JPH07122696A

JPH07122696A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH07122696A
Application number: JP5269281A
Authority: JP
Inventors: Susumu Okikawa; 進沖川; Saburo Kitaguchi; 三郎北口
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-10-27
Filing date: 1993-10-27
Publication date: 1995-05-12

Abstract

(57)【要約】【目的】樹脂封止型半導体装置において、ダイパッド
またはヒートスプレッダーと樹脂との密着性を向上さ
せ、リフロー処理および実用時における樹脂のクラック
発生を防止して信頼性の高い製品を提供する。またヒー
トスプレッダーによる半導体チップの熱放散を効果的に
行える高速かつ大容量の製品を提供する。【構成】半導体チップ、半導体チップを搭載するダイ
パッドまたはヒートスプレッダー、および半導体チップ
とボンディングワイヤで接続されたインナリードが樹脂
で封止された樹脂封止型半導体装置において、ダイパッ
ドまたはヒートスプレッダーがＳｉ溶射皮膜を有してい
る。実施態様として、ヒートスプレッダーが複合材料か
らなるもの等を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、樹脂封止型半導体装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】樹脂封止型半導体装置は、４２Ｎｉ合金
（４２％Ｎｉ−Ｆｅ），Ｃｕ，Ａｌ等の導電性材料から
なる薄板を、プレスあるいはエッチングにより加工した
リードフレームに、半導体チップを搭載して製造され
る。その一例の断面を図１７に示す。半導体チップ１
を、リードフレームの中央部にあるダイパッド２にＡｇ
ペースト等の接合材８でダイボンディングし、リードフ
レームのインナリード４とボンディングワイヤ５で接続
し、樹脂６で封止し、フレームから切り離し、インナリ
ード４の樹脂外の部位（アウタリード１０）を折り曲げ
て製造されている。製造された半導体装置は、はんだ１
１を付着したアウタリード１０を回路基盤１２に固定す
るために、熱照射や加熱によりはんだ１１を融解する、
いわゆるリフロー処理に付される。

【０００３】また半導体装置には、図１８に示すよう
に、半導体チップ１を、リードフレームとは別の材料か
らなるヒートスプレッダー３に搭載したものもある。こ
のタイプの半導体装置は、高集積化かつ大容量化に伴
い、発熱量が増大した半導体チップ１の放熱効果を持た
せたものであり、ヒートスプレッダー３には熱伝導性の
よい金属材料が使用され、インナリード４とは絶縁性材
料からなる接合材９で接続される。また、その底面が樹
脂６から露出しているものもある。このようなタイプの
半導体装置も、図１７の場合と同様にリフロー処理に付
される。

【０００４】なお、ダイパッド２は、タブ、ベッド、ア
イランドなどと呼ばれることもあり、またヒートスプレ
ッダー３は、ヒートシンク、ヘッダーなどと呼ばれるこ
ともある。

【０００５】一般に、半導体装置の封止樹脂には、エポ
キシ樹脂など吸湿性を有するものが使用されるため、径
時的に水分を吸収する傾向がある。そして樹脂とダイパ
ッドやヒートスプレッダーとの境界に水分が溜まりやす
い。このような半導体装置をリフロー処理すると、加熱
によって水分が急激に蒸発膨張し、図１７および１８に
示すように、主にダイパッド２やヒートスプレッダー３
のコーナー部にクラック１３が生じる。また、樹脂６と
ダイパッド２やヒートスプレッダー３との熱膨張差に起
因して、境界が剥離したり、境界の樹脂にクラックが生
じることもあり、さらに、その剥離部やクラックの水分
が蒸発して樹脂のクラックが拡大することもある。

【０００６】このような樹脂の剥離やクラック発生を防
止する手段として、ダイパッドやヒートスプレッダーに
皮膜を形成することが、各種提案されている。すなわ
ち、特開平２−８２６４５号公報には、ダイパッドにＳ
ｉまたはＳｉ化合物からなる皮膜を、スパッタ法、スピ
ン塗布法、ＣＶＤ法、ダイアタッチ法により、ダイパッ
ドの材質や皮膜に応じた方法で形成することが、特開平
２−９４４５９号公報には、ダイパッド（ベッド部）の
裏面に、Ｓｉ非結晶膜をプラズマＣＶＤ法により堆積す
ることが、また特開平４−３３２１５５号公報には、ダ
イパッド（アイランド部）の裏面に、ＣＶＤ法によりシ
リカ皮膜、セラミック溶射法によりアルミナまたはコー
ジライトの皮膜を形成することが、それぞれ記載されて
いる。

【０００７】ヒートスプレッダーの皮膜については、特
開平１−５０４３号公報に、ポリイミド系樹脂、エポキ
シ系樹脂などの有機皮膜、あるいは該皮膜中にアルミ
ナ、シリカを例とする金属酸化物を混入した皮膜が記載
され、特開平４−２５０５２号公報には、ポリイミド系
の絶縁性有機高分子化合物および低融点ガラスを例とす
る絶縁性無機高分子化合物が、それぞれ記載されてい
る。

【０００８】また、樹脂とヒートスプレッダーとの熱膨
張差による問題点の解決策として、特開平４−２９３６
０号公報には、Ｓｉ半導体素子と熱膨張係数の近い４２
Ｎｉ合金をリードフレームに使用し、熱伝導性がよく、
かつ熱膨張係数が４２Ｎｉ合金に近いＭｏ，Ｗ，ＡｌＮ
をヒートスプレッダーに使用することが提案されてい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】樹脂封止型半導体装置
において、ダイパッドやヒートスプレッダーと樹脂との
密着性を向上させ、樹脂のクラック発生を防止する上記
従来技術には、まだ問題がある。

【００１０】すなわち、ダイパッドやヒートスプレッダ
ーに、スパッタ法やＣＶＤ法で皮膜を形成するには、真
空中での処理が必要であり、所定部位に皮膜を形成する
ためのマスキングを真空中で行う際の作業性や製造コス
トの問題、また皮膜表面が平滑であるため密着性の問題
もある。スピン塗布法は、被処理面を水平面内で回転さ
せ、皮膜形成物質の粉体を有機溶剤に混入したものを滴
下して塗布した後、溶剤を揮発させる方法であり、皮膜
の密着性に問題がある。ダイアタッチ法は、皮膜形成物
質からなる板を貼り付けるものであり、樹脂封止した半
導体装置自体が厚くなるか、あるいは樹脂層が薄くなっ
て強度上の問題が生じる。また、アルミナやコージライ
トの溶射皮膜については、Ｓｉ半導体チップや樹脂との
密着性がＳｉ系の皮膜に劣るという問題がある。さらに
有機皮膜は、皮膜自体が吸湿性を有しており、ガラス皮
膜は皮膜の強度に問題がある。

【００１１】また、樹脂とヒートスプレッダーの熱膨張
差による問題の解決策を提案している特開平４−２９３
６０号公報の技術については、ヒートスプレッダーに使
用されるＭｏ，Ｗ，ＡｌＮの熱伝導度がＡｌやＣｕに比
べて低いため、高速かつ大容量の半導体装置としては問
題が残る。

【００１２】本発明は、樹脂封止型半導体装置におい
て、ダイパッドやヒートスプレッダーと樹脂との密着性
を向上させ、リフロー処理および実用時における樹脂の
クラック発生を防止して、信頼性の高い製品を提供する
ことを目的とする。また、ヒートスプレッダーによる半
導体チップの熱放散を効果的に行える高速かつ大容量の
製品を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明はつぎの２発明からなる。第１発明は、半導体
チップ、半導体チップを搭載するダイパッド、および半
導体チップとボンディングワイヤで接続されたインナリ
ードが樹脂で封止された樹脂封止型半導体装置におい
て、ダイパッドがＳｉ溶射皮膜を有していることを特徴
とする。その実施態様は、ダイパッドがインナリードよ
りも低位置にあり、かつインナリードが短寸で、該イン
ナリードがＴＡＢあるいはＦＰＣを介して半導体チップ
とボンディングワイヤで接続されていることを特徴とす
る。

【００１４】第２発明は、半導体チップ、半導体チップ
を搭載するヒートスプレッダー、および半導体チップと
ボンディングワイヤで接続されたインナリードが樹脂で
封止された樹脂封止型半導体装置において、ヒートスプ
レッダーがＳｉ溶射皮膜を有していることを特徴とす
る。その実施態様は、ヒートスプレッダーが、少なくと
も半導体搭載部位の周囲にＳｉ溶射皮膜を有しているこ
とを特徴とする。また、ヒートスプレッダーが、高熱伝
導度を有する金属素材に熱膨張抑止材を混合して熱膨張
係数が調整された複合材料で構成されていることを特徴
とする。さらに、ヒートスプレッダーが、低熱膨張係数
を有するＦｅ−Ｎｉ合金にＣｕを混合して熱伝導度が高
められた複合材料で構成されていることを特徴とする。

【００１５】

【作用】以下、本発明を図面により説明する。第１発明
は、図１の例に示すように、半導体チップ１、半導体チ
ップ１を搭載するダイパッド２、および半導体チップ１
とボンディングワイヤ５で接続されたインナリード４が
樹脂６で封止された樹脂封止型半導体装置において、ダ
イパッド２がＳｉ溶射皮膜７を有している。８は半導体
装置１とダイパッド２を接合するＡｇペースト等の接合
材である。ダイパッド２とインナリード４は、一体とな
ってリードフレームを構成していたものであり、Ｃｕや
４２Ｎｉ合金等からなる。なおダイパッド２は、従来、
タブ、ベッド、アイランド等と呼ばれているものも含
む。

【００１６】第２発明は、図２の例に示すように、半導
体チップ１、半導体チップを搭載するヒートスプレッダ
ー３、および半導体チップ１とボンディングワイヤ５で
接続されたインナリード４が樹脂６で封止された樹脂封
止型半導体装置において、ヒートスプレッダー２がＳｉ
溶射皮膜７を有している。８は、図１の例と同様、Ａｇ
ペースト等の接合材である。ヒートスプレッダー３は、
第１発明におけるダイパッド２とは違って、リードフレ
ームを構成していたものではなく、Ｃｕ，Ａｌ等の熱伝
導度が良く、肉厚の厚い材料が採用され、従来、ヒート
シンク、ヘッダー等と呼ばれているものも含む。

【００１７】本発明においてＳｉ溶射皮膜７は、図１お
よび図２に示すように、ダイパッド２あるいはヒートス
プレッダー３の両面にあってもよく、また半導体チップ
１側の面あるいは反対側の面のみにあってもよい。皮膜
の厚さは１〜３０μｍとするのが好ましい。１μｍ未満
では十分な密着性が得られない場合が生じ、３０μｍを
越えても効果が飽和する。

【００１８】Ｓｉ溶射皮膜７を形成するには、通常の溶
射法により大気中で行うことができ、リードフレームの
ダイパッドに溶射する装置の一例を図３に示す。リード
フレーム１４が通過できる間隔を開けて、一対のマスク
１６ａ，１６ｂが対向して配設され、マスクの露出部１
７に向けて溶射ノズル１８が設けてある。リードフレー
ム１４のリード部１５をマスク１６ａ，１６ｂで遮蔽
し、ダイパッド２の部分を露出部１７に位置させ、溶射
ノズル１８からＳｉを溶射する。溶射終了後、リードフ
レーム１４を矢印の方向に移動させ、次のダイパッドに
溶射を施す。ダイパッド２の表裏面への溶射は、図３の
ように溶射ノズル１８を上下に配置して行うほか、上側
のみに配置しリードフレーム１４を裏返して再度通板し
てもよい。ヒートスプレッダーの全面に溶射皮膜を形成
する場合は、ベルトに乗せて順次送りつつ、マスク１６
を使用せず、溶射ノズル１７から溶射する等の方法で行
うことができる。溶射によれば、ダイパッド２あるいは
ヒートスプレッダー３の端面にも回りこんで溶射皮膜が
形成される。また、溶射前に、ダイパッド２あるいはヒ
ートスプレッダー３を、２００〜３００℃程度の酸化さ
れない温度に予熱するとＳｉ溶射皮膜が形成されやす
い。

【００１９】ダイパッド２あるいはヒートスプレッダー
３がＳｉ溶射皮膜７を有していると樹脂６との密着性が
優れ、リフロー処理および実用時における樹脂のクラッ
ク発生を防止することができる。これは、Ｓｉあるいは
その表面に形成されている可能性のある酸化珪素と、樹
脂６とのなじみが良いこと、およびＳｉ溶射皮膜７が、
溶射皮膜特有の表面あらさを有していることに起因する
と考えられる。また、Ｓｉ溶射皮膜は、Ａｇペースト等
との接着性もよく、半導体チップ１と接合する場合にも
問題ない。

【００２０】Ｓｉ溶射皮膜を形成する前のダイパッド２
あるいはヒートスプレッダー３の表面は、サンドブラス
ト処理等により粗面にしておくのがよく、平均あらさで
１〜４μｍ程度が好ましい。また、あらかじめＮｉある
いはＡｇ等の皮膜をメッキ等により形成しておくと、Ｓ
ｉ溶射皮膜が形成されやすい。ただし、ダイパッドある
いはヒートスプレッダーが、４２Ｎｉ合金等、Ｎｉまた
はＡｇを主要成分として含有している場合は、その必要
はない。

【００２１】つぎに、第１発明の実施態様を図４〜図６
に示す。図４はリードフレーム１４の平面図であり、ダ
イパッド２のコーナー部がダイパッドリード１９でフレ
ームに連結され、短寸のインナリード４にＴＡＢテープ
あるいはＦＰＣテープ（以下総称してＴＡＢテープと記
す）２０を接続している。図５は、樹脂モールド後の図
４のＡ−Ａ断面図であり、ダイパッド２はインナリード
４よりも低位置にあり、ダイパッド２とインナリード４
はＴＡＢテープを介してボンディングワイヤ５で接続さ
れている。図６はインナリード４の下面にＴＡＢテープ
２０を接続したもので、特にＦＰＣテープを用いる場合
に製作しやすい構造となっている。

【００２２】ＴＡＢ（Tape Automated Bonding）テープ
やＦＰＣ（Flex Printed Curcuit）テープは、多ピンに
対する有効技術として用いられている。多ピンになる
と、半導体チップ１の近傍ではインナリード４が密集
し、加工が困難になるため、図１のようにインナリード
４を短寸とし、プリント配線されたＴＡＢテープを介し
てワイヤボンディングを行うのが有効である。

【００２３】本発明の実施態様では、ダイパッド２をイ
ンナリード４より低位置に配することにより、半導体チ
ップ１とＴＡＢテープ２０の位置を、図５のようにほぼ
同レベルにすることができ、ボンディングワイヤ５を接
続する場合、あるいは樹脂封止時に、半導体チップ１の
エッジへボンディングワイヤ５が接触するのを確実に防
止することができ、また樹脂封止後の形を薄くすること
ができる。このような形の半導体装置においても、Ｓｉ
溶射皮膜の効果が発揮される。なお図５および図６で
は、Ｓｉ溶射皮膜７をダイパッド２の裏面のみに形成し
ているが、両面に形成してもよい。

【００２４】本発明のこの実施態様によれば、例えば２
０×２０mmのボデイサイズの場合、従来タイプの１４４
ピンが２６５ピンに、４０×４０mmの場合、１３２ピン
が５２０ピン程度までそれぞれ増大することが可能とな
り、信頼性の高い高集積多ピン化された半導体装置が得
られる。

【００２５】つぎに第２発明の実施態様を図７に示す。
ヒートスプレッダー３の上面に半導体チップ１がはんだ
２１で接合され、半導体チップ１の周囲にＳｉ溶射皮膜
７が形成されている。なお図中２２は取り付け用のねじ
孔である。この実施態様においては、ヒートスプレッダ
ー３上に半導体チップ１をはんだ２１によりダイボンデ
ィングする際、上面のＳｉ溶射皮膜７が堰となって、溶
融はんだ２１が流出せず、均一な厚さの接合層が得られ
る。半導体チップ１からヒートスプレッダー３への熱伝
導が均一良好であり、はんだ剥離の問題がなく、しかも
ヒートスプレッダー３のコーナー部にはＳｉ溶射皮膜が
形成されているので、樹脂のクラック発生が防止でき、
信頼性の高い半導体装置が得られる。

【００２６】さらに第２発明の別の実施態様を説明す
る。第２発明におけるヒートスプレッダー３は、高熱伝
導度を有する金属素材に熱膨張抑止材を混合して熱膨張
係数が調整された複合材料で構成されているのが好まし
い。金属素材としては、ＡｌまたはＡｌ系合金、Ｃｕま
たはＣｕ系合金、ＺｎまたはＺｎ系合金を採用すること
ができ、熱膨張抑止材としては、繊維状、粉状または多
孔状の炭素（Ｃ），炭化珪素（ＳｉＣ），窒化珪素（Ｓ
ｉ₃Ｎ₄）の１種または２種以上を採用することができ
る。粉状の場合は、ヒートスプレッダー３内に一様に分
散されたものが適用され、多孔状の場合は、窒化けい素
等の多孔体の孔が金属素材で埋められたものが適用され
る。そして複合材料の熱伝導度は、ＩＡＣＳで２０％以
上に、熱膨張係数は１５×１０^-6〜３×１０^-6／℃の範
囲に調整されているのが好ましい。

【００２７】この実施態様においては、ヒートスプレッ
ダー３の熱伝導がよく、かつ熱膨張および熱収縮が熱膨
張抑止材によって抑えられ、しかも熱膨張抑止材の混入
による金属素材の熱伝導度の低下は少ない。熱膨張抑止
材が繊維状の場合は、炭素ファイバー等の糸を縦横に織
った織物や板状のフェルトが、ヒートスプレッダー３の
平面方向に挿入されたものが適用される。また熱膨張抑
止材による重量軽減効果もある。したがって、リフロー
時、および実用時における、樹脂境界の剥離やクラック
発生が防止され、さらにＳｉ溶射皮膜との相乗効果によ
って信頼性の高い半導体装置が得られる。熱伝導度およ
び熱膨張係数は、金属素材および熱膨張抑止材の成分組
成、混合割合によって調整される。

【００２８】第２発明におけるヒートスプレッダー３は
また、低熱膨張係数を有するＦｅ−Ｎｉ合金にＣｕを添
加して熱伝導度を高めた複合材料で構成されているのが
好ましい。成分組成としては、重量％にて３５〜３７％
のＮｉを含むＦｅ−Ｎｉ合金に、重量％にて３０〜７０
％のＣｕを混合するのが好ましく、Ｆｅ−Ｎｉ合金マト
リックスに、繊維状または粒状のＣｕが混在する組織と
したものを採用する。そして、熱伝導度は、ＩＡＣＳで
２０％以上に、熱膨張係数は１５×１０^-6〜３×１０^-6
／℃の範囲に調整されているのが好ましい。

【００２９】Ｃｕを溶融状態のＦｅ−Ｎｉ合金に固溶限
を越えて添加し凝固させると、Ｆｅ−Ｎｉ合金のマトリ
ックスにＣｕが繊維状または粒状に析出した金属組織が
得られる。このような複合材料は、マトリックスの低熱
膨張係数とＣｕの高熱伝導度を併せた特性を有する。熱
膨張係数および熱伝導度は、Ｆｅ−Ｎｉ合金の組成およ
びＣｕの添加量によって調整される。被膜９はなくても
よい。

【００３０】また、第２発明の半導体装置におけるヒー
トスプレッダー３は各種形状のものを採用することがで
き、その主なものを図８に示す。図８（ａ）はインナリ
ード４を支持する受台１９を設けたもの、図８（ｂ）は
半導体チップ１を凹部２４で接合させることにより薄型
化したもの、図８（ｃ）はさらにヒートスプレッダー３
の露出している下面にもＳｉ溶射被膜７を形成したもの
である。図８（ｄ）はヒートスプレッダー３の、インナ
リード４との接合面に絶縁体皮膜２５を形成したもので
あり、接着やカシメによりインナリード４と接合するこ
とができる。

【００３１】ヒートスプレッダー３とインナリード４を
カシメにより行う例を示す。図９は、半導体装置を上か
ら見た平面図であり、ヒートスプレッダー３とインナリ
ード４は接合点２６で接合されている。その状況は図９
のＡ−Ａ断面を示す図１０のように、ヒートスプレッダ
ー３に設けた突起２７とインナリード４に設けた孔を嵌
合させ、突起２７の上部を扁平させてある。接合部には
絶縁体被膜２５があるので、インナリード４とヒートス
プレッダー３との電気的導通が阻止される。なお接合点
２６の位置は、図９の●位置のほか、○位置等でもよ
い。

【００３２】つぎに、第２発明の半導体装置の実施態様
における、複合材料からなるヒートスプレッダーの製造
法について述べる。複合材料が、高熱伝導度を有する金
属素材に粉状の熱膨張抑止材を混合したもの、あるいは
Ｆｅ−Ｎｉ合金にＣｕを混合したものである場合は、所
定の成分組成に調整された溶湯を鋳造し、圧延や鍛造に
より所定厚さの板にした後、プレスや切削により所定形
状に成形する方法、溶湯を丸棒あるいは角状の棒に鋳造
し輪切りにして成形する方法等がある。高熱伝導度を有
する金属素材に繊維状の熱膨張抑止材を混合した複合材
料の場合は、金属溶湯中に繊維状の熱膨張抑止材を装入
して凝固させた鋳造材、あるいはこれを繊維が破断され
ない程度に、圧延や鍛造した後、前述のようにして所定
形状に成形することができる。また、図１１に示す双ロ
ール法等により、溶湯から直接、板状に鋳造した素材か
ら、プレスや打抜き等により成形することもできる。図
１１において、冷却され矢印の方向に回転している双ロ
ール２８、２８の上方から溶湯２９を注入し、下方から
板状素材３０が得られる。３２は溶湯２９を一時的に溜
める堰である。このとき、熱膨張抑止材が繊維状あるい
は多孔状の場合は、これらを芯材３１として溶湯２９内
に挿入しつつ鋳造すればよい。ヒートスプレッダー３
が、図８のような各種形状である場合、図１２に示すよ
うに、素材３３を下ダイ３４の中に嵌めて下パンチ３６
に乗せ、上パンチ３７を移動させて素材３３の上方部分
を上ダイ３５のサイズに拡幅する鍛造法により製造する
こともできる。

【００３３】さらに、図１３に示すようなダイキャスト
法により、溶湯から直接、所定の形状に成形することも
できる。図１３において、下ダイ３４、上ダイ３５、下
ピストン３８および上ピストン３９で囲まれた空間に溶
湯２９を、例えば割り構造の上ダイ３５の合わせ部等に
設けた注入孔から注入し、冷却された各ダイおよび各ピ
ストンで抜熱し凝固させる。Ｆｅ−Ｎｉ合金にＣｕを混
合するもの、および金属素材に粉状の熱膨張抑止材を混
合するものについては、これら混合材を溶湯とともに注
入すればよい。熱膨張抑止材が繊維状あるいは多孔状の
場合は、図１３の空間に予めこれら熱膨張抑止材を装入
しておき、溶湯２９を注入してもよく、また図１４に示
すようなキャスト法で、鋳型４０に予め熱膨張抑止材を
装入しておき、取鍋４１から溶湯２９を注入してもよ
い。

【００３４】

【実施例】（１）図１に示すような半導体装置を製造
した。半導体チップ１にはＳｉチップ、ダイパッド２に
はＣｕ板を採用し、Ｃｕからなるダイパッド２には両面
にＮｉメッキを施した後、図３のようにしてＳｉ溶射皮
膜を両面に形成した。Ｓｉ溶射皮膜は、２０〜４０μｍ
径のＳｉ粉末をプラズマ溶射して形成した。その後、Ａ
ｇペーストを接合材８としてダイパッド２と半導体チッ
プ１を接合し、Ｃｕからなるインナリード４の先端部に
Ａｇメッキを施し、Ａｕのボンディングワイヤ５で半導
体チップ１とインナリード４を接続し、樹脂封入した
後、ダイパッド２の端部および半導体チップ１との接合
部の断面を顕微鏡観察した。その結果、図１５のスケッ
チに示すように、ダイパッド２の表面には薄いＮｉメッ
キ層４２が均一に形成され、その上にＳｉ溶射皮膜７が
ほぼ全面に密着して形成されているのがわかる。またＡ
ｇペーストからなる接合材８もＳｉ溶射皮膜７と密着
し、半導体チップ１と良く接合されているのが観察され
る。

【００３５】（２）上記（１）の本発明半導体装置お
よび図１７のような従来の半導体装置について、種々の
条件で吸湿させリフロー処理試験を行った。表１に、吸
湿条件とリフロー処理後の各部の接着剥離および内部ク
ラック発生率を示す。リフロー処理試験の条件は、２３
０℃１０秒加熱である。剥離およびクラック発生の評価
は超音波映像により行い、０％は剥離やクラックの発生
なし、１００％は観察部位全域に発生を意味する。観察
部位は図１６に示すとおりである。比較例の従来装置
は、Ｃｕからなるダイパッド２の片面にＡｇメッキを施
し、Ａｇペーストの接合材８でＳｉ半導体チップ１と接
合した他は、（１）で述べた本発明例と同様にして製造
したものであり、ダイパッド２の裏面はＣｕが樹脂６に
直接接している。

【００３６】表１からわかるように、本発明例には、８
５℃，８５％ＲＨ（相対湿度），３３６時間の過酷な条
件で吸湿させたものでも、接着剥離および内部クラック
が認められなかった。比較例は、８５℃，６５％ＲＨ，
７２時間で、すでにタブ上が１００％剥離し、リード先
端部剥離が始まり、８５℃，８５％ＲＨ，３３６時間で
は内部クラックも発生した。リード先端上下部の剥離
は、ワイヤボンドの断線不良につながり、致命的な不良
となった。また内部クラック発生品は、半導体チップ１
の上面への水分侵入に伴い、チップ上のＡｌ配線が腐食
され、致命的な不良となった。以上のことからも、本発
明のＳｉ溶射の効果が顕著なことがわかる。

【００３７】

【表１】

【００３８】（３）図２に示すような形状の半導体装
置を製造した。半導体チップ１にはＳｉを、インナリー
ド４には４２合金（４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金）およびＣｕ
合金を採用し、ヒートスプレッダー３として表２に示す
各種材料を用いた。製造時の主な熱履歴は、ダイボンデ
ィング時およびワイヤボンディング時に２００℃、レジ
ンモールディング時に１７０℃にそれぞれ加熱され、ア
フタキュアで１６０℃に５時間加熱された。製造された
半導体装置は、品質保証検査として−５５℃〜１５０℃
の温度サイクルで繰返し加熱冷却し、さらに１２５℃お
よび１５０℃に加熱する試験を行った。さらに、半導体
装置を回路基板に半田付けする際の工程を想定した半田
リフロー試験として、２３０℃に１０秒間加熱した。

【００３９】ヒートスプレッダーに採用した各種材料の
熱膨張係数および熱伝導度を表２に示す。表２中のアン
バーは３６％Ｎｉ−Ｆｅ合金である。また表２には、半
導体チップに採用したＳｉ、およびモールド材の樹脂の
値も示した。上記各種の熱履歴を受けた後の半導体装置
の品質評価結果は、表３に示すとおりで、本発明のもの
はいずれも優れていた。表３中において、○は「良
い」、△は「中位」、×は「悪い」を示す。

【００４０】

【表２】

【００４１】

【表３】

【００４２】

【発明の効果】本発明は、樹脂封止型半導体装置におい
て、ダイパッドやヒートスプレッダーと樹脂との密着性
が向上し、リフロー処理および実用時における樹脂のク
ラック発生が防止され、信頼性の高い製品が得られる。
またヒートスプレッダーによる半導体チップの熱放散を
効果的に行うことができ、高速かつ大容量の半導体製品
が艇長できる。本発明におけるＳｉ溶射皮膜の形成は大
気中で容易に行うことができ、その作業性もよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１発明の代表例を示す断面図であ
る。

【図２】本発明の第２発明の代表例を示す断面図であ
る。

【図３】本発明の第１発明におけるＳｉ放射皮膜形成手
段を示す断面図である。

【図４】本発明の第１発明の実施態様を示す平面図であ
る。

【図５】本発明の第１発明の実施態様を示す断面図であ
る。

【図６】本発明の第１発明の実施態様を示す別の例の断
面図である。

【図７】本発明の第２発明の実施態様を示す断面図であ
る。

【図８】本発明の第２発明の実施態様を示す別の例の断
面図である。

【図９】本発明の第２発明の実施態様を示す別の例の平
面図である。

【図１０】図９のＡ−Ａ矢視断面図である。

【図１１】本発明の第２発明のヒートスプレッダーに採
用する複合材料の、双ロールによる製造法を示す図であ
る。

【図１２】本発明の第２発明のヒートスプレッダーに採
用する複合材料の、鍛造による製造法を示す図である。

【図１３】本発明の第２発明のヒートスプレッダーに採
用する複合材料の、ダイキャストによる製造法を示す図
である。

【図１４】本発明の第２発明のヒートスプレッダーに採
用する複合材料の、キャスティングによる製造法を示す
図である。

【図１５】本発明の第１発明の実施例におけるダイパッ
ドと半導体チップ部分の断面顕微鏡像を示すスケッチ図
である。

【図１６】本発明の第１発明の実施例における剥離およ
びクラックの観察部位を示す説明図である。

【図１７】従来の半導体装置の断面図である。

【図１８】従来の半導体装置の断面図である。

【符号の説明】

１：半導体チップ２：ダイパッド３：ヒートスプレッダー４：インナリード５：ボンディングワイヤ６：樹脂７：Ｓｉ溶射皮膜８，９：接合材１０：アウタリード１１：はんだ１２：回路基盤１３：クラック１４：リードフレーム１５：リード部１６：マスク１７：露出部１８：溶射ノズル１９：ダイパッドリード２０：ＴＡＢテープ２１：はんだ２２：ねじ孔２３：受台２４：凹部２５：絶縁体被覆２６：接合点２７：突起２８：双ロール２９：溶湯３０：板状素材３１：芯材３２：堰３３：素材３４：下ダイ３５：上ダイ３６：下パンチ３７：上パンチ３８：下ピストン３９：上ピストン４０：鋳型４１：取鍋４２：Ｎｉメッキ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体チップ、半導体チップを搭載する
ダイパッド、および半導体チップとボンディングワイヤ
で接続されたインナリードが樹脂で封止された樹脂封止
型半導体装置において、ダイパッドがＳｉ溶射皮膜を有
していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】ダイパッドがインナリードよりも低位置
にあり、かつインナリードが短寸で、該インナリードが
ＴＡＢテープあるいはＦＰＣテープを介して半導体チッ
プとボンディングワイヤで接続されていることを特徴と
する、請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】半導体チップ、半導体チップを搭載する
ヒートスプレッダー、および半導体チップとボンディン
グワイヤで接続されたインナリードが樹脂で封止された
樹脂封止型半導体装置において、ヒートスプレッダーが
Ｓｉ溶射皮膜を有していることを特徴とする半導体装
置。
【請求項４】ヒートスプレッダーが、少なくとも半導
体搭載部位の周囲にＳｉ溶射皮膜を有していることを特
徴とする、請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】ヒートスプレッダーが、高熱伝導度を有
する金属素材に熱膨張抑止材を混合して熱膨張係数が調
整された複合材料で構成されていることを特徴とする、
請求項３または４記載の半導体装置。
【請求項６】ヒートスプレッダーが、低熱膨張係数を
有するＦｅ−Ｎｉ合金にＣｕを混合して熱伝導度が高め
られた複合材料で構成されていることを特徴とする、請
求項３または４記載の半導体装置。