(57)【要約】【課題】水分の浸入を有効に防止し耐湿性に優れた気密封止方式の半導体装置、及び水分の浸入を有効に防止し耐湿性に優れた気密封止方式の半導体装置製造方法を提供する。【解決手段】半導体装置は、箱型中空樹脂成形体内の底部に、少なくとも一方の面に予め積層された樹脂層を有する蒸気不透過性物質からなる耐湿層が成形されている半導体パッケージに半導体が装着され、気密封止されている。その製造方法は、予め箱型中空樹脂成形体の金型内に、少なくとも一方の面に積層された樹脂層を有する耐湿層形成用の蒸気不透過性物質とリードフレームとをインサートした後、パッケージ成形用樹脂を射出成形あるいはトランスファー成形することによって、リードフレームを所定の位置に、蒸気不透過性物質からなる耐湿層を箱型中空樹脂成形体内の底部にインサート成形して得られたパッケージに、半導体を装着し、中空開口部を蓋材で気密封止することからなる。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
箱型中空樹脂成形体内の底部に、少なくとも一方の面に予め積層された樹脂層を有する蒸気不透過性物質からなる耐湿層が成形されている半導体パッケージに半導体が装着され、気密封止されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記耐湿層に積層される樹脂がポリイミドであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
予め箱型中空樹脂成形体の金型内に、少なくとも一方の面に積層された樹脂層を有する耐湿層形成用の蒸気不透過性物質とリードフレームとをインサートした後、パッケージ成形用樹脂を射出成形あるいはトランスファー成形することによって、リードフレームを所定の位置に、蒸気不透過性物質からなる耐湿層を箱型中空樹脂成形体内の底部にインサート成形して得られたパッケージに、半導体を装着し、中空開口部を蓋材で気密封止することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記蒸気不透過性物質に積層される樹脂がポリイミドであることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関するものであって、より詳しくは、気密封止された半導体パッケージの耐湿性を改良した半導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ、ＬＳＩなどの半導体素子は、周囲の温度や湿度の変化、あるいは微細なゴミやほこりに影響され、その特性が微妙に変化してしまうことや、機械的振動や衝撃によって破損し易いことなどの理由で、半導体素子が封止されたパッケージとして使用に供されている。
【０００３】
パッケージ方式としては、大別して気密封止方式と樹脂封止方式とに分けられ、気密封止方式では、一般的には材質にセラミックスおよび樹脂が用いられている。樹脂の場合は箱型樹脂成形体が用いられ、その中央部に設けられたリードフレームのアイランド等に接着剤によって固着された半導体素子は、インサート成形によって樹脂成形体に封入され、両端がパッケージの内外部に露出されたリードのうちインナーリードとボンディングワイヤーによって連結されている。また樹脂成形体の上面開口部は透明あるいは不透明な合成樹脂板、ガラス板などの蓋材を接着剤によって固着し、気密封止を行うものであるが、このような封止手段を講じても、時間の経過に伴ないパッケージ内部に微量の水分が浸入し、半導体素子の機能を低下せしめ、やがては使用不能の状態となってしまうという問題点があった。
【０００４】
そこで、水分の浸入経路として考えられる蓋の接着部、あるいはリードフレームの樹脂封入部について入念な密封手段を施しても、依然として経時による水分の浸入を防止することができず、その対策に苦慮しているのが現実である。
【０００５】
この問題に対して片山らは、半導体パッケージに対する水分の浸入は、パッケージの下面、すなわち、箱型樹脂成形体の底面から成形体を透過してくる水分が主たるものであるという知見を得、この知見をもとに気密封止された半導体パッケージの箱型中空樹脂成形体底部の樹脂内部にアルミニウム、銅、鉄の金属およびそれらの合金からなる群より選ばれた蒸気不透過性の板状体からなる耐湿板の層を形成するという発明を開示している。（特許文献１参照）
【０００６】
しかし、昨今においては半導体パッケージの薄型化への要求が強く、結果として箱型樹脂成形体の底面が薄くなることから、上記の発明をさらに発展させ、箱型樹脂成形体の底面からの水分の浸入防止を確実なものにすることが望まれる。
【０００７】
【特許文献１】
特許第３０８０２３６号明細書
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、水分の浸入を有効に防止した耐湿性のすぐれた気密封止方式の半導体装置を提供することである。
さらに本発明の課題は、水分の浸入を有効に防止した耐湿性のすぐれた気密封止方式の半導体装置の製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために達成されたものであって、その特徴とするところは、箱型中空樹脂成形体内の底部に、表面に少なくとも一方の面に積層された樹脂層を有する蒸気不透過性物質からなる耐湿層を成形することであり、成形に際しては、耐湿層形成用の蒸気不透過性物質をリードフレームとともに金型内に予めセットしてインサート成形することを製法上の特徴とするものである。
【００１０】
すなわち、本発明によれば、箱型中空樹脂成形体内の底部に、少なくとも一方の面に積層された樹脂層を有する蒸気不透過性物質からなる耐湿層が成形されている半導体パッケージに半導体が装着され、気密封止されていることを特徴とする半導体装置が提供される。
【００１１】
前記耐湿層に積層される樹脂がポリイミドであることが望ましい。
【００１２】
また本発明によれば、予め箱型中空樹脂成形体の金型内に、少なくとも一方の面に積層された樹脂層を有する耐湿層形成用の蒸気不透過性物質とリードフレームとをインサートした後、パッケージ成形用樹脂を射出成形あるいはトランスファー成形することによって、リードフレームを所定の位置に、蒸気不透過性物質からなる耐湿層を箱型中空樹脂成形体内の底部にインサート成形して得られたパッケージに、半導体を装着し、中空開口部を蓋材で気密封止することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る、底部内に蒸気不透過性物質の層を成形した半導体装置用の箱型樹脂成形体の一例を示す第１図において、１はエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂からなる樹脂成形体、２は４２アロイ、銅合金などからなるリードフレーム、３は半導体チップを固着するためのチップボンディング部、４は半導体装置を密封するための蓋接着部であり、密封効果をよりすぐれたものとするために段部を設けてある。５は少なくとも一方の面に積層された樹脂層を有する蒸気不透過性物質であり、耐湿層として底部内に成形した状態を示す。
【００１４】
この蒸気不透過性物質としては、鉄、銅、ニッケル、アルミニウムなどの金属及びそれらの合金、ならびにセラミック、ガラス等の材料が使用されるが、これらのなかでも、アルミニウム、銅、鉄の金属およびそれらの合金を使用した場合には、耐湿性が改良されるばかりでなく、半導体チップの発熱をパッケージ外に放熱するという効果を併せ持ち、半導体素子の作動安定性へも寄与しうるものとなる。
【００１５】
耐湿層形成用の、少なくとも一方の面に積層された樹脂層を有する蒸気不透過性物質の厚みは、通常０．１ないし１０００μｍ、好ましくは１ないし５００μｍのものが用いられ、その大きさは、箱型樹脂成形体の底面と略同程度の大きさのものであることが好ましく、成形する位置としては、通常、第１図に示す如き箱型樹脂成形体の底面近傍に設けるが、耐湿層の放熱板としての機能を高めようとする場合には、耐湿層の位置をもっと半導体素子に近い部分に設けてもよい。
【００１６】
蒸気不透過性物質の表面に積層される樹脂としては、箱型樹脂成形体を形成するパッケージ成形用樹脂との接着性に優れ、且つ半導体装置を基板に実装する際に加えられる熱に対する耐性を有する点からポリイミドが望ましい。
【００１７】
耐湿層形成用の蒸気不透過性物質の表面に積層されるポリイミドとなるポリアミド酸またはポリイミドの製造方法の一例を以下に述べる。先ず撹拌機、還流冷却機および窒素導入管を備えた容器中で、ジアミン類を有機溶剤に溶解する。次に、この溶液に窒素雰囲気下において芳香族テトラカルボン酸二無水物をジアミン類に対して好ましくは０．９００〜０．９９８モル当量になるように添加し、０〜９０℃で２４時間撹拌してポリアミド酸溶液を得る。この範囲であると、蒸気不透過性物質表面への積層が容易で、弾性率が低下して耐湿性が低下することがない。このポリアミド酸溶液を１００〜２００℃で撹拌、反応脱水することによりポリイミド溶液を得る。これらのポリアミド酸溶液およびポリイミド溶液は粘度調節のために、有機溶剤にて希釈しても差し支えない。
【００１８】
耐湿層形成用の蒸気不透過性物質表面への樹脂層の積層は、蒸気不透過性物質の一方の面だけでも効果があるが、両方の面に積層した方が気密封止方式の半導体装置への水分の浸入を防止する効果が大きい。耐湿層形成用の蒸気不透過性物質の表面に樹脂層を積層する方法としては、積層する樹脂の種類によっても異なるが、例えば熱可塑性ポリイミドの場合、すなわちポリイミドを含有する溶液あるいはその前駆体であるポリアミド酸を含有する溶液を用いて行う場合には方法に特に限定はなく、従来公知のコンマコーター、Ｔダイ、ロールコーター、ナイフコーター、リバースコーターなどの塗布装置を使用して塗布後、あるいはポリイミド溶液またはポリアミド酸溶液への浸漬後、十分な時間と温度をかけて加熱乾燥し、硬化させればよい。その際、塗布後の樹脂厚みは塗布し易さの点から、０．０１〜５０μｍの範囲が好ましい。ただし、蒸気不透過性物質の一方の面だけに塗布したい場合にはポリイミド溶液またはポリアミド酸溶液への浸漬を塗布方法として用いることができないのは当然のことである。
【００１９】
ポリイミドの場合、乾燥後のイミド化方法は、イナートオーブンによるバッチ法、イミド化炉による連続式等、公知の方法が用いられ、特にその方法、条件に制限はない。イミド化は通常２００〜４５０℃で行われ、溶剤含有量がポリイミド１００重量部に対して０．５重量部を超えない範囲までイミド化を行う。
【００２０】
本発明にかかる半導体装置は、リードフレームと少なくとも一方の面に積層された樹脂層を有する耐湿層形成用の蒸気不透過性物質とを、予め箱型中空樹脂成形体の金型内にインサートしておき、ついで、ビスフェノールＡ型、ノボラック型、グリシジルアミン型などのエポキシ樹脂、ポリアミノビスマレイミド、ポリピロメリットイミドなどのポリイミド樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂からなるパッケージ成形用樹脂を射出あるいはトランスファー成形することによって、リードフレームを所定の位置に、蒸気不透過性物質からなる耐湿層を箱型中空樹脂成形体内の底部にインサート成形して得られたパッケージに、半導体を装着し、中空開口部を蓋材で気密封止することにより製造される。
【００２１】
インサート成形の条件は、使用する樹脂によっても異なるが、エポキシ樹脂の場合を例にとると、通常、圧力が１０ないし５００ｋｇ／ｃｍ２、温度が１５０ないし２００℃、時間が１ないし５分間の条件での加圧加熱することが好ましい。
少なくとも一方の面に積層された樹脂層を有する耐湿層形成用の蒸気不透過性物質をリードフレームと同時にインサート成形することにより、箱型樹脂成形体内の底部に耐湿層としての蒸気不透過性物質を高い精度をもって固定することができ、しかも、あとで表面に樹脂層が積層された耐湿層形成用の蒸気不透過性物質を接着する方法に比べて、作業工程が簡略化されるばかりでなく確実な固着が達成される。
【００２２】
第２図は、箱型中空樹脂成形体のチップボンディング部に半導体素子７を固着し、該素子とリードフレーム２をボンディングワイヤで連結した後、蓋材８を樹脂成形体の蓋接着部４にエポキシ系、イミド系、あるいはアクリル系の接着剤で接着せしめ、気密封止された半導体装置を示す断面図である。ボンディグワイヤーとしては、通常、金やアルミニウムが使用され、また蓋材としては、石英ガラス板、サファイヤ板、透明アルミナ板、透明プラスチック板などの透明蓋材、着色ガラス板、セラミックス板、着色プラスチック板などの半透明ないし不透明蓋材が使用される。
【００２３】
【実施例】
以下実施例により本発明を詳細に説明する。なお、半導体パッケージに対する水分の浸入は、下記の方法によって試験した。
透明蓋材で封止したパッケージ（箱型中空樹脂成形体）を市販のプレッシャークッカー試験機に入れ、温度１２１℃、湿度１００％ＲＨ、時間２時間加熱加圧した後、取り出し、常温下で透明蓋材の内側に浸入水分による結露ができるかどうかを調べた。結露が認められないものは浸入水分が僅かなものであり、結露が認められるまで２時間毎の加熱加圧を続けた。したがって、本発明において、パッケージの耐湿性の優劣は、透明蓋材の内側に結露が認められるまでの加熱加圧時間の長短で判定される。
【００２４】
＜熱可塑性ポリイミド前駆体の合成例−１＞
ジアミンとして１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）ベンゼン（以下ＡＰＢと略す）１０モル、テトラカルボン酸二無水物として３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物（以下ＢＴＤＡと略す）９．０モルをそれぞれ秤量し、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド溶媒中で混合し、４０℃において４時間反応した。反応後の固形分濃度は３０重量％であった。得られたポリアミド酸の粘度は２００００ｃｐｓであり、塗工に適したものであった。
【００２５】
＜熱可塑性ポリイミド前駆体の合成例−２＞
ジアミンとしてＡＰＢ１０モル、テトラカルボン酸二無水物としてＢＴＤＡ９．９８モルをそれぞれ秤量し、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド溶媒中で混合し、４０℃において４時間反応した。反応後の固形分濃度は２０重量％であった。得られたポリアミド酸の粘度は３００００ｃｐｓであり、塗工に適したものであった。
【００２６】
＜両面に樹脂層を有する耐湿層形成用の蒸気不透過性物質−１の作製＞
市販の銅箔（ジャパンエナジー（株）製、商品名：ＢＨＹ−２２Ｂ−Ｔ、厚み：１８μｍ）の両面に、コータードライヤーを用いて、合成例−１のポリアミド酸を塗布し、６０℃〜２００℃で６分間乾燥し、次いで、２００〜２７０℃で６分間キュアを行い、ポリイミド層を形成した。樹脂厚みは、乾燥・キュア後に３０μｍとなるようにした。
【００２７】
＜両面に樹脂層を有する耐湿層形成用の蒸気不透過性物質−２の作製＞
市販の銅箔（ジャパンエナジー（株）製、商品名：ＢＨＹ−２２Ｂ−Ｔ、厚み：１８μｍ）の両面に、コータードライヤーを用いて、合成例−２のポリアミド酸を塗布し、６０℃〜２００℃で６分間乾燥し、次いで、２００〜２７０℃で６分間キュアを行い、ポリイミド層を形成した。樹脂厚みは、乾燥・キュア後に３０μｍとなるようにした。
【００２８】
（実施例１）
厚さ１５０μｍの４２アロイ製のリードフレームおよび蒸気不透過性物質−１を所定のサイズ、形状に切断後、トランスファー成形機の金型内の所定位置にインサートした。次いでノボラック型エポキシ樹脂系成形材料を用いて、温度１８０℃、圧力８０ｋｇ／ｃｍ２、時間２分間の条件でインサート成形した後、温度１８０℃、時間３時間で後硬化を行なって第１図（ａ＝１０ｍｍ、ｂ＝０．７ｍｍ）に示す箱型中空樹脂成形体を得た。
次いで透明ガラス板製蓋を上記箱型中空樹脂成形体の蓋接着部にエポキシ樹脂で接着した。この気密封止されたパッケージをプレッシャークッカー試験にかけ、２時間毎にとり出して常温下でガラス蓋の内側に結露が認められるかどうかを調べた。
その結果、結露は３０時間までは認められず、３２時間後にはじめて認められた。
【００２９】
（実施例２）
厚さ１５０μｍの４２アロイ製のリードフレームおよび蒸気不透過性物質−２を所定のサイズ、形状に切断後、トランスファー成形機の金型内の所定位置にインサートした。次いでノボラック型エポキシ樹脂系成形材料を用いて、温度１８０℃、圧力８０ｋｇ／ｃｍ２、時間２分間の条件でインサート成形した後、温度１８０℃、時間３時間で後硬化を行なって第１図に示す箱型中空樹脂成形体を得た。
次いで透明ガラス板製蓋を上記箱型中空樹脂成形体の蓋接着部にエポキシ樹脂で接着した。この気密封止されたパッケージをプレッシャークッカー試験にかけ、２時間毎にとり出して常温下でガラス蓋の内側に結露が認められるかどうかを調べた。
その結果、結露は３０時間までは認められず、３２時間後にはじめて認められた。
【００３０】
（比較例１）
厚さ１５０μｍの４２アロイ製のリードフレームおよび市販の銅箔（ジャパンエナジー（株）製、商品名：ＢＨＹ−２２Ｂ−Ｔ、厚み：１８μｍ）を所定のサイズ、形状に切断後、トランスファー成形機の金型内の所定位置にインサートした。次いでノボラック型エポキシ樹脂系成形材料を用いて、温度１８０℃、圧力８０ｋｇ／ｃｍ２、時間２分間の条件でインサート成形した後、温度１８０℃、時間３時間で後硬化を行なって第１図に示す箱型中空樹脂成形体を得た。
次いで透明ガラス板製蓋を上記箱型中空樹脂成形体の蓋接着部にエポキシ樹脂で接着した。この気密封止されたパッケージをプレッシャークッカー試験にかけ、２時間毎にとり出して常温下でガラス蓋の内側に結露が認められるかどうかを調べた。
その結果２０時間で結露が認められた。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の半導体装置は、半導体パッケージ内への水分透過量の最も多い、パッケージ底面からの水分の進入が効率的に防止される。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、箱型樹脂成形体内の底部に少なくとも一方の面に積層された樹脂層を有する耐湿層形成用の蒸気不透過性物質を高い精度をもって、しかも簡単な工程で固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によりインサート成形された箱型中空樹脂成形体の断面図の一例である。
【図２】本発明に係る気密封止された半導体装置の完成状態を示す断面図の一例である。
【符号の説明】
１  箱型中空樹脂成形体
２  リードフレーム
３  半導体チップボンディング部
４  密封用の蓋接着部
５  少なくとも一方の面に積層された樹脂層を有する蒸気不透過性物質
６  ボンディングワイヤー
７  半導体チップ
８  蓋材
９  接着層
ａ  箱型中空樹脂成形体の幅
ｂ  チップボンディング部から箱型中空樹脂成形体底面までの距離
【図１】
2004235514.tif 000002
【図２】
2004235514.tif 000003