JPH0837252A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH0837252A
JPH0837252A JP6170620A JP17062094A JPH0837252A JP H0837252 A JPH0837252 A JP H0837252A JP 6170620 A JP6170620 A JP 6170620A JP 17062094 A JP17062094 A JP 17062094A JP H0837252 A JPH0837252 A JP H0837252A
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JP
Japan
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substrate
lead frame
package
resin
semiconductor element
Prior art date
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Application number
JP6170620A
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English (en)
Inventor
Tsunemitsu Koda
恒充 國府田
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Priority to US08/505,084 priority patent/US5818105A/en
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Abstract

(57)【要約】 【目的】薄型化／多ピン化／低熱抵抗化された低コスト
半導体装置を実現する。 【構成】０．３ｍｍ厚のガラス布入り高耐熱性エポキシ
系樹脂から成る基板１は１０ｍｍ角に加工され、基板１
の片面には、スクリーン印刷法により絶縁性接着剤層２
が５０μｍ程度の厚さに形成されて、絶縁性接着剤層２
の上には、銅合金製のリードフレーム３が所定位置に精
度よく積層された後キュアすることにより接着される。
半導体素子４は、基板１上に絶縁性接着剤層５により固
着され、半導体素子４上の電極とリードフレーム３のイ
ンナーリードは、ワイアボンディングにより、２５μｍ
φの金細線６により電気的に接続されている。なお、薄
型のパッケージを得るために、ボンダーのボンディング
パラメータの設定値の最適化、および金細線６に低ルー
プ・高強度のものを選定することにより、半導体素子４
の表面を基準とした金細線６の最大ループ高が１８０μ
ｍに収められている。

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に関し、特に
基板をパッケージ材料として用いて形成される半導体装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の基板をパッケージ材料と
して用いて形成される半導体装置の例としては、例えば
イビデン（株）のＰＡＣＫＴＨＯＬ（登録商標：パクソ
ールと呼ぶ）においては、図３（ａ）に断面図が示され
るように、メタルコア基板のメタル層をリードフレーム
として用いており、基板１の表面に設けられているニッ
ケル金メッキ（図示されない）された配線層１１と、リ
ードフレーム３との接続は、多層配線基板の層間接続に
用いられるスルーホール８が用いられている。リードフ
レームの半導体素子搭載部（以下、アイランドと云う）
９もメタルコア基板のメタル層により形成されており、
図３（ａ）に示される例においては、パッケージの熱抵
抗低減とパッケージ本体厚の低減のために、座グリ加工
により露出させたアイランド９の表面に、半導体素子４
が導電性接着剤（一般には、銀ペーストが用いられる）
５’によりダイボンディングされている。半導体素子４
と配線層１１との電気的接続は、金細線６のワイアボン
ディングにより行われている。このＰＡＣＫＴＨＯＬ
は、基板１の両面に配線層を形成することができるの
で、基板１の両面に対する半導体素子および受動部品等
の搭載が可能である。従って、一つのパッケージ本体内
に複数の半導体素子を搭載するＭＣＰ（Multi ChipPack
age）の実現に適しているものと考えられる。
【０００３】なお、上記のＰＡＣＫＴＨＯＬにおいて
は、図３（ａ）に示されるように、半導体素子４が搭載
されている基板１の全体を、トランスファーモールド法
により樹脂７’による封止を行ってパッケージ本体とす
る構造（以下、内装型と云う）ばかりではなく、ＣＯＢ
（Chip On Board ）パッケージの樹脂封止法としても良
く用いられている液状樹脂のディッピング法により、半
導体素子の搭載部のみを封止して、基板自体をパッケー
ジ本体の外形を成す構造（以下、外装型と云う）として
用いることも可能である。この外装型構造を採用した場
合には、トランスファーモールド法による樹脂封止にお
いて必要となる封止樹脂のリード間からの洩れを防止す
るためのリードフレームのダムバーは、勿論必要がな
い。
【０００４】図３（ｂ）に示される松下電工（株）のＰ
Ｃ−ＱＦＰ（登録商標）においては、ガラス布基材の変
性ポリイミド基板１上の金メッキされた配線パターン１
１と、同じく金メッキされたリードフレーム３のリード
先端部が熱圧着により接続されている。この複合リード
フレームにおいては、基板１のガラス転移温度が２００
°Ｃと高いものの、剛性が低いために、トランスファー
モールド法により、樹脂７’により封止されて内装型と
して実用に供されるのが普通である。
【０００５】通常のプラスチックパッケージ用のリード
フレームにおいては、リードフレームの加工寸法に限界
があるため、リードフレームのインナーリードを、半導
体素子の近傍まで延長した設計を実現することができな
い場合がある。このような場合には、ワイアボンディン
グ時におけるインナーリードと半導体素子との距離が数
ｍｍ以上となり、ワイアボンディングそのものは可能で
あっても、トランスファーモールド法による樹脂封止時
に、封止樹脂の流動により金細線が変形して、隣接する
金線との短絡という不具合を生じてしまうという問題が
ある。これに対して、ＰＣ−ＱＦＰにおいては、基板１
上の配線１１により、リードフレーム３の先端を延長し
てボンディング距離を短縮して、上述の長距離ボンディ
ングにおけるトランスファーモールド法による樹脂封止
時の金細線の変形という問題の解決が図られている。
【０００６】また、新光電気工業（株）からは、Hyper
Quad（商標登録申請中）と称して、半導体装置に対する
種々の構造が提案されている。これらは、何れも放熱器
となる金属板（またはメタルコア基板）あるいは配線基
板をリードフレームに接続した構造を有しており、その
接続方法としては、溶接または接着が専ら用いられてい
る。この Hyper Quad の中で、アルミニウム製のベース
とキャップとを組合わせて、中空型の構造が実現される
Metal Quad Flat Pack 以外の構造においては、パッケ
ージ本体部分が、トランスファーモールド法により樹脂
封止されて実用に供される内装型構造が一般的である。
図３（ｃ）に示される Hyper Quad のＴＹＰＥ６である
ＭＣ ＱＦＰ（ MetalCore PCB QFP ）のタイプＢにお
いては、両面有機樹脂の絶縁層１２を有する片面メタル
コア配線基板１上の金メッキ（図示されない）された配
線１１が、リードフレーク３と接続されている。基板１
に導電性の接着剤５’によりダイボンディングされた半
導体素子４は、ワイアボンディングされた金細線６によ
り配線層１１と電気的に接続されている。このＴＹＰＥ
６は、パッケージの熱抵抗低減が主な目的であり、パッ
ケージ本体の寸法２８ｍｍ角のＱＦＰで比較すると、通
常のプラスチックパッケージに対して３０〜４０％の改
善が得られるとしている。次に、ＴＡＢ−ＱＦＰは、図
３（ｄ）に示されるように、半導体素子４とリードフレ
ーム３の電気的接続の中継機能を持たせた配線パターン
１０を有するＴＡＢテープを、リードフレームのアイラ
ンド９に接着した構造となっており、半導体素子４と配
線パターン１０との間は金細線６により接続され、配線
パターン１０とリードフレーム３との間は金細線６’に
より接続されている。ＴＡＢ−ＱＦＰは、アイランドに
ＴＡＢテープを接着するだけで、通常のプラスチック
パッケージの構成を余り変えることなく、ワイアボンデ
ィングの距離を短縮することができるという効果があ
る。これは、前述のＰＣ−ＱＦＰと同じ目的である。し
かしながら、配線パターン１０とリードフレーム３との
間の電気的接続をワイアボンデイングにより行うため
に、ボンディング本数は２倍に増大してしまう状態とな
る。このような ＴＡＢテープとリードフレームから成
る複合リードフレームは、住友金属鉱山（株）または凸
版印刷（株）から上梓されている。図３（ｅ）に示され
る ＢＯＬ（Board On Lead ）ＰＫＧは、配線１１を有
する基板１が、リードフレーム３のインナーリード上に
エポキシ系の絶縁性樹脂２により接着された構造となっ
ている。半導体素子４は、基板１上に絶縁性の熱硬化型
接着剤５によりダイボンディングされている。半導体素
子４と配線１１との間は、金細線６により電気的に接続
され、配線１１とリードフレーム３との間は、金細線
６’により電気的に接続されている。この BOL PKGは、
安価に基板１をリードフレーム３に接着することができ
るために、基板１の裏面にエポキシ系の絶縁性樹脂をス
クリーン印刷して、その上にリードフレーム３を積層す
ることにより、複合リードフレームが製造されている。
また、ガラス布基材とエポキシ系樹脂から成るガラエポ
基板を選定すれば、エポキシ系の封止樹脂７’との接着
性が非常に向上される上に、元々アイランドが存在しな
いために、パッケージクラック耐量が非常に大きく向上
されるという利点がある。
【０００７】図３（ｆ）に示されるＣＯＦ（Chip On Fi
lm）は、リードフレーム３のインナーリード上に、所定
の寸法に切断加工された接着材２”の付いたポリイミド
から成る基板１が装着されており、この基板をアイラン
ドとして組立てが行われるものである。当該アイランド
がなく、基板１の寸法を変えるだけで半導体素子４の大
きさ寸法範囲に対応することができるために、リードフ
レームの共用化が容易であり、原価低減を行い易いとい
う利点がある。
【０００８】下記の表１には、上記の各半導体装置の構
成の要約が示される。
【０００９】
【表１】
【００１０】しかしながら、上述したような基板を用い
た既存パッケージに関しては、その構造上または製造上
の観点から、更には、トランスファーモールド法による
樹脂封止を用いた場合には、同法の技術的制約から、以
下のような問題点が存在している。
【００１１】即ち、ＰＡＣＫＴＨＯＬについては、以下
に示される三つの大きな問題点がある。また、メタルコ
ア基板として製造されるために、当該メタル層と絶縁基
板層との積層の際における密着性向上のために行われる
黒化処理が可能なリードフレーム素材しか選定すること
ができないという制約も存在している。 メタルコア基板のメタル層をリードフレームとして用
いているために、基板製造時における面積効率が低く、
基板を積層しない箇所には剥離性を付与する必要があ
り、製造コストが高くなる。 基板表面の配線層とリードフレームとの接続にスルー
ホールを利用しているために、リードフレームとの最小
接続間隔が、基板側のスルーホール最小間隔の制限を受
けることになり、リード間隔０．５ｍｍ以下に対しては
適用することが困難である。 最低でも、三層相当の多層配線基板を使用するため
に、外装型とした場合においても、パッケージの薄型化
には不向きである。
【００１２】次に、ＰＣ−ＱＦＰについては、下記の示
される製造コスト面の問題と、信頼性上の問題点が存在
している。 金メッキされた基板上の配線パターンと、金メッキさ
れたリードフレームのリード先端部の接続が、温度の高
い熱圧着法により行われているために、耐熱性に優れた
変性ポリイミド基板を使用せざるを得ず、製造コストが
上昇する。 熱圧着法による接続を実現するために、金メッキ厚
が、基板側およびリードフレーム側ともに１μｍ程度必
要となり、製造コストが上昇する。 多ピンになると、基板上の配線とインナーリードの先
端との接続を、一括ボンディングにより行うことが困難
となり、ＳＰＢ（Single Point Bonding）を用いざるを
得ず、更に製造コストが増大する。 リードフレーム側の金メッキ厚が１μｍ程度になって
いるために、錫−鉛系半田による実装に際して、当該半
田の量によっては、金−錫共晶合金による接続強度の低
下を招く惧れがある。 内装型構造とした場合に、基板材質がポリイミド系で
あるために、トランスファーモールド法により一般的に
用いられているエポキシ系封止樹脂との接着性・密着性
が悪く、表面実装型パッケージにおいて重視されるパッ
ケージクラック耐量の低下を招き易い。 ポリイミド系の基板は柔らかく剛性が不足するため
に、外装型構造として実現しにくいという問題がある。
【００１３】また、Ｈyper Ｑuad には、種々の構造が
存在しているが、何れの構造においても、一般的なプラ
スチックＱＦＰと比較すると、遥かにコストが高いとい
う点が大きな問題である。ＴＡＢ−ＱＦＰの問題は、リ
ードフレームそのものよりも高価なＴＡＢテープを使用
していることによる過大なコストの点に問題がある。こ
れに加えて、ワイアボンディング性を向上させるため
に、材料面においても更にコストの増大を招いている。
これらのコスト上昇の要因を集約すると下記の３点とな
る。 リードフレームそのものよりも高価なＴＡＢテープを
使用するために、非常なコスト高となる。 ワイアボンディング性を確保するために、銅箔とベー
スフィルムとの積層に接着剤を用いない二重構造のＴＡ
Ｂテープを使用せざるを得ず、更にコストが上昇する。 リードフレームのアイランドとＴＡＢテープの接着用
として、ワイアボンディング性を低下させないようなガ
ラス転移温度の高い接着剤を使用することが必要とな
る。
【００１４】次に、ＢＯＬ ＰＫＧにおいては、配線を
有する基板をリードフレーム上にエポキシ系の絶縁性樹
脂により接着して、更に当該基板上に半導体素子を搭載
した構造となっているために、パッケージの薄型化には
不適当であるという問題がある。また、ＴＡＢ−ＱＦＰ
およびＢＯＬ ＰＫＧの両者の場合には、ＴＡＢテープ
または基板上の配線とリードフレームとの電気的接続を
ワイアボンディングにより行っているために、ボンディ
ングワイア数が、当該パッケージのピン数の２倍の量と
なり、これにより、パッケージのピン数の増大に伴な
い、一般的なプラスチックパッケージと比較すると、ワ
イヤボンディング工程におけり加工費が相対的に大とな
り、コスト面においても問題となる。
【００１５】現在、半導体装置用のプラスチックパッケ
ージの樹脂封止には、トランスファーモールド法が用い
られている。このトランスファーモールド法は、Ｂステ
ージ状態の固体の熱硬化型樹脂を加熱・溶融して金型内
に圧入する方法である。使用樹脂としては、フィラーと
してシリカ微粉を相当量含んだエポキシ系熱硬化型樹脂
が用いられている。この樹脂は、タブレットと呼ばれる
円柱状に予備成形され、摂氏百数十度に保持されている
封止金型のポッド部に供給され、加熱されながらプラン
ジャーにより数十ｋｇ／ｃｍ2 の圧力を加えられて、溶
融した状態で金型のランナーと呼ばれる流路を通り、金
型のパッケージとなる部分（以下、キャビティと云う）
に対する封止樹脂流入口であるゲートから当該キャビィ
ティに圧入される。キャビティ内に封止樹脂が充填され
た後においても、金型に圧力を印加したままの状態と
し、十分硬化反応が進んで固体化してから成形物を金型
から取り外し（以下、離型と云う）、更に半導体装置と
しては不要なポット部およびランナー部等を成形物から
除去して、樹脂封止の作業が終了する。なお、このよう
な一連の樹脂封止作業に要する時間はサイクルタイムと
呼ばれており、一般的な封止用の金型と樹脂を用いた場
合には、数分程度の値となる。
【００１６】しかしながら、同法には、幾つかの技術的
な制約があり、昨今のパッケージの動向から見て、適用
が難しい局面も現われつつある。それらの主なものは下
記のとうりである。 パッケージを薄型化した場合には、ゲート面積が広く
取れなくなって封止樹脂のキャビティに対する流入速度
が低下し、サイクルタイムが増大する。これを抑制する
ために、樹脂の流入速度を大きくすると、樹脂の慣性力
の増加、またはキャビティ内のリードフレーム上下の充
填速度の差が顕著となり、キャビィティ内のボンディン
グされた金細線・リードフレームのインナーリード・リ
ードフレームのアイランド各部の変形がより顕著にな
る。 パッケージを薄型化した場合には、金型のキャビティ
内部の樹脂流動断面積も縮減されるために、樹脂の未充
填およびピンホール等が発生し易くなる。 リードフレームのリード間に隙間から樹脂が漏れるの
を堰止めるためにダムバー（またはタイバーと云う）を
リード間に設ける必要があるが、半導体装置としては不
必要であるため、樹脂封止後において除去しなければな
らず、余分な加工費を要する。特に、リード間隔が狭小
になってくると、ダムバー除去工程が技術的に困難にな
り、コストが増大する。 トランスファーモールド用金型の構成上、ポットおよ
びランナー等の部分における樹脂は利用されることがな
く、従って、キャビティ内に存在する樹脂に対する使用
された樹脂全体量の比率（以下、樹脂比率と云う）が低
く、コスト面において不利となる。 封止工程が摂氏百数十度の温度と数十ｋｇ／ｃｍ2 の
圧力下において行われるために、設備は重厚長大とな
る。また、常温に下った場合に樹脂の収縮応力によるパ
ッケージの反りが、大型のパッケージまたは薄型のパッ
ケージにおいて発生し易い。 封止後の樹脂成形物を金型から離型させるためのイジ
ェクターピンを設けることがお必要であり、金型の構造
が複雑化して金型のコストが非常に高くなる。 パッケージ本体部の寸法が異なるものが必要になる度
に、金型を新調する必要があるために、新パッケージの
開発に際して相当のコストが掛かり、また相当の納期を
必要とする。 パッケージクラック耐量向上のために、封止樹脂のリ
ードフレーム表面または半導体素子表面との密着性・接
着性を向上させると、金型からの離型性も同時に悪化し
て作業性が低下する。また、封止樹脂には、元来離型剤
としてワックス分が添加されており、樹脂の密着性また
は接着性の改善にも限界がある。
【００１７】上述したトランスファーモールド法による
半導体装置の樹脂封止の問題点から判断すると、以下の
ようなパッケージに対する適用が特に困難であると考え
られる。これらのパッケージは、今後重要な位置を占め
ると予想されるものであり、パッケージの進歩に伴なっ
て、トランスファーモールド法の限界が見えつつあると
認識してもよいものと思われる。
【００１８】Ａ．パッケージの本体厚が１ｍｍ以下の薄
型パッケージ Ｂ．リード間隔が０．５ｍｍ未満で、ピン数が１００ピ
ンを越えるパッケージ Ｃ．パッケージの本体寸法が２０ｍｍ口以上の大型パッ
ケージ このトランスファーモールド法の限界に対抗して、上記
Ａ項の薄型のパッケージを実現する手段として、例え
ば、シャープ（株）においては、図５（ｂ）に示される
ように、リードフレーム３のアイランド９’の板厚をハ
ーフエッチングにより０．１ｍｍ程度薄くすることによ
り、パッケージ本体厚０．８ｍｍを実現しているとい
う。また、富士通（株）においては、図５（ｃ）に示さ
れるように、アイランド９”の裏面をパッケージ外部に
露出させた構造により、パッケージ本体厚０．６ｍｍを
得られたと報告している。
【００１９】また、ＴＣＰ（Tape Carrier Package）を
用いて、ＴＣＰをリードフレームのインナーリードに直
接ＯＬＢ（Outer Lead Bonding）してから樹脂封止する
構造や、ＴＣＰそのものをトランスファーモールドする
ことにより、更に薄型のパッケージを実現しようとする
試みが、三菱電機（株）、富士通（株）および日本ＴＩ
（株）などにおいて行われている。しかしながら、これ
らの構造においても、パッケージ本体厚としては、０．
６ｍｍ程度であると報告されている。
【００２０】前記ＴＣＰにおいては、ＴＡＢ（Tape Aut
omated Bonding）技術を接続に用いており、接続部の半
導体素子表面からの高さはバンプ高とＴＡＢテープのイ
ンターリード厚との和となり、数十μｍとなる。通常２
００μｍ程度となるボンディング線のループ高と比較す
れば、接続部高を考慮する必要のないＴＣＰを用いて
も、通常のプラスチックパッケージと同程度の薄さしか
得られない理由は、トラスファーモールドする以上は、
金型のキャビティ内の樹脂の流動性を確保するのに、金
型のキャビティ内の流動断面の最小高さとして０．２ｍ
ｍ程度を要するからである。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の半導体
装置においては、公知の基板に対して樹脂封止用として
用いられているパッケージは、その複雑な構造および製
法に起因して、組立てコストの大幅に増大しているとい
う欠点がある。
【００２２】また、トランスファーモールド法による半
導体装置の樹脂封止を用いた場合には、その封止プロセ
ス上の制約により、容易に実現が可能なパッケージ本体
寸法、ピン数およびリード間隔等に対しても制約が生じ
るという欠点がある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】第１の発明の半導体装置
は、半導体装置用パッケージにおける半導体素子の搭載
部が、少なくとも当該搭載部の表面に絶縁性を有する基
板および前記半導体素子を封止する絶縁性の有機樹脂に
より形成されることを特徴としている。
【００２４】また、第２の発明の半導体装置は、半導体
装置用パッケージにおける半導体素子の搭載部が、少な
くとも当該搭載部の表面に絶縁性を有する基板および前
記半導体素子を封止する絶縁性の有機樹脂により形成さ
れ、前記基板と外部接続用リードとの接続が、当該基板
の少なくとも絶縁性を有する表面にスクリーン印刷され
た接着剤層を介して行われることを特徴としている。
【００２５】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【００２６】図１は、本発明の第１の実施例の縦断面図
である。図１において、本実施例の半導体装置は、０．
３ｍｍ厚のガラス布入り高耐熱性エポキシ系樹脂（利昌
工業（株）製、型番：ＣＳ−３５２５）から成る基板１
は、金型による打ち抜きにより所定の１０ｍｍ角に加工
されている。基板１の片面には、スクリーン印刷法によ
り印刷された絶縁性熱硬化型接着剤（住友ベークライト
（株）製、型番：ＣＲＰ−３１１０Ａ）により形成され
る絶縁性接着剤層２が５０μｍ程度の厚さに形成され、
この絶縁性接着剤層２の上には、銅合金製のリードフレ
ーム３が所定の位置に、精度よく積層された後キュアす
ることにより接着されている。上記の絶縁性硬化型接着
剤ＣＲＰ−３１１０Ａは、エポキシ系樹脂とアミン系硬
化剤から成る熱硬化型接着剤であり、フィラーとして球
状の二酸化珪素（以下、シリカと云う）の微粉を５５ｗ
ｔ％含んでいるために、硬化物のガラス転移温度として
は１２０°Ｃ前後と低いものの、トランスファーモール
ド法において用いられる封止樹脂のように、離型剤が一
切含まれていないために、熱時をも含めて非常に強力な
接着力が示される。本実施例においても、接着後におい
てリード引張強度試験を行った場合には、全てリード破
断モードにおける破壊であり、平均６０ｇｆ弱程度の強
度が示されている。
【００２７】リードフレーム３の表面には、１．４μｍ
TYP のニッケルと０．０５μｍMINの金の層が、電解メ
ッキされている（図示されない）。半導体素子４は、基
板１上にディスペンス供給されたエポキシ系の絶縁性熱
硬化型接着剤（住友ベークライト（株）製、型番：ＣＲ
Ｍ−１１２０）により形成されるダイボンディング用の
絶縁性接着剤層５により固着されている。このＣＲＭ−
１１２０は、基板接着に用いられているＣＲＰ３１１０
Ａを、ディスペンス法での供給が可能となるように、含
まれているシリカフィラーの粒度分布とエポキシ系樹脂
の粘度とを、低粘度・低揺変度となるように変更した接
着剤である。従って、その硬化物の物性は、ＣＲＰ−３
１１０Ａと略同様である。ここにおいて、通常のプラス
チックパッケージのダイボンディングに一般的に用いら
れている導電性銀ペーストを用いていないのは、リード
フレームのインナーリード間の銀ペーストによる電気的
な短絡を回避するためである、従って、設計上インナー
リード先端から半導体素子４までの距離が大きくなり、
短絡の惧れがない場合には、導電性の銀ペーストを用い
てもよいことは云うまでもない。
【００２８】半導体素子４上の電極（図示されない）と
リードフレーム３のインナーリードは、一般的な超音波
併用熱圧着法によるワイアボンディングにより、２５μ
ｍφの金細線６により電気的に接続されている。このワ
イアボンディングは、使用されているガラスエポキシ基
板１およびエポキシ系絶縁性熱硬化型接着剤により形成
された絶縁性接着剤層２および５のガラス転移温度を配
慮して、１２０°Ｃという低い温度で行われたが、結果
として、良好なボンディング作業性と接続強度が得られ
ている。なお、薄型のパッケージを得るためには、当然
のことながらワイアボンディングの際に、できるだけ低
いループ高となるように、ポンディング条件を設定しな
ければならない。本実施例においても、ボンダーのボン
ディングパラメータの設定値の最適化、および使用する
金細線に低ループ・高強度の種類（住友金属鉱山（株）
製、型番：ＳＧＬ２）を選定することにより、半導体素
子４の表面を基準とした金細線６の最大ループ高を１８
０μｍに収めている。
【００２９】なお、樹脂封止工程は、東京プロセスサー
ビス（株）の叶出性の非常に高いＡＭ２０９メッシュ
に、所要の封止用パターンを乳剤厚３５０μｍに形成し
たスクリーンを用いて行っている。
【００３０】用いた樹脂は、特に調整されたものであ
り、硬化物の機械的強度の向上と線膨張係数の低減のた
めに、シリカフィラーが約６０ｗｔ％含まれているが、
粘度増加を抑えるために全て球状とし、更に揺変性を増
加させるたために平均粒径が１μｍ以下の超微粉のシリ
カフィラーが相当％添加されている。樹脂系は、前述の
ＣＲＰ−３１１０ＡおよびＣＲＭ−１１２０と同様に、
エポキシ樹脂であり、硬化触媒をアミン系化合物とし
て、比較的低温（１００〜１２０°Ｃ）での硬化を可能
としている。また、球状とは云え、大量のシリカフィラ
ーが含まれており、揺変性性も増加されているために、
樹脂の粘度は数千ＰＳという値になっており、常識的に
はスクリーン印刷を行うことができないような非常に高
い粘度となっている。スクリーン印刷の作業は、スクリ
ーン印刷機に、上述のＡＭ２０９メッシュを用いたスク
リーンと角型のスキージを装着し、印刷条件として、ス
キージ移動速度即ち印刷速度を１０ｍｍ／秒程度の非常
に遅い値とすることにより、精度・歩留まりとも良い状
態で行うことができた。
【００３１】封止樹脂のキュアを所定条件（１２０°
Ｃ、３時間）において行った後の工程は、ダムバー除去
工程および外装メッキ工程がない以外は、通常のプラス
チックパッケージの製造工程と同じである。ここで、外
部リード成形が基板面がパッケージの表側となる方向に
なされているのは、スクリーン印刷された封止樹脂の表
面がなだらかな凹凸があるのに対して、基板表面は、略
平坦になるため、真空吸着によるパッケージのハンドリ
ングおよびパッケージに対する放熱器の取り付けが容易
であるようにとの配慮からである。
【００３２】なお、本実施例においては、パッケージ本
体厚０．７ｍｍTYP 、取り付け高さ１．１ｍｍMIN とい
う寸法を持つ半導体装置が実現されている。
【００３３】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。本実施例の縦断面図は、第１の実施例の場合と同
様に、図１により示される。本実施例においては、基板
１の材質として、０．６ｍｍ厚の単結晶シリコンウェハ
ーの両面に１μｍの熱酸化膜（図示されない）を形成し
た後に、１０ｍｍ角にフルカットダイシングにより個片
化された基板が用いられている。この単結晶シリコン基
板表面の熱酸化膜は、リードフレーム３との電気的絶縁
を、絶縁性接着剤層２のみならず、より確実にするため
に設けられている。なお、本実施例において、基板１の
材質として単結晶シリコンを用いている理由は、下記の
表２に示されるように、単結晶シリコンは、多結晶アル
ミナよりも３倍以上熱伝導率が高い上に、当然のことな
がらその線膨張係数が半導体素子４の同一であることに
よる。これにより、どのように大型の半導体素子を基板
上に搭載しても、線膨張係数の差異による問題が生じる
ことがない。このような材質の基板を選定することによ
り、非常に熱抵抗の低い半導体装置用パッケージをも実
現することが可能となる。なお、本実施例においては、
第１の実施例の場合とは異なり、基板厚として０．６ｍ
ｍを使用している理由は、半導体素子４からの熱をでき
るだけ広いパッケージ表面積に拡散し、パッケージの熱
抵抗を更に低下させるためである。
【００３４】
【表２】
【００３５】次に、本発明の第３の実施例について説明
する。図２は、本発明の第３の実施例の縦断面図であ
る。図２において、本実施例の半導体装置は、０．６３
５ｍｍ厚のアルミナセラミック製（京セラ（株）製、型
番：Ａ−４７６）の基板１’は、セラミック板専用のダ
イシングブレードを用いて、２８ｍｍ角の寸法にフルカ
ットのダイシン加工により個片化されている。基板１’
の材質としてアルミナセラミックを選定している理由
は、剛性の高い材質を用いないと、封止樹脂の収縮応力
によってパッケージ反りが大きくなり、パッケージの外
部リードの平坦性（コプラナリティ）が悪化してしまう
からである。これと同じ理由により、基板の剛性を更に
高めるために、基板厚についても、０．６３５ｍｍと幾
分厚くしている。前記第２の実施例において用いられて
いる単結晶シリコンは、そのコストが高いので、特に低
熱抵抗を要求されるパッケージ用途以外には選定しにく
いので、本実施例においては用いられていない。
【００３６】図２において、基板１’の表面には、スク
リーン印刷法により印刷された導電性銅ペーストによる
配線層２’が形成されている。ここにおいて、配線層
２’として用いられている導電性銅ペーストは、接着性
も非常に高く、リードフレーム３と配線層２’との間の
接着においても、この導電性銅ペーストにより十分な接
続強度が得られている。以下において、このスクリーン
印刷法による導電性銅ペーストの配線層２’の形成につ
いて説明する。
【００３７】使用したスクリーンは、東京プロセスサー
ビス（株）製のＳＸメッシュを用いて、最小ライン／ス
ペース＝１４０／６０μｍの寸法設計基準で、所要の配
線パターンが乳剤厚２０μｍで形成されている。使用し
た導電性銅ペーストは、特に調製した熱硬化型のフェノ
ール樹脂系の銅ペーストであり、スクリーン印刷性に優
れ、金属との接着性も良好な上に、基板１’との密着性
・接着性も良好であり、且つ硬化物の被メッキ性の高い
ものを新規に開発して用いている。この銅ペーストは、
粘度は２００ＰＳ程度であるが、揺変性が高く、微細パ
ターンを印刷する際にもダレの発生が少なくなってい
る。スクリーン印刷作業は、スクリーン印刷機に、上述
のＳＸ−３００メッシュを用いたスクリーンと角型のス
キージとを装着し、印刷条件としてはスキージ移動速度
を５０ｍｍ／秒程度のやや遅い値に設定して、更に印刷
パターンの滲み対策としては低めの印刷圧と小さめのク
リアランスとすることにより、印刷精度および歩留まり
共に問題なく行うことができた。
【００３８】上述のスクリーン印刷により、３０μｍ程
度の厚さに形成された銅ペーストによる配線層２’にお
ける各パターンは、キュア前にリードフレーム３のイン
ナーリードと、それぞれ精度良く重ね合わせた後に加熱
・キュアして、基板１’との機械的接着と、配線層２’
とリードフレーム３との電気的接続を同時に実現してい
る。本実施例においても、リードフレーム３の素材は銅
合金であり、リードフレーム３および銅ペーストから成
る配線層２’の表面には、１．４μｍTYP のニッケルと
０．０５μｍMIN の金が電解メッキされている（図示さ
れない）。また、半導体素子４は、基板１’上にディス
ペンス法により供給されたエポキシ系絶縁性熱硬化型接
着剤層（住友ベークライト（株）製、型番：ＣＲＭ−１
１２０）５によって固着されている。ここで、通常のプ
ラスチックパッケージのダイボンディングにおいて、一
般的に用いられている導電性銀ペーストを用いていない
理由は、リードフレーム３のインナーリード間の銀ペー
ストによる短絡を回避するためである。
【００３９】更に、半導体素子４上の電極（図示されな
い）とリードフレーム３のインナーリードは、一般的な
超音波併用熱圧着法によるワイアボンディング技術を用
いて、２５μｍφの金細線６により電気的に接続されて
いる。リードフレーム３は、銅ペーストの配線層２’に
より半導体素子の近傍まで延長されているためにボンデ
ィング距離が短かくなり、これにより２５μｍφという
細い金線径によるボンディングが十分に可能となってい
る。また、金線径が細くボンディング距離が短かいため
に、第１の実施例の場合と同様に、低ループ・高精度の
金細線種を選定することにより、半導体素子４の表面を
基準とした金細線６の最大ループ高は、１２０μｍ以内
に収まっている。このワイアボンディング工程は、線膨
張係数の差による熱応力によって、銅ペーストの配線層
２’とリードフレーム３のインナーリードとの接続部分
がストレスを受けるのを避けるため、ボンディング温度
は１２０°Ｃというやや低い温度で行われたが、良好な
ボンディング作業性と接続強度とが得られている。
【００４０】樹脂封止工程は、前述の第１および第２の
実施例の場合と同様に、東京プロセスサービス（株）が
市販している叶出性が非常に高いＡＭ２０９メッシュ
に、所要の封止用のパターンを乳剤厚３００μｍで形成
したスクリーンを用いて行われた。使用されている封止
樹脂および印刷条件も、第１および第２の実施例の場合
と同様である。封止樹脂のキュアを所定の条件（９５°
Ｃ、１０時間程度）で行った後においては、ダムバー除
去工程および外装メッキ工程を除き、通常のプラスチッ
クパッケージの製造工程と同一の工程が行われる。封止
樹脂のキュア条件が、第１および第２の実施例に比較し
て低温・長時間に設定されている理由は、キュア温度を
下げて室温との温度差を小さくすることにより封止樹脂
の収縮応力を低減し、パッケージの反りを抑制するため
である。これに伴って、キュア温度の低下を補うため
に、キュア時間が延長されている。また、リードの成形
方向が、基板面がパッケージの表側になるように設定さ
れているのは、スクリーン印刷された封止樹脂の表面が
なだらかながらも凹凸があるのに対して、基板表面は略
平坦になっているために、真空吸着によるパッケージの
ハンドリングおよびパッケージに対する放熱器の取り付
けなどが容易になるようにという配慮によるものであ
る。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、半導体
装置用パッケージにおける半導体素子の搭載部を、少な
くとも当該搭載部の表面に絶縁性を有する基板および前
記半導体素子を封止する絶縁性の有機樹脂により形成す
ることにより、当該半導体装置の構造ならびに製法を簡
略化することが可能になり、組立てコストを大幅に低減
することができるという効果とともに、半導体装置のパ
ッケージ本体厚を容易に薄型化することができるという
効果がある。
【００４２】また、トランスファーモールド法による半
導体装置の樹脂封止を用いる場合においても、そのプロ
セス上の制限に起因するパッケージ本体の寸法、ピン数
およびリード間隔等に対する制約を排除することができ
るという効果がある。
【００４３】更に、前記基板に単結晶シリコンを用いる
ことにより、熱抵抗を低くすることが可能となり、熱的
な信頼性を高めることができるという効果がある。
【００４４】更にまた、前記基板と外部接続用リードと
の間の接続を、当該基板の少なくとも絶縁性を有する表
面にスクリーン印刷された接着剤層を介して行うことに
より、半導体装置のパッケージの薄型化、低コスト化お
よび低熱抵抗化を同時に実現することができるという効
果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１および第２の実施例を示す縦断面
図である。
【図２】本発明の第３の実施例を示す縦断面図である。
【図３】従来例を示す縦断面図である。
【図４】前記従来例を示す縦断面図である。
【図５】他の従来例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１、１’、１” 基板 ２、２”、５ 絶縁性接着剤層 ２’、１０、１１ 配線層 ３ リードフレーム ４ 半導体素子 ５’ 銀ペースト層 ６、６’ 金細線 ７、７’ 封止樹脂 ８ スルーホール ９、９’、９” アイランド １２ 絶縁物層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体装置用パッケージにおける半導体
    素子の搭載部が、少なくとも当該搭載部の表面に絶縁性
    を有する基板および前記半導体素子を封止する絶縁性の
    有機樹脂により形成されることを特徴とする半導体装
    置。
  2. 【請求項２】 半導体装置用パッケージにおける半導体
    素子の搭載部が、少なくとも当該搭載部の表面に絶縁性
    を有する基板および前記半導体素子を封止する絶縁性の
    有機樹脂により形成され、前記基板と外部接続用リード
    との接続が、当該基板の少なくとも絶縁性を有する表面
    にスクリーン印刷された接着剤層を介して行われること
    を特徴とする半導体装置。
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