(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面に電気回路が形成された半導体チップと、
上記半導体チップに貼付され、上記半導体チップのボンディングパッド領域が開口するようにパターニングされた感光型熱硬化性樹脂層と、
上記電気回路に電気的に接続されるインナーリード部を有し、上記感光型熱硬化性樹脂層により上記半導体チップに貼付されたリードフレームと、
上記半導体チップと上記感光型熱硬化性樹脂層と上記インナーリード部とを封止するモールド樹脂と
を有する半導体パッケージ装置。
【請求項２】
主面に電気回路が形成された半導体チップと、
上記半導体チップに貼付された感光型熱硬化性樹脂層と、
上記電気回路に電気的に接続されるインナーリード部と当該インナーリード部に連接するアウターリード部とサポートピン部とを有し、上記サポートピン部のみが上記感光型熱硬化性樹脂層に貼付されているリードフレームと、
上記半導体チップと上記感光型熱硬化性樹脂層と上記インナーリード部と上記サポートピン部とを封止するモールド樹脂と
を有する半導体パッケージ装置。
【請求項３】
上記半導体チップの主面上に形成されたパッシベーション膜を有し、上記パッシベーション膜上に上記感光型熱硬化性樹脂層が配置されている請求項１又は２に記載の半導体パッケージ装置。
【請求項４】
上記感光型熱硬化性樹脂層と上記インナーリード部との間に０．０１〜０．２０ｍｍの隙間を有する請求項２又は３に記載の半導体パッケージ装置。
【請求項５】
上記感光型熱硬化性樹脂層が感光型熱硬化性ポリイミド系樹脂層であり、その膜厚が３０〜４０μｍである請求項１、２、３、４又は５に記載の半導体パッケージ装置。
【請求項６】
上記感光型熱硬化性ポリイミド系樹脂層のガラス転移温度が２４５〜３５０゜Ｃである請求項５に記載の半導体パッケージ装置。
【請求項７】
上記電気回路がダイナミックメモリ回路を有する請求項１、２、３、４、５又は６に記載の半導体パッケージ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば、ＬＯＣ（Ｌｅａｄ  Ｏｎ  Ｃｈｉｐ）構造の半導体パッケージ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＩＣチップを封止したパッケージとして、ＩＣチップの回路形成面上にリードフレームを乗せるＬＯＣ構造のものが知られている。これを図２８、図２９について例示する。
【０００３】
図２８、図２９には、ＬＯＣ構造の例えばＤＲＡＭ（ダイナミックＲＡＭ）のパッケージを示したが、多数のボンディングパッド１が半導体集積回路（ＩＣ）チップ１０の中央部において一直線上に配列されている。このパッド列の両側にはそれぞれ、バスバーと称される電源線４２、４３と、多数の信号線４４、４５とが配置されていて、ＬＯＣ用のリードフレーム１１を構成している。このリードフレームは鉄−ニッケル合金、銅合金又は銅等で形成されている。
【０００４】
バスバー４２、４３は電源Ｖｓｓ又はＶｃｃに接続される一方、各信号線４４、４５はアドレスＡ０からＡ１０やＣＡＳ、ＲＡＳ等の諸信号用として用いられる。
【０００５】
各ボンディングパッド１と各線との接続は、ボンディングパッド列の一方側ではボンディングワイヤ６、７、他方側ではボンディングワイヤ８、９によるワイヤボンディングによりそれぞれ行われる。この場合、信号線４４、４５（具体的には、インナーリード部）と各パッド１とを接続するワイヤ７、９がバスバー４２、４３上を跨いでいる。そして、全体がエポキシ樹脂等のモールド樹脂１８（図２８では仮想線で示す。）によって封止され、このモールド樹脂の外部には各線のアウターリード部４５ａが導出されている。
【０００６】
こうしたＩＣチップ１０のパッケージにおいて、リードフレーム１１はＬＯＣ構造によりＩＣチップ１０上（具体的には、回路形成面上）に固着されるが、その詳細を図２９で説明する。
【０００７】
まず、ＩＣチップ１０について述べると、例えば、シリコン基板１２の一主面に、ＳｉＯ２  、Ｓｉ３  Ｎ４  等、例えばＳｉＯ２  とＳｉ３  Ｎ４  との積層膜からなるパッシベーション膜（保護膜）１３が設けられ、このパッシベーション膜の開口部に、ＩＣチップ１０の内部回路に接続された上記のボンディングパッド１が形成され、更にこのボンディングパッドの領域を除く全面に熱硬化性ポリイミド系保護膜１４が被着されている。
【０００８】
モールド樹脂１８にはフィラー（例えば、熱膨張係数を小さくするために添加されるＳｉＯ２  ）が含有されているが、こうしたフィラーにはα線を放出するウラン及びトリウム等の放射性元素が含まれているため、この放射性元素からのα線がＩＣチップ１０に照射されて回路が誤動作するいわゆるソフトエラーを生じ易いとされている。上記のポリイミド系保護膜１４は特に、そうしたα線の侵入を防止し、ソフトエラーによる不良を防止するために設けられるものである。
【０００９】
図３０〜図３３には、Ｓｉ３  Ｎ４  膜１３ＡとＳｉＯ２  膜１３Ｂとの積層膜からなるパッシベーション膜１３上にポリイミド系保護膜１４を形成する工程を概略的に示した。
【００１０】
まず、ボンディングパッド１を露出させるようにパッシベーション膜１３を選択的にエッチングした（図３０）後、未硬化の熱硬化性ポリイミド系樹脂１４Ａを全面に塗布する（図３１）。
【００１１】
次いで、紫外線照射及び現像処理で所定パターンにフォトレジストのエッチングマスク２０を形成し（図３２）、このマスク２０を用いてポリイミド系樹脂１４Ａをウエットエッチングしてボンディングパッド１を露出させ（図３３）、更にマスク２０の除去後に硬化処理してポリイミド系保護膜１４を形成する。
【００１２】
そして、ポリイミド系保護膜１４上には、図２９に示すように、上記のリードフレーム１１が両面接着タイプの絶縁テープ１５によって接着されている（但し、図２８では絶縁テープ１５は図示省略している）。この絶縁テープ１５は、絶縁性フィルム基板１６の両面に接着剤（例えば熱可塑性接着剤）１７、１９をそれぞれ塗布したものであって、一方の接着剤１７によってリードフレーム１１が基板１６に加熱、加圧下に接着され、他方の接着剤１９によって基板１６がＩＣチップ１０のポリイミド系保護膜１４上に加熱、加圧下に接着されている。こうして、リードフレーム１１は絶縁テープ１５によってＩＣチップ１０上にマウント圧着される。
【００１３】
しかしながら、上記のパッケージにおいてリードフレーム１１が絶縁テープ１５によってＩＣチップ１０上に固定しているため、その絶縁性フィルム基板１６の厚みが例えば５０μｍもある上に、その両面の接着剤１７、１９の厚みがそれぞれ例えば１２．５μｍある。従って、絶縁テープ１５の総厚が７５μｍ（場合によっては７５〜１７５  μｍ）にもなるため、主として以下に述べる種々の欠点（ａ）〜（ｄ）が生じることが判明した。
【００１４】
（ａ）マウント圧着後及び温度サイクル中にメタル配線に断線が発生。
リードフレーム１１の上記マウント圧着時には、次式で示されるストレス（応力）が生じる。
【００１５】
【数１】
0003561821.tif 000002
但し、Ｔｍ：マウント時の温度（℃）
−６５：温度サイクル時の最低温度（℃）
Ｅ：接着剤を含めた絶縁テープの弾性率
α２  ：接着剤を含めた絶縁テープの熱膨張係数
α１  ：ＩＣチップのシリコン基板の熱膨張係数
ｈ：接着剤を含めた絶縁テープの厚み（μｍ）
Ｗ：接着剤を含めた絶縁テープの幅（μｍ）
【００１６】
このストレスの式によれば、接着剤を含めた絶縁テープ１５の厚み及び熱膨張係数が大きいと、リードフレームのマウント圧着時にストレスが大きくなり易い。上記したリードフレーム１１のマウント圧着の場合、絶縁テープ１５を使用しているため、この絶縁テープ１５の厚み及び熱膨張係数によって、図３４に示すように、ＩＣチップ１０、特に絶縁テープ１５の端部から内部にクラック２３が発生し、メタル配線２４が断線することがある。
【００１７】
（ｂ）ＩＲリフロー時に発生する絶縁テープの膨張に起因するパッケージクラックの発生。
完成したＩＣパッケージを例えば図３７に示すようにプリント配線基板２６上に固定するに際し、回路パターン２７にアウターリード部４５ａ（又は４４ａ）を半田によって接合する一方法として、赤外線（ＩＲ）加熱によって接合を行うＩＲリフロー法がある。ＩＲリフローの際、ＩＣパッケージはピーク時で約  ２４５℃に加熱される。
【００１８】
現行の絶縁テープのガラス転移点（Ｔｇ）は  ２１０℃に設定されている。リードフレーム１１の酸化を防止するためにリードフレーム１１をチップ１０に貼り付ける温度は  ４００℃以下とするのが良いが、この貼り付け温度は絶縁テープ１５の熱可塑性接着剤１７、１９のガラス転移点＋１５０  ℃以上に設定する必要がある。この理由から、絶縁テープ１５のガラス転移点を  ２１０℃に設定している。
【００１９】
しかしながら、このガラス転移点（２１０℃）は、ＩＲリフローの温度（２４５℃）より低いので、図３５に示すように、上記の接着剤はＩＲリフロー時に液状に近いゴム状態に転移し、その接着機能が著しく低下してしまう。これによって、ＩＲリフロー時に、パッケージクラックが発生し易くなる。
【００２０】
一方、絶縁テープ１５の総厚（７５μｍ）は厚いために、テープ自体の吸水率（８５℃、８５％湿度下）が２〜２．５  ％と高く、パッケージを長期間大気中に放置するとテープは吸水し、図３６に示すように、接着剤１７や１９にふくれが生じ易い。これに起因して、ＩＲリフロー時に封止樹脂１８にクラック２５が入り、パッケージクラックが一層発生し易くなることがある。パッケージクラックは  １２０個のサンプル中、１６個発生したことが確認されている。
【００２１】
（ｃ）パッケージ・ワーページ（Ｐａｃｋａｇｅ  Ｗａｒｐａｇｅ）の発生。
図２９中にＡ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’、Ｅ’、Ｆ’、Ｈ’、Ｉ’、Ｊ’で示した各部分のサイズは、具体的には下記の表−１に示す通りである。ここでは、総厚が約１ｍｍ（１０００μｍ）のＴＳＯＰ（Ｔｈｉｎ  Ｓｍａｌｌ  Ｏｕｔｌｉｎｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）と、総厚が約  ２．７ｍｍ（２７００μｍ）のＳＯＪ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｏｕｔｌｉｎｅ  Ｊ−ｌｅａｄ  Ｐａｃｋａｇｅ）との双方について示した。
【００２２】
0003561821.tif 000003
【００２３】
上記した絶縁テープ１５の厚み（Ｃ’＝７５μｍ）は大きいために、パッケージ中での構造バランスを取り難くしており、特に１ｍｍ厚のＴＳＯＰパッケージ等では、テープ厚（７５μｍ以上）に起因してパッケージ・ワーページと称される反りが発生し易い。
【００２４】
これまでの１ｍｍＴＳＯＰパッケージでは、リードフレーム上の樹脂厚Ａ’を  １９５μｍ以下にするのが難しいが、これは、ワイヤボンダーの能力及びワイヤループをパッケージ外部に出さないためである。このため、ＩＣチップ厚Ｅ’を  ２８０μｍとしたとき、チップ上の樹脂厚Ｈ’＝  ３９５μｍ、チップ下の樹脂厚Ｉ’＝  ３２５μｍとなり、このアンバランスな厚み関係が絶縁テープ厚Ｃ’＝７５μｍによって必然的に生じ、パッケージ・ワーページの問題を引き起こしている。
【００２５】
このようなパッケージ・ワーページの発生によって、図３７に誇張して示すように、パッケージが３０〜６０μｍも反ってしまい、特に両端側でのアウターリード部４５ａ（又は４４ａ）がプリント配線基板２６上の回路パターン２７に対して浮き上がり、接続されないことがある。
【００２６】
（ｄ）コストアップ。
上記したリードフレーム１１を接着した絶縁テープ１５は、１ユニットで数１０円以上という高い値段のものであり、これを用いたパッケージのコストは上昇し、そのコストダウンに限界がある。
【００２７】
【発明に至る経過】
そこで、本出願人は、上述した如き欠点を解消すべく、平成６年特許願第２７３６７号において、リードフレームのマウント圧着後及び温度サイクル中でのチップクラックや配線の断線を防止し、ＩＲリフロー時等の工程におけるパッケージクラックやパッケージ・ワーページを抑制し、低コストに作製できるパッケージ構造の半導体装置及びその製造方法（以下、これらを先願発明と称する。）を提案した。
【００２８】
即ち、先願発明は、半導体チップの保護膜上に第２の保護膜（特に、モールド樹脂のフィラーによるα線の影響を緩和する第２の保護膜）が設けられ、この第２の保護膜上にリードフレームが固定され、このリードフレームが前記半導体チップの回路に電気的に接続されている半導体装置であって、前記リードフレームの主要部分が、前記第２の保護膜の少なくとも一部をなす熱可塑性樹脂層を介して前記第２の保護膜上に固着されている半導体装置に係るものである。
【００２９】
先願発明の半導体装置において、上記の第２の保護膜が、下層をなす熱硬化性ポリイミド系樹脂層と、上層をなす熱可塑性ポリイミド系樹脂層との積層体によって形成することができる。
【００３０】
この場合、上記の積層体において、リードフレームを固着する領域では熱可塑性ポリイミド系樹脂層と熱硬化性ポリイミド系樹脂層とがほぼ同一パターンに形成されていて、前記熱可塑性ポリイミド系樹脂層の厚みが１５〜３５μｍ、前記熱硬化性ポリイミド系樹脂層の厚みが１０〜３０μｍであり、かつ、前記リードフレームの非固着領域では前記熱硬化性ポリイミド系樹脂層の厚みが５〜１５μｍであってよい。
【００３１】
また、上記の積層体において、熱可塑性ポリイミド系樹脂層がリードフレームの非固着領域の熱硬化性ポリイミド系樹脂層上にも設けられていて、前記熱可塑性ポリイミド系樹脂層の厚みが１５〜３５μｍ、前記熱硬化性ポリイミド系樹脂層の厚みが１０〜３０μｍであってもよい。
【００３２】
いずれの場合も、少なくともリードフレーム固着領域での積層体の全厚が３５〜６５μｍであるのがよい。
【００３３】
先願発明の半導体装置においては、上記の第２の保護膜が熱可塑性ポリイミド系樹脂層のみからなっていてよい。
【００３４】
この場合には、熱可塑性ポリイミド系樹脂層の厚みが３０〜５０μｍであるのがよい。また、熱可塑性ポリイミド系樹脂層がリードフレームの非固着領域上にも設けられていることが望ましい。
【００３５】
先願発明の半導体装置においてはまた、リードフレーム固着領域での熱可塑性ポリイミド系樹脂層の端部が、前記リードフレームの端部よりも  ０．１〜０．１５ｍｍだけはみ出していること（特に、熱可塑性ポリイミド系樹脂層の幅が、前記リードフレームの幅に対して片側で  ０．１〜０．１５ｍｍずつ大きくなっていること）がよい。
【００３６】
また、半導体チップのボンディングパッドの側において、前記半導体チップのセル部の端と熱可塑性樹脂層の端との間隔が  １００〜５００  μｍであるのがよい。
【００３７】
また、ボンディングパッドの領域には熱硬化性樹脂層及び／又は熱可塑性樹脂層が存在していてよい。
【００３８】
先願発明の半導体装置は、実際には、ボンディングパッドとリードフレームとがワイヤボンディングされ、全体がモールド樹脂で封止されたものであってよい。また、リードフレームが信号線用のリードフレーム部と電源線用のリードフレーム部とからなっていてよい。
【００３９】
先願発明の半導体装置を製造するには、半導体チップの保護膜上に少なくとも熱可塑性樹脂を塗布し、この塗布された樹脂をパターニングし、硬化処理した後、前記熱可塑性樹脂層上にリードフレームを固着することが望ましい。
【００４０】
この場合、実際には、リードフレームの固着後に、半導体チップのボンディングパッドと前記リードフレームとをワイヤボンディングし、更に全体をモールド樹脂で封止することができる。
【００４１】
次に、先願発明の具体例を図３８〜図４６について説明する。この例は、先願発明を例えばＤＲＡＭのパッケージに適用したものであって、図２８〜図３７に示した従来例と共通する部分には共通符号を付し、その説明を省略することがある。
【００４２】
まず、この例によるＬＯＣ構造のパッケージの構成を図３８及び図３９で説明すると、このパッケージの特徴的構成は、ＩＣチップ１０のパッシベーション膜１３上に熱可塑性ポリイミド系樹脂層５４が積層されていて、その熱可塑性を利用してその上にリードフレーム１１のバスバー４２、４３と信号線４４、４５（インナーリード部）とを熱圧着（マウント圧着）していることである。
【００４３】
即ち、ＩＣチップ上に設けられた熱可塑性ポリイミド系樹脂層５４は、既述したポリイミド系保護膜１４と同様に第２の保護膜としての機能をなすと共に、リードフレーム１１に対して接着剤として使用し、既述した如き絶縁テープ１５を用いない点が注目すべきことである。
【００４４】
この例によれば、図３８及び図３９に示すように、第２の保護層が熱可塑性ポリイミド系樹脂層５４のみによって形成され、この樹脂層５４が図３９で斜線で示したようにＩＣのメモリーセル部のほぼ全域に亘って設けられている。
【００４５】
そして、ポリイミド系樹脂層５４の厚み（ｂ）は２０〜４５μｍであるのが望ましい。また、熱可塑性ポリイミド系樹脂層５４のガラス転移点は  ２１０℃に設定するのがよいが、この理由は、上述したと同様、リードフレームをＩＣチップ表面に熱圧着するときの温度を  ４００℃以下、及びワイヤボンディング温度を  ２００℃に設定するためである。
【００４６】
また、パッケージ全体についてみると、各部分のサイズは、具体的には下記の表−２に示す通りに設定することができる。
【００４７】
0003561821.tif 000004
【００４８】
この例によるパッケージは、保護膜としての熱可塑性ポリイミド系樹脂層５４上にリードフレーム１１を直接マウント圧着している構造であるため、次の（Ａ）〜（Ｅ）の効果を得ることができる。
【００４９】
（Ａ）マウント圧着後及び温度サイクル中に発生するメタル断線を防止できること。
従来のマウント用の絶縁テープは７５〜１７５  μｍと厚いために、熱応力が大きいが、ポリイミド系樹脂層５４の厚みは３０〜５０μｍと薄いために、引張応力を３０％も従来のタイプに比べて低下させることができる。
【００５０】
特に、パッケージ内部において図３９に示すバスバーのコーナー部Ｐの直下のチップ表面域に最大の応力が集中し、これによる引張応力がデバイス特性に悪影響を及ぼす。  １５０℃〜−６５℃の温度サイクル時の上記チップ表面上の引張応力を求めたところ、図３８の構造では２．９０Ｋｇ／ｍｍ２の引張応力を示し、従来例による図２９の構造での引張応力が４．２０Ｋｇ／ｍｍ２であるのに比較して約３０％も低下することが分かった。
【００５１】
（Ｂ）ＩＲリフロー時に発生しがちなパッケージクラックを防止できること。
接着層（ポリイミド系樹脂層）の体積を小さくできることに伴い、吸水率が減少するので、ＩＲリフロー時にパッケージクラックの発生を著しく減少させ若しくは防止することができる。この場合、  １２０個のサンプルについてパッケージクラックは皆無であった。
【００５２】
（Ｃ）パッケージ・ワーページを防止できること。
特に、１ｍｍＴＳＯＰ等においては、パッケージ内のチップ上下の樹脂厚のバランスが上記した厚みＨとＩとの均衡によって取り易くなり、パッケージ・ワーページ（Ｐａｃｋａｇｅ  Ｗａｒｐａｇｅ）を２０μｍ以下とし若しくは十分に防止できる。
【００５３】
（Ｄ）コストダウンを実現できること。
従来の絶縁テープ（リードフレーム付き）のコストに比べ、この例によるマウント構造では１ユニット当たり約１／７〜１／３３以下に低下させることができる。
【００５４】
（Ｅ）ソフトエラーを効果的に防止できること。
熱可塑性ポリイミド系樹脂層５４をセル部のほぼ全域に亘って厚さ３０μｍ以上に設けることによって、セル部は既述したα線から十分に遮蔽される。従って、モールド樹脂１８中のフィラー（ＳｉＯ２  等）やリードフレームからの放射α線を効果的に遮蔽し、メモリーセル部のソフトエラーを防止することができる。
【００５５】
ここで使用する熱可塑性ポリイミド系樹脂５４は、次の物性値を有しており、また、図４０に示す構造式からなっていてよい。
【００５６】
0003561821.tif 000005
【００５７】次に、図３８に示すパッケージの製造方法をその主要工程について説明すると、まず、ボンディングパッド１を露出させるようにパッシベーション膜１３を選択的にエッチングした（図４１）後、未硬化の熱可塑性ポリイミド系樹脂５４Ａを全面に塗布する（図４２）。
【００５８】
次いで、紫外線照射及び現像処理で所定パターンにフォトレジストのエッチングマスク２０を形成し（図４３）、このマスク２０を用いてポリイミド系樹脂５４Ａをウエットエッチングしてボンディングパッド１を露出させ（図４４）、更にマスク２０の除去後に硬化処理してポリイミド系保護膜５４を形成する。
【００５９】
このようにして作製されるパッケージは、上述したような優れた利点を有しているが、改善されるべき問題点がなお存在することが分かった。この問題点は主として、図４３〜図４４に示したポリイミド系樹脂５４Ａのエッチング工程で生じるものであるが、これを図４５において詳細に説明する。
【００６０】
即ち、熱可塑性ポリイミド系樹脂５４Ａは、非感光型（露光しても感光されないもの）であるから、図４５（Ａ）のように仮想線で示すマスク２０と同一開口サイズにエッチング（パターニング）されることが理想的であるが、ウエットエッチングに依るものであるために実際には、図４５（Ｂ）のようにオーバーエッチングが生じ、これによって隣接するボンディングパッド１−１間のポリイミド系樹脂５４がなくなってしまうことがある。
【００６１】
このオーバーエッチング量は、ポリイミド系樹脂５４が硬化前に２０μｍ厚（硬化後は１０μｍ厚）であってボンディングパッド１のサイズが  １００μｍ×１００  μｍである場合には、２０〜３０μｍにもなるから、隣接するボンディングパッド１−１間のポリイミド系樹脂５４は容易にエッチングで除去されてしまい、パッシベーション膜１３が露出する。
【００６２】
この結果、図３８に示したようにモールド樹脂１８によって封止したとき、このモールド樹脂（例えば多官能型エポキシ樹脂）１８は上記の露出したパッシベーション膜１３と直接に接することになるが、モールド樹脂１８はパッシベーション膜１３のＳｉ３  Ｎ４  膜１３Ａと密着性が悪いため、熱によるストレスでＳｉ３  Ｎ４  膜１３Ａ中にひび割れが生じ、パッケージクラックの原因となる。なお、こうしたオーバーエッチングによる問題は、図３２及び図３３に示した熱硬化性ポリイミド系樹脂１４Ａのエッチングにおいても同様に生じ、上記と同様の欠点が生じる。
【００６３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した如き欠点を解消すべくなされたものであって、リードフレームのマウント圧着後及び温度サイクル中でのチップクラックや配線の断線を防止し、ＩＲリフロー時や樹脂封止時等の工程におけるパッケージクラックやパッケージ・ワーページを制御し、低コストに作製できる半導体パッケージ装置を提供することを目的とするものである。
【００６４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記した先願発明について種々検討したところ、保護膜としてのポリイミド系樹脂層上にリードフレームを直接マウント圧着する構造において、ポリイミド系樹脂として感光型熱硬化性ポリイミド系樹脂を採用すれば、そのパターニング時に上記した如きエッチングマスクを使用してウエットエッチングする必要がなく、露光及び現像処理のみによって目的とする形状にパターニングできることを見出し、本発明に到達したものである。
【００６５】
即ち、本発明は、リードフレームが感光型熱硬化性ポリイミド系樹脂等の感光型熱硬化性樹脂層を介して半導体チップに固定されている半導体パッケージ装置に係わるものである。
【００６６】
本発明の半導体装置によれば、リードフレームを半導体チップ上に固定するのに感光型熱硬化性樹脂層、特に感光型熱硬化性ポリイミド系樹脂層を採用しているので、この樹脂層をパターニングして例えばボンディングパッドを露出させる開口を形成するに際し、上記感光型熱硬化性樹脂層を目的とするパターンに露光し、現像処理するだけで上記開口を形成できることになる。
【００６７】
従って、上述した如きオーバーエッチングは生じることがないので、例えば隣接するボンディングパッド間においてパッシベーション膜上に上記感光型熱硬化性樹脂層を残すことができ、モールド樹脂との密着性を良好に保持でき、パッケージクラックを防止できる。なお、この感光型熱硬化性樹脂層は、加熱硬化後にリードフレームを熱圧着することによって、リードフレームに対する接着力を生ぜしめ、リードフレームの固定を良好に行うことができる。
【００６８】
この場合、感光型熱硬化性ポリイミド系樹脂層の表面粗さ（Ｒａ）を  ３．０ｎｍ以上とすれば、リードフレームに対する接着性が向上する。こうした表面粗さは、熱硬化後に樹脂層表面をプラズマエッチング処理することによって得ることができる。
【００６９】
また、感光型熱硬化性ポリイミド系樹脂のガラス転移点を  ２４５〜３５０  ℃とすれば、上述したＩＲリフロー（リフロー温度は例えば  ２４５℃）等の加熱時にも接着機能を保持できるから、パッケージクラックを確実に防止できる。
【００７０】
更に、本発明の半導体装置では、リードフレームが感光型熱硬化性樹脂層を介して固着されているので、リードフレームのマウントに必要な接着層の厚みを小さくすることができ、これによって、マウント圧着後及び温度サイクル中に発生する熱応力によるメタル断線を防止できると共に、ＩＲリフロー時に発生しがちなパッケージクラックを減少させ、パッケージバランスをとり易く（パッケージ・ワーページの減少）、また、コストダウンも図ることができる。
【００７１】
本発明の半導体装置においては、具体的には、半導体チップの保護膜上に第２の保護膜（特に、モールド樹脂のフィラーによるα線の影響を緩和する第２の保護膜）としての感光型熱硬化性樹脂層が設けられ、この感光型熱硬化性樹脂層の表面にリードフレームが固定され、このリードフレームが前記半導体チップの回路に電気的に接続されている。
【００７２】
また、感光型熱硬化性樹脂層が選択的に除去された領域に存在する半導体チップのボンディングパッドとリードフレームとがワイヤボンディングされ、全体がモールド樹脂で封止されている。
【００７３】
リードフレームは信号線用のリードフレーム部と電源線用のリードフレーム部とからなっていてよい。
【００７４】
また、リードフレームがインナーリード部とアウターリード部とサポートピン部とを有し、このサポートピン部のみが感光型熱硬化性樹脂層に固着されている場合には、半導体チップに対するリードフレームの接触面積が大幅に減少するため、半導体チップに生じ得る応力が大きく減少し、例えば温度サイクル中のメタル配線の断線を防止できる。
【００７５】
この場合、インナーリード部が感光型熱硬化性樹脂層の表面から  ０．０１０〜０．２０ｍｍの間隔を置いて離間していることが望ましい。
【００７６】
また、感光型熱硬化性樹脂層がポリイミド系樹脂からなり、その厚みが２０〜４０μｍであるのがよく、３０μｍ以上とすれば、モールド樹脂中のフィラーからの放射α線を十分に遮蔽し、ソフトエラー防止の点で望ましい。
【００７７】
本発明はまた、本発明の半導体装置を再現性良く製造する方法として、半導体チップ上に感光型熱硬化性樹脂層を塗布する工程と、この塗布された感光型熱硬化性樹脂層を所定パターンに露光して光硬化させる工程と、前記感光型熱硬化性樹脂層の非露光部分を除去する工程と、この除去工程後に前記半導体チップ上に残された前記感光型熱硬化性樹脂層を熱硬化させる工程と、この熱硬化した感光型熱硬化性樹脂層上にリードフレームを熱圧着する工程とを有する、半導体装置の製造方法も提供するものである。
【００７８】
この製造方法においては、熱硬化工程後に感光型熱硬化性樹脂層の表面をプラズマエッチング処理し、このプラズマエッチング処理された前記感光型熱硬化性樹脂層の表面にリードフレームを熱圧着するのが望ましい。
【００７９】
また、半導体チップの保護膜上に感光型熱硬化性樹脂層を塗布し、この塗布された感光型熱硬化性樹脂層を所定パターンに紫外線硬化させることが望ましい。
【００８０】
そして、感光型熱硬化性樹脂層の非露光部分を除去した領域に存在する半導体チップのボンディングパッドと、リードフレームのインナーリード部とをワイヤボンディングし、更に全体をモールド樹脂で封止することができる。
【００８１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００８２】
図１〜図２４は、本発明を例えばＤＲＡＭのパッケージに適用した第１の実施例を示すものである。但し、図２８〜図４５に示した例と共通する部分には共通符号を付し、その説明を省略することがある。
【００８３】
まず、本実施例によるＬＯＣ構造のパッケージの構成を図１〜図５（但し、図１〜図４はパッケージ、図５はリードフレームを示す。）で説明すると、このパッケージの特徴的構成は、ＩＣチップ１０のパッシベーション膜１３上に感光型熱硬化性ポリイミド系樹脂層６４が積層されていて、既述したポリイミド系保護膜１４と同様に封止樹脂１８のフィラーからのα線によるソフトエラーを防止すると共に、樹脂層６４の上に、バスバー４２、４３と信号線４４、４５（インナーリード部）とサポートピン部６０、６１とを有するリードフレーム１１がサポートピン部６０、６１のみにおいて熱圧着（マウント圧着）されていることである。
【００８４】
即ち、ＩＣチップ上に設けられた感光型熱硬化性ポリイミド系樹脂層６４は、既述したポリイミド系保護膜１４と同様に第２の保護膜としての機能をなすと共に、リードフレーム１１に対して接着剤として作用し、既述した如き絶縁テープ１５を用いない点に注目すべきである。
【００８５】
そして、リードフレーム１１はサポートピン部６０、６１を除いて半導体チップ１０から一定の間隙Ｃを置いて離間した状態で、半導体チップ１０側に折曲されたサポートピン部６０、６１のみが上記樹脂層６４によって半導体チップ１０上に固着され、これによってリードフレーム１１が固定されている点にも注目すべきである。ここで、サポートピン部６０、６１の折曲量は上記の間隙Ｃに相当していて、  ０．０１０〜０．２００ｍｍ  であってよく、例えば  ０．０５０ｍｍである。こうしたサポートピン部の折曲は以下の既述において「ダウンセット」と称することがある。
【００８６】
図５において、仮想線１８の位置までリードフレーム１１が半導体チップと共に樹脂封止され、樹脂封止後はタイバー７０がカットされて各リード部が分離される。
【００８７】
また、第２の保護層としての感光型熱硬化性ポリイミド系樹脂層６４が図３で斜線で示したように、ＩＣのメモリーセル部のほぼ全域に亘って設けられている。そして、この接着性を良好にするため、樹脂層６４の表面がプラズマエッチングで３．０ｎｍ以上の表面粗さ（Ｒａ）にコントロールされている。
【００８８】
そして、ポリイミド系樹脂層６４の厚み（Ｄ）は２０〜４０μｍ、特に３０μｍ以上であるのが望ましく、また、ポリイミド系樹脂層６４のガラス転移点は  ２４５℃以上、特に  ２４５〜３５０  ℃に設定するのがよいが、この理由は、上述したと同様、リードフレームをＩＣチップ表面に熱圧着するときの温度を  ４００℃以下、及びワイヤボンディング温度を  ２００℃に設定するためである。
【００８９】
また、パッケージ全体についてみると、各部分のサイズは、具体的には下記の表−３に示す通りに設定することができる。
【００９０】
0003561821.tif 000006
【００９１】
この例によるパッケージは、保護膜としての感光型熱硬化性ポリイミド系樹脂層６４上にリードフレーム１１を直接マウント圧着している構造であるため、次の（Ａ）〜（Ｅ）の効果に加え、更に下記の（Ｆ）〜（Ｊ）の優れた効果を得ることができる。
【００９２】
（Ａ）マウント圧着後及び温度サイクル中に発生するメタル断線を防止できること。
従来のマウント用の絶縁テープは７５〜１７５  μｍと厚いために、熱応力が大きいが、ポリイミド系樹脂層６４の厚みは２０〜４０μｍと薄いために、引張応力を３０％も従来のタイプに比べて低下させることができる。
【００９３】
特に、パッケージ内部において図３に示すバスバーのコーナー部Ｐの直下のチップ表面域に最大の応力が集中し、これによる引張応力がデバイス特性に悪影響を及ぼす。  １５０℃〜−６５℃の温度サイクル時の上記チップ表面上の引張応力を求めたところ、図３の構造では２．９０Ｋｇ／ｍｍ２の引張応力を示し、従来例による図２９の構造での引張応力が４．２０Ｋｇ／ｍｍ２であるのに比較して約３０％も低下することが分かった。
【００９４】
（Ｂ）ＩＲリフロー時に発生しがちなパッケージクラックを防止できること。
接着層（ポリイミド系樹脂層）の体積を小さくできることに伴い、吸水率が減少するので、ＩＲリフロー時にパッケージクラックの発生を著しく減少させ若しくは防止することができる。この場合、  １２０個のサンプルについてパッケージクラックは皆無であった。
【００９５】
（Ｃ）パッケージ・ワーページを防止できること。
特に、１ｍｍＴＳＯＰ等においては、パッケージ内のチップ上下の樹脂厚のバランスが上記した厚みＨとＩとの均衡によって取り易くなり、パッケージ・ワーページ（Ｐａｃｋａｇｅ  Ｗａｒｐａｇｅ）を２０〜４０μｍ若しくはそれ以下にでき、十分に防止できる。
【００９６】
（Ｄ）コストダウンを実現できること。
従来の絶縁テープ（リードフレーム付き）のコストに比べ、この例によるマウント構造では１ユニット当たり約１／７〜１／３３以下に低下させることができる。
【００９７】
（Ｅ）ソフトエラーを効果的に防止できること。
熱硬化性ポリイミド系樹脂層６４をセル部のほぼ全域に亘って厚さ２０μｍ以上に設けることによって、セル部は既述したα線から十分に遮蔽される。従って、モールド樹脂１８中のフィラー（ＳｉＯ２  等）やリードフレームからの放射α線を効果的に遮蔽し、メモリーセル部のソフトエラーを防止することができる。
【００９８】
（Ｆ）ポリイミド系樹脂層のオーバーエッチングを大幅に減少させること。
熱硬化性ポリイミド系樹脂層６４は感光型であるため、後述する製造プロセスから明らかになるように、この感光型熱硬化性ポリイミド系樹脂層を目的とするパターンに露光し、現像処理するだけでボンディングパッド上に開口を形成できる。
【００９９】
従って、図４５（Ｂ）で示した如きオーバーエッチングは生じることがなく、現像処理等のパターニング時のオーバーエッチング量は２〜５μｍと非常に少なくなるので、隣接するボンディングパッド１−１間においてパッシベーション膜１３上に感光型熱硬化性ポリイミド系樹脂層６４を図４５（Ａ）のように十分に残すことができ、モールド樹脂１８との密着性を良好に保持でき、パッケージクラックを防止できる。
【０１００】
（Ｇ）メタル配線の断線を一層防止できること。
インナーリード部４４、４５とアウターリード部４４ａ、４５ａとサポートピン部６０、６１とを有するリードフレーム１１はダウンセットのサポートピン部６０、６１のみにおいて感光型熱硬化性ポリイミド系樹脂層６４に固着されているので、半導体チップ１０に対するリードフレーム１１の接触面積が大幅に減少し、半導体チップ１０に生じ得る応力が大きく減少し、温度サイクル中のメタル配線の断線を一層防止できる。リードフレーム１１はサポートピン部６０、６１の固着のみによって十分に固定できるので、接着テープによりインナーリード部を半導体チップに固定する必要はない。
【０１０１】
（Ｈ）パッケージクラックを一層防止できること。
感光型熱硬化性ポリイミド系樹脂層６４のガラス転移点は  ２４５℃以上、特に  ２４５〜３５０  ℃、吸水率も  １．５％以下であるから、上述したＩＲリフロー（リフロー温度は例えば  ２４５℃）等の加熱時にも接着機能を保持でき、パッケージクラックを一層確実に防止できる。
【０１０２】
（Ｉ）リードフレームの接着性が良好であること。
感光型熱硬化性ポリイミド系樹脂層６４は、加熱硬化後にリードフレーム１１を熱圧着することによって、リードフレーム１１に対する接着力を生ぜしめ、リードフレームの固定を良好に行うことができる。この場合、感光型熱硬化性ポリイミド系樹脂層６４の表面粗さ（Ｒａ）を  ３．０ｎｍ以上としているので、リードフレーム１１に対する接着性が向上する。こうした表面粗さは、熱硬化後に樹脂層表面をプラズマエッチング処理することによって得ることができる。
【０１０３】
（Ｊ）樹脂封止を良好に行えること。
リードフレーム１１のワイヤボンディングにおいては、そのインナーリード部４４、４５は半導体チップ１０側へクランプされて折曲するが、ワイヤボンディング後はその弾性復元力によって原形に復帰し、図１に示したように半導体チップ１０に対し間隙Ｃを置いて離れた位置に戻ることになる。
【０１０４】
このため、その後の樹脂封止時に金型によってリードフレーム１１の周辺部をクランプし、溶融樹脂を射出して成形する際に、リードフレーム（特にインナーリード部）が熱と圧力で膨張しようとしても、リードフレーム１１が半導体チップ１０から離れているために、リードフレーム１１の膨張によっても半導体チップ１０との間にストレスが生じることがない。この結果、チップが破壊したり、パッケージが反ることがなく、信頼性良く樹脂封止を行える。また、チップ１０のビットラインとリードフレーム１１との間の寄生容量を減少させ、ソフトエラー不良に対して効果がある。
【０１０５】
これとは逆に、リードフレーム１１が半導体チップ１０に固着されている場合（図２９参照）、上記したリードフレームの膨張によるストレスで半導体チップ１０が破壊したり、パッケージが反ることがあり、寄生容量及びソフトエラーの増大を生じ易い。
【０１０６】
本実施例で使用する感光型熱硬化性ポリイミド系樹脂６４は、次の物性値を有している。また、前駆体のポリイミド化によって得られる図６に示す構造式からなっていてよい。これは、エステル結合タイプであるが、イオン結合タイプ等を使用してもよい。
【０１０７】
0003561821.tif 000007
【０１０８】
次に、図１〜図３に示すパッケージの製造方法をその主要工程について説明すると、まず、ボンディングパッド１を露出させるようにパッシベーション膜１３（Ｓｉ３  Ｎ４  膜１３ＡとＳｉＯ２  膜１３Ｂとの積層膜）を選択的にエッチングした（図７）後、未硬化の感光型熱硬化性ポリイミド系樹脂層６４Ａを乾燥厚さ２０〜４５μｍに全面に塗布する（図８）。
【０１０９】
次いで、露光マスク７０を用いてポリイミド系樹脂層６４Ａを選択的に紫外線７１によって露光し（図９）、この露光で硬化した部分を残して未硬化部分（非露光部分）を現像処理で除去する（図１０）。
【０１１０】
こうしてボンディングパッド１を露出させ、更に加熱により硬化処理してポリイミド系保護膜６４を形成する（図１１）。この加熱硬化の処理条件としては、  ３００〜３５０  ℃、２〜４時間、空気又はＮ２  気流中であってよい。このポリイミド系保護膜６４は２０〜４０μｍの厚み、  ２４５℃以上のガラス転移点（３５０℃以下）を有している。
【０１１１】
次いで、ポリイミド系保護膜６４の表面をＣＦ４  、又はＣＨＦ３  とＣＦ４  との混合ガスによるプラズマ７２に曝し、プラズマエッチングして、表面粗度（Ｒａ）が３．０ｎｍ以上となるように適度に粗面化する。
【０１１２】
次いで、ポリイミド系保護膜６４の粗面化された表面上に、図１〜図３に示した如く、リードフレーム（４２アロイ製）１１のサポートピン部６０、６１（ダウンセット量は  ０．０１０〜０．２０ｍｍ）を  ３５０℃×４Ｋｇで熱圧着して半導体チップ１０上に固定する。
【０１１３】
次いで、リードフレーム１１のインナーリード部４４、４５及びバスバー４２、４３をボンディングパッド１に対しワイヤ（９９．９９％ゴールド）でワイヤボンディングを行った後、多官能型エポキシ樹脂等の熱硬化性モールドレジンにて射出成形し、  １７５℃×５ｈｒで熱硬化（キュア）を実施する。
【０１１４】
得られたパッケージは、  ６００（幅）×  ８７５（長さ）×  １０６（高さ）ｍｉｌのＳＯＪ３４ピンタイプである（図１〜図３参照）。
【０１１５】
以上に説明した本実施例によるパッケージについて、以下に述べる種々の評価を行った。
【０１１６】
ＩＲリフローテスト：
８５℃／８５％ＲＨ、  ３３６ｈｒ放置後のＩＲリフロー（Ｍａｘ  ２４５℃）の結果は以下の通りであった。パッケージクラックの問題はなかった。これは、熱硬化性ポリイミド系樹脂６４のガラス転移点が高くかつ吸水率を  １．０％以下に設定したためである。
0003561821.tif 000008
【０１１７】
温度サイクルテスト（−６５〜１５０  ℃）：
温度サイクルテストの結果は以下の通りであった。パッケージクラックの問題はなかった。
0003561821.tif 000009
【０１１８】
ソフトエラー：
熱硬化性ポリイミド系樹脂層６４の厚みを２０〜４０μｍとしたことにより、図１３に示すように、４Ｍ  ＤＲＡＭのＡＳＥＲ（Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ  Ｓｏｆｔ  Ｅｒｒｏｒ  Ｒａｔｅ）等のα線によるソフトエラーは著しく減少した。これに反し、同樹脂層の膜厚が２０μｍ未満では、ソフトエラーが大きくなるため、その膜厚は２０μｍ以上とすることが望ましい。
【０１１９】
この場合、図１３に示したように、リードフレーム１１をＩＣチップ表面上の樹脂層６４表面に熱圧着すると、リードフレーム１１が約１０μｍの深さだけ樹脂層６４中に沈み込む。このため、熱硬化性ポリイミド系樹脂層６４の厚みを３０μｍ以上に設定しない場合、ＡＳＥＲの問題が発生し易くなる。
【０１２０】
上記に説明したように、ＡＳＥＲ（Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ  Ｓｏｆｔ  Ｅｒｒｏｒ  Ｒａｔｅ）不良防止のため、ＩＣチップのセル部上に２０μｍ以上（マウント前は３０μｍ以上）のコート材が必要である。
【０１２１】
従来の構造（図２９）では、チップのセル部上には１０μｍ厚のコート材（ポリイミド層）１４しか塗布されていないので、ＡＳＥＲ対策として、モールド封止材に含まれているシリカのウラン及びトリウム量を１ｐｐｂ  以下に抑える処理を実施している（通常のモールド封止材に含まれているシリカのウラン及びトリウム量は約１００ｐｐｂ）。
【０１２２】
これが原因でモールド封止材の価格は通常の２倍と高い値になっているが、本実施例は、セル部に２０μｍ以上、望ましくは３０μｍ以上の厚みに熱硬化性ポリイミド６４を塗布しているため、ＡＳＥＲ不良の心配はなく、かつ、通常の封止材（ウラン及びトリウム量１００ｐｐｂ）を使用できることにより、その価格を１／２にすることが可能となった。
【０１２３】
寄生容量：
ＤＲＡＭのビットラインに上記のリードフレームを用いる場合、寄生容量の問題（Ｂｉｔ−ｌｉｎｅ  ｔｏ  ｌｅａｄ  ｆｒａｍｅ  Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を１ｐＦ以下に抑えるためにも、図１４に示すように、熱硬化性ポリイミド系樹脂層６４の厚みは３０μｍ以上必要である。リードフレーム圧着後では２０μｍ以上必要であることが分かった。
【０１２４】
なお、図１４に示した曲線は下記の式を用いて求めた。
Ｃ＝４πε０  ε／ｌｎ（４ｔ２）
但し、ｔ  ：ポリイミド厚
ε  ：ポリイミド誘電率（３．３）
ε０  ：真空誘電率
Ｃ  ：キャパシタンス
【０１２５】
パッケージ・ワーページ：
パッシベーション膜上の感光型熱硬化性ポリイミド系樹脂６４を熱硬化後で４０μｍを超える厚みにした場合、６インチのウエハにおいては  ８００μｍの反りが発生してしまうため、ポリイミド系樹脂６４を４０μｍ以下にする必要がある。
【０１２６】
ウエハの反りの増加は、その内部応力の増加をもたらす。内部応力は次式で求められる。図１５には、ウエハが反った状態を示す。
【０１２７】
δ（応力）＝Ｄ２  Ｅ／６Ｒｔ（１−ｖ）
但し、Ｒ（曲率半径）＝（ａ２  ＋４Ｘ２  ）／８Ｘ
Ｘ：ウエハの反り
ａ：反ったウエハの弦の長さ
Ｄ：ウエハの厚み（２８０μｍ）
Ｅ：Ｓｉ（ウエハ）の弾性率（１６２００Ｋｇ／ｍｍ２）
ｔ：ポリイミド系樹脂膜の厚み
ｖ：ポアソン比（０．３）
【０１２８】
ポリイミド系樹脂膜の厚みにより、ウエハの内部応力は次のように変化し、ウエハの内部応力を２Ｋｇ／ｍｍ２以下にするためには、ポリイミド系樹脂膜を４０μｍ以下の厚みにする必要がある（ウエハの内部応力を２Ｋｇ／ｍｍ２以上にした場合、Ｓｉ結晶の欠陥等が生じ、信頼性上悪い結果をもたらす）。
【０１２９】
0003561821.tif 000010
【０１３０】
上記したＡＳＥＲ不良、寄生容量及びウエハの反りの観点から、パッシベーション膜上にあるポリイミド系樹脂膜の膜厚は、２０〜４０μｍの範囲であることが必要であり、望ましいものである。
【０１３１】
図１に示したＴＳＯＰのパッケージにおいて、チップ上面のモールド封止樹脂厚  ０．３９０ｍｍ、チップ下面のモールド封止樹脂厚  ０．３５０ｍｍとしたとき、上下の樹脂厚の値が近付いたため、パッケージの反りは２０〜４０μｍになった。
【０１３２】
また、図１及び図２に示したパッケージ内部構造から理解されるように、電流が流れるリードフレーム１１のインナーリード部をポリイミド系樹脂膜６４の表面から  ０．０１０〜０．２０ｍｍの範囲で離した方が良い。即ち、電流の流れがないリードフレーム１１のサポートピン部６０、６１を  ０．０１０〜０．２０ｍｍの範囲（ダウンセット量）で折り曲げ、ポリイミド系樹脂膜６４の表面に接着した方が良い。
【０１３３】
この理由は、ビットライン−リードフレーム間の寄生容量やＡＳＥＲ不良に対し、より確実に安全性を確保すると同時に、チップ表面の応力を緩和するためである。
【０１３４】
引張応力：
６００  ×８７５  ×１０６ｍｉｌ（幅×長さ×高さ）パッケージについて、その内部において図３に示したバスバーのコーナー部Ｐの直下のチップ表面域に最大の応力が集中し、これによる引張応力がデバイス特性に悪影響を及ぼす。  １５０℃〜−６５℃の温度サイクル時のリードフレーム直下のチップ表面上の最大引張応力を求めたところ、図３の構造では２．１９Ｋｇ／ｍｍ２の引張応力を示し、従来例による図２９の構造での引張応力が４．２０Ｋｇ／ｍｍ２であり、図３８の構造での引張応力が３．３１Ｋｇ／ｍｍ２であるのに比較してかなり低下することが分かった。
【０１３５】
なお、上記の感光型熱硬化性ポリイミド系樹脂は、温度サイクル（−６５〜１５０  ℃）下でのクラックテストにおいて、温度サイクル３０００までクラックがなく、８００Ｋｇ／ｍｍ２  の機械的ポテンシャルエネルギーを示した。
【０１３６】
ここで、機械的特性は下記の計算式で求める（但し、サンプルを幅３ｍｍ、厚さ１０μｍ、長さ５０ｍｍとして４０ｍｍ／ｍｉｎで引張る：島津製作所製の引張り試験機サーボパルサＦＢで測定）。
0003561821.tif 000011
【０１３７】
これによって求められた応力−ひずみ曲線の下部の面積を求め、これをポリイミドの機械的ポテンシャルエネルギーと呼び、
【数２】
0003561821.tif 000012
で示される計算式で求める。
【０１３８】
オーバーエッチング：
感光型熱硬化性ポリイミド系樹脂は、ポリイミド系樹脂層内の感光剤が紫外線（ＵＶ）で化学反応を起こし、硬化するため、パターニングする際に非感光型ポリイミド系樹脂のウエットエッチングに使用しているレジストマスクが不要となる。非感光型熱可塑性ポリイミド系樹脂をウエットエッチングする際、レジストとポリイミド層との界面にアルカリ性のエッチング液がしみ込み、オーバーエッチングが発生し、問題となっていたが、感光型熱硬化性ポリイミド系樹脂はウエットエッチングではなく、露光後の現像でパターニングされるから、オーバーエッチングがほとんど見られない。例えば、キュア後に１０μｍ厚のポリイミド膜を１００μｍ×１００  μｍのボンディングパッド上でエッチングする場合、２〜５μｍ程度しか開口が大きくならなかった。
【０１３９】
接着強度：
ポリイミド系樹脂表面と４３アロイ（リードフレーム材）との密着性について以下のテストを行った。ポリイミド系樹脂のサンプルは、以下のようにして作成した。図７〜図１２に示したプロセスフローに従い、ポリイミド系樹脂のコーティング、ＵＶ露光、現像を実施し、ポリイミド系樹脂のキュア条件及びプラズマエッチング条件（エッチング用ガス）を次の通りに設定した。
【０１４０】
0003561821.tif 000013
【０１４１】
そして、次の７種類のサンプルを作製した。これらはいずれも、キュア後の厚みを１０μｍに設定した。
【０１４２】
0003561821.tif 000014
【０１４３】
それぞれのサンプルを幅  ２．５±０．０５ｃｍにダイシング切断後、２３％ＨＦ溶液を切断部にポッティングし、ポリイミド系樹脂膜をウエハから引き離した。それぞれのポリイミド系樹脂膜は、純水で洗浄後、５５℃で１ｈｏｕｒ乾燥した。
【０１４４】
そして、これらの各ポリイミド系樹脂膜は、図１６に示すように、一対のヒータ間に挟着し、厚み  ２００μｍの４２アロイ平面板と熱圧着した。この熱圧着条件は、次の通りであった。
【０１４５】
熱圧着温度：  ２８０、  ３１０、  ３３０、  ３７０、  ４００℃
熱圧着圧力：  ３．０Ｋｇ／ｃｍ２、６．０Ｋｇ／ｃｍ２  
熱圧着時間：３ｓｅｃ  、６ｓｅｃ
【０１４６】
接着力については、図１７に示すように、ＩＳＯ規格４５７８−１９７９の９０°剥離試験法に基づき、下記の各測定を実施し、ポリイミド系樹脂／４２アロイ界面の接着力を求めた。結果を下記の表−４〜表−９に示す。
【０１４７】
0003561821.tif 000015
【０１４８】
0003561821.tif 000016
【０１４９】
0003561821.tif 000017
【０１５０】
0003561821.tif 000018
【０１５１】
0003561821.tif 000019
【０１５２】
0003561821.tif 000020
【０１５３】
上記の表−４〜表−９の結果の評価については後述する。
【０１５４】
感光型熱硬化性ポリイミド系樹脂のガラス転移点、表面粗さ及び表面化学組成：ガラス転移点は、島津製作所製のＴＭＡ測定機を用いて調べた。ガラス転移点とは、ポリイミドがガラス状態からゴム状態へ転移した温度を言う。
【０１５５】
表面粗さは、ディジタル・インスツルメンツ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）社製のＮａｎｏ  Ｓｃｏｐｅ  ＩＩ  原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて調べた。この場合、プローブの先端角度は２０°、その長さは１０μｍ、その材料は単結晶シリコンとした。Ｒａ、Ｒｍａｘ  はＪＩＳ  Ｂ０６０１の定義に従って求めた。
【０１５６】
表面化学組成の分析は、セイコー電子社製のＥＳＣＡ−３００を用いて調べた。ポリイミド表面のＣＯ−（カルボニル基）及びＣＯＯ−（カルボキシル基）の組成比を求めた。２×２ｍｍ角のポリイミド表面のカルボニル基及びカルボキシル基の合計比をはじめ、ポリイミドの物性値を下記の表−１０に示す。
【０１５７】
0003561821.tif 000021
【０１５８】
以上の表−４〜表−１０の結果から、４２アロイのリードフレームの酸化を防止するためには、リードフレームをチップ（熱硬化性ポリイミド系樹脂）の表面に貼り付ける温度は  ４００℃以下であるのが好ましいが、熱硬化性ポリイミド系樹脂のガラス転移点Ｔｇは、リードフレームを貼り付ける温度より５０〜１００  ℃以上低くすること（即ち、  ３００〜３５０  ℃以下）にするのが良い。
【０１５９】
即ち、接着力を向上させるには、リードフレームの貼り付け温度（圧着温度）は、表−４ではＴｇ（２６０℃）＋１１０  ℃以上、表−５ではＴｇ（２６０℃）＋５０℃以上、表−６ではＴｇ（３３０℃）＋７０℃以上、表−７ではＴｇ（３３０℃）＋４０℃以上、表−８ではＴｇ（３５０℃）＋５０℃以上とするのがよいことが分かる。このことは、熱硬化性ポリイミド系樹脂のガラス転移点（Ｔｇ）は、リードフレームの貼り付け温度より５０℃〜１００  ℃以上低くするのが望ましいことを示している。
【０１６０】
また、熱硬化性ポリイミド系樹脂のガラス転移点は、ＩＲリフロー温度（２４５℃）以上が良い。ガラス転移点を  ２４５℃以下にした場合、ポリイミド系樹脂がゴム状態に転移し、モールド封止樹脂との密着力が悪くなるためである。
【０１６１】
以上のことから、感光型熱硬化性ポリイミド系樹脂のガラス転移点は  ３５０〜２４５  ℃の範囲が好ましい。
【０１６２】
また、熱硬化性ポリイミド系樹脂の表面粗さが、４２アロイのリードフレームとポリイミド系樹脂との密着力を左右することが実験結果から判明した。
【０１６３】
即ち、ポリイミド系樹脂の表面粗さ（Ｒａ）をプラズマ処理により３．００ｎｍ以上にすることによって、密着力が向上する。
【０１６４】
図１８にはプラズマ処理しないポリイミド系樹脂（上記のサンプルＮｏ．３）、図１９にはプラズマ処理して表面が粗れたポリイミド系樹脂（上記のサンプルＮｏ．４）についての各ＡＦＭ写真を示す。
【０１６５】
表面が粗れることは、ポリイミド系樹脂の化学結合が切断されることである。ポリイミド系樹脂（図６参照）のＣ−Ｎ、Ｃ−Ｃ、Ｃ−Ｏの結合力は弱いため、プラズマエッチング処理により図２０に（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）で示すように切断される。
【０１６６】
その結果、図２２に示すＸＰＳ（Ｘ−ｒａｙ  ｐｈｏｔｏｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）のデータは、図２１のものに比べて、Ｐ１（Ｃ−Ｃ結合）、Ｐ２（Ｃ−Ｏ又はＣ−Ｎ結合）のピークが減少し、Ｐ３（Ｃ＝Ｏ：カルボニル基）、Ｐ４（ＣＯＯ−：カルボキシル基：これは図２０の（Ａ）位置で切断された部分が酸化されて生じる）のピークが増加することを示している。なお、ポリイミド系樹脂の化学結合と結合エネルギーのＡｓｓｉｇｎｍｅｎｔ  は図２３に示す。
【０１６７】
上記のカルボニル基及びカルボキシル基は４２アロイとの濡れ性を良くし、水素結合を促進させる。このため、密着力を向上させる。
【０１６８】
電気特性：
図１及び図２に示した内部構造の３４ピンＳＯＪパッケージを作成した。即ち、シリコン、メタル、パッシベーション膜（Ｓｉ３  Ｎ４  、ＳｉＯ２  ）及び熱硬化性ポリイミド系樹脂（３５０℃キュア、Ｎ２  ガス、ＣＦ４  プラズマ処理あり）をそれぞれ有するテストチップを図２４のように作成した。
【０１６９】
ここで使用した熱硬化性エポキシ樹脂（封止用）及び感光型熱硬化性ポリイミド系樹脂の物性を以下に示す。
0003561821.tif 000022
【０１７０】
図２４のテストチップ８０では、多数のブロックに分け、各ブロックのＡ領域内では蛇行状の配線８１の両端を所定のボンディングパッド８２に接続し、図示省略したリードフレームをＬＯＣ構造でチップ上のポリイミド系樹脂に固着している。そして、アウターリード部間での電流値の測定によってＣｏｎｔｉｎｕｉｔｙ（回路がオープンか短絡かを測定）やＬｅａｋ（漏れ電流）を調べる。なお、Ｂ領域はチップコーナー部の配線、Ｃ領域はブロック間の接続用の配線が施されており、上記と同様の測定を行う。
【０１７１】
具体的には、８５／８５  ３３６ｈのＩＲリフロー、温度サイクル（−６５〜１５０  ℃）、ＰＣＴ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｃｏｏｋｅｒ  ｔｅｓｔ）（２ａｔｍ  、１２１  ℃）及び高温放置（１７５℃）のテストを実施した。結果を下記に示す。
【０１７２】
0003561821.tif 000023
【０１７３】
この結果から、Ｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙ及びＬｅａｋのチェックにおいて問題ないことが判明した。
【０１７４】
図２５は、別のＬＯＣ構造に本発明を適用した実施例を示すものである。
【０１７５】
この実施例では、図１の構造に比べ、リードフレーム１１がインナーリード部４４、４５も含めて感光型熱硬化性ポリイミド系樹脂層６４に接して固着されており、サポートピン６０、６１はダウンセットにしない点が異なり、他は同様に構成されている。
【０１７６】
従って、この実施例でも、ポリイミド系樹脂層６４を使用することによる効果は、上述した実施例で述べたと同様に得られる。そして、リードフレーム１１自体は従来品と同じものを使用できることになり、ダウンセットの加工の必要がない。
【０１７７】
図２６は、本発明を他のタイプのパッケージに適用した他の実施例を示すものである。
【０１７８】
即ち、本実施例によれば、多ピンＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）において、ＬＯＣ構造としてリードフレームのＩＣチップマウント部１５２  が上述した感光型熱硬化性ポリイミド系樹脂層６４を介してＩＣチップ１０上に熱圧着され、ＩＣチップ１０の周辺のボンディングパッドがワイヤ１５０  、１５１  によってインナーリード部１５３  、１５４  にワイヤボンディングされ、更に全体がモールド樹脂１５８  で封止されている。その他、樹脂層６４下の膜構造等は上述した実施例で述べたものと同様であってよい。
【０１７９】
本実施例によるパッケージも、両面接着剤付きの絶縁テープを用いないで熱硬化性ポリイミド系樹脂層６４によってリードフレームをＩＣチップ上にマウント圧着しているので、上述した実施例で述べたと同様の効果が得られる。
【０１８０】
これに加えて、ワイヤボンディングをＩＣチップの周辺部とインナーリード部との間で行っているので、図２６中に示したように、リードフレームのマウント部１５２  上に固定したＩＣチップ１０とインナーリード部とをワイヤボンディングする場合に生じがちであるチップに対するワイヤの接触（ショート）を防止することができる。
【０１８１】
図２７は、ＣＯＬ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｌｅａｄ）構造に本発明を適用した実施例を示すものである。
【０１８２】
この実施例によれば、リードフレーム１１のインナーリード部４４、４５上に上述した感光型熱硬化性ポリイミド系樹脂層６４によってＩＣチップ１０をマウントし、チップ上部からワイヤボンディングでチップ１０−リードフレーム１１間を接続している。
【０１８３】
このようなＣＯＬ構造において、樹脂層６４の使用によってＩＲリフロー時にパッケージクラック等を減少させることができる。これは、モールド樹脂１８はポリイミド系樹脂６４と接着力が良好であるからである。
【０１８４】
以上、本発明を例示したが、上述の実施例は本発明の技術的思想に基いて更に変形が可能である。
【０１８５】
例えば、上述の実施例で使用した感光型熱硬化性ポリイミド系樹脂は上述した構造のものに限られることはなく、その構成成分、物性等は種々変化させてよい。また、同等の物性を有していれば、ポリイミド系以外の樹脂の使用も可能である。
【０１８６】
また、この樹脂層を形成する領域はチップ上のほぼ全域に設ける以外にも、必要な箇所に局部的に設けることができる。例えば、サポートピン部にのみ設けてよいが、この場合はそれ以外の領域を他の第２の保護膜で被覆する必要がある。
【０１８７】
また、パッケージとしてＴＳＯＰタイプ、ＳＯＪタイプ等、いずれのものにも本発明は適用してよい。更に、本発明は、ＤＲＡＭ（１６メガ、６４メガ等）だけでなく、その他の種々のデバイスにも適用可能である。
【０１８８】
【発明の作用効果】
本発明は上述した如く、リードフレームを半導体チップ上に固定するのに感光型熱硬化性樹脂層、特に感光型熱硬化性ポリイミド系樹脂層を採用しているので、この樹脂層をパターニングして例えばボンディングパッドを露出させる開口を形成するに際し、上記感光型熱硬化性樹脂層を目的とするパターンに露光し、現像処理するだけで上記開口を形成できることになる。
【０１８９】
従って、上述した如きオーバーエッチングは生じることがないので、例えば隣接するボンディングパッド間においてパッシベーション膜上に上記感光型熱硬化性樹脂層を残すことができ、モールド樹脂との密着性を良好に保持し、パッケージクラックを防止できるとともに、モールド樹脂のフィラーによるα線の影響を効果的に防止できる。なお、この感光型熱硬化性樹脂層は、加熱硬化後にリードフレームを熱圧着することによって、リードフレームに対する接着力を生ぜしめ、リードフレームの固定を良好に行うことができる。
【０１９０】
更に、本発明の半導体装置では、リードフレームが感光型熱硬化性樹脂層を介して固着されているので、リードフレームのマウントに必要な接着層の厚みを小さくすることができ、これによって、マウント圧着後及び温度サイクル中に発生する熱応力によるメタル断線を防止できると共に、ＩＲリフロー時に発生しがちなパッケージクラックを減少させ、パッケージバランスをとり易く（パッケージ・ワーページの減少）、また、コストダウンも図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例によるＬＯＣ構造のＩＣパッケージの断面図（図４のＩ−Ｉ線断面図）である。
【図２】同パッケージの断面図（図４のＩＩ−ＩＩ線断面図）である。
【図３】同パッケージの主要部分の拡大斜視図である。
【図４】同パッケージの主要部分の斜視図である。
【図５】同パッケージのリードフレームの平面図である。
【図６】感光型熱硬化性ポリイミド系樹脂の構造式を示す図である。
【図７】同パッケージの製造方法の一工程を示す断面図である。
【図８】同パッケージの製造方法の他の一工程を示す断面図である。
【図９】同パッケージの製造方法の他の一工程を示す断面図である。
【図１０】同パッケージの製造方法の他の一工程を示す断面図である。
【図１１】同パッケージの製造方法の他の一工程を示す断面図である。
【図１２】同パッケージの製造方法の更に他の一工程を示す断面図である。
【図１３】α線によるソフトエラー（不良率）を示すグラフとパッケージ主要部分の拡大断面図である。
【図１４】寄生容量の変化を示すグラフである。
【図１５】ウエハの反りを説明するための概略図である。
【図１６】ポリイミド系樹脂膜とリードフレーム材とを熱圧着する工程の断面図である。
【図１７】ピールテストの状況を説明するためのサンプルの断面図である。
【図１８】ポリイミド系樹脂（プラズマ処理なし）のＡＦＭ像のスケッチ図である。
【図１９】ポリイミド系樹脂（プラズマ処理あり）のＡＦＭ像のスケッチ図である。
【図２０】ポリイミド系樹脂の化学結合の切断を説明するための図である。
【図２１】ポリイミド系樹脂（プラズマ処理なし）のＸＰＳによる分析スペクトル図である。
【図２２】ポリイミド系樹脂（プラズマ処理あり）のＸＰＳによる分析スペクトル図である。
【図２３】同ＸＰＳにおけるＡｓｓｉｇｎｍｅｎｔ  を示す説明図である。
【図２４】テストチップの概略平面図と各部の概略拡大平面図である。
【図２５】本発明の他の実施例によるＬＯＣ構造のＩＣパッケージの断面図である。
【図２６】本発明の他の実施例によるＩＣパッケージの断面図である。
【図２７】本発明の更に他の実施例によるＣＯＬ構造のＩＣパッケージの断面図である。
【図２８】従来のＬＯＣ構造のパッケージの主要部分の斜視図である。
【図２９】同パッケージの断面図（図２８のＸＸＩＸ−ＸＸＩＸ線断面図）である。
【図３０】同パッケージの製造方法の一工程を示す断面図である。
【図３１】同パッケージの製造方法の他の一工程を示す断面図である。
【図３２】同パッケージの製造方法の他の一工程を示す断面図である。
【図３３】同パッケージの製造方法の更に他の一工程を示す断面図である。
【図３４】同パッケージの主要部分の拡大断面図（図２８の  ＸＸＸＩＶ−ＸＸＸＩＶ  線断面図）である。
【図３５】同パッケージに使用する熱可塑性接着剤の粘弾性特性図である。
【図３６】同パッケージのＩＲリフローテスト時の主要部分の拡大断面図である。
【図３７】同パッケージのワーページ状態を示す概略側面図である。
【図３８】先願発明の実施例によるＬＯＣ構造のＩＣパッケージの断面図である。
【図３９】同パッケージの主要部分の拡大斜視図である。
【図４０】同パッケージに使用する熱可塑性ポリイミド系樹脂の構造式を示す図である。
【図４１】同パッケージの製造方法の一工程を示す断面図である。
【図４２】同パッケージの製造方法の他の一工程を示す断面図である。
【図４３】同パッケージの製造方法の他の一工程を示す断面図である。
【図４４】同パッケージの製造方法の更に他の一工程を示す断面図である。
【図４５】同パッケージのボンディングパッド部分の拡大断面図である。
【符号の説明】
１・・・ボンディングパッド
６、７、８、９・・・ワイヤ
１０・・・ＩＣチップ
１１・・・リードフレーム
１２・・・シリコン基板
１３・・・パッシベーション膜
１４・・・熱硬化性ポリイミド系樹脂層
１５・・・絶縁テープ
１６・・・絶縁基板
１７、１９・・・接着剤
１８・・・モールド樹脂
２０・・・フォトレジストエッチングマスク
４２、４３・・・バスバー
４４、４５・・・信号線
５４・・・熱可塑性ポリイミド系樹脂層
６４・・・感光型熱硬化性ポリイミド系樹脂層
７０・・・露光マスク
７１・・・紫外線
７２・・・プラズマ
【図１】
0003561821.tif 000024
【図２】
0003561821.tif 000025
【図３】
0003561821.tif 000026
【図４】
0003561821.tif 000027
【図５】
0003561821.tif 000028
【図６】
0003561821.tif 000029
【図７】
0003561821.tif 000030
【図８】
0003561821.tif 000031
【図９】
0003561821.tif 000032
【図１０】
0003561821.tif 000033
【図１１】
0003561821.tif 000034
【図１２】
0003561821.tif 000035
【図１３】
0003561821.tif 000036
【図１４】
0003561821.tif 000037
【図１５】
0003561821.tif 000038
【図１６】
0003561821.tif 000039
【図１７】
0003561821.tif 000040
【図１８】
0003561821.tif 000041
【図１９】
0003561821.tif 000042
【図２０】
0003561821.tif 000043
【図２１】
0003561821.tif 000044
【図２２】
0003561821.tif 000045
【図２３】
0003561821.tif 000046
【図２４】
0003561821.tif 000047
【図２５】
0003561821.tif 000048
【図２６】
0003561821.tif 000049
【図２７】
0003561821.tif 000050
【図２８】
0003561821.tif 000051
【図２９】
0003561821.tif 000052
【図３０】
0003561821.tif 000053
【図３１】
0003561821.tif 000054
【図３２】
0003561821.tif 000055
【図３３】
0003561821.tif 000056
【図３４】
0003561821.tif 000057
【図３５】
0003561821.tif 000058
【図３６】
0003561821.tif 000059
【図３７】
0003561821.tif 000060
【図３８】
0003561821.tif 000061
【図３９】
0003561821.tif 000062
【図４０】
0003561821.tif 000063
【図４１】
0003561821.tif 000064
【図４２】
0003561821.tif 000065
【図４３】
0003561821.tif 000066
【図４４】
0003561821.tif 000067
【図４５】
0003561821.tif 000068