JPH04312963A - 耐湿性の改良された半導体装置およびその製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置およびその
製造方法に関するものであって、より詳しくは、気密封
止された半導体パッケージの耐湿性を改良した半導体装
置およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】ＩＣ、ＬＳＩなどの半導
体素子は、周囲の温度や湿度の変化、あるいは微細なゴ
ミやほこりに影響され、その特性が微妙に変化してしま
うことや、機械的振動や衝撃によって破損し易いことな
どの理由で半導体素子を封止したパッケージとして使用
に供されている。

【０００３】パッケージ方式としては、大別して気密封
止方式と樹脂封止方式とに分けられ、気密封止方式では
、一般的にはセラミックスが用いられているが、樹脂を
用いることも試みられている。すなわち、樹脂製中空パ
ッケージの中央部に接着剤によって固着された半導体素
子は、その両端がパッケージの内側と外側に開放された
リードフレームとボンディングワイヤーによって連結さ
れている。また樹脂成形体の上面は透明あるいは不透明
な合成樹脂板、ガラス板などの蓋材を接着剤によって固
着し、気密封止を行うものであるが、このような封止手
段を講じても、時間の経過に伴ないパッケージ内部に微
量の水分が浸入し、半導体素子の機能を低下せしめ、や
がては使用不能の状態になってしまうという問題点があ
った。

【０００４】そこで、水分の浸入経路として考えられる
蓋の接着部、あるいはリードフレームの封入部について
入念な密封手段を施しても、依然として経時による水分
の浸入を防止することができず、その対策に苦慮してい
るのが現実である。本発明者らは、気密封止された半導
体パッケージに微量の水分が浸入する原因を究明するべ
く研究を重ね、半導体パッケージに対する水分の浸入経
路は、全く予想外なことに、パッケージの下面、すなわ
ち、中空パッケージの底面から成形体を透過してくる水
分が主たる原因であるという知見を得、中空パッケージ
の底面またはそれより内側に、蒸気不透過性の耐湿板の
層を形成した半導体装置を完成し、特願平２−１９３６
１７号として特許出願をした。

【０００５】本発明者らは、前記発明を繰り返し試験し
、さらに研究を継続する中で、前記耐湿板の構造、およ
び形成位置を特定のものに変えることにより、優れた耐
湿性を有し、かつ、製法的にも効率的な半導体装置が得
られることを見出し、本発明に到達した。

【０００６】

【発明の目的】そこで、本発明の目的は、水分の浸入を
有効に防止した耐湿性のすぐれた気密封止方式の半導体
装置を提供することにある。さらに本発明の目的は、水
分の浸入を有効に阻止するためのアイランド部をリード
フレームに吊りピンを介して設け、その部分をインナー
リード面より底面に向かって押し下げた（デプレスした
）ものを使用することによって、アイランド部、リード
フレームおよび中空パッケージとを正確に一体化した半
導体装置を製造する方法を提供することにある。

【０００７】

【問題点を解決するための手段】本発明は、前記目的を
達成するために提案されたものであって、その特徴とす
るところは、中空パッケージの底面またはそれより肉厚
方向内側に、吊りピンを介してリードフレームに連接さ
れた板状体のアイランド部を形成する点にあり、この吊
りピンはアイランド部を正確な位置に固定するために重
要な意味を持つが、仮に成形後に吊りピンが内部で切断
された状態で存在していても、半導体装置の耐湿性防止
という効果を低下させることはない。したがって、成形
に際しては、リードフレームとともにアイランド部を金
型内に予めセットしてインサート成形することによって
、一体成形された中空パッケージを製造することができ
る。

【０００８】すなわち、本発明によれば、気密封止され
た半導体素子を内面に有する中空パッケージの底面また
はそれより内側に、リードフレームのインナーリード部
とアウターリード部より低い位置に少なくとも半導体素
子の底面とほぼ同じ大きさを有する蒸気不透過性の板状
体からなるアイランド部（このアイランド部は、リード
フレームに吊りピンを介して連接されたものであること
によって、成形時にアイランド部を正確な位置に容易に
固定した半導体装置を成形できる点で好ましい）を形成
したことを特徴とする耐湿性のすぐれた半導体装置が提
供される。

【０００９】さらに本発明によれば、前記アイランド部
が、ダイパット面より内側であって、かつ中空パッケー
ジの底面より内側、とくに、ダイパット面から少なくと
も１００μｍ以上中空パッケージの底面よりに設けられ
ることによって、中空パッケージに対する水分の浸入防
止ないし阻止が一層有効に達成される半導体装置が提供
される。さらにまた本発明によれば、予め金型内の所定
の位置にアイランド部を有するリードフレームをセット
した後、合成樹脂を射出成形あるいはトランスファー成
形することによって、アイランド部、リード部および中
空パッケージとを一体化することを特徴とする半導体装
置の製造方法が提供される。

【００１０】

【発明の好適な態様の説明】本発明に係る、底面の肉厚
方向内側にアイランド部を形成した半導体装置用の中空
パッケージの一例を側断面図で示す図１において、１は
合成樹脂製の中空パッケージ、２はリードフレーム、３
はリードフレームに吊りピン３’を介して連接され、他
のリード部よりも低位置に固定したアイランド部であり
、４は半導体素子を載置するためのボンディング部であ
り、５は半導体装置を密封するための蓋接着部である。

【００１１】中空パッケージ１は、エポキシ樹脂、ポリ
イミド樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂
、シリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂、または、液晶ポ
リマー、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン
樹脂などの耐熱性熱可塑性樹脂によって成形されること
が好ましく、リードフレーム（アイランド部を含む）は
、銅、鉄、アルミニウム、またはこれらの合金からなる
群から選ばれたもの、なかんずく、４２アロイ、または
銅合金によって形成されていることが望ましい。また、
これらのリードフレームにはことさら表面処理すること
は必要ないが、必要に応じて全面ないし部分的に表面処
理を施すことができ、たとえば、金、銀、ニッケル、ハ
ンダなどのメッキを施したりすることができる。 メッキとしては、サッカリン等の光沢剤を配合しないニ
ッケルメッキが使用でき、光沢剤を添加してメッキ表面
を滑らかにすることも可能である。さらに、アイランド
部には放熱性向上のために銅などの他の材料を接合して
も良い。前記素材として、これらのものを使用すること
によって、半導体装置の耐湿性が改良されるばかりでな
く、半導体素子の発熱現象をパッケージ外に放熱すると
いう効果を併せ持ち、半導体素子の作動安定性をも保持
しうるものとなる。

【００１２】本発明においては、前記アイランド部が吊
りピンを介してリードフレームに連接されていることが
重要な要件となる。アイランド部はリードフレームの一
部として製作時にリードフレームと同一面に一体に形成
されるが、当該部分のみを後加工によって押し下げるこ
とによって（デプレス）任意の位置に押し下げた状態で
形成される。したがって、アイランド部とリードフレー
ムは同一の材料で構成されるが、防錆や放熱性を向上さ
せるために、アイランド部のみを部分的にメッキしたり
、あるいは他の材料を接合しても良い。また、中空パッ
ケージにおけるアイランド部の形成位置は、半導体素子
ボンディング部（ダイパット面）よりも内側であって、
かつ、中空パッケージの底面よりも肉厚方向内側、特に
、ダイパット面から少なくとも１００μｍ以上、パッケ
ージの底面よりに設けられることが好ましい。アイラン
ド部上面がダイパット面と一致した場合には耐湿性が低
下する。

【００１３】したがって、予め定められたアイランドの
形成位置によってアイランド部をリードフレームからど
の程度低い位置に来るように形成しておくかは、たとえ
ば、押圧処理時の操作で任意に調整することができる。 アイランド部の厚みは、通常５０ないし１０００μｍ、
好ましくは　１００ないし　５００μｍのものが用いら
れるが、その大きさは、半導体素子の底面と略同程度の
大きさのものであればよいが、大きくすればそれに応じ
て好ましい結果が得られる。また、蓋接着部５には、密
封効果をよりすぐれたものとするために段部を設けてあ
ることが好ましい。

【００１４】図２は、中空パッケージの素子ボンディン
グ部４に半導体素子７を固着し、該素子とリードフレー
ム２をボンディングワイヤ６で連結した後、蓋材８をパ
ッケージの接着用段部５に、エポキシ系、イミド系、あ
るいはアクリル系などの接着剤で接着せしめ、気密封止
された半導体装置の一例を示す側断面図である。ボンデ
ィングワイヤーとしては、通常、金やアルミニウムが使
用され、また蓋材としては、ガラス板、サファイヤ板、
透明アルミナ板、透明プラスチック板などの透明蓋材、
着色ガラス板、セラミックス板、着色プラスチック板な
どの半透明ないし不透明蓋材が使用される。図２は、ア
イランド部下面が中空パッケージ底面の位置にあり、図
３は、アイランド部下面が中空パッケージ底面より肉厚
方向内側にある態様を示したものである。

【００１５】半導体装置の製造方法 本発明にかかる半導体装置は、他の部分より所定の距離
押し下げられたアイランド部を有するリードフレームを
、予め金型内の所定の位置にセットしておき、ついで、
ビスフェノールＡ型、オルソクレゾールノボラック型、
グリシジルアミン型などのエポキシ樹脂、ポリアミノビ
スマレイミド、ポリピロメリットイミドなどのポリイミ
ド樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シ
リコーン樹脂などの熱硬化性樹脂、あるいは、液晶ポリ
マー、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン樹
脂などの耐熱性の熱可塑性樹脂を射出あるいはトランス
ファー成形によって一体化を行うものである。この方法
によれば、中空パッケージに封入されるリードフレーム
のアイランド部位置が、適宜な押圧手段、たとえば、プ
レス操作によって押し下げられ、予め正確な位置に定め
ておくことができるため、成形時にインサートする工程
が一回で済み、面倒な位置合わせをする手間を省くこと
ができる。

【００１６】インサート成形の条件は、使用する樹脂に
よっても異なるが、エポキシ樹脂の場合を例にとると、
通常圧力が１０ないし　８００ｋｇ／ｃｍ２、温度が　
１５０ないし　２００℃、時間が１ないし５分の条件で
の加圧加熱が行われ、必要に応じて、さらに後硬化工程
を加えることが好ましい。押し下げられたアイランド部
を有するリードフレームをインサート成形することによ
り、中空パッケージの底面またはそれより内側に耐湿性
にすぐれたアイランド部が高い精度をもって固定され、
作業工程が簡略化されるばかりでなく確実な固着が達成
される。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、中空パッケージの底面
あるいはそれより内側に、蒸気不透過性の板状体からな
るアイランド部を形成することにより、半導体パッケー
ジ内への水分透過率の最も多い、パッケージ底面からの
水分の浸入が有効に防止され、さらに、このアイランド
部はリードフレームと吊りピンによって連接されている
ため、アイランド部の形成位置を、予め押圧手段によっ
て定めておくことができ、これをインサート成形するこ
とにより、工程を省力化出来るばかりでなく、中空パッ
ケージの内面あるいは外面にアイランド部が高い精度を
もって形成することができる。

【００１８】

【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明する
。なお、半導体パッケージに対する水分の浸入は、次の
方法によって試験した。透明蓋材で封止したパッケージ
を市販のプレッシャークッカー試験機に入れ、温度１２
１℃、湿度１００％ＲＨ、ゲージ圧力１ｋｇ／ｃｍ２で
２時間、加熱加圧後取り出し、８０℃×１５秒パッケー
ジの透明蓋材側をホットプレートに押し付け加熱した後
、２５℃の真鍮ブロックに透明蓋材部を１０秒押し付け
て、透明蓋材の内側に浸入水分による結露ができるかど
うかを調べた。結露が認められないものは浸入水分が僅
かなものであり、実用上問題が生じないものと判定した
。したがって、本発明において、パッケージの耐湿性の
優劣は、透明蓋材の内側に結露が認められるまでの加熱
加圧時間の長短で判定される。

【００１９】実施例１ アイランド部を有する、光沢剤（サッカリン）を配合し
てニッケルメッキした４２アロイ製のリードフレーム（
厚さ２５０μｍ）をプレス成形し、アイランド部のみ押
し下げ、これをトランスファー成形機の金型内の所定の
位置にセットした。次いでオルソクレゾールノボラック
型エポキシ樹脂／フェノールノボラック硬化剤系成形材
料を、温度１８０℃、圧力１２０ｋｇ／ｃｍ２、時間３
分の条件でインサート成形した後、温度１８０℃、時間
３時間で後硬化を行なって図１に示すような成形体（底
厚１ｍｍ）を得た。次いで透明ガラス板製蓋を上記成形
体の接着用段部にエポキシ樹脂で接着した。この気密封
止された中空パッケージを、温度１２１℃、湿度１００
％ＲＨ、ゲージ圧力１ｋｇ／ｃｍ２の条件でプレッシャ
ークッカー試験にかけ、２時間毎にとり出してガラス蓋
の内側に結露が認められるかどうかを調べた。その結果
、結露は１２時間まで認められず、１４時間後にはじめ
て認められた。また、パッケージダイパッド面からアイ
ランド上面までの形成位置を変えて耐湿性の違いを測定
した結果は、図５に△−△の点線で示すとおりであった
。使用したパッケージの厚み（半導体素子の底面からパ
ッケージ底面まで）は１ｍｍであり、１２１℃、１００
％のプレッシャークッカー試験で、内部に曇りが発生す
るまでの時間を測定した。一方アイランド部の組込みを
実施しない以外は全て同様に製作したパッケージは、同
様のプレッシャークッカー試験で４時間で結露が認めら
れた。

【００２０】実施例２ リードフレームとして、光沢剤を配合しないでニッケル
メッキした４２アロイを使用した以外は、実施例１と同
様に行った。パッケージダイパッド面からアイランド上
面までの形成位置を変えて耐湿性の違いを測定した結果
は、図５に●−●の実線で示した。この結果から、アイ
ランドを形成する位置は、半導体素子ボンディング部（
ダイパット面）よりも内側で、かつ、中空パッケージの
底面よりも内側、とくに、ダイパット面から少なくとも
１００μｍ以上底面よりに設けられることが好ましいこ
とが判明した。

【００２１】実施例３ リードフレームとして、メッキを施していない４２アロ
イ製のものを使用した以外は、実施例１と同様に行った
。その結果、図５の●−●で示したカーブと同じ評価が
得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】インサート成形によって一体化された本発明の
中空パッケージの一例を示す側断面図である。

【図２】気密封止された半導体パッケージの完成状態の
一例を示す示す側断面図である。

【図３】気密封止された半導体パッケージの完成状態の
他の一例を示す示す側断面図である。

【図４】インサート成形前のリードフレームとアイラン
ドの形状の一例を示す上面図である。

【図５】実施例１および２において、アイランドの形成
位置の違いによるプレッシャークッカー試験の結果を示
すグラフである。

【符合の説明】

１　　中空パッケージ ２　　リードフレーム ３　　アイランド部 ３’吊りピン部 ４　　半導体素子ボンディング部 ５　　密封用の蓋接着部 ６　　ボンディングワイヤー ７　　半導体素子 ８　　蓋材 ９　　接着層

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　気密封止された半導体素子を内面に搭
   載した中空パッケージの底面またはそれより内側に、リ
   ードフレームのインナーリードとアウターリードより低
   い位置に少なくとも半導体素子の底面と同じ大きさを有
   する蒸気不透過性の板状体からなるアイランド部を形成
   したことを特徴とする耐湿性のすぐれた半導体装置。
2. 【請求項２】　　前記アイランド部が、リードフレーム
   に吊りピンを介して連接されたものである請求項（１）
   　記載の半導体装置。
3. 【請求項３】　　前記アイランド部が、ダイパット面よ
   り内側であって、かつ、中空パッケージの底面より内側
   に形成されたものである請求項（１）　記載の半導体装
   置。
4. 【請求項４】　　前記アイランド部が、ダイパット面か
   ら少なくとも１００μｍ以上中空パッケージの底面より
   に設けられたものである請求項（１）　記載の半導体装
   置。
5. 【請求項５】予め金型内の所定の位置にリードフレーム
   とそれに連接されたアイランド部をセットした後、合成
   樹脂を射出成形あるいはトランスファー成形することに
   よって、アイランド部、リードフレームおよび中空パッ
   ケージとを一体化することを特徴とする半導体装置の製
   造方法。