JPH0276249A - 電子装置およびその作製方法 - 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」 この発明は、半導体装置等の電子部品を基板ま　　。

たはリードフレームのダイ上に有機物を用いて固着する
電子装置の高僧φ■性化およびその作製方法に関する。

このため本発明は、これら全体を真空容器内に保持する
ことにより有機物中の気化成分を除去せしめるとともに
、この気化成分の基板またはダイ上への付着を防止する
ことにより、それらの上に本来密着させるべき保護膜ま
たは有機樹脂との密着性を向上させんとしたものである
。

そして、グイとそれに密着する保護膜との密着性を向上
させることにより、クラック、ふくれ（ダイの裏面側の
モールド剤が半田付の際、温度上昇のためダイ近傍の水
の気化により膨れてしまう現象をいう）の発生を防がん
としたものである。

「従来の技術」 従来、本発明人による特許側（半導体装置作製方法　昭
和５８年特許願第１０６４５２号　昭和５８年６月１４
日出願）が知られている。

しかし従来は第４図にその概要を示すが、リードフレー
ム（３５）　、　（３５’）特にＩＣチップがダイアタ
ッチされるダイ（３５’）は銅、４２７０イ等の金属よ
りなり、この表面（Ｍ面）には金が印刷されている。

そして電子部品をダイアタッチ（２４）させる際は３０
０〜４００　’Ｃの熱処理と加圧処理により、ＩＣチッ
プをダイ（３５’）上に固着させていた。

このＩＣチップのダイ上への他の固着方法として、室温
〜３００°Ｃに加熱した有機物を用いる固着方法もある
。しかし、ダイアタッチ用の有機物中の不要有機ガス（
２４°”）、（２４′）等が脱気し、基板またはリード
フレーム上に付着してしまう。このため、この後、ただ
ちに有機樹脂のモールド（４１）処理を行うと、このモ
ールド剤と銅または４２７０イとの間にきわめてはがれ
やすい吸着物および低級酸化物層（３２）が残存してし
まう。

「従来の欠点」 このため、第４図に示した如く、プラスチック・モール
ド・パッケージは、一般に信頼性を低下させる水等がリ
ードフレームのダイの裏面等に集まり、半田付（一般に
２６０　’Ｃ１３〜１０秒の溶融半田中への浸漬を行う
）の際、急激に気化し、その結果モールド剤が膨張する
応力が働く。そのためダイ（３５’）とモールド剤（４
１’）との間の密着性が悪いと、この間の界面で熱歪に
よりクラック（３３）。

（３３’）およびボイド（４２）の発生を誘発する。

これまで、絶縁性基板上にリードが形成された基板また
は金属リードフレームのダイ（３５”）上に電子部品（
以下チップともいう）を固着させる。

この固着材用にエポキシ系の有機樹脂またはこれと銀と
が混合した銀ペースト等の有機物を含有する固着材（２
４）　、　（２４’）を用いた。この固着材により電子
部品を基板またはフレーム上に固着させる際に、初期に
溶融状態であった有機物を化学反応または熱化学反応を
伴わせて固化する。これは安価かつ大量生産にはきわめ
て優れたものである。しかしこの有機物固着材（２４）
　、　（２４”）は大気中の室温の状態、ないし加熱（
１００〜３００°Ｃ）を行うと、この固着後の有機材ま
たは気化成分が残存する。この残存物は徐々に気化し、
基板またはダイ上に吸着するため、この後に形成する保
護膜またはモールド樹脂との密着性をも害してしまう。

「発明の構成」 本発明は、かかる従来のＤＩＰまたはフラットパック等
のモールド封止された半導体集積回路または複数の電子
部品が基板またはリードフレーム上に有機物を含有する
固着材で固着させたハイブリッドｒｃ等の高信頬性の電
子装置およびその信転性の低下を防ぐための作製方法を
提供するものである。本発明は、これら基板または金属
のリードフレーム上に有機物で電子部品を固着させ、さ
らにこの有機物を覆って無機物の保護膜を設けた。同時
にこの保護膜はモールド樹脂と金属との間に耐湿性の向
上、密着性の向上および有機物の外部への溶融防止の目
的で無機材料の保護膜を形成させることを特徴としてい
る。

このため、電子装置をターボ分子ポンプで真空排気する
真空容器中に保持することにより、有機物中の不要気体
成分を脱気するとともに、排気処理中のロータリーポン
プから逆流するオイルミストをも防ぐことにより、高信
鯨性を成就するものである。

さらに必要に応じて、この後同じ反応炉で同時に外部加
熱をすることなく、好ましくは室温（プラズマによる自
己発熱は若干ある）でプラズマ気相法によりこの金属表
面を含めてこれら全ての表面を保護膜で覆ってコーティ
ングを施し、その後にプラスチック・モールド処理によ
る封止を行うことを特徴としている。

第１図は本発明構造のプラスチックＤＩＰ（デュアルイ
ンライン型パッケイジ）またはフラットパックパッケイ
ジの継断面図を示す。

図面において、リードフレームのダイ（３５’）に有機
物を含有する恨ペース）　（２４）等で密着させたチッ
プ（２８）を有する。このチップアタッチの際に固着さ
せるための有機物の不要物が（２４’）として側周辺に
はみだしている。チップ（２８）と、このチップのアル
ミニューム・パッド（３８）とステム（３５）との間に
、金線（３９）のワイヤボンドがなされている。

本発明は、このチップ（２８）表面、パッド（３８）表
面、ワイヤ（３９）表面およびグイ（３５’）の裏面に
対し、有機物（２４）　、　（２４’）中の不要気体成
分を脱気させ、それらが前記した表面に再吸収されない
ようにしたものである。このため、固着剤を含む電子装
置を高真空下に保持する。この高真空下は５×ＬＯ−’
〜Ｉ　Ｘｌ０−８ｔｏｒｒとし、排気は第２図に示す如
く、ロータリーポンプ（２３）等からの有機物気体であ
るオイルの逆流を防ぐため、ターボ分子ポンプ（２０）
を用いる。このターボ分子ポンプは連続的に排気するた
め、有機物気体であるオイルミストの逆流を防ぐことか
できる。さらに非生成物気体のプラズマ処理により、ダ
イアタッチの際発生した不要有機物気体成分および低級
酸化物およびナチュラルオキサイドを除去し、金属表面
を露呈（３０）させ、この後、劣化防止用無機材料の保
護膜、特に窒化珪素膜（２７）、　（２７’）、　（２
７”）、　（２７’　”）、　（２７””°）のプラズ
マＣＶＤ法によるコーティングを行う。

第２図は、本発明のチップがフレームにボンディングさ
れた構造の基板およびそれを複数個集合させた基体（２
）（基板および基体をまとめて基体とも以下では略記す
る）を複数配設させ、プラズマ処理方法により不要の半
固層した有機物、低級酸化物の除去および同一反応炉で
大気にこれらが触れて水等が吸着しないよう、同一反応
炉内で反応性気体を切り換えることによりプラズマＣＶ
Ｄ法による窒化珪素膜のコーティングを行うための装置
の概要を示す。

図面において、反応系（６）、ドーピング系（５）を有
している。

反応系は、真空容器（以下反応室ともいう）（１）と予
備室（７）とを有し、ゲート弁（８）　、　（９）　　
とを有している。反応室（１）は内側に供給側フード（
１３）を有し、入口側（３）よりの反応性気体をフード
（１４）のノズル（１３）より下方向に吹き出し、排気
せしめている。

第２図における反応性気体は、フード（１３）より枠構
造のホルダ（４０）の内側およびフード（１３′）によ
り囲まれた内側にてターボ分子ポンプ（２０）で５ＸＩ
Ｏ−’〜Ｉ　Ｘｌ０−”ｔｏｒｒ好ましくはｌＸｌ０−
’〜ＬＸ１０−８Ｌｏｒｒに５〜３０分保持することに
より、第１図における固着剤中の不要有機物ガスを真空
中に脱気し、かつ基板、フレーム等上への吸着を防いだ
。

本発明のプラズマ処理方法は、アルゴン、ネオン、ヘリ
ウム、クリプトン等の不活性物気体、または水素、窒素
、アンモニアを用いてもよい。しかし質量が大きくかつ
比較的安価なプラズマ化しやすい気体であるアルゴンが
好ましい。この真空中に電子装置を配設して、有機物中
の不要気体成分の脱気、電子装置表面上での有機気体成
分の再付着の防止、さらに不本意にして再付着した不要
有機物成分の除去用のプラズマ処理およびその後の無機
材料の保護膜形成を電子装置を外気に触れさせることな
く第２図の如きプラズマ処理装置を用いて行った。さら
にこの上面にプラスチックモールド（４１）を行った。

この窒化珪素膜の如き保護膜は室温において、珪化物気
体とアンモニアまたは窒素とをプラズマ反応炉に導入し
、そこに電気エネルギを供給するいわゆるプラズマ気相
法により形成せしめた。

かくの如くして、窒化珪素膜の如き劣化防止用保護膜を
３００〜５０００人、一般には約１０００人の厚さに形
成した後、公知のインジェクション・モールド法により
有機樹脂例えばエポキシ（例えば４１０Ｂ）モールド法
により注入・封止させた。さらにフレームをリード部（
３７）にて曲げ、かつタイバーを切断する。さらにリー
ド部を酸洗いを行った後、リードにハンダメツキを行っ
た。

この反応容器を用い、プラズマ反応をさせ、基板または
基体（２）上での不要有機物、半有機物、低級酸化物の
除去および保護膜形成を行った。プラズマ処理または反
応後は排出側フード（１４’）のノズル（１３’）より
排気口（４）を経てバルブ（２１）。

ターボ分子ポンプ（２０）さらにロータリー型真空ポン
プまたはドライ真空ポンプ（２３）に至る。

高周波電源（１０）よりの電気エネルギは、マツチング
トランス（２６）をへて、１〜５００ＭＨ２例えば１３
．５６ＦＩＨｚの周波数を上下間の一対の同じ大きさの
網状型＋ｍ（１１）、　（１１’）に加える。マツチン
グトランスの中点（２５’）は接地レベル（２５）とし
た。また周辺の枠構造のホルダ（４０）は導体の場合は
接地レベル（２２）とし、また絶縁体であってもよい。

反応性気体は、一対の電１（１１）、　（１２）により
供給された高周波エネルギにより励起させている。

また同一反応炉内における真空処理による脱気、プラズ
マ処理およびプラズマＣＶＤ法において、被形成体（２
）（以下基体（２）という）はサポータ（４０’）上に
配設された枠構造のホルダ（４０）内に一対の電極間の
電界の方向に平行に、さらに、いずれの電極（１１）　
、　（１２）からも離間させている。複数の基体（２）
は互いに一定の間隔（２〜１３ｃｍ例えば６ｃｍ）また
は概略一定の間隔を有して配設されている。この多数の
基体（２）は、グロー放電により作られるプラズマ中の
陽光柱内に配設される。

この基体の要部を第３図（Ｃ）に示す。

第３図（Ａ）は基体（２）において基体（３５）　、　
（３５“）を複数個一体化したリードフレーム上（４５
）に半導体装置（２８”）がボンディングされた電子装
置（２９）を５〜２５ケ、ユニット化した基体（４５）
を有する。

複数の半導体チップがボンディングされた１本のリード
フレーム（４５）における１つのリードフレーム（基板
）を第３図（Ｂ）に示す。

図面ではリードを左側のみ簡単のため示す。このＡ−Ａ
″での縦断面図を第３図（Ｃ）の（２９）に示す。

第３図（Ｃ）において、リードフレーム（３５）、グイ
（３５’）、半導体チップ（２８）、金属線（３９）よ
りなる基板（４５）をさらに５〜３００本集め、ジグ（
４４）により一体化し、基体（２）として構成させてい
る。この基体（２）が第２図における基体（２）に対応
している。これをさらに５〜５０枚（図面では７枚）陽
光社内に第２図では配設している。

第２図に示すごとき本発明方法における有機物の脱気方
法は、室温の条件下での５Ｘ１０−’〜ｌ×１０−”ｔ
ｏｒｒに保持することに従った。

本発明において、この高真空脱気の後、反応容器内圧力
を中真空の５Ｘ１０−’〜５　Ｘ　１０−　’　ｔｏｒ
ｒ例えば１　ｘｌｏ−３〜Ｉ　Ｘｌ０−３〜５×１０−
１ｔｏｒｒにおいて、プラズマを発生させ、窒化珪素膜
を形成するに際し、外部より加熱をしなくても充分に緻
密な絶縁膜を作ることができる。

そのプロセス上の１例を以下に示す。

「実施例ＩＪ 第２図の高真空下に保持することによる不要有機物の脱
気、プラズマ処理装置およびプラズマＣＶＤ装置におい
て、ドーピング系（５）は珪化物気体であるジシラン（
ＳｉＪＪ　を（１７）より、また窒化物気体であるアン
モニアまたは窒素を（１６）より、プラズマ処理用の非
生成物気体であるアルゴンを（１５）より供給している
。それらは流量計（１Ｂ）　、バルブ（１９）により制
御されている。

例えば、大量生産のため基板温度は外部加熱を特に積極
的に行わない室温（プラズマによる自己加熱を含む）と
した。

まず反応空間（１）を１×１ｏ弓〜ｌ×１Ｏ−８ｔｏｒ
ｒに５〜１５分保持し、有機物中の不要物気体を脱気さ
せるとともに、これを速やかに外部に排気した。

さらにその後５　Ｘｌ０−２ｔｏｒｒにアルゴンを導入
しつつ、同時に排気し、電気エネルギを与え、プラズマ
化し基体（２）の表面のプラズマ処理を行った。

即ちこれらアルゴンに対し、１３．５６ＭＨｚの周波数
ニよりＩＫＷの出力を一対の電極（１１）、　（１１”
）に１０〜３０分供給してプラズマ化した。するとこの
ダイの裏面に付着しているオイルミスト、不要有機物お
よび水分、低級酸化物を除去し、新たな金属面を露呈さ
せることができ、成膜する被膜の密着性を向上させるこ
とができた。

次にこのプラズマ処理がなされた被形成面上に保護膜を
同一反応炉で大気にふれさせることなく形成する。即ち
窒化珪素膜を形成する場合、反応性気体は例えば、５ｉ
Ｊ６／Ｎｚ　＝　１１５とした。これらアルゴンに対し
、１３．５６ＭＨｚの周波数によりＩＫＨの出力を一対
の電極（１１）、　（１１’）に供給した。かくして平
均１０００人（１０００人±２００人）に約１０分（平
均速度３Ａ／秒）の被膜形成を行った。

窒化珪素膜はその絶縁耐圧８　Ｘ　１０６Ｖ／ｃｍ以上
を有し、比抵抗は２Ｘ１０”Ωｃｍであった。赤外線吸
収スペクトルでは８６４ｃｍ　−’の５ｉ−Ｎ結合の吸
収ピークを有し、屈折率は２．０であった。

５χＮａＣ１で溶解させた塩水中（９５°Ｃ）に保有し
てところ、２０時間を経ても何らの劣化も見られなかっ
た。このため、本発明の劣化防止用保護膜として用いる
ことを証明することができた。

かかる本発明方法で作られた電子装置に対し、８５°Ｃ
／８５χ（相対温度）で１０００時間放置して、その後
、半田付けを２６０°Ｃ５秒行った。しかしこのモール
ドには何らのクラックもまたふくれも発生しなかった。

さらに８５°Ｃ／８５χで３００ケ放置しプラスチック
モールドに吸水させ、その後２６０°Ｃ１３秒の加熱を
行う条件の信頼性テストを行った。

その−例を以下の表に示す。

その結果、真空処理、プラズマ処理および保護膜の形成
を行うと１００ケ中不良品零とすべて良品（Ｎｏ、　１
〜５）であり、また真空処理と保護膜形成の工程でもま
ったく不良品はなかった。（Ｎｏ、６〜１０）シかし保
護膜がない場合は２０ケ中４〜２０ケが不良品（Ｎｏ、
１３〜１５）であり、また保護膜があっても真空処理が
十分でないと一部に不良品が発生してしまった。（Ｎｏ
、１１〜１２） さらに一般にアルミニューム・パッドの表面はモールド
材と密着性が悪い。しかし本発明の如くこのアルミパッ
ド（第１図（３Ｂ））上に保護膜を形成すると、ここで
の密着性が向上し、加えて窒化珪素膜は水、塩素に対す
るブロッキング効果（マスク効果）が大きい。このため
本発明構造の電子装置（例えば半導体集積回路）におい
ては、ＰＣＴ（プレッシャー・クツカー・テスト）　２
ａｔｏｍ、１２０°Ｃの条件下で２０時間おいても、ま
ったく不良が観察されず、従来のＩＣチップが５０〜１
００フイツトの不良率を有していたが、５〜１０フイツ
トにまでその不良率を下げることが可能になった。

なお本発明においては、高真空下に保持すること、およ
びプラズマ処理方法およびＰＣＶＤ法において、電気エ
ネルギのみならず、１０〜１５μの波長の遠赤外線また
は３００ｎｍ以下の紫外光を同時に加えた光エネルギを
用い有機物除去用のフォトクリーニング法を併用するこ
とは有効である。

「効果Ｊ 本発明において、基板またはリードフレーム上に電子部
品と有機物とを固着し、有機物を含むこれらを無機の保
護膜で覆ったため、この有機物中よりモールド剤への再
放出を防くことができ、その中に添加されている銀のマ
イグレイジョンも防ぎ得た。またフレームとモールド剤
との間の密着性を防ぐことも可能となった。また加熱に
必要な電力、時間がいらず、生産性に優れている。ダイ
の裏面に対しても、吸着有機物、低級酸化物を除去して
いるため、有機樹脂の密着性を向上させることができた
。また保護膜を形成すると、長期間たっても、有機樹脂
中の水分、塩素とダイの金属との間で反応を起こして低
級酸化物ができ、信頬性を低下させるという欠点がない
。そして裏面からの水分の侵入を防ぐことができる。こ
の電子装置のＰＣＢへの半導体による装着の際、従来例
に示す如く、モールド材が加熱により膨れてしまうこと
を防くことができた。

本発明における保護膜は窒化珪素膜とした。しかしこれ
をＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）膜、酸化
珪素膜、その他の絶縁膜の単層または多層膜であっても
よい。

さらに本発明において、電子部品チップは半導体素子と
して示したが、その他、絶縁基板上に金属導体が設けら
れ、これらに抵抗、コンデンサを固着させたハイブリッ
ドＩＣであってもよく、ボンディングもワイヤボンディ
ングのみならずフリップチップボンディング、ハンダバ
ンプボンディングでもよい。

本発明において、チップの大きさが大きくなって、ダイ
を用いることなしにモールドする場合がある。しかしそ
の場合も基体としての基板またはリードフレーム、チッ
プのすべてを覆って保護膜を設けることは有効である。

上述した説明においては、リードフレーム上に半導体チ
ップを載置した場合について述べているが、本発明は特
にデュアルインライン型のリードフレームに限るもので
はなく、フラットパック型のリードフレームおよびその
他のリードフレームに対しても同様の機能を持つもので
あっても、同様の効果が期待できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の耐湿テストおよび半田付はテストをし
た後のプラスチック・パッケージ半導体装置の縦断面部
の要部を示す。 第２図は本発明方法を実施するだめのプラズマ気相反応
装置の概要を示す。 第３図は第２図の装置のうちの基体部の拡大図を示す。 第４図は従来例のプラスチックパッケージを耐湿テスト
および半田付はテストをした後の縦断面図の要部を示す
。 ８７′ 茗ＩＣ ニ工■プ下１（Ａ） ゝ、 ０°’　　　Ｅ　３　（Ｂ 不　４１”７１

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．電子部品を基板またはリードフレームのダイ上に有
   機物を含有する固着材により固着せしめた電子装置にお
   いて、前記固着材の表面を覆うとともに、前記基板また
   はリードフレームの表面をも覆って無機材料の保護膜を
   設けることを特徴とする電子装置。
2. ２．特許請求の範囲第１項において、保護膜を覆って有
   機樹脂封止処理を行うことを特徴とする電子装置。
3. ３．電子部品を基板またはリードフレームのダイ上に有
   機物を含有する固着材により固着せしめる電子装置の作
   製方法において、前記電子装置を高真空中に保持するこ
   とにより、前記有機物中の気体成分を脱気する工程と、
   前記電子装置を５×１０＾−＾３〜５×１０＾−＾１ｔ
   ｏｒｒの圧力下で非生成物気体でプラズマ処理する工程
   と、５×１０＾−＾３〜５×１０＾−＾１ｔｏｒｒの圧
   力下で保護膜をプラズマ気相反応法により形成する工程
   とを有し、これら工程は同一真空容器内で処理すること
   を特徴とする電子装置作製方法。
4. ４．特許請求の範囲第３項において、電子装置は外部加
   熱することなく、高真空中は５×１０＾−＾４〜１×１
   ０＾−＾８ｔｏｒｒに保持されたことを特徴とする電子
   装置作製方法。