JPH0396257A - 樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

樹脂封止型半導体装置

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JPH0396257A
JPH0396257A JP1234340A JP23434089A JPH0396257A JP H0396257 A JPH0396257 A JP H0396257A JP 1234340 A JP1234340 A JP 1234340A JP 23434089 A JP23434089 A JP 23434089A JP H0396257 A JPH0396257 A JP H0396257A
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、樹脂封止型半導体装置に関する。
さらに詳しくは、半導体素子シよびボンディングワイヤ
に接続される外部リードが多孔質シリカゲルによシ被覆
され、該多孔質シリカゲルに封止用樹脂を含浸した樹脂
封止型半導体装置に関する。
〔従来の技術〕
ｘｏ，’ｒ．ｓｘｈよびハイプ・リツドエ０などの半導
体装置にかいては、その半導体素子およびボンディング
ワイヤに接続される外部リードを外部環境から保護する
ために、シリコーン樹脂、エボキシ樹脂、フェノール樹
脂などによって封止する樹脂封止法が広く採用されてい
る。第４図は従来の樹脂封止型半導体装置の断面図であ
り、このものは，　Ｏｕ系または１●一Ｎｉ系等からな
るダイフレーム（２）上に半導体素子（１）が保持され
てかり、上記半導体素子（１）と外部リード（７〉とを
Ａｕボンディングワイヤ（３）で結線し、上記半導体素
子（１）カよび上記ボンディングワイヤ（３）に接続さ
れる上記外部リード（７）をエボキシ系などの封止樹脂
（６）によう封止或形している。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の樹脂封止型半導体装置は以上のような構或になっ
ているので、封止樹脂（６）と半導体素子（１）の線膨
張係数の差に起因し、熱サイクルで発生する応力によう
、半導体素子（１）上の微細アルミエウム配線の変形、
パツシベーション膜のクランク、ボンディングパツド（
４）の剥れ、あるいは封止樹脂（６）にクラツクなどが
発生しやすいという問題がある０ 第６図は従来の液状シリコーンボツテイング樹脂で封止
シたハイブリッドｘａの断面図であう、このものは、セ
ラミック基板《９》上に半導体素子（１）が保持されて
かう、上記半導体素子（１）と上記基板（９》上に印刷
されたアルミニウム配線（図示せず）、すなわち、外部
リードとを▲Ｕボンディングワイヤ（３）で結線した後
、上記半導体素子（１）カよび上記▲Ｕボンディングワ
イヤ（３）に接続される上記外部リードを液状シリコー
ンボツテイング樹脂によう封止戊形している０このもの
も前記樹脂封止型半導体装置と同様の問題がある。そこ
で、特開昭６３一ｇ’ｙｓａｇｓ号公報に示されるよう
に、半導体装置ではエボキシ封止樹脂をシリコーンゴム
で変性することによう弾性率を低下させ、熱サイクルで
発生する応力を低減し、上述の問題を解決しようとして
いる。しかし、このようにシリコーンゴムで変性したエ
ポキシ樹脂でも、熱サイクルで発生する応力を無くすこ
とができない・ので、半導体素子の大型化には対応でき
ないという問題がある。また、第３８回熱硬化性樹脂講
演討論会講演要旨集Ｐ　１ｇ３〜Ｐ１２６に示されるよ
うに、封止樹脂に無機充填剤を多蛍に配合することによ
り、封止樹脂の線膨張係数を低下させ、熱サイクルで発
生する応力を低減する方法が報告されている。この方法
にかいても、半導体素子と封止樹脂の線膨張係数を合わ
せることができないので、応力の発生を防止することは
極めて難かしい０ また、無機充填剤の多撤配合は樹脂粘度を高くし、或形
性を低下させるという問題がある０この発明は、かかる
問題点を解決するためになされたものであり、熱サイク
ルなどで発生する応力によって、微細アル宅二ウム配線
の変形、バツシペーション膜のクラツク、封止樹脂のク
ラツクなどが起ｂにくい、いわゆる耐冷熱衝撃性にすぐ
れ、かつ、耐熱性、耐湿性にもすぐれた樹脂封止型半導
体装置を得ることを目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
この発明Ｋ係る樹脂封止型半導体装置は、半導体素子お
よびボンディングワイヤに接続される外部リードを多孔
質シリカゲルで被覆し、かつ、上記多孔質シリカゲルの
空隙に封止用樹脂を含浸したものである。
〔作用〕
この発明によれば、半導体素子およびボンディングワイ
ヤに接続される外部リードを半導体素子の線膨張係数に
近い多孔質シリカゲルで被覆し、骨格を形威して生じた
空隙に封止用樹脂を含浸したので、樹脂封止型半導体装
置の耐熱性、耐湿性を低下させることなく、著しく耐冷
熱衝撃性を高めることができる。
〔実施例〕
以下、この発明を図によＤ説明するｏ＃！；ｌ図および
第２図はこの発明の一実施例による樹脂封止型半導体装
置を示す断面図である。図において、（５）は封止用樹
脂を含浸した多孔質シリカゲル、（６）は封止用エボキ
シ樹脂である。なお、（１）〜（４）、（６），｛７｝
は前記従来の技術で説明をしたので省略する０この実施
例においては、ダ・イ７レーム（２）上に半導体素子（
１）が保持されておｂ，上記半導体素子（１）と外部リ
ード（７）とを▲Ｕボンディングワイヤ（３）で結線し
た後、上記半導体素子（１）カよび上記▲Ｕボンディン
グワイヤ（３）に接続される外部リード（７）を多孔質
シリカゲルで被覆し、かつ、上記多孔質シリカゲルの空
隙に封止用樹脂を含浸している（第１図）０さらに、上
述のものを改良するために、第１図に示す封止用樹脂を
含浸した多孔質シリカゲル（５）の外周を封止用エポキ
シ樹脂（６）で被覆している（第２図）。
第３図はこの発明の他の実施例による液状シリコンポツ
ティング樹脂で封止したハイブリッドＩＯを示す断面図
である。図において、（５）は封止用樹脂を含浸した多
孔質シリカゲルである。なか、（１）〜（４）、（８）
、（９）は前記従来の技術で説明をしたので省略する。
この実施例にかいては、セラ宅ツク基板（９》上に半導
体素子（１）が保持されてｔ’　ｂ　ｓ上記半導体素子
（１）と上記セラミック基板（９）上に印刷されたアル
ミニウム配線（図示せず）、すなわち、外部リードとを
Ａσボンディングワイヤ（３）で結線した後、上記半導
体素子（１）および上記Ａσボンディングワイヤ（３）
に接続される上記外部リードを多孔質シリカゲルを被覆
し、かつ、上記多孔質シリカゲルの空隙に封止用樹脂を
含浸し、さらに、その上部を液状シリコンボツテイング
樹脂（８）で被覆している０上述のような構或である、
これらの樹脂封止型半導体装置においては、上記封止用
樹脂を含浸した多孔質シリカゲル（５）に特徴づけられ
る０上記封止用樹脂を含浸した多孔質シリカゲルは多孔
質シリカゲル原料混合液から湿潤ゲル体とし、その後、
乾燥ゲル体とするものでアシ、この工程によう半導体素
子（１）　＞よび▲Ｕボンディングワイヤ（３）に接続
される外部リード（７）は骨格を形或した多孔質シリカ
ゲルで被覆されることになる０ この状態においては、多孔質シリカゲルが多孔であり、
このままでは、半導体装置の封止材料として好ましくな
いので、耐湿および強度を保つために封止用樹脂を含浸
させている。
このように、封止用樹脂を含浸した多孔質シリカゲルを
有する樹脂封止型半導体装置は耐冷熱衝撃性にすぐれる
ばかりでなく、耐熱性、耐湿性を向上させることができ
る。
この発明における半導体装置とは、ダイオード，トラン
ジスタ，サイリスタなどの個別半導体装置、モノリシツ
クエ０，ハイブリッド！０などのＫＯ、さらにはＩＩｓ
ｘを包含する広義の半導体装置をいう。また、半導体素
子とは、上記半導体装置の要部であるダイオード素子、
トランジスタ素子、サイリスタ素子、モノリシツクエ０
素子、さらには八イプリツドエ０中の前記素子などをい
う。また、ポンディングワイヤは半導体素子を外部リー
ドとを電気的に接続するためのものであり、例えば、金
・銅・アル１−ウム々どでできておｆｉ，ＴＡＢ方式の
半導体装置におけるバンプなどであってもよい。これら
のボンディングワイヤは、通常、外部リードのインナ一
部分に直結しているが、ハイブリツドエＯにかけるよう
に基板上の配線を介してインナ一部分に接続されていて
もよい。
この発明の封止用樹脂とは、エボキシ樹脂、シリコーン
樹脂、フェノール樹脂、ポリイ《ド樹脂などの熱硬化性
樹脂、液晶ポリ！、ボリフエニレンサルファイドなどの
熱可塑性樹脂をさす０さらに、これらの封止用樹脂は、
シリカ粉、アルミナ粉、ガラス繊維などの無機質充填剤
、その他の添加剤などを含有していてもよい。また、こ
れらの封止用樹脂は、トルエン，キシレン，メチルエチ
ルケトン，エチルアルコールなどの有機溶剤によう希釈
されたものであってもよい０ この発明の多孔質シリカゲルは、一例として、次のよう
に製造される０テトラメトキシシラン，テトラエトキシ
シラン々どのアルコキシシランをアルコールシよび水の
存在下で加水分解し、室温〜１３０℃で重縮合させ、湿
潤ゲル体を得、その後、３０℃〜１３０℃で乾燥ゲル体
とし、１５０℃〜３５０℃で加熱して得られる０＠記ア
ルコールには、メチルアルコール，エチルアルコールナ
トカ用イラレ、アルコキシシラン１モルに対し、１〜６
モルの範囲で加えられ、好適には１．５〜５モルの範囲
である０この範囲外では、多孔質シリカゲルに亀裂が生
じやす《なう好ましくない。また、水はイオン交換水、
純水が好ましく、アルコキシシラン１モルに対し２〜８
モル、好適には３〜７モルの範囲で加えられる。この範
囲外では、多孔質シリカゲルに亀裂が生じやすくなう好
ましく々い。さらに、必要ニ応じてアルコキシシランの
加水分解を促進する目的で塩酸，アンモニア水などを加
えてもよい。
上記乾燥ゲル体を得る工程シよびその後の１１５０〜３
５０℃での加熱工程は減圧下で行ってもよい０その他、
必要に応じて金属アルコキシドー（ＯＲ）ｎ（ＭはＢａ
，▲Ｊ　，　Ｔｔなどの金属、ａはＯ−１−４のアルキ
ル基、ｎは金真の酸化数を表わす０〕、エボキシシラン
化合物、ビニルシシラン化合物、７エニルトリメトキシ
シランなどのシラン化合物、水溶性エポキシ樹脂、アク
リレートモノマー　ピニルモノマーなどの有機モノマー
、発泡剤などを８ｉ（ｏｉ）４　（　ＲはＯ　−　１　
〜４　ｔ！：）　７　／Ｌ／キル基）ノ４０重量％まで
の範囲で加えることができる。
前述のようにして得られた多孔質シリカゲルは半導体素
子および外部リードの少なくとも半導体素子に近接した
部分を被覆してかり、同時に、含浸する封止用樹脂と一
体化している。ここで一体化とは、熱サイクルなどで多
孔質シリカゲル／封止樹脂界面で剥れかないことをいう
。多孔質シリカゲル層の厚みは半導体素子および外部リ
ードの半導体素子に近接した部分を確実に被覆できる程
度であればよく、通常１ｍｍ位であるが、樹脂封止型半
導体装置の形状にあわせて適宜決めればよい。
また、この発明の多孔質シリカゲルは、半導体素子のパ
ツシペーシ曹ン膜として使用することもできるＯ この発明の樹脂封止型半導体装置を製造するには、例え
ば、半導体素子および外部リードの少なくとも半導体素
子に近接した部分を前述の方法により多孔質シリカゲル
で被覆し、ついで封止用エポキシ樹脂のような封止用樹
脂によｂ封止或形すればよい。半導体素子、外部リード
などの多孔質シリカゲル層で被覆される部分をあらかじ
めシランカツプリング剤ｉどを塗布していてもよい０多
孔質シリカゲルによる被覆の・方法は、あらかじめシリ
コーン樹脂，ポリテトラ７ルオロエチレンなどのフッ素
系樹脂で型を作υその型の中で乾燥ゲル体まで作製し、
その後型をはずし加熱することなどで得られる０封止用
樹脂による封止或形の方法には、トランスファーモール
ド，減圧下でのトランスファーモールド射出戒形，粉体
塗装，真空含漫なとがある。
つぎに、この発明の樹脂封止型半導体装置を実施例１〜
３および比較例１〜２Ｋよって、さらに詳細に説明する
０ 多孔質シリカゲル原料混合液の調製 （製造例１〜６） 半導体素子および導電部材に被覆する多孔質シリカゲル
の前段階である混合液第１表に示す組或，配合割合で調
製した。製造例１，２，４，５，および６は還流冷却器
つきの２０００ｏ　　４ツロフラスコにそれぞれ純水を
除く組或物を加え、室温にシいて攪拌しながら、純水を
ＳＯ分で滴下し壜から混合液を調製した。製造例３は還
流冷却器つきの！！ＯＯｏＯ　４ツロフラスコにテトラ
エトキシシランシヨヒチタンイソプロボキシドを加え室
温で攪拌しながらエチルアルコールシよび純水を２時間
で滴下し、多孔質シリカゲル原料混合液を調製した０第
　　　１　　　表　　（配合量は全て重量部で示す）〔
注）　　ｌ）ＪＣＢＭ４０３　（信越化学製、商品名）
実施例１ 第１図に示すように、ダイフレーム（２》上に保持され
た半導体素子（１）、ＡＵボンディングワイヤ（３）シ
よびリード７レーム（７）のインナ一部の一部をシリコ
ーン樹脂で作った型を用い、製造例１，３，４および５
で調製した混合液を注入し、６０℃，　１０時間でＷ１
潤ゲル体を得た。さらにシリコーン樹脂型の一部を開放
し、１２０℃，１２時間で乾燥ゲル体を得た。次いで、
１５０℃．３時間、２ｏｏ　”Ｃ　ｅ　５ｍｍＨｇで１
０時間加熱し多孔質シリカゲル被膜を得、リ一ド７レー
ム（７）の残シのインナ一部分とともに、市販の封止用
エボキシ樹脂（６）によう封止或形し九。
実施例２ 第２図に示すように、ダイフレーム（２）上に保持され
た半導体素子（１）、▲σボンディングワイヤ（３）カ
よびリード７レーム（７）のインナ一部をあらかじめｒ
−グリシドキシプロビルトリメトキシシラン　で塗布処
理した後、シリコーン樹脂型を用い、製造例２．４，５
および６で調製した混合液を注入し、実施例１と同様の
条件で多孔質シリカゲルの被覆を得、市販の液状シリコ
ーンボツティング樹脂を真空含浸シ、ｌａｏ℃，　４ｈ
ｒで液状シリコーンポツティング樹脂を加熱硬化した。
実施例３ 第３図に示すように、セラミック基板《９》上に半導体
素子（１）が＊Ｗされ、上記半導体素子（１）がＡｆｆ
ボンディングワイヤ（３）によυ該基板（９）上に印刷
されたアルミニウム配Ｍ（図示せず）、すなわち、外部
リードに電気的に接続されたハイブリッドエ０をシリコ
ーン樹脂型を用い、製造例１および４で調製した混合液
を注入し、実施例１と同様の条件で多孔質シリカゲルの
被覆を得、市販の液状シリコーンポツテイングＷｉ（８
）で封止或形した。
比較例１ 第４図は従来のワイヤボンデイング方式の樹脂封止型半
導体装置の一例の断面図である。ダイフレーム（２）上
に載置された半導体素子（１）　，　Ａｌｌボンディン
グワイヤ（３）レよびリード７レーム（７）のインナ一
部を市販の封止用エボキシ樹脂（６）で封止成形した０ 比較例２ 第５図は従来の液状シリコーンボツテイング樹脂で封止
したハイブリッドＩ・０の一例の断面図である０セラミ
ック基板（９）上κ半導体素子（１）が載置され、該半
導体素子（１）が▲Ｕボンディングワイヤ（３）によう
上記セラミック基板（９）上に印刷されたアル《ニウム
配線（図示せず）、すなわち、外部ＩＪ　＋ドに電気的
Ｋ！１１続されたハイブリッドＩＯを市販の液状シリコ
ーンボツティング樹脂で封止或形した０ つぎに見られた各半導体装置を用いて、耐熱信頼性試験
，耐湿信頼性試験および耐冷熱衝撃試験を下記の方法で
行なった。この結果を第２表に示すＯ （耐熱信頼性試験） 半導体装置を空気中、２００℃の条件下に放置し、半導
体素子κ不良が発生するまでの時間を測定する。
（耐湿信頼性試験） 半導体装置をＰ　ａＴ　（　Ｐｒｓｓｓｔ１ｒ＠Ｏｏｏ
ｋ＠ｒ　Ｔｅｓｔ　）１Ｊ！１゜Ｃ，ｇ気圧の条件で放
置し、半導体素子に不良が発生するまでの時間を測定す
る。
（耐冷熱衝撃試験） 半導体装置２０個を用い、−６６℃で３０分間と１５０
℃で３０分間とを１サイクルとし、２００サイクル後の
不良半導体装置の個数によって評価する。
Ｌ（下余ｄ 前記第２表に示す結果からわかるように、この発明の樹
脂封止型半導体装置を用いた場合には、半導体装置の耐
熱性，耐湿性を損なうことなく耐冷熱衝撃性の非常に優
れた特性を有するものが得られる。
〔発明の効果〕
以上のようにこの発明によれば、半導体素子およびボン
ディングワイヤに接続される外部リードを多孔質シリカ
ゲルで被覆し、かつ、上記多孔質シリカゲルの空隙に封
止用樹脂を含浸した構戒であるために、すぐれた耐冷熱
衝撃性を有し、さらに耐熱性、耐湿性にもすぐれるとい
った効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図および第２図はこの発明の一実施例による樹脂封
止型半導体装置を示す断面図、第３図はこの発明の他の
実施例による液状シリコーンボツテイング樹脂で封止し
たハイブリッドｘＯの断面図、第４図は従来の樹脂封止
型半導体装置を示す断面図、第５図は従来の液状シリコ
ーンポツテイング樹脂で封止したハイブリッドエ０を示
す断面図である。 図において、（１）は半導体素子、（２）はダイフレー
ム、（３）はＡ（ｒボンディングワイヤ、（４）ハＩＮ
ンデイングパッド、（５）は封止用樹脂を含浸した多孔
質シリカゲル、（６）は封止用エボキシ樹脂、（７）は
外部リード、（８）は液状シリコーンポツテイング樹脂
、（９）はセラミック基板である。 なか、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ダイフレーム上に保持された半導体素子と、上記半導体
    素子および外部リードを接続するボンディングワイヤと
    、上記半導体素子および上記ボンディングワイヤに接続
    される上記外部リードを封止する樹脂とを有する樹脂封
    止型半導体装置において、上記半導体素子および上記ボ
    ンディングワイヤに接続される上記外部リードを多孔質
    シリカゲルで被覆し、かつ、上記多孔質シリカゲルの空
    隙に封止用樹脂を含浸したことを特徴とする樹脂封止型
    半導体装置。
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