(57)【要約】【課題】本発明の主な目的は、信頼性を向上させた半導体素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の半導体装置１０は、半導体素子１４と、半導体素子１４と電気的に接続される導電部材と、導電部材の表面を被覆するメッキ層１６と、半導体素子１４および導電部材とを封止する封止樹脂１３とを有する半導体装置に於いて、メッキ層１６は、前記導電部材よりも熱伝導率の低い金属から成る構成と成っている。従って、半導体素子の発熱に伴う封止樹脂の急激な温度上昇を防止することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、前記半導体素子と電気的に接続される導電部材と、前記導電部材の表面を被覆するメッキ層と、前記半導体素子および前記導電部材とを封止する封止樹脂とを有する半導体装置に於いて、
前記メッキ層は、前記導電部材よりも熱伝導率の低い金属から成ることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記導電部材は銅またはアルミニウムを主材料とし、前記メッキ膜はニッケルまたはクロムから成ることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記メッキ層は、前記導電部材を被覆する第１のメッキ層と、前記第１のメッキ層を被覆する第２のメッキ層と、前記第２のメッキ層を被覆する第３のメッキ層とから成ることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１のメッキ層または前記第２のメッキ層は、前記第３のメッキ層よりも熱伝導率が低いことを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
前記封止樹脂は透明樹脂であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項６】
前記導電部材は、前記半導体素子が載置されるランドと、前記ランドに接近して設けられ金属細線により前記半導体素子と電気的に接続されるリードとから成ることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項７】
導電部材にメッキ層を被着する工程と、
前記導電部材に半導体素子を載置する工程と、
前記前記導電部材と前記半導体素子とを電気的に接続する工程と、
前記メッキ層の表面をプラズマ処理することにより、前記メッキ層の表面の粗化および洗浄化を行う工程と、
前記半導体素子および前記導電部材を封止樹脂で封止する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記透明樹脂として、透明樹脂を用いることを特徴とする求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記プラズマの工程では、前記半導体素子を含めて粗化および洗浄化を行うことを特徴とする請求項７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、導電部材に熱伝導率の低いメッキ膜が施され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】
図６を参照して、従来型の半導体装置１００の構成について説明する。図６（Ａ）は半導体装置１００の平面図であり、図６（Ｂ）はその断面図である（特許文献１参照）。
【０００３】
図６（Ａ）を参照して、半導体装置１００の中央部には導電材料から成るランド１０２が形成され、ランド１０２の周囲には多数個のリード１０１の一端が接近している。リード１０１の一端は金属細線１０５を介して半導体素子１０４と電気的に接続され、他端は封止樹脂１０３から露出している。封止樹脂１０３は、半導体素子１０４、ランド１０２およびリード１０１を封止して一体に支持する働きを有する。
【０００４】
また、半導体素子１０４が、受光素子や発光素子である場合は、封止樹脂１３として透明樹脂が採用される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−３４０２５７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、リード１０１およびランド１０２の表面には、金属細線１０５の接続性が考慮されて銀等のメッキ膜が付着されていた。このことから、使用状況下に於いて、半導体素子１０４が発熱した場合、その熱はランド１０２やリード１０１を介して容易に封止樹脂１０３に伝達していた。ここで、導電部材から成るランド１０４およびリード１０１の熱膨張率と、封止樹脂１０３の熱膨張率が大きく相違する。従って、図６（Ｂ）に示す波線の箇所に、クラックが発生してしまう問題があった。
【０００７】
更に、半導体素子１０４として受光素子等の光学系の素子を採用する場合は、封止樹脂１３として透明樹脂を採用する。透明樹脂は、フィラーが混入されていないことから、上記した問題が更に顕著になっていた。
【０００８】
また、リード１０１およびランド１０２の表面に銀メッキを施した場合、銀メッキ膜の酸化の現象を考慮する必要があった。このことが、製造工程の複雑化を招いていた。
【０００９】
本発明は上記した問題を鑑みて成されたものであり、本発明の主な目的は、信頼性を向上させた半導体素子およびその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、半導体素子と、前記半導体素子と電気的に接続される導電部材と、前記導電部材の表面を被覆するメッキ層と、前記半導体素子および前記導電部材とを封止する封止樹脂とを有する半導体装置に於いて、前記メッキ層は、前記導電部材よりも熱伝導率の低い金属から成ることを特徴とする。従って、半導体素子の発熱に伴う封止樹脂の急激な温度上昇を防止することができる。
【００１１】
本発明の半導体装置の製造方法は、導電部材にメッキ層を被着する工程と、前記導電部材に半導体素子を載置する工程と、前記前記導電部材と前記半導体素子とを電気的に接続する工程と、前記メッキ層の表面をプラズマ処理することにより、前記メッキ層の表面の粗化および洗浄化を行う工程と、前記半導体素子および前記導電部材を封止樹脂で封止する工程とを具備することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１を参照して本発明に斯かる半導体装置の構成を説明する。本発明の半導体装置１０は、半導体素子１４と、半導体素子１４と電気的に接続される導電部材と、導電部材の表面を被覆するメッキ層１６と、半導体素子１４および導電部材とを封止する封止樹脂１３とを有する半導体装置に於いて、メッキ層１６は、前記導電部材よりも熱伝導率の低い金属から成る構成と成っている。ここでは、上記導電部材は、ランド１２およびリード１１から成るものとして以下の説明を行う。
【００１３】
図１（Ａ）および図１（Ｂ）を参照して上記各構成要素を以下にて説明する。
【００１４】
半導体素子１４は、受光素子または発光素子を採用することができる。受光素子としては、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｄ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサ等の固体撮像素子や、フォトダイオードやフォトトランジスタ等のフォトセンサを光半導体素子１４として採用することができる。発光素子としては、発光ダイオードまたは半導体レーザーを光半導体素子１４として採用することができる。
【００１５】
ランド１２は、銅やアルミニウム等を主材料とする金属から成り、半導体装置１０の中央部に配置され、上部に半導体素子１４が載置される。リード１１は、ランド１２と同様の材料から成り、その一端はランド１２に近接しており金属細線１５を介して電気的に接続されている。また、リード１１の他端は封止樹脂１３から外部に延在して外部との電気信号の入出力を行う電極の役割を有する。
【００１６】
封止樹脂１３は、半導体素子１４、金属細線１５、ランド１２およびリード１１を被覆して全体を支持する役割を有する。また、半導体素子１４として上記した受光素子または発光素子を有するものを採用した場合は、封止樹脂１３として透明性を有する透明樹脂が採用される。
【００１７】
次に、図１（Ｃ）を参照して、ランド１２およびリード１１の表面に形成されるメッキ膜１６に関して説明する。
【００１８】
リード１１およびランド１２の表面には、第１のメッキ膜１６Ａが形成され、第１のメッキ膜１６Ａは第２のメッキ膜１６Ｂにより被覆されている。更に、第２のメッキ膜１６Ｂは第３のメッキ膜１６Ｃにより被覆されている。
【００１９】
第１のメッキ膜１６Ａは、ここでは導電部材であるリード１１およびランド１２よりも熱伝導率が低い金属から成る。例えば、ニッケルまたはクロムを第１のメッキ膜１６Ａの材料として採用することができる。ここで、リード１１およびランド１２が銅から成る場合は、その熱伝導率は４０３Ｗ／ｍＫである。そして、第１のメッキ膜Ａの材料であるニッケルの熱伝導率は９４Ｗ／ｍＫである。この様に熱伝導率が低い材料を、第１のメッキ膜１６Ａの材料として採用することにより、ランド１０２等から封止樹脂１３に急激に熱が伝導するのを防止することができる。また、第１のメッキ膜１６Ａの厚さは、例えば約３μｍ程度である。
【００２０】
第２のメッキ膜１６Ｂは、上記した第１のメッキ膜１６Ａと同様に、ランド１２等よりも熱伝導率が低い金属が採用される。更に、第２のメッキ膜１６Ｂとしては、第３のメッキ膜との付着性も考慮してその材料が選択される。ここでは、パラジュームを第２のメッキ膜１６Ｂの材料として採用している。第１のメッキ膜１６Ａの厚さは、例えば約０．３μｍ程度である。
【００２１】
第３のメッキ膜１６Ｃは、上部にボンディングされる金属細線１５との接続性が考慮されてその材料が選択さる。ここでは、厚さが約０．０３μｍ程度の金が第３のメッキ膜１６Ｃとして採用される。
【００２２】
本発明の特徴は、導電部材であるリード１１およびランド１２の材料よりも熱伝導率が低い金属を、メッキ膜１６の材料として採用することにある。このことにより、半導体素子１４から発生する熱が、リード１１やランド１２を介して、封止樹脂１３に急激に伝達するのを防止することができる。また、封止樹脂１３として透明樹脂を採用した場合、リード１１等の熱膨張係数が１７ｐｐｍ程度であるのに対して、透明樹脂の熱膨張係数は６５ｐｐｍである。このことから、熱膨張率の差が大きいので、温度変化により両者の界面付近には熱応力が発生する。本発明では、熱伝導率が低い金属をメッキ膜１６の材料として採用することにより、リード１１やランド１２から透明樹脂への熱の伝達を緩やかにすることができるので、熱応力による封止樹脂１３の破壊を防止することができる。
【００２３】
次に、図２から図５を参照して、本発明の半導体装置１０の製造方法を説明する。本発明の半導体装置１０の製造方法は、導電部材にメッキ層１６を被着する工程と、導電部材に半導体素子１４を載置する工程と、導電部材と半導体素子１４とを電気的に接続する工程と、メッキ層１６の表面をプラズマ処理することにより、メッキ層１６の表面の粗化および洗浄化を行う工程と、半導体素子１４および導電部材を封止樹脂１３で封止する工程とを具備する。ここでは、導電部材は、ランド１２およびリード１１より成るものとして、各工程を以下にて説明する。
【００２４】
図２を参照して、先ず、リード１１およびランド１２を形成して、これらの表面にメッキ膜１６を被着する。
【００２５】
図２（Ａ）を参照して、銅やアルミニウムを主体とする金属板から成る基板２０を用意し、ランド１２およびリード１１から成る搭載部２１をマトリックス状に形成する。この搭載部２１の形成は、基板２０の打ち抜きまたはエッチングを行うことにより行われる。
【００２６】
図２（Ｂ）を参照して搭載部２１の構成を説明する。搭載部２１の中央部付近にはランド１２が形成され、ランド１２の近傍から周辺部にかけて複数個のリード１１が延在している。また、ランド１２を基板２０に固定するために、吊りリードが設けられても良い。また、ランド１２の固定を目的として、粘着性を有する樹脂製のテープを各搭載部２１を跨ぐように、基板２１に貼り付けても良い。また、ランド１２には、複数個のスリットＳが設けられている。樹脂封止の工程に於いて、このスリットＳに封止樹脂が充填され、樹脂とスリット内部の嵌合により樹脂の付着力が向上される。
【００２７】
次に、図２（Ｃ）を参照して、リード１１およびランド１２の表面にメッキ膜１６を付着する。ここでは、リード１１およびランド１２の表面に第１のメッキ膜１６Ａが形成され、更に、第１のメッキ膜１６Ａを覆うように第２のメッキ膜１６Ｂが形成される。更にまた、第２のメッキ膜１６Ｂを覆うように第３のメッキ膜１６Ｃが形成される。この様に多層にメッキ膜１６を形成することにより、リード１１等が酸化してしまうのを防止することができる。各メッキ膜の詳細に関しては上述したので、ここでの説明は割愛する。
【００２８】
図３を参照して、各搭載部２１のランド１２に半導体素子１４を半田等のロウ材を介して固着する。そして、半導体素子１４とリード１１とを金属細線１５により電気的に接続する。
【００２９】
次に、図４（Ａ）を参照して、基板メッキ層１６の表面をプラズマ処理することにより、メッキ層１６の表面の粗化および洗浄化を行う。
【００３０】
プラズマ洗浄機２５の構成に関して説明する。プラズマ洗浄機２５は筐体により内部が密閉され、供給部２６から内部にプラズマソースガスが供給され、排気部２７によりプラズマ反応を行ったプラズマソースガスを排出する。また、プラズマ洗浄機２５内部には、テーブル状の第１の電極２８および第２の電極２９が設けられ、一方の電極が高周波の電源に接続されて、他方の電極が接地されている。ここでは、第１の電極２８が高周波の電源に接続され、第２の電極２９が接地されている。従って、第１の電極２８と第２の電極２９に挟まれる領域のソースガスがプラズマとなり、洗浄能力を発揮する。
【００３１】
本工程でプラズマ洗浄が行われる基板２０は、マガジン３０に収納されて第２の電極２９上に載置される。マガジン３０は、基板２０と第２の電極２９とが導通してしまうのを防止するために、絶縁材であるスペーサの上部に載置される。従って、電気的に浮かせた状態であるのでマガジン３０はアルミ等の導電体により構成しても良い。基板２０は、マガジン３０に複数個が整列して載置され、基板２０の主面の方向は、ソースガスがその表面に沿って流動する方向に合わせてある。
【００３２】
プラズマによる基板２０の洗浄方法は、先ず、プラズマ洗浄機２５内部に、供給部２６からソースガスを導入する。ここでは、基板２０表面に付着した有機性の付着物を除去するために、ソースガスとして酸素ガスを用いる。ソースガスとしては、アルゴンやヘリウム等の他の気体を用いることも可能である。次に、第１の電極２８に高周波の電流を印加することにより、第１の電極２８および第２の電極２９に挟まれる領域にプラズマを発生させて、基板２０の表面および裏面の洗浄を行う。基板２０の表面および裏面に付着した付着物と反応した酸素ガスは、二酸化炭素となり、排気部２７から外部に放出される。
【００３３】
上記の工程により、基板２０の最表層の第３のメッキ膜１６Ｃの洗浄化及び粗化が行われる。基板２０の表面には、第１のメッキ膜１６Ａ、第２のメッキ膜１６Ｂおよび第３のメッキ膜１６Ｃが積層されている。従って、プラズマ処理を行うことによる、基板２０の過度の酸化を防止することができる。また、基板２０の最表層の粗化および洗浄化を行うことにより、リード１１およびランド１２と封止樹脂１３との密着を向上させることができる。
【００３４】
また、図４（Ｂ）を参照して、上記プラズマの工程により、スリットＳの内側面の洗浄化おうび粗化も行われ、これらの箇所と封止樹脂との接着力は向上される。更に、スリットＳから裏面に露出する半導体素子１４の裏面の洗浄化および粗化も行われ、この箇所と封止樹脂との接着力も向上する。
【００３５】
上記の工程が終了した後に、封止樹脂１３により封止を行う工程、基板２０から各搭載部２１を分離する工程等を経て、半導体装置１０が完成する。
【００３６】
次に、図５を参照して上記したプラズマ洗浄による効果に関して説明する。この効果は、耐リフロー試験を行うことにより確認した。具体的には、プラズマ洗浄を行って製造した半導体装置を複数個用意し、更に、プラズマ洗浄を行わない製造方法により製造した半導体装置も複数個用意する。そして両者をベーキングを行った後に、吸湿させて更にリフローすることにより、擬似的に半導体装置を実装基板に実装する状態を作り出して、不良が発生する半導体装置の個数を計測した。
【００３７】
図５（Ａ）を参照して、その実験結果の詳細を説明する。先ず、ベーキング処理を行った半導体装置を吸湿させる。ここでは、温度３０℃且つ湿度８５パーセントの雰囲気下で半導体装置の吸湿を行う。吸湿を行う時間は、４８時間、９６時間および１６８時間の３種類の時間で吸湿を行った。そして、吸湿前（ベーキング後）および吸湿後に半導体装置の重量を計測すると、吸湿した水分に対応した重量の増加が認められ、その増加は吸湿を行った時間に比例する。上記吸湿作業を、プラズマ無しおよびプラズマ有りの工程で製造した個々の半導体装置に付いて行い、それぞれに関して耐リフロー性を検証した。リフローは、最高温度２２０℃および最高温度２５０℃の２種類の温度にて行った。なお、本実験では、個々の条件に関して１５個の半導体装置を供試体として用意した。
【００３８】
プラズマ処理を行わない製造方法にて製造した半導体装置では、多数個の不良品が発生した。例えば、温度３０度、湿度８５パーセントの雰囲気下で４８時間吸湿を行った半導体装置を、最高温度２２０℃でリフローした場合、１５個用意した半導体装置の中で、８個の半導体装置にタブ裏クラックが発生した。このタブ裏クラックの状況を図５（Ｃ）では、▲１▼で示しており、この様なクラックが発生した半導体装置は不良品である。そして、全ての半導体装置にタブ裏スリットハクリが発生している。また、最高温度２５０℃でリフローを行った場合では、上記よりも悪い実験結果を示している。更にまた、吸湿時間を上記よりも長くした他の実験結果でも、更に悪い実験結果を示している。即ち、プラズマ処理を行わない半導体装置は、殆どのものがリフロー試験に耐え得ないものであることが分かる。  図５（Ａ）を参照して、プラズマ洗浄を行う製造方法にて製造された半導体装置は、上記した実験による不良品の発生は全く見られなかった。これは、プラズマ洗浄の工程により、リード１１およびランド１２を被覆するメッキ層１６の表面が粗化・洗浄化され、封止樹脂１３との密着性が向上したためである。
【００３９】
図５（Ｂ）を参照して、更なる検証を行う為に、プラズマ処理を行った半導体装置に関して、再度リフロー試験を行った。同図から明らかなように、全ての半導体装置に関してクラックや剥離等の現象は確認されなかった。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の半導体装置によれば、導電部材よりも熱伝導率が低い金属なら成るメッキ層が、導電部材の表面に形成されているので、半導体素子から発生する熱が急激に封止樹脂に伝わるのを防止することができる。従って、使用状況下における温度変化により、封止樹脂にクラックが発生してしまうのを防止することができる。
【００４１】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、プラズマ洗浄により、導電部材の表面の粗化および洗浄化を行った後に、樹脂封止を行う。従って、導電部材と封止樹脂との密着性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体装置を説明する平面図（Ａ）、断面図（Ｂ）、断面拡大図（Ｃ）である。
【図２】本発明の半導体装置の製造方法を説明する平面図（Ａ）、平面図（Ｂ）、断面拡大図（Ｃ）である。
【図３】本発明の半導体装置の製造方法を説明する平面図である。
【図４】本発明の半導体装置の製造方法を説明する断面図（Ａ）、断面図（Ｂ）である。
【図５】本発明および従来の半導体装置を用いて行ったリフロー試験の結果を示す表（Ａ）、表（Ｂ）、断面図（Ｃ）である。
【図６】従来の半導体装置を説明する平面図（Ａ）、断面図（Ｂ）である。
【符号の説明】
１０            半導体装置
１１            リード
１２            ランド
１３            封止樹脂
１４            半導体素子
１５            金属細線
１６Ａ          第１のメッキ層
１６Ｂ          第２のメッキ層
１６Ｃ          第３のメッキ層
２５            プラズマ洗浄機
【図１】
2004273576.tif 000003
【図２】
2004273576.tif 000004
【図３】
2004273576.tif 000005
【図４】
2004273576.tif 000006
【図５】
2004273576.tif 000007
【図６】
2004273576.tif 000008