(57)【要約】【課題】樹脂封止型の半導体装置の封止樹脂と電極板との密着性を向上させる。【解決手段】電極板のＡｕ−Ｓｉ接合部以外のほぼ全領域をＮｉ系合金めっきとして樹脂封止する。また、電極板のめっき構成は、基板側からＮｉ−Ｐ合金めっき膜とこれに積層したＮｉ−Ｃｏ合金めっき膜とする。【効果】上記構成により、封止樹脂と電極板の密着性が向上し、Ａｕ−Ｓｉ接合界面でのＮｉ−Ｓｉ化合物の生成も抑制できるので、信頼性の高い半導体装置が提供できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱性に優れた電極板に直接半導体素子が裏面でＡｕ−Ｓｉ接合された構造と、該半導体素子の上面電極と外部引出しリードが電気的に接続された構造と、該リードの接続部と前記半導体素子が樹脂封止された構造を有する半導体装置において、前記電極板上のＡｕ−Ｓｉ接合部以外のほぼ全領域にＮｉ系合金めっきが施されている構造を特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体素子と前記電極板間のＡｕ−Ｓｉ接合が、Ａｕ−Ｓｉろう材側より、主としてＮｉ−Ｃｏ，Ｎｉ−Ｐを各々主成分とする合金層で接合されてい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】
前記半導体素子と前記電極板間のＡｕ−Ｓｉろう材と接するＮｉ系合金めっきの界面に生成するＮｉ−Ｓｉ化合物層の厚さが０．２５μｍ  以下であることを特徴とする請求項１及び２に記載の半導体装置。
【請求項４】
放熱性に優れた電極板上に半導体素子がＡｕ−Ｓｉ接合される半導体装置の製造方法において、前記電極板上にＮｉ系合金めっき膜を設け、さらに少なくとも前記半導体素子がＡｕ−Ｓｉ接合される個所にはＡｕめっき膜を積層し、最上層のＡｕめっき膜に半導体素子を押し付けて、Ａｕ−Ｓｉ接合することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記電極板上のＮｉ系合金めっき膜の厚さは、Ｎｉ−Ｐ合金めっき膜とＮｉ−Ｃｏ合金めっき膜を合わせて２〜１０μｍであり、その上に積層したＡｕめっき膜の厚さは２〜６μｍであることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記電極板上のＮｉ系合金めっき膜は、Ｎｉ−Ｐ合金めっき膜とＮｉ−Ｃｏ合金めっき膜とから成り、Ｎｉ−Ｐ合金めっき膜はＰを５〜２５ｗｔ％含有し、
Ｎｉ−Ｃｏ合金めっき膜はＣｏを５〜１５ｗｔ％含有したものであることを特徴とする請求項４及び５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
放熱性に優れた電極板上に半導体素子がＡｕ−Ｓｉ接合される半導体装置の製造方法において、前記電極板上にＮｉ系合金めっき膜を設け、さらに前記半導体素子がＡｕ−Ｓｉ接合される個所にＡｕをボンディングしてろう材部を形成し、該Ａｕろう材部に半導体素子を押し付けてＡｕ−Ｓｉ接合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Ａｕ−Ｓｉ接合において、電極板を加熱し、半導体素子をスクラブすることを特徴とする請求項４から７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
放熱性に優れた電極板に直接半導体素子が裏面でＡｕ−Ｓｉ接合された構造と、該半導体素子の上面電極と外部引出しリードが電気的に接続された構造と、該リードの接続部と前記半導体素子が樹脂封止された構造を有する半導体装置において、請求項４から８に記載のいずれかの製造方法により製造される半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は樹脂封止型の半導体装置に関し、特に封止樹脂と電極板との密着性を高めた半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通信機器に使用される半導体装置においては、一つのパッケージにトランジスタやコンデンサ等が複数搭載される。高周波用の形状の異なる半導体素子を一つのパッケージに搭載する場合には、Ａｕ−Ｓｉ接合を用いて、半導体素子を電極板に接着するのが一般的である。その場合、半導体素子のＳｉとＡｕとの合金層を形成する必要がある。合金層を形成する手段としては、素子の搭載時にＡｕ箔あるいはＡｕワイヤを供給する方法が知られている。特開平５−２９１３１２号公報には、半導体素子を電極板にＡｕ箔を使用してダイボンディングする半導体装置の製造方法が記載されている。また、特開２０００−１０６３７３号公報には、半導体素子を電極板にＡｕワイヤを使用してダイボンディングする半導体装置の製造方法が記載されている。いずれも一つのパッケージに形状の異なる半導体素子を搭載する場合に、Ａｕ箔あるいはＡｕワイヤを供給してＡｕ−Ｓｉ接合で半導体素子を電極板に接着する半導体装置の製造方法が述べられている。
【０００３】
一方、半導体装置の電極板に関しては、放熱性に優れた材料が用いられ、電極板を構成する金属元素のＡｕ−Ｓｉ接合層への拡散防止のために、電極板の全面にＮｉあるいはＮｉ系合金めっき膜を設け、これに積層して全面にＡｕめっき膜を設けて、このＡｕめっき膜に半導体素子を押し付けてＡｕ−Ｓｉ接合している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−２９１３１２号公報（［０００２］段落等）
【特許文献２】
特開２０００−１０６３７３号公報（［特許請求の範囲］，［００２０］段落等）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成の電極板を樹脂封止型半導体装置に用いた場合は、封止樹脂と電極板のＡｕめっき膜との密着性が悪く、半導体装置としての長期信頼性に劣るという問題があった。すなわち、Ａｕめっき膜で構成される上記電極板は、従来の気密封止型の半導体装置には良いが、樹脂封止型へ適用するには接着性に難点があった。
【０００６】
本発明の目的は、樹脂封止型の半導体装置において、封止樹脂と電極板との密着性を向上させ、信頼性を高めた半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係わる半導体装置は、電極板上のＡｕ−
Ｓｉ接合部以外のほぼ全領域にＮｉ系合金めっきを施して、樹脂封止することを特徴とするものである。
【０００８】
図を用いて説明すると、図１において、（ａ）は本発明の樹脂封止型半導体装置の断面図、（ｂ）はペレットボンディング部を拡大した図である。半導体素子６は、Ｃｕ合金から成る電極板１上にＡｕ−Ｓｉろう材９で接合されている。半導体素子６と外部リード端子３とはＡｌワイヤ５により結線されている。電極板１上には、Ｎｉ−Ｐ合金めっき膜７を設け、これに積層してＮｉ−Ｃｏ合金めっき膜８を設け、Ａｕ−Ｓｉ接合部以外のほぼ全領域が樹脂４で封止されている。半導体素子６のＡｕ−Ｓｉ接合は、Ｎｉ−Ｃｏ合金めっき膜８上で、半導体素子６を電極板１に接合する個所にＡｕめっき膜を設け、そのＡｕめっき膜に半導体素子６を押し付けて接合する。電極板１上に設けるＮｉ−Ｐ合金めっき膜７及びＮｉ−Ｃｏ合金めっき膜８の厚さは、含有Ｐの還元性作用によるＮｉの酸化抑制及び電極板材料からの金属の拡散を抑えるために、両者を合わせたＮｉ系合金めっき膜として２〜１０μｍ程度必要である。Ｎｉ系合金めっき膜の厚さが２μｍ以下であると基板を構成する金属元素の拡散が抑えられず、厚さ１０μｍ以上であると電極板加工時にめっき膜の割れなどの現象が起こる恐れがある。また、
Ａｕ−Ｓｉ接合に用いるＡｕめっき膜の厚さは２〜６μｍの範囲が良い。Ａｕめっき膜の厚さが２μｍ以下であるとＡｕ−Ｓｉろう付け性が悪くなり、６μｍより厚くすると必要以上の厚さとなるため、コストアップにつながる恐れがある。
【０００９】
この方法によれば、樹脂封止型半導体装置の電極板と樹脂との接着面は、従来のＡｕに変わりＮｉ系合金めっきとなるため、その密着性は格段に向上する。且つまた、Ａｕ−Ｓｉ接合部ではＡｕ−Ｓｉろう材と接する部分がＮｉ−Ｃｏ合金めっき膜であるので、高温放置時にＡｕ−Ｓｉ接合部での接着強度低下の原因となるＮｉ−Ｓｉ化合物も生成しない。
【００１０】
本発明のＮｉ−Ｐ合金めっき膜及びＮｉ−Ｃｏ合金めっき膜の一部を採取して組成分析を行った結果、Ｐは５〜２５ｗｔ％程度、Ｃｏは５〜１５ｗｔ％程度含有した場合にＡｕ−Ｓｉろう付け性が最も良好であることがわかった。Ｐ含有量５ｗｔ％以下では、Ｐの還元性作用によるＮｉ表面の自然酸化の抑制に効果が無く、Ｐ含有量２５ｗｔ％以上ではめっき膜の析出効率が低下するため、Ｐ含有量は２５ｗｔ％以下で良い。一方、Ｃｏ含有量５ｗｔ％以下ではＮｉ−Ｓｉ化合物の生成を抑制できず、Ｃｏ含有量１５ｗｔ％以上ではＣｏが高価であるのでコストアップにつながる恐れがある。従って、Ｃｏの含有量は５〜１５ｗｔ％程度であることが好ましい。さらに、Ｎｉ−Ｃｏ合金めっき膜上に局所的に設けるＡｕめっきは耐食性に優れ、かつ酸化皮膜も形成しにくい性質も有する。なお、Ｎｉ−Ｐ合金めっき膜及びＮｉ−Ｃｏ合金めっき膜は光沢めっきである方が良く、めっき液には光沢剤及び応力緩和剤が添加される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施例を示すが、本発明はこれらの実施例によって制限されないことはいうまでもない。
【００１２】
Ｃｕ合金から成る電極板を脱脂及び酸洗により清浄化した後、全面に表１に示す組成のめっき液を用いて、Ｎｉ−Ｐ合金めっき膜を約３μｍ設け、続いて上層にＮｉ−Ｃｏ合金めっき膜を約３μｍ設け、さらにその上層に電極板上で半導体素子とＡｕ−Ｓｉ接合する個所に、Ａｕめっき膜を約５μｍ設けた。なお、めっき膜中のＰ含有量及びＣｏ含有量は、Ｎｉ−Ｐ合金めっきについてはめっき液中の亜リン酸（Ｈ３ＰＯ３）濃度を０〜２０ｇ／ｌの範囲で変え、Ｎｉ−Ｃｏ合金めっきの場合はめっき液中の硫酸コバルト（ＣｏＳＯ４・７Ｈ２Ｏ）濃度を０〜３０ｇ／ｌの範囲で変化させた。
【００１３】
つぎに、上記電極板に半導体素子をＡｕ−Ｓｉ接合した。電極板をＡｕ系材料の融点である４３０℃に加熱し、電極板のＡｕめっき膜に半導体素子を押し付けてＡｕ−Ｓｉ接合した。半導体素子が４３０℃に保持される時間は１５〜２２秒である。ここで、電極板に半導体素子を確実にＡｕ−Ｓｉろう付けするために、４３０℃に加熱しながら半導体素子をスクラブ（前後，左右に動かす）した。これにより、素子と電極板との間にＡｕ−Ｓｉろう材を充分に濡れ広がらせることができる効果がある。Ａｕ−Ｓｉ接合時の雰囲気ガスはＮ２  ガス中である。Ａｕ−Ｓｉ接合後、半導体素子の上面電極と外部引出しリードをＡｌワイヤで結線し、リード接続部と半導体素子を樹脂封止した。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
図４は２５０℃で１０００時間高温放置後のＡｕ−Ｓｉ接合部の試験結果を示す。比較のため、従来の電極板のめっき構成であるＮｉめっきの結果も併記した。図４（ａ）から明らかなように、比較例からはＡｕ−Ｓｉろう材とめっき膜の界面にＮｉ−Ｓｉ化合物層が観察される。図４（ｂ）の比較例の結果からは、
Ａｕ−Ｓｉろう材下のＮｉ−Ｓｉ化合物層とめっき膜の界面にクラックが生じている。これに対し、本発明のめっき構成ではＡｕ−Ｓｉろう材とめっき膜の界面にＮｉ−Ｓｉ化合物層は見られず、効果のあることがわかる。
【００１６】
図５は本発明品と従来品（Ｎｉめっき品）について、Ａｕ−Ｓｉろう材とめっき膜の界面で生ずるＮｉ−Ｓｉ化合物層の厚さを調べた結果を示す。各温度での保持時間は１０００時間である。従来品の場合には、Ａｕ−Ｓｉろう材とめっき膜の界面で２００℃で約０．６５μｍ  、２５０℃では約１．７μｍ  のＮｉ−Ｓｉ化合物層が観察された。一方、本発明品のＮｉ−Ｃｏめっきである場合は２５０℃で約０．２５μｍ  のＮｉ−Ｓｉ化合物層である。この場合は、Ｎｉ−Ｓｉ化合物層とめっき膜界面にはクラックの発生は見られない。このことから、Ａｕ−
Ｓｉろう材とめっき膜界面のＮｉ−Ｓｉ化合物層の厚さを０．２５μｍ  以下とすることにより、Ａｕ−Ｓｉろう材とめっき膜界面の接合強度を高めることができる。
【００１７】
表２は電極板上に設けるＮｉ−Ｐ合金めっきとＮｉ−Ｃｏ合金めっきの両者を合わせたＮｉ系合金めっき膜の厚さを調べた結果である。最上層のＡｕめっき膜厚は５μｍと一定にした。表から、Ｎｉ系合金めっき膜の厚さは２μｍ以上ないと基板からの金属元素の拡散を抑えられず、めっき膜の厚さが１０μｍ以上ではめっき膜に割れの現象が生じることがわかった。従って、Ｎｉ系合金めっき膜の厚さは２〜１０μｍの範囲が良い。
【００１８】
【表２】
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【００１９】
表３はめっき膜最上層のＡｕめっき膜の厚さを調べた結果である。Ｎｉ系合金めっき膜の厚さは５μｍと一定にした。表から、Ａｕめっき膜の厚さは２μｍ以上ないとＡｕ−Ｓｉろう付け性が悪くなり、６μｍ以上のＡｕめっき膜厚では必要以上のめっき厚となり、コストアップにつながる。従って、Ａｕめっき膜の厚さは２〜６μｍの範囲が良い。
【００２０】
【表３】
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【００２１】
表４は電極板上に設けるＮｉ−Ｐ合金めっき膜中のＰ含有量を調べた結果である。ここで、Ｎｉ−Ｃｏ合金めっき膜中のＣｏ含有量は１０ｗｔ％と一定にした。表から、Ｐ含有量は５ｗｔ％以上ないとＰの還元性作用による効果が無く、基板との接合性が悪くなる。一方、Ｐ含有量が２５ｗｔ％以上ではめっき膜の析出効率が悪くなる。従って、Ｎｉ−Ｐ合金めっき膜中のＰ含有量は５〜２５ｗｔ％の範囲が良い。
【００２２】
【表４】
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【００２３】
表５は電極板上に設けるＮｉ−Ｃｏ合金めっき膜中のＣｏ含有量を調べた結果である。ここで、Ｎｉ−Ｐ合金めっき膜中のＰ含有量は１５ｗｔ％と一定にした。表から、Ｃｏ含有量は５ｗｔ％以上無いとＮｉ−Ｓｉ化合物の生成を抑制できず、Ｃｏ含有量を１５ｗｔ％以上とするとＣｏが高価であるのでコストアップにつながる恐れがある。従って、Ｎｉ−Ｃｏ合金めっき膜中のＣｏの含有量は５〜１５ｗｔ％の範囲が良い。
【００２４】
【表５】
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【００２５】
表６は本発明品と従来品（Ｎｉめっき品）についての信頼性試験結果である。ここで、良否の判定は高周波用半導体装置としての高周波特性で評価した。本発明品は従来品に比較して、いずれの試験条件でも良好な結果を得た。この結果は、Ａｕ−Ｓｉ接合部での接着強度低下の原因となるＮｉ−Ｓｉ化合物の生成が抑制されたのと封止樹脂と電極板との密着性が格段に向上したためと考えられる。
【００２６】
【表６】
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【００２７】
つぎに、本発明の他の実施例について説明する。
【００２８】
図２（ａ）は本発明の他の実施例を示す樹脂封止型半導体装置の断面図、（ｂ）はペレットボンディング部を拡大した図である。半導体素子６は、Ｃｕ合金から成る電極板１上にＡｕ−Ｓｉろう材９で接合されている。半導体素子６と外部リード端子３とはＡｌワイヤ５により結線されている。図１に示した樹脂封止型半導体装置と異なる点は、外部リード端子３の保持に樹脂製の枠部材２を設けたことにある。枠部材２を設けることにより、封止樹脂の注入時に起こる外部リード端子３の変形を防止できる。ペレットボンディング部は図１と同じく、電極板１上に、Ｎｉ−Ｐ合金めっき膜７を設け、これに積層してＮｉ−Ｃｏ合金めっき膜８を設け、Ａｕ−Ｓｉ接合部以外の領域は樹脂４で封止されている。半導体素子６のＡｕ−Ｓｉ接合は、図１と同じ手法で行う。半導体装置としての信頼性に関しては図１と同様の効果が得られる。
【００２９】
図３は本発明の他の実施例を示す。本実施例は、気密封止と樹脂封止を合わせた半導体装置である。（ａ）はＡｕ−Ｓｉ接合部のみを樹脂で封止した半導体装置の断面図、（ｂ）はペレットボンディング部の拡大図である。半導体素子６は、Ｃｕ合金から成る電極板１上にＡｕ−Ｓｉろう材９で接合されている。半導体素子６と外部リード端子３とはＡｌワイヤ５により結線されている。図１及び図２に示す樹脂封止型半導体装置と異なる点は、Ａｕ−Ｓｉ接合部のみが樹脂で封止され、全体をセラミックキャップ１０で被覆したことにある。この場合、枠部材２はセラミックとなる。セラミックキャップ１０で被覆することにより、半導体装置としての耐湿信頼性はさらに向上することができる。ペレットボンディング部は図１と同じく、電極板１上に、Ｎｉ−Ｐ合金めっき膜７を設け、これに積層してＮｉ−Ｃｏ合金めっき膜８を設け、Ａｕ−Ｓｉ接合部以外の領域は樹脂４で封止されている。半導体素子６のＡｕ−Ｓｉ接合は、図１と同じ手法で行う。
半導体装置としての信頼性は図１と同様の効果が得られる。
【００３０】
以上、本発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、ろう材としてはＡｕ系の共晶ろう材を使用するに限らず、Ａｇ系の共晶ろう材やＳｎ系のはんだを使用しても良い。また、以上の説明は主として、本発明をその背景となった利用分野である高周波用半導体装置に適用した場合について説明したが、それに限定されるものではなく、ハイブリットＩＣやその他の半導体装置に適用することもできる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は樹脂封止型の半導体装置の電極板について、半導体素子とＡｕ−Ｓｉ接合する以外のほぼ全領域をＮｉ系合金めっき膜とすることで、封止樹脂との密着性を高めたものである。また、半導体素子とＡｕ−Ｓｉ接合する部分のめっき膜をＮｉ−Ｃｏ合金めっき膜とすることで、高温放置によるＡｕ−Ｓｉろう材界面でのＮｉ−Ｓｉ化合物層の生成が抑制でき、Ａｕ−Ｓｉ接合の接着強度が著しく向上し、半導体装置の高温信頼性が格段に向上した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である半導体装置とペレットボンディング部を示す側面断面図である。
【図２】本発明の他の一実施例である半導体装置とペレットボンディング部を示す側面断面図である。
【図３】本発明の他の一実施例である半導体装置とペレットボンディング部を示す側面断面図である。
【図４】（ａ）は本発明の半導体装置のＡｕ−Ｓｉ接合部における比較図、（ｂ）は比較例のＡｕ−Ｓｉ接合部のクラック発生状況を示す図である。
【図５】本発明の半導体装置のＡｕ−Ｓｉ接合部における温度とＮｉ−Ｓｉ化合物層の関係を示す図である。
【符号の説明】
１…電極板、２…枠部材、３…外部リード端子、４…樹脂、５…Ａｌワイヤ、６…半導体素子、７…Ｎｉ−Ｐ合金めっき膜、８…Ｎｉ−Ｃｏ合金めっき膜、９…Ａｕ−Ｓｉろう材、１０…セラミックキャップ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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