(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と樹脂封止パッケージとを有する半導体装置のベーク方法であって、
上記半導体素子を樹脂封止した後、上記樹脂封止パッケージを１０-6ｔｏｒｒ以下かつ１６５℃〜１７５℃の窒素雰囲気で６時間以上ベーク処理することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置のベーク方法において、
上記樹脂封止パッケージはＴＳＯＰ型であることを特徴とする半導体装置のベーク方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子と樹脂封止パッケージとを有する半導体装置のベーク方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トランジスタ、ＩＣ(Integrated circuit)、ＬＳＩ(Large scale Integrated circuit)の半導体素子は、セラミックパッケージやプラスティックパッケージ等に封止されている。特にプラスティックパッケージは、コストや生産性が優れているため、特別な仕様を除き、主流になっている。
【０００３】
図２はＴＳＯＰ(Thin Small Outline Package)型等のプラスティックパッケージを有する半導体装置の概略断面図である。この図２に示す半導体装置１００のアセンブリプロセスは以下のようにして行われる。
【０００４】
まず、有機溶剤を含むダイボンドぺーストを４２アロイのフレーム１０１上に塗布して、半導体チップ１０２をフレーム１０１にダイボンドする。
【０００５】
次に、Ｎ2雰囲気で半導体チップ１０２およびフレーム１０１に対してオーブンで加熱処理を行った後、ワイヤーボンディングを行い、半導体チップ１０２とリード端子１０３,１０３とをＡｕ線１０６,１０６で接続する。
【０００６】
次に、樹脂封止を行う前に、フレーム１０１とプラスティックパッケージ１０５との密着性を確保するため、フレーム１０１において半導体チップ１０２と反対側の面にＰＩＱ(ポリイミド系樹脂)膜１０４を形成した後、加熱処理を行うことによりＰＩＱ膜１０４を硬化させる。
【０００７】
次に、上記ＰＩＱ膜１０４の加熱処理の終了後、モールドプレスにてＴＳＯＰ型のパッケージ１０５の成型を行って、Ｎ2雰囲気にて加熱処理を行う。
【０００８】
次に、上記リード端子１０３,１０３を成型し、そのリード端子１０３,１０３にメッキ処理を施した後、ベーク処理を行う。
【０００９】
従来、半導体装置のベーク方法としては、大気圧のＮ2雰囲気において半導体装置１００に対して１５０℃で１時間のベーク処理を行って、プラスティックパッケージ１０５内に吸着された水分、および、プラスティックパッケージ１０５内の有機成分を除去する方法がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記半導体装置のベーク方法では、プラスティックパッケージ１０５内の有機成分を十分に除去することができない。その結果、上記半導体装置１００を回路基板に接続するために、例えば２３０℃,３分間のリフロー処理(加熱処理)を行うと、図３に示すようにプラスティックパッケージ１０５に膨れ部１０５ａが生じたり、あるいはプラスティックパッケージ１０５にクラックが生じるたりする場合があるという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明は、プラスチックパッケージの変形およびクラックを防止することができる半導体装置のベーク方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の半導体装置のベーク方法は、半導体素子と樹脂封止パッケージとを有する半導体装置のベーク方法であって、上記半導体素子を樹脂封止した後、上記樹脂封止パッケージを１０-6ｔｏｒｒ以下かつ１６５℃〜１７５℃の窒素雰囲気で６時間以上ベーク処理することを特徴としている。
【００１３】
本発明の半導体装置のベーク方法によれば、上記半導体素子を樹脂封止した後、樹脂封止パッケージに対して１０-6ｔｏｒｒ以下かつ１６５℃〜１７５℃の窒素雰囲気でベーク処理を６時間以上行うことによって、樹脂封止パッケージ内の水分および有機成分が樹脂封止パッケージ外に排出されやすくなり、樹脂封止パッケージ内の水分および有機成分が十分に除去されることが分った。その結果、上記ベーク処理後の例えばリフロー処理において、樹脂封止パッケージの変形およびクラックを確実に防止することができる。
【００１４】
また、上記窒素雰囲気が１０-6ｔｏｒｒを超えると、樹脂封止パッケージ内の水分および有機成分が十分に除去されない。
【００１５】
また、上記樹脂封止パッケージを１６５℃〜１７５℃の範囲内でベーク処理することによって、樹脂封止パッケージの変形およびクラックを確実に防止することができる。
【００１６】
また、上記ベーク処理を１６５℃未満で行うと、樹脂封止パッケージ内の水分および有機成分が十分に除去されない。
【００１７】
また、上記ベーク処理を１７５℃を越えると、樹脂封止パッケージに損傷を及ぼしてしまう。
【００１８】
また、上記樹脂封止パッケージの加熱が６時間未満だと、樹脂封止パッケージ内の水分および有機成分が十分に除去されない。
【００１９】
また、一実施形態の発明の半導体装置のベーク方法は、上記樹脂封止パッケージはＴＳＯＰ型であることを特徴としている。
【００２０】
上記一実施形態の発明の半導体装置のベーク方法によれば、上記樹脂封止パッケージはＴＳＯＰ型であることによって、樹脂封止パッケージの変形およびクラックを効果的に防止することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体装置のベーク方法を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２２】
図１は本発明の実施の一形態の半導体装置のベーク方法で用いる真空装置の概略構成図である。この真空装置は、図１に示すように、半導体装置１０を収容する容器１１と、半導体装置１０に対してベーク処理を施すための加熱板１３と、その加熱板１３と半導体装置１０との間に介挿される均熱用Ａｌステージ１２とを有している。また、図示しないが、上記容器１１内を減圧雰囲気にするためにロータリーポンプ,ディフュージョンポンプの２種類の排気装置を用いている。
【００２３】
また、上記半導体装置１０は、４２アロイのフレーム１と、そのフレーム１に載置される半導体素子としての半導体チップ２と、半導体チップ２にＡｕ線６,６で接続されるリード端子３,３と、半導体チップ２を封止する樹脂封止パッケージとしてのプラスティックパッケージ５と、プラスティックパッケージ５とフレーム１との密着性を向上させるためにフレーム１上に形成されたＰＩＱ膜４とを備えている。
【００２４】
上記半導体装置１０は次のようにして製造されている。
【００２５】
(１)  まず、有機溶剤を含むダイボンドペーストを、４２アロイのフレーム１上に塗付して、半導体チップ２をフレーム１にダイボンドする。なお、上記ダイボンドペーストの成分は、例えば、Ａｇが６８〜７２％、エポキシ樹脂が１８〜２２％、２−(２−エトキシエトキシ)アセテートが３〜７％である。
【００２６】
(２)  次に、Ｎ2雰囲気にて１８０℃で１時間の加熱処理を行う。このとき、上記半導体チップ２はフレーム１との接着力は満足しているが、ダイボンドペーストの溶媒では、有機成分が十分揮発されていない。
【００２７】
(３)  次に、ワイヤーボンディングを行い、半導体チップ２とリード端子３,３とをＡｕ線６,６で接続する。
【００２８】
(４)  次に、上記フレーム１において、半導体チップ１と反対側の面上にＰＩＱ膜４を形成する。なお、上記半導体チップ２は、ウェハープロセスにてＰＩＱコートが施されている。また、上記ＰＩＱ膜４の成分は、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン(ＮＭＰ)が６８〜７０％、ジイソブチルケトン１６〜１８％、ポリイミド樹脂が１２〜１６％である。
【００２９】
(５)  次に、Ｎ2雰囲気にて１００℃で１時間の加熱処理を行った後、さらにＮ2雰囲気にて２６０℃で１時間の加熱処理を行う。この加熱処理により、ＰＩＱ膜４中の溶剤を揮発させ、脱水重合によりＰＩＱ膜４をイミド化する。このイミド化率は、ＦＴＩＲ(赤外分光法の１つ),ＫＢｒ法により９０％以上であると分っている。また、硬化後のＰＩＱ膜４では水分の吸湿が殆ど無い(吸収率１％,飽和条件４０℃／８０％,１２ｈ以上)。
【００３０】
(６)  次に、上記半導体チップ２を封止するために例えば金型温度１６５℃,荷重１００ｋｇｆを８５秒間という条件で、樹脂封止パッケージとしての例えばＴＳＯＰ型のプラスティックパッケージ５を成型する。このとき、上記ＰＩＱ膜４によって、フレーム１とプラスティックパッケージ５との密着性が確保されている。なお、上記プラスティックパッケージ５の材料としてはエポキシ樹脂を使用する。このエポキシ樹脂の一般特性は、曲げ弾性率が２２００±３００[ｋｇｒ/ｍｍ2]、曲げ強さが１５±３[ｋｇｒ/ｍｍ2]、ガラス転移温度が１１５±１５[℃]、熱膨張係数が１．２±０．３[×１０-5/℃]、比重が１．９４±０．０３、熱時硬度７０以上、吸水率０．６[％]以下である。
【００３１】
(７)  次に、Ｎ2雰囲気にてプラスティックパッケージ５を１８０℃で１時間のベーク処理を行った後、リード端子３,３をカットおよび成型し、リード端子３,３にメッキを施す。
【００３２】
このとき、上記プラスティックパッケージ５の吸湿特性は、８５℃,８５％の条件下の特殊な状態における吸湿率０．３％／４００ｈを除いて、吸湿率０．１％以下／４００ｈである。このように、上記プラスティックパッケージ５の吸湿率が０．１％以下／４００ｈである場合、プラスティックパッケージ５の排湿は、Ｎ2雰囲気にて１５０℃のベーク処理を１０時間行うことで完了する。しかし、Ｎ2雰囲気における１５０℃のベーク処理を１０時間行った後に、例えば２３０℃,３分間のリフロー処理を行うと、プラスティックパッケージ５において、図３に示す従来例のような膨れ部またはクラックが生じる。このプラスティックパッケージ５の膨れ部に対して２００℃,３分間の加熱を行って、その膨れ部から発生するガスをガスクロ分析すると、ジエチレングリコールモノエチルエーテル,ジエチレングリコールモアセテイトおよびＮ−メチル−２−ピロリドンが検出された。したがって、上記プラスティックパッケージ５内には、ダイボンディングペーストの有機成分と、ＰＩＱ膜４の有機成分とが残留していることが分る。さらに、上記プラスティックパッケージ５の膨らみ部から発生するガスの質量分析を行った結果、プラスティックパッケージ５の膨れ容積とガス発生量とがほぼ一致した。したがって、上記プラスティックパッケージ５のリフロー処理において、プラスティックパッケージ５内の有機成分の気化によりプラスティックパッケージ５に膨れ部やクラックが発生していることが確認できた。
【００３３】
そこで、上記べ−ク処理を１７０℃で行って、プラスティックパッケージ５から外部への有機成分の放出をガスクロ分析で検出したが、膨れ部が発生する程のガス放出は確認できなかった。しかし、上記プラスティックパッケージ５内のＰＩＱ膜４のイミド化率が１５０℃,１０時間では進行なく、１７０℃,１０時間ではイミド化率の進行が確認できた。したがって、１７０℃においてもプラスティックパッケージ５内に、ＰＩＱ膜４に残留中の溶剤が気化しているが、プラスティックパッケージ５から外部への放出はされていないと推測される。
【００３４】
そこで、上記ＰＩＱ膜４に残留中の溶剤を外部に排出するためにベーク処理を減圧雰囲気にて行い、その結果を次の表１,表２に示している。なお、サンプルとしては、べーク処理を施しても２３５℃,３０秒のリフロー処理で膨れ部やクラックが発生するプラスティックパッケージを使用している。また、上記サンプルを表１、表２に示す条件にて処理した後、排出効果確認のため、８５℃,８５％,１２時間の加湿処理してから、２３５℃,３０秒のリフロー処浬を行った後、サンプルの表面の状態を判定し、その判定に５００金属顕微鏡を使用する。
【００３５】
【表１】
0003598255.tif 000002
【００３６】
【表２】
0003598255.tif 000003
【００３７】
表１に示すように、１７０℃のベーク処理において、真空度が１０-2,１０-4の雰囲気で２時間または３時間の加熱を行うと、その後のリフロー処理でプラスティックパッケージ５に膨れ部やクラックが生じる一方、真空度が１０-6の雰囲気で３時間の加熱を行うと、その後のリフロー処理でプラスティックパッケージ５に膨れ部やクラックの生じない。したがって、上記ベーク処理の真空度は１０-6以下にするのが好ましいと分った。
【００３８】
また、表２に示すように、真空度が１０-6の雰囲気のベーク処理において、１５０℃の加熱を６時間および１７０℃の加熱を３時間行うと、その後のリフロー処理でプラスティックパッケージ５に膨れ部やクラックが生じ、１７０℃の加熱を６時間行うと、その後のリフロー処理でプラスティックパッケージ５に膨れ部やクラックが生じない。したがって、上記ベーク処理の加熱時間は６時間以上にするのが好ましいと分った。
【００３９】
したがって、図１に示すように、上記容器１１内を真空度１０-6ｔｏｒｒ以下のＮ2雰囲気にし、かつ、加熱板１３を用いて半導体装置１０を１６５℃〜１７５℃の範囲で６時間以上加熱することによって、その後のリフロー処理でプラスティックパッケージ５に膨れ部やクラックが生じるのを防止できることが分った。
【００４０】
また、真空度１０-6ｔｏｒｒ以下のＮ2雰囲気において半導体装置１０を１６５℃〜１７５℃の範囲で６時間以上加熱することによって、揮発性の有機成分によるプラスティックパッケージ５内のストレスが減少して、チップクラック、ワイヤー(Ａｕ線８)の断線、フレーム１とプラスティックパッケージ５との密着性の低下等の問題を防ぐ効果があると推測される。
【００４１】
また、上記半導体装置を１７５℃を超える温度でベーク処理すると、プラスティックパッケージ５の耐熱温度を越える温度になるため、プラスティックパッケージ５にダメージが生じる。
【００４２】
上記実施の形態では、プラスティックパッケージ５はＴＳＯＰ型であったが、例えばＴＱＦＰ型でもよい。
【００４３】
なお、上記ＰＩＱ膜４とプラスティックパッケージ５との接着性の関係、および、フレーム１とプラスティックパッケージ５との接着性の関係を、任意の接着力試験機で評価した結果を下記の(i)〜(iii)に示す。この(i)〜(iii)がパッケージの膨れ部の発生の原因究明に大きく寄与している。
(i)  ＰＩＱ膜４のイミド化率が８５〜９５％の範囲内であれば、プラスティックパッケージ５とＰＩＱ膜４との接着性に問題がない。
(ii)  プラスティックパッケージ５の成型後の１７５℃,５時間のべーク処理によって、プラスティックパッケージ５とＰＩＱ膜４との接着力、および、プラスティックパッケージ５とフレーム１との接着力が増大する。
(iii)  プラスティックパッケージ５とフレーム１では、ＰＩＱ膜４がないと１７５℃,５時間のベーク処理を行っても、ＰＩＱ膜４がある場合に比べて接着力が低い。
【００４４】
【発明の効果】
以上より明らかなように、本発明の半導体装置のベーク方法は、半導体素子を樹脂封止した後、樹脂封止パッケージを減圧雰囲気でベーク処理を行うことによって、樹脂封止パッケージ内の水分および有機成分が樹脂封止パッケージ外に排出されやすくなり、樹脂封止パッケージ内の水分および有機成分が十分に除去されることが分った。その結果、上記ベーク処理後の例えばリフロー処理において、樹脂封止パッケージの変形およびクラックを防止することができる。
【００４５】
また、上記減圧雰囲気を１０-6ｔｏｒｒ以下の範囲にするから、樹脂封止パッケージの変形およびクラックを確実に防止することができる。
【００４６】
また、上記樹脂封止パッケージを１６５℃〜１７５℃の範囲内で加熱するから、樹脂封止パッケージの変形およびクラックを確実に防止することができる。
【００４７】
また、上記樹脂封止パッケージを６時間以上加熱することによって、樹脂封止パッケージの変形およびクラックを確実に防止することができる。
【００４８】
一実施形態の発明の半導体装置のベーク方法は、上記樹脂封止パッケージがＴＳＯＰ型であるから、樹脂封止パッケージの変形およびクラックを効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施の一形態の半導体装置のベーク方法で用いる真空装置の要部の概略構成図である。
【図２】図２は従来の半導体装置のベーク方法で処理する半導体装置の概略断面図である。
【図３】図３は上記従来の半導体装置のリフロー処理後における概略断面図である。
【符号の説明】
２  半導体チップ
５  プラスティックパッケージ
【図１】
0003598255.tif 000004
【図２】
0003598255.tif 000005
【図３】
0003598255.tif 000006