JPH04309252A - 半導体パッケージ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リードフレームに半導
体チップを搭載して樹脂封止する半導体パッケージに関
する。

【０００１】

【従来の技術】近年、半導体チップをリードフレームに
搭載したのちエポキシ樹脂等で樹脂封止した半導体パッ
ケージは、耐湿信頼性等が向上し量産性が良くかつ比較
的低コストなためにセラミックパッケージを圧倒する勢
いで数量ともに伸びている。又、電子部品が小型化、薄
型化するに伴い、従来の樹脂封止ピン挿入型パッケージ
から樹脂封止表面実装型パッケージが急速に増加してい
る。

【０００２】しかし、これらの樹脂封止した表面実装型
半導体パッケージは、空気中に放置されると封止樹脂が
水分を吸収し、プリント基板に半田付けする際の熱衝撃
によって樹脂とリードフレームの界面が剥離し、半導体
素子の機能を損なうなどの支障をきたしている。これら
の問題を解決するために、リードフレームの表面改質や
、吸湿しにくい封止樹脂を用いる方法、リードフレーム
と密着性が良好な封止樹脂を用いる方法などが試みられ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のリードフレーム
と封止樹脂との密着性を向上させる目的で、リードフレ
ーム側からは様々な対策が検討されている。例えば、リ
ードフレームの表面をシランカップリング剤で処理する
方法（特開昭５６−１６４，５６４号公報、特開昭５７
−１５２，１２７号公報）、リードフレーム表面に細か
い凹凸を形成する方法（特開昭５６−１１５，５５１号
公報、特開平２−２８５，６６２号公報）、ポリイミド
をコーティングする方法等が提案されている。ところが
、これらの処方によっても、吸湿したパッケージを熱衝
撃にさらすとリードフレームと樹脂の界面が部分的ある
いは全面が剥離し、外部から水分や不純物が進入しやす
くなり、チップの配線が腐食してしまい、耐湿信頼性が
良くないという問題があった。本発明は係る問題点に鑑
みなされたものであって、少なくとも封止樹脂と接する
、リードフレームの表面に窒化珪素膜を形成することに
よって、密着性を向上し耐湿信頼性の優れた樹脂封止半
導体パッケージを提供することを目的とする。

【０００３】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の要旨
は以下を要旨とするものである。第１の発明はリードフ
レームに半導体チップを搭載し樹脂封止した半導体パッ
ケージにおいて、該リードフレームの少なくとも封止樹
脂と接する表面に窒化珪素膜が形成されてなることを特
徴とする樹脂封止半導体パッケージであり、第２の発明
は第１の発明の窒化珪素膜が真空蒸着法、又はスパッタ
リング法のいずれかによって形成されたことを特徴とす
るものである。

【０００４】以下、本発明についてさらに詳細に説明す
る。本発明の半導体パッケージに用いるリードフレーム
は、４２アロイなどの鉄／ニッケル系合金や銅系の合金
など公知の材質のリードフレームが挙げられる。アルミ
ニウムクラッド箔リードフレームや銀などを部分的にメ
ッキしたリードフレームなども含め特に限定するもので
はない。リードフレームの構造としては、樹脂封止型の
半導体パッケージ用のリードフレームであれば、そのパ
ッケージ構造とともにあらゆる構造に適用できる。具体
的には、ＤＩＰ（Ｄｕａｌ　Ｉｎ−ｌｉｎｅ　Ｐａｃｋ
ａｇｅ，　デュアルインラインパッケージ）、ＳＩＰ（
ＳｉｎｇｌｅＩｎ−ｌｉｎｅ　Ｐａｃｋａｇｅ，　シン
グルインラインパッケージ）、ＺＩＰ（Ｚｉｇ−Ｚａｇ
　Ｉｎ−ｌｉｎｅ　Ｐａｃｋａｇｅ，　ジグザグインラ
インパッケージ）、ＳＯＰ（Ｓｍａｌｌ　Ｏｕｔｌｉｎ
ｅ　Ｐａｃｋａｇｅ，　スモールアウトラインパッケー
ジ）、ＳＯＪ（Ｓｍａｌｌ　Ｏｕｔｌｉｎｅ　Ｊ−ｌｅ
ａｄｅｄ　Ｐａｃｋａｇｅ，　スモールアウトライン　
Ｊ−リードパッケージ）、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ　Ｆｌａｔ
　Ｐａｃｋａｇｅ，　クワッドフラットパッケージ）、
ＰＬＣＣ（ＰｌａｓｔｉｃＬｅａｄｅｄ　Ｃｈｉｐ　Ｃ
ａｒｒｉｅｒ，　プラスチックリーデッドチップキャリ
ア）など通常の樹脂封止型半導体パッケージ全てが対象
となる。また、ＣＯＬ（Ｃｈｉｐ　ｏｎ　ｌｅａｄ，　
チップオンリード）や、ＬＯＣ（Ｌｅａｄ　ｏｎ　Ｃｈ
ｉｐ，　リードオンチップ）構造からなる半導体パッケ
ージや、ＴＡＢ（Ｔａｐｅ　Ａｕｔｏｍａｔｅｄ　Ｂｏ
ｎｄｉｎｇ，　テープオートメイティッドボンディング
）など金属製リードを含む類似のリードフレーム相当部
品から製造される半導体パッケージも本発明に含まれる
。

【０００５】本発明のリードフレームに形成される窒化
珪素膜は、四窒化三珪素、三窒化二珪素または一窒化一
珪素、さらにこれらの混合物からなる膜であり、その成
膜方法は真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティ
ングなどの物理的方法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）や
プラズマＣＶＤ法などの化学的方法、反応性スパッタリ
ング法などの種々の方法がある。これら、リードフレー
ム上に直接形成する方法の他に、あらかじめ作製した窒
化珪素薄膜をリードフレームに後から接合しても差し支
えない。しかし、窒化珪素膜とリードフレームとの密着
性が重要であるため、特に真空蒸着やスパッタリングの
いずれかの方法で形成したものが優れた特性を示す。な
お、窒化珪素膜の厚さについては、例えば数百オングス
トロームから数千オングストロームの範囲で特に限定す
るものではない。

【０００６】リードフレームに窒化珪素膜が形成される
部分は、基本的には封止樹脂と界面を形成する部分を含
んでいれば特に限定するものではなが、少なくとも、ス
テージと呼ばれる半導体チップを搭載するフレーム部分
の裏面と封止後樹脂との界面を形成するリードの面が含
まれることが好ましい。なお、この面を特定する場合に
は、適時、マスクなどを利用して容易に目的を達成でき
る。また、さらに封止樹脂との密着性を向上させるため
に、リードフレーム表面に、事前に、または窒化珪素膜
を形成した後に、表面を粗化したり凹凸やディンプル状
などの物理的加工処理をしても差し支えない。そのほか
、シランカップリング剤で処理して改質効果を向上させ
ることもできる。

【０００７】本発明の半導体パッケージで用いる封止樹
脂は、通常のトランスファー成形用として市販されてい
る固形のエポキシ系樹脂やシリコーン系樹脂、ビスマレ
イミド樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、不飽和
ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂のほか、ポリフェ
ニレンサルファイドやポリエーテルイミド、液晶ポリマ
ー、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリアリ
ールスルホン、ポリイミドスルホン、ポリエーテルケト
ン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリア
ミド、ポリアミドイミドなどの射出成形が可能な熱可塑
性樹脂が挙げられる。また、上述の熱硬化性エポキシ樹
脂やシリコーン樹脂などでポッティング封止する液状の
材料も使用できる。なかでも、固形の熱硬化性エポキシ
樹脂封止材が好適である。

【０００８】具体的なエポキシ樹脂としては、クレゾー
ルノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型
エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビスフ
ェノールＡ型エポキシ樹脂、４，４’−ビス（２”，３
”−エポキシプロポキシ）−３，３’，５，５’−ビフ
ェニルなどのビフェニル骨格のエポキシ樹脂、ナフタレ
ン骨格のエポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ
樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、鎖状脂肪族エ
ポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環型エポキシ樹
脂、３官能エポキシ樹脂、４官能エポキシ樹脂、あるい
は、難燃性を付与させるためにこれらに臭素などのハロ
ゲンを導入したエポキシなども使用できる。本発明では
、特に限定するものではないが、なかでもクレゾールノ
ボラック型エポキシ樹脂やビフェニル骨格のエポキシ樹
脂、ナフタレン骨格のエポキシ樹脂などが好適である。

【０００９】エポキシ樹脂の硬化剤としては、フェノー
ル類や多価フェノール類、酸無水物アミン類、ジシアン
ジアミド、ポリスルフィドなどが挙げられる。さらに具
体的には、フェノールノボラック樹脂やクレゾールノボ
ラック樹脂、ｔｅｒｔ−ブチルフェノールノボラック樹
脂などのノボラック型フェノール類やレゾール型フェノ
ール類、ビスフェノールＡなどがある。なかでも、ノボ
ラック型フェノール樹脂が好ましい。酸無水物としては
、無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒ
ドロ無水フタル酸、無水ピロメリット酸、ドデシル無水
コハク酸などが挙げられる。アミン類としては、メタフ
ェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミ
ノジフェニルスルホン、ジエチレントリアミン、トリエ
チレントリアミン、ジエチルアミノプロピルアミン、Ｎ
−アミノエチルピレラジン、メタキシレンジアミンなど
が挙げられる。

【００１０】充填材としては、溶融シリカや結晶シリカ
、酸化チタン、シリカチタニア、タルク、アルミナ、ジ
ルコニア、ベリリア、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム
、炭酸バリウム、窒化珪素、窒化アルミニウムなどの粉
末、繊維、ウィスカーなどが挙げられる。これらの充填
材の種類や粒度、配合量などは、用途によって決定され
るものであり特に限定しない。また、平均粒径は、１０
〜２０μｍ以下が好ましく、形状については、球状と破
砕状あるいは角欠け状などを適宜組み合わせて選択しう
る。そのほか、イミダゾール類、有機ホスフィン類、ボ
ロン塩類など通常の硬化促進剤やシランカップリング剤
などのカップリング剤も適宜使用することが好ましい。 実際には、さらに、少量の低応力化剤、離型剤、着色剤
、難燃化剤などが配合され、溶融混練してエポキシ系樹
脂封止材となる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例について添付の図面を
用いて具体的に説明する。 （実施例１）図１（ａ），（ｂ）は本発明の半導体パッ
ケージの一例を示す断面図であり、（Ｃ）は本発明を構
成しているリードフレームの裏面の部分の模式図を示す
。鉄／ニッケル系合金（４２アロイ）製リードフレーム
１及びリードフレームのステージ２をトリクレンで超音
波洗浄しアセトンですすぎ、これら溶剤を乾燥させた後
に、電子ビーム加熱源による真空蒸着装置によって厚さ
約１，０００オングストロームの四窒化三珪素膜を形成
した。このリードフレームに、対向する櫛形アルミニウ
ム配線の評価用シリコンチップ４をステージ上に接合し
、さらにボンディングワイヤー５を接合し、表１の組成
のエポキシ系封止樹脂をトランスファー成形封止してＳ
ＯＰ型の半導体パッケージを作製した。作製した半導体
パッケージのリードフレームと樹脂の■密着性、■耐湿
信頼性について下記の評価方法で評価した結果を表２に
示す。結果はいずれも良好であった。

【００１２】

【表１】

【００１３】

【表２】

【００１４】（実施例２〜４）表１に示す真空蒸着また
はスパッタリングによって四窒化三珪素膜または一窒化
一珪素膜を形成した鉄／ニッケル系合金（４２アロイ）
製または銅製のリードフレームを用い、実施例１と同様
に評価チップを搭載し樹脂封止した。評価結果を表２に
示した。密着性と耐湿信頼性は、いずれも優れていた。

【００１５】（比較例１、２）比較例１は、従来の窒化
珪素膜の無い鉄／ニッケル系合金（４２アロイ）製リー
ドフレームを用いた半導体パッケージの場合、比較例２
は、従来の窒化珪素膜の無い銅系リードフレームを用い
た半導体パッケージの場合である。実施例と同様に評価
し、結果を表２にまとめた。

【００１６】（評価方法） ■密着性 樹脂封止およびアフターキュアした半導体パッケージを
、８５℃、相対湿度８５％の条件で４８時間吸湿させて
から、２６０℃の半田浴中に１０秒間浸漬した。取り出
した半導体パッケージの封止樹脂とリードフレームのス
テージ裏面との密着性を超音波探査映像装置で観察し、
次の基準で比較評価した。 全面が密着している　　　　　　　　　　　　　　　　
．．．．．．　　Ａ中央部が密着し周囲は剥離している
　　．．．．．．　　Ｂ全面が剥離している　　　　　
　　　　　　　　　　　．．．．．．　　Ｃ■耐湿信頼
性 同様にエポキシ樹脂で封止およびアフターキュアした半
導体パッケージを、２６０℃の半田浴に１０秒間浸漬し
、２０ボルトのバイアス電圧をかけながら、１２５℃の
飽和加圧水蒸気雰囲気のバイアスプレッシャークッカー
試験に供した。各々２０個ずつの評価用シリコンチップ
を搭載した半導体パッケージにて、８０時間と２００時
間後にアルミニウム配線の腐食によってオープン不良と
なるパッケージの個数で評価した。

【００１７】

【発明の効果】以上のように、本発明の、少なくとも封
止樹脂と接する表面に窒化珪素膜が形成されたリードフ
レームに半導体チップを搭載し樹脂封止した半導体パッ
ケージは、封止樹脂との密着性が良好で、優れた耐湿信
頼性を示す。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の一例を示す樹脂封止半導体パ
ッケージの断面図、（ｂ）は同じく本発明の一例を示す
樹脂封止半導体パッケージの断面図、（ｃ）は本発明の
樹脂封止半導体パッケージのリードフレームをチップ搭
載面の反対側からみた図である。

【図２】（ａ）は従来の樹脂封止半導体パッケージの断
面図、（ｂ）は従来の樹脂封止半導体パッケージのリー
ドフレームを示す。

【符号の説明】

１；リードフレーム　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　４；半導体チップ ２；リードフレームのステージ　　　　　　　　　　　
　　　５；ボンディングワイヤー ３；窒化珪素膜を形成した部分　　　　　　　　　　　
　　　６；封止樹脂

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　リードフレームに半導体チップを搭載
   し樹脂封止した半導体パッケージにおいて、該リードフ
   レームの少なくとも封止樹脂と接する表面に窒化珪素膜
   が形成されてなることを特徴とする樹脂封止半導体パッ
   ケージ。
2. 【請求項２】　　窒化珪素膜が真空蒸着法又はスパッタ
   リング法によって形成されたことを特徴とする請求項１
   の樹脂封止半導体パッケージ。