JPH05218276A - 割れにくい半導体装置およびその作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 リード１３およびフレーム１２を有するフラ
グレス・リードフレーム１０と、上面２４ａおよび底面
２４ｂを有する半導体チップ２４とを含む半導体パッケ
ージ２０を提供する。 【構成】 この半導体パッケージにおいて、底面２４ｂ
の一部はフレーム１２に取付けられ、上面２４ａおよび
底面２４ｂの露出部分には炭素および炭素化合物が実質
的に無い。残留炭素および炭素化合物は、上面２４ａお
よび底面２４ｂの露出部分から除去される。成形材料２
２は、パッケージ２０から延びるリード１３を除いて、
半導体チップ２４およびリードフレーム１０を封入す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般に半導体パッケー
ジに関し、さらに詳しくは、熱ショックを受けても割れ
たり剥離しない半導体パッケージに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体チップは、表面装着型のプラスチ
ック・パッケージに収容される場合が多い。このような
パッケージは、リードフレームに物理的にあるいは機械
的に取付けられた半導体チップによって構成され、リー
ドフレームのリードは半導体チップに選択的にワイヤ・
ボンディングされる。半導体チップおよびリードフレー
ムの一部は、成形材料(mold compound) によって封入さ
れる。表面装着プラスチック・パッケージの問題点は、
パッケージが水分で飽和して、熱ショックを受けると割
れやすいことである。これらのかなり爆発的な破損は、
熱を受けるとポップコーンの穀粒がはじけることに類似
しているので、「ポップコーン」破損(popcorn failure
s)という。

【０００３】一般に、表面装着プラスチック・パッケー
ジは、プリント回路板に半田付けされる際に熱ショック
を受ける。通常、ポップコーン問題は、パッケージ内の
フラグ(flag)と成形材料との界面およびダイ・ボンドと
フラグとの界面の剥離から開始する。この剥離により、
パッケージは膨張し、ついには割れが生じる。この剥離
を防ぐことは、ポップコーン破損を防ぐことになる。フ
ラグと成形材料との界面またはダイ・ボンドとフラグと
の界面における接着性を改善することにより、剥離を防
ぐことができる。従って、ポップコーン問題を防ぐ鍵
は、パッケージ内のすべての界面における接着性を改善
することにより剥離を防ぐことである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ポップコーン問題を解
決する試みは、これまでのところ適切な解決方法を得て
いない。これらの試みには、成形材料に対する改善，リ
ードフレーム・コーティングおよび処理に対する改善，
フラグ設計における改善およびチップ取付け材料の改善
が含まれる。これらの試みは剥離を防いでいないので、
従来の解決方法はパッケージが水分に露出されることを
防ぐことである。これには、半導体パッケージを乾燥剤
と共に乾燥パッケージ内に保存することが含まれる。半
導体パッケージは、プリント回路板に装着するまで乾燥
状態に維持しなければならない。ポップコーン問題を解
決することは、ポップコーン破損を排除することにより
大幅なコスト節減が得られる。さらに、半導体パッケー
ジを乾燥状態に保存しなくてもすむ。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、リードおよび
ダイ開口部を有するフラグレス（フラグのない）リード
フレームと、上面(upper surface) および底面(lower s
urface) を有する半導体チップとによって構成される半
導体パッケージによって実現され、底面の第１部分はリ
ードフレームに取付けられ、底面の第２部分はダイ開口
部によって露出され、かつ、炭素および炭素化合物が実
質的に無い。残留炭素および炭素化合物は、底面の露出
された部分から除去される。成形材料は、パッケージか
ら延びるリードを除いて、半導体チップおよびリードフ
レームを封入する。

【０００６】

【実施例】図１は、本発明のリードフレーム１０の一部
の実施例の上面図を示す。リードフレーム１０は、タイ
・バー(tie bars)１４と、ダイ開口部１１となるべく中
央部が除去されたフレーム１２とによって構成される。
複数のリード１３はフレーム１２を取り囲み、これらの
リードは、以下で説明する半導体装置と外部回路（図示
せず）との間で電気信号を結合するために用いられる。
この種のリードフレーム１０は、「フラグレス(flagles
s)」という。リードフレーム１０を利用する利点は当技
術分野において周知であり、１９９０年５月８日に特許
された米国特許第４，９２４，２９１号"Flagless Semi
conductor Package," Lesk et alによって開示されてお
り、これは参考として本明細書に含まれる。リードフレ
ーム１０の作製方法の詳細については、利用可能な他の
実施例と共に、上記の引例で説明されている。

【０００７】図２は、本発明による実施例の拡大断面図
を示す。半導体パッケージ２０は、半導体チップ２４を
収容する封入体２２によって構成され、この半導体チッ
プ２４はリードフレーム１０のフレーム１２に物理的に
あるいは機械的に取付けられている。成形材料はリード
フレーム１０の一部のみを封入し、図１に示すリード１
３がパッケージから延びている。好適な実施例では、半
導体チップ２４はエポキシまたは他のポリマー２８によ
ってリードフレーム１０に取付けられる。任意の適切な
ボンディング方法を利用してもよい。

【０００８】本発明の方法は、図１に示すダイ開口部１
１を有していない従来のリードフレームを利用する半導
体パッケージに対しても有用であることが理解される。
以下で説明するように、本発明は、封入体２２と接触す
る半導体チップ２４の表面間の接着性を改善するうえで
役立つ。改善された接着性は、フラグレス・リードフレ
ーム１０を用いる表面装着パッケージにおいて特に有用
であるが、改善された接着性はプラスチック・パッケー
ジに収容された半導体装置についも信頼性および耐湿性
を改善する。

【０００９】半導体チップ２４は、上面２４ａおよび底
面２４ｂを有する。底面２４ｂは、自然酸化物のみを有
する半導体材料からなることが好ましい。半導体チップ
２４は、研磨または研削された底面２４ｂを有する。あ
るいは、底面２４ｂは、ニ酸化シリコン，窒化シリコン
などの無機質誘電層であってもよい。いずれにせよ、従
来の組立工程により、少なくとも底面２４ｂ上に残留が
生じることが判明している。この残留は、主に、ウェー
ハ処理，ソーイング(sawing)およびダイ・ボンディング
工程において堆積する炭素および炭素化合物からなる。
特に、半導体チップ２４は、ダイ・ボンディングの前の
ソーイング工程において接着テープに取付けられるのが
一般的である。この接着テープは、底面２４ｂ上にかな
りの量の炭素および炭素化合物を堆積すると考えられて
いる。

【００１０】底面２４ｂの第１部分は、前述のように、
エポキシ２８によってリードフレーム１０のフレーム１
２に物理的にあるいは機械的に取付けられる。底面２４
ｂの第２部分はダイ開口部１１によって露出され、封入
体２２と物理的に接触している。封入体２２と底面２４
ｂとの間の界面における不純物、特に炭素および炭素化
合物により、この界面における接着性が低下し、これは
「ポップコーン」破損の主な原因となる。従って、従来
の半導体パッケージ部材とは異なり、本発明によるパッ
ケージ部材は、炭素および炭素化合物が実質的に無い表
面２４ｂを有する。さらに、上面２４ａと封入体２２と
の間の剥離は「ポップコーン」破損と密接な関連はない
が、上面２４ａを炭素および炭素化合物が無いようにす
ることにより、改善された性能が得られると思われる。

【００１１】フラグレス・リードフレーム１０と、炭素
残留物が実質的に無い表面２４ｂとを組み合わせて利用
することにより、本発明の利点が得られる。しかし、フ
ラグレス・リードフレーム利用しなくても、上面２４ａ
やエッジ面などの露出面から炭素残留物を除去すること
により、露出面と封入体２２との間の接着性が改善され
ると思われる。表面２４ｂから炭素および炭素化合物を
除去する一つの方法として、十分な時間で表面２４ｂを
水素炎に露出することにより、炭素残留物を除去する方
法がある。封入を行う際にきれいな表面を確保するた
め、水素炎への露出は封入する直前に行わなければなら
ない。

【００１２】炭素残留物を除去する好適な方法は、酸素
およびオゾン雰囲気中で表面２４ｂを紫外線（ＵＶ）放
射に曝すことによって行う。この方法（以下、ＵＶ／オ
ゾン・クリーニング法という）は、光増感酸化(photose
nsitized oxidation) 方法である。炭素残留物の酸化は
熱エネルギではなく光エネルギによって向上されるの
で、ＵＶ／オゾン・クリーニングは水素炎クリーニング
に比べはるかに低い温度において有効である。低温度
は、装置の設計および処理を簡単にする。また、低温処
理は、半導体チップの電気特性に対するクリーニングの
影響を最小限に押さえる。ＵＶ／オゾン・クリーニング
は、炭素残留物を除去するのに十分な時間で行われる。
典型的な処理では、クリーニング時間は約２〜３分であ
るが、この時間は除去すべき残留物の量に応じて大幅に
変わることがある。

【００１３】ＵＶ／オゾン・クリーニングは、ＵＶ放射
源として水銀（Ｈｇ）放電ランプを利用する。Ｈｇ放電
ランプは、１８４．９ナノメータ（ｎｍ）および２５
３．７ｎｍの主放射出力を有する。１８４．９ｎｍ出力
はＯ₂ 分子によって吸収され、酸素原子およびオゾンを
生成する。従って、１８４．９ｎｍ出力は、ＵＶ／オゾ
ン・クリーニング処理で利用される酸素／オゾン雰囲気
を作ることに主に寄与する。２５３．７ｎｍ出力は不純
物分子の分子結合を分解し、それにより不純物分子と酸
素・オゾン雰囲気との相互作用を促す働きをする。ま
た、ＵＶ／オゾン・クリーニングは底面２４ｂ上の燐や
窒素などの不純物を除去することが知られているが、一
般にこれらの不純物は底面２４ｂ上では濃度が低いの
で、これらの不純物は封入体２２と表面２４ｂとの間の
接着性に影響しないと考えられる。

【００１４】フラグレス・リードフレームと、封入する
前に半導体チップの底面から炭素および炭素化合物を除
去するクリーニング方法との組み合わせを利用すること
により、割れにくい半導体パッケージを作製できること
を説明してきた。この組み合わせにより、成形材料に対
する優れた接着性が得られ、それにより熱ショックにお
ける半導体パッケージの割れを防ぐことができる。ま
た、改善された接着性は、不純物が半導体パッケージに
進入することを防ぎ、フラグレス・リードフレームを用
いない場合でも、半導体装置の耐湿性および耐久性を向
上させる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で利用されるリードフレームの一部の上
面図を示す。

【図２】本発明の実施例の拡大断面図を示す。

【符号の説明】

１０ リードフレーム １１ ダイ開口部 １２ フレーム １３ リード １４ タイ・バー ２０ 半導体パッケージ ２２ 封入体 ２４ 半導体チップ ２４ａ上面 ２４ｂ底面 ２８ エポキシ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 サンカラナラヤナン・ガネサン アメリカ合衆国アリゾナ州スコッツデー ル、ナンバー1117、イースト・マウンテ ン・ビュー・ロード8787 (72)発明者 ギャリー・エル・ルイス アメリカ合衆国アリゾナ州ペオリア、ウエ スト・ウィリアムス・ロード9021

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 割れにくい半導体パッケージを作製する
   方法において、 リード（１３）およびダイ開口部（１１）を有するフラ
   グレス・リードフレーム（１０）を設ける段階と、 上面（２４ａ）および底面（２４ｂ）を有する半導体チ
   ップを設ける段階であって、少なくとも前記底面（２４
   ｂ）はその上に残留炭素および炭素化合物を有する段階
   と、 前記半導体チップの前記底面（２４ｂ）の第２部分が露
   出されるように、前記半導体チップの前記底面（２４
   ｂ）の第１部分を前記フラグレス・リードフレーム（１
   ０）に取付ける段階と、 少なくとも前記底面から前記残留炭素および炭素化合物
   を除去する段階と、 前記半導体チップ（２４）および前記リードフレーム
   （１０）を、そこから延びているリード（１３）を除い
   て、封入する段階と、 によって構成されることを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 前記残留炭素および炭素化合物を除去す
   る前記段階は、紫外線（ＵＶ）放射源を設ける段階と、
   前記半導体チップ（２４）が取付けられた前記フラグレ
   ス・リードフレーム（１１）を前記ＵＶ放射源から所定
   の距離離れて配置する段階と、少なくとも前記底面を酸
   素およびオゾン雰囲気で包囲する段階とをさらに含んで
   構成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 上面（２４ａ），底面（２４ｂ）および
   複数のエッジ面を有する半導体チップ（２４）と、リー
   ド（１３）およびダイ開口部（１１）を含むフラグレス
   ・リードフレーム（１０）とによって構成される半導体
   装置において、このリードフレーム（１０）は前記底面
   （２４ｂ）の第１部分に機械的に結合され、前記ダイ開
   口部（１１）は前記底面（２４ｂ）の第２部分を露出し
   ており、前記底面（２４ｂ）のこの露出された第２部分
   には炭素および炭素化合物が実質的に無いことを特徴と
   する半導体装置。