JPH0642495B2

JPH0642495B2 - 電子装置及びその作製方法

Info

Publication number: JPH0642495B2
Application number: JP63261961A
Authority: JP
Inventors: 舜平山崎; 一男浦田; 到小山; 慎二今任; 三憲土屋; 茂則林; 直樹広瀬; 麻里佐々木; 典也石田; 航平和田
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1988-10-17
Filing date: 1988-10-17
Publication date: 1994-06-01
Anticipated expiration: 2009-06-01
Also published as: JPH02106940A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」この発明は、半導体集積回路等の電子部品を覆って形成
される保護膜を有する電子装置及びその作製方法に関す
る。

「従来の技術およびその問題点」第４図に、従来における電子部品（ＩＣ）(28)の電極引
出し部分の様子を示す。

第４図において、有機樹脂モールド(41)がなされたフレ
ームのリード(35)、およびフレームのダイ(35′)が示さ
れている。

図面において、この有機樹脂(41)は１×10¹⁷Ωcm以上の
高い比抵抗（固有抵抗ともいう）をもつ絶縁材料である
ため、SMT（サーフェイス・マウント・テクノロジー
表面実装技術）において、アッセンブルをする際のジグ
表面の接触により、または保存中において、モールド材
(41)の表面に局部的に静電気が溜まってしまうという問
題があった。

この静電気は有機樹脂の厚さが厚い時は相対的にその電
界強度も電子部品にとっては小さくなり、電子部品の静
電破壊をもたらすことは少ないが、モールド材の厚さが
1.5mmまたはそれ以下になると、相対的に静電気による
電界強度が大きくなり、電子部品の信頼性保障上問題で
あった。

さらに電子部品であるICチップ(28)がダイアタッチされ
るダイ(35′)は、銅、42アロイ等の金属よりなり、この
表面（裏面）には、電子部品(28)をダイアタッチ(24)さ
せる際の100〜450℃の熱処理で形成される低級酸化物(3
2)が存在する。

このため、この後、ただちに有機樹脂のモールド材(41)
によるモールド処理を行うと、モールド材と銅または42
アロイとの間にきわめてはがれやすい酸化物層(32)が残
存することになり、モールド材(41)の密着性が低下する
という問題が生じてしまう。

そして、この電子装置を長期間保存しておくと、大気よ
りの水分をモールド材が吸収し、酸化物層(32)の近傍に
集まってしまい、その後の工程（ICの実装工程）におけ
る260℃、３〜10秒の半田付の際の加熱において、急激
な熱衝撃によってダイの周辺部のモールド材にクラック
(33)，(33′)が発生したり、またダイの裏面にたまった
水分が蒸気化してボイド(42)ができ、裏面のモールド材
にふくれ(41′)が発生したりするという問題が生じてし
まう。

そして上記のような問題が生じる結果、実装され状態で
の長期間の使用に対し、クラック箇所よりの水、不純物
の侵入による半導体装置の特性劣化、信頼性低下を誘発
してしまっていた。

「発明の目的」本発明は以上のような従来の電子装置の問題を解決する
ために、電子装置の実装における熱衝撃の問題、長期の
使用において生じるモールド材の劣化の問題、不純物の
電子装置内への侵入の問題、等々を解決することを発明
の目的とする。

「発明の構成」（第１の発明）本発明の第１は、「有機樹脂モールドで被覆された電子部品を覆ってダイ
ヤモンド構造を有する炭素被膜が形成されていることを
特徴とする電子装置」を要旨とするものである。

有機樹脂モールドで電子部品を被服する構成は、従来よ
り知られた構成である。

本発明はさらに有機樹脂モールドを覆ってダイヤモンド
構造を有する炭素被膜を形成したことを特徴としたもの
である。

このダイヤモンド構造を有する炭素被膜というのは、ダ
イヤモンドと同じSP³結合を有する炭素であり、DLC（ダ
イヤモンドライクカーボン）とも呼ばれる炭素被膜であ
る。（本明細書中では以下DLCと略記する）（第２の発明）本発明の第２は、「電子部品表面を覆って、有機樹脂モールド材を形成す
る工程と、前記有機樹脂モールド材中の不純物を真空中で脱気する
ことによって除去する工程と、前記有機樹脂モールド材を覆ってダイヤモンド構造を有
する炭素被膜を形成する工程と、を有することを特徴とする電子装置の作製方法」を要旨とするものである。

上記発明において、有機樹脂モールド材中の不純物を真
空中で脱気するのは、モールド材中に存在する有機物気
体、塩素、水分等の不純物をDLCの形成の前において予
め除去するためである。

これは、モールド材中に上記不純物が存在すると、後の
加熱工程において、これら不純物の膨張や活性化によっ
て不都合が生じるのを防ぐためである。

ダイヤモンド構造を有する炭素被膜を形成するには、プ
ラズマを用いた気相法を用いることによって行なう。

「作用」電子部品を覆ってダイヤモンド構造を有する炭素被膜を
形成することによって、水分が有機樹脂モールド材中に
侵入することを防ぐ構造とすることができ、加熱工程に
従う前述の問題の発生を抑制することができる。

また、ダイヤモンド構造を有する炭素被膜は１×10⁶〜
５×10¹³Ωcmの比抵抗を有するので、静電気による影響
を排除することができる。

さらに、有機樹脂モールド材中の水分等の不純物を真空
脱気によって除去し、しかる後にダイヤモンド構造を有
する炭素被膜を形成することによって、有機樹脂モール
ド材中に予め存在する水分等の不純物の影響を排除する
ことができる。

以下本発明を利用した実施例を示す。

「実施例１」本実施例は、炭化物気体を用いたプラズマCVD法を用
い、熱伝導度がよく、かつ有機樹脂モールド材との密着
性に優れた炭素または炭素を主成分とする被膜（以下DL
Cとも略記する）を有機樹脂モールド材によって被服さ
れた電子部品上に被覆形成した例である。

DLCの厚さは、0.05〜５μｍ好ましくは0.1〜１μｍの厚
さに形成する。

この被膜を形成するため、モールドされた電子装置を予
め真空引きし、モールド材中の水分を真空脱気する。

そしてその上面に耐静電気対策の弱絶縁性を有し、かつ
外部からの水の侵入を防ぐ作用を有するダイヤモンド構
造を有する炭素または炭素を主成分とする被膜（DLC
膜）をプラズマCVD法により形成し保護膜とする。

そしてこの成膜の際、スパッタ効果を伴わせつつ成膜す
るプラズマ気相反応を行なうことを特徴とする。

第１図は本実施例におけるプラスチック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
イジの縦断面図を示す。

図面において、リードフレームのダイ(35′)に有機樹脂
系銀ペースト(24)，ガラス系銀ペーストまたは金−シリ
コン合金法等で密着させた電子部品チップ(28)と、この
チップのアルミニューム・パッド(38)と金属リード（ス
テム）(35)との間に形成された金線(39)のワイヤボンド
が示されている。

第１図に示す構成を得るために、まずチップ(28)表面、
パッド(38)表面、ワイヤ(39)表面およびダイ(35′)の裏
面に対し、非生成物気体のプラズマ処理を行い、ダイア
タッチの際発生した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、これらの上に
劣化防止用保護膜、特に窒化珪素膜(27),(27′)をプラ
ズマCVD法によりコーティングする。

かくの如くして、窒化珪素膜の如き劣化防止用保護膜を
300〜5000Å、一般には約1000Å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）(41)を注入・封止させ、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。

そして、リード部の酸洗いを行った後、リードにハンダ
メッキを行う。

モールド材(41)中には信頼性低下をさせる不純物である
有機物気体、塩素、水分がモールドの際存在する。

これらを除去するため、真空引きをした真空装置内に電
子装置を配置することによって、上記不純物を除去す
る。

さらに有機樹脂モールド表面を活性化させるために、ア
ルゴン、ネオン、ヘリウム、クリプトン等の不活性物気
体、または窒素により有機樹脂モールド表面をプラズマ
スパッタして活性化を行なう。

この後、10¹⁷Ωcm以上の比抵抗をもつ絶縁性有機樹脂モ
ールド材(41)の表面および裏面全体に対し、比抵抗が１
×10⁶〜５×10¹³Ωcmを有するDLC(43)を0.05〜５μｍの
厚さに形成する。

このDLC膜の如き保護膜は、室温または室温近傍（外部
加熱を積極的に行うことなく、プラズマスパッタにより
自己発熱する程度の温度）において、炭素弗素化物(C₂F
₆,C₃F₈,CHF₃,CH₂F₂等ＣとＦとの結合を有するもの）と
水素との混合気体、またはこれら炭素弗化物とエチレン
(C₂H₄)とを1/4〜4/1例えば1/1に混合し、これをプラズ
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。

DLC膜の比抵抗の制御のためには、エチレン等の炭素の
水素化物に加えてB₂H₆,B(CH₃)₃,BF₃,NH₃,NF₃,N(CH₃)₃,N
(C₂H₂)₃,PH₃,P(CH₃)₃等のIII価またはＶ価の不純物を添
加する方法または直流バイアスの位置を可変する方法が
有効である。

また２つの方法を用いることにより、下地モールド材と
の間の熱膨張の調整をも行うことができた。

第２図に、本実施例におけるチップがフレームにボンデ
ィングされモールド材のコートがなされたフラットパッ
ク構造の基板およびそれを複数個集合させた基体(1)
（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有機樹脂
モールドの表面活性化およびプラズマCVD法により、DLC
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(50)，ドーピング系(20)を有して
いる。

反応系は、反応室(7)とゲート弁(9)とを有している。

反応室(8)において、反応性気体はノズル(25)より下方
向に吹き出し、プラズマ反応を反応空間(8)で生成させ
る。そして、基板または基体(1)上での真空乾燥、モー
ルド材表面の活性化および保護膜形成を行う。

排気は、排気口(6)を経てバルブ(21)，ターボ分子ポン
プ(22)，真空ポンプ(23)に至る。

プラズマを生成させるためのエネルギは、一対をなす高
周波電源(15-1),(15-2)よりマッチングボックス(16-1),
(16-2)さらにはパス(4-1),(4-2)を経て、一対の同じ大
きさの網状電極(3-1),(3-2)より加えられる。

印加される周波数は、１〜500MHz例えば13.56MHzが用い
られる。

それぞれの電極からの高周波電力の位相は０°±30°以
内または180°±30°以内に位相調整器(26)により制御
する。

周辺の枠構造のホルダ(40)が導体の場合は、ここを接地
レベルとする。しかしながら、ホルダ(40)は絶縁体であ
ってもよい。

プラズマ処理およびプラズマCVD法において、被形成体
(1-1),(1-2)……(1-n)即ち(1)（以下基体という）はサ
ポータ(20)上に配設され、枠構造(40)内において一対の
電極間の電界の方向に平行に配置される。さらに、いず
れの電極(3-1),(3-2)からも、また反応反応容器(7)から
もコンデンサ(19)等で直流的には離間させている。

複数の基体(1)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。

この基体(1)へは50〜100KHzの周波数の交流バイアスが
(17-1)より加えられ、-50〜-2000Vの直流バイアスが(17
-2)より加えられる。

このバイアスはDLCの形成の際、スイッチ(10)を(11-2)
に連結することによって加える。

硬質の１×10⁶〜５×10¹³Ωcmの比抵抗を有するDLCを作
るには、このバイアスの印加がきわめて重要である。ま
た以上の電源の他端は接地(5-1),(5-2),(5-3)されてい
る。

この多数の基体(1)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。

第３図(A)は基体(1)においてステム(35)およびダイ(3
5′)（第１図を参照）を複数個一体化した金属リードフ
レーム上(45)に、電子部品(29)がボンディングされ、モ
ールド処理(41)がされた後の電子装置(29)が５〜２５ケ
ユニット化された様子を示す。

１本のフレーム(45)における１つの電子装置のある部分
のフレーム（基板）を第３図(B)に示し、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)，ダイ(3
5′)，半導体チップ(28)，金属ワイヤ(39)、モールド材
(41)よりなる電子装置(29)を５〜25ケユニット化したフ
レーム(45-1),(45-2)……をさらに５〜300本集めて、ジ
グ(44)により一体化し、基体(1)として構成させてい
る。

このジグにより外部接続部にDLCがコートされないよう
に覆っておくことは有効である。この基体(1)が第２図
における基体(1-1),(1-2)……(1-n)のそれぞれに対応し
ている。これをさらに５〜５０枚（図面では７枚）陽光
柱内に第２図では配設している。

第２図において、反応性気体は、フード(13-1)より枠構
造のホルダ(40)の内側およびフード(13-2)により囲まれ
た内側にてプラズマ活性状態を呈し、モールド材上をプ
ラズマ処理して緻密層を形成する。このモールド材上に
保護膜としての緻密層形成がなされる。

またDLC膜の形成に際し、バイアス印加により外部より
加熱をしなくても充分に緻密な層を作ることができる。

本実施例においては、プラズマCVD法によるDLC膜の形成
に先立って、室温中のアルゴンプラズマによるモールド
材表面のプラズマ活性化を行なった。

この活性化は、非生成物気体の陽光柱プラズマ領域に基
体を保持することによって行なうものである。

以下においてさらなる実施例を示す。

「実施例２」第２図のプラズマCVD装置において、ドーピング系(20)
より、炭素弗化物であるC₂F₆またはC₃F₈を(20-1)から、
窒化物気体であるN(CH₃)₃を(20-4)から、B(CH₃)₃は(20-
3)から、エチレンは(20-2)から、プラズマ処理用の非生
成物気体である水素またはアルゴンを(20-5)から供給す
る。

それらは流量計(19)，バルブ(18)により制御される。

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)に第３図に示したモールド処理後の基
体を保持し、アルゴンを導入した。

そして、これら全体を１×10^-3torr以下（10〜30分）に
真空引きをし、モールド材中の有機ガス、塩素、水分を
脱気した。

つぎに基体(1)の特にモールド材(41)表面のプラズマ処
理を行った。またここにB(CH₃)₃またはN(CH₃)₃/(C₂H₄+C
₂F₆)＝0.0013〜0.03を同時に添加した。

そして、13.56MHzの周波数により1KWの出力を一対の電
極(3-1),(3-2)に10〜30分供給してプラズマ処理を行な
った。

このプラズマ処理を行った基体に対し、さらにDLCの保
護膜形成を行った。

上記プラズマ処理がなされた被形成面上にDLC膜を形成
する場合、反応性気体は、例えば、C₂H₄/C₂F₆/H₂＝1/1/
5とした。

そしてこれらの気体に対して、13.56MHzの周波数により
1KWの出力を一対の電極(11),(11′)に供給しプラズマ気
相反応を行い成膜を行なった。

かくして平均5000Å（5000Å±200Å）に約30分（平均
速度3A/秒）の被膜形成を行った。

DLC膜は交流バイアス（50KHz,±300V）および直流バイ
アス電圧（-50V〜-2000V）と大きくすることにより、比
抵抗は１×10⁶〜５×10¹³Ωcmにまで制御することがで
きる。

さらにここにNH₃,B(CH₃)₃等を添加することにより、基
体との密着性を高め、かつビッカース硬度も500〜3000K
g/mm²とモールド材の200〜400Kg/mm²より大きくするこ
とができる。

こうして得られた電子装置に対し、ノイズ研究所ESS-62
35の静電破壊試験機を用いて耐静電気特性をテストし
た。ICはC/MOSメモリ256KDRAM，有機樹脂モールドは厚
さ1.4mmとした。DLCは0.5μｍの厚さに、比抵抗は10⁹〜
10¹¹Ωcmとした。

テストは、出力電圧20KVとし、これをDLC上に900回繰り
返し加えることによって行なった。

しかし何らの静電破壊もみられなかった。

なおサンプル数は20とした。

他方、本発明のDLCを形成しないものはサンプル数20の
内、同一条件ではすべてが入力ピン等を破壊してしまっ
ていた。

本発明の電子装置に対し、85℃/85%（相対温度）で1000
時間放置した後、半田付けを260℃５秒行った。しかし
この電子装置にはサンプル数20ケにおいていずれにも何
らのクラックもまたふくれも発生しなかった。

もちろん本発明のDLCコートをしないものはすべて第４
図に示す欠陥を有していた。

なお本実施例においては、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、10〜15μｍの波
長の遠赤外線または300nm以下の紫外光を同時に加える
光エネルギを用いるフォトCVD（またはフォトFPCVD)法
を併用することは有効である。

「効果」本発明において、モールド上の緻密膜として１×10⁶〜
５×10¹³Ωcmに比抵抗のDLC膜をブロッキング膜として
形成することによって、有機樹脂モールドに水分が侵入
することを防ぐことができた。

加えてプラズマ処理を行う際、モールド材中の不純物ガ
ス、水分の真空脱気工程を有するため、有機樹脂中の水
分、塩素とダイの金属との間で反応が起きて低級酸化物
ができ、信頼性を低下させるという欠点も防ぐことがで
きた。

またこの電子装置の実装の際、モールド材が加熱により
膨れてしまうことを防ぐことができた。

そして、高品質、高信頼性を有する電子装置を提供する
ことができた。

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、抵抗、コンデンサであってもよく、ボ
ンディングもワイワ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、基体としてのリードフレーム、チップのすべてを覆
って本発明のDLC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
ップを埋置した場合について述べているが、本発明は特
に金属リードフレーム上に限ることなく、ハイブリッド
IC、膜厚IC等基体上に能動素子または受動する素子をマ
ウントし、これら全体に有機樹脂モールド処理をした基
板または基体に対しても、同様の効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例の耐湿テストおよび半田付けテストを
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た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イジを耐湿テスト
および半田付けテストをした後の縦断面図の要部を示
す。

フロントページの続き (72)発明者土屋三憲神奈川県厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内 (72)発明者林茂則神奈川県厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内 (72)発明者広瀬直樹神奈川県厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内 (72)発明者佐々木麻里神奈川県厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内 (72)発明者石田典也神奈川県厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内 (72)発明者和田航平神奈川県厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内審査官加藤浩一 (56)参考文献特開昭62−2557（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−53968（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−49530（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機樹脂モールドで被覆された電子部品を
覆ってダイヤモンド構造を有する炭素被膜が形成されて
いることを特徴とする電子装置。
【請求項２】電子部品表面を覆って、有機樹脂モールド
材を形成する工程と、前記有機樹脂モールド材中の不純物を真空中で脱気する
ことによって除去する工程と、前記有機樹脂モールド材を覆ってダイヤモンド構造を有
する炭素被膜を形成する工程と、を有することを特徴とする電子装置の作製方法。