JPH0479256A - 耐湿性および放熱性の改良された半導体装置およびその製造方法 - 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） 本発明は、半導体装置およびその製造方法に関するもの
であって、より詳しくは、気密封止された半導体パッケ
ージのｒｉ１ｆｆｉ性ないし放熱性を改良した半導体装
置およびその製造方法に関する。

（従来の技術及びその問題点） ＩＣ，ＬＳＩなどの半導体素子は、周囲の温度や湿度の
変化、あるいは微細なゴミやほこりに影響され、その特
性が微妙に変化してしまうことや、機械的振動や衝撃に
よって破損し易いことなどの理由で半導体素子を封止し
たパッケージとして使用に供されている。

パッケージ方式としては、大別して気密封止方式と樹脂
封止方式とに分けられ、気密封止方式では、−Ｖ的には
セラミックスが用いられているが、熱硬化性樹脂を用い
ることも試みられている。すなわち、箱型樹脂成形体の
中央部に設けられたリードフレームのアイランドに接着
剤によって固着された半導体素子は、インサート成形に
よって樹脂成形体内に封入され、その両端がパッケージ
の内側と外側に開放されたリードフレームとポンディン
グワイヤーによって連結されている。

また樹脂成形体の上面は透明あるいは不透明な合成樹脂
板、ガラス板などの蓋材を接着剤によって固着し、気密
封止を行うものであるが、このような封止手段を講じて
も、時間の経過に伴ないパッケージ内部に微量の水分が
浸入し、半導体素子の機能を低下せしめ、やがては使用
不能の状態となってしまうという問題点があった。

そこで、水分の浸入経路として考えられる蓋の接着部、
あるいはリードフレームの封入部について入念な密封手
段を施しても、依然として経時による水分の浸入を防止
することができず、その対策に苦慮しているのが現実で
ある。

本発明者らは、気密封止された半導体パッケージに微量
の水分が浸入する原因を究明するべ（研究を重ねてきた
。そのなかで、半導体パッケージに対する水分の浸入経
路は、当初、蓋材の接着部やリードフレームの封止部か
らのものが想定されたため、その方面からの究明を行う
べく（り返し試験を行ったところ、前記蓋材の接着部や
リードフレームの封止部からの水分の浸入に対しては、
種々の防止策が取られているためさほど問題とはならず
、全く予想外なことに、半導体パッケージに対する水分
の浸入は、パッケージの下面、すなわち、箱型樹脂成形
体の底面から成形体を透過してくる水分が主たる原因で
あるという知見を得、本発明はこの知見をもとにその対
策としで完成されたものである。

なお、半導体パッケージに対する水分の浸入は、下記の
方法によって試験した。

透明蓋材で封止したパッケージを市販のプレッシャーフ
ッカ−試験機に入れ、温度１２０℃、湿度１００％ＲＨ
、ゲージ圧力１　ｋｇ／ｃｍ”で５時間、加熱加圧後取
り出し、常温下で透明蓋材の内側に浸入水分による結露
ができるかどうかを調べた。

結露が認められないものは浸入水分が僅かなものであり
、結露が認められるまで５時間づつの加熱加圧を続けた
。

したがって、本発明において、パッケージの耐湿性の優
劣は、透明蓋材の内側に結露が認められるまでの加熱加
圧時間の長短で判定される。

（発明の目的） そこで、本発明の目的は、水分の浸入を有効に防止した
耐湿性のすぐれた気密封止方式の半導体装置を提供する
ことにある。

さらに本発明の目的は、耐湿性を改良すると同時に使用
時に発熱する半導体素子からの熱を放熱させ、作動安定
性を保持した半導体装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、前記目的を達成するために提案されたもので
あって、その特徴とするところは、箱型樹脂成形体の底
面またはそれより内側に耐湿板の層を形成することにあ
り、形成に際しては、耐湿板をリードフレームとともに
金型内に予めセットしてインサート成形することをも製
法上の特徴とするものである。

すなわち、本発明によれば、 気密封止された半導体パッケージの箱型中空樹脂成形体
の底面またはそれより内側に、蒸気不透過性の板状体か
らなる耐湿板の層を形成したことを特徴とするｉ１１湿
性のすぐれた半導体装置が提供される。

また、前記耐湿板として、０．０１ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅ
ｃ℃以上の熱伝導率を有するアルミニウム、銅、鉄あね
いはそれらの酸化物またはこれらの合金を使用した場合
には、半導体装置の耐湿性が改良されるばかりでな（、
使用中に発熱する半導体素子の熱を放射させ、作動安定
性を保持した半導体装置が提供される。

さらにまた、本発明によれば、 予め金型内の所定の位置に耐湿板とリードフレームをイ
ンサートした後、合成樹脂を射出成形あるいはトランス
ファー成形することによって耐湿板、リードフレームお
よび箱型中空樹脂成形体とを一体化することを特徴とす
る半導体装置の製造方法が提供される。

（発明の好適な態様の説明） 本発明に係る、底部内面に耐湿板の層を形成した半導体
装置用の箱型樹脂成形体の一例を示す第１図において、
ｌはエポキシ樹脂、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、シリコーン樹脂などの熱硬化
性樹脂からなる樹脂成形体、２は４２７０イ、銅合金な
どからなるリードフレーム、３は半導体チップを固着す
るためのチップボンデインク部、４は半導体装置を密封
するための蓋接着部であり、密封効果をよりすぐれたも
のとするために段部を設けである。５は耐湿板であり本
発明の技術的特徴である耐湿板を底部内面に形成した状
態を示す。この耐湿板としては、蒸気不透過性の板状体
、とくに、鉄、銅、ニッケル、アルミニウムなどの金属
、合金ならびにそれらの酸化物、セラミック、ガラス等
の材料が使用されるが、これらのなかでも、アルミニウ
ム、銅、鉄の金属、合金あるいはこれらの酸化物からな
る板状体であって、０．０１ｃａｌ／ｃｍ−ｓｅｃ、　
”Ｃ以上の熱伝導率を有するものを使用した場合には、
耐湿性が改良されるばかりでなく、半導体チップの発熱
現象をパッケージ外にｔ′ｉ！ｊ、熱するという効果を
併せ持ち、半導体素子の作動安定性をも保持しつるもの
となる。

耐湿板の厚みは、通常５０ないし１０００μｍ、好まし
くは１００ないし５００ｕｍのものが用いられるが、そ
の大きさは、箱型樹脂成形体の底面と略同程度の大きさ
のものであることが好ましく、形成する位置としては、
第１図に示す如き箱型樹脂成形体の底面あるいはそれよ
り内側に設けることが好ましいが、ｉｊ′ｌｆｆ１板に
放熱板としての機能をプラスさせようとする場合には、
Ｆｉｌ湿板の位置をもっと半導体素子に近い部分に設け
てもよく、第２図に示すように、さらに半導体チップボ
ンディング部の直下から垂下しｔｒｔ湿板と接続するリ
ード部材を設けてもよい。この場合、リード部材は、０
．０１ｃａｌ／ｃｍ−ｓｅｃ℃以上の熱伝導率をもつ材
料で構成されることが好ましいのは当然のことである。

第２図は、箱型出願成形体のチップボンディング部に半
導体素子７を固着し、該素子とリードフレーム２をボン
ディングワイヤで連結した後、蓋材８を樹脂成形体の接
着用段部４にエポキシ系、イミド系、あるいはアクリル
系の接着剤で接着せしめ、気密封止された半導体装置を
示す断面図である。ボンディングワイヤーとしては、通
常、金やアルミニウムが使用され、また蓋材としては、
石英ガラス板、サフフイヤ板、透明アルミナ扱、透明プ
ラスチック板などの透明蓋材、着色ガラス板、セラミッ
クス板、着色プラスチック板などの半透明ないし不透明
蓋材が使用される。

′導　１置の製造　法 本発明にかかる半導体装置は、リードフレームと耐湿板
を予め金型内の所定の位置にインサートしておき、つい
で、ビスフェノールＡ型、ノボラック型、グリシジルア
ミン型などのエポキシ樹脂、ポリアミノビスマレイミド
、ポリピロメリットイミドなどのポリイミド樹脂、フェ
ノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂
などの熱硬化性樹脂を射出あるいはトランスファ成形に
よって一体化を行うものである。

インサート成形の条件は、使用する樹脂によっても異な
るが、エポキシ樹脂の場合を例にとると、通常圧力が１
０ないし５００　ｋｇ／ｃｍ２、温度が１５０ないし２
００℃、時間が１ないし５分の条件での加圧加熱が好ま
しい。

耐湿板をリードフレームと同時にインサート成形するこ
とにより、樹脂成形体の底面またはそれより内側に耐湿
板が高い精度をもって固定され、しかも、あとで耐湿板
を接着する方法に比べて、作業工程が簡略化されるばか
りでなく確実な固着が達成される。

（発明の効果） 本発明によれば、半導体パッケージの底面あるいはそれ
より内側に蒸気不透過性の耐湿板の層を形成することに
より、半導体パッケージ内への水分透過率の最も多い、
パッケージ底面からの水分の浸入が効率的に防止され、
さらに、この耐湿板をリードフレームと共にインサート
成形することにより、箱型樹脂成形体の内面あるいは外
面に耐湿板が高い精度をもって、しかも簡単な工程で固
定することができる。

（実施例） 以下実施例により本発明の詳細な説明する。

実施例 ４２７０イ製のリードフレームおよび厚さ２５０ＬＬｍ
、熱伝導率０．５３ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ、　℃の銅合
金製耐湿板をトランスファー成形機の金型内の所定の位
置にインサートした。次いでノボラック型エポキシ樹脂
系成形材料を、温度１８０℃、圧力８０ｋｇ／ｃｍ２、
時間２分の条件でインサート成形した後、温度１８０℃
、時間３時間で後硬化を行なって第１図に示すような箱
型中空樹脂成形体を得た。

次いで透明ガラス板製蓋を上記箱型中空樹脂成形体の接
着用段部にエポキシ樹脂で接着した。この気密封止され
たパッケージを、温度１２１℃、湿度１００％ＲＨ、ゲ
ージ圧力１　ｋｇ／ｃｍ”の条件でプレッシャーフッカ
−試験にかけ、５時間毎にとり出して常温下でガラス蓋
の内側に結露が認められるかどうかを調べた。

その結果、結露は４５時間まで認められず、５０時間後
にはじめて認められた。一方耐湿板の組込みを実施しな
い以外は全て同様に製作したパッケージは、同様のプレ
ッシャーフッカ−試験で２０時間で結露が認められ、耐
湿板の効果は顕著であった。

【図面の簡単な説明】 第１図、第２図は、本発明の気密封止された半導体パッ
ケージの一例を示す断面図であり、第１図はインサート
成形によって一体化された箱型中空樹脂成形体の断面図
、第２図は、気密封止された半導体パッケージの完成状
態を示す断面図である。 図中、 １−・・熱硬化性樹脂から成る箱型樹脂成形体２・・・
リードフレーム ３・・・半導体チップボンディング部 ４−・・密封用の蓋接着部 ５・・・耐湿板 ６・・・ボンゲインクワイヤー ７・・・半導体チップ ８・・・蓋 ９・・・接着部 ｌＯ・・・耐湿板と連結されたリ 上部材 第１図 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）気密封止された半導体パッケージの箱型中空樹脂
   成形体の底面またはそれより内側に、蒸気不透過性の板
   状体からなる耐湿板の層を形成したことを特徴とする耐
   湿性のすぐれた半導体装置。
2. （２）耐湿板が、０．０１ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ℃以上
   の熱伝導率を有するアルミニウム、銅、鉄、その酸化物
   またはこれらの合金からなる群より選択されたものであ
   る請求項（１）記載の半導体装置。
3. （３）予め金型内の所定の位置に耐湿板とリードフレー
   ムをインサートした後、合成樹脂を射出成形あるいはト
   ランスファー成形することによって耐湿板、リードフレ
   ームおよび箱型中空樹脂成形体とを一体化することを特
   徴とする半導体装置の製造方法。