JPH05175375A - 樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 樹脂封止型半導体装置１において、耐湿性を
向上する。又、樹脂封止型半導体装置１において、耐湿
性を向上するとともに、封止能力を向上する。 【構成】 半導体ペレット５の素子形成面に配置される
外部端子５Ｐに内部リード２Ｂが電気的に接続され、こ
の半導体ペレット５及び内部リード２Ｂが樹脂封止体８
で封止される樹脂封止型半導体装置１において、前記半
導体ペレット５の外部端子５Ｐと内部リード２Ｂとの接
続領域を含む、この半導体ペレット５、樹脂封止体８の
夫々の間に前記樹脂封止体８に比べて水分透過率が小さ
くかつヤング率が小さい内部封止体７を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、樹脂封止型半導体装置
に関し、特に、半導体ペレットを樹脂封止体で封止する
樹脂封止型半導体装置に適用して有効な技術に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】樹脂封止型半導体装置例えばＱＦＰ（Ｑ
uad Ｆlat Ｐackage）構造を採用する樹脂封止型半導体
装置は半導体ペレット（半導体チップ）を樹脂封止体で
封止する。半導体ペレットの素子形成面は、記憶回路シ
ステムや論理回路システムが搭載されるとともに、これ
らの回路システムと外部装置とを電気的に接続する外部
端子（ボンディングパッド）が配列される。この半導体
ペレットの外部端子はワイヤを通してリードの内部リー
ドに電気的に接続される。内部リードは、半導体ペレッ
トと同様に樹脂封止体で封止され、この樹脂封止体の外
部に突出し配列される外部リードに一体にかつ電気的に
接続される。

【０００３】前記半導体ペレットは現在のところ単結晶
珪素で形成されるものが主流である。この半導体ペレッ
トの素子形成面に配列される外部端子は、一般的に、回
路システム内の最上層の結線と同一材料のアルミニウ
ム、アルミニウム合金のいずれかで形成される。内部リ
ード、外部リードの夫々はＦｅ−Ｎｉ合金、Ｃｕ等の材
料で形成される。樹脂封止体は、トランスファモールド
法で成型され、例えばフェノール硬化型エポキシ系樹脂
で形成される。

【０００４】この種の樹脂封止型半導体装置は、内部リ
ード、ワイヤの夫々と樹脂封止体との間の接着力が低い
ので、夫々の間の界面領域に樹脂封止体の外部から半導
体ペレットの外部端子に至る水分浸入経路が発生する。
この樹脂封止体の外部から前記水分浸入経路を通して半
導体ペレットの外部端子に水分が浸入した場合、この外
部端子若しくはその周囲に延在する結線が腐食され、半
導体ペレットに搭載される回路システムと外部リードと
の間の電流経路の一部に断線不良が発生する。また、樹
脂封止型半導体装置の樹脂封止体（フェノール硬化型エ
ポキシ系樹脂）はそれ自体に水分透過性があるので、同
様に、半導体ペレットの外部端子若しくはその周囲に延
在する結線が腐食される。

【０００５】さらに、樹脂封止型半導体装置は、前述の
水分が半導体ペレット、樹脂封止体の夫々の間の界面領
域に存在すると、実装基板へ実装する際の半田リフロー
工程において、水分が気化膨張し、樹脂封止体にクラッ
クが発生する。この樹脂封止体のクラックの発生は、前
述と同様に樹脂封止型半導体装置の耐湿性の劣化を招く
ばかりでなく、樹脂封止型半導体装置の樹脂封止体の封
止能力をも低下する。

【０００６】このような樹脂封止型半導体装置の耐湿性
を向上する技術としては、半導体ペレットの素子形成面
にポリイミド系樹脂膜を塗布する技術が有効である。ポ
リイミド系樹脂膜は、流動性を有する状態において滴下
塗布法で塗布した後に、ベーク処理で硬化される。ポリ
イミド系樹脂膜は半導体ペレットの外部端子上において
開口され、この開口を通して、外部端子にワイヤがボン
ディングされる。ポリイミド系樹脂膜は、樹脂封止体つ
まりフェノール硬化型エポキシ系樹脂に比べて水分透過
率が小さく、樹脂封止型半導体装置の耐湿性を向上でき
る。また、ポリイミド系樹脂膜は、半導体ペレット、樹
脂封止体のいずれの間においても接着性が高いので、半
導体ペレット、樹脂封止体の夫々の間の境界領域での水
分の気化膨張を抑えられる。

【０００７】なお、樹脂封止型半導体装置の解決すべき
技術課題については、例えば、日経マイクロデバイセ
ス、１９９１年２月号、第８９頁乃至第９７頁において
論じられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、樹脂封止
型半導体装置の開発に先立ち、下記の問題点が生じるこ
とを見出した。

【０００９】（Ａ）前述の樹脂封止型半導体装置は、半
導体ペレットの素子形成面にポリイミド系樹脂膜が塗布
されているが、半導体ペレットの外部端子の領域におい
てはワイヤとのボンディングを行うための開口が存在す
る。つまり、半導体ペレットの外部端子、ワイヤ、内部
リードに沿った水分浸入経路は依然として存在する。こ
のため、根本的な耐湿性の改善は図られていないので、
樹脂封止型半導体装置は耐湿性が劣化する。

【００１０】（Ｂ）前記の樹脂封止型半導体装置は、半
導体ペレットの素子形成面に塗布されるポリイミド系樹
脂膜、樹脂封止体のいずれも高い硬度を有し、半導体ペ
レット、樹脂封止体若しくはポリイミド系樹脂膜の夫々
の間の境界領域で気化膨張した際の応力を吸収できな
い。このため、樹脂封止体にクラックが発生し、同様に
樹脂封止型半導体装置の耐湿性が劣化し、又汚染等に対
する封止能力が劣化する。

【００１１】本発明の目的は、樹脂封止型半導体装置に
おいて、耐湿性を向上することが可能な技術を提供する
ことにある。

【００１２】本発明の他の目的は、樹脂封止型半導体装
置において、耐湿性を向上するとともに、封止能力を向
上することが可能な技術を提供することにある。

【００１３】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。

【００１４】

【課題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下
記のとおりである。

【００１５】半導体ペレットの素子形成面に配置される
外部端子に内部リードが電気的に接続され、この半導体
ペレット及び内部リードが樹脂封止体で封止される樹脂
封止型半導体装置において、前記半導体ペレットの外部
端子と内部リードとの接続領域を含む、この半導体ペレ
ット、樹脂封止体の夫々の間に前記樹脂封止体に比べて
水分透過率が小さくかつヤング率が小さい内部封止体を
設ける。前記樹脂封止体はフェノール硬化型エポキシ系
樹脂で形成され、前記内部封止体はシリコーンゴムで形
成される。

【００１６】

【作用】上述した手段によれば、以下の作用効果が得ら
れる。 （Ａ）前記樹脂封止体内の内部リードから半導体ペレッ
トの外部端子に至るまでの水分浸入経路内に、樹脂封止
体に比べて水分透過率が小さい内部封止体を設けたの
で、樹脂封止体の外部から半導体ペレットの外部端号に
達する水分の浸入を防止し、外部端子の水分による腐食
を防止できる。この結果、樹脂封止型半導体装置の耐湿
性を向上できる。 （Ｂ）前記半導体ペレット、樹脂封止体の夫々の間の界
面領域に存在する若しくは浸透し溜った水分が半田リフ
ロー時等の高温時に気化膨張することに基づく応力が、
この半導体ペレット、樹脂封止体の夫々の界面領域にお
いて内部封止体で吸収できるので、樹脂封止体のクラッ
クの発生（レジンクラックの発生）を防止できる。この
結果、樹脂封止型半導体装置の耐湿性を向上できるとと
もに、封止能力を向上できる。

【００１７】以下、本発明の構成について、ＱＦＰ構造
を採用する樹脂封止型半導体装置に本発明を適用した、
実施例とともに説明する。

【００１８】なお、実施例を説明するための全図におい
て、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り
返しの説明は省略する。

【００１９】

【実施例】（実 施 例 １）本発明の実施例１であるＱ
ＦＰ構造を採用する樹脂封止型半導体装置の構成を図１
（断面図）、図２（斜視図）の夫々で示す。

【００２０】図１、図２の夫々に示すように、ＱＦＰ構
造を採用する樹脂封止型半導体装置１は、タブ２Ａの表
面上に搭載された半導体ペレット５の素子形成面に配置
される外部端子５Ｐ、内部リード２Ｂの夫々が電気的に
接続され、これらが樹脂封止体８で封止される。前記樹
脂封止体８の外側面には前記内部リード２Ｂに電気的に
接続されかつ一体に構成された外部リード２Ｃが複数本
配列される。

【００２１】前記半導体ペレット５は、平面形状が方形
状で形成され、単結晶珪素基板を主体に構成される。こ
の半導体ペレット５の素子形成面（図１中、上側表面）
は記憶回路システム若しくは論理回路システムが搭載さ
れる。半導体ペレット５の外部端子５Ｐは回路システム
が搭載された素子形成面に複数個配置される。外部端子
５Ｐは、回路システムの最上層の結線と同一材料、例え
ばアルミニウム、若しくはアルミニウム合金のいずれか
を主体に構成される。

【００２２】前記半導体ペレット５はタブ２Ａ上に接着
層４を介在して固着される。接着層４は例えばＡｇペー
ストが使用される。

【００２３】前記半導体ペレット５の外部端子５Ｐ、内
部リード２Ｂの夫々はワイヤ６を通して電気的に接続さ
れる。ワイヤ６は、例えばＡｕワイヤが使用され、熱圧
着に超音波振動を併用したボンディング法でボンディン
グされる。

【００２４】前記タブ２Ａ、内部リード２Ｂ、外部リー
ド２Ｃの夫々はＦｅ−Ｎｉ合金（例えば、Ｎｉ含有量は
４２又は５０〔％〕）で形成される。また、これらはＣ
ｕ若しくはＣｕ系合金で形成してもよい。

【００２５】前記樹脂封止体８は、トランスファモール
ド法で成型され、例えばフェノール硬化型エポキシ系樹
脂が使用される。このフェノール硬化型エポキシ系樹脂
は例えばヤング率が１０００〜２０００〔Ｋｇ／ｍｍ
² 〕程度の比較的硬度の高いものが使用される。フェノ
ール硬化型エポキシ系樹脂は、通常フィラー（酸化珪素
粒）、可撓材（例えばシリコーンゴム）等が添加され、
紫外線の吸収、静電気の防止などを目的としてカーボン
粒も併せて添加される。

【００２６】このように構成されるＱＦＰ構造を採用す
る樹脂封止型半導体装置１は、図１に示すように、半導
体ペレット５、樹脂封止体８の夫々の間に内部封止体７
が構成される。この内部封止体７は、半導体ペレット５
の表面の露出する領域、特に半導体ペレット５の素子形
成面、外部端子５Ｐとワイヤ６との接続領域及びこのワ
イヤ６自体も含めた領域を被覆する。

【００２７】内部封止体７は、前記樹脂封止体８に比べ
て水分透過率が小さく、しかもヤング率が小さい材料、
具体的にはシリコーンゴムが使用される。例えば、樹脂
封止体８のフェノール硬化型エポキシ系樹脂は、温度２
５〔℃〕、相対湿度約４０〔％〕の条件下において、約
３００〜３５０時間で１.３〜１.４〔ｍｍ〕の厚さを水
分が透過するのに対して、シリコーンゴムは水分がほと
んど透過しない。しかも、シリコーンゴムは、０.２〜
０.３〔Ｋｇ／ｍｍ² 〕程度の極めて小さいヤング率を
有し（軟らかく）、フェノール硬化型エポキシ系樹脂に
比べて数千分の１のヤング率を有する。

【００２８】また、内部封止体７のシリコーンゴムは、
前述のようにヤング率が小さく、弾力性を有している
が、ゼリー状のシリコーンゲルと異なり、塗布しベーク
処理をして硬化した後の形状の変化がない。つまり、内
部封止体７は、例えばトランスファモールド工程におい
て、樹脂封止体８の成型時、具体的には流動性樹脂の金
型キャビティ内への注入時に、半導体ペレット５の素子
形成面上の肉厚が薄くなる、露出する等の形状の変化を
防止できる。

【００２９】また、内部封止体７のシリコーンゴムは、
基本的に半導体ペレット５の樹脂封止体８で被覆される
領域の全域に設けられ、樹脂封止体８からの応力をほぼ
すべて吸収できる。

【００３０】内部封止体７は、半導体ペレット５の外周
囲であって、タブ２Ａの縁部に沿って配置されたダム部
２Ｄで周囲を規定された領域内において設けられる。ダ
ム部２Ｄは、例えばタブ２Ａ等と同様に、Ｆｅ−Ｎｉ合
金で形成する。ダム部２Ｄは、内部封止体７を充填した
際に、内部封止体７で半導体ペレット５の素子形成面、
外部端子５Ｐ等が充分に被覆できる程度の高さ、例えば
半導体ペレット５の厚さと同程度の高さをもって構成さ
れる。ダム部２Ｄは接着層３例えばＡｇペーストを介在
してタブ２Ａの表面に固着される。

【００３１】本実施例の樹脂封止型半導体装置１は、ダ
ム部２Ｄ、ワイヤ６の夫々の間の接触をより防止する目
的で、内部リード２Ｂの位置に比べてタブ２Ａの位置を
低くしたタブ下げ構造が採用される。

【００３２】このように、半導体ペレット５の素子形成
面に配置される外部端子５Ｐに内部リード２Ｂが電気的
に接続され、この半導体ペレット５及び内部リード２Ｂ
が樹脂封止体８で封止されるＱＦＰ構造を採用する樹脂
封止型半導体装置１において、前記半導体ペレット５の
外部端子５Ｐと内部リード２Ｂとの接続領域を含む、こ
の半導体ペレット５、樹脂封止体８の夫々の間に前記樹
脂封止体８に比べて水分透過率が小さくかつヤング率が
小さい内部封止体７を設ける。前記樹脂封止体８はフェ
ノール硬化型エポキシ系樹脂で形成され、前記内部封止
体７はシリコーンゴムで形成される。この構成によれ
ば、以下の作用効果が得られる。（Ａ）前記樹脂封止体
８内の内部リード２Ｂから半導体ペレット５の外部端子
５Ｐに至るまでの水分浸入経路内に、樹脂封止体８に比
べて水分透過率が小さい内部封止体７を設けたので、樹
脂封止体８の外部から半導体ペレット５の外部端号５Ｐ
に達する水分の浸入を防止し、外部端子５Ｐ若しくはそ
の周囲に延在する配線の水分による腐食を防止できる。
この結果、ＱＦＰ構造を採用する樹脂封止型半導体装置
１の耐湿性を向上できる。（２）前記半導体ペレット
５、樹脂封止体８の夫々の間の界面領域に存在する若し
くは浸透し溜った水分が半田リフロー時等の高温時に気
化膨張することに基づく応力が、この半導体ペレット
５、樹脂封止体８の夫々の界面領域において内部封止体
７で吸収できるので、樹脂封止体８のクラックの発生を
防止できる。この結果、ＱＦＰ構造を採用する樹脂封止
型半導体装置１の耐湿性を向上できるとともに、封止能
力を向上できる。

【００３３】（実 施 例 ２）本実施例２は、前述のＱ
ＦＰ構造を採用する樹脂封止型半導体装置において、内
部封止体の形状を変えた、又は内部封止体の保持方法を
変えた、本発明の第２実施例である。

【００３４】本発明の実施例２であるＱＦＰ構造を採用
する樹脂封止型半導体装置の構成を図３（断面図）、図
４（断面図）の夫々で示す。

【００３５】図３に示すＱＦＰ構造を採用する樹脂封止
型半導体装置１は、樹脂封止体８の内部において、半導
体ペレット５、タブ２Ａ、内部リード２Ｂのワイヤ６側
の先端部及びワイヤ６が内部封止体７で被覆（モール
ド）される。

【００３６】図４に示すＱＦＰ構造を採用する樹脂封止
型半導体装置１は、前述の実施例１のダム部２Ｄを廃止
し、変わりにタブ２Ａの周囲の表面に内部封止体７を堰
き止める溝２ａが構成される。

【００３７】図３、図４のいずれのＱＦＰ構造を採用す
る樹脂封止型半導体装置１も、前述の実施例１と同様の
作用効果が得られる。

【００３８】（実 施 例 ３）本実施例３は、半導体ペ
レットの外部端子とそれに接続されるワイヤとの接続領
域において、水分浸入経路を抑えた、本発明の第３実施
例である。

【００３９】本発明の実施例３であるＱＦＰ構造を採用
する樹脂封止型半導体装置の半導体ペレットの構造を図
５（図５（Ａ）は要部拡大断面図、図５（Ｂ）は要部拡
大平面図）で示す。

【００４０】図５に示すように、ＱＦＰ構造を採用する
樹脂封止型半導体装置１の半導体ペレット５の外部端子
５Ｐは同一導電層に形成された内部配線５６と電気的に
接続され、この内部配線５６は下層に形成された内部配
線５４に電気的に接続される。内部配線５４、５６、外
部端子５Ｐの夫々は例えばアルミニウム若しくはアルミ
ニウム合金で形成される。内部配線５４は単結晶珪素で
形成される半導体基板５１の上部に素子分離絶縁膜５
２、層間絶縁膜５３の夫々を介在して配置され、内部配
線５６は層間絶縁膜５５を介在して配置される。内部配
線５６、５４の夫々は層間絶縁膜５５に形成された接続
孔５５Ａを通して電気的に接続される。

【００４１】前記外部端子５Ｐは平面形状が実質的に正
方形で形成され、この外部端子５Ｐは、その表面上を被
覆する最終保護膜５７及び５８に形成されたボンディン
グ開口５８Ａを通してワイヤ６に接続される。

【００４２】最終保護膜５７は例えば耐湿性の向上を目
的としてプラズマＣＶＤ法で堆積した窒化珪素膜の単層
若しくはそれを主体とした積層で構成される。最終保護
膜５８は、外部応力の吸収を目的として、若しくは半導
体ペレット５の素子形成面に記憶回路システムが搭載さ
れる場合はα線ソフトエラー耐圧の向上を目的として、
ポリイミド系樹脂膜で構成される。

【００４３】ワイヤ６は、ボールボンディング方式が採
用され、外部端子５Ｐに接続される側にワイヤ６の直径
に比べて大きい直径を有するボールを形成し、このボー
ルが外部端子５Ｐに接続される。

【００４４】前記最終保護膜５７、５８の夫々に形成さ
れるボンディング開口５８Ａは、その平面形状がワイヤ
６のボールに比べて若干大きい直径を有する相似形状で
構成される。この結果、ボンディング開口５８Ａの内壁
とワイヤ６のボールとの間の隙間がボールの周囲の全域
において均等に形成され、ボンディング開口５８Ａの平
面形状を正方形状とした場合に比べて隙間を小さくでき
る。つまり、ボンディング開口５８Ａにおいて、水分浸
入経路を小さくでき、ＱＦＰ構造を採用する樹脂封止型
半導体装置１の耐湿性を向上できる。

【００４５】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記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
ない範囲において種々変更可能であることは勿論であ
る。

【００４６】例えば、本発明は、ＱＦＰ構造を採用する
樹脂封止型半導体装置に限らず、半導体ペレットの外部
端子と内部リードとが電気的に接続され、これらが樹脂
封止体で封止される他の構造の樹脂封止型半導体装置に
広く適用できる。

【００４７】

【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
記のとおりである。

【００４８】樹脂封止型半導体装置において、耐湿性を
向上できる。

【００４９】樹脂封止型半導体装置において、耐湿性を
向上できるとともに、封止能力を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１である樹脂封止型半導体装
置の断面図。

【図２】 前記樹脂封止型半導体装置の斜視図。

【図３】 本発明の実施例２である樹脂封止型半導体装
置の断面図。

【図４】 他の樹脂封止型半導体装置の断面図。

【図５】 本発明の実施例３である樹脂封止型半導体装
置の半導体ペレットであり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は
平面図。

【符号の説明】

１…樹脂封止型半導体装置、２Ａ…タブ、２Ｂ…内部リ
ード、２Ｃ…外部リード、２Ｄ…ダム、５…半導体ペレ
ット、５Ｐ…外部端子、６…ワイヤ、７…内部封止体
（シリコーンゴム）、８…樹脂封止体、５７，５８…最
終保護膜、５８Ａ…ボンディング開口。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ペレットの素子形成面に配置され
   る外部端子に内部リードが電気的に接続され、この半導
   体ペレット及び内部リードが樹脂封止体で封止される樹
   脂封止型半導体装置において、前記半導体ペレットの外
   部端子と内部リードとの接続領域を含む、この半導体ペ
   レット、樹脂封止体の夫々の間に前記樹脂封止体に比べ
   て水分透過率が小さくかつヤング率が小さい内部封止体
   を設ける。
2. 【請求項２】 前記請求項１に記載の樹脂封止体はフェ
   ノール硬化型エポキシ系樹脂で形成され、前記内部封止
   体はシリコーンゴムで形成される。