JPH09162330A - 半導体集積回路装置 - Google Patents
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Abstract
膨れ、クラック等の実装不良が発生しにくい半導体集積
回路装置を提供する。 【解決手段】 外部リード1、内部リード2およびダイ
パッド3よりなるリードフレームと、そのリードフレー
ムの前記ダイパッド3の上に接着されて保持される半導
体基板4と、その他の部材とをモールド樹脂6で封止し
た半導体集積回路装置であって、前記半導体基板4の裏
面に、裏面樹脂層8を設けることにより、半導体基板4
とモールド樹脂6との界面、および半導体基板4とダイ
パッド3との界面での接着性を向上し、前記界面に発生
する応力を緩和する。
Description
置に関し、特に、大型の半導体チップを組み込んだ樹脂
封止型パッケージに適用して有効な技術に関するもので
ある。
向上に伴い、半導体集積回路装置用パッケージ(以下単
にパッケージという)の薄型化、多ピン化への要求は強
く、この要求に対応したパッケージとしてTQFP(Th
in Quad Flat Package)、TSOP(Thin Small Out-l
ine Package)等が実用化されている。これらのパッケー
ジの厚さは1mmと薄型化されたものであり、そのモー
ルド樹脂の厚さはQFP(Quad Flat Package)と比較し
て2分の1から3分の1程度と薄くなる。
ド樹脂は、一般に、ある程度の吸湿性を有している。こ
のパッケージ内に侵入した水分は、ダイパッドあるいは
半導体基板とパッケージとの界面に毛細管現象により蓄
積され、この水分が実装時のハンダリフロー工程で水蒸
気化し、パッケージ内部の圧力を異常に上昇させる。あ
るいは、半導体基板裏面とダイパッドとを接着する際に
用いる接着剤の溶剤がその接着部に残存し、ハンダリフ
ロー時の熱により気化して圧力を生じる。その結果、パ
ッケージに膨れやクラックを発生し、機器不良の発生原
因となる。
界応力はモールド樹脂の厚さの2乗に逆比例するため、
前記のTQFPやTSOPでは従来の4分の1から9分
の1程度の応力で膨れやクラックを発生することとな
る。
実装時のリフロー工程で膨れやクラックが発生しやす
く、この対策として、モールド樹脂材料の改良、リード
フレームの改良等が施されている。
低吸湿化、熱時高度の向上の観点から検討されており、
リードフレームの改良は、ダイパッド形状の工夫、表面
処理による密着力向上の観点から検討されている。
けるパッケージクラックおよび剥離防止対策技術を詳し
く記載している例としては、たとえば、平成6 年4 月20
日プレスジャーナル発行、「月刊 Semiconductor Worl
d」1994年5 月号、P53 〜P89がある。
材料の改良はほぼ技術的限界に達し、リードフレームの
改良は量産性、コストの問題が残り、十分ではない。ま
た、パッケージの更なる薄型化は、今後の高密度実装技
術からの要求でもある。よって、パッケージの耐リフロ
ー性を、さらに向上させる必要がある。
工程でパッケージに膨れ、クラック等の実装不良が発生
しにくい半導体集積回路装置を提供することにある。
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかにな
るであろう。
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。
樹脂製のパッケージ内にモールドされる半導体基板の裏
面に樹脂層を配置したものである。
れば、モールドされる半導体基板の裏面に樹脂層を配置
しているため、半導体基板の裏面と樹脂製パッケージ、
および半導体基板の裏面と半導体基板が保持されるダイ
パッドとの密着性を向上させ、また、ハンダリフロー時
にこれらの界面に発生する応力を前記樹脂層により緩和
することができ、ハンダリフロー時に発生するパッケー
ジの膨れやクラックを抑制することができる。
半導体基板を保持するダイパッドの面積を、半導体基板
の裏面面積よりも小さくしたものである。
れば、前記した第1の発明の効果をより一層有効に作用
させることが可能になる。
を発生させる部位は、(1)半導体基板と樹脂パッケー
ジとの界面、(2)半導体基板とダイパッドとの接合
面、(3)ダイパッドと樹脂パッケージとの界面、のほ
ぼ3カ所であるが、前記第1の発明により前記(1)お
よび前記(2)の部位の対策はとられているものの前記
(3)については未対策である。そこで、本第2の発明
により前記(3)の部位が占める面積を小さくし、相対
的に耐リフロー性を向上させるものである。
により、前記(2)の部位の面積も小さくなるが、この
部位には半導体基板をダイパッドに接着するための接着
剤が存在し、この接着剤の内部に残留する溶剤もしくは
接着剤中の水分が圧力発生の原因であることから、この
接着剤の量を少なくすることは、ハンダリフロー時の異
常な応力発生の抑制に有効となる。
半導体基板を内部リードに保持させたものであって、そ
の半導体基板の裏面に樹脂層を配置したものである。す
なわち、リードフレームにダイパッドを用いず、LOC
(Lead On Chip)構造またはCOL(Chip On Lead)構
造とし、半導体基板裏面に樹脂層を配置したものであ
る。この場合には前記(2)および(3)の部位が存在
しなくなるため、本発明の効果を最も有効に奏するもの
と考えられる。
前記樹脂層を半導体基板の裏面に加えて前記半導体基板
の側面もしくは側面と表面にも配置したものである。
れば、ハンダリフロー時のパッケージの耐クラック性を
さらに向上させることが可能である。すなわち、クラッ
クの発生は、半導体基板の端部から樹脂製パッケージの
外側に向かって発生する内部クラックが多数を占める
が、この内部クラックは、その発生部位である半導体基
板端部に接するパッケージ部に応力が集中するためであ
ると考えられる。そこで、この応力が集中する領域にも
樹脂層を配し、接着力の向上と応力の緩和を施したもの
である。
半導体基板の裏面に配置された樹脂層を、樹脂の存在す
る樹脂装填領域と樹脂の存在しない空隙領域とから構成
したものである。
ると、前記樹脂層に加わる応力が、樹脂の存在しない空
隙領域の存在により有効に緩和され、パッケージの膨れ
やクラックの発生を抑制することができる。また、半導
体基板と樹脂層との界面、あるいは樹脂製パッケージも
しくはダイパッドと樹脂層との界面に局部的な剥離が発
生しても、前記空隙領域が存在するため、剥離の進行が
その空隙領域に至ったときに応力は緩和され、それ以上
の剥離の進行は起こり難くなる。その結果、パッケージ
の膨れやクラックの発生を抑制することができる。
半導体基板の裏面に配置された樹脂層を、半導体基板の
裏面に布設された複数個の独立した樹脂層としたもので
ある。
上記第3の発明と同様にパッケージの膨れやクラックの
発生を抑制することができる。すなわち、一の独立した
樹脂層の界面に局部的な剥離が発生しても、この剥離が
発生した樹脂層とそれに隣接する樹脂層との境界部には
空隙が存在するため剥離の進行はこの空隙以上には進み
難くなり、結果として、膨れ等の発生を抑制することが
できる。
の構成を組み合わせた構成、すなわち、樹脂層を独立し
た複数の布設された樹脂層とし、かつその樹脂層が樹脂
装填領域と空隙領域から構成されるもの、としてもよ
い。
前記樹脂層を、200℃以上の耐熱性を有する有機材料
を主成分としたものである。耐熱性を有する有機材料と
して、ポリイミド、ポリエーテルスルホン(PES)、
ポリエーテルケトン(PEK)等を例示することができ
る。
有機材料を樹脂層に用いることにより、ハンダリフロー
時の耐熱信頼性を向上させることが可能となる。また、
組立プロセス中での樹脂層の劣化、材料分解を防止する
ことが可能となる。
に基づいて詳細に説明する。
形態の一つである半導体集積回路装置の一例を示した要
部断面図である。
部リード1、内部リード2およびダイパッド3よりなる
リードフレームと、前記リードフレームの前記ダイパッ
ド3の上に接着されて保持される半導体基板4と、前記
内部リード2と前記半導体基板4とを電気的に接続する
接続手段である金属ワイヤ5と、前記外部リード1を除
く前記各構成部品を封止するモールド樹脂6とを有する
構造となっており、前記半導体基板4の主面側には素子
面用樹脂層7が、また、前記半導体基板4の裏面側には
裏面樹脂層8が設けられているものである。
ッド3から構成されるリードフレームは、鉄−ニッケル
系合金もしくは銅合金を、スタンピング加工もしくはエ
ッチング加工により形成されたものを用いることができ
る。その表面の凹凸は小さい方が好ましく、標準的には
Ra(5点平均粗さ)で0.05μm〜0.1μmとするの
がよい。また、必要に応じて表面処理を施すこともでき
る。
工程においてハンダ付される部分であるため、前記外部
リード1の表面は、前記ハンダの濡れ性を維持および向
上のためのメッキ処理が施されていることが好ましい。
メッキ処理は代表的にはハンダメッキがあげられる。ま
た、前記外部リード1の形状は、図1に示した形状に限
定されるわけではなく、実装時の状態に応じて、Jルー
プ型、挿入型等の形状であっても構わない。
主面上に公知のウェハ処理工程(いわゆる前処理工程)
を経て、半導体集積回路素子が形成されたものを、ダイ
サーによりダイシングして分断し、チップ状態となった
ものである。内部リード2との電気的接続のためにその
主面上にアルミ合金等で形成されたコンタクトパッド
(図示せず)が形成されている。
用樹脂層7は、その主面上に形成される半導体集積回路
素子を、樹脂内に分散されたフィラから保護するための
ものであり、ポリイミド、PES、PEK等から形成す
ることができる。
層8は、モールド樹脂6およびダイパッド3との接着力
を向上させるため、あるいは、裏面樹脂層8の存在する
界面に発生する応力を緩和するために形成するもので、
ポリイミド、PES、PEK等の材料を用いて形成する
ことができる。これらの材料は200℃以上の耐熱性を
有するものであり、これにより、実装時のハンダリフロ
ーに対して安定な耐熱特性を確保することが可能とな
る。本実施の形態では裏面樹脂層8は均一に形成されて
いる。
8は、基板がウェハ状態にある時に形成してもよいが、
ダイシングして分断され、チップ状態になった後に個々
のチップ毎に形成してもよい。ウェハ状態で形成すると
きにはスピンコート法で、チップ状態で形成するときに
はディップ法で形成することができる。
面樹脂層8を介してダイパッド3に接着される。このと
き、図1に示すように、ダイパッド3の面積は半導体基
板4の面積よりも小さくなっている。そのため、裏面樹
脂層8の一部が直接モールド樹脂6に接する構造となっ
ている。
示せず)により接着されており、この接着剤は、公知の
ダイボンド剤、たとえばエポキシ系銀ペーストを用いる
ことができる。
内部リード2とを電気的に接続する接続手段であり、直
径30μm程度の金線、アルミニウム線または銅線等を
用いることができる。接続は、熱圧着ボンディング法ま
たは超音波ボンディング法を用いることができる。な
お、本実施の形態では、金属ワイヤ5による接続の例を
示すが、この手段に限られるわけではなく、たとえばバ
ンプ電極を用いて接続する手段等、金属ワイヤを用いな
い接続手段であっても構わない。
のトランスファモールド法を用いて形成することがで
き、材料としてはエポキシ系あるいはポリイミド系の有
機樹脂を用いることができる。また、前記樹脂には適当
なフィラ、たとえば石英ガラス粉を充填する。
置によれば、以下のような効果が得られる。
を形成したことにより、ダイパッド3およびモールド樹
脂6との接着性が向上し、また、裏面樹脂層8の存在す
る界面に発生する応力を緩和することができるため、前
記界面での剥離を抑制することが可能となり、パッケー
ジの膨れやクラックの発生を抑制することができる。
性を有するポリイミド、PES、PEK等としたことに
より、実装時のハンダリフローに対して安定な耐熱特性
を確保することが可能となる。
の裏面の面積よりも小さくすることにより、半導体基板
4の裏面に形成した裏面樹脂層8をモールド樹脂6に直
接接触させることができ、ダイパッド3とモールド樹脂
6の界面で発生する剥離の機会を減ずることとができ
る。これによりパッケージの膨れやクラックの発生を抑
制することができる。
とにより、半導体基板4をダイパッド3に接着するため
の接着剤の量を減ずることが可能となり、前記接着剤に
起因するダイパッド3と半導体基板4との間の剥離の確
率を減じ、パッケージの膨れやクラックの発生を抑制す
ることができる。
半導体基板4の裏面にのみ形成されている場合について
説明したが、図2に示すように裏面樹脂層8が半導体基
板4の側面もしくは表面の一部にも形成されるものであ
ってもよい。
脂層8が形成されているため、モールド樹脂6の応力が
最も集中すると考えられる半導体基板4の角の部分の接
着性を向上させることが可能であり、パッケージの膨れ
やクラックの発生をより効果的に抑制することができ
る、という効果を有する。
施の形態の一つである半導体集積回路装置の一例を示し
た要部断面図である。
成は、外部リード1および内部リード2からなるリード
フレームと、前記リードフレームの内部リード2に接着
されて保持される半導体基板4と、前記内部リード2と
前記半導体基板4とを電気的に接続する接続手段である
金属ワイヤ5と、前記外部リード1を除く前記各構成部
品を封止するモールド樹脂6とを有する構造となってお
り、前記半導体基板4の主面側には素子面用樹脂層7
が、また、前記半導体基板4の裏面側には裏面樹脂層8
が設けられているものである。
記載したものとほぼ同様であるため省略する。
記した実施の形態1の(1)および(2)の効果の他
に、以下のよう効果を得ることができる。
することにより、裏面樹脂層8がモールド樹脂6と全面
で接触することとなり、半導体基板4とモールド樹脂6
との接着性を向上することができ、パッケージの膨れや
クラックを抑制することができる。
半導体基板4との電気的な接続手段を金属ワイヤ5を用
いたワイヤボンディングとしたが、バンプ電極を用いた
接続手段としてもよい。
な接続手段のみならず、内部リード2と半導体基板4と
の機械的な接着手段としても作用させることができるた
め、特別に接着剤を用いる必要がない。このため、接着
剤に起因する剥離の要因を排除することが可能となり、
パッケージの膨れやクラックを抑制することができる、
という効果を有する。
の一部に裏面樹脂層8が形成されてもよいことは実施の
形態1の場合と同様である。
場合について説明したが、図4に示すようにCOL構造
であってもよいことは言うまでもない。
よび2では、裏面樹脂層8が半導体基板4の裏面に均一
に形成されている場合について説明したが、本実施の形
態3では、裏面樹脂層8が不均一に形成されている場合
について説明する。
ある半導体集積回路装置における半導体基板4を裏面か
ら観察した場合の上面図である。図5においてハッチン
グを施しているのは、領域を分けて示すための便宜のた
めであり、断面を示しているものではない。
成されており、前記裏面樹脂層8は、樹脂の存在する樹
脂装填領域9と樹脂の存在しない空隙領域10とから構
成されている。また、本実施の形態3では、半導体基板
4の周辺部11には、裏面樹脂層を形成していない。
する裏面樹脂層8の形成方法としては、メタルマスクを
用いたディップ法またはスピンコート法、全面にコーテ
ィングした後にレジストマスクを形成してエッチングす
る方法、スクリーン印刷により樹脂層を形成する方法等
が例示される。
以下のような効果が得られる。
たことにより、前記裏面樹脂層8に接するモールド樹脂
6またはダイパッド3との接合を三次元化することとな
り、裏面樹脂層8に加わる応力を分散して、有効に緩和
することが可能となる。その結果、パッケージの膨れや
クラックの発生を抑制することができる。
たことにより、半導体基板4と裏面樹脂層8との界面、
あるいはモールド樹脂6もしくはダイパッド3と裏面樹
脂層8との界面に局部的な剥離が発生しても、前記空隙
領域10が存在するため、剥離の進行がその空隙領域1
0に至ったときに応力は緩和され、それ以上の剥離の進
行は起こり難くなる。その結果、パッケージの膨れやク
ラックの発生を抑制することができる。
面樹脂層8が不均一に形成されている別の場合について
説明する。
ある半導体集積回路装置における半導体基板4を裏面か
ら観察した場合の上面図である。図6においてハッチン
グを施しているのは、領域を分けて示すための便宜のた
めであり、断面を示しているものではない。
脂層12から構成される裏面樹脂層8が形成されてお
り、前記樹脂層12の境界には樹脂の存在しない空隙1
3が形成されている。
は、前記した実施の形態3の樹脂層製造方法と同様の方
法が例示される。
以下のような効果が得られる。
面樹脂層8を構成したことにより、一の独立した樹脂層
12の界面に局部的な剥離が発生しても、この剥離が発
生した樹脂層12とそれに隣接する別の樹脂層12との
境界部には空隙13が存在するため剥離の進行はこの空
隙13以上には進み難くなり、結果として、パッケージ
の膨れやクラックの発生を抑制することができる。
態3の構成を組み合わせた構成、すなわち、図7に示す
ように、半導体基板4の裏面に形成した裏面樹脂層8
を、独立した複数の布設された樹脂層12とし、かつそ
の樹脂層12が樹脂装填領域9と空隙領域10から構成
されるもの、としてもよい。
らに向上することが期待できる。
明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を
逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでも
ない。
の周辺部に裏面樹脂層8を設けない例を示したが、周辺
部およびその側面にも裏面樹脂層8を設けてもよく、ま
た、空隙領域10、独立した樹脂層12の形状として、
各々円形、四角形を例示したが、六角形等の多角形もし
くは任意の形状であっても構わないことはいうまでもな
い。
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以
下のとおりである。
および半導体基板の裏面とダイパッドとの密着性を向上
させ、また、ハンダリフロー時にこれらの界面に発生す
る応力を緩和することにより、ハンダリフロー時に発生
するパッケージの膨れやクラックを抑制することができ
る。
面積を大きくし、ダイパッドとモールド樹脂との接合面
積を小さくすることにより、モールド樹脂の耐剥離性を
向上することができる。
またはダイパッドを用いないことにより、ダイパッドに
半導体基板を接着するための接着剤の使用量を減少し、
あるいはなくすることができ、ハンダリフロー時に発生
する応力の発生原因の一つを取り除くことができる。
緩和することにより、パッケージの膨れやクラックを抑
制することができる。
を設けることにより、樹脂層に加わる応力を緩和するこ
とができ、耐剥離性を向上させることができる。
を設けることにより、樹脂層界面に発生した局部的な剥
離の進行を止め、パッケージの膨れやクラックを抑制す
ることができる。
材料を半導体基板の裏面樹脂層に用いることにより、ハ
ンダリフロー時の耐熱信頼性を向上させ、組立プロセス
中での樹脂層の劣化、材料分解を防止することが可能と
なる。
路装置の一例を示した要部断面図である。
路装置の一例を示した要部断面図である。
積回路装置の一例を示した要部断面図である。
積回路装置の一例を示した要部断面図である。
導体集積回路装置における半導体基板を裏面から観察し
た場合の上面図である。
積回路装置における半導体基板を裏面から観察した場合
の上面図である。
積回路装置における半導体基板を裏面から観察した場合
の上面図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 半導体集積回路素子がその主面に設けら
れた半導体基板と、 内部リード、外部リードおよび前記半導体基板を保持す
るダイパッドを含むリードフレームと、 前記半導体基板の主面に設けられた電気的接続のための
金属パッドと前記内部リードとを互いに電気的に接続す
る接続手段と、 前記内部リード、前記半導体基板および前記接続手段を
封止する樹脂製のパッケージとを含む半導体集積回路装
置であって、 前記半導体基板の裏面に、樹脂層が配置されていること
を特徴とする半導体集積回路装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の半導体集積回路装置であ
って、前記半導体基板を保持するダイパッドが前記樹脂
層を介して前記半導体基板に接する接合面の接合面面積
は、前記半導体基板の裏面面積よりも小さいことを特徴
とする半導体集積回路装置。 - 【請求項3】 半導体集積回路素子がその主面に設けら
れた半導体基板と、 前記半導体基板を保持する内部リードおよび外部リード
を含むリードフレームと、 前記半導体基板の主面に設けられた電気的接続のための
金属パッドと前記内部リードとを互いに電気的に接続す
る接続手段と、 前記内部リード、前記半導体基板および前記接続手段を
封止する樹脂製のパッケージとを含む半導体集積回路装
置であって、 前記半導体基板の裏面に、樹脂層が配置されていること
を特徴とする半導体集積回路装置。 - 【請求項4】 請求項1、2または3記載の半導体集積
回路装置であって、前記半導体基板の裏面および側面ま
たは前記半導体基板の全面に樹脂層が配置されているこ
とを特徴とする半導体集積回路装置。 - 【請求項5】 請求項1、2、3または4記載の半導体
集積回路装置であって、前記半導体基板の裏面に配置さ
れた樹脂層は、樹脂の存在する樹脂装填領域と樹脂の存
在しない空隙領域とから構成されることを特徴とする半
導体集積回路装置。 - 【請求項6】 請求項1、2、3、4または5記載の半
導体集積回路装置であって、前記半導体基板の裏面に配
置された樹脂層は、複数個の独立した樹脂層が前記半導
体基板の裏面に布設されているものであることを特徴と
する半導体集積回路装置。 - 【請求項7】 請求項1、2、3、4、5または6記載
の半導体集積回路装置であって、前記樹脂層は、200
℃以上の耐熱性を有する有機材料を主成分とするもので
あることを特徴とする半導体集積回路装置。
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JP32146995A JP3682468B2 (ja) | 1995-12-11 | 1995-12-11 | 半導体集積回路装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publication Number | Publication Date |
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JPH09162330A true JPH09162330A (ja) | 1997-06-20 |
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ID=18132920
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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WO2021192788A1 (ja) * | 2020-03-23 | 2021-09-30 | ローム株式会社 | 半導体装置 |
-
1995
- 1995-12-11 JP JP32146995A patent/JP3682468B2/ja not_active Expired - Fee Related
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KR100751826B1 (ko) * | 1998-03-20 | 2007-08-23 | 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 | 반도체장치 및 그 제조방법 |
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