JPH07221259A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
が設けられ、この第2の保護膜上にリードフレーム11が
固定され、このリードフレームが半導体チップ10の回路
に電気的に接続されている半導体装置であって、リード
フレーム10の主要部分が、前記第2の保護膜の少なくと
も一部をなす熱可塑性樹脂層54bを介して前記第2の保
護膜上に固着されている半導体装置。 【効果】 リードフレームのマウントに必要な接着層の
厚みを小さくすることができ、これによって、マウント
圧着後及び温度サイクル中に発生する熱応力によるメタ
ル断線を防止できると共に、IRリフロー時に発生しが
ちなパッケージクラックを減少させ、パッケージバラン
スがとり易く(パッケージ・ワーページの減少)、ま
た、コストダウンも図ることができる。
Description
(Lead On Chip)構造のパッケージ及びその製造方法
に関するものである。
として、ICチップの回路形成面上にリードフレームを
乗せるLOC構造のものが知られている。これを図40、
図41について例示する。
AM(ダイナミックRAM)のパッケージを示したが、
多数のボンディングパッド1が半導体集積回路(IC)
チップ10の中央部において一直線上に配列されている。
このパッド列の両側にはそれぞれ、バスバーと称される
電源線42、43と、多数の信号線44、45とが配置されてい
て、LOC用のリードフレーム11を構成している。この
リードフレームは鉄−ニッケル合金、銅合金又は銅等で
形成されている。
される一方、各信号線44、45はアドレスA0からA10や
CAS、RAS等の諸信号用として用いられる。
は、ボンディングパッド列の一方側ではボンディングワ
イヤ6、7、他方側ではボンディングワイヤ8、9によ
るワイヤボンディングによりそれぞれ行われる。この場
合、信号線44、45と各パッド1とを接続するワイヤ7、
9がバスバー42、43上を跨いでいる。そして、全体がエ
ポキシ樹脂等のモールド樹脂18(図40では仮想線で示
す。)によって封止され、このモールド樹脂の外部には
各線のアウターリード部が導出されている。
て、リードフレーム11はLOC構造によりICチップ10
上(具体的には、回路形成面上)に固着されるが、その
詳細を図41で説明する。
えば、シリコン基板12の一主面に、SiO2 等のパッシ
ベーション膜(保護膜)13が設けられ、このパッシベー
ション膜の開口部に、ICチップ10の内部回路に接続さ
れた上記のボンディングパッド1が形成され、更にこの
ボンディングパッドの領域を除く全面に熱硬化性ポリイ
ミド系保護膜14が被着されている。
膨張係数を小さくするために添加されるSiO2 )が含
有されているが、こうしたフィラーにはα線を放出する
ウラン及びトリウム等の放射性元素が含まれているた
め、この放射性元素からのα線がICチップ10に照射さ
れて回路が誤動作するいわゆるソフトエラーを生じ易い
とされている。上記のポリイミド系保護膜14は特に、そ
うしたα線の侵入を防止し、ソフトエラーによる不良を
防止するために設けられるものである。
O2 膜13Bとの積層膜からなるパッシベーション膜13上
にポリイミド系保護膜14を形成する工程を概略的に示し
た。まず、未硬化の熱硬化性ポリイミド系樹脂14Aを全
面に塗布した(図42)後、露光マスク20を用いて紫外線
照射21による露光を行い(図43)、非露光部分をエッチ
ングで除去し、硬化処理してポリイミド系保護膜14を形
成した(図44)後、CF4 /O2 プラズマ22によってパ
ッド1上のパッシベーション膜14を除去する(図45)。
記のリードフレーム11が両面接着タイプの絶縁テープ15
によって接着されている(但し、図40では絶縁テープ15
は図示省略している)。この絶縁テープ15は、絶縁性フ
ィルム基板16の両面に接着剤17、19をそれぞれ塗布した
ものであって、一方の接着剤17によってリードフレーム
11が基板16に加熱、加圧下に接着され、他方の接着剤19
によって基板16がICチップ10のポリイミド系保護膜14
上に加熱、加圧下に接着されている。こうして、リード
フレーム11は絶縁テープ15によってICチップ10上にマ
ウント圧着される。
リードフレーム11が絶縁テープ15によってICチップ10
上に固定しているため、その絶縁性フィルム基板16の厚
みが例えば50μmもある上に、その両面の接着剤17、19
の厚みがそれぞれ例えば12.5μmある。従って、絶縁テ
ープ15の総厚が75μm(場合によっては75〜175 μm)
にもなるため、主として以下に述べる種々の欠点 (1)〜
(4) が生じることが判明した。
メタル配線に断線が発生。リードフレーム11の上記マウ
ント圧着時には、次式で示されるストレス(応力)が生
じる。
た絶縁テープの厚み及び熱膨張係数が大きいと、リード
フレームのマウント圧着時にストレスが大きくなり易
い。上記したリードフレーム11のマウント圧着の場合、
絶縁テープ15を使用しているため、この絶縁テープ15の
厚み及び熱膨張係数によって、図46に示すように、IC
チップ10、特に絶縁テープ15の端部から内部にクラック
23が発生し、メタル配線24が断線することがある。
の膨張に起因するパッケージクラックの発生。完成した
ICパッケージを例えば図48に示すようにプリント配線
基板26上に固定するに際し、回路パターン27にアウター
リード部45a(又は44a)を半田によって接合する一方
法として、赤外線(IR)加熱によって接合を行うIR
リフロー法がある。IRリフローの際、ICパッケージ
はピーク時で約 245℃に加熱される。
に、テープ自体の吸水率(85℃、85%湿度下)が2〜2.
5 %と高く、パッケージを長期間大気中に放置するとテ
ープは吸水し、図47に示すように、接着剤17や19にふく
れが生じ易い。これに起因して、IRリフロー時に封止
樹脂18にクラック25が入り、パッケージクラックが発生
することがある。パッケージクラックは 120個のサンプ
ル中、16個発生したことが確認されている。
Warpage)の発生。図41中にA’、B’、C’、D’、
E’、F’、H’、I’、J’で示した各部分のサイズ
は、具体的には下記の表−1に示す通りである。ここで
は、総厚が約1mm(1000μm)のTSOP(Thin S
mall OutlinePackage)と、総厚が約 2.7mm(2700μ
m)のSOJ(Single OutlineJ−lead Package)
との双方について示した。
m)は大きいために、パッケージ中での構造バランスを
取り難くしており、特に1mm厚のTSOPパッケージ等
では、テープ厚(75μm以上)に起因してパッケージ・
ワーページと称される反りが発生し易い。
リードフレーム上の樹脂厚A’を 195μm以下にするの
が難しいが、これは、ワイヤボンダーの能力及びワイヤ
ループをパッケージ外部に出さないためである。このた
め、ICチップ厚E’を 280μmとしたとき、チップ上
の樹脂厚H’= 405μm、チップ下の樹脂厚I’= 325
μmとなり、このアンバランスな厚み関係が絶縁テープ
厚C’=75μmによって必然的に生じ、パッケージ・ワ
ーページの問題を引き起こしている。
によって、図48に誇張して示すように、パッケージが30
〜60μmも反ってしまい、特に両端側でのアウターリー
ド部45a(又は44a)がプリント配線基板26上の回路パ
ターン27に対して浮き上がり、接続されないことがあ
る。
ム11を接着した絶縁テープ15は、1ユニットで数10円以
上という高い値段のものであり、これを用いたパッケー
ジのコストは上昇し、そのコストダウンに限界がある。
き欠点を解消すべくなされたものであって、リードフレ
ームのマウント圧着後及び温度サイクル中でのチップク
ラックや配線の断線を防止し、IRリフロー時等の工程
におけるパッケージクラックやパッケージ・ワーページ
を抑制し、低コストに作製できるパッケージ構造の半導
体装置及びその製造方法を提供することを目的とするも
のである。
チップの保護膜上に第2の保護膜(特に、モールド樹脂
のフィラーによるα線の影響を緩和する第2の保護膜)
が設けられ、この第2の保護膜上にリードフレームが固
定され、このリードフレームが前記半導体チップの回路
に電気的に接続されている半導体装置であって、前記リ
ードフレームの主要部分が、前記第2の保護膜の少なく
とも一部をなす熱可塑性樹脂層を介して前記第2の保護
膜上に固着されている半導体装置に係るものである。
の保護膜が、下層をなす熱硬化性ポリイミド系樹脂層
と、上層をなす熱可塑性ポリイミド系樹脂層との積層体
によって形成することができる。
フレームを固着する領域では熱可塑性ポリイミド系樹脂
層と熱硬化性ポリイミド系樹脂層とがほぼ同一パターン
に形成されていて、前記熱可塑性ポリイミド系樹脂層の
厚みが15〜35μm、前記熱硬化性ポリイミド系樹脂層の
厚みが10〜30μmであり、かつ、前記リードフレームの
非固着領域では前記熱硬化性ポリイミド系樹脂層の厚み
が5〜15μmであってよい。
リイミド系樹脂層がリードフレームの非固着領域の熱硬
化性ポリイミド系樹脂層上にも設けられていて、前記熱
可塑性ポリイミド系樹脂層の厚みが15〜35μm、前記熱
硬化性ポリイミド系樹脂層の厚みが10〜30μmであって
もよい。
ム固着領域での積層体の全厚が35〜65μmであるのがよ
い。
2の保護膜が熱可塑性ポリイミド系樹脂層のみからなっ
ていてよい。
層の厚みが30〜50μmであるのがよい。また、熱可塑性
ポリイミド系樹脂層がリードフレームの非固着領域上に
も設けられていることが望ましい。
ドフレーム固着領域での熱可塑性ポリイミド系樹脂層の
端部が、前記リードフレームの端部よりも 0.1〜0.15mm
だけはみ出していること(特に、熱可塑性ポリイミド系
樹脂層の幅が、前記リードフレームの幅に対して片側で
0.1〜0.15mmずつ大きくなっていること)がよい。
の側において、前記半導体チップのセル部の端と熱可塑
性樹脂層の端との間隔が 100〜500 μmであるのがよ
い。
化性樹脂層及び/又は熱可塑性樹脂層が存在していてよ
い。
ィングパッドとリードフレームとがワイヤボンディング
され、全体がモールド樹脂で封止されたものであってよ
い。また、リードフレームが信号線用のリードフレーム
部と電源線用のリードフレーム部とからなっていてよ
い。
体チップの保護膜上に少なくとも熱可塑性樹脂を塗布
し、この塗布された樹脂をパターニングし、硬化処理し
た後、前記熱可塑性樹脂層上にリードフレームを固着す
ることが望ましい。
着後に、半導体チップのボンディングパッドと前記リー
ドフレームとをワイヤボンディングし、更に全体をモー
ルド樹脂で封止することができる。
パッケージに適用した第1の実施例を示すものである。
但し、図40〜図48に示した従来例と共通する部分には共
通符号を付し、その説明を省略することがある。
ージの構成を説明すると、このパッケージの特徴的構成
は、ICチップ10のパッシベーション膜13上に熱硬化性
ポリイミド系樹脂層54aと熱可塑性ポリイミド系樹脂層
54bとが順次積層されて積層体54を形成し、それらの両
ポリイミド系樹脂層54a及び54bのうち特に樹脂層54a
によって既述したポリイミド系保護膜14と同様に封止樹
脂18のフィラーからのα線によるソフトエラーを防止す
ると共に、樹脂層54bの熱可塑性を利用してその上にリ
ードフレーム11のバスバー42、43と信号線44、45とを熱
圧着(マウント圧着)していることである。
め、ICチップ上に設けられたポリイミド系樹脂層は、
既述したポリイミド系保護膜14と同様に第2の保護膜と
しての機能をなし、この保護膜の一部をなす熱可塑性ポ
リイミド系樹脂層54bがリードフレーム11に対して接着
剤として使用し、既述した如き絶縁テープ15を用いない
点が注目すべきことである。
ディングパッド1を除くほぼ全域に設けられている。そ
して、リードフレーム11のバスバー42、43及び信号線4
4、45の圧着領域では、これとほぼ同一パターンに熱硬
化性ポリイミド系樹脂層54aと熱可塑性ポリイミド系樹
脂層54bとが積層体54を形成し、比較的厚い突条部を形
成している。この突条部では、熱硬化性ポリイミド系樹
脂層を54a’で示し、他の領域での同樹脂層54aと区別
している。
は、次の如くに設けることが望ましい(図3参照)。 熱硬化性ポリイミド系樹脂層54a’の厚み(a)=10〜
30μm 熱可塑性ポリイミド系樹脂層54bの厚み (b)=15〜
35μm 熱硬化性ポリイミド系樹脂層54aの厚み (c)=5〜
15μm 熱硬化性ポリイミド系樹脂層54a’と熱可塑性ポリイミ
ド系樹脂層54bとの合計厚み(a+b)=35〜65μm リードフレーム(信号線及びバスバー)の幅(w)=約
400μm リードフレームの端縁部と熱可塑性ポリイミド系樹脂層
54bの端縁部との間隔(d)=100 〜150 μm
上記の如くにした理由を説明する。樹脂層54bの厚み
(b):ICチップ10の上面にリードフレームのインナ
ーリード部をマウントする場合、ポリイミド系樹脂54b
の濡れ性を保証するために、厚みbは15μm〜35μm必
要である。
+b):厚み(a)は最低10μmとし、総厚(a+b)
は35〜65μmとする。これは、リードフレーム11及びメ
タル層24間に存在する2層のポリイミド系樹脂54a’と
54bの静電容量の抑制、及びリードフレームからのα線
を遮蔽することを保証するためである。また、総厚(a
+b)の上限は、吸水率の大きいポリイミド系樹脂に起
因するパッケージクラックを防止することと、1mm厚T
SOP等の薄いパッケージに対してパッケージバランス
を取り易くするためである。
ィラーからのα線による回路の損傷を防止するため、最
低5μm必要であるが、ICチップの反りを防止するた
めには15μm以下とする。
間隔(d):この間隔(d)は 100μm〜150 μmとす
る。インナーリード部のパターンに対して可能な限りポ
リイミド系樹脂層54bの面積を小さくするが、リードフ
レームのマウント時の位置ずれを考慮すると、dは 100
〜150 μm必要である。図6に示すように、仮にdが小
さすぎると、封止樹脂18が充填されないパッケージボイ
ド55が発生し易い。ポリイミド系樹脂54bの面積を小さ
くするのがよい理由は、ICチップの反りを防止するこ
と、及び、吸水率の大きいポリイミド系樹脂に起因する
パッケージクラックを防止するためである。
1中にA、B、b、a、E、F、H、I、Jで示した各
部分のサイズは、具体的には下記の表−2に示す通りに
設定することができる。
ッケージ封止樹脂の外表面及びその近辺にまで露出しな
いようにするためには、リードフレーム上では 195μm
の樹脂厚Aが必要である。これを考慮しても、本発明に
基づく本実施例によるパッケージは、リードフレーム11
のマウント圧着に際し、従来のように両面接着剤付きの
絶縁テープを使用せず、第2の保護膜の一部をなす熱可
塑性ポリイミド系樹脂層54bの熱可塑性(加熱による粘
着性)を利用してこの樹脂層上にリードフレーム11を直
接圧着しているため、ICチップ上の樹脂厚H= 355〜
385 μm(例えば 360μm)、ICチップ下の樹脂厚I
= 350〜 380μm(例えば 370μm)とすることができ
る(ICチップ厚は 280μm)。
リイミド系樹脂層上に直接リードフレームを接着してい
るため、主として次の (1)〜(4) に述べる顕著な効果を
得ることができる。
発生するメタル断線を防止できること。従来のマウント
用の絶縁テープは75〜175 μmと厚いために、熱応力が
大きいが、本実施例の場合、ポリイミド系樹脂層の厚み
は35〜65μmと薄いために、引張応力を30%も従来のタ
イプに比べて低下させることができる。
バスバーのコーナー部Pの直下のチップ表面域に最大の
応力が集中し、これによる引張応力がデバイス特性に悪
影響を及ぼす。 150℃〜−65℃の温度サイクル時の上記
チップ表面上の引張応力を求めたところ、本実施例によ
る図1の構造では2.90Kg/mm2の引張応力を示し、従来例
による図41の構造での引張応力が4.20Kg/mm2であるのに
比較して約30%も低下することが分かった。
ージクラックを防止できること。接着層(ポリイミド系
樹脂層)の体積を小さくできることに伴い、吸水率が減
少するので、IRリフロー時にパッケージクラックの発
生を著しく減少させ若しくは防止することができる。こ
の場合、 120個のサンプルについてパッケージクラック
は皆無であった。
こと。特に、1mmTSOP等においては、パッケージ内
のチップ上下の樹脂厚のバランスが上記した厚みHとI
との均衡によって取り易くなり、パッケージ・ワーペー
ジ(Package Warpage)を20μm以下とし若しくは十分に
防止できる。
の絶縁テープ(リードフレーム付き)のコストに比べ、
本実施例によるマウント構造では1ユニット当たり約1
/7〜1/33以下に低下させることができる。
を説明する。まず、使用する構成材料は以下の通りであ
った。
1気圧の加圧下に被試験体を放置し、その前後の諸特性
変化を観察するストレス試験法の一つである。) 熱分解温度 520℃ 熱膨張率 4.3×10-5(1/℃)(30〜100 ℃) ガラス転移点 240℃ (サンプル評価で 160℃〜300 ℃のものも使用した) 吸水率 0.91%(22℃、60%RH)
以下) 4.3×10-5(1/℃)(ガラス転移点以上)
の主要工程について説明すると、まず図8のように、半
導体回路が形成されているパッシベーション膜13上に熱
硬化性ポリイミド系樹脂54Aを20μm厚にスピンコート
した後、プリベーク(100℃×360 秒)を実施した。
ク70を用いて70秒間、一括露光した。そして、図10のよ
うに、ボンディングパッド1の部分及びスクライブライ
ン(図示せず)をエッチングで形成し、その後、 390℃
×60分でポリイミド系樹脂を熱硬化させ、樹脂層54aを
形成した。
ド樹脂54A’を20μm厚にスピンコートした後、プリベ
ーク(100℃×360 秒)を実施した。
スク80を用いて70秒間、一括露光した後、図13のよう
に、インナーリード幅(0.4mm)+はみだし幅d(両サイ
ド 0.1mm×2)を確保するように、スクライブライン及
びボンディングパッド等をエッチングした。その後、 3
90℃×60分で熱硬化(キュアー)を行った。
ド樹脂54Bをコートし、ホットプレート上に2分間、 1
25℃でプリベークを実施した。
紫外線露光装置を用いて 250mJ/cmで露光後にアルカリ
現像液によってインナーリード幅(0.4mm)+はみだし幅
(両サイド 0.1mm×2)を確保するように、スクライブ
ライン及びボンディングパッドの部分を現像処理(エッ
チング)し、樹脂層54bを形成した。
×60分)を行った。そして、図16のように、CF4 +O
2 プラズマ72によってパッド1上のパッシベーション膜
を除去した。
ンナーリード(42アロイ製)を 350℃×4Kgで熱圧着
後、ワイヤ(99.99%ゴールド)でワイヤボンディングを
行った後、熱硬化性モールドレジンにて射出成形し、 1
75℃×5hrで熱硬化(キュアー)を実施した。得られた
パッケージは、 600(幅)× 875(長さ)× 106(高
さ)milのSOJ34ピンタイプであった(図7参照)。
について、以下に述べる種々の評価を行った。
可塑性ポリイミドのガラス転移点は 300℃以下が好まし
い。マウントの圧着温度はガラス転移点+ 100℃である
ため、マウントの濡れを考慮し、ガラス転移点が 160℃
〜 300℃の範囲にあるとき、良い結果を得た。
ミドのガラス転移点は 200℃以上が好ましい。これは、
ワイヤボンディングの温度が 200℃であるため、ガラス
転移点が 200℃以下のポリイミドはワイヤボンディング
時に粘弾性領域にあり、リードボンド不良が生じ易いか
らであった。
ト:熱可塑性ポリイミドのガラス転移点が 230℃以下で
あると、パッケージクラック不良が生じ易かった。これ
は、IRリフロー(最高 245℃)によりパッケージ内部
のチップ付近の温度が 230℃程度になるためである。
00サイクル後、0/20(サンプル20個につき不良がゼ
ロ)で問題なし。(熱サイクルテストとは、−65℃より
15分をかけて 150℃に加熱し、直ちに 150℃より15分を
かけて−65℃に冷却するサイクルを1サイクルとして、
その前後の諸特性変化を観察するストレス試験法の一つ
である。)
特性テスト):4M DRAMを用い、Vcc=5.65Vを
印加し、消費電流Iddを観察した。
加し、tRAC (RASからのアクセス時間)を観察した。
作可能供給電源電圧範囲(Vccマージン)を観察した。
ほとんどないため、本発明品のエレクトニカルディグラ
デーションは問題がないことが分かる。
インチ・ウェハに4M DRAMを製造した場合、1un
it当たり現行材料費用の約1/33となった。
部変更を加えた本発明の第2の実施例を示すものであ
る。
に示すように、熱可塑性ポリイミド系樹脂層54bが斜線
で示す領域、即ち、ICのメモリーセル部90a、90b、
90c、90dのほぼ全域に亘って設けられていることが特
徴的である。
可塑性ポリイミド系樹脂層54bがリードフレーム11のマ
ウント領域(固着領域)のみに存在するのではなく、リ
ードフレーム11の非固着領域の熱硬化性ポリイミド系樹
脂層54a上にも設けられている。
ついては、次の通りとするのが望ましい。 樹脂層54bの厚み (b)=15〜35μm 樹脂層54aの厚み (a)=10〜30μm セル部端から樹脂層54bの端までの間隔e= 100〜500
μm a+b=35〜65μm
部分のサイズ(図1参照)は、具体的には下記の表−3
に示す通りに設定することができる。
てのポリイミド系樹脂層、特に熱可塑性ポリイミド系樹
脂層54b上にリードフレーム11を直接マウント圧着して
いる構造であるため、上述した第1の実施例で述べた
(1)〜(4) の効果を得ることができる。これに加えて、
上記間隔eを保持してセル部のほぼ全面に樹脂層54bを
設けたので、ICチップの反りを一層減少させることが
できる。但し、バスバーのコーナー部直下でのチップ表
面上の引張応力は 3.31Kg/mm2であり、従来例に比べて
約20%低下した。
ド系樹脂層54bをセル部のほぼ全域に亘って設けている
ので、既述したα線によるソフトエラーの防止効果に優
れた構造を提供できる。
塑性ポリイミド系樹脂層54bと厚さ10〜30μmの熱硬化
性ポリイミド系樹脂層54aとの積層膜によって覆われて
いるため、この両樹脂層による保護膜の厚みは35〜65μ
mとすることができる。ここで、ポリイミド中のα線の
飛程は約30μmであることから、メモリーセル部上のポ
リイミド系樹脂層の厚み(総厚:a+b)を最低35μm
とした本実施例による構造は、モールド樹脂18中のフィ
ラー(SiO2 等)やリードフレームからの放射α線を
効果的に遮蔽し、メモリーセル部のソフトエラーを防止
することができる。
は、モールド樹脂中に添加するSiO2 (シリカ)中の
ウランやトリウムをゾルーゲル法によって減少させるα
線対策処理を行う必要があり、このためにモールド樹脂
のコストが高くなり易い。しかしながら、本実施例の場
合、上記した理由からα線の遮蔽効果が十分であるた
め、α線対策処理が不要となり、モールド樹脂のコスト
を下記に示すように約1/2に低下させることができ
る。
の主要工程について説明すると、まず図20のように、半
導体回路が形成されているパッシベーション膜13上に熱
硬化性ポリイミド系樹脂54A’を15μm厚にスピンコー
トした後、プリベーク(100℃×360 秒)を実施した。
ク70を用いて70秒間、一括露光した。そして、図22のよ
うに、ボンディングパッド1の部分及びスクライブライ
ン(図示せず)をエッチングで形成し、その後、 390℃
×60分でポリイミド系樹脂を硬化させ、樹脂層54aを形
成した。
ド樹脂54B’をコートし、ホットプレート上に2分間、
125℃でプリベークを実施した。
後、図25のように、紫外線露光装置を用いて 250mJ/cm
で露光後にスクライブライン及びボンディングパッドの
部分を現像処理(エッチング)し、樹脂層54bを形成し
た。
×60分)を行った。そして、図26のように、CF4 +O
2 プラズマ72によってパッド1上のパッシベーション膜
を除去した。
ンナーリード(42アロイ製)を 350℃×4Kgで熱圧着
後、ワイヤ(99.99%ゴールド)でワイヤボンディングを
行った後、熱硬化性モールドレジンにて射出成形し、 1
75℃×5hrで熱硬化(キュアー)を実施した。得られた
パッケージは、 600(幅)× 875(長さ)× 106(高
さ)milのSOJ34ピンタイプであった。
部変更を加えた本発明の第3の実施例を示すものであ
る。
に示すように、第2の保護層が熱可塑性ポリイミド系樹
脂層54bのみによって形成され、この樹脂層54bが図17
で斜線で示したと同様にICのメモリーセル部90a、90
b、90c、90dのほぼ全域に亘って設けられていること
が特徴的である(その他の構成は、上述した実施例と同
様である)。
等については、次の通りとするのが望ましく、またその
材質(モールド樹脂18も)は上述の第1の実施例と同様
であるのがよい(但し、ガラス転移点は 210℃、誘電率
は 3.3としてよい)。 樹脂層54bの厚み (b)=30〜50μm セル部端から樹脂層54bの端までの間隔e= 100〜500
μm
転移点を 210℃に設定する理由は、リードフレームをI
Cチップ表面に熱圧着するときの温度を 400℃以下、及
びワイヤボンディング温度を 200℃に設定するためであ
る。ガラス転移点+(100〜150 ℃)がリードフレームを
ICチップ表面に熱圧着できる温度であるが、リードフ
レームを 400℃以上で熱圧着した場合に、リードフレー
ムの酸化、ICチップの素子への熱衝撃及び熱応力が加
わることを抑えるためである。ワイヤボンディング温度
200℃は、量産時にボンディング可能な温度であり、ガ
ラス転移点を 200℃以上に設定しない場合、熱可塑性ポ
リイミドの粘性効果がリードボンディング時に影響を及
ぼすためである。
部分のサイズは、具体的には下記の表−4に示す通りに
設定することができる。
ての熱可塑性ポリイミド系樹脂層54b上にリードフレー
ム11を直接マウント圧着している構造であるため、上述
した第1の実施例で述べた (1)〜(4) の効果を得ること
ができる。しかも、上記間隔e(図17参照)を保持すべ
くボンディングパッド周辺の樹脂層54bを直線状にエッ
チング除去することによって、ICチップの反りを 100
μm以下にできる。但し、バスバーのコーナー部直下で
のチップ表面上の引張応力は 2.90Kg/mm2であり、従来
例に比べて約30%低下した。
ド系樹脂層54bをセル部のほぼ全域に亘って厚さ30μm
以上に設けているので、セル部は既述したα線から遮蔽
される。従って、本実施例による構造は、モールド樹脂
18中のフィラー(SiO2 等)やリードフレームからの
放射α線を効果的に遮蔽し、メモリーセル部のソフトエ
ラーを防止することができる。
の主要工程について説明すると、まず図29のように、半
導体回路が形成されているパッシベーション膜13上にレ
ジスト101 を塗布し、これを露光マスク(図示せず)を
用いて選択的に紫外線照射し、未露光部分(ボンディン
グパッド上)を除去した。
にしてSi3 N4 層13Aを選択的に除去した後、図31の
ように熱可塑性ポリイミド系樹脂54B’をコートし、ホ
ットプレート上に2分間、 125℃でプリペーグを実施し
た。
後、図33のように、紫外線ステッパを用いて 250mJ/cm
で露光後にスクライブライン及びボンディングパッドの
部分を現像処理(エッチング)し、樹脂層54bを形成し
た。
×60分)を行った。そして、図34のように、CF4 +O
2 プラズマ72によってパッド1上のパッシベーション膜
を除去した。
ンナーリード(42アロイ製)を 350℃×4Kgで熱圧着
後、ワイヤ(99.99%ゴールド)でワイヤボンディングを
行った後、熱硬化性モールドレジンにて射出成形し、 1
75℃×5hrで熱硬化(キュアー)を実施した。得られた
パッケージは、 600(幅)× 875(長さ)× 106(高
さ)milのSOJ34ピンタイプであった。
について、以下に述べる種々の評価を行った。
hr放置後のIRリフロー(Max 245℃)の結果は以下の
通りであった。パッケージクラックの問題はなかった。
これは、熱可塑性ポリイミド系樹脂の吸水率を 1.0%以
下に設定したためである。
度サイクルテストの結果は以下の通りであった。パッケ
ージクラックの問題はなかった。
層54bの厚みを30〜50μmとしたことにより、図35に示
すように、4M DRAMのASER(Accelerated So
ft Error Rate)等のα線によるソフトエラーは著しく減
少した。これに反し、同樹脂層の膜厚が20μm以下で
は、ソフトエラーが大きくなった。
レーム11をICチップ表面上の樹脂層54b表面に熱圧着
すると、リードフレーム11が約10μmの深さだけ樹脂層
54b中に沈み込む。このため、熱可塑性ポリイミド系樹
脂層54bの厚みを30μm以上に設定しない場合、ASE
Rの問題が発生し易くなる。
rated Soft Error Rate)不良防止のため、ICチップの
セル部上に20μm以上(マウント前は30μm以上)のコ
ート材が必要である。従来の構造(図41)では、チップ
のセル部上には10μm厚のコート材(ポリイミド層)14
しか塗布されていないので、ASER対策として、モー
ルド封止材に含まれているシリカのウラン及びトリウム
量を1ppb 以下に抑える処理を実施している(通常のモ
ールド封止材に含まれているシリカのウラン及びトリウ
ム量は約100ppb)。これが原因でモールド封止材の価格
は通常の2倍と高い値になっているが、本実施例は、セ
ル部に30μm厚の熱可塑性ポリイミド54bを塗布してい
るため、ASER不良の心配はなく、かつ、通常の封止
材(ウラン及びトリウム量100ppb)を使用できることに
より、その価格を1/2にすることが可能となった。
のリードフレームを用いる場合、寄生容量の問題(Bit-
line to lead frame Capacitance)を1pf以下に抑える
ためにも、図36に示すように、熱可塑性ポリイミド系樹
脂層54bの厚みは30μm以上必要である。リードフレー
ム圧着後では20μm以上必要であることが分かった。
て求めた。 C=4πε0 ε/ln(4t2) 但し、t :ポリイミド厚 ε :ポリイミド誘電率(3.3) ε0 :真空誘電率 C :キャパシタンス
性ポリイミド系樹脂層54bの厚みを50μmより大きく
(キュアー前は約80μm以上)した場合、エッチング時
間が約5分以上かかるため、量産に適さない。本実施例
では、同厚みを50μm以下としたため、エッチング時間
が短くなる。また、本実施例によるパッケージには、従
来のような両面接着テープ(絶縁テープ)を用いない
で、直接リードフレームをマウント圧着しているので、
リードフレームのマウント作業性が向上すると共に、リ
ードフレームの価格は現在のものに比べ、1ユニット当
たり約1/7〜1/10へ大幅に減少した。
離試験法に基づき、図37に示すようにして、測定を実施
し、熱可塑性ポリイミド54b/熱硬化性ポリイミド54
a’の界面、及び熱可塑性ポリイミド54b/ナイトライ
ド(パッシベーション膜13)の界面の接着力をそれぞれ
求めた。但し、ISO規格に基づき、90°ピールされる
サンプルの幅を 2.5±0.05cmとした。結果を下記の表−
5に示す。
用し、接着力を測定したところ、熱可塑性ポリイミドと
熱硬化性ポリイミドの接着力は、熱可塑性ポリイミドと
ナイトライドとの接着力より弱いことが判明した。即
ち、2層構造(熱可塑性ポリイミド/熱硬化性ポリイミ
ド)よりも、本実施例による1層構造(熱可塑性ポリイ
ミド)を選択する方が、信頼性からみてより有利であ
る。
下記の範囲に入ることが分かる。熱可塑性ポリイミド/
熱硬化性ポリイミドの界面の接着力: 100〜500g/cm熱
可塑性ポリイミド/ナイトライドの界面の接着力: 400
〜1500g/cm
さを10μmとした場合の結果である。ピールされるサン
プル(特に熱可塑性ポリイミド)の厚さを変化させた場
合の接着力を弾性力学的解析により推定した結果は、下
記の通りになる。
Wa 但し、P :接着力(g/cm) θ :ピール角度(度) E :ピールされるサンプルの弾性率(dyn/cm2) Wa:接着仕事(erg/cm2) Cs:熱可塑性ポリイミドの厚み(cm) ここで、θ=90°より、 P+(P2 /2CsE)=Wa
ると、下記の表−6のようになる。
C構造に本発明を適用した第4の実施例を示すものであ
る。
プ10上にボンディングパッド121 及び131 を左右に一列
ずつ配置し、各列のパッドの両側にそれぞれ信号線124
、125 とバスバー122 、123 を設けたものである。そ
して、ボンディングワイヤWによる接続は、各パッド列
において、一方側では信号線と、他方側ではバスバーと
行っている(その他の構成は、基本的には上述した実施
例と同様である)。
ヤがバスバー上を跨ぐことはなく、信号線−バスバー間
のショートを一層回避できるリードフレーム141 になっ
ている。従って、ワイヤWの高さを大きくする必要はな
く、樹脂モールドされたパッケージの薄型化に有利であ
る。
に適用した第5の実施例を示すものである。
(Quad Flat Package)において、LOC構造として
リードフレームのICチップマウント部152 が上述した
熱可塑性ポリイミド系樹脂層54bを介してICチップ10
上に熱圧着され、ICチップ10の周辺のボンディングパ
ッド161 がワイヤ150 、151 によってインナーリード部
153 、154 にワイヤボンディングされ、更に全体がモー
ルド樹脂158 で封止されている。その他、樹脂層54b下
の膜構造等は上述した実施例で述べたものと同様であっ
てよい。
付きの絶縁テープを用いないで熱可塑性ポリイミド系樹
脂層54bによってリードフレームをICチップ上にマウ
ント圧着しているので、上述した実施例で述べたと同様
の効果が得られる。
チップの周辺部とインナーリード部との間で行っている
ので、図39中に示したように、リードフレームのマウン
ト部152 上に固定したICチップ10とインナーリード部
とをワイヤボンディングする場合に生じがちであるチッ
プに対するワイヤの接触(ショート)を防止することが
できる。
は本発明の技術的思想に基いて更に変形が可能である。
示したように、リードフレームマウント領域とそれ以外
の領域とで熱硬化性樹脂層54aの厚みに差を設けたが、
ほぼ全域で同一の厚み(a)に設けることができる。こ
の場合はα線によるソフトエラーの防止効果が向上す
る。これは、リードフレームマウント領域以外での樹脂
層54aの厚み(c)を一層大きくすることによっても、
同様である。また、両樹脂に加え、必要に応じて第3の
樹脂層を積層する等、積層数を増やすこともできる。
えば図3の構造においてほぼ全域に設けてもよい。その
材質についても、ポリイミド系樹脂を用いたが、それ以
外の樹脂、例えばポリエステル樹脂、ポリエーテルアミ
ドイミド樹脂を用いることもできる(熱硬化性樹脂も同
様)。モールド樹脂も多官能エポキシ樹脂以外、例えば
オルソクレゾールノボラック系エポキシ樹脂、ビフェニ
ル系樹脂、ナフタレン系樹脂も使用可能である他、パッ
ケージを構成する各部の材質等は種々に変更可能であ
る。
SOJタイプ等、いずれのものにも本発明は適用してよ
い。更に、本発明は、DRAM(16メガ、64メガ等)だ
けでなく、その他の種々のデバイスにも適用可能であ
る。
ームの主要部分が第2の保護膜の少なくとも一部をなす
熱可塑性樹脂層を介して固着されているので、リードフ
レームのマウントに必要な接着層の厚みを小さくするこ
とができ、これによって、マウント圧着後及び温度サイ
クル中に発生する熱応力によるメタル断線を防止できる
と共に、IRリフロー時に発生しがちなパッケージクラ
ックを減少させ、パッケージバランスがとり易く(パッ
ケージ・ワーページの減少)、また、コストダウンも図
ることができる。
パッケージの断面図である。
II−II線断面図)である。
III−III 線断面図)である。
線に対応する一部分の断面図である。
である。
面図である。
面図である。
面図である。
面図である。
面図である。
面図である。
面図である。
す断面図である。
パッケージの主要部分の概略平面図である。
である。
面図である。
面図である。
面図である。
面図である。
面図である。
す断面図である。
パッケージの主要部分の概略平面図である。
である。
面図である。
面図である。
面図である。
面図である。
す断面図である。
フとパッケージ主要部分の拡大断面図である。
の断面図である。
パッケージのリードフレームの平面図である。
断面図である。
視図である。
線断面図)である。
である。
面図である。
面図である。
す断面図である。
XXXXVI−XXXXVI線断面図)である。
分の拡大断面図である。
図である。
Claims (15)
- 【請求項1】 半導体チップの保護膜上に第2の保護膜
が設けられ、この第2の保護膜上にリードフレームが固
定され、このリードフレームが前記半導体チップの回路
に電気的に接続されている半導体装置であって、前記リ
ードフレームの主要部分が、前記第2の保護膜の少なく
とも一部をなす熱可塑性樹脂層を介して前記第2の保護
膜上に固着されている半導体装置。 - 【請求項2】 第2の保護膜が、下層をなす熱硬化性ポ
リイミド系樹脂層と、上層をなす熱可塑性ポリイミド系
樹脂層との積層体からなる、請求項1に記載した半導体
装置。 - 【請求項3】 請求項2の積層体において、リードフレ
ームを固着する領域では熱可塑性ポリイミド系樹脂層と
熱硬化性ポリイミド系樹脂層とがほぼ同一パターンに形
成されていて、前記熱可塑性ポリイミド系樹脂層の厚み
が15〜35μm、前記熱硬化性ポリイミド系樹脂層の厚み
が10〜30μmであり、かつ、前記リードフレームの非固
着領域では前記熱硬化性ポリイミド系樹脂層の厚みが5
〜15μmである、請求項2に記載した半導体装置。 - 【請求項4】 請求項2の積層体において、熱可塑性ポ
リイミド系樹脂層がリードフレームの非固着領域の熱硬
化性ポリイミド系樹脂層上にも設けられていて、前記熱
可塑性ポリイミド系樹脂層の厚みが15〜35μm、前記熱
硬化性ポリイミド系樹脂層の厚みが10〜30μmである、
請求項2に記載した半導体装置。 - 【請求項5】 少なくともリードフレーム固着領域での
積層体の全厚が35〜65μmである、請求項2〜4のいず
れか1項に記載した半導体装置。 - 【請求項6】 第2の保護膜が熱可塑性ポリイミド系樹
脂層のみからなる、請求項1に記載した半導体装置。 - 【請求項7】 熱可塑性ポリイミド系樹脂層の厚みが30
〜50μmである、請求項6に記載した半導体装置。 - 【請求項8】 熱可塑性ポリイミド系樹脂層がリードフ
レームの非固着領域上にも設けられている、請求項6又
は7に記載した半導体装置。 - 【請求項9】 リードフレーム固着領域での熱可塑性ポ
リイミド系樹脂層の端部が、前記リードフレームの端部
よりも 0.1〜0.15mmだけはみ出している、請求項1〜7
のいずれか1項に記載した半導体装置。 - 【請求項10】 半導体チップのボンディングパッドの側
において、前記半導体チップのセル部の端と熱可塑性樹
脂層の端との間隔が 100〜500 μmである、請求項1〜
9のいずれか1項に記載した半導体装置。 - 【請求項11】 ボンディングパッドの領域には熱硬化性
樹脂層及び/又は熱可塑性樹脂層が存在している、請求
項1〜10のいずれか1項に記載した半導体装置。 - 【請求項12】 ボンディングパッドとリードフレームと
がワイヤボンディングされ、全体がモールド樹脂で封止
されている、請求項1〜11のいずれか1項かに記載した
半導体装置。 - 【請求項13】 リードフレームが信号線用のリードフレ
ーム部と電源線用のリードフレーム部とからなる、請求
項1〜12のいずれか1項に記載した半導体装置。 - 【請求項14】 半導体チップの保護膜上に少なくとも熱
可塑性樹脂を塗布し、この塗布された樹脂をパターニン
グし、硬化処理した後、前記熱可塑性樹脂層上にリード
フレームを固着する、請求項1〜13のいずれか1項に記
載した半導体装置の製造方法。 - 【請求項15】 リードフレームの固着後に、半導体チッ
プのボンディングパッドと前記リードフレームとをワイ
ヤボンディングし、更に全体をモールド樹脂で封止す
る、請求項14に記載した製造方法。
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