(57)【要約】【課題】半導体パッケージの封止樹脂中に存在する欠陥を簡易に精度良く検出することが可能な半導体パッケージの評価方法を提供する。【解決手段】半導体チップと封止樹脂とを含む半導体パッケージの評価方法は、評価対象となる被評価半導体パッケージを、封止樹脂の比誘電率よりも大きい比誘電率を有する高比誘電率液体に浸漬するステップと、浸漬された被評価半導体パッケージの表面、および表面とは反対側の裏面にそれぞれ表面電極および裏面電極を形成するステップと、表面電極と裏面電極との間での静電容量を測定するステップと、測定された静電容量と、良否の判定基準となる基準静電容量とに基づいて、被評価半導体パッケージの良否を判定するステップとを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと前記半導体チップを封止する封止樹脂とを含む半導体パッケージの評価方法であって、
評価対象となる被評価半導体パッケージを、前記封止樹脂の比誘電率よりも大きい比誘電率を有する液体に浸漬するステップと、
浸漬された前記被評価半導体パッケージの表面、および前記表面とは反対側の裏面にそれぞれ電極を形成するステップと、
前記表面に形成された電極と前記裏面に形成された電極との間での静電容量を測定するステップと、
前記測定された静電容量と、良否の判定基準となる基準静電容量とに基づいて、前記被評価半導体パッケージの良否を判定するステップとを含む、半導体パッケージの評価方法。
【請求項２】
前記判定するステップは、前記測定された静電容量が前記基準静電容量以下である場合に前記被評価半導体パッケージが良品であると判定し、前記測定された静電容量が前記基準静電容量よりも大きい場合に前記被評価半導体パッケージが不良品であると判定することを含む、請求項１に記載の半導体パッケージの評価方法。
【請求項３】
前記基準静電容量は、良品の半導体パッケージにおける前記静電容量を含む、請求項１または請求項２に記載の半導体パッケージの評価方法。
【請求項４】
前記浸漬するステップは、加圧容器に入れられた前記液体に前記被評価半導体パッケージを浸漬することを含み、
前記評価方法は、
前記被評価半導体パッケージが前記加圧容器内の前記液体に浸漬された状態で前記加圧容器を加圧するステップをさらに含む、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の半導体パッケージの評価方法。
【請求項５】
前記加圧容器を加圧するステップは、前記加圧容器を加熱することを含む、請求項４に記載の半導体パッケージの評価方法。
【請求項６】
前記浸漬するステップは、密閉容器に入れられた前記液体に前記被評価半導体パッケージを浸漬することを含み、
前記評価方法は、
前記被評価半導体パッケージが前記密閉容器内の液体に浸漬された状態で前記密閉容器から気体を排気して減圧するステップと、
前記気体の排気後に前記密閉容器に気体を供給して加圧するステップとをさらに含む、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の半導体パッケージの評価方法。
【請求項７】
前記減圧するステップと前記加圧するステップとは、１組の連続するステップとして複数回繰り返される、請求項６に記載の半導体パッケージの評価方法。
【請求項８】
前記電極を形成するステップは、前記被評価半導体パッケージの前記表面および前記裏面のそれぞれに複数の電極をマトリックス状に形成することを含む、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の半導体パッケージの評価方法。
【請求項９】
半導体チップと前記半導体チップを封止する封止樹脂とを含む半導体パッケージ評価システムであって、
評価対象となる被評価半導体パッケージを、前記封止樹脂の比誘電率よりも大きい比誘電率を有する液体に浸漬する浸漬手段と、
浸漬された前記被評価半導体パッケージの表面、および前記表面とは反対側の裏面にそれぞれ電極を形成する電極形成手段と、
前記形成された電極間での静電容量を測定する測定手段と、
前記測定された静電容量と、良否の判定基準となる基準静電容量とに基づいて、前記被評価半導体パッケージの良否を判定する判定手段とを含む、半導体パッケージ評価システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップと当該半導体チップを封止する封止樹脂とを含む半導体パッケージの評価方法、および半導体パッケージ評価システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体部品の封止方法として、一般的にはコスト面で最も優位である樹脂封止が用いられている。半導体パッケージを構成する素材や部材との密着性が高い、イオン性不純物が少ない、熱膨張性が低い、耐熱性が高いなどの利点を有することから、封止樹脂には熱硬化型のエポキシ系樹脂に各種フィラーを混練したものが使用される。
【０００３】
エポキシ系樹脂は、硬化剤との混合比やフィラーの充填率などを任意に選択することにより、上述の諸特性を変化させることが可能である。また、エポキシ系樹脂は、封止される半導体部品の用途に応じたパッケージ特性を得ることも可能である。プロセスルールの超微細化、パワー半導体の技術革新、銅ワイヤの採用などにより、封止材に求められる性能は年々厳しくなってきている。封止樹脂に対するニーズの変化に応じた各種要素技術開発、材料技術開発などの進歩も目覚しく、日々新たな封止用樹脂材料が開発されている。
【０００４】
ここで、封止樹脂に生じるクラックや、リードフレームおよび半導体チップと封止樹脂との剥離などは、樹脂封止であるがゆえに起こり易い不良モードである。樹脂封止された半導体部品の信頼性を確保するためには、これらの不良モードを取り除く必要がある。
【０００５】
たとえば、封止樹脂の剥離やクラックは、外部からの水分の侵入を招き、各種不良を引き起こす。封止樹脂内部に水分が侵入すると、部品内部の半導体チップ表面のメタル電極が、腐食やマイグレーションなどにより破断またはショートする可能性が高くなる。また、ＬＳＩ（Large  Scale  Integration）の微細化に伴い、半導体チップ表面のメタル配線は、単層配線からより複雑な多層配線化が進んでいる。多層配線の層間絶縁膜として用いられているＰＳＧ（Phosphorus  Silicon  Glass）、ＢＰＳＧ（Boron  Phosphorus  Silicon  Glass）などが吸湿により剥離し、層間配線を断線させる場合もある。
【０００６】
水分に起因する不具合の懸念に対する施策としては、チップ表面電極のパッシベーション化、層間絶縁層の破壊防止構造の適用などがある。半導体の設計段階から考慮されることにより、半導体自身の耐湿性は飛躍的に向上してはいるものの、通電を要するという半導体の性質上、ワイヤボンド部やメタルパッド部においては金属が露出している状況は変わらないため、現在においても腐食、マイグレーションなどへの懸念は拭えない。
【０００７】
さらに、ＳｉＣ（Silicon  Carbide）、ＧａＮ（gallium  nitride）といった次世代パワー半導体デバイスの登場により、小型でかつ高耐圧が要求される半導体製品が開発され始めている。これら高耐圧製品は、同時に高い絶縁性を担保する必要があるため、電極間の絶縁性低下および腐食などの原因となり得る、パッケージクラックや、封止材およびリードフレーム・チップ間剥離といった事象の発生は回避しなければならない。
【０００８】
一般的に、パッケージのクラックおよび封止樹脂剥離は、熱ストレスによる部材間の応力差に起因するとされており、樹脂封止半導体部品を基板に実装する際に加わるリフロー熱による影響が大きい。そのため、動作時だけではなく、部品製造時の熱履歴まで考慮して封止樹脂を選定する必要があり、製造管理や品質管理の際には、それらの特性が十分に確保されているかについて注視しなければならない。
【０００９】
樹脂封止半導体部品の信頼性を評価するために、各種の信頼性評価試験が実施される。たとえば、パッケージクラックや封止樹脂の剥離を調査する目的として、ヒートサイクル試験、高温保存試験、振動試験などが実施される。また、水分による腐食やマイグレーションに対する耐性を調査する目的として、高温高湿度通電試験、高温高湿度保存試験、ＰＣＴ（Pressure  Cooker  Test）試験などが実施される。これらの信頼性評価試験結果に関しては、試験後の樹脂封止半導体の電気特性を評価する手法から、樹脂包埋研磨をはじめとする破壊解析に至るまで、様々な手法がとられている。
【００１０】
たとえば、特開昭６１−２０９３６６号公報（特許文献１）に開示された技術では、樹脂封止した半導体装置を溶液中に浸漬して、チップ表面に液体を浸透させた後、液体の気化圧を利用して、微細欠陥の検出を行なう検討がなされている。また、特開平０１−２３９４８２号公報（特許文献２）に開示された技術では、樹脂封止半導体に機械環境試験を実施した後、半導体装置内に水を圧入し、水の沸点以上の温度の液体中に浸漬して、水の気化作用による発泡を確認することでクラックを検出する検討がなされている。
【００１１】
これらの手法は、クラックを発見し易くするものではあるが、検出感度の点では、超音波顕微鏡による評価、あるいは、樹脂包埋研磨による加工および電子顕微鏡による調査に対する利点はほとんどない。そこで、電気特性評価を用いることで、超音波顕微鏡や電子顕微鏡といった高額な解析装置を用いた場合と同等以上の検出感度を確保しようとする検討もなされている。
【００１２】
たとえば、特開平０４−２２５２５３号公報（特許文献３）に開示された技術では、ダイパット下方の封止樹脂裏面に電極板を設け、この電極板とダイパットとの間の静電容量を測定することにより、ダイパット裏面と封止樹脂との剥離発生の有無を調べている。
【００１３】
特開平０７−１３０８０７号公報（特許文献４）に開示された技術では、封止樹脂半導体装置のパッケージの静電容量を計測することにより、クラックの発生を検出している。
【００１４】
特開昭６１−１８８９４３号公報（特許文献５）に開示された技術では、半導体チップが有する金属電極間の静電容量を測定することにより、金属電極間の耐湿性を評価している。
【００１５】
特開昭６３−１３４９６９号公報（特許文献６）に開示された技術では、樹脂封止半導体装置を氷点以下の温度に冷却して、半導体チップ上の導体間の電気的な容量を測定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開昭６１−２０９３６６号公報
【特許文献２】特開平０１−２３９４８２号公報
【特許文献３】特開平０４−２２５２５３号公報
【特許文献４】特開平０７−１３０８０７号公報
【特許文献５】特開昭６１−１８８９４３号公報
【特許文献６】特開昭６３−１３４９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、特許文献３に開示された技術では、クラックや剥離が微細である場合には、誘電率の変化幅が小さいため、これらを検出できない可能性が考えられる。また、ダイパット自体を電極として用いており、封止樹脂の裏面に形成した外部電極とダイパット間の静電容量を測定することになる。つまり、ダイパットを挟んで外部電極とは反対側の封止樹脂中に存在するクラックや空隙を検出することはできない。さらに、ダイパットは、半導体マウントとしてのみではなく電力や信号の入出力を行なうためのものである。そのため、ダイパットの形状がそのまま電極形状となり、電極面積を大きく取ることができない。したがって、ダイパットが存在しない部分においては、クラックを検出することはできない。
【００１８】
また、特許文献４に開示された技術では、電極形成について触れられていないとともに、真空条件下での電荷測定器具であるファラデーカップを用いてパッケージの静電容量が測定されていることから、高感度な信号変化を捉えることが困難である。
【００１９】
また、特許文献５，６に開示された技術では、空隙の代わりに部品内部へ侵入した水分による静電容量の変化を検出していることから、特許文献１，２に開示された技術と比較して検出感度が高く、より微細なクラックや剥離を検出できると考えられる。しかしながら、チップ表面に形成された電極間、または金属電極と金属配線とを一組とした対向電極間で静電容量が測定されているため、パッケージ全体の状況を把握することができない。近年の多配線化および積層チップ化の流れの中では、隣り合う電極のみの静電容量測定だけでは対応し切れない端子間も存在するため、クラックを見逃す可能性が高くなる。
【００２０】
以上より、特許文献３〜６に開示された技術では、信頼性の高い評価結果を得ることは困難である。
【００２１】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、半導体パッケージの封止樹脂中に存在する欠陥を簡易に精度良く検出することが可能な半導体パッケージの評価方法、および半導体パッケージ評価システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
ある実施の形態に従うと、半導体チップと半導体チップを封止する封止樹脂とを含む半導体パッケージの評価方法が提供される。半導体パッケージの評価方法は、評価対象となる被評価半導体パッケージを、封止樹脂の比誘電率よりも大きい比誘電率を有する液体に浸漬するステップと、浸漬された被評価半導体パッケージの表面、および表面とは反対側の裏面にそれぞれ電極を形成するステップと、表面に形成された電極と裏面に形成された電極との間での静電容量を測定するステップと、測定された静電容量と、良否の判定基準となる基準静電容量とに基づいて、被評価半導体パッケージの良否を判定するステップとを含む。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、半導体パッケージの封止樹脂中に存在する欠陥を簡易に精度良く検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施の形態１に従う半導体パッケージの評価方法の一例を示すフローチャートである。
【図２】実施の形態１に従う半導体パッケージの構成を示す概略図である。
【図３】実施の形態１に従う浸漬工程を説明するための概略図である。
【図４】実施の形態１に従う電極形成工程を説明するための概略図である。
【図５】実施の形態１に従う測定工程および判定工程を説明するための概略図である。
【図６】実施の形態１の変形例に従う半導体パッケージの構成を示す図である。
【図７】実施の形態１の変形例に従う半導体パッケージに電極が形成された状態を示す概略図である。
【図８】実施の形態２に従う浸漬工程および加圧工程を説明するための概略図である。
【図９】実施の形態３に従う浸漬工程、減圧工程および加圧工程を説明するための概略図である。
【図１０】実施の形態４に従う電極形成工程により電極が形成された半導体パッケージを示す概略図である。
【図１１】図１０に示す半導体パッケージを図１０中に示す矢印ＸＩ方向から視認したときの図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【００２６】
［実施の形態１］
＜概要＞
実施の形態１に従う半導体パッケージの評価方法の概要について説明する。
【００２７】
図１は、実施の形態１に従う半導体パッケージの評価方法の一例を示すフローチャートである。なお、後述するように、半導体パッケージは、半導体チップと当該半導体チップを封止する封止樹脂とを含む。
【００２８】
図１に示すように、実施の形態１に従う半導体パッケージの評価方法は、良品の半導体パッケージおよび評価対象となる被評価半導体パッケージを準備するステップＳ１０（以下「準備工程」とも称する）と、良品の半導体パッケージおよび被評価半導体パッケージを、封止樹脂の比誘電率よりも大きい比誘電率を有する液体に浸漬するステップＳ２０（以下「浸漬工程」とも称する。）と、浸漬された良品の半導体パッケージおよび浸漬された被評価半導体パッケージの各々について、当該半導体パッケージの表面および当該表面とは反対側の裏面にそれぞれ電極を形成するステップＳ３０（以下「電極形成工程」とも称する。）とを含む。
【００２９】
当該半導体パッケージの評価方法は、良品の半導体パッケージおよび被評価半導体パッケージの各々について、当該表面に形成された電極と裏面に形成された電極との間での静電容量を測定するステップＳ４０（以下「測定工程」とも称する。）をさらに含む。ここで、実施の形態１では、良品の半導体パッケージについての電極間で測定された静電容量をＣ１とし、被評価半導体パッケージについての電極間で測定された静電容量をＣ２とする。
【００３０】
当該半導体パッケージの評価方法は、測定された静電容量Ｃ１および静電容量Ｃ２に基づいて、被評価半導体パッケージの良否を判定するステップＳ５０（以下「判定工程」とも称する。）をさらに含む。被評価半導体パッケージの良否を判定するステップＳ５０は、測定された静電容量Ｃ１と静電容量Ｃ２とを比較するステップＳ６０と、静電容量Ｃ１＜静電容量Ｃ２の場合には不良品と判定するステップＳ７０と、静電容量Ｃ１≧静電容量Ｃ２の場合には良品と判定するステップＳ８０とを含む。
【００３１】
従来、半導体パッケージの封止樹脂中にクラックや剥離などの欠陥が存在する場合には、当該欠陥により形成された空隙部は、空気層（比誘電率≒１）である。空気層の比誘電率は、封止樹脂（たとえば、エポキシ樹脂）の比誘電率（２．５〜６）よりも小さいことから、空隙部の体積が大きくなるにつれて測定される静電容量は小さくなる。欠陥が存在しない場合の静電容量に対する、欠陥が存在する場合の静電容量の減少率は、封止樹脂の比誘電率と空気の比誘電率とから定まる。たとえば、封止樹脂の比誘電率を４であると仮定した場合には、空隙部の比誘電率は、封止樹脂の比誘電率と比較して１／４となる。
【００３２】
一方、上記の評価方法によると、封止樹脂中にクラックや剥離などの欠陥が存在する場合には、当該欠陥により形成された空隙部が、浸漬工程において高比誘電率の液体で満たされるため、空隙部の体積が大きくなるにつれて静電容量が大きくなる。たとえば、高比誘電率液体が純水（比誘電率：８０）である場合、空隙部の誘電率が非常に高くなるため、空隙部の静電容量も非常に大きくなる。
【００３３】
そのため、被評価用半導体パッケージにおける静電容量Ｃ２が良品の半導体パッケージにおける静電容量Ｃ１よりも大きい（Ｃ１＜Ｃ２）場合には、被評価用半導体パッケージの封止樹脂中には欠陥が存在する（すなわち、不良品）と判定することができる。一方、静電容量Ｃ２が静電容量Ｃ１以下（Ｃ１≧Ｃ２）の場合には、被評価用半導体パッケージの封止樹脂中には欠陥は存在しない（すなわち、良品）と判定することができる。すなわち、良品の半導体パッケージにおける静電容量Ｃ１は、良否の判定基準となる基準静電容量である。
【００３４】
また、欠陥が存在しない場合の静電容量に対する、欠陥が存在する場合の静電容量の増加率は、封止樹脂および純水のそれぞれの比誘電率により定まる。たとえば、封止樹脂の比誘電率が４である場合には、純水で満たされた空隙部の比誘電率は、封止樹脂の比誘電率と比較して２０倍である。そのため、空隙部が微細領域であっても静電容量の変化は大きいことから、高比誘電率液体に半導体パッケージを浸漬することによって半導体パッケージの欠陥を精度よく発見することが可能となる。
【００３５】
また、上述した特許文献１〜特許文献４とは異なり、半導体パッケージの表面および裏面に電極が形成されるため、対向する電極（表面電極および裏面電極）間に挟まれた半導体パッケージ自体が、電極間に存在する物質全てにより構成される誘電体とみなすことができる。そのため、静電容量の変化を検出することにより、その位置を問わず、封止樹脂中にクラックや剥離の発生を検出することができる。
【００３６】
以下、上記のような半導体パッケージの評価方法および半導体パッケージ評価システムについて詳細に説明する。
【００３７】
＜半導体パッケージの構成＞
準備工程では、良品の半導体パッケージおよび評価用の半導体パッケージが準備（用意）される。図２は、実施の形態１に従う半導体パッケージ１００の構成を示す概略図である。図２を参照して、準備される良品および評価用の各半導体パッケージ１００は、半導体チップ１と、封止樹脂２と、リードフレーム３とを含む。
【００３８】
半導体チップ１は、たとえば、シリコンからなり、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor)やＭＯＳＦＥＴ（Metal  Oxide  Semiconductor  Field  Effect  Transistor)やバイポーラトランジスタなどの半導体素子が組み込まれることにより集積回路が形成されている。
【００３９】
封止樹脂２は、たとえば、無機物の充填剤と熱硬化性のエポキシ樹脂とを主成分とした有機成分から構成される。
【００４０】
リードフレーム３は、半導体チップ１を支持するダイパッド、インナーリード、アウターリードなどで構成され、半導体チップ１の外部と電気信号を入出力する。
【００４１】
＜浸漬工程＞
図３は、実施の形態１に従う浸漬工程を説明するための概略図である。
【００４２】
図３を参照して、良品および評価対象の各半導体パッケージ１００は、容器７内の高比誘電率液体５に浸漬される。このとき、封止樹脂２中にクラックが存在する場合には、そのクラック内部に高比誘電率液体５が浸透して、クラックの空隙が高比誘電率液体５で満たされる。また、リードフレーム３間の剥離が存在する場合には、その剥離された結果生じた空隙が高比誘電率液体５で満たされる。
【００４３】
高比誘電率液体５は、比誘電率の高さおよび化学的安定性から純水であることが好ましい。なお、純水の比誘電率は８０である。ただし、高比誘電率液体５は純水に限られず、封止樹脂２の比誘電率よりも大きい比誘電率を有する液体であれよい。実施の形態１では、封止樹脂２はエポキシ樹脂（比誘電率：２．５〜６）で構成されているため、高比誘電率液体５は、たとえば、エチレングリコール（比誘電率：３８．７）、エタノール（比誘電率：２４）、アセトン（比誘電率：１９．５）などのような液体であってもよい。
【００４４】
容器７は、半導体パッケージ１００を高比誘電率液体５に浸漬するための容器である。容器７は、高比誘電率液体５が漏洩しない構造を有しており、かつ半導体パッケージ１００が高比誘電率液体５中に浸漬できるものであればよく、その形状は限定されない。
【００４５】
また、浸漬工程において、封止樹脂２に微量含まれているイオン性不純物元素が高比誘電率液体５中に溶出する。イオン性不純物元素、特にハロゲン系元素は、封止された半導体チップ１の電極部やリードフレーム３、配線などの腐食をもたらすことがある。高比誘電率液体５を検体とした微量元素分析（たとえば、イオンクロマトグラフ装置を用いた液中イオン分析）を実施することで、封止樹脂２中のイオン性不純物元素量を調査することも可能である。
【００４６】
なお、浸漬工程における半導体パッケージ１００の高比誘電率液体５への浸漬時間は、たとえば、２４時間程度である。
【００４７】
＜電極形成工程＞
図４は、実施の形態１に従う電極形成工程を説明するための概略図である。図４を参照して、当該半導体パッケージ１００を挟むように、半導体パッケージ１００の表面および裏面にそれぞれ電極が形成される。具体的には、半導体チップ１の上方の封止樹脂２の表面に表面電極９Ａが形成され、半導体チップ１の下方の封止樹脂２の裏面に裏面電極９Ｂが形成される。表面電極９Ａおよび裏面電極９Ｂは、半導体チップ１を挟んで対向して配置されている。なお、浸漬工程を経た良品および評価用の各々の半導体パッケージ１００について、当該表面電極９Ａおよび裏面電極９Ｂが形成される。
【００４８】
表面電極９Ａおよび裏面電極９Ｂの電極材料は、導体であればよく、典型的には金属である。具体的には、電極材料は、銅、アルミニウムであることが好ましい。また、電極材料は、金であることがさらに好ましい。
【００４９】
表面電極９Ａおよび裏面電極９Ｂは、封止樹脂２に隙間なく密着していて、半導体パッケージ１００の通電電極とは接触しないようにする必要があるため、接着層１１を表面電極９Ａと封止樹脂２との間、および裏面電極９Ｂと封止樹脂２との間に設けてもよい。
【００５０】
接着層１１は、接着剤から構成されており、半導体パッケージ１００と各電極とをより確実に接着するために設けられる。図３の例では、接着層１１は、裏面電極９Ｂにおける、封止樹脂２と対向する部分に密着して設けられている。なお、接着層１１は、表面電極９Ａにおける、封止樹脂２と対向する部分に密着して設けられていてもよい。
【００５１】
接着層１１を封止樹脂２と各電極との間に設けた場合には、当該接着層１１の厚みが測定される静電容量に影響する。そのため、接着層１１に用いられる接着剤の比誘電率と接着層１１の厚みとを把握しておく必要がある。接着層１１に用いられる接着剤は、絶縁材料であればよいが、封止樹脂２と同じ材料（エポキシ樹脂）であることが好ましい。
【００５２】
表面電極９Ａおよび裏面電極９Ｂは、典型的には、電極形成手段として機能する蒸着装置、スパッタリング装置などの電極形成装置（成膜装置）により形成される。ただし、成膜装置による電極形成だけではなく、電極としての金属板を接着剤で封止樹脂２に張り付けることで表面電極９Ａおよび裏面電極９Ｂを形成する構成であってもよい。
【００５３】
＜測定工程および判定工程＞
図５は、実施の形態１に従う測定工程および判定工程を説明するための概略図である。図５を参照して、電極形成工程で形成された表面電極９Ａおよび裏面電極９Ｂのそれぞれに静電容量測定装置５０が接続される。静電容量測定装置５０は、測定手段として機能し、表面電極９Ａおよび裏面電極９Ｂ間の静電容量を測定する。
【００５４】
ここで、封止樹脂２中に欠陥が発生した場合には、封止樹脂２中に欠陥が発生していない場合と比較して測定される静電容量が増加する理由について、数式を用いながら説明する。
【００５５】
まず、封止樹脂２中にクラックや剥離が存在しない場合（すなわち、半導体パッケージ１００が良品の場合）の静電容量をＣｇ（＝Ｃ１）とし、封止樹脂２の静電容量Ｃ０とすると、以下の式（１）が成立する。
【００５６】
Ｃｇ＝Ｃ０・・・（１）
次に、真空中の誘電率をε０、封止樹脂２の比誘電率εｒ、表面電極９Ａおよび裏面電極９Ｂの各々の電極面積をＳ０、封止樹脂厚をｄｒとすると、静電容量Ｃ０は以下の式（２）で表わすことができる。なお、接着層１１は封止樹脂２と同一の材料であり、封止樹脂厚ｄｒは接着層１１の厚みが考慮された厚みであるとする。
【００５７】
Ｃ０＝（ε０・εｒ・Ｓ０）／ｄｒ・・・（２）
一方、封止樹脂２中にクラックや剥離が存在する場合（すなわち、半導体パッケージ１００が不良品の場合）の静電容量をＣｄとし、欠陥未発生部の静電容量をＣａ、欠陥発生部の静電容量をＣｂとすると、以下の式（３）が成立する。
【００５８】
Ｃｄ＝Ｃａ＋Ｃｂ・・・（３）
欠陥未発生部Ａの静電容量Ｃａは、封止樹脂２を誘電体とするコンデンサの静電容量とみなすことができる。したがって、欠陥未発生部Ａの面積をＳ１とすると、静電容量Ｃａは以下の式（４）で表わすことができる。
【００５９】
Ｃａ＝（ε０・εｒ・Ｓ１）／ｄｒ・・・（４）
欠陥発生部Ｂの静電容量Ｃｂは、クラックや剥離によって形成された空隙部に浸透した高比誘電率液体５を誘電体とするコンデンサの静電容量ＣＬと、封止樹脂２を誘電体とするコンデンサの静電容量Ｃｒとが合成されたものとみなすことができる。そのため、静電容量Ｃｂは、以下の式（５）で表わすことができる。
【００６０】
Ｃｂ＝（ＣＬ・Ｃｒ）／（ＣＬ＋Ｃｒ）・・・（５）
次に、欠陥発生部Ｂの面積をＳ２、幅をｄｃ、高比誘電率液体５の比誘電率をεＬとすると、静電容量ＣＬおよび静電容量Ｃｒはそれぞれ以下の式（６）および（７）で表わすことができる。
【００６１】
ＣＬ＝（ε０・εＬ・Ｓ２）／ｄｃ・・・（６）
Ｃｒ＝（ε０・εｒ・Ｓ２）／（ｄｒ−ｄｃ）・・・（７）
その結果、静電容量Ｃｂは以下の式（８）で表わすことができる。
【００６２】
Ｃｂ＝（ε０・εＬ・εｒ・Ｓ２）／｛εＬ（ｄｒ−ｄｃ）＋εｒｄｃ｝・・・（８）
ここで、欠陥発生部Ｂとした領域が、仮に欠陥未発生部であったとした場合の静電容量をＣｂ１とすると、Ｃｂ１は以下の式（９）で表わすことができる。なお、静電容量Ｃｂ１は、静電容量Ｃ０と同義である。
【００６３】
Ｃｂ１＝（ε０・εＬ・Ｓ２）／ｄｒ・・・（９）
そのため、静電容量Ｃｂは、静電容量Ｃｂ１を用いて以下の式（１０）で表わすことができる。
【００６４】
Ｃｂ＝｛（εＬ・ｄｒ）／｛εＬ・（ｄｒ−ｄｃ）＋εｒ・ｄｃ｝｝・Ｃｂ１・・・（１０）
クラックや剥離などの欠陥が発生すると、幅ｄｃはｄｒ≧ｄｃ（＞０）を満たすため、以下の式（１１）が成立する。
【００６５】
（εＬ・ｄｒ）／｛εＬ・（ｄｒ−ｄｃ）＋εｒ・ｄｃ｝＞１・・・（１１）
式（１０）および式（１１）より、Ｃｂ＞Ｃｂ１が成立するため、欠陥の発生により静電容量が増加することがわかる。
【００６６】
具体例として、たとえば、半導体パッケージ１００のリードフレーム３の全面にわたって、封止樹脂２に微細な欠陥が進展し、その欠陥が発生している領域の体積が封止樹脂２の体積の３０％に達した場合を想定する。
【００６７】
この場合、ｄｃ＝ｄｒ・３０／１００、εＬ＝８０、εｒ＝４、Ｃｂ１＝Ｃ０であるとして、式（１０）にこれらの値を代入すると、Ｃｂ≒１．４・Ｃ０となるため、静電容量が約４０％増加する。
【００６８】
判定手段として機能する静電容量測定装置５０は、被評価用半導体パッケージにおける静電容量Ｃ２が良品の半導体パッケージにおける静電容量Ｃ１よりも大きい（Ｃ１＜Ｃ２）場合には、被評価用半導体パッケージの封止樹脂中には欠陥が存在する（すなわち、不良品）と判定する。一方、静電容量測定装置５０は、静電容量Ｃ２が静電容量Ｃ１以下（Ｃ１≧Ｃ２）の場合には、被評価用半導体パッケージの封止樹脂中には欠陥は存在しない（すなわち、良品）と判定する。
【００６９】
なお、上記判定は、静電容量測定装置５０に接続されるコンピュータ（図示しない）によって行なわれてもよい。この場合、判定手段としてのコンピュータは、静電容量測定装置５０から取得した測定結果に基づいて、上記のような判定を行なう。
【００７０】
＜半導体パッケージの構成の変形例＞
図６は、実施の形態１の変形例に従う半導体パッケージ１１０の構成を示す図である。図６を参照して、半導体パッケージ１１０は、半導体チップ１３と、封止樹脂１５と、ガラエポ基板１７と、はんだバンプ１９とを含む。半導体パッケージ１１０は、ＢＧＡ（Ball  Grid  Array）と呼ばれる封止形態を採用したものである。
【００７１】
半導体パッケージ１１０では、ガラエポ基板１７の表面に半導体チップ１３が実装され、ガラエポ基板１７の裏面には通電電極としてはんだバンプ１９が形成される。はんだバンプ１９は、その性質上、封止樹脂１５の外部に露出していなければならないため、ガラエポ基板１７における半導体チップ１３の実装側のみが封止樹脂１５により封止される。このような半導体パッケージ１１０は、上述した浸漬工程の後、電極形成工程で電極が形成される。
【００７２】
図７は、実施の形態１の変形例に従う半導体パッケージ１１０に電極が形成された状態を示す概略図である。図７を参照して、半導体パッケージ１１０のような構成の場合、表面電極９Ａは半導体チップ１３の上方の封止樹脂１５の表面に形成してもよいが、裏面電極９Ｂは、はんだバンプ１９と接触しないように形成される必要がある。
【００７３】
そこで、電極形成工程では、表面電極９Ａは半導体チップ１３の上方の封止樹脂１５の表面に形成され、裏面電極９Ｂは、はんだバンプ１９が十分に包埋される層厚の接着層１１に形成される。これにより、半導体パッケージ１１０と外部電極との絶縁性が保たれたままの状態で、半導体パッケージ１１０を表面電極９Ａおよび裏面電極９Ｂで挟み込むことができる。
【００７４】
そのため、図６のように表面電極９Ａおよび裏面電極９Ｂが形成された半導体パッケージ１１０においても、上述した測定工程および判定工程を経て、良品または不良品の判定を行なうことができる。
【００７５】
実施の形態１によると、空隙部が微細領域であっても静電容量の変化は大きいことから、半導体パッケージの欠陥を簡易に精度よく発見することが可能となる。半導体パッケージの表面および裏面に電極が形成されるため、その位置を問わず欠陥を検出することができる。
【００７６】
［実施の形態２］
実施の形態２では、加圧容器内の高比誘電率液体に半導体パッケージを浸漬させて、加圧容器を加圧する構成について説明する。なお、実施の形態２では、半導体パッケージの構成が実施の形態１に従う半導体パッケージ１００である場合について説明するが、上述した半導体パッケージ１１０の構成であってもよい。これは、以下の実施の形態についても同様である。
【００７７】
図８は、実施の形態２に従う浸漬工程および加圧工程を説明するための概略図である。
図８に示すように、耐圧製の金属容器２３中にテフロン（登録商標）製の密閉容器２１が設けられ、金属容器２３および密閉容器２１により加圧容器が構成される。良品および評価対象の各半導体パッケージ１００は、加圧容器内（具体的には、密閉容器２１内）に入れられた高比誘電率液体５に浸漬される。
【００７８】
実施の形態２に従う評価方法は、各半導体パッケージ１００が加圧容器内の高比誘電率液体５に浸漬された状態で、加圧容器を加圧する工程（加圧工程）をさらに含む。上述したように、浸漬工程だけでも封止樹脂２中に存在する欠陥内部に高比誘電率液体５を浸透させることが可能であるが、この加圧工程により、半導体パッケージ１００の封止樹脂２中に生じたクラックや剥離などの欠陥部分に高比誘電率液体５を高圧力下で圧入することができる。
【００７９】
加圧容器の加圧方式は、特に限定されないが、加圧容器を加熱することによる、加圧容器内部の空気膨張を用いた加圧が好ましい。この加圧方式により、封止樹脂２中に生じた欠陥部分に存在する空気が圧縮されて体積が減少するため、高比誘電率液体５が欠陥内部により浸透し易くなる。
【００８０】
加圧工程の後、各半導体パッケージ１００は、上述した電極形成工程、測定工程および判定工程に進み、評価用の半導体パッケージ１００の良品または不良品の判定が行なわれる。
【００８１】
実施の形態２によると、半導体パッケージの欠陥部分に高比誘電率液体が浸透し易くなるため、より確実に欠陥部分に高比誘電率液体を浸透させるとともに、半導体パッケージの評価をより迅速に行なうことができる。
【００８２】
［実施の形態３］
実施の形態３では、密閉容器内の高比誘電率液体に半導体パッケージを浸漬させて、密閉容器内の気体を排気して減圧した後、常圧まで加圧する構成について説明する。
【００８３】
図９は、実施の形態３に従う浸漬工程、減圧工程および加圧工程を説明するための概略図である。
【００８４】
図９を参照して、良品および評価対象の各半導体パッケージ１００は、密閉容器２５内の高比誘電率液体５に浸漬される。密閉容器２５には、排気弁２７およびリーク弁２９が取り付けられており、密閉容器２５は排気弁２７を介して排気ポンプ６０と接続されている。
【００８５】
排気ポンプ６０は、排気弁２７が開放された状態において、密閉容器２５内の気体（典型的には、空気）を排気可能に構成されている。また、リーク弁２９が開放されると、密閉容器２５内を常圧にすることができる。
【００８６】
実施の形態３に従う評価方法は、各半導体パッケージ１００が密閉容器２５内の高比誘電率液体５に浸漬された状態で密閉容器２５から空気を排気して減圧する工程（減圧工程）と、空気の排気後に密閉容器２５に空気を供給して加圧する工程（加圧工程）とをさらに含む。
【００８７】
具体的には、排気ポンプ６０は、排気弁２７が開放された状態で、密閉容器２５内の空気を排気して高比誘電率液体５が沸騰しない程度に減圧する。このとき、封止樹脂２中のクラックや剥離などの欠陥部分に存在する空気が膨張されて体積が増加するため、当該空気が半導体パッケージ１００の外に漏れ出す。
【００８８】
次に、この状態で、排気ポンプ６０は、排気を停止する。そして、リーク弁２９が開放されると、外気が密閉容器２５内に供給され密閉容器２５内の圧力が常圧に戻り、欠陥部分の空気体積が減少する。このとき、欠陥部分に高比誘電率液体５が浸透されるため、効率的に欠陥部分を高比誘電率液体５で満たすことが可能となる。なお、排気弁２７およびリーク弁２９の開放動作は、図示しない制御装置により制御されてもよい。
【００８９】
密閉容器２５は、上述した減圧に耐え得るものであればよく、その形態は限定されないが、好ましくは小型のデシケーターが用いられる。
【００９０】
また、排気ポンプ６０により密閉容器２５内の気体を排気して、密閉容器２５内を減圧する減圧工程と、リーク弁２９を開放して、密閉容器２５内を加圧する加圧工程とは、１組の連続する工程として複数回（たとえば、２回〜６回）繰り返されることが好ましい。これにより、より効率的に欠陥部分を高比誘電率液体５で満たすことが可能となる。
【００９１】
減圧工程および加圧工程の後、各半導体パッケージ１００は、上述した電極形成工程、測定工程および判定工程に進み、評価用の半導体パッケージ１００の良品または不良品の判定が行なわれる。
【００９２】
実施の形態３によると、半導体パッケージの欠陥部分に高比誘電率液体を効率的に浸透させることが可能となり、半導体パッケージの評価をより迅速に行なうことができる。
【００９３】
［実施の形態４］
実施の形態４では、実施の形態１に従う電極形成工程の変形例について説明する。実施の形態４に従う電極形成工程では、半導体パッケージの表面および裏面のそれぞれに複数の電極がマトリックス状に形成される。
【００９４】
図１０および図１１は、実施の形態４に従う電極形成工程を説明するための図である。具体的には、図１０は、実施の形態４に従う電極形成工程により電極が形成された半導体パッケージ１００を示す概略図である。図１１は、図１０に示す半導体パッケージ１００を図１０中に示す矢印ＸＩ方向から視認したときの図である。
【００９５】
図１０および図１１を参照して、半導体チップ１の上方の封止樹脂２の表面に複数の表面電極９Ａが形成され、半導体チップ１の下方の封止樹脂２の裏面に複数の裏面電極９Ｂが形成される。複数の表面電極９Ａの各々は、互いに隣接する電極同士が接しないようにマトリックス状に形成される。同様に、複数の裏面電極９Ｂの各々も、互いに隣接する電極同士が接しないようにマトリックス状に形成される。図１０および図１１の例では、上下方向に５個、左右方向に１０個の合計５０個の電極が、封止樹脂２の表面および裏面にそれぞれ形成されている。
【００９６】
また、複数の表面電極９Ａの各々について、当該表面電極と対向する位置に複数の表面電極９Ｂのうちの１つの裏面電極が形成される。図１０を参照して、たとえば、複数の表面電極９Ａのうちの１つの表面電極９Ａ１に対向する位置には、複数の裏面電極９Ｂのうちの１つの裏面電極９Ｂ１が形成される。
【００９７】
このように電極が形成された場合には、測定工程において互いに対向する電極間（表面電極９Ａ１および裏面電極９Ｂ１間）の静電容量を測定することで、当該電極間における封止樹脂２中に欠陥が存在するか否かを判定することができる。具体的には、当該電極間に欠陥が存在しない場合の基準静電容量は上述の式（２）を利用して求めることができるため、この基準静電容量よりも測定される静電容量が大きい場合には、当該電極間には欠陥が存在すると判定することができる。一方、測定される静電容量が基準静電容量以下の場合には、当該電極間には欠陥が存在しないと判定することができる。
【００９８】
このように、複数の電極をマトリック状に形成することで封止樹脂２中の欠陥の位置を特定することができる。なお、表面および裏面にそれぞれ５０個の電極を形成する場合について説明したが、これに限られず、形成される電極は５０個よりも多くても少なくてもよい。ただし、電極を多くすればするほど位置分解能は向上する。
【００９９】
実施の形態４によると、封止樹脂中の欠陥が存在することを確認できるとともに、その欠陥の位置をも特定することができる。
【０１００】
［その他の実施の形態］
上述した実施の形態では、評価用の半導体パッケージおよび良品の半導体パッケージの各々について、浸漬工程、電極形成工程および測定工程を実行する場合について説明した。しかしながら、たとえば、良品の半導体パッケージにおける静電容量が予め既知である場合には、当該静電容量を良否の判定基準となる基準静電容量として、評価用の半導体パッケージのみ浸漬工程、電極形成工程および測定工程を実行してもよい。
【０１０１】
この場合には、基準静電容量値は、判定工程の主体（静電容量測定装置または制御装置など）の図示しない記憶部などに記憶される。静電容量測定装置（または制御装置）は、測定された評価用の半導体パッケージの静電容量と、基準静電容量とに基づいて、評価用の半導体パッケージの良否を判定することができる。
【０１０２】
上述の実施の形態として例示した構成は、本発明の実施の形態の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能である。
【０１０３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１０４】
１  半導体チップ、２，１５  封止樹脂、３  リードフレーム、５  高比誘電率液体、７  容器、９Ａ  表面電極、９Ｂ  裏面電極、１１  接着層、１７  ガラエポ基板、１９  はんだバンプ、２１，２５  密閉容器、２３  金属容器、２７  排気弁、２９  リーク弁、５０  静電容量測定装置、６０  排気ポンプ、１００，１１０  半導体パッケージ。
【図１】
2015175705.tif 000003
【図２】
2015175705.tif 000004
【図３】
2015175705.tif 000005
【図４】
2015175705.tif 000006
【図５】
2015175705.tif 000007
【図６】
2015175705.tif 000008
【図７】
2015175705.tif 000009
【図８】
2015175705.tif 000010
【図９】
2015175705.tif 000011
【図１０】
2015175705.tif 000012
【図１１】
2015175705.tif 000013