JPH07221225A - 樹脂封止半導体装置 - Google Patents

樹脂封止半導体装置

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JPH07221225A
JPH07221225A JP6035426A JP3542694A JPH07221225A JP H07221225 A JPH07221225 A JP H07221225A JP 6035426 A JP6035426 A JP 6035426A JP 3542694 A JP3542694 A JP 3542694A JP H07221225 A JPH07221225 A JP H07221225A
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君男 山川
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明 粕谷
Katsutoshi Mine
勝利 峰
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヒートサイクル試験および耐衝撃性試験にお
いて優れた信頼性を有する樹脂封止半導体装置を提供す
る。 【構成】 半導体素子を回路基板上に電気的に接続する
ためのボンディングワイヤ部分にダム状硬化樹脂が形成
され、該ダム状硬化樹脂の内側に搭載された半導体素子
が封止用硬化樹脂により被覆されてなる樹脂封止半導体
装置において、該ダム状硬化樹脂のＪＩＳ Ｋ ６３０
１に規定されるＪＩＳ Ａ硬度が４０〜９５であり、該
封止用硬化樹脂のＪＩＳ Ａ硬度が１〜３９であること
を特徴とする樹脂封止半導体装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用の分野】本発明は、樹脂封止半導体装置
に関し、詳しくは、ヒートサイクル試験および耐衝撃性
試験において優れた信頼性を有する樹脂封止半導体装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】回路基板上の半導体素子の周囲にダム状
硬化樹脂が形成され、該ダム状硬化樹脂の内側に搭載さ
れた半導体素子が封止用硬化樹脂により被覆されてなる
樹脂封止半導体装置は、外部からの衝撃や湿気から半導
体素子を保護することができ、さらに特定の半導体素子
のみを封止用硬化樹脂により被覆することができるとい
う特徴を有する。
【０００３】このような樹脂封止半導体装置としては、
回路基板上の半導体素子の周囲に、撥水性充填剤を配合
してなる熱硬化性樹脂を硬化して得られたダム状硬化樹
脂が形成され、該ダム状硬化樹脂の内側の搭載された半
導体素子が封止用硬化樹脂により被覆されてなる樹脂封
止半導体装置（特開昭６２−２２９８６２号公報参
照）、回路基板上の半導体素子の周囲に、チクソトロピ
ック性を有する硬化性樹脂組成物を硬化して得られるダ
ム状硬化樹脂が形成され、該ダム状硬化樹脂の内側に搭
載された半導体素子が封止用硬化樹脂により被覆されて
なる樹脂封止半導体装置（特開昭６２−２２９９６２号
公報参照）および回路基板上の半導体素子搭載部の周囲
に、ＪＩＳ Ｋ ６３０１に規定されるＪＩＳ Ａ硬度
が５〜６４であるダム状硬化樹脂が形成され、該ダム状
硬化樹脂の内側に搭載された半導体素子がＪＩＳ Ａ硬
度が６５〜９５である封止用硬化樹脂により被覆されて
なる樹脂封止半導体装置（特開平４−４８７５８号公報
参照）等が提案されている。
【０００４】しかし、特開昭６２−２２９８６２号によ
り提案された樹脂封止半導体装置は、ダム状硬化樹脂と
封止用硬化樹脂との接着性が劣るため、高温高湿下での
信頼性が低いという問題があった。また、特開昭６２−
２２９９６２号により提案された樹脂封止半導体装置
は、耐衝撃性試験において、外部からの衝撃に対して半
導体素子を保護するために、封止用硬化樹脂の硬度が大
きく、このため封止用硬化樹脂の内部応力が大きくな
り、ヒートサイクル試験において、半導体素子と導線を
電気的に接続するためのボンディングワイヤが変形した
り、破断したりするという問題があった。
【０００５】一方、特開平４−４８７５８号により提案
された樹脂封止半導体装置は、回路基板上の半導体素子
搭載部の周囲に、該半導体素子を該回路基板に電気的に
接続するためのボンディングワイヤを取り囲む形で、ダ
ム状硬化樹脂が形成され、該ダム状硬化樹脂の内側に搭
載された半導体素子が封止用硬化樹脂により被覆されて
なる樹脂封止半導体装置に関し、この樹脂封止半導体装
置はヒートサイクル試験において信頼性が優れるという
特徴を有する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、近年、樹脂封
止半導体装置に使用される硬化樹脂の量を減少する傾向
にあり、半導体素子を回路基板上に電気的に接続するた
めのボンディングワイヤ部分にダム状硬化樹脂が形成さ
れ、該ダム状硬化樹脂の内側に搭載された半導体素子が
封止用硬化樹脂により被覆されてなる樹脂封止半導体装
置が検討されており、この樹脂封止半導体装置では、ヒ
ートサイクル試験および耐衝撃性試験において、ボンデ
ィングワイヤが変形したり、破断したりして、その信頼
性が劣るという問題があった。
【０００７】本発明者らは、上記課題を解決するため鋭
意検討した結果、本発明に到達した。
【０００８】すなわち、本発明の目的は、ヒートサイク
ル試験および耐衝撃性試験において優れた信頼性を有す
る樹脂封止半導体装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段およびその作用】本発明
は、半導体素子を回路基板上に電気的に接続するための
ボンディングワイヤ部分にダム状硬化樹脂が形成され、
該ダム状硬化樹脂の内側に搭載された半導体素子が封止
用硬化樹脂により被覆されてなる樹脂封止半導体装置に
おいて、該ダム状硬化樹脂のＪＩＳ Ｋ ６３０１に規
定されるＪＩＳ Ａ硬度が４０〜９５であり、該封止用
硬化樹脂のＪＩＳ Ａ硬度が１〜３９であることを特徴
とする樹脂封止半導体装置に関する。
【００１０】本発明の樹脂封止半導体装置を図１および
図２により説明する。なお、図１は本発明の実施例であ
る樹脂封止半導体装置の一部破断斜視図であり、図２は
その断面図である。
【００１１】本発明の樹脂封止半導体装置は、回路基板
２上に半導体素子１が載置され、該半導体素子１と該回
路基板２上に形成された導線５とをボンディングワイヤ
７により電気的に接続してなる半導体装置において、ボ
ンディングワイヤ７部分にダム上硬化樹脂３が形成さ
れ、該ダム状硬化樹脂３の内側に搭載された半導体素子
１が封止用硬化樹脂４により被覆されてなる。回路基板
２の材質としては、例えば、ガラス−エポキシ樹脂，ベ
ークライト樹脂，紙−ベークライト樹脂，フェノール樹
脂，紙−フェノール樹脂の有機樹脂基材；ガラス，アル
ミナ等のセラミックス基材；銅，アルミニウム等の金属
基材が挙げられる。回路基板２の片面もしくは両面に
は、銅，銀−パラジウム等の導電性基材からなる導線５
が形成されている。また、回路基板２には半導体素子１
が載置されており、半導体素子１の端部に形成されたボ
ンディングパッド６と導線５とを、金，銅，アルミニウ
ム等の導電性細線からなるボンディングワイヤ７により
電気的に接続している。そして、導線５は、回路基板２
の少なくとも１方の端部に設けられた外部リード端子８
に電気的に接続されている。本発明の樹脂封止半導体装
置において、回路基板２上には抵抗、コンデンサーおよ
びコイル等の電子部品が搭載されていてもよい。このよ
うな樹脂封止半導体装置は一般にハイブリッドＩＣと呼
ばれている。
【００１２】本発明の樹脂封止半導体装置において、回
路基板２の半導体素子１と導線５とを電気的に接続する
ボンディングワイヤ７部分に形成されるダム状硬化樹脂
３のＪＩＳ Ｋ ６３０１に規定されるＪＩＳ Ａ硬度
は４０〜９５の範囲内であることが必要である。これ
は、ダム状硬化樹脂３のＪＩＳ Ａ硬度が４０未満であ
ると、耐衝撃性試験において、該ダム状硬化樹脂３側か
ら受ける側方の外力に対して、該ダム状硬化樹脂３が容
易に変形し、半導体素子１を保護することができなくな
るためであり、また、ダム状硬化樹脂３のＪＩＳ Ａ硬
度が９５をこえると、ダム状硬化樹脂自体が脆くなり、
外力により容易にクラックを生じるためである。本発明
の樹脂封止装置において、ダム状硬化樹脂３はＪＩＳ
Ｋ ６３０１に規定されるＡ型試験片における引き裂き
強度が２．０kgf／cm以上であることが好ましい。
【００１３】本発明の樹脂封止半導体装置において、ダ
ム状硬化樹脂３の内側に搭載された半導体素子１を被覆
するための封止用硬化樹脂４のＪＩＳ Ｋ ６３０１に
規定されるＪＩＳ Ａ硬度は１〜３９の範囲内であるこ
とが必要である。これは、封止用硬化樹脂４のＪＩＳ
Ａ硬度が１未満であると、樹脂封止半導体装置が耐衝撃
性試験等により衝撃を受けた場合に、封止用硬化樹脂４
が容易に変形してしまい、半導体素子１を外力から保護
することができなくなるためであり、また、封止用硬化
樹脂４のＪＩＳ Ａ硬度が３９をこえると、該封止用硬
化樹脂４自体の内部応力が増大し、ヒートサイクル試験
を受けた場合に、樹脂封止半導体装置の信頼性が著しく
低下するためである。
【００１４】本発明の樹脂封止半導体装置において、ダ
ム状硬化樹脂３および封止用硬化樹脂４は、硬化性エポ
キシ樹脂組成物、硬化性シリコーン組成物、硬化性ポリ
イミド樹脂組成物、硬化性ポリエステル樹脂組成物が例
示され、ダム状硬化樹脂３および封用硬化樹脂４の少な
くとも一方が硬化性シリコーン組成物であることが好ま
しい。本発明の樹脂封止半導体装置を作成することがで
きる硬化性シリコーン組成物としては、付加反応硬化型
シリコーン組成物、縮合反応硬化型シリコーン組成物お
よび有機過酸化物硬化型シリコーン組成物が例示され、
半導体素子１を封止樹脂により封止する際、加熱できな
い場合には、縮合反応硬化型シリコーン組成物が好まし
いが、樹脂封止半導体装置を作業性良く作成することが
できることから、付加反応硬化型シリコーン組成物が好
ましい。
【００１５】
【実施例】本発明の樹脂封止半導体装置を実施例により
詳細に説明する。なお、実施例中、粘度は２５℃におい
て測定した値である。また、ダム状硬化樹脂および封止
用硬化樹脂のＪＩＳ Ａ硬度は、各々の硬化性樹脂組成
物を１５０℃で１時間の加熱して硬化させた後、ＪＩＳ
Ｋ ６３０１に規定されるＡ形硬度計により測定した値
である。
【００１６】［実施例１］下記の方法により樹脂封止半
導体装置を作成した。 (１)銀−パラジウム製導線５が形成され、銀−パラジウ
ム製導線５の端部から外部リード端子８が形成された回
路基板２の表面に、端部にボンディングパッド６を設け
た半導体素子１を載置した。 (２)回路基板２上に載置された半導体素子１のボンディ
ングパッド６と銀−パラジウム製導線５とを金製ボンデ
ィングワイヤ７により電気的に接続した。 (３)回路基板２上に金製ボンディングワイヤ７部分に、
粘度が１０００ポイズである付加反応硬化型シリコーン
ゴム組成物(Ｉ)（硬化して得られるシリコーンゴムのＪ
ＩＳ Ａ硬度が７０である。）をディスペンサーを使用
してダム状に塗布した。 (４)ダム状の付加反応硬化型シリコーンゴム組成物(Ｉ)
の内側に搭載された半導体素子１を、粘度が２０ポイズ
である付加反応硬化型シリコーンゴム組成物(II)（硬化
して得られるシリコーンゴムは透明であり、そのＪＩＳ
Ａ硬度が２０である。）をディスペンサーを使用して
塗布し、半導体素子１を完全に被覆した。 (５)上記回路基盤を１５０℃の熱風循環式オーブン中で
１時間放置して、付加反応硬化型シリコーンゴム組成物
(Ｉ)および付加反応硬化型シリコーンゴム組成物を硬化
させ、樹脂封止半導体装置を作成した。同様にして、樹
脂封止半導体装置５０個を作成した。
【００１７】これらの樹脂封止半導体装置２５個をヒー
トサイクル試験（−３０℃で３０分間放置した後、１２
０℃で３０分間放置することを１サイクルとする。）で
１００サイクル試験した。試験終了後、樹脂封止半導体
装置の外部リード端子８を使用して半導体素子１および
金製ボンディングワイヤ７の電気導通試験を実施した。
その結果、電気導通不良は全く発生していなかった。ま
た、ダム状硬化樹脂および封止用硬化樹脂にはクラック
は発生していなかった。
【００１８】また、これらの樹脂封止半導体装置２５個
を落下試験（高さ１ｍのところから鉄製の床面上に自然
落下する）した。試験終了後、上記と同様にして電気導
通試験を実施した。その結果、電気導通不良は全く発生
していなかった。また、ダム状硬化樹脂および封止用硬
化樹脂にはクラックは発生していなかった。また、透明
な封止用硬化樹脂を通して光学顕微鏡で観察したとこ
ろ、全てに金製ボンディングワイヤ７とボンディングパ
ッド６の接続部分または金製ボンディングワイヤ７と銀
−パラジウム製導線５の接続部分において金製ボンディ
ングワイヤ７の変形または切断は認められなかった。
【００１９】［比較例１］実施例１において、付加反応
硬化型シリコーンゴム組成物(Ｉ)の代わりに、粘度が１
５００ポイズである付加反応硬化型シリコーンゴム組成
物(III)（硬化して得られるシリコーンゴムのＪＩＳ
Ａ硬度が２０である。）を用いた以外は実施例１と同様
にして樹脂封止半導体装置５０個を作成した。
【００２０】これらの樹脂封止半導体装置２５個を実施
例１と同様にしてヒートサイクル試験した。その結果、
樹脂封止半導体装置に電気導通不良は全く発生していな
かった。また、これらの樹脂封止半導体装置２５個を実
施例１と同様にして落下試験した。その結果、５個の樹
脂封止半導体装置に電気導通不良が発生した。これらの
電気導通不良が生じた樹脂封止半導体装置を透明な封止
用硬化樹脂を通して光学顕微鏡で観察したところ、全て
に金製ボンディングワイヤ７とボンディングパッド６の
接続部分または金製ボンディングワイヤ７と銀−パラジ
ウム製導線５の接続部分において金製ボンディングワイ
ヤ７の変形または切断が認められた。
【００２１】［比較例２］実施例１において、付加反応
硬化型シリコーンゴム組成物(II)の代わりに、粘度が２
０ポイズである付加反応硬化型シリコーンゲル組成物(I
V)（硬化して得られる硬化樹脂はゲル状であり、そのシ
リコーンゲルのＪＩＳ Ａ硬度は０である。）を用いた
以外は実施例１と同様にして樹脂封止半導体装置５０個
を作成した。
【００２２】これらの樹脂封止半導体装置２５個を実施
例１と同様にしてヒートサイクル試験した。その結果、
電気導通不良は全く発生しなかった。また、これらの樹
脂封止半導体装置２５個を実施例１と同様にして落下試
験した。その結果、３個の樹脂封止半導体装置におい
て、シリコーンゲルがダム状硬化物を乗り越えて流出し
てしまい、外観不良を生じた。
【００２３】［実施例２］実施例１において、付加反応
硬化型シリコーンゴム組成物(Ｉ)の代わりに、非流動性
の脱アルコール縮合反応硬化型シリコーンゴム組成物
(Ｖ)（硬化して得られるシリコーンゴムのＪＩＳ Ａ硬
度が４２である。）を用い、また付加反応硬化型シリコ
ーンゴム組成物(II)の代わりに、粘度が３５ポイズであ
る付加反応硬化型シリコーンゴム組成物(VI)（硬化して
得られるシリコーンゴムのＪＩＳ Ａ硬度が３６であ
る。）を用い、１５０℃の熱風循環式オーブン中で１時
間放置後、２５℃、５０％ＲＨ条件下で３日間放置して
樹脂封止半導体装置５０個を作成した。
【００２４】これらの樹脂封止半導体装置２５個を実施
例１と同様にしてヒートサイクル試験した。その結果、
電気導通不良は全く発生しなかった。また、これらの樹
脂封止半導体装置２５個を実施例１と同様にして落下試
験した。その結果、電気導通不良、硬化樹脂のクラック
および金製ボンディングワイヤの変形や切断は全くなか
った。
【００２５】［比較例３］実施例１において、付加反応
硬化型シリコーンゴム組成物(Ｉ)の代わりに、粘度が１
０００ポイズである付加反応硬化型シリコーンゴム組成
物(VII)（硬化して得られるシリコーンゴムのＪＩＳ
Ａ硬度は１０である。）を用い、また付加反応硬化型シ
リコーンゴム組成物(II)の代わりに、粘度が２５ポイズ
である付加反応硬化型シリコーンゴム組成物(VIII)（硬
化して得られるシリコーンゴムのＪＩＳ Ａ硬度は７０
である。）を用いた以外は、実施例１と同様にして樹脂
封止半導体装置５０個を作成した。
【００２６】これらの樹脂封止半導体装置２５個を実施
例１と同様にしてヒートサイクル試験した。その結果、
電気導通不良は全く発生していなかった。また、これら
の樹脂封止半導体装置２５個を実施例１と同様にして落
下試験した。その結果、電気導通不良および硬化樹脂の
クラックは発生しなかったが、２個の樹脂封止半導体装
置に金製ボンディングワイヤの変形が観察された。
【００２７】
【発明の効果】本発明の樹脂封止半導体装置は、ヒート
サイクル試験や耐衝撃性試験において優れた信頼性を有
するという特徴を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の樹脂封止半導体装置の一部破断
斜視図であり、回路図面に一部省略がある。
【図２】図２は図１で示した樹脂封止半導体装置の断面
図である。
【符号の説明】
１ 半導体素子 ２ 回路基板 ３ ダム状硬化樹脂 ４ 封止用硬化樹脂 ５ 銀−パラジウム製導線 ６ ボンディングパッド ７ 金製ボンディングワイヤ ８ 外部リード端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 峰 勝利 千葉県市原市千種海岸２番２ 東レ・ダウ コーニング・シリコーン株式会社研究開発 本部内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体素子を回路基板上に電気的に接続
    するためのボンディングワイヤ部分にダム状硬化樹脂が
    形成され、該ダム状硬化樹脂の内側に搭載された半導体
    素子が封止用硬化樹脂により被覆されてなる樹脂封止半
    導体装置において、該ダム状硬化樹脂のＪＩＳ Ｋ ６
    ３０１に規定されるＪＩＳ Ａ硬度が４０〜９５であ
    り、該封止用硬化樹脂のＪＩＳ Ａ硬度が１〜３９であ
    ることを特徴とする樹脂封止半導体装置。
  2. 【請求項２】 ダム状硬化樹脂と封止用硬化樹脂の少な
    くとも一方が付加反応硬化型シリコーン組成物を硬化し
    て得られる硬化樹脂であることを特徴とする請求項１記
    載の樹脂封止半導体装置。
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