形成できず、圧縮成形法等（射出
成形トランスファ成形でもよい）によってあらかじめ作
っておく。放熱特性を考慮すれば、この樹脂部分１１の
熱伝導率（λ）は１５　Ｘ　１０−’ｃａＱ／■・ｓｅ
ｅ・℃以上であることが好ましいので、その範囲に入る
ようにエポキシ樹脂と結晶性シリカ粉末の組成割合を決
めておく。結晶性シリカは大体７０％以上添加でき、λ
＝＝　３５〜８０　Ｘ　１０−’ｃａＱ／ａｍ　・ｓｅ
ｅ　・”Ｃ以上ソシテａ　＝２．２Ｘ１０−Ｓ／　”Ｃ
以下ノ樹脂が形成される。前記樹脂部分１１は、この樹
脂から選び出す。この部分１１は、従来の放熱フィンと
同じように扱う。即ち、前記一体化したペレット２、リ
ードフレーム３、ボンディングワイヤ４をこの樹脂部分
１１に接合する。そして、この部分をつけたままトラン
スファモールドの金型に入れペレット２の上の部分に樹
脂１２をモールドする。

このときの材料はエポキシ樹脂であり、その中に入れる
充填剤は溶融シリカである。上の樹脂部分１２と下の樹
脂部分１１はαを出来るかぎり同じに近づけるようにし
、また、樹脂も同じエポキシ樹脂などで、両者は一体化
し易くすると良い。

第１図では、モールド樹脂１の下の樹脂部分１１は、ペ
レット２の直下のみに形成されているが、もっと大きく
して、モールド樹脂１のリードフレーム３から下の部分
全体を圧縮成形体にしてもよい。このように形成すれば
放熱特性がさらに向上する。

（実施例２） 第２図（ａ）、（ｂ）は、本実施例におけるペレット２
とモールド樹脂１の下の部分１１の接合状態を示す部分
断面図である。モールド樹脂の材料及び製法は前の実施
例と同じであるが、圧縮成形法等により形成した形状が
異なっている。この例では、ペレット２の周囲を囲むよ
うに突起部１１１が形成されている。これは、ペレット
２の上面近くまで延びており、ボンディングワイヤ４が
、モールド樹脂１の上の部分１２を形成するときに断線
したり、短絡したりするのを防いでいる。また、ペレッ
トを接合するときの位置決めにも効果がある。

半導体ペレット２は厚みが大体０．１〜０．６−１そし
てリードフレーム３は、銅なら０　、１〜０　、３　ｗ
ａ、４２Ｎｉ　−Ｆｅ合金なら０．１〜０．２５ｍａ程
度である。したがって、リードとペレットを下の樹脂部
分１１の同一の平面に置くと両者の高さの違いによって
ボンディングワイヤを長くしなければならなくなる。そ
して、これがワイヤの断線、短絡につながりかねないの
で、下の樹脂部分１１の表面に段差を設けて出来るだけ
リードとペレットの表面を平坦にすることも工夫されて
いる（第２図（ｂ））。

下の熱伝導性の良い樹脂部分１１の樹脂に含まれる充填
剤は、結晶性シリカを用いたが、これに限るものではな
く、溶融シリカ、ＳｉＮ、　ＳｉＣ、アルミナなどの他
の高熱伝導性の材料やこれらの混合物を使用しても良い
。また、樹脂部分は上下ともにエポキシ樹脂を用いたが
、互いに異なる材料を用いても良い。他の樹脂としては
、シリコーン樹脂、シリコーンエポキシ樹脂、ポリイミ
ド樹脂等がある。

〔発明の効果〕

本発明は、前述のように、熱伝導性の良いモールド樹脂
をペレットの裏面に形成したので、放熱特性を向上させ
ることができると同時に、前記裏面以外のモールド樹脂
を従来以上に低応力化することができるようになった。

また、金属の放熱フィン等を用いないので界面を考慮す
ることなく、界面から生ずる水分の侵入を防止する工夫
をする必要はなくなった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図（ａ）、（
ｂ）は第２の実施例の要部断面図である。 １・・・モールド樹脂、 １１・・・モールド樹脂のペレッ １１１・・・裏面部分の突起部、 １２・・・モールド樹脂のペレッ ２・・・ペレット、 ４・・ボンディングワイヤ、 ６・・・パッシベーション、 トの裏面部分、 トの表面部分、 ３・・・リードフレーム、 ５・・アルミ配線、 ７・・・ロウ材。 （８７３３）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体素子と、この半導体素子に電気的に接続したイン
   ナーリードを有するリードフレームと、前記半導体素子
   および前記リードフレームのインナーリードを樹脂封止
   したモールド樹脂とを具備した半導体装置において、前
   記半導体素子の裏面部分のモールド樹脂の熱伝導率を表
   側のモールド樹脂の熱伝導率より大きくしたことを特徴
   とする樹脂封止型半導体装置。