(57)【要約】【課題】温度変化に対する電気的な信頼性が向上した半導体装置を提供する。【解決手段】半導体チップ４とその外周側に配置されたリード２のインナーリード２ａとが金ワイヤ５により電気的に接続され、前記半導体チップ４と金属ワイヤ５とインナーリード２ａとが封止樹脂６により覆われて封止された半導体装置において、封止樹脂６内部に、金ワイヤ５とインナーリード２ａとの接続部８を囲んでいて、半導体チップ４の電極部４ａには達していない連続した空隙７を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップとその外周側に配置されたリードのインナーリード部分とが金属ワイヤにより電気的に接続され、前記半導体チップと金属ワイヤとインナーリード部分とが封止樹脂により覆われて封止された半導体装置において、
前記封止樹脂内部に、前記金属ワイヤとインナーリード部分との接続部を囲んでいて、前記半導体チップの電極部には達していない連続した空隙を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
空隙は、金属ワイヤとインナーリード部分における少なくとも前記金属ワイヤ側の面とに沿っていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
空隙に臨んだ金属ワイヤおよびインナーリード部分の表面に、封止樹脂との密着性を低下させる密着阻害物質が付着していることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項４】
インナーリード部分における金属ワイヤとの接続部の近傍に、密着阻害物質を含有した薄片が貼付されていることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
空隙は、インナーリード部分については少なくとも金属ワイヤとの接続部からリード内端まで延びていることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項６】
半導体チップとその外周側に配置したリードのインナーリード部分とを金属ワイヤにより接続する工程と、前記金属ワイヤからインナーリード部分にわたる所定領域に封止樹脂との密着性を低下させる密着阻害物質を塗布する工程と、前記半導体チップと金属ワイヤとインナーリード部分とを封止樹脂によりモールドして、前記密着阻害物質により生じる連続した空隙を内部に持つ封止樹脂部を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
半導体チップとその外周側に配置したリードのインナーリード部分とを金属ワイヤにより接続する工程と、前記インナーリード部分における前記金属ワイヤとの接続箇所の近傍に、当該金属ワイヤおよびインナーリード部分と封止樹脂との密着性を低下させる密着阻害物質を含有した薄片を貼付する工程と、前記半導体チップと金属ワイヤとインナーリード部分とを封止樹脂によりモールドして、前記薄片からの密着阻害物質により生じる連続した空隙を内部に持つ封止樹脂部を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップをリードフレームに金属ワイヤにより電気的に接続し樹脂にて封止した樹脂封止型の半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器の多機能化及び小型化の要求に伴い、半導体装置においても多機能化及び薄型化が進んでいる。そのなかで、半導体チップをリードフレームに接続してエポキシ樹脂等で樹脂封止した樹脂封止型の半導体装置は、信頼性が向上しており、従来のセラミックパッケージと比較しても低コストで量産性に優れているため、生産が増加している。
【０００３】
しかし樹脂封止型の半導体装置では、実装基板へのはんだ付け時に半導体パッケージに急激な温度変化がかかり、リードと封止樹脂との熱膨張・収縮の違いで生じる応力の影響によってリードと封止樹脂との界面に剥離が生じやすい。その際にリードと金属ワイヤとの接続部に破断が生じ、電気接続の信頼性が損なわれるため、電気的な信頼性の向上はますます強く要望されるようになっている。
【０００４】
図１０は従来の半導体装置の内、ＱＦＰパッケージ（Quad Flat Package）を示す。ダイパッド３上に半導体チップ４が搭載され、半導体チップ４の電極部４ａとダイパッド３の外周側に並んだリード２のインナーリード２ａとが金ワイヤ５により電気的に接続され、ダイパッド３と半導体チップ４と金ワイヤ５とインナーリード２ａとが封止樹脂６により覆われて封止されている。
【０００５】
そしてこの例では、インナーリード２ａと金ワイヤ５との接続部（接合部）８の破断を抑えるために、インナーリード２ａと金ワイヤ５の表面に酸化珪素膜１７が形成されている。酸化珪素膜１７は封止樹脂６との密着性が高いため、はんだ付け時の温度差によるインナーリード２ａと封止樹脂６との剥離発生を低下させることが可能である（特許文献１）。
【特許文献１】特開平４−３０９２５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のような半導体装置では、酸化珪素膜１７による密着性向上効果で、はんだ付け時の温度差によるインナーリード２ａと封止樹脂６との剥離は低減されるものの、水分を吸収した状態で熱衝撃条件下にさらすと部分的な剥離が発生し、さらには剥離が成長してインナーリード２ａと金ワイヤ５との接続部８が破断することがあるという問題があった。
【０００７】
上記問題に鑑み、本発明の目的は、急激な温度変化に起因するインナーリードと金属ワイヤとの接続部の破断をより効果的に防止できる半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の半導体装置は、半導体チップとその外周側に配置されたリードのインナーリード部分とが金属ワイヤにより電気的に接続され、前記半導体チップと金属ワイヤとインナーリード部分とが封止樹脂により覆われて封止された半導体装置において、前記封止樹脂内部に、前記金属ワイヤとインナーリード部分との接続部を囲んでいて、前記半導体チップの電極部には達していない連続した空隙を有することを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、急激な温度変化の際のインナーリード部分と封止樹脂との熱膨張収縮差を空隙で吸収することができ、かつ空隙は封止樹脂内に留まっていることから水分の浸入も抑えられるため、金属ワイヤとインナーリード部分との接続部の剥離、破断を防止することができる。
【００１０】
空隙は、金属ワイヤとインナーリード部分における少なくとも前記金属ワイヤ側の面とに沿っていることを特徴とする。空隙は、インナーリード部分については少なくとも金属ワイヤとの接続部からリード内端まで延びていることを特徴とする。
【００１１】
空隙に臨んだ金属ワイヤおよびインナーリード部分の表面に、封止樹脂との密着性を低下させる密着阻害物質が付着していることを特徴とする。密着阻害物質により空隙が形成されるからである。密着阻害物質は、封止樹脂として用いるフェノール系あるいはポリイミド系の樹脂を構成する有機複合物質や有機酸である。インナーリード部分における金属ワイヤとの接続部の近傍に、密着阻害物質を含有した薄片が貼付されていると、熱により密着阻害物質が揮発して付着する結果となっている。
【００１２】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体チップとその外周側に配置したリードのインナーリード部分とを金属ワイヤにより接続する工程と、前記金属ワイヤからインナーリード部分にわたる所定領域に封止樹脂との密着性を低下させる密着阻害物質を塗布する工程と、前記半導体チップと金属ワイヤとインナーリード部分とを封止樹脂によりモールドして、前記密着阻害物質により生じる連続した空隙を内部に持つ封止樹脂部を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１３】
また本発明の半導体装置の製造方法は、半導体チップとその外周側に配置したリードのインナーリード部分とを金属ワイヤにより接続する工程と、前記インナーリード部分における前記金属ワイヤとの接続箇所の近傍に、当該金属ワイヤおよびインナーリード部分と封止樹脂との密着性を低下させる密着阻害物質を含有した薄片を貼付する工程と、前記半導体チップと金属ワイヤとインナーリード部分とを封止樹脂によりモールドして、前記薄片からの密着阻害物質により生じる連続した空隙を内部に持つ封止樹脂部を形成する工程とを有することを特徴とする。薄片を貼付する工程は、金属ワイヤにより接続する工程の前であっても後であっても構わない。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の半導体装置は、密着阻害物質を用いて、封止樹脂内部に金属ワイヤとインナーリード部分との接続部を囲む連続した空隙を形成するようにしたので、はんだ付け時の急激な温度変化の際のインナーリード部分と封止樹脂との熱膨張収縮差を空隙で吸収して、インナーリード部分と金属ワイヤとの接続部の剥離、破断を防止することができる。よって、電気的接続信頼性を向上させ、安定した品質を確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の断面図である。ダイパッド３上に半導体チップ４が搭載され、半導体チップ４の電極部４ａとダイパッド３の外周側に並んだリード２のインナーリード２とが金ワイヤ５により電気的に接続され、ダイパッド３と半導体チップ４と金ワイヤ５とインナーリード２とが封止樹脂６により覆われて封止されている。
【００１６】
この半導体装置が従来のものと異なるのは、封止樹脂６内部に、金ワイヤ５とインナーリード２との接続部８を囲んでいて、半導体チップ４の電極部４ａには達していない連続した空隙７を有する点である。
【００１７】
詳細には、空隙７は、金ワイヤ５とインナーリード２ａとに沿っている。インナーリード２ａについては、金ワイヤ５との接続部８からリード内端まで沿っていて、この内端部分（接続面、両側面、背面、内端面）を囲んでいる。
【００１８】
図２は上記の半導体装置の製造方法を示す。
図２（ａ）に示すように、リードフレーム１のダイパッド３上に半導体チップ４を搭載し、半導体チップ４の電極部４ａとダイパッド３の外周側に並んだリード２のインナーリード２ａ（図１参照）とを金ワイヤ５により電気的に接続する。この工程は従来の組立工程と同様である。リードフレーム１は複数個取りのものを用いるが、簡略のため１個分だけ図示している。リードフレーム１において、ダイパッド３および複数のリード２は連結部（図示せず）を介して一体に形成されている。
【００１９】
図２（ｂ）に示すように、マスク１１を用い、噴射ノズル１２より密着阻害物質９を噴射することにより、半導体チップ４やダイパッド３を避けてインナーリード２ａおよび金ワイヤ５の所定領域に密着阻害物質９を付着させる。
【００２０】
図２（ｃ）に示すように、封止用の金型１３にリードフレーム１をセットし、封止樹脂６（着色せずに示す）をキャビティ内に注入し硬化させる。この封止樹脂６の硬化収縮時に、密着阻害物質９を付着させた領域のインナーリード２ａおよび金ワイヤ５と封止樹脂６との密着性が低いことから、当該領域から封止樹脂６が離れ、空隙７が形成される。
【００２１】
封止樹脂６の硬化後に樹脂成形体を金型１３から取り出し、アウターリード２ｂの外端でカットし、曲げ加工して、半導体装置の完成品を得る。
図３に示す半導体装置では、空隙７は、インナーリード２ａについては金ワイヤ５側の面にのみ沿っている。空隙７を形成するための密着阻害物質の付着箇所が異なる他は、上記と同様にして製造することができる。
【００２２】
以上の図１、図３に示す半導体装置のように、インナーリード２ａと金ワイヤ４との接続部８を少なくとも取り囲む連続した空隙７を形成することにより、半導体装置を実装基板へはんだ付けする際にインナーリード２ａと封止樹脂６との熱膨張収縮差で生じる応力が接続部８に直接作用することがなくなり、インナーリード２ａと金ワイヤ４との接続部８が破断することがなくなる。
【００２３】
この空隙７は封止樹脂６内部に留めることが重要である。空隙７が図４に示すようにアウターリード２ｂまで連続すると、封止樹脂６外の水分が空隙７を通じて容易に内部に進入し、インナーリード２ａや金ワイヤ５等の腐食等による電気的不良の原因となる。
【００２４】
先の図１に示したように、インナーリード２ａ上面から封止樹脂６上面までの樹脂厚み方向の距離をａとし、インナーリード２ａに沿う方向（樹脂厚み方向と直交する方向）における封止樹脂６外端から空隙７外端までの距離をｂとしたとき、ｂ≧ａであることが望ましい。ｂ＜ａになると、距離ａを水分が透過しにくい距離として設計していても、それよりも小さい距離ｂを水分が透過して容易に空隙７に到達する。
【００２５】
図５はインナーリード２ａと金ワイヤ５との接続部８の近傍部分を模式的に示した拡大断面図である。空隙７が沿っているインナーリード２ａおよび金ワイヤ５の表面は、当該表面と封止樹脂６（着色せずに示す）との密着性を低下させる密着阻害物質９で覆われている。この密着阻害物質９は封止樹脂６の注入に先立って塗布されため、封止樹脂６は注入直後は密着阻害物質９の塗布面に接触するものの硬化収縮時に塗布面から離れて空隙７が形成される。
【００２６】
密着阻害物質９の塗布は、上述のようにマスク１１を用いて半導体チップ４やダイパッド３を避けてインナーリード２ａと金ワイヤ５にのみ行われるので、少なくともインナーリード２ａと金ワイヤ５の接続部８からインナーリード２ａの内端までが密着阻害物質９の塗布領域Ｄとなり、この塗布領域Ｄに対応する空隙７が形成される。
【００２７】
密着阻害物質９はたとえば、エポキシ樹脂やフェノール樹脂やポリイミド樹脂等にも含まれている有機複合物質あるいは有機酸である。有機複合物質あるいは有機酸はたとえば、フェノール、ブチルフェノール、クレゾール、モンタン酸等があるが、封止樹脂６中に溶け込むことなしにインナーリード２ａおよび金ワイヤ５と封止樹脂６との密着性を低下できるのであれば、これらに限らず使用可能である。金ワイヤ５、エポキシ系封止樹脂に対してはモンタン酸を使用可能である。組立工程内の有機分（カーボン（C））のインナーリード２表面への付着厚は４０ｎｍ以下であるため、４０ｎｍ以上の厚さを形成することで密着性低下の効果が期待できる。有機複合物質として油脂成分、たとえばオレイン酸、リノール酸、リノレン酸等のグリセリンエステルを用いても構わない。この場合も４０ｎｍ以上の厚さとする。
【００２８】
図６はインナーリード２ａ部分の断面図である。金ワイヤ５は図示を省略している。封止樹脂６は着色せずに示している。
半導体チップ（図示せず）の端辺に沿って並んだ複数のインナーリード２ａの各々の内端部分を囲んで空隙７が形成されている。各インナーリード２ａ表面の空隙７が空間的に独立するように、そして空隙７どうしの間の封止樹脂６の厚さ“ｃ”が駆動電圧の耐圧以上の厚さとなるように、空隙７が設計され形成される。
【００２９】
（第２の実施形態）
図７は本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の断面図である。
この半導体装置では、インナーリード２ａにおける金ワイヤ５との接続面側に、上述の密着阻害物質を含有したテープ（薄片）１０が貼り付けられていて、テープ１０より揮発した密着阻害物質がインナーリード２ａと金ワイヤ５に付着して空隙７が形成されている。そのほかの構造、空隙７による効果は、実施形態１の半導体装置と同様である。テープ１０は市販品として購入可能である。
【００３０】
ただしこの場合、インナーリード２ａ表面の空隙７はテープ１０表面の空隙７をも含めて連続することになるため、隣接したインナーリード２ａ間のショート不良を無くすために、テープ１０はインナーリード２ａの金ワイヤ５との接続部８より、少なくとも隣接するインナーリード２ａ間の隙間以上の間隔を設けるとインナーリード２ａ間のショートの発生は少なくなる。
【００３１】
図８は上記の半導体装置の製造方法を示す。図８（ａ）に示すように、リードフレーム１のインナーリード２ａ（図７参照）に、密着阻害物質を含有するテープ１０を貼り付ける。このテープ１０の貼り付け時には通常は加熱を行うが、この段階では密着阻害物質の発生はほとんど無いのが望ましいため、加熱しない接着でもよい。リードフレーム１の作製時に予めテープ１０を貼り付けておくとよい。
【００３２】
次に、図８（ｂ）に示すように、リードフレーム１のダイパッド３上に半導体チップ４を搭載し、半導体チップ４の電極部４ａとリード２のインナーリード２ａとを金ワイヤ５により電気的に接続する。この工程は従来の組立工程と同様である。
【００３３】
図８（ｃ）に示すように、ヒーター１４により下方から２００℃以上に加熱することにより、テープ１０から密着阻害物質９を揮発させてインナーリード２ａおよび金ワイヤ５の上述の箇所に付着させる。
【００３４】
図８（ｄ）に示すように、封止用の金型１３にリードフレーム１をセットし、封止樹脂６（着色せずに示す）をキャビティ内に注入し硬化させる。この封止樹脂６の硬化収縮時に、密着阻害物質９を付着させた領域のインナーリード２ａおよび金ワイヤ５と封止樹脂６との密着性が低いことから、当該領域から封止樹脂６が離れ、空隙７が形成される。
【００３５】
封止樹脂６の硬化後に樹脂成形体を金型１３から取り出し、アウターリード２ｂの外端でカットし、曲げ加工して、半導体装置の完成品を得る。
図９に示す半導体装置では、密着阻害物質を含有するテープ１０をインナーリード２ａにおける金ワイヤ５との接続面の背面側に貼り付けることで、テープ１０より発生した密着阻害物質をインナーリード２ａと金ワイヤ５に付着させ、空隙７を形成している。テープ１０の貼り付け箇所が異なる他は、上記と同様にして製造することができる。このようにテープ１０を背面側に貼り付けた場合、インナーリード２ａ下部から加熱することで、テープ１０の粘着層より密着阻害物質が上方部に揮発し、揮発した密着阻害物質がインナーリード２ａに付着しやすい。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、リードフレームを用いた樹脂封止型の半導体装置の電気的な信頼性を向上させることができ、有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の断面図
【図２】図１の半導体装置の製造方法を説明する工程断面図
【図３】図１の半導体装置の変形例を示す断面図
【図４】図１の半導体装置とほぼ同様の構成を有するが好ましくない例を示す断面図
【図５】図１の半導体装置の一部を示す拡大断面図
【図６】図１の半導体装置の一部を示す断面図
【図７】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の断面図
【図８】図７の半導体装置の製造方法を説明する工程断面図
【図９】図７の半導体装置の変形例を示す断面図
【図１０】従来の半導体装置の断面図
【符号の説明】
【００３８】
２    リード
２ａ  インナーリード
４    半導体チップ
４ａ  電極部
５    金ワイヤ
６    封止樹脂
７    空隙
８    接続部
９    密着阻害物質
１０  テープ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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