JPH09232475A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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- JPH09232475A JPH09232475A JP8035154A JP3515496A JPH09232475A JP H09232475 A JPH09232475 A JP H09232475A JP 8035154 A JP8035154 A JP 8035154A JP 3515496 A JP3515496 A JP 3515496A JP H09232475 A JPH09232475 A JP H09232475A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】薄型半導体装置はそりが発生しやすく、基板へ
の実装歩留りが悪く、さらに熱応力に対して弱く信頼性
の面で劣っていた。 【解決手段】半導体素子を樹脂で封止してなる樹脂封止
半導体装置において、半導体素子を搭載したリードフレ
ームの裏側に金属箔が接着剤を介して接着されていると
共に、半導体素子側の封止樹脂外部表面に金属箔を固着
することにより、そりのない半導体装置の供給が可能と
なり、さらにそりがないことや半導体装置の上下外表面
に位置する金属箔の効果により、放熱性に優れ、吸湿の
影響が少なく、熱応力にも耐える信頼性の高い半導体装
置が得られる。
の実装歩留りが悪く、さらに熱応力に対して弱く信頼性
の面で劣っていた。 【解決手段】半導体素子を樹脂で封止してなる樹脂封止
半導体装置において、半導体素子を搭載したリードフレ
ームの裏側に金属箔が接着剤を介して接着されていると
共に、半導体素子側の封止樹脂外部表面に金属箔を固着
することにより、そりのない半導体装置の供給が可能と
なり、さらにそりがないことや半導体装置の上下外表面
に位置する金属箔の効果により、放熱性に優れ、吸湿の
影響が少なく、熱応力にも耐える信頼性の高い半導体装
置が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体素子を樹脂で
封止してなる半導体装置であって、放熱性、半田耐熱性
に優れ、しかもそりが発生しない薄型・大型の半導体装
置及びその製造方法に関する。
封止してなる半導体装置であって、放熱性、半田耐熱性
に優れ、しかもそりが発生しない薄型・大型の半導体装
置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】トランジスター、ＩＣおよびＬＳＩ等の
半導体装置は、従来、セラミックパッケージ等により封
止され半導体装置化されていたが、コスト、量産性の観
点から、樹脂封止による半導体装置が主流になってい
る。この種の樹脂封止には、従来からエポキシ樹脂が使
用されており良好な成績を収めている。一方、半導体分
野の技術革新によって集積度の増大化と共に半導体素子
寸法の大型化が進んでいる反面、半導体装置の小型化、
薄型化の要請が強い。そのため、封止用の樹脂材料の占
める容積率が減少して封止樹脂部の厚みは薄くなってき
た結果、半導体装置はそりやすく、基板への半導体装置
の実装時に接続トラブルが発生しやすかった。特に１．
５ｍｍ以下の超薄型半導体装置ではそりは顕著に現れて
いた。さらに半導体装置が薄型・大型化するにつれ封止
樹脂に対しては、半導体封止樹脂の性能評価用の加速試
験である熱サイクル試験（ＴＣＴ）の際に発生する熱応
力に対しては従来以上に耐クラック性の向上が望まれて
いる。また、半導体装置の実装方法として表面実装が主
流となってきており、このため、半導体装置を吸湿した
状態で半田浸漬しても半導体装置にクラックや膨れが発
生しないという半田耐熱性も要求されているが、この場
合も従来以上の半田耐熱性が必要となっている。さらに
高集積化に伴い半導体素子に発生する熱は増加の傾向に
あり、作動時に発生した熱が半導体装置内部で蓄積され
半導体素子のジャンクション温度を越えるため機能不良
に陥ることがあった。
半導体装置は、従来、セラミックパッケージ等により封
止され半導体装置化されていたが、コスト、量産性の観
点から、樹脂封止による半導体装置が主流になってい
る。この種の樹脂封止には、従来からエポキシ樹脂が使
用されており良好な成績を収めている。一方、半導体分
野の技術革新によって集積度の増大化と共に半導体素子
寸法の大型化が進んでいる反面、半導体装置の小型化、
薄型化の要請が強い。そのため、封止用の樹脂材料の占
める容積率が減少して封止樹脂部の厚みは薄くなってき
た結果、半導体装置はそりやすく、基板への半導体装置
の実装時に接続トラブルが発生しやすかった。特に１．
５ｍｍ以下の超薄型半導体装置ではそりは顕著に現れて
いた。さらに半導体装置が薄型・大型化するにつれ封止
樹脂に対しては、半導体封止樹脂の性能評価用の加速試
験である熱サイクル試験（ＴＣＴ）の際に発生する熱応
力に対しては従来以上に耐クラック性の向上が望まれて
いる。また、半導体装置の実装方法として表面実装が主
流となってきており、このため、半導体装置を吸湿した
状態で半田浸漬しても半導体装置にクラックや膨れが発
生しないという半田耐熱性も要求されているが、この場
合も従来以上の半田耐熱性が必要となっている。さらに
高集積化に伴い半導体素子に発生する熱は増加の傾向に
あり、作動時に発生した熱が半導体装置内部で蓄積され
半導体素子のジャンクション温度を越えるため機能不良
に陥ることがあった。
【０００３】これらの課題に対して、従来から、ＴＣＴ
で評価される各特性の向上のために半導体封止樹脂とし
て、シリコーン化合物でエポキシ樹脂を変性したりゴム
微粒子を添加して熱応力を低減させる事が検討されてい
る。また、半田浸漬時の耐クラック性の向上のためにリ
ードフレームと封止樹脂との密着性の向上や低吸湿性封
止樹脂の選択等も検討されてきたが、その効果はいまだ
充分でない。また、前記樹脂封止型半導体装置において
は、封止樹脂の熱伝導率が極めて低いため、特開平５−
１９８７０１のように、半導体素子を固定しているダイ
パッドに金属箔を積層させて、この金属箔により放熱を
図ることが提案されている。しかしこの場合は、半導体
装置の厚み方向での構成材料のアンバランスからそりが
発生するという欠点がある。また特開昭６３−１８７６
５２では半導体装置の片面または両面に金属箔を貼り合
わせることが開示されている。この方法では貼り合わせ
の接着剤層は一般に吸湿性が大きく半田耐熱性への向上
効果が低減される。また近年多用されてきている薄型半
導体装置では半導体装置のそりが発生する恐れがある。
で評価される各特性の向上のために半導体封止樹脂とし
て、シリコーン化合物でエポキシ樹脂を変性したりゴム
微粒子を添加して熱応力を低減させる事が検討されてい
る。また、半田浸漬時の耐クラック性の向上のためにリ
ードフレームと封止樹脂との密着性の向上や低吸湿性封
止樹脂の選択等も検討されてきたが、その効果はいまだ
充分でない。また、前記樹脂封止型半導体装置において
は、封止樹脂の熱伝導率が極めて低いため、特開平５−
１９８７０１のように、半導体素子を固定しているダイ
パッドに金属箔を積層させて、この金属箔により放熱を
図ることが提案されている。しかしこの場合は、半導体
装置の厚み方向での構成材料のアンバランスからそりが
発生するという欠点がある。また特開昭６３−１８７６
５２では半導体装置の片面または両面に金属箔を貼り合
わせることが開示されている。この方法では貼り合わせ
の接着剤層は一般に吸湿性が大きく半田耐熱性への向上
効果が低減される。また近年多用されてきている薄型半
導体装置では半導体装置のそりが発生する恐れがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、半導
体装置が１．５ｍｍ以下と薄型化しても、耐湿性、半田
浸漬時の半田耐熱性、および耐熱応力性にすぐれ、かつ
高放熱性であり、そりの発生のない半導体装置を提供す
ることを課題としている。
体装置が１．５ｍｍ以下と薄型化しても、耐湿性、半田
浸漬時の半田耐熱性、および耐熱応力性にすぐれ、かつ
高放熱性であり、そりの発生のない半導体装置を提供す
ることを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明の半導体装置
は、図１に例示したように、半導体素子７を搭載したリ
ードフレーム８の裏側に金属箔３が接着剤４を介して接
着されており、またさらに半導体素子側の封止樹脂外部
表面に固体識別機能を有する有機層６を有する金属箔５
が固着されている。本発明で用いられるリードフレーム
は線膨張係数が０．４〜０．８×１０-5／℃の鉄−ニッ
ケル合金か、線膨張係数が１．６〜１．８×１０-5／℃
の銅合金が用いられ、一般的には０．１２〜０．２５μ
ｍの厚みのものが用いられるが、半導体素子７を固定す
るダイパッド部を除去し、リードフレーム裏側に接着さ
れる金属箔に直接半導体素子を固定して使用するケース
も本発明の範囲に含まれる。リードフレームの裏側に接
着される金属箔は線膨張係数が０．４〜２．７×１０-
５／℃である金属箔が使用される。この時使用される金
属箔は薄型半導体装置を構成させるために１〜１００μ
ｍ、好ましくは１０〜５０μｍの厚みのものが用いられ
る。１μ未満の場合には変形しやすく取扱が困難であ
り、また１００μｍを越えると半導体装置全体の薄型化
の妨げとなるので好ましくない。この際使用される金属
箔としては銅合金、鉄−ニッケル合金、アルミニウムな
どがあげられる。 また特に熱放散性を向上させるため
には、金属箔３として例えば０．９４×１０-4（cal/cm
・sec・℃）程度の熱伝導率を有する銅系合金が望まし
い。
は、図１に例示したように、半導体素子７を搭載したリ
ードフレーム８の裏側に金属箔３が接着剤４を介して接
着されており、またさらに半導体素子側の封止樹脂外部
表面に固体識別機能を有する有機層６を有する金属箔５
が固着されている。本発明で用いられるリードフレーム
は線膨張係数が０．４〜０．８×１０-5／℃の鉄−ニッ
ケル合金か、線膨張係数が１．６〜１．８×１０-5／℃
の銅合金が用いられ、一般的には０．１２〜０．２５μ
ｍの厚みのものが用いられるが、半導体素子７を固定す
るダイパッド部を除去し、リードフレーム裏側に接着さ
れる金属箔に直接半導体素子を固定して使用するケース
も本発明の範囲に含まれる。リードフレームの裏側に接
着される金属箔は線膨張係数が０．４〜２．７×１０-
５／℃である金属箔が使用される。この時使用される金
属箔は薄型半導体装置を構成させるために１〜１００μ
ｍ、好ましくは１０〜５０μｍの厚みのものが用いられ
る。１μ未満の場合には変形しやすく取扱が困難であ
り、また１００μｍを越えると半導体装置全体の薄型化
の妨げとなるので好ましくない。この際使用される金属
箔としては銅合金、鉄−ニッケル合金、アルミニウムな
どがあげられる。 また特に熱放散性を向上させるため
には、金属箔３として例えば０．９４×１０-4（cal/cm
・sec・℃）程度の熱伝導率を有する銅系合金が望まし
い。
【０００６】一方半導体素子側には、厚みが約０．３μ
ｍの半導体素子を封止する封止樹脂１０が存在し、さら
のその外表面に半導体装置のそりを防止し、且つ半田耐
熱性や、冷熱サイクル性に好影響を与える 金属箔５が
存在する。またこの金属箔表面には有機層６が形成され
ていて、この有機層を利用して固体識別情報を記録する
こともできる。但しこの有機層は必須ではなく、磁力や
吸着等の手段により金型キャビテイ面に仮固定して用い
る場合は図２に示す構造の半導体装置が得られる。一般
的にはこの形の半導体装置はリードフレームが鉄−ニッ
ケル合金の場合は半導体素子側を凹にして、また銅合金
の場合には半導体素子側を凸にしてそる傾向がある。そ
の原因は成形温度（通常１７５℃）から常温に戻る過程
で、半導体装置を構成する部材の線膨張係数が異なるか
らである。本発明者等はその現象を詳細に検討した結
果、線膨張係数の異なる金属箔をリードフレームの材質
に応じ適宜選択し、さらにその剛性を金属箔の厚みを変
えることで半導体装置のそりを抑えることが出来ること
を見いだした。即ちリードフレームとして鉄−ニッケル
合金を使用した場合にはリードフレーム裏側に位置する
金属箔は、線膨張係数が０．４〜２．７×１０-5／℃の
金属箔が使用出来、この時半導体素子側に設置する金属
箔は線膨張係数が０．４〜０．８×１０-5／℃の金属箔
をリードフレーム裏側に位置する金属箔の厚みの２〜１
０倍の厚みにすると半導体装置のそりを防ぐことができ
る。一方リードフレームとして銅合金を用いた場合に
は、リードフレーム裏側に位置する金属箔は線膨張係数
が０．４〜１．８×１０-5／℃の金属箔が使用出来、こ
の時半導体素子側に設置する金属箔は線膨張係数が１．
６〜２．７×１０-5／℃金属箔をリードフレーム裏側に
位置する金属箔の厚みの０．５〜３倍の厚みにすると半
導体装置のそりを防ぐことができる。この理由は詳細に
は解明されていないが、本発明で使用し得る、熱硬化性
樹脂を用いた封止樹脂１０の２０〜１７５℃の平均線膨
張係数は１．０〜２．４×１０-5／℃、曲げ弾性率は１
０００〜２０００ｋｇ／ｍｍ2であること、さらにリー
ドフレーム上の封止樹脂層の厚みが０．４〜１．１ｍｍ
と薄いため、リードフレームと封止樹脂間に発生する線
膨張係数差に基づく応力を半導体素子側に設置する金属
箔５により、逆方向の応力を与えてそりを防止している
ものと思われる。
ｍの半導体素子を封止する封止樹脂１０が存在し、さら
のその外表面に半導体装置のそりを防止し、且つ半田耐
熱性や、冷熱サイクル性に好影響を与える 金属箔５が
存在する。またこの金属箔表面には有機層６が形成され
ていて、この有機層を利用して固体識別情報を記録する
こともできる。但しこの有機層は必須ではなく、磁力や
吸着等の手段により金型キャビテイ面に仮固定して用い
る場合は図２に示す構造の半導体装置が得られる。一般
的にはこの形の半導体装置はリードフレームが鉄−ニッ
ケル合金の場合は半導体素子側を凹にして、また銅合金
の場合には半導体素子側を凸にしてそる傾向がある。そ
の原因は成形温度（通常１７５℃）から常温に戻る過程
で、半導体装置を構成する部材の線膨張係数が異なるか
らである。本発明者等はその現象を詳細に検討した結
果、線膨張係数の異なる金属箔をリードフレームの材質
に応じ適宜選択し、さらにその剛性を金属箔の厚みを変
えることで半導体装置のそりを抑えることが出来ること
を見いだした。即ちリードフレームとして鉄−ニッケル
合金を使用した場合にはリードフレーム裏側に位置する
金属箔は、線膨張係数が０．４〜２．７×１０-5／℃の
金属箔が使用出来、この時半導体素子側に設置する金属
箔は線膨張係数が０．４〜０．８×１０-5／℃の金属箔
をリードフレーム裏側に位置する金属箔の厚みの２〜１
０倍の厚みにすると半導体装置のそりを防ぐことができ
る。一方リードフレームとして銅合金を用いた場合に
は、リードフレーム裏側に位置する金属箔は線膨張係数
が０．４〜１．８×１０-5／℃の金属箔が使用出来、こ
の時半導体素子側に設置する金属箔は線膨張係数が１．
６〜２．７×１０-5／℃金属箔をリードフレーム裏側に
位置する金属箔の厚みの０．５〜３倍の厚みにすると半
導体装置のそりを防ぐことができる。この理由は詳細に
は解明されていないが、本発明で使用し得る、熱硬化性
樹脂を用いた封止樹脂１０の２０〜１７５℃の平均線膨
張係数は１．０〜２．４×１０-5／℃、曲げ弾性率は１
０００〜２０００ｋｇ／ｍｍ2であること、さらにリー
ドフレーム上の封止樹脂層の厚みが０．４〜１．１ｍｍ
と薄いため、リードフレームと封止樹脂間に発生する線
膨張係数差に基づく応力を半導体素子側に設置する金属
箔５により、逆方向の応力を与えてそりを防止している
ものと思われる。
【０００７】ここで半導体素子を封止する樹脂として
は、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、
メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート
樹脂、ポリフェニレンサルファイドなどの熱硬化性樹脂
があげられるが、これらの中では樹脂封止型半導体装置
の信頼性の点から見て特にエポキシ樹脂を用いるのが好
ましい。その場合、エポキシ樹脂には、 硬化剤、硬化
促進剤、充填材等の従来公知の 添加剤が配合され、エ
ポキシ樹脂組成物として使用される。 エポキシ樹脂組
成物を用いての半導体素子の封止方法は特に限定するも
のではなく、通常のトランスファー成形等の公知のモー
ルド方法によって行うことができる。
は、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、
メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート
樹脂、ポリフェニレンサルファイドなどの熱硬化性樹脂
があげられるが、これらの中では樹脂封止型半導体装置
の信頼性の点から見て特にエポキシ樹脂を用いるのが好
ましい。その場合、エポキシ樹脂には、 硬化剤、硬化
促進剤、充填材等の従来公知の 添加剤が配合され、エ
ポキシ樹脂組成物として使用される。 エポキシ樹脂組
成物を用いての半導体素子の封止方法は特に限定するも
のではなく、通常のトランスファー成形等の公知のモー
ルド方法によって行うことができる。
【０００８】本発明の半導体装置の製造方法は、半導体
素子７を封止する樹脂１０を金型を用いて成形加工する
方法において、金型の上部キャビテイ面に金属箔５を仮
固定し、金型の下部キャビテイ面には接着剤４付き金属
箔３を接着剤側を上にして装着し、リードフレーム８を
セットした後金型を型締めすることにより金属箔をリー
ドフレームに接着させ次いで樹脂を注入、成形すること
を特徴としている。半導体素子側に用いられる金属箔５
の表面に予め形成された有機層６を有する場合は、図１
に示すように、成形後には有機層が半導体装置一方側の
外表面を形成し、且つ金属箔５は有機層の下側に陥没し
て固着した半導体装置が得られる。この場合は金属箔を
金型表面に、吸着法または有機層に仮固定機能を持たせ
仮固定させてから成形する方法が用いられる。また有機
層を持たない金属箔を使用した場合は、図２に示したよ
うに金属箔が半導体装置の一方の外表面を形成している
半導体装置が得られる。この場合は金属箔には吸着法等
によって金型表面に仮固定してから成形する方法が用い
られる。
素子７を封止する樹脂１０を金型を用いて成形加工する
方法において、金型の上部キャビテイ面に金属箔５を仮
固定し、金型の下部キャビテイ面には接着剤４付き金属
箔３を接着剤側を上にして装着し、リードフレーム８を
セットした後金型を型締めすることにより金属箔をリー
ドフレームに接着させ次いで樹脂を注入、成形すること
を特徴としている。半導体素子側に用いられる金属箔５
の表面に予め形成された有機層６を有する場合は、図１
に示すように、成形後には有機層が半導体装置一方側の
外表面を形成し、且つ金属箔５は有機層の下側に陥没し
て固着した半導体装置が得られる。この場合は金属箔を
金型表面に、吸着法または有機層に仮固定機能を持たせ
仮固定させてから成形する方法が用いられる。また有機
層を持たない金属箔を使用した場合は、図２に示したよ
うに金属箔が半導体装置の一方の外表面を形成している
半導体装置が得られる。この場合は金属箔には吸着法等
によって金型表面に仮固定してから成形する方法が用い
られる。
【０００９】一方リードフレーム８の裏側に形成される
金属箔３は接着剤４を介してリードフレームと接着され
るが、予め金属箔３とリードフレーム８を接着剤４で接
着させた、金属箔付きリードフレームを用意し、これに
半導体素子７を搭載させて使用してもよいし、または金
属箔３上に設けた接着剤を上にして金型下部成形面に装
着し、この上から半導体素子を搭載したリードフレーム
をセットした後金型を型締めすることにより金属箔をリ
ードフレームに接着する方法をとってもよい。この際使
用される接着剤４は、封止樹脂と相溶性に優れ、また、
１７５℃に熱せられた金型にて圧着される際に、リード
ピン間に十分流動することがリードピンとの密着性をあ
げる意味で重要で、そのためには接着剤の初期厚みが１
０〜２００μｍかつ軟化点が１５０℃以下である事が望
ましい。この時接着後は接着剤の厚みは１０〜５０μｍ
となり、流動した接着剤４はリードピン間に入り込み、
成形時に封止用樹脂が金型から流出することを防止する
ダムバー効果も生起する。併せて接着剤４は信頼性の面
から８５℃／８５％ＲＨでの飽和吸水率が０．１wt%以
下であることが望ましい。ここで用いられる接着剤とし
ては、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエ
ステル樹脂、ポリウレタン樹脂等を用いることができ
る。特にポリカルボジイミドを主成分とした材料は耐熱
性が有り吸水率も低いので好ましい。ポリカルボジイミ
ドとしては例えば下記構造式のものがあげられる。
金属箔３は接着剤４を介してリードフレームと接着され
るが、予め金属箔３とリードフレーム８を接着剤４で接
着させた、金属箔付きリードフレームを用意し、これに
半導体素子７を搭載させて使用してもよいし、または金
属箔３上に設けた接着剤を上にして金型下部成形面に装
着し、この上から半導体素子を搭載したリードフレーム
をセットした後金型を型締めすることにより金属箔をリ
ードフレームに接着する方法をとってもよい。この際使
用される接着剤４は、封止樹脂と相溶性に優れ、また、
１７５℃に熱せられた金型にて圧着される際に、リード
ピン間に十分流動することがリードピンとの密着性をあ
げる意味で重要で、そのためには接着剤の初期厚みが１
０〜２００μｍかつ軟化点が１５０℃以下である事が望
ましい。この時接着後は接着剤の厚みは１０〜５０μｍ
となり、流動した接着剤４はリードピン間に入り込み、
成形時に封止用樹脂が金型から流出することを防止する
ダムバー効果も生起する。併せて接着剤４は信頼性の面
から８５℃／８５％ＲＨでの飽和吸水率が０．１wt%以
下であることが望ましい。ここで用いられる接着剤とし
ては、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエ
ステル樹脂、ポリウレタン樹脂等を用いることができ
る。特にポリカルボジイミドを主成分とした材料は耐熱
性が有り吸水率も低いので好ましい。ポリカルボジイミ
ドとしては例えば下記構造式のものがあげられる。
【化１】 そして上記構造式のカルボジイミドを主成分として（好
ましくは接着剤成分の７０重量％以上）用い、副成分と
してエポキシ樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ゴム系樹
脂等を用いることができる。またシリカ等充填材を接着
剤に含有させてもよい。
ましくは接着剤成分の７０重量％以上）用い、副成分と
してエポキシ樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ゴム系樹
脂等を用いることができる。またシリカ等充填材を接着
剤に含有させてもよい。
【００１０】図３に本発明方法を経時的に示す。図３の
（A）に示すように、１７５℃前後に設定された開かれ
た金型１、２の上型キャビテイ面に有機層６を介して金
属箔５が仮固定され、下型キャビテイ面に接着剤４を有
する金属箔３がおかれる。この金属箔３、５の設置は真
空吸着、磁石等によって実施してもよいし、金属箔上に
設けられた有機層を仮固定剤として使用して設置しても
よい。次に図３の（B）に示すように、半導体素子７に
リードフレーム８を伴ったものが供給され、次に、図３
の（C）に示すように、金型１、２が閉ざされる。この
時金属箔の接着剤４が金型からの熱と金型の締め付け力
によりリードピン間、ダイパッドと金属箔間に流動す
る。次に、図３の（D）に示されたように設定された条
件にて封止樹脂１０が金型内に射出される。次に金型
１、２が開くと、半導体装置の一方の面には有機層が形
成され、該有機層の下側に金属箔５が埋没され、また他
方の面には金属箔３が露出した半導体装置が取り出され
る。
（A）に示すように、１７５℃前後に設定された開かれ
た金型１、２の上型キャビテイ面に有機層６を介して金
属箔５が仮固定され、下型キャビテイ面に接着剤４を有
する金属箔３がおかれる。この金属箔３、５の設置は真
空吸着、磁石等によって実施してもよいし、金属箔上に
設けられた有機層を仮固定剤として使用して設置しても
よい。次に図３の（B）に示すように、半導体素子７に
リードフレーム８を伴ったものが供給され、次に、図３
の（C）に示すように、金型１、２が閉ざされる。この
時金属箔の接着剤４が金型からの熱と金型の締め付け力
によりリードピン間、ダイパッドと金属箔間に流動す
る。次に、図３の（D）に示されたように設定された条
件にて封止樹脂１０が金型内に射出される。次に金型
１、２が開くと、半導体装置の一方の面には有機層が形
成され、該有機層の下側に金属箔５が埋没され、また他
方の面には金属箔３が露出した半導体装置が取り出され
る。
【００１１】半導体素子側の封止樹脂外部表面金属箔５
の有機層６は、熱接着性の接着剤により仮固定機能を付
与することが出来、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステ
ル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂等が用いられ
る。有機層の厚さは５〜１００μｍが好ましい。仮固定
用有機層はコントラスト付与のため顔料や充填材を配合
して用いることが出来、固体識別用記録層として機能す
ることができる。上記金属箔５による半導体装置の被覆
は、半導体装置の一方の表面積の５０％以上を被覆する
ことが好ましく、特に好ましくは８０％以上である。す
なわち、５０％以上被覆することにより、得られる半導
体装置のＴＣＴにおいての耐クラック性、および半田浸
漬時の耐クラック性が著しく向上する。
の有機層６は、熱接着性の接着剤により仮固定機能を付
与することが出来、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステ
ル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂等が用いられ
る。有機層の厚さは５〜１００μｍが好ましい。仮固定
用有機層はコントラスト付与のため顔料や充填材を配合
して用いることが出来、固体識別用記録層として機能す
ることができる。上記金属箔５による半導体装置の被覆
は、半導体装置の一方の表面積の５０％以上を被覆する
ことが好ましく、特に好ましくは８０％以上である。す
なわち、５０％以上被覆することにより、得られる半導
体装置のＴＣＴにおいての耐クラック性、および半田浸
漬時の耐クラック性が著しく向上する。
【００１２】本発明により得られた半導体装置は、以下
の特徴を有している。 １．通常の半導体装置に比較し、本発明の半導体装置は
リードフレーム上のみ封止材が存在するため半導体装置
の薄型化がはかれ、実装密度の大幅な向上が得られる。 ２．半導体素子側の封止樹脂外部表面及びリードフレー
ムの裏面にそれぞれ所定の金属箔を設けているため、封
止樹脂がリードフレーム上のみの構造であるにも関わら
ず半導体装置がそりにくい。これにより、マザーボード
等への実装が容易に行なえることとなる。またＴＣＴに
おいても応力による変形が少なく、高寿命化が図れる。 ３．本発明の半導体装置の構造は、リードフレーム裏面
に接着剤を介し封止樹脂に比較し熱伝導率が高い金属箔
を被覆しているため半導体素子の熱を半導体装置外部に
放出しやすい。この結果、半導体装置の放熱効率を高め
ることができる。 ４．本発明では、金属箔により半導体装置表面の大部分
を被覆しているため、吸湿しにくい。また、金属箔の強
度は封止樹脂に比較し高いため、半田浸漬時の半田耐熱
性に優れる。 ５．半導体装置表面を金属箔で大部分を覆っているの
で、成形後の金型からの離型性のトラブルが発生しにく
く、成形歩留りが高い。
の特徴を有している。 １．通常の半導体装置に比較し、本発明の半導体装置は
リードフレーム上のみ封止材が存在するため半導体装置
の薄型化がはかれ、実装密度の大幅な向上が得られる。 ２．半導体素子側の封止樹脂外部表面及びリードフレー
ムの裏面にそれぞれ所定の金属箔を設けているため、封
止樹脂がリードフレーム上のみの構造であるにも関わら
ず半導体装置がそりにくい。これにより、マザーボード
等への実装が容易に行なえることとなる。またＴＣＴに
おいても応力による変形が少なく、高寿命化が図れる。 ３．本発明の半導体装置の構造は、リードフレーム裏面
に接着剤を介し封止樹脂に比較し熱伝導率が高い金属箔
を被覆しているため半導体素子の熱を半導体装置外部に
放出しやすい。この結果、半導体装置の放熱効率を高め
ることができる。 ４．本発明では、金属箔により半導体装置表面の大部分
を被覆しているため、吸湿しにくい。また、金属箔の強
度は封止樹脂に比較し高いため、半田浸漬時の半田耐熱
性に優れる。 ５．半導体装置表面を金属箔で大部分を覆っているの
で、成形後の金型からの離型性のトラブルが発生しにく
く、成形歩留りが高い。
【００１３】次に、実施例について比較例とあわせて説
明する。なお、封止樹脂としては平均線膨張係数が２．
２×１０-5（１／℃）のエポキシ樹脂組成物を用い、半
導体素子をトランスファー成形（条件、１７５℃×２
分、１７５℃×５時間後硬化）する際この実験に用いた
ダイパッドサイズは８×８ｍｍ、チップサイズは７×７
×０．３ｍｍであり、得られた半導体装置は８０ピンＱ
ＦＰ（サイズ２０×１４ｍｍ）である。また試験方法は
次の測定方法によって測定したものである。 （１）ＴＣＴ −５０℃５分〜１５０℃５分のサイクルテストを行な
い、所定サイクル付加させた時の半導体装置のクラック
発生数で評価。 （２）半田耐熱性 ８５℃８５％相対湿度の恒温槽中に半導体装置を放置
し、吸湿させた後、２６０℃の半田溶融液に１０秒浸漬
し、半導体装置のクラック発生数で評価。 （３）熱抵抗 熱放散性を測定する半導体装置については、半導体素子
として上記と同一サイズで２Ｗの発熱が可能な抵抗素子
を使用し、上記と同様に成形し、試料を得た。素子の発
熱量は２Ｗ、冷却は空冷とし流速を変化させ実験を行っ
た。熱抵抗Rjaは以下の式により得た。 Ｒja=(Ｔj-Ｔa)／Ｑ ここで、Ｔj：ジャンクション温度、Ｔa：室温、Ｑ：素
子発熱量 （４）そり量 成形後の半導体装置を、接触式表面粗さ計により半導体
素子側とその反対側の半導体装置表面の各表面粗さを測
定し、その最大値と最小値との差を取りその差が大きい
方を当該半導体装置のそり量とした。プラス（＋）の値
は半導体素子側が凹状に、マイナス（−）の値は凸状に
半導体装置がそれぞれそっていることを意味しており、
本試験で使用した半導体装置の大きさの場合は、±３０
μｍ以内であれば、実用上問題のないそりであることが
確かめられている。
明する。なお、封止樹脂としては平均線膨張係数が２．
２×１０-5（１／℃）のエポキシ樹脂組成物を用い、半
導体素子をトランスファー成形（条件、１７５℃×２
分、１７５℃×５時間後硬化）する際この実験に用いた
ダイパッドサイズは８×８ｍｍ、チップサイズは７×７
×０．３ｍｍであり、得られた半導体装置は８０ピンＱ
ＦＰ（サイズ２０×１４ｍｍ）である。また試験方法は
次の測定方法によって測定したものである。 （１）ＴＣＴ −５０℃５分〜１５０℃５分のサイクルテストを行な
い、所定サイクル付加させた時の半導体装置のクラック
発生数で評価。 （２）半田耐熱性 ８５℃８５％相対湿度の恒温槽中に半導体装置を放置
し、吸湿させた後、２６０℃の半田溶融液に１０秒浸漬
し、半導体装置のクラック発生数で評価。 （３）熱抵抗 熱放散性を測定する半導体装置については、半導体素子
として上記と同一サイズで２Ｗの発熱が可能な抵抗素子
を使用し、上記と同様に成形し、試料を得た。素子の発
熱量は２Ｗ、冷却は空冷とし流速を変化させ実験を行っ
た。熱抵抗Rjaは以下の式により得た。 Ｒja=(Ｔj-Ｔa)／Ｑ ここで、Ｔj：ジャンクション温度、Ｔa：室温、Ｑ：素
子発熱量 （４）そり量 成形後の半導体装置を、接触式表面粗さ計により半導体
素子側とその反対側の半導体装置表面の各表面粗さを測
定し、その最大値と最小値との差を取りその差が大きい
方を当該半導体装置のそり量とした。プラス（＋）の値
は半導体素子側が凹状に、マイナス（−）の値は凸状に
半導体装置がそれぞれそっていることを意味しており、
本試験で使用した半導体装置の大きさの場合は、±３０
μｍ以内であれば、実用上問題のないそりであることが
確かめられている。
【００１４】
【実施例１】厚み３０μｍのアルミニウム合金箔（線膨
張係数２．６×１０-5／℃）上に、有機層として２０μ
ｍのエポキシ樹脂を使用し当該有機層が上金型キャビテ
イ面と接するように仮固定した。エポキシ樹脂のＴｇは
１００℃以下のため容易に金型に固定できた。また、前
記構造式で示されるフッ素含有ポリカルボジイミドを主
成分とする接着剤が５０μｍ塗られている厚さ１０μｍ
の銅合金箔（線膨張係数１．７×１０-5／℃）を下金型
キャビテイ面に設置し、ついで銅合金リードフレーム
（厚さ１２５μｍ、線膨張係数１．７×１０-5／℃）を
セットし金型の型締めを行った。この後、通常の手法で
樹脂を金型内に注入し、成形を行った。またアルミニウ
ム合金箔のサイズは１８×１２ｍｍ、銅合金箔は２０×
１４ｍｍで半導体装置両面に配置した。この半導体装置
の総厚みは１ｍｍである。得られた半導体装置のそり量
を測定後、ＴＣＴ、半田耐熱性テストを実施し、表１に
その結果を示した。実施例の半導体装置のそりは実装に
は支障を来さぬほど小さく、ＴＣＴ、半田耐熱性、熱抵
抗の面で明らかに優れた半導体装置が得られていること
が分る。なお、本実施例の成形はボイド、金線変形、半
導体素子変形等の不具合は全く発生せず高歩留まりで安
定したサンプルが得られた。半導体装置のそりも全くな
く、マザーボードへの実装も確実に行われた。
張係数２．６×１０-5／℃）上に、有機層として２０μ
ｍのエポキシ樹脂を使用し当該有機層が上金型キャビテ
イ面と接するように仮固定した。エポキシ樹脂のＴｇは
１００℃以下のため容易に金型に固定できた。また、前
記構造式で示されるフッ素含有ポリカルボジイミドを主
成分とする接着剤が５０μｍ塗られている厚さ１０μｍ
の銅合金箔（線膨張係数１．７×１０-5／℃）を下金型
キャビテイ面に設置し、ついで銅合金リードフレーム
（厚さ１２５μｍ、線膨張係数１．７×１０-5／℃）を
セットし金型の型締めを行った。この後、通常の手法で
樹脂を金型内に注入し、成形を行った。またアルミニウ
ム合金箔のサイズは１８×１２ｍｍ、銅合金箔は２０×
１４ｍｍで半導体装置両面に配置した。この半導体装置
の総厚みは１ｍｍである。得られた半導体装置のそり量
を測定後、ＴＣＴ、半田耐熱性テストを実施し、表１に
その結果を示した。実施例の半導体装置のそりは実装に
は支障を来さぬほど小さく、ＴＣＴ、半田耐熱性、熱抵
抗の面で明らかに優れた半導体装置が得られていること
が分る。なお、本実施例の成形はボイド、金線変形、半
導体素子変形等の不具合は全く発生せず高歩留まりで安
定したサンプルが得られた。半導体装置のそりも全くな
く、マザーボードへの実装も確実に行われた。
【００１５】
【実施例２】実施例１に於て、半導体素子側の金属箔と
して鉄−ニッケル合金箔（厚み５０μｍ、線膨張係数
０．４×１０-5／℃）を、リードフレームとして４２ア
ロイ（厚さ１２５μｍ、線膨張係数０．４×１０-5／
℃）、リードフレーム裏面の金属箔として銅金属箔（厚
さ２５μｍ、線膨張係数１．７×１０-5／℃）を用いる
以外は実施例１と同様に成形を行なって半導体装置を得
た。ここで得られた半導体装置の試験結果は表１に示し
たが実施例１同様良好な評価結果が得られた。
して鉄−ニッケル合金箔（厚み５０μｍ、線膨張係数
０．４×１０-5／℃）を、リードフレームとして４２ア
ロイ（厚さ１２５μｍ、線膨張係数０．４×１０-5／
℃）、リードフレーム裏面の金属箔として銅金属箔（厚
さ２５μｍ、線膨張係数１．７×１０-5／℃）を用いる
以外は実施例１と同様に成形を行なって半導体装置を得
た。ここで得られた半導体装置の試験結果は表１に示し
たが実施例１同様良好な評価結果が得られた。
【００１６】
【比較例１、２】表２に示すごとく半導体装置の構成材
料を選び、その他は実施例１と同じようにして半導体装
置を作成し、実施例１と同様の試験を行なった結果を表
１に示した。比較例１ではリードフレームとして銅を使
用しているが、この場合、半導体素子側金属箔を線膨張
係数が０．４×１０-５／℃の鉄−ニッケル金属箔とし
たため、半導体素子側に凸上のそりが発生し、そりの影
響でＴＣＴの結果も実施例に比べ悪くなっている。比較
例２では４２アロイリードフレームに対し、リードフレ
ーム裏側には４２アロイ箔、半導体素子側には線膨張計
数が２．６×１０-5／℃のアルミニウム箔としたため、
半導体素子側に凹状のそりが発生し、そのそりの影響で
ＴＣＴの結果も実施例に比べ悪くなっている。
料を選び、その他は実施例１と同じようにして半導体装
置を作成し、実施例１と同様の試験を行なった結果を表
１に示した。比較例１ではリードフレームとして銅を使
用しているが、この場合、半導体素子側金属箔を線膨張
係数が０．４×１０-５／℃の鉄−ニッケル金属箔とし
たため、半導体素子側に凸上のそりが発生し、そりの影
響でＴＣＴの結果も実施例に比べ悪くなっている。比較
例２では４２アロイリードフレームに対し、リードフレ
ーム裏側には４２アロイ箔、半導体素子側には線膨張計
数が２．６×１０-5／℃のアルミニウム箔としたため、
半導体素子側に凹状のそりが発生し、そのそりの影響で
ＴＣＴの結果も実施例に比べ悪くなっている。
【表１】
【表２】
【００１７】
【発明の効果】本発明の半導体装置は、素子を搭載した
リードフレームの裏面に金属箔を装着、さらに半導体素
子側の封止樹脂外部表面も金属箔を装着したことを特徴
としている。これらの構造形態により、半導体装置の薄
型化が容易に図れ、耐湿性、半田浸漬時の半田耐熱性、
および耐熱応力性にすぐれ、かつ高放熱性をもつ。半導
体装置のソリも金属箔の線膨張係数と厚みのコンビネー
ションにより低減でき、マザーボード実装を確実に行う
ことができる。
リードフレームの裏面に金属箔を装着、さらに半導体素
子側の封止樹脂外部表面も金属箔を装着したことを特徴
としている。これらの構造形態により、半導体装置の薄
型化が容易に図れ、耐湿性、半田浸漬時の半田耐熱性、
および耐熱応力性にすぐれ、かつ高放熱性をもつ。半導
体装置のソリも金属箔の線膨張係数と厚みのコンビネー
ションにより低減でき、マザーボード実装を確実に行う
ことができる。
【図１】本発明の素子封止型樹脂封止半導体装置の一構
造を示す断面図である。
造を示す断面図である。
【図２】は本発明の、他の構造例を示す断面図である。
【図３】は実施例１の半導体装置を製造する際の経時的
説明図である。 （Ａ）金属箔３を接着剤４を上にして下金型２にセット
すると共に、金属箔５を仮固定用有機層６により上金型
にセット。 （Ｂ）半導体素子を搭載したリードフレーム８をセッ
ト。 （Ｃ）金型を閉じ、リードフレーム８と金属箔３とを接
着剤４を介して接着。 （Ｄ）封止樹脂１０を注入して成形。
説明図である。 （Ａ）金属箔３を接着剤４を上にして下金型２にセット
すると共に、金属箔５を仮固定用有機層６により上金型
にセット。 （Ｂ）半導体素子を搭載したリードフレーム８をセッ
ト。 （Ｃ）金型を閉じ、リードフレーム８と金属箔３とを接
着剤４を介して接着。 （Ｄ）封止樹脂１０を注入して成形。
１ 上金型 ２ 下金型 ３ 金属箔 ４ 接着剤 ５ 金属箔 ６ 有機層 ７ 半導体素子 ８ リードフレーム ９ 金線 １０ 封止樹脂
Claims (8)
- 【請求項１】半導体素子を樹脂で封止してなる樹脂封止
半導体装置において、半導体素子を搭載したリードフレ
ームの裏側に金属箔が接着剤を介して接着されていると
共に、半導体素子側の封止樹脂外部表面に金属箔が固着
されていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】請求項１に記載の半導体装置において、リ
ードフレームとして鉄−ニッケルフレームを用い、リー
ドフレームの裏側には線膨張係数が０．４〜２．７×１
０-5／℃の金属箔が接着剤を介して接着されていると共
に、半導体素子側の封止樹脂外部表面に、線膨張係数が
０．４〜０．８×１０-5／℃で且つリードフレームの裏
側の金属箔の厚みの２〜１０倍である金属箔が固着され
ていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項３】請求項１に記載の半導体装置において、リ
ードフレームとして銅合金フレームを用い、リードフレ
ームの裏側には線膨張係数が０．４〜１．８×１０-5／
℃の金属箔が接着剤を介して接着されていると共に、半
導体素子側の封止樹脂外部表面に、線膨張係数が１．６
〜２．７×１０-5／℃で且つリードフレーム裏側の金属
箔の厚みの０．５〜３倍である金属箔が固着されている
ことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項４】半導体素子側の封止樹脂外部表面に固着さ
れる金属箔が、固体識別可能な有機層を最外層とし、当
該有機層の厚み分だけ陥没して固着されていることを特
徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置。 - 【請求項５】リードフレームとリードフレーム裏側に位
置する金属箔とを接着させる接着剤の主成分がポリカル
ボジイミドであることを特徴とする請求項１〜４のいず
れかに記載の半導体装置。 - 【請求項６】金型の上部キャビテイ面に金属箔を仮固定
し、金型の下部キャビテイ面には接着剤付き金属箔を接
着剤側を上にして装着し、リードフレームをセットした
後金型を型締めすることにより金属箔をリードフレーム
に接着した後、樹脂を注入、成形することを特徴とする
半導体装置の製造方法。 - 【請求項７】金型の上部キャビテイ面に金属箔を仮固定
する際に固体識別可能な有機層を有する金属箔を、有機
層を介してキャビテイ面に仮固定することを特徴とする
請求項６に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項８】リードフレームとリードフレーム裏側に位
置する金属箔とを接着させる接着剤として主成分がポリ
カルボジイミドを用いることを特徴とする請求項６、７
いずれかに記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8035154A JPH09232475A (ja) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | 半導体装置及びその製造方法 |
| PCT/JP1997/000473 WO1997031394A1 (fr) | 1996-02-22 | 1997-02-20 | Dispositif semi-conducteur et son procede de fabrication |
| US09/125,523 US6144108A (en) | 1996-02-22 | 1997-02-20 | Semiconductor device and method of fabricating the same |
| KR1019980706520A KR19990087129A (ko) | 1996-02-22 | 1997-02-20 | 반도체 장치 및 이의 제조방법 |
| CN97193631A CN1215501A (zh) | 1996-02-22 | 1997-02-20 | 半导体器件及其制作方法 |
| EP97903588A EP0883170A4 (en) | 1996-02-22 | 1997-02-20 | SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8035154A JPH09232475A (ja) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | 半導体装置及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09232475A true JPH09232475A (ja) | 1997-09-05 |
Family
ID=12433982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8035154A Pending JPH09232475A (ja) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | 半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6144108A (ja) |
| EP (1) | EP0883170A4 (ja) |
| JP (1) | JPH09232475A (ja) |
| KR (1) | KR19990087129A (ja) |
| CN (1) | CN1215501A (ja) |
| WO (1) | WO1997031394A1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100411812B1 (ko) * | 2001-04-02 | 2003-12-24 | 앰코 테크놀로지 코리아 주식회사 | 반도체패키지의 제조 방법 |
| JP2011199110A (ja) * | 2010-03-23 | 2011-10-06 | Mitsubishi Electric Corp | パワー半導体装置及びその製造方法 |
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