(57)【要約】【課題】クラックの発生を防止して、信頼性を向上させる半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】基材２の表面に形成した導通パターン５に半導体素子４を搭載し、この半導体素子４を樹脂パッケージ８で封止した半導体装置１において、樹脂パッケージ８と半導体素子４との間の界面には、シリコーンを主体とするコーティング層９が形成されていることを特徴とする半導体装置１およびその製造方法としたものであり、シリコーンは柔軟性があり、またエポキシ樹脂との密着性が悪いので、半導体装置１を加熱したとき、エポキシ樹脂から発生し、半導体装置側に抜けようとする水蒸気は、樹脂パッケージとコーティング層との間に入り込もうとするが、このとき、シリコーンが水蒸気の圧力によって変形し、隙間の容積が大きくなるので、樹脂パッケージが受ける圧力が弱くなる。【選択図】図１
2005123490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の表面に形成した導通パターンに半導体素子を搭載し、この半導体素子を樹脂パッケージで封止した半導体装置において、
前記樹脂パッケージと前記半導体素子との間の界面には、シリコーンを主体とするコーティング層が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体素子の表面は矩形に形成され、この表面に形成された電極は、前記半導体素子の表面の四隅を除いた位置に配置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】
基材の表面に形成した導通パターンに半導体素子を搭載し、この半導体素子を樹脂パッケージで封止した半導体装置において、
前記樹脂パッケージと前記基材との間の界面には、シリコーンを主体とするコーティング層が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
基材の表面に形成した導通パターンに半導体素子を搭載し、この半導体素子を樹脂パッケージで封止した半導体装置の製造方法において、
前記半導体素子を、前記樹脂パッケージで封止する前に、前記樹脂パッケージと前記半導体素子との間の界面、または前記樹脂パッケージと前記基材との間の界面に、シリコーンを主体とするコーティング材を塗布することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を樹脂パッケージにより封止して製作される半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光や受光等を行う半導体素子を備える光半導体装置は、基板の上にパターン形成した電極に合わせて光半導体素子を搭載するとともにワイヤボンディングし、この工程後に樹脂で封止してダイサーを用いてダイシングを行う。
【０００３】
光半導体素子の封止には、エポキシ樹脂をトランスファ成型により形成する方法が一般的であるが、このエポキシ樹脂は、光の透過率を向上させるため、フィラーの添加をおさえた、またはフィラーを添加しない高純度のものを使用している。
【０００４】
樹脂パッケージを成型した光半導体装置は、空気中に放置したままにしておくと、空気中の水分が樹脂パッケージの表面から内部へと浸入しやすい。この状態のままリフロー槽で２４０〜２６０℃程度まで加熱すると、浸入した水分が急激に気化して膨張し、このとき発生する応力によって、樹脂パッケージにクラックが発生する現象（ポップコーン現象と呼ばれる）が発生するという問題がある。
【０００５】
クラックが発生すると、クラック内に水分が浸入し、樹脂パッケージに含まれるＣｌイオンやＮａイオンのようなイオン性不純物と半導体素子のＡｌが化学反応を起こして腐食し、断線が発生する。また、クラックが基板端子と半導体素子とを電気的に接続している金線にまで達すると、金線が破断することがある。
【０００６】
一方、熱応力による光半導体装置の剥離を防止するために、エポキシ樹脂の外側に熱伝導率が低い樹脂でさらにパッケージを形成した電子部品が開発されている（特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１０−５１０３４号公報（第２−６頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、本発明者が、エポキシ樹脂を単体で固化させて、強制的に水分を浸入させた試験用の樹脂パッケージをリフロー槽に通過させたときには、ポップコーン現象は発生せず、樹脂パッケージにはクラックが発生しなかった。
【０００８】
このことから、基板上でエポキシ樹脂を固化させたときのみにクラックが発生するという現象は、以下のようにして発生するものと推定される。すなわち、水蒸気がエポキシ樹脂から基材側に抜けようとしたときに、基材によって経路が絶たれているので、行き場を失った水蒸気が、エポキシ樹脂と基板との間の界面、またはエポキシ樹脂と半導体素子との間の界面で膨張して界面の圧力が上昇し、半導体発光素子のエッジ部に応力が集中することによりクラックが発生すると考えられる。
【０００９】
しかしながら、特許文献１では、このような水蒸気の問題は認識されていない。従って、内側の樹脂パッケージに水分が含まれている場合には、リードによって水蒸気の逃げ道が限定されるため、応力を緩和することができず、クラックの発生を完全に防止することができない。
【００１０】
そこで本発明は、半導体装置の樹脂パッケージ内の応力を緩和してクラックの発生を防止し、信頼性を向上させる半導体装置およびその製造方法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】
【００１１】
本発明の半導体装置においては、樹脂パッケージと半導体素子との間の界面に、シリコーンを主体とするコーティング層を形成したものである。
【００１２】
この発明によれば、樹脂パッケージ内の応力を緩和してクラックの発生を防止し、信頼性を向上させる半導体装置が得られる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように本発明の半導体装置によれば、樹脂パッケージと半導体素子との間の界面にシリコーンを主体とするコーティング層を形成するので、樹脂パッケージ内で気化して膨張した水蒸気が、樹脂パッケージとコーティング層との界面に到達したときに、コーティング層を水蒸気の圧力によって変形させ、発生した隙間に水蒸気を逃がして圧力の上昇を防止することができ、樹脂パッケージ内の応力を緩和してクラックの発生を防止し、信頼性を向上させることができる。また、水分が樹脂パッケージに浸入しても、イオン性不純物の含有量が樹脂パッケージよりはるかに少ないシリコーンを主体とするコーティング層によって半導体素子の表面を被覆するため、半導体素子に使用されているＡｌ電極の腐食の進行を遅らせることができ、耐湿性を向上させることができる。
【００１４】
半導体素子の表面に形成された電極を、半導体素子の表面の四隅を除いた位置に配置すると、塗布したシリコーン材が円状または楕円状に拡がり、四隅を除いた範囲を覆うことができるので、電極を確実にコーティング層で保護することができ、信頼性を向上させることができる。
【００１５】
樹脂パッケージと基材との間の界面に、シリコーンを主体とするコーティング層を形成すると、気化して膨張した水蒸気が、樹脂パッケージから基材側に抜けようとして、樹脂パッケージとコーティング層との界面に到達したとき、コーティング層を水蒸気の圧力によって変形させ、発生した隙間に水蒸気を逃がして圧力の上昇を防止することができ、樹脂パッケージ内の応力を緩和してクラックの発生を防止して、信頼性を向上させることができる。
【００１６】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体素子を樹脂パッケージで封止する前に、樹脂パッケージと半導体素子との間の界面、または樹脂パッケージと基材との間の界面に、シリコーンを主体とするコーティング材を塗布するので、コーティング材が固化して、柔軟性を有するとともにイオン性不純物の含有量が極めて少ないコーティング層を形成し、加熱時に樹脂パッケージから出てくる水蒸気の圧力を弱めるとともに、樹脂パッケージに含まれるイオン性不純物が電極に付着することを防止することができ、樹脂パッケージ内の応力を緩和してクラックの発生を防止するとともに信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本願の請求項１に記載の発明は、基材の表面に形成した導通パターンに半導体素子を搭載し、この半導体素子を樹脂パッケージで封止した半導体装置において、前記樹脂パッケージと前記半導体素子との間の界面には、シリコーンを主体とするコーティング層が形成されていることを特徴とする半導体装置としたものであり、シリコーンを主体とするコーティング層とエポキシ樹脂等からなる樹脂パッケージとの接着力が極めて小さいので、リフロー工程等で半導体装置を加熱したとき、樹脂パッケージ内で気化して膨張した水蒸気が、樹脂パッケージとコーティング層との界面に到達したときに、コーティング層が水蒸気の圧力によって変形して、隙間が発生するという作用を有する。この隙間に水蒸気を逃がすことによって圧力の上昇が防止される。
【００１８】
また、ＣｌイオンやＮａイオンのようなイオン性不純物の含有量が樹脂パッケージよりはるかに少ないシリコーンを主体とするコーティング層によって半導体素子の表面を被覆するため、半導体素子に使用されているＡｌの腐食の進行を遅らせることができるという作用も有する。
【００１９】
また、基材とは、半導体装置を導通搭載可能な部材をいい、例えば、プリント配線基板やリードフレーム等が含まれる。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、前記半導体素子の表面は矩形に形成され、この表面に形成された電極は、前記半導体素子の表面の四隅を除いた位置に配置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としたものであり、半導体素子の表面を上方に向けて水平に配置し、半導体素子の上方からコーティング層を形成する液状のシリコーン材をポッティングすると、このシリコーン材が円状または楕円状に拡がり、四隅を除いた範囲を覆うことができるので、電極を確実にコーティング層で保護することができるという作用を有する。ここで、四隅を除いた範囲とは、半導体素子の表面から零れない量のシリコーン材を半導体素子の表面にポッティングしたとき、シリコーン材で覆うことができる範囲をいい、好ましくは、角部から４０μｍ以上離れた部分をいう。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、基材の表面に形成した導通パターンに半導体素子を搭載し、この半導体素子を樹脂パッケージで封止した半導体装置において、前記樹脂パッケージと前記基材との間の界面には、シリコーンを主体とするコーティング層が形成されていることを特徴とする半導体装置としたものであり、シリコーンは、柔軟性があり、また、樹脂パッケージとの接着力が極めて小さいので、気化して膨張した水蒸気が、樹脂パッケージから基材側に抜けようとして、樹脂パッケージとコーティング層との界面に到達したとき、コーティング層が水蒸気の圧力によって変形し、隙間が発生する。この隙間に水蒸気を逃がして圧力の上昇を防止するという作用を有する。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、基材の表面に形成した導通パターンに半導体素子を搭載し、この半導体素子を樹脂パッケージで封止した半導体装置の製造方法において、前記半導体素子を、前記樹脂パッケージで封止する前に、前記樹脂パッケージと前記半導体素子との間の界面、または前記樹脂パッケージと前記基材との間の界面に、シリコーンを主体とするコーティング材を塗布することを特徴とする半導体装置の製造方法としたものであり、コーティング材が固化して、柔軟性を有するとともにイオン性不純物の含有量が極めて少ないコーティング層を形成するので、加熱時に樹脂パッケージから出てくる水蒸気の圧力を弱めるとともに、半導体素子の電極にイオン性不純物が付着することを防止するという作用を有する。
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図１を用いて説明する。
【００２４】
図１は本発明の一実施の形態の光電変換装置の正面図、図２は同光電変換装置の側面図を示す。図１、図２に示すように、半導体装置の一例である光電変換装置１は、基材の一例であるプリント配線基板２と、このプリント配線基板２上に搭載された受光素子３および半導体素子の一例である受光素子の信号処理ＩＣ４と、受光素子３および信号処理ＩＣ４を封止した樹脂パッケージ８とを備えている。
【００２５】
プリント配線基板２は、例えば、ガラスエポキシ樹脂（難燃性ＦＲ−４）や、ＢＴレジン（ビスマレイミド・トリアジン・レジン：熱硬化性樹脂）からなる矩形の基板の表面に銅素材に金めっきを施した導通パターン５を形成したもので、四隅を円弧状に切り欠いて形成されている。受光素子３は、正方形状に形成され、プリント配線基板２の略中央に形成された導通パターン５に、銀ペースト６を介してその底面を接着している。
【００２６】
信号処理ＩＣ４は、矩形に形成されて、受光素子３に隣接して配置され、受光素子３と同様に導通搭載されている。また、受光素子３の表面および信号処理ＩＣ４の表面は、金属細線７を介して、導通パターン５に導通接続されている。
【００２７】
信号処理ＩＣ４の表面の電極１０は、信号処理ＩＣ４の表面の四隅を除いた位置に配置されている。すなわち、各電極１０は、信号処理ＩＣ４のそれぞれの角部から４０μｍ以上離して配置されている。
【００２８】
信号処理ＩＣ４の表面には、シリコーンを主体とするコーティング層９が、各電極１０を覆って形成されている。コーティング層９は、表面を断面円弧状に形成され、その最大厚みは、約４００μｍである。
【００２９】
樹脂パッケージ８は、透光性のエポキシ樹脂を主体として形成され、直方体の四隅に面取りを施した形状に形成されている。
【００３０】
樹脂パッケージ８の原料となるエポキシ樹脂は、透光性を高くするためにフィラの添加量を少なくしているため、吸湿量が多く耐熱性が低い。このため、完成した光電変換装置１をリフロー槽に通す等して加熱すると、樹脂パッケージ８が吸収した水分が蒸発し、水蒸気となって外側に抜けようとする。樹脂パッケージ８の内部から、天面および側面に抜けようとする水蒸気は、途中に障害物がないので、そのまま雰囲気中に抜けることができ、圧力は上昇しない。
【００３１】
一方、樹脂パッケージ８の内部から下方に抜けようとする水蒸気は、樹脂パッケージ８の下側にコーティング層９およびプリント配線基板２が設けられているので、そのまま雰囲気中に抜けることはできないが、樹脂パッケージ８とコーティング層９との界面は、密着力が極めて小さく、かつ、コーティング層９が柔軟性を有しているので、気化して膨張した水蒸気によってコーティング層９が変形し、樹脂パッケージ８とコーティング層９との間に隙間が生じる。水蒸気は、この隙間に抜けることができる。かかる構成によって、樹脂パッケージ８に加わる応力を小さくすることができ、樹脂パッケージ８にクラックが発生することが防止される。なお、２３０〜２７０℃の温度範囲において、樹脂パッケージ８とコーティング層９の接着力はほとんど０に近似するほど小さい。
【００３２】
次に、光電変換装置１の製造方法について説明する。
【００３３】
まず、多数のプリント配線基板２が連結されて一体的に形成された集合基板の表面に形成した導通パターン５に受光素子３および信号処理ＩＣ４をそれぞれ搭載し、これらの電極とプリント配線基板２上の電極とを、ワイヤボンダにより金属細線７を介して導通接続する。
【００３４】
次に、信号処理ＩＣ４の表面に、シリコーンを主体とするコーティング材を塗布する。
【００３５】
コーティング材は、硬化前の粘度が５００〜５０００ｃＰの柔軟性が高いものを用いている。このようなコーティング材としては、例えば、東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製のＪＣＲ６１２５（商品番号）等を用いることができる。コーティング材の塗布は、例えば、ポッティングにより行う。
【００３６】
コーティング材は、信号処理ＩＣ４の矩形の上面に拡がる。コーティング材の量が少ない場合は、上方から見て円形や楕円形に形成され、量を増やすと、信号処理ＩＣ４の矩形の上面の各辺に沿ってさらに拡がり、四隅を円弧状に形成した矩形に形成される。信号処理ＩＣ４の上面の電極１０は、四隅を除いた位置に配置されているので、コーティング材は、各電極１０を確実に覆うことができる。
【００３７】
次いで、熱硬化させることによって、コーティング材を固化させる。コーティング材は、柔軟性を有した状態で固化してコーティング層９となる。
【００３８】
そして、トランスファ成型により、樹脂パッケージ８を形成する。コーティング層９は、樹脂パッケージ８と信号処理ＩＣ４との間の界面に配置されているので、樹脂パッケージ８を成型する金型に当接することはなく、従って、コーティング層９の形状が多少変形していても、問題なく樹脂パッケージ８を成型することができる。
【００３９】
このようにして、光電変換装置１を製造することができる。
【００４０】
なお、プリント配線基板２上に別のコーティング層を直接形成することも可能である。このコーティング層は、信号処理ＩＣ４の表面に形成したコーティング層９の代わりに設けることもでき、また、単独で形成することも可能である。
【００４１】
水蒸気が気化して膨張し、樹脂パッケージからプリント配線基板２側に抜けようとすると、樹脂パッケージとコーティング層との間の界面に入り込む。従って、この界面の一部にコーティング層を形成することによって、樹脂パッケージ内で水蒸気が気化して膨張するときに発生する圧力を緩和することができる。
【実施例】
【００４２】
本実施の形態の光電変換装置を実施例１とし、この光電変換装置と同形状で、電極を四隅に配置した信号処理ＩＣを用いた光電変換装置を実施例２とし、実施例２の光電変換装置と同形状で、コーティング層を設けておらず、かつ、電極を四隅に配置した信号処理ＩＣを用いた光電変換装置を比較例として耐湿性試験を行った。
【００４３】
表１は、実施例１，２および比較例をそれぞれ３０台用意して、温度３０℃で湿度７５％の環境に７２時間放置後、温度２６０℃のリフロー槽を通過させた後、一定の環境下で一定の電圧を加え、その後に信号処理ＩＣのＡｌ製電極が腐食して断線した台数を比較したものである。
【００４４】
リフロー槽通過後の試験条件は、温度１２１℃、湿度８５％で、光電変換装置に加える入力電圧を５．６Ｖとした。なお、表の横欄は、リフロー槽通過後の試験条件下においた時間を表している。
【００４５】
【表１】
2005123490.tif 000003
【００４６】
実施例１，２では、１５時間後の断線はないが、比較例は、１５時間後に５台の断線が発生している。コーティング層を設けることによって、信号処理ＩＣが、樹脂パッケージのイオン性不純物から保護されたためにＡｌ製電極の腐食が発生しなかったと考えられる。
【００４７】
また、実施例１では、３０時間後の断線はないが、実施例２では、３０時間後に２台の断線が発生している。実施例１では、電極を四隅を避けて配置することによって、電極がコーティング層により確実に覆われるようになったため信号処理ＩＣのＡｌ製電極の腐食が発生しなかったと考えられる。
【００４８】
表２は、実施例１および比較例をそれぞれ２００台用意して、樹脂パッケージに発生したクラックを顕微鏡により確認し、その程度と数を比較したものである。表中のクラック無はクラックが確認できなかったもの、クラック小は、クラックの大きさが微小で、信頼性に影響しないと判断されるもの、クラック中は、クラックが信頼性に影響を与える可能性有りと判断されるもの、クラック大は、Ａｕワイヤ（金属細線）がクラック部分に当接し、信頼性に影響を与えると判断されるものを示す。
【００４９】
それぞれ温度３０℃および湿度７５％の環境に１９２時間放置後、リフロー（ピーク温度２６０℃）を行った後に検査を行った。
【００５０】
【表２】
2005123490.tif 000004
【００５１】
実施例１では、クラック小が１３台で、残りの１８７台はクラックの発生がなかった。比較例では、クラック中が２１台で、残りの１７９台はクラック大であった。よって、コーティング層を設けることにより、クラックが大幅に低減され、また、クラックが発生しても、その大きさは小さくなることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
樹脂パッケージと半導体素子との間の界面に、シリコーンを主体とするコーティング層を形成することによって、樹脂パッケージ内の応力を緩和してクラックの発生を防止し、信頼性を向上させることが必要な用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施の形態の光電変換装置の正面図
【図２】同光電変換装置の側面図
【符号の説明】
【００５４】
１  光電変換装置（半導体装置）
２  プリント配線基板（基材）
３  受光素子
４  信号処理ＩＣ（半導体素子）
５  導通パターン
６  銀ペースト
７  金属細線
８  樹脂パッケージ
９  コーティング層
１０  電極
【図１】
2005123490.tif 000005
【図２】
2005123490.tif 000006