(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性樹脂からなるモールド樹脂と、前記モールド樹脂の内外に亘って延在する金属からなる複数のリードと、前記モールド樹脂内に封止されかつ金属からなる支持体の一面に第１合金材を介して固着される半導体素子と、前記モールド樹脂内において前記リードと前記半導体素子の電極を電気的に接続する接続手段とを有する半導体装置が、前記リード部分で回路基板に第２合金材を介して固着されてなる電子装置であって、
前記モールド樹脂は、一般式ＭＦｅ２Ｏ４又はＭＯ・ｎＦｅ２Ｏ３（ただし、Ｍは２価金属、ｎは整数）で示される物質からなる金属磁性体粉末またはフェライト粉末が８０vol％を超え９５vol％以内添加されたエポキシ樹脂からなり、熱膨張率が１４〜２０ppm/℃になり、
前記第１合金材は９０wt％以上のＳｎにＳｂ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｉｎ，Ｃｕ及びＢｉの群から選択された１種類以上の金属が添加された合金材であり、
前記第２合金材は融点が前記第１合金材よりも低いものであることを特徴とする電子装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁波の特に高周波領域における障害を抑制し、小型化と廉価化を可能にするとともに、半導体集積回路基体固着部の耐熱疲労性と気密性に優れる半導体装置及び電子装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トランジスタやダイオード等の能動素子やＩＣ（集積回路）等を形成した半導体素子（半導体集積回路基体）を、金属板からなるリードフレームの所定部分（支持体）に固着するとともに、前記半導体集積回路基体の電極とリードの先端部分をワイヤ等の接続手段で接続し、その後前記所要部を樹脂でモールドし、さらに不要なリードフレーム部分を切断除去して形成した半導体装置が知られている。
【０００３】
一方、近年の自動車用電話機，携帯用無線電話装置，携帯用パーソナルコンピュータ，携帯用ビデオカメラ等の電子機器の小型化に伴って、上記構造の半導体装置が広く実用に供せられている。
【０００４】
このような従来技術における問題点として、電磁波による悪影響が挙げられる。
具体的には、これらの機器で発生した電磁波が周辺の電子機器を誤動作させたり、逆に周辺の電子機器等で発生した電磁波によりこれらの機器が誤動作する。このため最近では、このような電磁波障害を防ぐため、電磁干渉シールドを施すようになってきた。
【０００５】
例えば、先行技術例１としての特開昭６４−４１２４８号には、フェライト又はフェライトに相当する特性を有する物質からなるベース及びキャップであり、これらのベース及びキャップからなるケースに半導体素子（チップ）を含む集積回路装置を収納し、電波をこのケースにより吸収させる気密封止型半導体装置が開示されている。ここで言うフェライトは、一般式ＭＦｅ２Ｏ４又はＭＯ・ｎＦｅ２Ｏ３（Ｍ：２価金属，ｎ：整数）で示される亜鉄酸塩である。
【０００６】
先行技術例２としての特開平５−９５０５５号には、チップ（半導体素子：半導体集積回路基体）を機械的，化学的に保護する封止部を持つ半導体集積回路において、チップを導電率・透磁率の高い物質で覆い半導体集積回路自体を静電的・電磁的に遮蔽する半導体集積回路が開示されている。これにより、実装する電子回路基板の電磁遮蔽効率を向上させて電子回路基板のノイズ対策を簡略化し、電子回路基板の高密度実装及び電子機器の軽薄短小化を容易にしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、先行技術例１の場合は、半導体素子を収納するベース及びキャップからなるケース成形体をあらかじめ製作しておく必要がある。この場合、製作過程におけるハンドリングの容易性を保つ上でベースやキャップに寸法的な余裕を持たせておく必要があるため、これらの部品を抜本的に小型化するのは困難である。このことは、可及的に配線長を短縮し、信号の遅延を抑えなければならない高周波動作用半導体装置にとっては好ましくない。また、この先行技術は、あらかじめ封止材を準備しておく必要があるため、部品点数や製作工数が多くなり、半導体装置製作コストの面で不利益をもたらす。
【０００８】
先行技術例２の場合は、絶縁性と電磁干渉シールド効果を併せて持たせるための多層構造樹脂層を形成させるため、樹脂層形成の工程が複雑になる。このことは、半導体装置のコスト低減の点で好ましくない。また、３回のモールド工程を経るため、薄い樹脂層を形成することが困難である。このことは、半導体装置を収納するスペースに余裕が無い場合に大きな障害になる。
【０００９】
また、先行技術例２の場合は、熱膨張率αの小さい半導体集積回路基体（シリコンからなり、α：３．５ｐｐｍ／℃）が、熱膨張率の異なる金属からなる支持体上に固着される。固着部は半導体集積回路基体を支持体に固定するとともに、上記半導体集積回路基体から発せられる熱の放散路の役割を担う。しかしながら、上記半導体装置には稼働時や休止時に伴う熱ストレスが繰り返し印加され、最終的に固着部の熱疲労破壊を生ずるに至る。特に、支持体やリードを構成する金属板に対してモールド樹脂の熱膨張率が適切に調整されていない場合は、両者の接合界面に過大な残留応力が内在することとなり、これに稼働時や休止時に伴う熱応力が重畳されると、固着部の熱疲労破壊が一層加速される。この熱疲労破壊が進むと、熱放散路の遮断等の悪影響を生ずる。この結果、半導体装置は正常に動作しなくなる。
【００１０】
また、上記先行技術例２の場合、金属板に対してモールド樹脂の熱膨張率が適切に調整されていないと、両者の接合界面に過大な残留応力が内在し、これに稼働時や休止時に伴う熱応力が重畳されて、金属板とモールド樹脂間の接合界面の剥離が一層進行する。剥離が進むと、半導体装置内部に水分が侵入し、内部の正常な電気的機能を損なう。
【００１１】
本発明の目的は、電磁的遮蔽機能を有し、小型化と廉価化を可能にし、半導体集積回路基体固着部（接続部）の耐熱疲労性と気密性に優れる半導体装置を提供することにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
（１）絶縁性樹脂からなるモールド樹脂と、前記モールド樹脂の内外に亘って延在する金属からなる複数のリードと、前記モールド樹脂内に封止されかつ金属からなる支持体の一面に固着される半導体素子（半導体集積回路基体）と、前記モールド樹脂内において前記リードと前記半導体集積回路基体の電極を電気的に接続する接続手段とを有する半導体装置であって、前記モールド樹脂は有機樹脂（エポキシ樹脂）に３５〜９５ｖｏｌ％の一般式ＭＦｅ２Ｏ４又はＭＯ・ｎＦｅ２Ｏ３（ただし、Ｍは２価金属，ｎは整数）で表わされる物質からなる金属磁性体またはフェライト粉末を添加（分散）させた構成（第１の特徴点）になっている。
【００１３】
（２）前記手段（１）の構成において、前記モールド樹脂の熱膨張率が１４〜２０ｐｐｍ／℃になっている（第２の特徴点）。
【００１４】
（３）前記手段（１）及び（２）の構成において、前記半導体集積回路基体が前記支持体にＳｎを主成分とし、Ｓｂ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｉｎ，Ｃｕ及びＢｉの群から選択された１種類以上の金属が添加された合金材によって固着されている（第３の特徴点）。
【００１５】
（４）絶縁性樹脂からなるモールド樹脂と、前記モールド樹脂の内外に亘って延在する金属からなる複数のリードと、前記モールド樹脂内に封止されかつ金属からなる支持体の一面に第１合金材を介して固着される半導体素子（半導体集積回路基体）と、前記モールド樹脂内において前記リードと前記半導体集積回路基体の電極を電気的に接続する接続手段とを有する半導体装置が、前記リード部分で回路基板に第２合金材を介して固着されてなる電子装置であって、前記モールド樹脂は有機樹脂に３５〜９５ｖｏｌ％の金属磁性体粉末またはフェライト粉末を添加したものでり、前記第１合金材は９０ｗｔ％以上のＳｎにＳｂ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｉｎ，Ｃｕ及びＢｉの群から選択された１種類以上の金属が添加された合金材であり、前記第２合金材は融点が前記第１合金材よりも低いものである。前記前記モールド樹脂はエポキシ樹脂に一般式ＭＦｅ２Ｏ４又はＭＯ・ｎＦｅ２Ｏ３（ただし、Ｍは２価金属、ｎは整数）で示される物質からなる前記金属磁性体粉末またはフェライト粉末が添加されたものである。前記モールド樹脂の熱膨張率が１４〜２０ｐｐｍ／℃になっている。
【００１６】
前記（１）の手段によれば、（ａ）モールド樹脂は有機樹脂に調整された量の金属磁性体粉末またはフェライト粉末が分散されていて、モールド樹脂層に適度な絶縁性と電磁的遮蔽効果を持たせることができる。この結果、半導体装置内部で発生した電磁的雑音の外部への放出と、外部雑音の半導体装置内部への浸入を防止できるため、半導体装置自体及び半導体装置の周辺機器の誤動作を防止できるという効果が得られる。
【００１７】
（ｂ）１層のモールド樹脂で半導体集積回路基体，支持体，リード，ワイヤ等を直接被覆するため、配線長の短縮を図ることができ、半導体装置の小型化が達成できるとともに、コストの低減を図ることができる。
【００１８】
前記（２）の手段によれば、（ａ）前記モールド樹脂の熱膨張率を１４〜２０ｐｐｍ／℃として金属からなる支持体の熱膨張率と一致あるいは近似させていることから、半導体集積回路基体の固着部の熱疲労破壊が抑止され、耐熱疲労特性の向上を図ることができる。
【００１９】
（ｂ）また、モールド樹脂と支持体やリードの熱膨張率の一致または近似により、支持体及びリードとモールド樹脂間の接合界面の剥離が抑制され、水分の浸入を抑止できることから半導体装置の耐湿性が向上する。
【００２０】
前記（３）の手段によれば、剛性が大きく熱歪吸収性に優れる合金材の利点と、金属板からなる支持体に対してモールド樹脂の熱膨張率が適切に調整されている利点とが調和して、一層優れた固着部の耐熱疲労特性が付与される。
【００２１】
前記（４）の手段による電子装置は、前記手段（１）乃至（３）の構成の半導体装置をリード部分で回路基板に合金材（第２合金材）を介して固着された構成になっていることから、前記手段（１）乃至（３）による効果を有することができる。すなわち、電子装置の耐湿性，耐熱疲労性が向上するとともに、電磁的遮蔽効果も高くなる。また、半導体集積回路基体を支持体に固着する第１合金材の融点はリードと回路基板を固着する第２合金材の融点よりも高いため、半導体装置の実装時の熱によって、前記第１合金材の熱的な変質や性能劣化が発生せず、電子装置の信頼性が高くなる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２３】
（実施形態）
図１は、本発明の一実施形態である半導体装置を示す断面図である。
本実施形態の半導体装置４０は、外観的には、絶縁性樹脂からなるモールド樹脂３０と、このモールド樹脂３０の内外に亘って延在するリード２４とを有している。
【００２４】
また、前記モールド樹脂３０の内部には金属からなる支持体２７が位置し、かつ前記支持体２７上には合金材２５を介して半導体素子（半導体集積回路基体）２１が固着されている。
【００２５】
前記半導体集積回路基体２１は、たとえば、一辺が４ｍｍになる正方形のシリコン（Ｓｉ）で形成され、所望の回路が形成されている。
【００２６】
前記支持体２７及びリード２４は、半導体装置４０の製造の際使用されるリードフレームを構成する部分である。
【００２７】
ここで、簡単にリードフレームについて説明する。
リードフレームは、薄い金属板をエッチングや精密プレスによって所望パターンに形成することによって形成される。また、所定箇所には所望のメッキが施されている。
【００２８】
単位リードフレームパターンは、矩形状になる枠部と、この枠部内に配置され半導体集積回路基体を固定するための支持体と、前記支持体の周囲に先端（内端）を近接させかつ前記枠部から延在する複数のリードと、前記支持体を支持するリードと、前記支持体の外側に沿って設けられかつ各リードを支持するタイバー等からなっている。
【００２９】
前記タイバーは、前記モールド樹脂をトランスファモールドによって形成する際、溶けた樹脂の流出を防止するダムの役割を果たす。
【００３０】
半導体装置の製造時には、前記リードフレームの支持体上に接合材を介して半導体集積回路基体を固定した後、前記半導体集積回路基体の電極とリードの先端部分を導電性のワイヤで接続し、ついで絶縁性のモールド樹脂で支持体，半導体集積回路基体，ワイヤ及びリードの内端部分を被い、かつ不要なリードフレーム部分を切断除去することによって半導体装置を製造する。また、必要ならば、モールド樹脂から突出するリードの成形を行う。
【００３１】
一方、前記合金材２５は、Ｓｎを主成分とし、Ｓｂ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｉｎ，Ｃｕ及びＢｉの群から選択された１種類以上の金属が添加された合金で構成されている。
【００３２】
また、前記半導体集積回路基体２１の図示しない上部電極と、前記支持体２７の周囲に先端を延在させる金属のリード２４の先端（内端）部分は、金属線（ワイヤ）２６を介して電気的に接続されている。前記ワイヤ２６は、たとえばＡｌからなり、超音波ワイヤボンディングによってそれぞれ接続されている。
【００３３】
前記モールド樹脂３０は、トランスファモールドによって形成され、前記支持体２７，半導体集積回路基体２１，リード２４の先端（内端）部分及びワイヤ２６を封止している。
【００３４】
前記モールド樹脂３０は、たとえばエポキシ樹脂からなる有機樹脂に３５〜９５ｖｏｌ％の金属磁性体粉末またはフェライト粉末を分散して形成され、熱膨張率が１４〜２０ｐｐｍ／℃に調整された構成になっている。
【００３５】
すなわち、本発明による半導体装置４０は、支持体２７上に半導体集積回路基体２１が合金材２５によって固着され、これらがエポキシ樹脂に３５〜９５  ｖｏｌ％の金属磁性体粉末またはフェライト粉末を分散したモールド樹脂３０で被覆されていることを第１の特徴とする。
【００３６】
本発明による半導体装置４０は、モールド樹脂の熱膨張率が１４〜２０ｐｐｍ／℃に調整される点に第２の特徴がある。
【００３７】
そして特に、合金材を９０ｗｔ％以上のＳｎにＳｂ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｉｎ，Ｃｕ及びＢｉの群から選択された１種類以上の金属が添加された合金とする点に第３の特徴がある。
【００３８】
さらに、本発明の特徴について詳しく説明する。
本発明におけるモールド樹脂３０は、半導体装置４０を電磁的に遮蔽することにより、半導体装置４０の内部で発生した電磁的雑音が外部へ放出すること、又は外部で発生した雑音が半導体装置４０の内部に浸入することを防止するためのものであり、本質的に電磁波に対する高い遮蔽効果を有している必要がある。
【００３９】
図２はモールド樹脂３０の構造を示す断面模式図である。モールド樹脂３０はマトリックスとしてのエポキシ樹脂３１に、ＮｉＦｅ２Ｏ４・ＺｎＦｅ２Ｏ４金属磁性体またはフェライトの粉末３２を分散させたものである。ここで、エポキシ樹脂３１は、前記半導体集積回路基体２１，合金材２５，リード２４の先端（内端）及び支持体２７を機械的に保護したり、気密的に封止するための主要な役割を担う。また、ＮｉＦｅ２Ｏ４・ＺｎＦｅ２Ｏ４金属磁性体またはフェライトの粉末３２は、電磁波を吸収して熱に変換する役割を担う。
【００４０】
図３はエポキシ樹脂３１に７５ｖｏｌ％のＮｉＦｅ２Ｏ４・ＺｎＦｅ２Ｏ４金属磁性体またはフェライトの粉末３２を分散したモールド樹脂３０の電磁波透過特性を示すグラフである。
【００４１】
図４は電磁波の透過特性測定法の概略を示す図である。透過特性は、電磁波源用発信器５１と電磁波強度測定器（受信用素子）５２とに、それぞれループ径２ｍｍ以下の電磁波送信用微少ループアンテナ５３及び電磁波受信用微少ループアンテナ５４を接続した装置を用い、電磁波送信用微少ループアンテナ５３と電磁波受信用微少ループアンテナ５４の間に試料５５を配置して測定した。
【００４２】
試料５５は、前記モールド樹脂３０と同様にＮｉＦｅ２Ｏ４・ＺｎＦｅ２Ｏ４金属磁性体またはフェライトの粉末３２を含んだモールド樹脂板である。
【００４３】
この際、金属磁性体またはフェライトの粉末３２が存在しないエポキシ樹脂からなるモールド樹脂板（比較例）の場合の電磁界強度と比較した。図３の電磁波透過強度は、発信側強度を基準にした場合の受信側強度として表される。
【００４４】
測定結果によれば、周波数０．１〜１．５ＧＨｚの範囲で、本実施形態のモールド樹脂３０の場合（曲線Ａ）は、大部分の電磁波が透過している比較例モールド樹脂板（曲線Ｂ）に比べ、大幅な強度低下（遮蔽効果）が観測される。
【００４５】
また、図５はエポキシ樹脂３１に添加するＮｉＦｅ２Ｏ４・ＺｎＦｅ２Ｏ４金属磁性体またはフェライトの粉末３２の量を変化させた場合のモールド樹脂３０の電磁波透過特性を示すグラフである。
【００４６】
電磁波透過強度は、金属磁性体またはフェライトの粉末添加量の少ない領域では大きく、添加量を増すにつれ低下している。特に、添加量が３５ｖｏｌ％以上の領域では−５０ｄＢ以下と極めて優れた遮蔽効果が得られる。したがって本発明では、モールド樹脂３０に電磁波に対する遮蔽性能を確実に付与する観点から、好ましくは金属磁性体またはフェライトの粉末の添加量を３５ｖｏｌ％以上に調整することが重要である。
【００４７】
一方、半導体装置４０の正常な回路動作を維持するためには、半導体集積回路基体２１，合金材２５，支持体２７の相互間は、モールド樹脂３０の領域を経路にして電気的に接続されてはならない。換言すると、モールド樹脂３０には適正な電気絶縁性が付与される必要がある。
【００４８】
図６は本実施形態の半導体装置４０における端子（リード）２４間の電圧−電流特性を示すグラフである。ここで、端子２４間の最小間隔は０．３ｍｍ、そして端子２４間の最大対向長は３ｍｍであり、モールド樹脂３０における金属磁性体またはフェライトの粉末３２の添加量は７５ｖｏｌ％である。
【００４９】
本実施形態のモールド樹脂３０の場合（曲線Ａ）は、リーク電流は端子間の印加電圧が１００ｖで約１０μＡ、５００ｖで５０μＡ、そして１０００ｖで８０μＡである。この値は、金属磁性体またはフェライトの粉末を添加しない比較例モールド樹脂を適用した半導体装置の場合（曲線Ｂ）に比べてわずかに大きいけれども、半導体装置を実用する上で障害になるものではない。
【００５０】
このように、本実施形態のモールド樹脂３０に適用した場合でも、金属磁性体またはフェライトの粉末を添加しないモールド樹脂の場合に比べて、遜色ない絶縁性を確保できる。
【００５１】
図７は半導体装置４０の端子２４間におけるリーク電流のモールド樹脂３０中におけるＮｉＦｅ２Ｏ４・ＺｎＦｅ２Ｏ４金属磁性体またはフェライトの粉末３２の添加量依存性を示すグラフである。
【００５２】
リーク電流（印加電圧１００ｖにおける）は、金属磁性体またはフェライトの粉末添加量の少ない領域では小さく、添加量の多い領域で増えている。リーク電流の増加は、添加量を増すにつれエポキシ樹脂３１より抵抗率の小さい金属磁性体またはフェライトの粉末３２相互間の絶縁距離が狭められることによる。
【００５３】
しかしながら、特に添加量が９５ｖｏｌ％以下の領域では４０μＡ以下と、半導体装置４０を実用する上で支障のない優れた絶縁性が得られる。したがって本発明では、モールド樹脂３０に電気絶縁性を確実に付与する観点から、好ましくは金属磁性体またはフェライトの粉末の添加量を９５ｖｏｌ％以下に調整することが重要である。
【００５４】
以上のように、本発明に係るモールド樹脂３０を適用した場合は、金属磁性体またはフェライトの粉末を添加しないモールド樹脂を適用した場合に比べ、電磁波に対する優れた遮蔽効果と優れた電気絶縁性を持たせることができる。
【００５５】
金属磁性体またはフェライトの粉末としてのＮｉＦｅ２Ｏ４・ＺｎＦｅ２Ｏ４の代価物質としては、一般式ＭＦｅ２Ｏ４又はＭＯ・ｎＦｅ２Ｏ３（Ｍは２価金属，ｎは整数）で表される物質が挙げられる。具体的には、ＭはＣｄ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｂａ，ＳｒそしてＰｂである。また、プランバイト型の２ＢａＯ・２Ｍ０・６Ｆｅ２Ｏ３（Ｍは上記と同じ２価金属）も、本発明における代替フェライト材に属す。これらの代替物質は単独で、あるいは任意の組成に組み合わせてエポキシ樹脂３１に添加することも可能である。このような場合でも、モールド樹脂３０に優れた電磁波遮蔽性能と電気絶縁性を付与することができる。
【００５６】
表１は代替金属磁性体またはフェライトの粉末３２を添加したモールド樹脂３０の電磁波透過強度及びリーク電流を示す。粉末の添加量は７５ｖｏｌ％であり、マトリックスとしての樹脂はエポキシ樹脂３１である。いずれの粉末の場合も、優れた電磁波遮蔽効果と電気絶縁性が得られている。
【００５７】
【表１】
0003555831.tif 000002
【００５８】
以上まで説明した本発明の第１の特徴点に基づき、半導体装置４０内部で発生した電磁雑音の外部への放出と、外部雑音の半導体装置内部への侵入を防止できるため、半導体装置自体及び半導体装置の周辺に位置する他の装置の誤動作を防止できる。また、モールド樹脂３０に優れた電気絶縁性が付与されているため、半導体装置４０の正常な電気的動作がなされる。
【００５９】
本発明における合金材２５は支持体２７に半導体集積回路基体２１を強固に固着するためのものであり、本質的に高い熱疲労破壊耐量を有している必要がある。
【００６０】
図８は合金材の熱疲労破壊耐量を示すグラフである。合金材２５の熱疲労破壊耐量を、半導体集積回路基体２１から支持体２７を介してモールド樹脂３０表面に至る放熱経路間の熱抵抗の温度サイクル数依存性として表している。この評価に用いた半導体装置には、樹脂モールドは施していない。図において合金材２５に、曲線ＡはＳｎ−５ｗｔ％Ｓｂ（合金材Ａ）、曲線ＢはＰｂ−６０ｗｔ％Ｓｎ（合金材Ｂ）、そして、曲線ＣはＰｂ−５ｗｔ％Ｓｎ（合金材Ｃ）をそれぞれ適用した場合を示す。
【００６１】
合金材Ａの場合は、熱抵抗の増大は温度サイクル数１０００回以上で生じている。これに対し合金材Ｂ及びＣの場合は、５０回あたりから変動し始めている。熱抵抗増大は熱的変動に伴う疲労破壊によってはんだ層にクラックを生じ、これによる放熱経路の遮断によってもたらされる。
【００６２】
このように、本発明に係る合金材Ａを適用した場合は、従来の部品搭載用はんだ材Ｂ及びＣを適用した場合に比べ、優れた熱疲労破壊耐量を示している。これは、Ｓｎ−５ｗｔ％Ｓｂ材の剛性がＰｂ−６０ｗｔ％Ｓｎ材やＰｂ−５ｗｔ％Ｓｎ材より高く、塑性変形しにくい（歪を生じにくい）材料であることに基づく。
【００６３】
合金材ＡとしてのＳｎ−５ｗｔ％Ｓｂ材の代替物としては、例えば、Ｓｎ−３．５ｗｔ％Ａｇ，Ｓｎ−３．５ｗｔ％Ａｇ−１．５ｗｔ％Ｉｎ，Ｓｎ−８．５ｗｔ％Ｚｎ−１．５ｗｔ％Ｉｎ，Ｓｎ−４ｗｔ％Ａｇ−２ｗｔ％Ｚｎ−２ｗｔ％Ｂｉ，Ｓｎ−４．５ｗｔ％Ｃｕ，Ｓｎ−４ｗｔ％Ｃｕ−３ｗｔ％Ａｇ，Ｓｎ−２ｗｔ％Ｓｂ−１ｗｔ％Ｃｕ−２ｗｔ％Ａｇ−２ｗｔ％Ｚｎ等がある。
【００６４】
すなわち、Ｓｎを主成分（９０ｗｔ％）とし、これにＳｂ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｉｎ，Ｃｕ及びＢｉの群から選択された１種類以上の金属が添加された合金材である。このような合金材にはＰｂが用いられておらず、副次的な効果としてＰｂの毒性に基づく環境汚染問題を解消するのに役立つ。
【００６５】
ところで、本発明におけるモールド樹脂３０は、半導体集積回路基体２１を機械的に保護したり、気密的に封止するものである。また、モールド樹脂３０は、支持体２７やリード２４と一体化されるものであり、この場合の一体化界面に内部応力が導入されないことが望ましい。
【００６６】
この第１の理由は、支持体２７上に半導体集積回路基体２１がはんだ付け搭載されており、これを固着する合金材２５に半導体集積回路基体２１を介して一体化にともなう内部応力が導入されると、その後の稼働時や休止時の温度変化に起因する応力が重畳されるため、合金材２５の熱疲労破壊が生じやすくなるためである。
【００６７】
そして、第２の理由は、モールド樹脂３０とリード２４との一体化界面２８（図１参照）に内部応力を内蔵すると、その後の稼働時や休止時の温度変化に起因する応力が重畳されて過大な界面応力を生じ、界面２８の剥離に至る。この結果、稼働環境下の水分が界面２８を通じて半導体装置４０の内部に侵入し、半導体集積回路基体２１，リード２４，ワイヤ２６を腐食させ、半導体装置４０の正常な電気的機能を損ねるからである。
【００６８】
図９は本発明による一実施例のモールド樹脂３０とＣｕリード２４（厚さ０．４ｍｍ）との一体化物のそり量を示すクラフである。ここで、樹脂モールド領域の寸法は１３ｍｍ×１３ｍｍ、トランスファモールドによるモールド樹脂３０の厚さは３ｍｍである。また、縦軸は樹脂モールド領域の対角線方向のそり量を表し、プラスの値はリードフレーム側が凸になる形状を、マイナスの値はリードフレーム側が凹になる形状を意味する。更に、横軸はモールド樹脂の熱膨張率を表している。
【００６９】
一体化物のそり量は、モールド樹脂３０の熱膨張率が大きくなるにつれプラスの大きな値を示している。この際、半導体集積回路基体２１の初期そり量は２０μｍ（図中の破線）である。
【００７０】
図において、そり量の点からのみ考察すれば、例えばモールド後に界面内部応力が導入されないようにするためには、モールド後の一体化物のそり量が半導体集積回路基体２１の初期そり量に近似させる（望ましくは±１０μｍ以内，領域Ｒ）必要がある。
【００７１】
このような観点から判断すると、モールド樹脂３０の熱膨張率は１０〜２０ｐｐｍ／℃であることが望ましい。
【００７２】
しかしながら、本発明者らの各種試験では、本発明に係る合金材２５を適用する場合は、熱膨張率は１４〜２０ｐｐｍ／℃の範囲に選択されるのが望ましいことが判明した。
【００７３】
表２は適用したモールド樹脂の熱膨張率と各種試験による半導体装置の耐久性能の関係を示す。温度サイクル試験では、半導体装置４０に−５５／１５０℃の温度変化を与え、合金材２５の熱疲労破断による電気的機能の劣化状況を追跡している。熱膨張率６〜１３ｐｐｍ／℃の領域及び２５ｐｐｍ／℃の場合では、いずれも５０００回以下の温度サイクルで電気的機能の劣化を生じている。これに対し１４〜２０ｐｐｍ／℃の範囲では、いずれの試料も１００００回以上の温度サイクルを与えても電気的機能は劣化していない。
【００７４】
【表２】
0003555831.tif 000003
【００７５】
また、高温高湿バイアス試験では、半導体集積回路基体を搭載しない半導体装置４０に８５℃，８５％ＲＨの雰囲気ストレスを与え、更にリード２４間に５００ｖの直流電圧を印加して、リード２４間の電気的絶縁劣化状況を追跡している。熱膨張率１３ｐｐｍ／℃以下の領域及び２５ｐｐｍ／℃の場合では、いずれも２０００ｈ以下で絶縁劣化を生じている。これに対し１４〜２０ｐｐｍ／℃の範囲では、いずれの試料も５０００ｈ以上の試験によっても絶縁劣化は観測されていない。
【００７６】
更に、プレッシャークッカ試験では、半導体装置４０を１２１℃，２気圧の水蒸気雰囲気にさらし、リード２４間の短絡、半導体集積回路基体２１の化学的変質による半導体装置の電気的機能の劣化状況を追跡している。
【００７７】
熱膨張率１１ｐｐｍ／℃以下の領域及び２５ｐｐｍ／℃の場合では、いずれも４００ｈ以下で電気的機能の劣化を生じている。これに対し、１３〜２０ｐｐｍ／℃の範囲では、いずれの試料も５００ｈ以上の試験によっても電気的機能の劣化は観測されていない。
【００７８】
以上の試験を総合的に評価すると、望ましいモールド樹脂３０の熱膨張率は１４〜２０ｐｐｍ／℃の範囲にあると言える。
【００７９】
このように、モールド樹脂３０の熱膨張率と合金材２５を選択する前記第２及び３の特徴に基づき、半導体装置４０に優れた気密的な封止性と高いはんだ接続信頼性とを、上記第１の特徴に基づく効果（電磁波遮蔽性能，電気絶縁性，小型化及び低コスト化）とともに付与できる。
【００８０】
モールド樹脂３０の熱膨張率の調整は、一般的な手法によることが可能である。
【００８１】
すなわち、エポキシ樹脂にフェライト粉末とともに熱膨張率調整材としてのガラス，シリカ，アルミナ等のセラミックス粉末を添加した後、これらを混練して得た組成物がモールド樹脂３０になり得る。具体的には、セラミックス粉末の添加量を調整することにより、熱膨張率を制御できる。
【００８２】
本発明半導体装置４０の実施態様によれば、支持体２７上に半導体集積回路基体２１を合金材２５により固着し、ワイヤ２６で半導体集積回路基体２１の電極とリード２４の内端を接続した後、例えば樹脂タブレットの予備加熱温度：６５℃，金型温度：１７５±５℃，金型クランプ力：１００ｔ，モールド圧力：８０ｋｇｆ／ｃｍ２なる条件下でモールドし、次いで、１７５±５℃，５ｈの条件下でキュアベークする、いわゆるトランスファモールド法により封止することが可能である。
【００８３】
また、支持体２７上に半導体集積回路基体２１を合金材２５により固着し、金属線２６を形成した後、例えばポッティング法によって絶縁性の樹脂を塗布し、ついで前記樹脂を１５０℃，２ｈの条件下で硬化熱処理する方法でも封止は可能である。
【００８４】
モールド樹脂３０の寸法精度の制御や量産性，ハンドリングの観点から比較すれば、半導体装置４０の小型化及び廉価化にとっては、トランスファモールド法によるのが望ましい。
【００８５】
【発明の実施の形態】
本発明について、実施例を示してより詳細に説明する。
（実施例１）
実施例１の半導体装置は、前述の図１に示した半導体装置４０の構成と同じである。
【００８６】
半導体装置４０の製造には、図示しないリードフレームが使用された。このリードフレームは、金属板、例えば厚さ０．４ｍｍの銅シートを選択エッチングによってパターン化した後、その表面に厚さ１μｍのＮｉめっきを施すことによって形成され、単位パターンの中央に半導体集積回路基体２１を固定するための略矩形の支持体２７を有している。また、支持体２７の周囲にはその外周の枠部分から延在するリード２４の先端（内端）が延在している。また、各リード２４はその途中をダム（タイバー）で支持されている。このダムは封止体をトランスファモールドで形成する際溶けた樹脂の流出を防止するダムの役割を果たす。
【００８７】
半導体装置４０になった状態では、前記ダムや枠部等は切断除去され、リードがモールド樹脂３０の周面から突出する形状になる。
【００８８】
半導体集積回路基体２１は、一辺４μｍの正方形のシリコン（Ｓｉ）で形成され、厚さ２０μｍのＳｎ−５ｗｔ％Ｓｂ合金材２５によって前記支持体２７に機械的に固着されている。
【００８９】
半導体集積回路基体２１の図示しない電極とリード２４の先端（内端）部分は、超音波ワイヤボンディングによる金属線（ワイヤ）２６でそれぞれ電気的に接続されている。
【００９０】
また、支持体２７，合金材２５，半導体集積回路基体２１，リード２４の内端部分及びワイヤ２６は絶縁性樹脂で形成されるモールド樹脂３０によって封止されている。モールド樹脂３０は、例えばトランスファモールドによって形成され、例えば厚さ２ｍｍになっている。
【００９１】
モールド樹脂３０は、フェライトの粉末３２としてのＮｉＦｅ２Ｏ４・ＺｎＦｅ２Ｏ４が７５ｖｏｌ％添加され、熱膨張率が１６ｐｐｍ／℃に調整されたエポキシ樹脂３１で形成されている。
【００９２】
図１０は電磁波雑音強度の測定結果を示すグラフである。曲線Ａは動作状態にある半導体装置４０の周囲で測定した強度であり、フェライト粉末を添加しないモールド樹脂を適用した比較例半導体装置（構成，寸法等は，本実施例の半導体装置と同一）の雑音強度を基準にして示す。
【００９３】
曲線から、本実施例の半導体装置４０から放出される雑音の強度は、比較例の半導体装置の場合より大幅に低いことがわかる。
【００９４】
また、曲線Ｂは半導体装置４０の周囲の近傍で電磁波雑音を発生させた場合に半導体装置４０の内部に侵入する電磁波雑音の強度を示す。この場合も、上記比較例半導体装置の場合を基準にした値で示す。
【００９５】
曲線から、本実施例半導体装置４０に侵入する雑音強度は、比較例半導体装置の場合より大幅に低いことが理解される。
【００９６】
以上のように、本実施例の半導体装置４０には優れた電磁波遮蔽性能が付与されていることが確認される。
【００９７】
図１１は半導体集積回路基体搭載部の熱抵抗の推移を示すグラフである。図中の曲線Ａは本実施例の半導体装置４０の場合、曲線Ｂ及びＣはそれぞれ熱膨張率が８ｐｐｍ／℃及び２５ｐｐｍ／℃のモールド樹脂を適用した比較例半導体装置の場合を示している。ただし、合金材２５としては、曲線Ａ，Ｂ，ＣともＳｎ−５ｗｔ％Ｓｂ材を用いている。
【００９８】
曲線Ａでは温度サイクル数が１万回までの試験で熱抵抗の上昇を示していないのに対して、曲線Ｂ及びＣでは１５０回以上で熱抵抗の上昇を示している。このように本実施例の半導体装置４０の場合に長い破断寿命が得られたのは、（１）合金材２５自体が優れた耐熱疲労特性を有していることに加えて、（２）モールド樹脂３０と支持体２７との一体化界面に内部応力を内蔵せず、外部要因の熱応力が重畳されてもはんだ付け部に過大な応力が作用しないことに基づくものと考えられる。
【００９９】
換言すれば、合金材２５の剛性及び熱歪吸収性と、封止材としてのモールド樹脂３０の熱膨張率とが整合されていることに基づく。
【０１００】
（実施例２）
本実施例２の半導体装置４０は、次の点を除いて実施例１と同じ構成である。異なる点は、熱膨張率１６ｐｐｍ／℃以外のエポキシ樹脂からなるモールド樹脂３０でトランスファモールドして半導体装置４０を得たことである。表２の耐久性能は、これらの半導体装置４０の各種試験により得られたものである。
【０１０１】
表２によって、モールド樹脂３０の熱膨張率を、１６ｐｐｍ／℃を除く１４ｐｐｍ／℃〜２０ｐｐｍ／℃とした場合にも、高温高湿バイアス試験でもプレッシャークッカ試験でも良好な結果を得ることが分かる。
【０１０２】
すなわち、本実施例では、モールド樹脂３０の熱膨張率を１４ｐｐｍ／℃〜２０ｐｐｍ／℃とすることが望ましいことが分かる。
【０１０３】
（実施例３）
実施例３は図１２に示すように、電子装置４７に係わるものである。すなわち、電子装置４７は、図１に示すと略同様の半導体装置４０ａのリード２４を折り曲げてリード２４の先端（外端）部分を、合金材４３を介して回路基板４４の配線４５に実装した構成になっている。。
【０１０４】
電子装置４７は、実施例１と同様の手法により製作された半導体装置４０ａが、ガラスエポキシ板４２上に銅からなる配線４５を設けた回路基板（外部回路基板）４４に、例えばＰｂとＳｎを主成分とする合金材（第２合金材）４３により固着された構成になっている。
【０１０５】
そして、半導体装置４０ａは図１に示した半導体装置４０とほぼ同様の構成であり、支持体２７上の半導体集積回路基体２１が、Ｓｎを主成分としＳｂ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｉｎ，Ｃｕ及びＢｉの群から選択された１種類以上の金属が添加された合金材（第１合金材）２５によって固着され、半導体集積回路基体２１，金属線２６，合金材２５や支持体２７が、フェライト粉末としてのＮｉＦｅ２Ｏ４・ＺｎＦｅ２Ｏ４が７５ｖｏｌ％添加され、熱膨張率が１６ｐｐｍ／℃に調整されたエポキシ樹脂からなる厚さ３ｍｍのモールド樹脂３０で封止されている。モールド樹脂３０はトランスファモールドによって気密的に封止されている。
【０１０６】
ここで、モールド半導体装置４０ａと回路基板４４は、第２合金材４３としてのＰｂ−６０ｗｔ％Ｓｎ材によりはんだ付けされている。以下、このはんだ付け工程を、前記回路基板４４がプリント基板であることから、プリント基板はんだ付けと言う。
【０１０７】
このプリント基板はんだ付けでは、プリント基板（回路基板）４４の所定部にＰｂ−６０ｗｔ％Ｓｎ材ペーストを印刷した後、リード２４の外端を前記印刷部に対応するように位置決めして前記半導体装置４０ａを回路基板４４上に載置し、その後前記ペーストを２２０℃に加熱して合金材（第２合金材）４３となして、この第２合金材４３によって配線４５とリード２４を電気的かつ機械的に接続する。
【０１０８】
この際、半導体装置４０ａの支持体２７と半導体集積回路基体２１を固着する合金材（第１合金材）２５は、その融点が約２３０℃以上（正確には２３２〜２４０℃）のＳｎ−５ｗｔ％Ｓｂ材で構成されていて、回路基板４４に半導体装置４０ａを固着する第２合金材４３の融点の２２０℃に比較して高いことから、半導体装置４０ａの実装作業温度を第１合金材２５の融点よりも低い２３０℃よりも低い温度で行う限り、前記支持体２７と半導体集積回路基体２１を接合する第１合金材２５の再溶融による劣化は起きなくなる。
【０１０９】
これによって、半導体装置４０ａの内の電気的特性は、プリント基板はんだ付け工程を経た後であっても変動しない。すなわち、半導体装置４０ａを、少なくとも第１合金材２５よりも融点の低い第２合金材４３によって、回路基板４４に固着することにより、半導体装置４０ａの熱的な変質や性能劣化を防止することができる。
【０１１０】
これに対し、Ｐｂ−６０ｗｔ％Ｓｎ材からなる第１合金材を用いた場合は、２２０℃のプリント基板はんだ付け工程において、第１合金材としてのＰｂ−６０ｗｔ％Ｓｎ材（融点：１８３℃）  が再溶融し、半導体装置４０ａの特性が変動した。また、Ｐｂ−６０ｗｔ％Ｓｎ材は、再溶融により１．１６倍の体積膨張を生ずる。この場合には、半導体集積回路基体２１，モールド樹脂３０及び支持体２７で構成される密閉空間で第１合金材からなる溶融はんだ材が受ける圧力は、８０ｋｇ／ｍｍ２以上に達し、モールド樹脂３０は支持体２７から剥離すると同時に、溶融はんだ材は剥離間隙を通して流出する。この流出により、リード２４間は電気的に短絡する。しかし、本実施例モールド半導体装置４０ａ又は半導体装置４０では、プリント基板はんだ付け工程で再溶融を生じないため上記のような短絡を生じない。
【０１１１】
一方、例えば融点の高い第１合金材（Ｐｂ−５ｗｔ％Ｓｎ材）を用いて半導体集積回路基体を支持体に固着するには、３００℃以上の温度に加熱する必要がある。この場合には、モールド樹脂の熱的劣化により、リード間の絶縁耐力が低下する。
【０１１２】
しかし本実施例では、上述したように２２０℃の加熱であって３００℃以上の熱工程を経ていないためモールド樹脂は劣化しておらず、良好な電気絶縁性が保たれる。この点からも、熱的耐久性の向上及び熱的劣化の防止を図ることができる。
【０１１３】
なお、本実施例においても前記実施例１と同様に、半導体装置４０ａの内外における電磁波雑音の影響を避けることができる。
ところで、本発明は上述の実施例に記述した範囲外にも適用され得る。
【０１１４】
すなわち、リードフレームは銅以外に、例えば銅−ベリリウム合金，リン青銅合金，真鍮，鉄−ニッケル合金，鉄−ニッケル−コバルト合金，銅−インバ−銅ラミネート複合金属，銅−モリブデン−銅ラミネート複合金属などの金属材に置き換えることが可能である。
【０１１５】
また、モールド樹脂３０として適用されるエポキシ系樹脂としては、フィラーとしてＳｉＯ２（溶融シリカ，結晶シリカ）やＺｎＯ粉末を添加したフェノール硬化型エポキシ樹脂が用いられる。この場合、フィラーは、所望の電磁波遮蔽特性，熱膨張率との兼ね合いに応じて、任意の組成を選択することが可能である。
【０１１６】
更に、ゴム変性エポキシ樹脂を用いた場合でも、その熱膨張率が１４〜２０ｐｐｍ／℃の範囲に選択される限り、本発明の効果を享受できる。
【０１１７】
更に、上記ではトランスファーモールド構造の半導体装置を中心に述べたが、トランスファーモールド構造のみに限定されるものではなく、所要部をポッティングにより樹脂被覆した場合でも本発明を適用することが可能である。
【０１１８】
上記実施例では半導体素子基体としてのＳｉを中心に述べたが、本発明ではこれのみに限定されない。例えば、ＧａＡｓ，ＧａＰ，ＳｉＣのごとき化合物半導体を母材にした半導体集積回路基体が搭載された場合でも、本発明の効果を享受できる。
【０１１９】
本実施形態及び実施例によれば以下の効果を奏する。
（１）モールド樹脂３０は有機樹脂に調整された量の金属磁性体粉末またはフェライト粉末が分散されていて、モールド樹脂層に適度な絶縁性と電磁的遮蔽効果を持たせることができる。この結果、半導体装置内部で発生した電磁的雑音の外部への放出と、外部雑音の半導体装置内部への浸入を防止できるため、半導体装置自体及び半導体装置の周辺機器の誤動作を防止できるという効果が得られる。
【０１２０】
（２）モールド樹脂３０の熱膨張率を１４〜２０ｐｐｍ／℃として金属からなる支持体２７の熱膨張率と一致あるいは近似させていることから、半導体集積回路基体２１の固着部（合金材２５）の熱疲労破壊が抑止され、耐熱疲労性の向上を図ることができる。
【０１２１】
（３）モールド樹脂３０と支持体２７やリード２４の熱膨張率の一致または近似により、支持体２７及びリード２４とモールド樹脂３０間の接合界面の剥離が抑制され、水分の浸入を抑止できることから半導体装置４０の耐湿性が向上する。
【０１２２】
（４）剛性が大きく熱歪吸収性に優れる合金材２５の利点と、金属板からなる支持体２７に対してモールド樹脂３０の熱膨張率が適切に調整されている利点とが調和して、一層優れた固着部（合金材２５）の耐熱疲労性が付与される。
【０１２３】
（５）１層のモールド樹脂で半導体集積回路基体，支持体，リード，ワイヤ等を直接被覆するため、配線長の短縮を図ることができ、半導体装置４０の小型化が達成できるとともに、コストの低減を図ることができる。
【０１２４】
（６）支持体２７に半導体集積回路基体２１を固着する合金材（第１合金材）２５の融点よりも低い温度で回路基板４４に半導体装置４０を実装した電子装置４７においては、実装時の熱によって第１合金材２５の熱的な変質や性能劣化が発生せず、電子装置の信頼性が高くなる。また、この電子装置４７においては、半導体装置４０が有する前記（１）乃至（５）の効果をも有することになる。
【０１２５】
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【０１２６】
前記実施形態及び実施例では、９０ｗｔ％以上のＳｎにＳｂ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｉｎ，Ｃｕ及びＢｉの群から選択された１種類以上の金属が添加された合金材によって半導体集積回路基体を固着した場合に、過酷な稼働及び環境条件のもとでも優れた接続信頼性を確保できる点を示唆した。しかし、半導体装置の稼働条件，環境条件がさほど厳しくない場合には、上述の合金材で半導体集積回路基体を固着する必要は無く、例えば銀ペースト接着剤，一般的なＰｂ−Ｓｎ系合金材のような物質で固着されてもよい。
【０１２７】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
（１）本発明によれば、電磁的遮蔽機能を有し、小型化と廉価化を可能にするとともに、はんだ接続部の耐熱疲労性と気密性に優れる半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による一実施例の半導体装置を示す断面図である。
【図２】モールド樹脂の構造を示す断面模式図である。
【図３】エポキシ樹脂にＮｉＦｅ２Ｏ４・ＺｎＦｅ２Ｏ４フェライト粉末を分散したモールド樹脂の電磁波透過特性を示すグラフである。
【図４】電磁波の透過特性測定法の概略を示す図である。
【図５】エポキシ樹脂に添加するＮｉＦｅ２Ｏ４・ＺｎＦｅ２Ｏ４フェライト粉末の量を変化させた場合のモールド樹脂の電磁波透過特性を示すグラフである。
【図６】本実施例半導体装置における端子間の電圧−電流特性を示すグラフである。
【図７】半導体装置の端子間におけるリーク電流のモールド樹脂中におけるＮｉＦｅ２Ｏ４・ＺｎＦｅ２Ｏ４フェライト粉末の添加量依存性を示すグラフである。
【図８】合金材の熱疲労破壊耐量を示すグラフである。
【図９】本発明による一実施例のモールド樹脂とＣｕリードフレームとの一体化物のそり量を示すグラフである。
【図１０】電磁波雑音強度の測定結果を示すグラフである。
【図１１】半導体集積回路基体搭載部の熱抵抗の推移を示すグラフである。
【図１２】他の実施例の半導体装置を説明する断面模式図である。
【符号の説明】
２１…半導体素子（半導体集積回路基体）、２４…リード、２５…合金材（第１合金材）、２６…金属線（ワイヤ）、２７…支持体、２８…界面、３０…モールド樹脂、３１…エポキシ樹脂、３２…粉末、４０…半導体装置、４２…ガラスエポキシ板、４３…合金材（第２合金材）、４４…回路基板（プリント基板）、４７…電子装置、５１…電磁波源用発信器、５２…電磁波強度測定器（受信用素子）  、５３…電磁波送信用微少ループアンテナ、５４…電磁波受信用微少ループアンテナ、５５…試料。
【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】
0003555831.tif 000008
【図６】
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【図７】
0003555831.tif 000010
【図８】
0003555831.tif 000011
【図９】
0003555831.tif 000012
【図１０】
0003555831.tif 000013
【図１１】
0003555831.tif 000014
【図１２】
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