(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイパッドと電気的に連結されるように導電性接着剤により付着された少なくとも一つ以上の第一半導体チップと、
前記ダイパッドと電気的に絶縁されるように絶縁性接着剤により付着された少なくとも一つ以上の第二半導体チップと、
前記第一半導体チップと前記第二半導体チップに金属ワイヤにより連結されたインナリードとを含んで、
前記第二半導体チップは、前記第二半導体チップと前記ダイパッド間の絶縁耐圧を向上させるため後面に塗布された窒化膜を含んで、
前記絶縁性接着剤には、前記第二半導体チップと前記ダイパッド間の絶縁耐圧を向上させるため均一な間隔を維持するように所定の直径を持た多数の絶縁性ビードが含まれることを特徴とする半導体のパッケージ構造。
【請求項２】
前記絶縁性ビードは、ホウケイ酸ガラスを含むことを特徴とする請求項１記載の半導体のパッケージ構造。
【請求項３】
前記絶縁性ビードは、純粋シリカを含むことを特徴とする請求項１記載の半導体のパッケージ構造。
【請求項４】
前記絶縁性ビードは、アルカリ元素の含量が５％以下である特徴とする請求項１記載の半導体のパッケージ構造。
【請求項５】
前記第一半導体チップは、ＭＯＳＦＥＴを含むことを特徴とする請求項１記載の半導体のパッケージ構造。
【請求項６】
前記絶縁性接着剤は、エポキシを含むことを特徴とする請求項１記載の半導体のパッケージ構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体のパッケージ（Ｐａｃｋａｇｅ）構造に係り、より詳細には異なる種類の多数のチップ（Ｃｈｉｐ）が実装される半導体のパッケージにあって、一部のチップは導電性接着剤によりダイ付着パッドに付着されて、他の一部は高絶縁性ビードを含む絶縁性接着剤により付着されて、一つのパッケージに樹脂密封される半導体のパッケージ構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、電子製品の軽量薄形化によって半導体の部品数を減らすか、高密度の実装パッケージを開発するための研究が行われている。 ＳＭＰＳ（Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  Ｍｏｄｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｕｐｐｌｙ）もその中の一つの方法として、動作時に電力量と発熱量が多い半導体素子、即ち、パワートランジスター（Ｐｏｗｅｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）として用いられるＭＯＳＦＥＴとこれを制御するための制御ＩＣを一つのパッケージに通合させ密封する方法である。
【０００３】
これを実現するためには、スイッチング（Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）素子と制御ＩＣ（ＭＯＳＦＥＩ）をパッケージ内にワイヤボンディング（Ｗｉｒｅ Ｂｏｎｄｉｎｇ）してコミュニケーション（Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）されるようにして、周辺部品の機能を制御ＩＣに挿入できるように設計を補完して、スイッチング素子と制御ＩＣを一つのパッケージ内に搭載させるためのパッケージの開発が要求される。
特に、パッケージ開発にあって、制御ＩＣは、スイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴのドレイン（Ｄｒａｉｎ）との短絡を防止するため絶縁性接着剤を用いる必要がある。
【０００４】
図３は二種ＩＣを持つ一般的な半導体パッケージの形態を示す平面図である。
図示されるように、リードフレーム（Ｌｅａｄ  Ｆｒａｍｅ）のダイパッド（Ｄｉｅ  Ｐａｄ）５上にはＭＯＳＦＥＴまたはバイポーラ（Ｂｉｐｏｌａｒ）ＩＣのような電力ＩＣ２と制御ＩＣ１が位置される。この時、電力ＩＣ２は、通常後面自体がドレインとして用いられるため、導電性の半田（Ｓｏｌｄｅｒ）接着剤４によりダイパッド５に付着されいる。一方、制御ＩＣ１は、ダイパッド５と電気的に分離される必要があるため、絶縁性エポキシ（Ｅｐｏｘｙ）接着剤３によりダイパッド５に付着される。 この時、ＭＯＳＦＥＴ等の電力ＩＣ２は、動作時にドレイン端に普通８００Ｖ程度の電圧が印可されるため、このドレイン端と電気的に連結されているダイパッド５でも高電圧がかかる。 したがって、制御ＩＣに対して高絶縁性の接着剤を使用しなければならない。 このような高絶縁性接着剤を使用すると電力ＩＣ２のドレイン端に高電圧が印可されても絶縁破壊が発生しないようになる。 従って、絶縁性接着剤の絶縁耐圧を向上させるための努力が行われている。
【０００５】
一方、ＩＣ間のインナリード（Ｉｎｎｅｒ Ｌｅａｄ）７との間に金属ワイヤ６でワイヤ付着した後、モールディング（Ｍｏｌｄｉｎｇ）、トリミング（Ｔｒｉｍｍｉｎｇ）工程を経てパッケージを完成する。
一般的に、従来には絶縁エポキシの厚さを調節して絶縁耐圧を向上させた。 図４にはPａｕｌ Ａ．Ｇｕｉｌｌｏｔｔｅ等の米国特許公報第５，０１２，３２２号（１９９１．４．３０）に開示された半導体ダイの段面図を示している。
【０００６】
図示されるように、シリコンダイ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｄｉｅ）１０は、金属支持層１２に接着形成されて、絶縁性樹脂層１４、１５、１６は、シリコンダイ１０の下部面あるいは後面１８に接着される。 このような絶縁性樹脂層１４、１５、１６は層間接合樹脂２０を用いて金属支持層１２に交互に接着され一つの絶縁ダイ塗布を形成する。
【０００７】
この実施形態で、シリコンダイ１０はシリコンダイ１０の反対側上部主要面２２に形成された半導体装置で構成されたシリコン集積回路である。この装置の中で一つはＮタイプ（Ｎ−Ｔｙｐｅ）のエピタキシャルポケット（Ｅｐｉｔａｘｉｃａｌ  Ｐｏｃｋｅｔ）２８の中でいずれか一つに形成された標準形二重拡散ＮＰＮトランジスタ（ＮＰＮ−Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）２６である。
【０００８】
図４には他の半導体チップ２９が図示されている。 このチップは分離されたパワートランジスターですることが可能であり、その底面３４はトランジスターのコレクタ（Ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）領域３３の境界になる。 半田層３５は金属支持層１２にシリコンダイ１０を接着させる。
均一な樹脂塗布形成工程は、シリコンダイの後面に一つ以上の均一な絶縁樹脂膜を連続的に蒸着させる過程により行われて、水平に維持されたウェハ（Ｗａｆｅｒ）に液状樹脂を塗布してウェハを回転させ均一な厚さの薄膜を形成する。
Ｇｕｉｌｌｏｔｔｅ等の特許によると、絶縁樹脂層を多層で形成することにより絶縁耐圧を増加させられて、シリコンダイは後面に形成された絶縁樹脂層により２００Ｖ以上の高圧で動作できる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実質的に絶縁耐圧はエポキシの厚さに比例するが厚さの増加には限界があった。
また、前記のような絶縁樹脂層を形成するためには、ウェハ状態で完成された状態で液状の樹脂をダイの後面にスピン塗布（Ｓｐｉｎ Ｃｏａｔｉｎｇ）しなければならないため、液状の樹脂が流れる可能性があって、その管理において非常に注意が必要である問題点があった。
【００１０】
また、液状のエポキシに対して正確に厚さを調節することが困難であるため、絶縁耐圧の範囲が広くなって半導体チップの信頼性が低下される問題点があった。例えば、絶縁エポキシの厚さを１．０ｍｍで調節する場合実際の誤差は１．０ｍｍ±０．５ｍｍであり、これによる絶縁耐圧の範囲は５００Ｖから３０００Ｖになる。
【００１１】
従って、前記のようにＭＯＳＦＥＴの場合には、ダイパッドに印加される電圧が８００Ｖ程度であるため、場合によっては絶縁が破壊される。即ち、半導体チップの信頼性の側面から見ると、絶縁破壊が頻繁に発生しなくても発生すること自体で信頼度が低下される。 言い換えれば、８００Ｖの電圧が印可された状態で外部の条件に関係なく絶縁破壊が発生しない分だけ信頼性があると言える。
【００１２】
したがって、本発明は、前記のような従来の問題点を解決すべくさなれたもので、その目的は、絶縁性接着剤の厚さを容易に制御できる半導体のパッケージを提供することである。
本発明の他の目的は、高絶縁耐圧を持って信頼性が向上された低価で製造できる半導体のパッケージを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成する為の本発明の好ましい特徴によると、ダイパッドと電気的に連結されるように導電性接着剤により付着された少なくとも一つ以上の第一半導体チップと、前記ダイパッドと電気的に絶縁されるように絶縁性接着剤により付着された少なくとも一つ以上の第二半導体チップと、前記第一半導体チップと前記第二半導体チップに金属ワイヤにより連結されたインナリードとを含んで、前記絶縁性接着剤には、前記第二半導体チップと前記ダイパッド間の均一な絶縁耐圧を確保するため所定の直径を持つ絶縁性ビードが含まれた半導体のパッケージが開示される。 好ましくは、絶縁性ビードはアルカリ元素の含量が少ない材質になって、より好ましくは、前記アルカリ元素の含量は５％以下である。  前記絶縁性ビードとしては、純粋シリカ、ホウケイ酸ガラス（Ｂｏｒｏｎ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）及びソーダ石灰ガラス（Ｓｏｄａ Ｌｉｍｅ Ｇｌａｓｓ）等が使用できる。
【００１４】
本発明の他の特徴によると、ダイパッドと電気的に連結されるように導電性接着剤により付着された少なくとも一つ以上の第一半導体チップと、前記ダイパッドと電気的に絶縁されるように絶縁性接着剤により付着された少なくとも一つ以上の第二半導体チップと、前記第一半導体チップと前記第二半導体チップに金属ワイヤにより連結されたインナリードとを含んで、前記第二半導体チップの後面には窒化膜またはＢＣＢ（ＢｉｓｂｅｎｚｏＣｙｃｌｏＢｕｔｅｎｅ）が形成された半導体パッケージが開始される。好ましくは、前記窒化膜の厚さは２ー５μｍである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面によって本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
液状の絶縁エポキシの厚さを精密に制御することは実質的に不可能であるため液状の接着剤の厚さを制御するためには固状の一定な厚さを持つスペーサ（Ｓｐａｃｅｒ）を添加する必要がある。 即ち、液状のエポキシ接着剤の厚さを精密に制御することにより、厚さを調節して絶縁耐圧が充分に高く信頼性があるＩＣを製造することが可能である。
【００１６】
また、アルカリ元素の含量が少ないとか、アルカリ元素が包含されていない材質の絶縁性ビードをエポキシ接着剤に添加することにより、半導体パッケージの信頼性を一層向上させることができる。 これはアルカリ金属に高電圧が印可されるとアルカリ金属がイオン（Ｉｏｎ）化されて電気伝導が発生することにより、絶縁耐圧と機械的強度を低下させて、主にビード自体が破壊されて絶縁破壊が発生するためである。
【００１７】
図１は、本発明の第一実施形態によるパッケージの断面図である。
図示されるように、リードフレームのダイパッド５上にはＭＯＳＥＦＴまたはバイポーラＩＣのような電力ＩＣ２と制御ＩＣ１が位置される。 この時、電力ＩＣ２は、通常後面自体がドレインとして使用されるため導電性の半田接着剤４によりダイパッド５に付着されて、制御ＩＣ１は、ダイパッド５と電気的に分離される必要があるから絶縁性エポキシ接着剤３によりダイパッド５に付着される。  この時、制御ＩＣ１をダイパッド５に付着する接着剤には、固形の絶縁性ビード９が添加されている。このような固形の絶縁性ビードによりエポキシ接着剤の厚さが精密に調節できる。
【００１８】
次に、本発明の実施形態を参考として絶縁性ビードについて具体的に説明する。
通常的に、絶縁性ビードを接着剤に添加するためのエポキシ接着剤の構成成分は４０％程度のエポキシと５０％程度の絶縁性充填剤（Ｆｉｌｌｅｒ）、例えば、ＳｉＯ2と他の添加剤でなっている。 従って、本発明の一実施形態では混合を容易にするためエポキシ接着剤の構成成分の中で一つである絶縁性のＳｉＯ2を利用してビードを製造する。
このため、一般的にＳｉＯ2を含んでいる通常のソーダ石灰ガラスを利用して一定な直径を持つビードを形成して、これをエポキシ接着剤に添加して、その絶縁性ガラスビードが添加された接着剤を使用して制御ＩＣ１をダイパッドに付着してモールディング工程を経てパッケージを完成する。
【００１９】
実験例１
ビードの直径が各々１ｍｍ、３ｍｍであるエポキシ二類と、ビードが添加されなかったエポキシ一類を準備して常温でＢ／Ｖ（Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ Ｖｏｌｔａｇｅ）テストした結果が表１のようであった。
【表１】
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【００２０】
即ち、３ｍｍビードが添加されたエポキシで、一番高い１８００から５０００Ｖ以上の分布を持って、接着剤の厚さは約４４ー８４μｍであった。 ビードが添加されなかったエポキシの場合には、最低５００Ｖであり、ＭＯＳＦＥＴの絶縁耐圧８００Ｖに対しては絶縁破壊が発生できるから信頼性が低下される。 前記実験でのエポキシの硬化条件は全て１５０度で１時間とした。 従って、絶縁性ビードの直径は１ｍｍ以上とすることが好ましい。 また、この実施形態ではガラスビードを使用したが、セラミックビード（Ｃｅｒａｍｉｃ Ｂｅａｄ）のような絶縁性ビードも使用できる。
【００２１】
前記のように本発明によると、エポキシに添加された絶縁性ビードがエポキシの厚さを一定に調節できるから絶縁耐圧の範囲が一定になって、実際的に適用する時パッケージの信頼性を向上させる。 また、ガラスビード自体が絶縁性であるため前記のように向上された絶縁耐圧を持つようになる。
【００２２】
本発明の第二実施形態では、信頼性を一層向上させるためアルカリ元素の含量が少ないか、あるいはアルカリ元素が包含されていない絶縁性材料として絶縁性ビードを製造した。
前記第一実施形態により完成されたパッケージは、どの程度の高絶縁耐圧と製品の信頼性を持っているが、全ての外部条件に対して信頼性があることではない。例えば、ＨＴＲＢ（Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐ Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｂｉａｓ）テストで、サンプル（Ｓａｍｐｌｅ）に８００Ｖの電圧を印加して常温で温度を１２５度まで上昇させてから５００時間放置した。 その結果、前記ガラスビードの直径が３ｍｍあるいは５ｍｍである場合には、全体サンプルの５％以内で絶縁破壊が発生して、直径が１ｍｍである場合には絶縁破壊が非常に多く発生した。 即ち、外部の条件が劣悪な状況では絶縁破壊が発生できる。
【００２３】
結果的に、絶縁性ビードの直径によって決定されるエポキシ接着剤の厚さを調節して多少の絶縁破壊は防止できるが、実質的に信頼性においては全体的に問題があった。
従って、本発明者は３ｍｍか５ｍｍの場合にも絶縁破壊が発生することは絶縁性ビードの直径だけの問題ではなく他の原因があると予測して、絶縁破壊されたパッケージを分解して分析した結果、絶縁性ビード自体が絶縁破壊される確率が高いことを発見した。
【００２４】
前記一実施形態で用いられたソーダ石灰ガラスは、通常的にＳｉＯ2以外に各種不純物、例えば、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＣａＯ、ＭｇＯのように、主に原子が１価または２価になったアルカリ金属の不純物が包含されている。このような、アルカリ金属に高電圧が印加されると、アルカリ金属がイオン化され、電気伝導が発生することにより、絶縁耐圧と機械的強度を低下させて、主にビード自体が破壊されて絶縁破壊が発生する。
【００２５】
一般的なソーダ石灰ガラスは、大略１４％程度のアルカリ金属の不純物を持って、絶縁破壊電圧は５ー２０ＫＶ／ｍｍ程度である。
したがって、前記一実施形態による半導体パッケージの信頼性をより向上させるためには、アルカリ元素の含量が少ないかあるいはアルカリ元素が包含されなかった材質の絶縁性ビードをエポキシ接着剤に添加する必要があるという結論に到達した。
【００２６】
表２に示すように、アルカリ元素の含量が少ないガラスとしては、ソーダ石灰ガラスに対してアルカリの不純物の比率が大略３％程度である高純度のホウケイ酸ガラスがある。 また、アルカリ元素が包含されなかったガラスとしては純粋ＳｉＯ2が挙げられる。
【表２】
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前記のホウケイ酸ガラスを利用して一定な直径を持つビードを形成してエポキシ接着剤に添加して、これを使用して制御ＩＣ１をダイパッドに付着してモールディング工程を経た後パッケージを完成する。
【００２７】
このように完成された半導体パッケージの絶縁耐圧を測定した結果、約２０ー３５ＫＶ／ｍｍ 程度であった。 また、ＨＴＲＢテストでパッケージに６４０Ｖの電圧を印可させて常温で１２５度まで温度を上昇させてから５００時間を放置した結果、絶縁破壊が全然発生しなかった。 同様に、純粋なＳｉＯ2で製造された高純度のビードをエポキシ接着剤に添加した場合にも全然絶縁破壊が発生しなかった。 好ましくは、ビードのアルカリ金属の含量は、全体含量に対して５％以下である。この程度の含量では絶縁耐圧は８００Ｖ電圧による影響を受けないと判明した。
【００２８】
図２は本発明の第二実施形態によるパッケージの断面図である。
図示されるように、制御ＩＣ１の後面には窒化膜（ＳｉxＮy）８が一定な厚さで蒸着されている。 その厚さは大略２ー５μｍ程度が好ましい。
これをより具体的に説明すると次のようである。
まず、ウェハ状態でウェハの後面に、例えば、Ｓｉ3Ｎ4を２ー５μｍ程度の厚さで窒化膜を塗布する。通常一回の塗布において、１μｍ程度の厚さを持つので、所望の厚さにするには塗布回数を加減する。
【００２９】
次に、このウェハから個別的な制御ＩＣ１で切断してからダイパッド５上に絶縁エポキシ接着剤を利用して付着し、ＭＯＳＦＥＴ２を半田接着剤で付着して、ＩＣ間のインナリードとの間に金属ワイヤでワイヤ付着した後、モールディング、トリミング工程を経てパッケージを完成する。
このように完成されたパッケージの絶縁耐圧は窒化膜の厚さによって変化する。  即ち、１μｍで塗布した場合、約６００Ｖの絶縁耐圧を持ち、２μｍで塗布した場合には約１０００Ｖの絶縁耐圧を持つ。 従って、製造費を考慮した本発明の窒化膜の厚さは、２ー５μｍが好ましい。 一方、窒化膜の代りに有機絶縁膜であるＢＣＢを塗布することもてきる。
【００３０】
実験例２
ウェハの後面にＳｉ3Ｎ4を二重に塗布したウェハを持って、５ｍｍビードを添加したエポキシで試料を製作して、常温と１２５度でＢ／Ｖテストした。 その結果、既存のＳｉ3Ｎ4を塗布しなかったものに比して全般的にＢ／Ｖが上昇された。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によると、ＩＣの後面自体に直接窒化膜を形成することにより絶縁耐圧を向上させることが可能であり、窒化膜自体が固体状であるから塗布方法が簡単で、製造費も節減できる。
【００３２】
また、異なる種類の多数のチップが実装される半導体パッケージにあって、一部は導電性接着剤によりダイ付着パッドに付着されて、他の一部は高絶縁性ビードを包含する絶縁性接着剤により付着され、一つのハッケージに樹脂密封される半導体のパッケージにおいて、絶縁性接着剤に絶縁性ビードを添加して絶縁性接着剤の厚さを精密に調節することによりパッケージの絶縁耐圧を向上させて、絶縁性ビードをアルカリ元素の含量が少ない材質あるいはアルカリ元素が包含されなかった材質で選択することにより絶縁耐圧の向上と共にパッケージの信頼性が向上される。
【００３３】
尚、本発明の各々の実施形態は、当分野の者であれば、本発明の範囲と精神を逸脱しない範囲内で多様に変形または変更可能である。 例えば、制御ＩＣの後面に窒化膜とかＢＣＢをスピング塗布して、この状態で絶縁性ビードが添加されたエポキシ接着剤を使用するとか、アルカリ元素の含量が少ない材質の絶縁性ビードあるいはアルカリ元素が包含されなかった材質の絶縁性ビードが添加されたエポキシ接着剤を使用することもできる。 この場合には、ＩＣ自体の絶縁特性によって絶縁耐圧が非常に向上されるため、エポキシ接着剤の厚さを薄くすることが可能であり、アルカリ元素を多量含有している材質のビードを添加しても、ある程度の信頼性を持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態による半導体パッケージの断面図である。
【図２】本発明の第二実施形態による半導体パッケージの断面図である。
【図３】二種のＩＣを持つ一般的な半導体パッケージの平面図である。
【図４】従来の半導体パッケージの断面図である。
【符号の説明】
１： 制御ＩＣ
２： 電力ＩＣ
３： 絶縁性エポキシ接着剤
４： 半田接着剤
５： ダイパッド
６： 金属ワイヤ
７： インナリード
９： 絶縁性ビード
１０： シリコンダイ
１２： 金属支持層
１４、１５、１６： 絶縁性樹脂層
１８： 後面
２０： 層間接合樹脂
２２： 上面主要面
２８： エピタキシャルポケット
２９： 半導体チップ
３３： コレクタ領域
３４： 底面
３５： 半田層
【図１】
0003685585.tif 000004
【図２】
0003685585.tif 000005
【図３】
0003685585.tif 000006
【図４】
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