JPS63239824A - 半導体装置の信頼性評価法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置の製造技術に係り、とりわけ、樹
脂封止型半導体装置のパッケージ内部に部、ける接着界
面の信頼性評価に適用して有効な技術に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

樹脂封止型パッケージ構造を有する半導体装置の内部応
力測定技術については、日経マグロウヒル社、昭和６１
年４月１日発行、「日経マイクロデバイスＪ（Ｐ８１〜
Ｐ９５）に説明がある。

ところで、半導体装置のパッケージ構造は樹脂封止型の
ものと気密封止型のものとに大別されるが、樹脂封止型
パッケージ構造は気密封止型のものに比較してパッケー
ジコストが安価であり、かつ生産性も高いことから、現
在ではデュアルインラインパッケージ（以下、ＤＩＰと
いう）やフラットパッケージを始めとして多くの種類の
ものが各種電子機器類に組み込まれている。

上記樹脂封止型パッケージ構造は、各種フィラーを充填
したエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂で半導体ペレット
や受動素子などの搭載部品をＩＪ　−ドフレームととも
に封止するものであるため、使用する封止樹脂の耐湿性
、搭載部品に対する密着性などの諸特性が半導体装置の
信頼性に大きな影響を及ぼすことが知られている。

そのため、樹脂封止型半導体装置を製造するに際しては
、封止樹脂の上記特性を考慮したパッケージの構造設計
が不可欠なものとなっている。

ところが、近年、半導体装置の大容量化、高密度化に伴
い、樹脂パッケージ内に封止される半導体ペレットが大
面積化するとともに搭載部品点数も多くなるにつれ、上
述した封止樹脂の諸特性のみならず、樹脂パッケージ内
において発生する内部応力が半導体装置の信頼性を大き
く左右するようになってきた。

すなわち、樹脂パッケージの成形時や半導体装置の作動
時には多くの熱が発生するが、エポキシ樹脂などのよう
な高分子材料の熱膨張係数は、半導体ペレットやリード
フレームのそれに比べて相当大きいため、樹脂パッケー
ジの内部には、この熱膨張係数の差に起因する応力が発
生する。

そしてこの内部応力によって、半導体ペレットと封止樹
脂との接着界面や、リードフレームと封止樹脂との接着
界面に剥離が生じたり、あるいは封止樹脂の一部にクラ
ックが発生することから、樹脂パッケージの耐湿性が低
下し、アルミ配線の腐食、回路の誤動作など、種々の不
都合が引き起こされる。

そこで、半導体装置の構造設計を行う際に、各種の手法
によって樹脂パッケージの内部応力を解析し、これに基
づいて樹脂パッケージ内の接着界面の強度を評価しよう
という試みがなされるようになった。

例えば、前記「日経マイクロデバイス」（Ｐ８１〜Ｐ９
５）は、樹脂パッケージの内部応力測定の手段として光
弾性法を利用する試みであって、樹脂封止型パッケージ
の二次元モデルに照射した光の複屈折現象を利用して樹
脂パッケージ内の接着界面の端部からある特定の距離に
おける点の応力を解析し、これに基づいて実際の樹脂パ
ッケージ内に発生する応力を評価しようというものであ
る。

また、「日本材料学会第３５回学術講演会（罰則）Ｊ（
Ｐ６８〜Ｐ７０）は、接着界面に剥離が生じるときの最
大応力値を試験片を用いた剥離試験によって実測し、こ
の実測値と、実際の対象物の有限要素法などによる応力
解析で得られた最大応力値とを対比して実際の樹脂パッ
ケージの内部応力を評価しようという提案である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明者は、樹脂パッケージ内の接着界面の信頼性評価
技術について研究を重ねた結果、前述したような従来の
信頼性評価法には、以下のような問題点のあることを見
出した。

すなわち、樹脂パッケージの内部には半導体ベレットと
封止樹脂、あるいはリードフレームと封止樹脂などのよ
うに、異なる材料によって構成される接着界面が多数存
在するが、これらの接着界面近傍における応力分布状態
を有限要素法などを用いて解析すると、応力は一般に接
着界面の端部に近づくに従って指数関数的に増大し、端
部において最大値を示すことが明らかになる。

従って、一般に接着界面の剥離はその端部を起点として
進行することになる。

そこで、接着界面の信頼性の評価は、その端部近傍にお
ける応力分布の解析値に基づいて行う必要がある。

ところが、上記接着界面の端部は応力の特異基となって
おり、この特異基を含む近傍での応力分布の状態は、接
着端部の形状によって大きく左右されてしまうことを本
発明者は見出した。

すなわち、接着界面の端部からある特定の距離における
点の応力分布の有限要素法応力解析値は、たとえ最小要
素寸法が等しい場合であっても、接着端部の形状が異な
る場合には応力集中の傾向が異なるため、得られる結果
も異なってしまうことになる。

以上のことから、従来の信頼性評価法は、接着端部の形
状が等しいもの同士を対比した場合には有効であっても
、接着端部の形状が異なるもの同士を対比した場合には
間違った評価をしてしまう虞れがあり、接着界面の信頼
性評価法としては、その汎用性に限界があることを本発
明者は見出した。

本発明の目的は、パッケージ内部における接着界面の端
部の形状に依存しない応力特異基パラメータを用いるこ
とにより、接着界面の汎用的な信頼性評価技術を提供す
ることにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔問題点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、次の通りである。

すなわち、半導体装置の構造モデルを用いてそのパッケ
ージ内部における接着界面の端部の要素に依存しない応
力特異場パラメー°夕を求める一方、前記各接着界面に
対応する試験片に剥離が生ずるときの応力拡大係数を実
測し、前記応力特異基パラメータと応力拡大係数の実測
値とを対比することにより、前記接着界面の信頼性を評
価するものである。

〔作用〕

上記した手段によれば、半導体装置の構造設計の段階に
おいて、パッケージの内部に存在する各接着界面の端部
の形状や材質に依存しない汎用的な評価基準に基づいて
その接着界面の信頼性を評価することができることから
、信頼性の高い構造モデルの設計が可能となり、ひいて
は接着界面の剥離に起因するアルミ配線の腐食、回路の
誤動作などの不都合の生じない半導体装置の製造が容易
になる。

〔実施例１〕 第１図は本発明の一実施例である樹脂封止型半導体装置
の信頼性評価法を工程順に示すフローチャート、第２図
（ａ）はこの信頼性評価法の適用対象となる樹脂パッケ
ージの構造モデルを示す要部断面図、第２図（ｂ）はこ
の構造モデルの接着端部の位置を示す略断面図、第３図
は構造モデルの一接着端部における封止樹脂の断面角度
の変化と特異性の次数との関係を示すグラフ図、同じく
第４図は他の接着端部における封止樹脂の断面角度の変
化と特異性の次数との関係を示すグラフ図、第５図（ａ
）は有限要素法による応力解析を構造モデルに適用した
結果を示す要素分割図、第５図（ｂ）はこの構造モデル
の一接着端部から所定の距離の点における剪断応力値を
示すグラフ図、同じく第５図（Ｃ）はこの構造モデルの
他の接着端部から所定の距離の点における剪断応力値を
示すグラフ図、第６図（ａ）は有限要素法による応力解
析を、構造モデルの一接着界面に剥離が生じた場合に適
用した結果を示す要素分割図、第６図（ハ）はこの構造
モデルの特異点から所定の距離の点における剪断応力値
を示すグラフ図、第７図は試験片を用いた剥離試験によ
る剥離限界応力拡大係数の実測値と、各試験片の特異性
の次数との関係を示すグラフ図、第８図は構造モデルの
所定の接着界面に本実施例の信頼性評価法を適用した結
果を示すグラフ図である。

以下、樹脂封止型半導体装置の樹脂パッケージに適用さ
れた本実施例１の信頼性評価法を、第１図に示すフロー
チャートに従って、説明する。

■、構造モデルの設定： 本実施例１において信頼性評価の対電となる樹脂パッケ
ージは、例えば１６ピンあるいは２８ピンなどのデュア
ルインラインパッケージ（以下、ＤＩＰという）構造を
有するものである。

そこでまず、この樹脂パッケージの製造に先立ち、以下
のような構造モデルを設定する。、第２図（ａ）に示す
ように、このＤＩＰの構造モデル１は、封止樹脂２をト
ランスファモールド法などで所定の形状に成形したもの
であり、その内部には導電材料からなるタブ３と、この
タブ３の表面に接着剤６を介して接合された半導体ペレ
ット５とが封止される。また、導電材料からなる外部リ
ード４を樹脂パッケージの両側部から側方に突出させ、
所定の個所で下方に折り曲げ形成する。

さらに、半導体ペレット５と外部リード４とはアルミ配
線７によって電気的に接続される。

次に、使用する材料としては、タブ３と外部リード４が
＃／ニッケル系合金や銅などであり、半導体ペレツト５
がシリコン単結晶などである。

また、封止樹脂２にはシリコンフィラー入りのエポキシ
樹脂などが、接着剤６には天然ゴム（ＮＲ）系接着剤の
他、クロロブレンゴム（ＣＲ）やブチルゴム（ＩＩＲ）
などの合成ゴム系接着剤、シリコーン樹脂などの合成樹
脂系接着剤が使用される。

■、接着端部の形状パラメータおよび材料定数の特定： 上記樹脂パッケージの内部には、外部リード４と封止樹
脂２の界面、あるいはタブ３と封止樹脂２の界面など、
異種の材料から構成される接着界面が多数存在し、第２
図ら）に示すそれらの端部（以下、接着端部という）Ａ
ＳＢＳＣＳＤ・・・の形状もそれぞれ異なっている。

そこで、上記各接着端部Ａ、、Ｂ、ＣＳＤ・・・の形状
パラメータとして、それらの断面角度θを決定する。

また、併せて各接着界面を構成する材料、すなわち封止
樹脂２、タブ３、外部リード４、半導体ペレット５など
の弾性率Ｅおよびポアソン比νを求める。

■、特異性の次数の解析： 次に、上記断面角度θ、弾性率Ｅおよびポアソン比νを
周知の特性方程式に人力して、各接着端部における特異
性の次数αの解を得る。

−例として第３図は、接着端部Ａ（外部リード４の突出
部）において、封止樹脂２の弾性率Ｅｌｓポアソン比ν
、を Ｅａ　＝　１５００　（ｋｇ　ｆ　／　Ｍ”）ν黴＝０
．２５ また、外部リード４の弾性率ＥＬ、ポアソン比ν１、断
面角度θ、を ＥＬ　　＝　１５０００　　（ｋｇ　ｆ／ｍｍすνＬ＝
　　　　０．３ θｔ　＝１８０゜ とした場合に、封止樹脂２の断面角度θ糞の変化によっ
て接着端部Ａにおける特異性の次数α、の解がどのよう
に変化するかをプロットしたものであり、ここでθ鳳が
決まると、αえの解が得られる。

同様にして、接着端部Ｂ（タブ３の下面側接着端部）に
ふけるタブ３の断面角度θ諏の変化と特異性の次数αｎ
の関係を第４図に示す。

このようにして各接着端部における特異性の次数αを順
次解析し、樹脂パッケージ内の全ての接着端部ＡＳＢ、
Ｃ，Ｄ・・・における特異性の次数α＾−αｈαＣ１α
ａ’°０の解を得る。

■、応力解析： 次に有限要素法により、所定の熱負荷条件において上記
構造モデル１に発生する内部応力の解析を行う。

第５図（ａ）に示す要素分割図は、１６ピンＤＩＰから
なる構造モデル１に有限要素法による応力解析を適用し
た結果の一例であり、封止樹脂２を１７０℃でモールデ
ィングして、キュア後、２０℃まで冷却するという熱負
荷条件で解析した剪断応力τの分布が図中の等高線で示
される。

また、第５図（ｂ）に示す各点は、上記構造モデル１の
接着端部Ａからの距離ｒ、に対応する剪断応力値τを上
記有限要素法による応力解析に基づいてプロットしたも
のである。

同じ□く、第５図（Ｃ）に示す各点は、接着端部Ｂから
の距離ｒ、に対応する剪断応力値τを上記有限要素法に
よる応力解析に基づいてプロットしたものである。

■、応力拡大係数の解析： 次に、前記■で得た特異性の次数αの解と、上記有限要
素法による剪断応力τの解析結果に基づいて各接着端部
ＡＳＢ、Ｃ，Ｄ・・・における応力拡大係数Ｋを求める
。

すなわち、接着端部Ａからの距離ｒＡ、その点における
剪断応力値τ（ｒＡ）　および特異性の次数α、を下記
の式、 に入力し、最小二乗法により接着端部Ａにおける応力拡
大係数に、を求める。

例えば、前記■においてα、＝０．２１が得られ、また
上記■においてｒＡ＝　０．１　ｍｍのときτ（ｒＡ）
＝２．０４とすれば、これらの値を上記式に人力してＫ
Ａ＝１．２６が得られる。

同様に、接着端部Ｂからの距離ｒ＋＝０．１ｍｍの点に
おける剪断応力τ（ｒｉ）＝２．４３、特異性の次数α
、＝０．３６とすれば、上記式から、接着端部Ｂにおけ
る応力拡大係数ＫＢ＝１．０６が得られる。

このようにして、各接着端部における応−力拡大係数の
解析を順次行い、全ての接着端部Ａ、Ｂ。

Ｃ，Ｄ・・・における応力拡大係数ＫＡ、　Ｋ１１．　
ＫＣ，Ｋｎ・・・を求める。

以上のようにして得られた応力拡大係数には、構造モデ
ル１の内部における各接着端部の要素寸法に依存しない
応力特異場パラメータである。

また、接着界面の一部に剥離が生じた場合の応力拡大係
数（剥離進展応力拡大係数Ｋ）を以下のようにして求め
る。

例えば、第６図（ａ）は前記１６ピンＤＩＰからなる構
造モデル１において、タブ３と封止樹脂２との接着界面
が接着端部Ｂから剥離し、そこから０゜４９ｍｍ離れた
点Ｘまで剥離が進行した場合の応力分布を有限要素法で
解析した結果の一例である。

また、第６図（ハ）は、上記点Ｘ（特異点）からの距離
ｒ、に応じた剪断応力τ（ｒ、）を前記有限要素法によ
る応力解析に基づいてプロットしたものである。

そこで、点Ｘにおける特異性の次数α、を前記■で説明
した要領で求め、これと上記剪断応力τ（ｒ、）とを前
記式τ＝Ｋ／ｒαに人力することにより、点Ｘにおける
剥離進展応力拡大係数に８が得られる。例えば、第６図
（５）においてα、＝０．５のとき、ＫＸ＝０．５８で
ある。

このようにして、順次各接着界面についての剥離進展応
力拡大係数Ｋを求める。

以上のようにして得られた剥離進展応力拡大係数には、
特異点Ｘ近傍の要素寸法に依存しない応力特異場パラメ
ータである。

■、剥離限界応力拡大係数の実測： 前記■において設定した材料を用い、接着端部の形状が
異なる試験片を多数作成する。次に、各試験片の剥離試
験を行い、それらの剥離限界時における応力拡大係数（
剥離限界応力拡大係数Ｋｃ）を実測する。

一例として第７図は、タブ３に用いる金属材料と封止樹
脂２とをそれらの接着端部の形状が異なるように接合し
た試験片８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ・・・を用いて剥離試
験を行った結果であり、各試験片８ａ％　８ｂ％　８Ｃ
，８ｄ・・・ごとに測定した剥離限界応力拡大係数Ｋ。

の実測値（Ｏ印）を特異性の次数αの関数としてプロッ
トしたものである。

このようにして得た実測値から、特定の材料によって構
成される接着界面における接着端部の形状に対応する剥
離限界応力拡大係数Ｋｃｓすなわち剥離限界曲線が得ら
れる。

■、各接着端部の信頼性評価： 以上のようにして得られた各接着端部の応力特異基パラ
メータ（応力拡大係数Ｋ）と、上記剥離限界曲線とを対
比することにより、樹脂パッケージ１内の各接着端部の
信頼性の評価を行う。なお、このとき必要に応じて上記
剥離限界曲線に所定の安全率を見込んだ許容応力拡大係
数を求め、これらと上記応力拡大係数とを対比すること
により、信頼性の評価を行うこともある。

この信頼性評価法の具体例を第８図に基づいて説明すれ
ば、以下の通りである。

すなわち、第８図は、前記１６ピンＤＩＰ、からなる構
造モデル１の接着端部ＡおよびＢに本評価法を適用した
ものであり、接着端部Ａ、Ｂの応力拡大係数Ｋを◇印で
示す。なお、併せて２８ピンＤＩＰからなる構造モデル
の対応する各接着端の応力拡大係数Ｋを○印で示す。

これによれば、上記１６ピンＤＩＰからなる構造モデル
１に右いて、接着端部Ａの応力拡大係数にはほぼ剥離限
界曲線上にあり、また接着端部Ｂのそれは剥離限界を超
えていることから、両接着端部は共に剥離が発生するも
のと評価される。

また、同じく第８図によれば、接着端部Ｂに生じた剥離
が接着界面に沿って０．０６　ｍ＋ｎまで進行すると、
その点ａにおける剥離進展応力拡大係数がほぼ剥離限界
曲線と重なり、さらに接着端部Ｂから０．４９ｍｍ離れ
た点すまで剥離が進行すると、その点すにおける剥離進
展応力拡大係数が剥離限界より低下することから、剥離
はこれ以上進行しないものと評価される。

このように、特定の接着端部において剥離が発生すると
評価されたときには、その接着端部の形状や材料の設計
変更を行い、再度■〜■のフローチャートに従って特異
性の次数、応力拡大係数および剥離限界曲線を求め、得
られた応力拡大係数と＠離限界曲線とを対比することに
より、その接着界面の信頼性を再度評価する。そして、
この接着端部が安全と評価されるまでこの工程を繰り返
し、次いで他の接着端部の信頼性を評価する。

以上のようにして、構造モデル１のすべての接着端部Ａ
、Ｂ、Ｃ，Ｄ・・・が安全と評価されると、最終的な構
造モデルが完成する。

このように、本実施例１によれば以下の効果を得ること
ができる。

（１）１本実施例１の信頼性評価法は、樹脂封止型半導
体装置の構造モデルを用いて樹脂パッケージの内部にお
ける各接着界面の端部の要素に依存しない応力特異基パ
ラメータ、すなわち特異性の次数および応力拡大係数を
求める一方、上記各接着界面を構成する材料からなる試
験片を用いてその端部に剥離が生ずるときの応力拡大係
数の実測値に基づく剥離限界曲線を求め、これらを対比
することにより上記各接着界面の信頼性の評価を行うも
のである。これによれば、上記特異性の次数および応力
拡大係数が上記各接着界面の端部の要素寸法に依存しな
い応力特異基パラメータであることから、樹脂封止型半
導体装置の構造設計の段階において汎用的な評価基準に
基づいた信頼性の高い評価を行うことが可能となる。

（２）、上記（１）により、接着界面の剥離に起因する
アルミ配線の腐食、回路の誤動作などの不都合の発生が
防止され、信頼性の高い樹脂封止型半導体装置の製造が
可能となる。

（３）、とりわけ、熱負荷に対して接着強度の高い接着
界面が得られることがら°、樹脂パッケージ内に封止さ
れる半導体ペレットの大面積化が容易になり、樹脂封止
型半導体装置の大容量化、高密度化が達成できる。

なお、本発明者は、超音波顕微鏡による樹脂パッケージ
の界面の観察から、本実施例の信頼性評価法が、接着界
面の信頼性評価に適用して極めて有効なものであること
を確認した。

〔実施例２〕 第９図は本実施例の構造モデルにおいて、封止樹脂／タ
ブの熱膨張率比と、応力拡大係数にとの関係を示すグラ
フ図、第１０図はこの構造モデルにおける封止樹脂の熱
膨張率と、その封止樹脂中のシリコンフィラー含有率と
の関係を示すグラフ図である。

本実施例２は、前記実施例１の信頼性評価法に基づいて
、樹脂パッケージ内の接着界面を構成する二種の材料の
熱膨張率の相互関係を検討したものである。

一例として第９図は、前記実施例１の構造モデル１で採
用した２８ピンＤＩＰにおける封止樹脂２　（熱膨張率
α、）とタブ３　（熱膨張率αＴ）の熱膨張率比（αＲ
／αｉ）と、応力拡大係数にとの関係を示すものである
。図中の・印は接着端部Ｂにおける応力拡大係数にであ
るが、この場合、熱膨張率比（α、／α、）が小さくな
るにσれて応力拡大係数には実線に沿って低下し、熱膨
張率比（αＲ／α７）が２．３以下では剥離限界応力拡
大係数Ｋ。よりも小さい値となる。

すなわち、上記構造モデル１にふいては、接着端部Ｂの
剥離発生を防止するためには、熱膨張率比（α、／α↑
）が２．３以下となるように封止樹脂２とタブ３の材料
を選定すればよいことがわかる。

第１０図は、封止樹脂２の材料にシリコンフィラー入り
のエポキシ樹脂を用いた場合において、シリコンフィラ
ー含有率（ｖｒ　＞　と封止樹脂２の熱膨張率（αＲ）
との関係を示すものである。

そこで、例えば上記構造モデル１において％　［１１張
率（αア）が５　ｘ　１０−６の鉄／ニッケル系合金か
らなるタブ３を用いた場合、熱膨張率比（α。

／αア）を２．３以下とするためには封止樹脂２の熱膨
張率α、を１．１５Ｘ１０−５以下とする必要があり、
そのためには、第１０図から、エポキシ樹脂中のシリコ
ンフィラーの含有率＜ｖｒ　＞を６９％以上としなけれ
ばならないことがわかる。

このように、本発明の信頼性評価法を適用することによ
り、樹脂パッケージ内の接着界面を構成する二種の材料
の最適な材料定数を明らかにすることも可能となる。

とりわけ、２８ピンＤＩＰのように比較的大面積の半導
体ベレットを採用する場合においては、樹脂パッケージ
内の接着界面を構成する二種の材料の最適な材料定数を
明らかにすることは、樹脂パッケージの信頼性向上を達
成するために極めて有効な手段となる。

〔実施例３〕 第１１図は本実施例の構造モデルにおける各接着端部の
応力拡大係数に及ぼす接着剤の影響を示すグラフ図、第
１２図はタブ上面外周側接着端部とタブ上面接着剤側接
着端部とにおける、応力拡大係数と接着剤の弾性率との
対応関係を示すグラフ図である。

本実施例３における評価の対象は、タブ３および外部リ
ード４に銅のような熱膨張率の大きい材料を用いた構造
モデルである。

タブ３と外部リード４に熱膨張率の大きい材料を用いた
場合には、その熱膨張率と封止樹脂２の熱膨張率との差
は小さくなる反面、半導体ベレット５の熱膨張率との差
が大きくなるため、半導体ベレット５とタブ３とにより
構成される接着界面、とりわけその端部近傍には大きな
応力が発生するものと予想される。

従って、上記接着界面の信頼性を評価する際には、半導
体ベレット５とタブ３の間に介在している接着剤６の剛
性が無視できないものとなる。

そこで本実施例３では、前記実施例１の信頼性評価法を
用いて、半導体ベレット５とタブ３とにより構成される
接着界面に及ぼす接着剤６の剛性の影響を検討した。

第１１図は、タブ３および外部リード４の材料として弾
性率ＥＬ％ポアソン比νＬがそれぞれＥＬ　＝　１１５
００　（ｋｇ　ｆ／ｓ２）ν、＝　　　　０．３ の銅を選定し、封止樹脂２に弾性率Ｅ、とポアソン比し
、とがそれぞれ Ｅ＋＋　＝　１５００　　（ｋｇ　ｆ　／　ｍｍ”）ν
Ｒ＝０．２５ のシリコンフィラー含有エポキシ樹脂を選定した構造モ
デルにおいて、弾性率ＥＡ　の異なる３種の接着剤６を
使用した場合の検討結果の一例を示すものである。

ここで図中のＯ印は、ＥＡ　＝　５　（ｋｇ　ｆ／ｍ５
２）の、またΔ印は、ＥＡ　＝　５０　（ｋｇ　ｆ／ａ
＋ｍ”）の、ざらに◇印は、ＥＡ＝　５００　（ｋｇ　
ｆ／ｍ＋ｎ’）の接着剤６をそれぞれ使用した場合にお
ける接着端Ｆ！ｉＡＥ、Ｆの応力拡大係数Ｋを表してい
る。

上記検討結果によれば、外部リード４の突出部（接着端
部Ａ）やタブ３の下面側接着端部（接着端部Ｂ）などの
ように、接着剤６が介在しない個所の接着端部は、いず
れもその応力拡大係数Ｋが剥離限界曲線以下の値であっ
たが、タブ３の上面外周側接着端部（接着端部Ｅ）や上
面接着剤側接着端部（接着端部Ｆ）の応力拡大係数には
、いずれも接着剤６０弾性率ＥＡの差によって大きく変
化することがわかる。

例えば、上記接着端部Ｅにおいて弾性率ＥＡ＝５　（ｋ
ｇ　ｆ／ｍｅ”）の接着剤６を使用した場合には、応力
拡大係数Ｋが剥離限界曲線を超えており、また接着端部
Ｆにおいて弾性率ＥＡ　＝５００　（ｋｇ　ｆ／ｍｍ”
）の接着剤６を使用した場合にも、応力拡大係数Ｋが剥
離限界曲線を超えていることから、両接着端部ＥＳＦは
いずれも剥離が発生するものと評価できる。

第１２図は、上記両接着端部Ｅ、Ｆにおいて、それらの
個所からの剥離の発生を防止するためには、使用する接
着剤６０弾性率ＥＡをいかなる範囲に設定すべきかを検
討した結果である。

この検討結果によれば、接着端部Ｅにおける応力拡大係
数Ｋを剥離限界曲線以下の値とするためには、弾性率Ｅ
Ａが４　（ｋｇ　ｆ／ｍｍ”）以上の接着剤６を、また
、接着端部Ｆにおける応力拡大係数Ｋを剥離限界曲線以
下の値とするためには、弾性率ＥＡが３００　（ｋｇ　
ｆ　／　ｍｍ”）以下の接着剤６をツレぞれ使用すれば
よいことがわかる。

従って、弾性率ＥＡが ４≦ＥＡ　≦３００（ｋｇｆ／關２） の範囲にある接着剤６を使用することにより、いずれの
接着端部ＥＳＦも剥離に対して安全であるという評価を
下すことができる。

具体的には、弾性率ＥＡが上記範囲にある接着剤６とし
て、天然ゴム（ＮＲ）系接着剤（ＥＡ　＝約１３４　ｋ
ｇ　ｆ　／　ｍｍ２）、クロロブレンゴム（ＣＲ）系接
着剤（ＥＡ＝約１３３ｋｇ　ｆ／ａｅ”）などを例示す
ることができる。

他方、シリコーンゴム系接着剤（ＥＡ　＝約０．３５〜
０．５　ｋｇ　ｆ　／　ｗ”）あるいはフェノール樹脂
系接着剤（ＥＡ　＝約４００〜５００ｋｇｆ／鮒２）な
どは上記構造モデルに用いる接着剤６としては不適当で
あるという評価を下すことができる。

このように、本発明の信頼性評価法を適用することによ
り、タブ３と半導体ペレット５の接着に用いて最適な接
着剤６を選定することも可能となる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
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で種々変更可
能であることはいうまでもない。

例えば前記実施例１においては、各接着端部における応
力拡大係数にの解析を行う際に、特異性の次数αの解と
、有限要素法による剪断応力゛τの解析結果を、式τ＝
に／ｒｓに人力して応力拡大係数Ｋを求めたが、剪断応
力τと、前記特異性の次数αとが式、 τ＝　（Ｋ／ｒ’）ｃｏｓ（βｌｏｇ　ｒ　）または、 ｒ＝　（Ｋ／ｒ”）ｓｉｎ（βｌｏｇ　ｒ　）（式中、
τは剪断応力、Ｋは応力拡大係数、ｒは接着界面の端部
からの距離、αは特異性の次数、βは虚部係数をそれぞ
れ表す） で示される関係にあり、かつ、接着端部からの距離が０
．０１〜０．１　ａｕａの範囲内においては、式、τ＝
Ｋ／ｒα’ （式中、τは剪断応力、Ｋｏは等価応力拡大係数、ｒは
接着界面の端部からの距離、α°は等価特異性の次数を
それぞれ表す）で示される関係を満足する等価特異性の
次数台よび等価応力拡大係数を応力特異場パラメータと
して用いることも可能である。

また、前記実施例１においては、有限要素法を用いて構
造モデル１の応力解析を行ったが、この有限要素法に代
えて境界要素法を用いて応力解析を行ってもよく、ある
いは有限要素法と境界要素法とを併用した応力解析を行
ってもよい。

さらに、前記各実施例１〜３においては１６ピンあるい
は２８ピンのＤＩＰを信頼性評価の対象としたが、フラ
ットパッケージを始めとする各種の樹脂封止型半導体装
置が本発明の信頼性評価法の対象となることは勿論であ
る。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である樹脂封止型半導体装
置に適用した場合について説明したが、本発明はこれに
限定されるものではなく、一般に、複数の材料から構成
された接着界面をその内部に有する部材の信頼性評価法
として利用することができる。

本発明は、新規でかつ有益な半導体装置を提供するもの
である。すなわち、前記した剥離の安全性評価法に基づ
いて、Ｆｅ−Ｎｉ系合金のタブを使用し、かつ比較的大
きいチップを搭載した半導体デバイスであって、封止樹
脂材の熱膨張率α。

とタブ材の熱膨張率α、の比 αＲ／α丁 を２．３以下として設計したことを特徴とする半導体装
置である。

また、前記した剥離の安全性評価法に基づいて、チップ
とタブを接合する接着剤として弾性率Ｅ。

が ４．０≦Ｅ、≦３００．０　　（ｋｇ　　ｆ　／　ｍｍ
’）の範囲内の材料を選んだことを特徴とする半導体装
置である。

〔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、下記の通りである
。

すなわち、半導体装置の構造モデルを用いてそのパッケ
ージ内部における接着界面の端部の要素に依存しない応
力特異場パラメータを求める一方、前記各接着界面に対
応する試験片に剥離が生ずるときの応力拡大係数を実測
し、前記応力特異場パラメータと剥離限界応力拡大係数
の実測値とを対比することにより、前記接着界面の信頼
性を評価するものであり、これによれば、上記応力特異
場パラメータが各接着界面の端部の形状や材質に依存し
ない汎用的なパラメータであることから、信頼性の高い
評価を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例である樹脂封止型半導体装
置の信頼性評価法を工程順に示すフローチャート、 第２図（ａ）は、この信頼性評価法の適用対象となる樹
脂パッケージの構造モデルを示す要部断面図、第２図（
ｂ）は、この構造モデルの接着端部の位置を示す略断面
図、 第３図は、構造モデルの一接着端部における封止樹脂の
断面角度の変化と特異性の次数との関係を示すグラフ図
、 第４図は、同じく他の接着端部における封止樹脂の断面
角度の変化と特異性の次数との関係を示すグラフ図、 第５図（ａ）は、有限要素法による応力解析を構造モデ
ルに適用した結果を示す要素分割図、第５図（ｂ）は、
構造モデルの一接着端部から所定の距離の点における剪
断応力値を示すグラフ図、第５図（Ｃ）は、同じく構造
モデルの他の接着端部から所定の距離の点における剪断
応力値を示すグラフ図、 第６図（ａ）は、有限要素法による応力解析を、構造モ
デルの一接着界面に剥離が生じた場合に適用した結果を
示す要素分割図、 第６図（ｂ）は、構造モデルの特異点から所定の距離の
点における剪断応力値を示すグラフ図、第７図は、試験
片を用いた剥離試験による剥離限界応力拡大係数の実測
値と、各試験片の特異性の次数との関係を示すグラフ図
、 第８図は、構造モデルの所定の接着界面に本実施例の信
頼性評価法を適用した結果を示すグラフ図、 第９図は、本発明の他の実施例における封止樹脂／タブ
の熱膨張率比と、応力拡大係数との関係を示すグラフ図
、 第１０図は、この実施例における封止樹脂の熱膨張率と
、その封止樹脂中のシリコンフィラー含有率との関係を
示すグラフ図、 第１１図は、本発明のさらに他の実施例において、その
構造モデルの接着端部の応力拡大係数に及ぼす接着剤の
影響を示すグラフ図、 第１２図は、この構造モデルにおいて、タブ上面外周側
接着端部とタブ上面接着剤側接着端部とにおける応力拡
大係数と接着剤の弾性率との対応関係を示すグラフ図で
ある。 １・・・構造モデル、２・・・封止樹脂、３・・・タブ
、４・・・外部リード、５・・・半導体ペレット、６・
・・接着剤、７・・・アルミ配線、８ａ、８ｂ、８ｃ、
８ｄ・・・試験片、Ａ、Ｂ。 第　　１　　図 第　　２　　図 （（２−＞ 第　　４　　図 θｚ（屡］ 第　　５　　図 力庁１ｒ、立、θ・うｎ叩偶僅とＢ（−づ穴）第　　６
　　図 特１．云φう［Ｆ］ゴε骸どＩ諌削 第　　８　　図 ２チず小宅め〉で（べ 第　　９　　図 然膨夕１桑に（〆に／ベア） 冑ｐ四Ｒ壓卸３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体装置の構造モデルを用いて、そのパッケージ
   内部における各接着界面の端部の応力解析法に依存しな
   い応力特異場パラメータと、前記各接着界面に対応する
   試験片に剥離が生ずるときの応力拡大係数の実測値とを
   対比することにより、前記接着界面の信頼性の評価を行
   うことを特徴とする半導体装置の信頼性評価法。 ２、前記応力特異場パラメータが、 （ａ）、接着界面を構成する材料の弾性率、ポアソン比
   、接着界面の端部における前記材料の断面角度を特性方
   程式に入力して得られる特異性の次数αと、 （ｂ）、有限要素法または境界要素法を用いて解析した
   接着界面の端部近傍の剪断応力と、前記特異性の次数と
   を式、τ＝Ｋ／ｒ＾α（式中、τは剪断応力、Ｋは応力
   拡大係数、ｒは接着界面の端部からの距離、αは特異性
   の次数をそれぞれ表す）に入力して得られる応力拡大係
   数に とからなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の半導体装置の信頼性評価法。 ３、前記有限要素法または境界要素法を用いて解析した
   接着界面の端部近傍の剪断応力と、前記特異性の次数と
   が式、 τ＝（Ｋ／ｒ＾α）ｃｏｓ（βｌｏｇｒ） または、 τ＝（Ｋ／ｒ＾α）ｓｉｎ（βｌｏｇｒ） （式中、τは剪断応力、Ｋは応力拡大係数、ｒは接着界
   面の端部からの距離、αは特異性の次数、βは虚部係数
   をそれぞれ表す） で示される関係にあり、かつ、接着界面の端部からの距
   離が０．０１〜０．１ｍｍの範囲内においては、式、τ
   ＝Ｋ′／ｒ＾α＾′（式中、τは剪断応力、Ｋ′は等価
   応力拡大係数、ｒは接着界面の端部からの距離、α′は
   等価特異性の次数をそれぞれ表す）で示される関係を満
   足する等価特異性の次数および等価応力拡大係数を応力
   特異場パラメータとして用いることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項または第２項記載の半導体装置の信頼性
   評価法。 ４、前記半導体装置が樹脂封止型半導体装置であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装置の
   信頼性評価法。 ５、前記樹脂封止型半導体装置が１６ピンまたは２８ピ
   ンのデュアルインラインパッケージであることを特徴と
   する特許請求の範囲第４項記載の半導体装置の信頼性評
   価法。