JPH05218107A - 樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

樹脂封止型半導体装置

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JPH05218107A
JPH05218107A JP4040715A JP4071592A JPH05218107A JP H05218107 A JPH05218107 A JP H05218107A JP 4040715 A JP4040715 A JP 4040715A JP 4071592 A JP4071592 A JP 4071592A JP H05218107 A JPH05218107 A JP H05218107A
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JP
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resin
adhesive layer
semiconductor device
semiconductor element
die pad
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JP4040715A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Hozoji
裕之 宝蔵寺
Michiko Murayama
道子 村山
Masaji Ogata
正次 尾形
Kuniyuki Eguchi
州志 江口
Masanori Segawa
正則 瀬川
Toshiaki Ishii
利昭 石井
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
    • H10W72/01—Manufacture or treatment
    • H10W72/011—Apparatus therefor
    • H10W72/0113—Apparatus for manufacturing die-attach connectors

Landscapes

  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
  • Die Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体装置の表面実装時の耐クラック性を向
上させる。 【構成】 ダイパッド上に接着層を介して半導体素子が
固定され、該半導体素子がボンディングワイヤでリード
フレームと接続されており、これらが合成樹脂によって
封止されている半導体装置において、前記接着層は吸湿
率がこれを封止した樹脂よりも小さいことを特徴とする
樹脂封止型半導体装置であり、該接着層は低吸湿率の熱
可塑性樹脂を含む樹脂か、あるいは低吸湿率のガラスク
ロス、金属箔、カーボンクロス等の基材に樹脂を含浸又
は塗布させたものが使用できる。 【効果】 ダイパッドと半導体素子との界面に水分が溜
りにくく、表面実装時に加熱されてもクラックが発生し
ない。

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
に係り、特に接着層を介してダイパッド上に固定された
実装時に高温にさらされる表面実装方式の樹脂封止型半
導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体素子をダイパッド上に固定する方
法として、例えば電子材料、20(11)、31、(1
981年)に記載のようにAu−Siの共晶合金、半
田、接着剤等を用いる方法が知られている。しかし、共
晶合金を用いる方法は、ダイパッドに半導体素子を固定
する際に高温にさらされるため、素子がダメージを受け
特性が変化するし、また、半田を用いる方法は、蒸発し
た半田や半田ボールが飛散して電極等に付着し腐食、断
線等の劣化が起こる問題がある。そこで、現在Ag粉等
を配合したエポキシ樹脂等の接着剤を用いる方法が一般
に用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】電子情報機器が小型
化、薄型化するにつれて機器内に組み込まれる半導体装
置も小型、薄型化し、実装密度を向上させる要求が増加
している。この要求を満たすため、従来はプリント基板
に半導体装置のリードを貫通させ、半田槽にリード部分
を浸して半田付けする方式(ピン挿入方式)を用いてい
たが、現在は半導体装置のリードをJ型等に曲げ、プリ
ント基板の表面配線に赤外線等により加熱して半田付け
を行う方式(表面実装方式)が主流になってきた。表面
実装方式では、半導体装置をプリント基板両面に実装す
ることが可能なため、実装密度を向上させるのに有利で
ある。その反面、表面実装方式では半導体全体が加熱さ
れるため、吸湿したままの半導体装置に半田付けを行っ
た場合、ダイパッド周辺において、吸湿した水分が急激
に膨張し樹脂層にクラックが生じるという問題があっ
た。本発明は、ダイパッド上に接着剤を介して半導体素
子を固定、ボンディングワイヤでリードフレームと接続
後これを樹脂によって封止する樹脂封止型半導体装置に
おいて、吸湿後表面実装を行ってもクラック等が発生し
ない樹脂封止型半導体装置を供給することを目的とす
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明者らは接着剤の組成、吸湿率、ガラス転移温
度、熱膨張率等の諸特性と、表面実装時のクラック発生
率との関係について種々検討を行った結果、接着層の吸
湿率とクラック発生率との間に相関があることを見出し
本発明に至った。すなわち、本発明では、ダイパッド上
に接着層を介して半導体素子が固定され、該半導体素子
がボンディングワイヤでリードフレームと接続されてお
り、これらが合成樹脂によって封止されている半導体装
置において、前記接着層は吸湿率がこれを封止した樹脂
よりも小さいことを特徴とする樹脂封止型半導体装置と
したものである。前記半導体を封止する合成樹脂は、エ
ポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ポリイミド系樹脂か
ら選ばれた1種類以上を含有するものである。また、ダ
イパッド上に半導体素子を固定する接着層は、封止樹脂
よりも低吸湿率の基材に樹脂を含浸又は塗布した構造で
あるのがよい。
【0005】そして、接着層の吸湿率を小さくする方法
として、ガラスクロス、金属箔等の低吸湿の基材に樹脂
を含浸または塗布したり、樹脂にシリカ等の充填剤を配
合することにより接着層の樹脂分を減らす手法を用いる
ことができる。接着層に用いる樹脂としては、ビスフェ
ノール型エポキシ樹脂や、ビフェニル骨格を有するエポ
キシ樹脂、ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂、ノボ
ラック型エポキシ樹脂やポリイミド樹脂、フェノール樹
脂等の熱硬化性樹脂やフェノキシ樹脂、ポリエーテル型
アミド樹脂のような軟化温度が150〜300℃の範囲
にある熱可塑性樹脂をそれぞれ単独又は2種類以上混合
して用いることができる。熱可塑性樹脂の場合軟化温度
がこれより低いと、その後の樹脂封止工程による加熱で
接着層が軟化し素子が動きワイヤリードが切断する恐れ
があり、軟化温度がこれより高いとダイパッド上に半導
体素子を固定する工程で、熱により素子がダメージを受
ける。
【0006】本発明に用いる接着層は、ダイパッドに素
子を固定する前は、ペースト状、フィルム状いずれの状
態でも構わないが、ダイパッドに半導体素子を固定した
後は、ボンディングワイヤで素子とリードフレームとの
接続を行うため接着層が平面に保たれる必要があり、フ
ィルム状が有利である。また、溶剤等を用いて樹脂を予
め半導体素子裏面あるいはダイパッド表面に塗布乾燥を
行い、溶剤除去により接着層を形成させ、その後ダイパ
ッドと半導体素子の固定に用いることも可能である。さ
らに、半導体素子がワイヤボンディグ時に動かないよう
にする必要があり、半導体素子とダイパッドの接着力を
ワイヤボンディグの圧着力以上にする必要がある。
【0007】
【作用】種々の接着層を用いてダイパッドと半導体素子
を固定し、ワイヤボンディグ後トランスファ成形により
樹脂封止型半導体装置を作成し、一定条件で吸湿後表面
実装時と同じ条件で加熱し、クラック発生の有無を調べ
た。また、試験後の樹脂封止型半導体装置を分解し、ク
ラックがどのようにして発生するか調べた。その結果、
表面実装時のクラックは、ダイパッドと半導体素子を固
定させるための接着層中に吸湿した水分が急激に加熱、
膨張することにより、半導体素子、ダイパッドが押し広
げられ、さらに剥離がダイパッド/レジン間に進展しク
ラックが発生することが明らかになった。封止樹脂の吸
湿率より大きい吸湿率の接着層を使用した場合、樹脂封
止型半導体装置が吸湿すると封止樹脂部分より接着層部
に水分が溜りやすく、実装時にこの水分が膨張してクラ
ックが発生する。しかし、封止材料より小さい吸湿率の
接着層を使用した場合には接着層部分に水分が溜らない
ため実装試験で加熱されても、膨張する水分がほとんど
無くクラックが発生しにくくなる。
【0008】さらに、接着層を構成する接着剤等の吸湿
率が小さくても、溶剤を用いて接着剤を溶解し接着層を
形成させた場合、ダイパッド上に半導体素子を固定する
過程で加熱により接着層中に、溶剤が蒸発した欠陥が残
る。このような状態で樹脂封止した半導体装置を吸湿さ
せた場合、この欠陥部分に吸湿した水分が溜り、実装時
の加熱によりこの水分が気化、膨張してクラックを引き
起こす。そこで、このような樹脂封止型半導体装置にお
いて接着層の吸湿率が封止樹脂の吸湿率より小さく、ダ
イパッドに半導体素子を固定する際、ボイド等の欠陥が
生じないようにする。本発明の接着層を用いダイパッド
と半導体素子を固定した場合、接着層に欠陥が無く、接
着層の吸湿率が封止樹脂より小さくなるため、吸湿させ
てもダイパッドと半導体素子界面に水分が溜りにくく、
表面実装時に加熱されてもクラックが発生しないように
することが可能である。
【0009】
【実施例】以下、本発明について実施例を用いて具体的
に説明する。 実施例1 エポキシ変性ポリブタジエン30g、ブロム含有スチレ
ン系樹脂20g、含フッ素ビスマレイミド樹脂50g、
ベンゾグアナミン0.8g、0.5gの2,5−ジメチ
ル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3
をメチルイソブチルケトン70g、ジメチルホルムアミ
ド30gの混合溶剤に溶解し、厚さ20μmのガラスク
ロスに含浸させ、130〜150℃の温度で溶剤を除去
し半導体素子と同等の大きさに切断し接着層形成用のフ
ィルムを作成した。この接着フィルムを用いて、9×1
5mmの半導体素子を130℃でダイパッドと固定し、
さらに220℃で120分加熱し、完全に硬化させ、ボ
ンディングワイヤでリードフレームと接続後、トランス
ファ成形によりエポキシ樹脂系の封止剤を用いて樹脂封
止型半導体装置を作成した。さらに、この樹脂封止型半
導体装置を湿度85%、温度85℃の条件で吸湿後、2
65℃で90秒の条件で加熱しクラック発生の有無を調
べた。その結果を表1に示す。
【0010】実施例2 フェノキシ樹脂をメチルイソブチルケトンに溶解し、半
導体素子裏面に塗布後加熱乾燥により溶剤を除去し接着
層を形成した。これを約250℃で半導体素子とダイパ
ッドとを固定しボンディングワイヤでリードフレームと
接続後、トランスファ成形により樹脂封止型半導体装置
を作成した。これを実施例1と同じ条件で信頼性試験を
行った。その結果を表1に示す。
【0011】実施例3 フェノキシ樹脂70gとノボラック型エポキシ樹脂20
g、フェノールノボラック樹脂10g、トリフェニルホ
スフィン0.1gを100gのメチルイソブチルケトン
に溶解し、半導体素子裏面に塗布後加熱乾燥により溶剤
を除去し接着層を形成した。これを約150℃で半導体
素子とダイパッドとを固定し、さらに180℃で120
分の硬化を行った後、ボンディングワイヤでリードフレ
ームと接続し、トランスファ成形により樹脂封止型半導
体装置を作成した。これを実施例1と同じ条件で信頼性
試験を行った。その結果を表1に示す。
【0012】実施例4 フェノキシ樹脂70gとノボラック型エポキシ樹脂20
g、フェノールノボラック樹脂10g、トリフェニルホ
スフィン0.1gを100gのメチルイソブチルケトン
に溶解し、厚さ20μmのガラスクロスに含浸させ、1
50℃の温度で溶剤を除去し半導体素子と同等の大きさ
に切断し接着用のフィルムを作成した。この接着フィル
ムを用いて、150℃でダイパッドと半導体素子を固定
し接着層を形成させ、さらに180℃で120分加熱
し、完全に硬化させた後、実施例1と同じ条件で樹脂封
止型半導体装置を作成後、信頼性試験を行った。その結
果を表1に示す。
【0013】実施例5 フェノキシ樹脂70gとノボラック型エポキシ樹脂20
g、フェノールノボラック樹脂10g、トリフェニルホ
スフィン0.1gを100gのメチルイソブチルケトン
に溶解し離型処理したガラス板上に塗布し、溶剤除去後
ガラス板から厚さ20μmの接着フィルムを作成した。
この接着フィルムを用いて、150℃でダイパッドと半
導体素子を固定し接着層を形成させ、さらに180℃で
120分加熱して完全に硬化を行い、実施例1と同じ条
件で樹脂封止型半導体装置を作成後、信頼性試験を行っ
た。その結果を表1に示す。
【0014】比較例1 ビスフェノールA型エポキシ樹脂10gに1gの銀粉、
4,4′−ジアミノジフェニルメタン3gに4gのメチ
ルエチルケトンを配合し接着用ペーストを作成した。こ
の接着ペーストを用いて、150℃でダイパッドと半導
体素子を固定し接着層を形成させ、さらに180℃で1
20分加熱して完全に硬化させ、実施例1と同じ条件で
樹脂封止型半導体装置を作成後、信頼性試験を行った。
その結果を表1に示す。
【0015】比較例2 エポキシ変性ポリブタジエン30g、ブロム含有スチレ
ン系樹脂20g、含フッ素ビスマレイミド樹脂50g、
ベンゾグアナミン0.8g、0.5gの2,5−ジメチ
ル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3
をメチルイソブチルケトン20g、ジメチルホルムアミ
ド10gと混合し接着用ペーストを作成した。この接着
ペーストを用いて、150℃でダイパッドと半導体素子
を固定し、さらに180℃で120分加熱し、完全に硬
化させ、実施例1と同じ条件で樹脂封止型半導体装置を
作成後、信頼性試験を行った。その結果を表1に示す。
【0016】さらに、実施例1〜5及び比較例1、2と
同様な方法で厚さ1mm、20mm×20mmの溶融石
英ガラスの間に接着層を形成し湿度85%、温度85℃
の条件で吸湿後、重量変化から吸湿率を求めた。さら
に、エポキシ樹脂系の封止用樹脂も同様な条件で吸湿さ
せ吸湿率を算出した。それらの結果を表1に示す。この
表より、接着層の欠陥が少なく、封止樹脂よりも接着層
の吸湿率が小さいものが、ダイパッド半導体素子間に水
分が溜りにくく表面実装時にクラックが発生しにくいこ
とが明らかになった。
【0017】
【表1】
【0018】
【発明の効果】本発明は、以上説明したようにダイパッ
ドと半導体素子を固定する接着層の欠陥を少なくするた
め、樹脂封止型半導体において吸湿後もダイパッドと半
導体素子間に水分が溜りにくく、表面実装時の耐クラッ
ク性を向上させることが可能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 23/31 (72)発明者 江口 州志 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 瀬川 正則 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 石井 利昭 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ダイパッド上に接着層を介して半導体素
    子が固定され、該半導体素子がボンディングワイヤでリ
    ードフレームと接続されており、これらが合成樹脂によ
    って封止されている半導体装置において、前記接着層は
    吸湿率がこれを封止した樹脂よりも小さいことを特徴と
    する樹脂封止型半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記半導体素子を封止する合成樹脂は、
    エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ポリイミド系樹脂
    から選ばれた1種類以上を含有することを特徴とする請
    求項1記載の樹脂封止型半導体装置。
  3. 【請求項3】 ダイパッド上に半導体素子を固定する接
    着層は、封止樹脂よりも低吸湿率の基材に樹脂を含浸又
    は塗布した構造であることを特徴とする請求項1記載の
    樹脂封止型半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記基材は、ガラスクロス、金属箔、カ
    ーボンクロスから選ばれた1種類以上を用いることを特
    徴とする請求項3記載の樹脂封止型半導体装置。
  5. 【請求項5】 ダイパッド上に半導体素子を固定する接
    着層が、1種類以上の軟化温度150〜300℃の熱可
    塑性樹脂を含有する接着層からなることを特徴とする請
    求項1記載の樹脂封止型半導体装置。
JP4040715A 1992-01-31 1992-01-31 樹脂封止型半導体装置 Pending JPH05218107A (ja)

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