JPH0897334A

JPH0897334A - 樹脂封止型半導体装置

Info

Publication number: JPH0897334A
Application number: JP23490494A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hozoji; 裕之宝蔵寺; Taku Kikuchi; 卓菊池; Masakatsu Goto; 正克後藤; Fujiaki Nose; 藤明野瀬; Teruo Kitamura; 輝夫北村; Atsushi Honda; 厚本多
Original assignee: Hitachi Hokkai Semiconductor Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Renesas Semiconductor Package and Test Solutions Co Ltd
Priority date: 1994-09-29
Filing date: 1994-09-29
Publication date: 1996-04-12

Abstract

(57)【要約】【目的】樹脂封止体６で封止された熱拡散部材１を有
する樹脂封止型半導体装置の信頼性を高める。【構成】樹脂封止体６で封止された熱拡散部材１を有
する樹脂封止型半導体装置において、前記樹脂封止体６
と熱拡散部材１との間にゴム状樹脂層７を設ける。前記
ゴム状樹脂層の厚さを１０［μｍ］乃至２００［μｍ］
に設定する。前記ゴム状樹脂層の弾性率を５［ＭＰａ］
乃至１［ＧＰａ］に設定する。

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
に関し、特に、樹脂封止体で封止された熱拡散部材を有
する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として、ＱＦＰ
(Ｑuad Ｆlat Ｐackage)構造を採用する樹脂封止型半導
体装置がある。この種の樹脂封止型半導体装置は、半導
体ペレットに塔載された回路システムの動作熱を如何に
して効率良く外部に放出するかが技術的な課題となって
いる。

【０００３】そこで、前記課題を解決する技術として、
例えば日経マイクロデバイス〔１９９１年５号、第９４
頁乃至第１０６頁〕に記載されているように、樹脂封止
体で封止された熱拡散部材を有する樹脂封止型半導体装
置が開発されている。この熱拡散部材を有する樹脂封止
型半導体装置は、半導体ペレットに塔載された回路シス
テムの動作熱を熱拡散部材によって樹脂封止体、インナ
ーリード等に拡散し、樹脂封止体の外部に半導体ペレッ
トの動作熱を放出している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
熱拡散部材を有する樹脂封止型半導体装置は以下の問題
を生じる。

【０００５】前記樹脂封止型半導体装置は製品完成後の
温度サイクル試験時や実装基板に実装する実装時に熱処
理(熱履歴)が施されるが、この熱処理時において、樹脂
封止体の樹脂と熱拡散部材との熱膨張係数の差に起因す
る熱応力が両者間の界面に発生する。このため、樹脂封
止体と熱拡散部材との間に剥離が生じ、また、樹脂封止
体にクラック(亀裂)が生じ、樹脂封止体型半導体装置の
信頼性が低下する。

【０００６】本発明の目的は、樹脂封止体で封止された
熱拡散部材を有する樹脂封止型半導体装置の信頼性を高
めることが可能な技術を提供することにある。

【０００７】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【０００９】樹脂封止体で封止された熱拡散部材を有す
る樹脂封止型半導体装置において、前記樹脂封止体の樹
脂と熱拡散部材との間にゴム状樹脂層を設ける。

【００１０】

【作用】上述した手段によれば、製品完成後の温度サイ
クル試験時や実装基板に実装する実装時の熱処理(熱履
歴)時において、樹脂封止体の樹脂と熱拡散部材との熱
膨張係数の差に起因する熱応力をゴム状樹脂層で緩和す
ることができるので、樹脂封止体と熱拡散部材との剥離
を防止することができると共に、樹脂封止体のクラック
を防止することができる。この結果、樹脂封止体で封止
された熱拡散部材を有する樹脂封止型半導体装置の信頼
性を高めることができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の構成について、熱拡散部材を
有する樹脂封止型半導体装置に本発明を適用した実施例
とともに説明する。なお、実施例を説明するための全図
において、同一機能を有するものは同一符号を付け、そ
の繰り返しの説明は省略する。

【００１２】（実施例１）本発明の実施例１である
熱拡散部材を有する樹脂封止型半導体装置の概略構成を
図１(断面図)に示す。

【００１３】図１に示すように、樹脂封止型半導体装置
は、熱拡散部材１のペレット塔載面上に半導体ペレット
２を塔載している。半導体ペレット２は、熱拡散部材１
のペレット塔載面上に接着層３を介在して接着固定され
る。接着層３は、例えば、銀が添加された熱硬化性のエ
ポキシ系樹脂又はシリコーン樹脂或は半田（Ｐｂ−Ｓｎ
系合金）等で形成される。

【００１４】前記半導体ペレット２は例えば平面が方形
状に形成された単結晶珪素基板を主体に構成される。こ
の半導体ペレット２の主面には記憶回路システム、論理
回路システム、或はそれらの混合回路システムが塔載さ
れる。また、半導体ペレット２の主面上には、この半導
体ペレット２の各辺に沿って配列された複数の外部端子
２Ａが配置される。

【００１５】前記半導体ペレット２の外周囲の外側に
は、この半導体ペレット２の各辺に沿って配列された複
数のインナーリード５Ａが配置される。複数のインナー
リード５Ａの夫々はボンディングワイヤ４を介して半導
体ペレット２の複数の外部端子２Ａの夫々に電気的に接
続される。

【００１６】前記熱拡散部材１、半導体ペレット２、ボ
ンディングワイヤ４、インナーリード５Ａ等は例えば平
面が方形状に成形された樹脂封止体６で封止される。樹
脂封止体６は、低応力化を図る目的として、例えばフェ
ノール系硬化剤、シリコーンゴム及びフィラーが添加さ
れたエポキシ系の樹脂６Ａで形成される。この樹脂封止
体６は例えばトランスファモールド法で成形される。

【００１７】前記樹脂封止体６の外側にはこの樹脂封止
体６の各辺に沿って配列された複数のアウターリード５
Ｂが配置される。この複数のアウターリード５Ｂの夫々
は複数のインナーリード５Ａの夫々に一体化される。つ
まり、本実施例の樹脂封止型半導体装置は、樹脂封止体
６の各辺の外側にアウターリード５Ｂを配列したＱＦＰ
構造(４方向リード配列構造)で構成される。

【００１８】前記アウターリード５Ｂは、樹脂封止体６
を成形した後、リードフレームから切断され、ガルウィ
ング形状に成形される。リードフレームは、例えばＦｅ
−Ｎｉ(例えばＮｉ含有率４２又は５０［％］)合金、Ｃ
ｕ系合金等で形成される。

【００１９】前記熱拡散部材１のペレット塔載面と対向
するその裏面は樹脂封止体６から露出される。この熱拡
散部材１には半導体ペレット２に塔載された回路システ
ムの動作で発生する熱が伝達され、熱拡散部材１に伝達
された熱は熱拡散部材１によって樹脂封止体６、インナ
ーリード５Ａ等に拡散される。つまり、樹脂封止型半導
体装置は、半導体ペレット２に塔載された回路システム
の動作熱を熱拡散部材１によって樹脂封止体６、インナ
ーリード５Ａ等に拡散し、樹脂封止体６の外部に半導体
ペレット２の動作熱を放出している。

【００２０】前記熱拡散部材１は、一般的に前述のリー
ドフレームと同一の材料で形成される。具体的にはＦｅ
−Ｎｉ（例えばＮｉ含有率４２又は５０［％］）合金、
Ｃｕ系合金等で形成される。

【００２１】前記樹脂封止体６の樹脂６Ａと熱拡散部材
１との間にはゴム状樹脂層７が設けられる。本実施例の
ゴム状樹脂層７は、熱拡散部材１のペレット塔載面上に
接着層３を介在して半導体ペレット２が接着固定され、
熱拡散部材１の裏面が樹脂封止体６から露出しているの
で、半導体ペレット２の接着領域を除く熱拡散部材１の
ペレット塔載面、熱拡散部材１の厚さ方向の側面の夫々
と樹脂封止体６の樹脂６Ａとの間に設けられる。

【００２２】前記ゴム状樹脂層７は、製品完成後の環境
試験である温度サイクル時や実装基板の実装面上に樹脂
封止型半導体装置を実装する実装時の熱処理時にゴム状
態である例えばシリコームゴム、ポリブタジエンゴム等
の合成ゴムや天然ゴムで形成される。このゴム状樹脂層
７は、製品完成後の環境試験である温度サイクル時や実
装時の熱処理時においてゴム状態であるので、樹脂封止
体６の樹脂６Ａと熱拡散部材１との熱膨張係数の差に起
因する熱応力を緩和することができる。

【００２３】前記ゴム状樹脂層７の膜厚は１０［μｍ］
乃至２００［μｍ］に設定するのが望ましい。ゴム状樹
脂層７の膜厚が１０［μｍ］より薄いと、温度サイクル
時や実装時において、樹脂封止体６の樹脂６Ａと熱拡散
部材１との熱膨張係数の差に起因する熱応力を充分に緩
和することができず、図２（ゴム状樹脂層の膜厚と樹脂
封止体のクラック発生率との関係を表した図）に示すよ
うに、樹脂封止体６にクラック(亀裂)が発生する。一
方、ゴム状樹脂層７の厚さが２００［μｍ］より厚い
と、熱応力の緩和を行うことはできるが、ゴム状樹脂層
７の変形量が大きくなり、図３(ゴム状樹脂層の膜厚と
剥離発生率との関係を表した図)に示すように、熱拡散
部材１、樹脂封止体６の夫々とゴム状樹脂層７との間に
剥離が生じる。つまり、ゴム状樹脂層７の膜厚を１０
［μｍ］乃至２００［μｍ］に設定することにより、樹
脂封止体６と熱拡散部材１との剥離を防止することがで
きると共に、樹脂封止体６のクラックを防止することが
できる。

【００２４】さらに、前記ゴム状樹脂層７の弾性率は室
温で５［ＭＰａ］乃至１［ＧＰａ］に設定するのが望ま
しい。ゴム状樹脂層７の弾性率が５［ＭＰａ］より低い
と、温度サイクル時や実装時にゴム状樹脂層７が容易に
変形し、図４（ゴム状樹脂層の弾性率と剥離発生率との
関係を表した図）に示すように、熱拡散部材１、樹脂封
止体６の夫々とゴム状樹脂層７との間に剥離が生じる。
一方、ゴム状樹脂層７の弾性率が１［ＧＰａ］より高い
と、ゴム状樹脂層７が硬いため、充分に熱応力を緩和す
ることができず、図５（ゴム状樹脂層の弾性率と樹脂封
止体のクラック生率との関係を表した図）に示すよう
に、樹脂封止体６にクラックが発生する。つまり、ゴム
状樹脂層７の弾性率を室温で５［ＭＰａ］乃至１［ＧＰ
ａ］に設定することにより、樹脂封止体６と熱拡散部材
１との剥離を防止することができると共に、樹脂封止体
６のクラックを防止することができる。

【００２５】前記ゴム状樹脂層７は、樹脂封止体６を成
形する成形工程前において、溶剤で溶解された前述の合
成ゴムや天然ゴムをスピンコート法又はポッティング法
で熱拡散部材１の表面に塗布し、その後、熱処理を施し
て溶剤を除去することにより形成できる。

【００２６】なお、前記ゴム状樹脂層７は、前述の合成
ゴムや天然ゴムを溶解した液中に熱拡散部材１を浸し、
熱拡散部材１の表面上に塗布する浸漬法で形成してもよ
い。

【００２７】また、前記樹脂封止体６は、例えばシリコ
ーン樹脂、ポリイミド樹脂で形成してもよい。

【００２８】また、前記ゴム状樹脂層７は、例えばポリ
エチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリ
プロピレン等の熱可塑性樹脂で形成してもよい。この熱
可塑性樹脂は、合成ゴムや天然ゴムほどではないが樹脂
封止体６の耐クラック性を高めることができる。

【００２９】このように、樹脂封止体６で封止された熱
拡散部材１を有する樹脂封止型半導体装置において、前
記樹脂封止体６の樹脂６Ａと熱拡散部材１との間にゴム
状樹脂層７を設ける。この構成により、製品完成後の環
境試験である温度サイクル時や実装基板の実装面上に樹
脂封止型半導体装置を実装する実装時において、熱拡散
部材１と樹脂封止体６の樹脂６Ａとの熱膨張係数の差に
起因する熱応力をゴム状樹脂層７で緩和することができ
るので、樹脂封止体６と熱拡散部材１との剥離を防止す
ることができると共に、樹脂封止体６のクラックを防止
することができる。この結果、樹脂封止体６で封止され
た熱拡散部材１を有する樹脂封止型半導体装置の信頼性
を高めることができる。

【００３０】（実施例２）本発明の実施例２である
熱拡散部材を有する樹脂封止型半導体装置の概略構成を
図６(断面図)に示す。

【００３１】図６に示すように、樹脂封止型半導体装置
は、前述の実施例１と同様に、熱拡散部材１、半導体ペ
レット２、ボンディングワイヤ４、インナーリード５Ａ
等を樹脂封止体６で封止し、この樹脂封止体６の各辺の
外側にアウターリードを配置したＱＦＰ構造(４方向リ
ード配列構造)で構成される。

【００３２】前記熱拡散部材１は絶縁フィルム８を介在
してインナーリード５Ａに支持される。この熱拡散部材
１のペレット塔載面上には接着層３を介在して半導体ペ
レット２が接着固定され、そのペレット塔載面と対向す
る裏面は樹脂封止体６の樹脂６Ａで覆われている。

【００３３】前記熱拡散部材１と樹脂封止体６の樹脂６
Ａとの間には、前述の実施例１と同様に、ゴム状樹脂層
７が設けられる。本実施例のゴム状樹脂層７は、熱拡散
部材１のペレット塔載面上に接着層３を介在して半導体
ペレット２が接着固定され、熱拡散部材１の裏面が樹脂
封止体６の樹脂６Ａで覆われているので、半導体ペレッ
ト２の接着領域を除く熱拡散部材１のペレット塔載面、
熱拡散部材１の厚さ方向の側面、熱拡散部材１の裏面の
夫々と樹脂封止体６の樹脂６Ａとの間に設けられる。こ
のように、熱拡散部材１と封止樹脂６Ａとの間にゴム状
樹脂層７を設けることにより、前述の実施例１と同様
に、熱拡散部材１と樹脂封止体６の樹脂６Ａとの熱膨張
係数の差に起因する熱応力をゴム状樹脂層７で緩和する
ことができるので、樹脂封止体６と熱拡散部材１との剥
離を防止することができると共に、樹脂封止体６のクラ
ックを防止することができる。この結果、樹脂封止体６
で封止された熱拡散部材１を有する樹脂封止型半導体装
置の信頼性を高めることができる。

【００３４】なお、本実施例において、熱拡散部材１は
絶縁フィルム８を介在してインナーリード５Ａに支持さ
れているが、熱拡散部材１の表面の支持領域もゴム状樹
脂層７で覆われているので、インナーリード５Ａに、直
接、熱拡散部材１を支持してもよい。

【００３５】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前
記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲において種々変更可能であることは勿論であ
る。

【００３６】例えば、本発明は、熱拡散部材のペレット
塔載面と対向するその裏面を樹脂封止体から露出させた
単体構造のパワートランジスタに適用できる。

【００３７】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。

【００３８】樹脂封止体で封止された熱拡散部材を有す
る樹脂封止型半導体装置の信頼性を高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１である熱拡散部材を有する樹
脂封止型半導体装置の概略構成を示す断面図。

【図２】ゴム状樹脂層の膜厚と樹脂封止体のクラック発
生率との関係を表した図。

【図３】ゴム状樹脂層の膜厚と剥離発生率との関係を表
した図。

【図４】ゴム状樹脂層の弾性率と剥離発生率との関係を
表した図。

【図５】ゴム状樹脂層の弾性率と樹脂封止体のクラック
発生率との関係を表した図。

【図６】本発明の実施例２である熱拡散部材を有する樹
脂封止型半導体装置の概略構成を示す断面図。

【符号の説明】

１…熱拡散部材、２…半導体ペレット、３…接着層、４
…ボンディングワイヤ、５Ａ…インナーリード、５Ｂ…
アウターリード、６…樹脂封止体、６Ａ…樹脂、７…ゴ
ム状樹脂層、８…絶縁フィルム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者後藤正克北海道亀田郡七飯町字中島145番地日立北海セミコンダクタ株式会社内 (72)発明者野瀬藤明東京都青梅市今井2326番地株式会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者北村輝夫東京都青梅市今井2326番地株式会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者本多厚東京都青梅市今井2326番地株式会社日立製作所デバイス開発センタ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】樹脂封止体で封止された熱拡散部材を有
する樹脂封止型半導体装置において、前記樹脂封止体の
樹脂と熱拡散部材との間にゴム状樹脂層を設けたことを
特徴とする樹脂封止型半導体装置。
【請求項２】前記ゴム状樹脂層の厚さを１０［μｍ］
乃至２００［μｍ］に設定したことを特徴とする請求項
１に記載の樹脂封止型半導体装置。
【請求項３】前記ゴム状樹脂層の弾性率を５［ＭＰ
ａ］乃至１［ＧＰａ］に設定したことを特徴とする請求
項１又は請求項２に記載の樹脂封止型半導体装置。