(57)【要約】【課題】モールド樹脂の密着性を高め、剥離を防止できる半導体装置を提供することにある。【解決手段】外部導出端子６や回路パターン１ａに、レーザ光１０で筋状の凹部４を形成してアンカー層３とし、このアンカー層３の表面粗さＲＭＳとレーザ光の単位面積（ｍｍ２）当たりの照射長さを下記の（１）式で表される所定の範囲にすることで、モールド樹脂７の密着性を高めて、モールド樹脂７の剥離を防止することができる。  表面粗さＲＭＳ≧０．００１７５ｍｍ、レーザ光の単位面積（ｍｍ２）当たりの照射長さ≧１ｍｍの範囲で、  表面粗さＲＭＳ（ｍｍ）×レーザ光の単位面積（ｍｍ２）当たりの照射長さ（ｍｍ）≧０．０１７５  ・・・・・・・（１）  の範囲にすることでモールド樹脂６の剥離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】
絶縁板のおもて面に回路パターン、裏面に放熱板が固着した絶縁基板と、前記回路パターンに固着した半導体チップと、該半導体チップの表面電極と配線を介して接続する外部導出端子と、前記絶縁基板、前記半導体チップ、前記配線および前記外部導出端子を被覆し、前記放熱板の裏面と前記外部導出端子の一部を露出したモールド樹脂とを備える半導体装置において、
前記半導体チップの周囲の前記回路パターンにレーザ光照射で形成される筋状の凹部であるアンカー層を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記外部導出端子に前記レーザ光照射で形成される前記筋状の凹部であるアンカー層を形成す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】
前記アンカー層の表面粗さＲＭＳと前記レーザ光の単位面積（ｍｍ２）当たりの照射長さＬの関係が、下記の（１）式を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
表面粗さＲＭＳ≧０．００１７５ｍｍ、レーザ光の単位面積（ｍｍ２）当たりの照射長さＬ≧１ｍｍの範囲で、
表面粗さＲＭＳ（ｍｍ）×レーザ光の単位面積（ｍｍ２）当たりの照射長さ（ｍｍ）≧０．０１７５  ・・・・・・・（１）
【請求項４】
前記モールド樹脂が、エポキシ樹脂もしくはフェノール樹脂であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記表面粗さＲＭＳが二乗平均平方根粗さであることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記回路パターンが銅箔で形成され、前記外部導出端子が銅材で形成され、前記、配線がボンディングワイヤもしくは前記半導体チップに直接接続する前記外部導出端子を延在した箇所であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モールド樹脂で被覆された半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７は、従来の半導体装置５００の要部断面図である。この半導体装置５００は、絶縁基板５１と、絶縁基板５１に固着する半導体チップ５２と、半導体チップ５２の表面電極５２ａに一端が接続するボンディングワイヤ５５と、ボンディングワイヤ５５の他端が接続する外部導出端子５６と、これらを被覆（モールド）するモールド樹脂５７とを備える。このモールド樹脂５７には一般的にはエポキシ樹脂などが使用される。
【０００３】
また、絶縁基板５１にはアルミニウム絶縁基板もしくはセラミック絶縁基板が用いられ、おもて面には銅箔の回路パターン５１ａが形成され、その回路パターン５１ａに半導体チップ５２の裏面電極５２ａが半田などの接合材５８で接合している。また、外部導出端子５６は、リードフレームであることが多く、材料としては加工性および導電性にすぐれた銅材が用いられる。
【０００４】
このモールド樹脂タイプの半導体装置５００においては、リードフレームなどの外部導出端子５６や回路パターン５２ａ面とのモールド樹脂５７であるエポキシ樹脂との密着性が必ずしも良好でないため、モールドした直後に、エポキシ樹脂（モールド樹脂５７）の収縮による剥離が起こることがある。
【０００５】
また、電流容量が大きい半導体装置では、外部導出端子５６であるリードフレームの幅が広くなり、剥離はさらに顕著に現れる。
また、モールドした直後に、エポキシ樹脂の収縮による剥離が起こらない場合でも、半導体装置５００の使用環境において、温度変化が有る場合にはエポキシ樹脂と銅材との熱膨張係数の違いにより、剥離が発生することがある。この剥離を防止するための方策を説明する。
【０００６】
図８は、モールド樹脂５７でリードフレームである外部導出端子５６を被覆した要部断面図である。外部導出端子５６の端部に複数の貫通孔であるアンカー孔６１を形成し、アンカー孔６１をモールド樹脂５７で埋めることで、外部導出端子５６上部側のモール樹脂５７ａと下部側のモールド樹脂５７ｂがアンカー孔６１を介して繋がる。これにより、アンカー効果が発揮され、モールド樹脂５７と外部導出端子５６との密着性が高まりモールド樹脂５７の剥離が防止される。
【０００７】
図９は、リードフレームである外部導出端子５６に導体片をアンカー材６２として設けた要部断面図である。
アンカー材６２を設けることで、外部導出端子５６とモールド樹脂５７との密着性が高まり、剥離が防止される。
【０００８】
また、回路パターン５１ａについても、窪み状のアンカー孔を多数設けたり、前記のアンカー材６２を設けて対策を講じている。
また、特許文献１には、半導体チップ、ボンディングワイヤ、リードフレームおよびモールド樹脂から構成される半導体装置において、リードフレーム表面にアンカー層に対応する窪み（凹部）を形成してモールド樹脂の剥離を防止することが開示されている。
【０００９】
また、特許文献２、３には、アンカー効果を期待してリードフレームに用いられる材料表面に突起や圧延による粗化により凹凸を形成することが開示されている。
また、特許文献４には、リードフレームにボンディングワイヤを固着し、このボンディングワイヤをアンカー材として用いて、モールド樹脂と端子との密着強度を高めることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−２８７８００号公報
【特許文献２】特開２００２−８３９１７号公報
【特許文献３】特開平１０−２７０６２９号公報
【特許文献４】特開２００５−１８３４１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、図８および特許文献１の方法では、アンカー孔６１（または窪み）を設けることで、外部導出端子５６の断面積が小さくなり、外部導出端子５６に流れる電流が大きくなると、外部導出端子５６が発熱して温度上昇を招く。
【００１２】
また、図９および特許文献４の方法では、リードフレームである外部導出端子５６とアンカー材６２との接合部６２ａに熱応力により未接合部が発生する場合があり、未接合部が発生するとこの箇所からモールド樹脂５７の剥離が生じる。
【００１３】
また、特許文献２，３では、アンカー層をレーザ光照射で形成することについての記載はない。
さらに、特許文献１〜４では、外部導出端子や回路パターンに形成したレーザ光によるアンカー層の表面粗さとモールド樹脂の剥離の関係について、剥離しない領域を定量的に示した記載はない。
【００１４】
この発明の目的は、前記の課題を解決して、モールド樹脂の密着性を高め、剥離を防止できる半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記の目的を達成するために、特許請求の範囲の請求項１に記載の発明によれば、絶縁板のおもて面に回路パターン、裏面に放熱板が固着した絶縁基板と、前記回路パターンに固着した半導体チップと、該半導体チップの表面電極と配線を介して接続する外部導出端子と、前記絶縁基板、前記半導体チップ、前記配線および前記外部導出端子を被覆し、前記放熱板の裏面と前記外部導出端子の一部を露出したモールド樹脂とを備える半導体装置において、前記半導体チップの周囲の前記回路パターンにレーザ光照射で形成される筋状の凹部であるアンカー層を有する構成とする。
【００１６】
また、特許請求の範囲の請求項２記載の発明によれば、請求項１に記載の発明において、前記外部導出端子に前記レーザ光照射で形成される前記筋状の凹部であるアンカー層を形成するとよい。
【００１７】
また、特許請求の範囲の請求項３記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明において、前記アンカー層の表面粗さＲＭＳと前記レーザ光の単位面積（ｍｍ２）当たりの照射長さＬの関係が、下記（１）式を満たすようにするとよい。
【００１８】
表面粗さＲＭＳ≧０．００１７５ｍｍ、レーザ光の単位面積（ｍｍ２）当たりの照射長さＬ≧１ｍｍの範囲で、
表面粗さＲＭＳ（ｍｍ）×レーザ光の単位面積（ｍｍ２）当たりの照射長さ（ｍｍ）≧０．０１７５  ・・・・・・・（１）
また、特許請求の範囲の請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、前記モールド樹脂が、エポキシ樹脂もしくはフェノール樹脂であるとよい。
【００１９】
また、特許請求の範囲の請求項５に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明において、前記表面粗さＲＭＳが二乗平均平方根粗さであるとよい。
また、特許請求の範囲の請求項６に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明において、前記回路パターンが銅箔で形成され、前記外部導出端子が銅材で形成され、前記、配線がボンディングワイヤもしくは前記半導体チップに直接接続する前記外部導出端子を延在した箇所であるとよい。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によれば、外部導出端子や回路パターンに、レーザ光で筋状の凹部を形成してアンカー層とし、このアンカー層の表面粗さＲＭＳとレーザ光の単位面積（ｍｍ２）当たりの照射長さを下記の（１）式で表される所定の範囲にすることで、モールド樹脂の密着性を高めて、モールド樹脂の剥離を防止することができる。
【００２１】
表面粗さＲＭＳ≧０．００１７５ｍｍ、レーザ光の単位面積（ｍｍ２）当たりの照射長さ≧１ｍｍの範囲で、
表面粗さＲＭＳ（ｍｍ）×レーザ光の単位面積（ｍｍ２）当たりの照射長さ（ｍｍ）≧０．０１７５  ・・・・・・・（１）
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の第１実施例に係る半導体装置１００の構成図であり、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は（ａ）の絶縁基板１の回路パターン１ａに半導体チップ２およびアンカー層３が配置された要部平面図である。
【図２】アンカー層３の凹部４の配置を示した例の平面図であり、（ａ）は半導体チップ２の一辺に対して４５°に傾斜させて配置した場合の図、（ｂ）は半導体チップ２を囲むように４本の筋状(線状)の凹部４が配置された場合の図、（ｃ）は（ｂ）のＸ−Ｘ線で切断した要部断面図である。
【図３】アンカー層３の単位面積当たりのレーザ光１０の照射長さＬを算出する図であり、（ａ）は半導体チップ２の周囲を１本の筋状の凹部４で囲む場合の図、（ｂ）は２本の筋状の凹部４で囲む図、（ｃ）は３本の筋状の凹部４で囲む場合の図、（ｄ）は４本の筋状の凹部４で囲む場合の図、（ｅ）は５本の筋状の凹部４で囲む場合の図、（ｆ）は筋状の凹部４の長手方向が４５°に傾斜している場合の図である。
【図４】剥離防止効果がある単位面積当たりの照射長さＬと表面粗さＲＭＳの範囲を求めた図である。
【図５】アンカー層３の要部断面図であり、（ａ）はレーザ光照射で形成した場合のモデル断面図、（ｂ）はエッチング、罫書きまたは圧延で形成した場合のモデル断面図である。
【図６】この発明の第２実施例に係る半導体装置２００の要部断面図である。
【図７】従来の半導体装置５００の要部断面図である。
【図８】モールド樹脂５６でリードフレームである外部導出端子５６を被覆した要部断面図である。
【図９】リードフレームである外部導出端子５６に導体片をアンカー材６２として設けた要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
実施の形態を以下の実施例で説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１は、この発明の第１実施例に係る半導体装置１００の構成図であり、同図（ａ）は要部断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の絶縁基板１の回路パターン１ａに半導体チップ２およびアンカー層３が配置された要部平面図である。
【００２５】
図２は、アンカー層３の凹部４の配置を示した例の平面図であり、同図（ａ）は凹部４を半導体チップ２の一辺に対して４５°に傾斜させて配置した場合の図、同図（ｂ）は半導体チップ２を囲むように４本の筋状(線状)の凹部４が配置された場合の図、同図（ｃ）は同図（ｂ）のＸ−Ｘ線で切断した要部断面図である。
【００２６】
図１において、半導体装置１００は、絶縁基板１と、絶縁基板１上の回路パターン１ａに固着する半導体チップ２と、半導体チップ２の表面電極２ａに一端が接続するボンディングワイヤ５と、ボンディングワイヤ５の他端が接続する外部導出端子６と、絶縁基板１および外部導出端子６に形成したアンカー層３と、これらをモールドするモールド樹脂７を備える。このモールド樹脂７には一般的にはエポキシ樹脂やフェノール樹脂などが使用される。
【００２７】
また、絶縁基板１は、窒化アルミニウム基板もしくはセラミック基板が用いられ、おもて面には銅箔の回路パターン１ａが形成され、その回路パターン１ａに半導体チップ２の図示しない裏面電極が半田などの接合材８で接合している。また、裏面にはＣｕの放熱板９が固着している。
【００２８】
前記の外部導出端子６および前記の回路パターン１ａにはレーザ光１０で複数本の凹部４が筋状に形成され、この筋状の凹部４をアンカー層３としている。
また、外部導出端子５は、リードフレームであることが多く、材料としては加工性および導電性にすぐれた銅材が用いられる。
【００２９】
前記のアンカー層３は、半導体チップ２から０．１ｍｍ程度（距離Ｔ）離して周り（１ｍｍ以上の幅Ｗ）の回路パターン１ａ表面およびモールド樹脂７端面から１ｍｍ以上の幅での外部導出端子６表面に形成する。半導体チップ２、回路パターン１ａおよびモールド樹脂７の３重点箇所１１では熱膨張係数差による内部応力が集中し易いので、半導体チップ２の周りの回路パターン１ａにアンカー層３を設けると大きな効果を発揮する。また、外部導出端子６の幅が狭い場合（例えば、数ｍｍ以下）にはアンカー層３の効果が小さいので形成しないこともある。
【００３０】
前記のアンカー層３の表面粗さＲＭＳとレーザ光１０の単位面積（ｍｍ２）当たりの照射長さＬの関係が、下記の（１）式を満たす場合に、回路パターン１ａおよび外部導出端子６からモールド樹脂７が剥離することを防止できる。尚、表面粗さＲＭＳはアンカー層３の筋状の凹部４の深さに相当し、二乗平均平方根粗さのことである。
【００３１】
表面粗さＲＭＳ≧０．００１７５ｍｍ、レーザ光の単位面積（ｍｍ２）当たりの照射長さＬ≧１ｍｍの範囲で、
表面粗さＲＭＳ（ｍｍ）×レーザ光の単位面積（ｍｍ２）当たりの照射長さ（ｍｍ）≧０．０１７５  ・・・・・・・（１）
尚、前記した照射長さＬはレーザ光１０で形成された筋状の凹部４の長さである。
【００３２】
つぎに、前記の（１）式を導き出すために、本発明者らが行なった実験について説明する。
アンカー層３の密着性を評価する試料としては、例えば、３０ｍｍ×１３ｍｍ程度の絶縁基板１上に例えば２．５ｍｍ×２．５ｍｍ程度および１．５ｍｍ×１．５ｍｍ程度の半導体チップ２を固着させ、例えばφ０．３ｍｍ程度のボンディングワイヤ５によって絶縁基板１と外部導出端子６を配線し、モールド樹脂７であるエポキシ樹脂によって封止した図１と同一構造をしている。
【００３３】
レーザ光１０の照射速度と、レーザ光１０によって形成されたアンカー層３の表面粗さＲＭＳとの関係を測定した結果について説明する。レーザ照射条件としては、レーザ光照射で形成される凹部４のピッチ間隔Ｑ（凹部４の中心間距離）は０．１ｍｍ、レーザ光を発生する光源に流す電流（レーザ光強度に関係する）は１８Ａ、レーザ光照射の繰り返し周波数は５ｋＨｚである。
【００３４】
レーザ光１０の照射速度を８ｍｍ／ｓｅｃ、１２ｍｍ／ｓｅｃ、１６ｍｍ／ｓｅｃの各条件とき、表面粗さＲＭＳはそれぞれ０．００２５ｍｍ、０．００１７５ｍｍ、０．００１２５ｍｍであった。この３点のデータから、表面粗さＲＭＳはレーザ光１０の照射速度に逆比例する関係にあることが判る。この関係を用いて、所望の表面粗さＲＭＳを得るレーザ光の照射速度を求めることができる。例えば、レーザ光１０の照射速度を１．２ｍｍ／ｓｅｃ程度にすると、表面粗さＲＭＳは０．０１７５ｍｍ程度になる。また、この表面粗さＲＭＳの測定はレーザ顕微鏡などを用いて行なう。
【００３５】
図３は、アンカー層３の単位面積当たりのレーザ光１０の照射長さＬを算出する図であり、同図（ａ）は半導体チップ２の周囲を１本の筋状の凹部４で囲む場合の図、同図（ｂ）は２本の筋状の凹部４で囲む図、同図（ｃ）は３本の筋状の凹部４で囲む場合の図、同図（ｄ）は４本の筋状の凹部４で囲む場合の図、同図（ｅ）は５本の筋状の凹部４で囲む場合の図、同図（ｆ）は筋状の凹部４の長手方向が４５°に傾斜している場合の図である。
【００３６】
単位面積当たりのレーザ照射長さＬとは、１ｍｍ２の正方形１２の中心１３にレーザ光１０照射で形成された筋状の凹部４の中心１４を合わせ、この１ｍｍ２の正方形１２内に存在する筋状の凹部４の長さの総和である。同図（ａ）ではＬ＝１ｍｍ、同図（ｂ）ではＬ＝２ｍｍ、同図（ｃ）ではＬ＝３ｍｍ、同図（ｄ）ではＬ＝４ｍｍ、同図（ｅ）ではＬ＝５ｍｍ、同図（ｆ）ではＬ＝１０ｍｍである。前記の正方形１２の一辺１２ａは半導体チップ２の端部２ｂもしくはモールド樹脂７の端部７ａに平行になるように配置する。
【００３７】
つぎに、このアンカー層３を形成した試料を用いてヒートショック試験を実施した結果について説明する。ヒートショック試験の条件は、高温１２５℃、１０ｍｉｎ、低温−４０℃、１０ｍｉｎで１００サイクルである。また、モールド樹脂７の剥離の観察は、ボイドの観察と同じように超音波探傷法などを用いて行なう。また、アンカー層３の密着性を評価する試料は、前記した通りである。
【００３８】
また、アンカー層３を形成するためのレーザ光照射条件としては、レーザ光照射で形成される凹部４のピッチ間隔Ｑは０．１ｍｍ、レーザ光を発生する光源に流す電流（レーザ光強度に関係する）は１８Ａ、レーザ光照射の繰り返し周波数は５ｋＨｚである。
【００３９】
また、アンカー層３としては、表面粗さＲＭＳを０．００１７５ｍｍ〜０．０１７５ｍｍの範囲、単位面積あたりの照射長さＬを１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲で、アンカー層３の幅Ｗは２ｍｍ程度である４種類の試料（それぞれＨ，Ｉ，Ｊ，Ｋ）を製作した。このアンカー層３は、半導体チップ２の周囲の回路パターン１ａと外部導出端子６に形成し、筋状の凹部４の開口部の幅Ｗは０．０６ｍｍ程度である。
【００４０】
ヒートショック試験の結果、表面粗さＲＭＳが０．００１７５ｍｍ、０．００５ｍｍ、０．０１ｍｍ、０．０１７５ｍｍで、単位面積あたりの照射長さＬがそれぞれ１０ｍｍ、３．５ｍｍ、１．７５ｍｍ、０．７５ｍｍの各試料（Ｈ，Ｉ，Ｊ，Ｋ）において、いずれもアンカー効果が得られ剥離が防止された。
【００４１】
図４は、剥離防止効果がある単位面積当たりの照射長さＬと表面粗さＲＭＳの範囲を求めた図である。この図から前記の（１）式を満足する範囲（ハッチング領域）において剥離が防止される。尚、図４の範囲から外れた箇所（例えば、２つの×印）では剥離が発生することが確認されている。
【００４２】
この図４からアンカー層３の表面粗さＲＭＳが大きく、単位面積あたりの照射長さＬが大きくなると、アンカー効果が強まり剥離が防止される。これはレーザ光１０で形成したアンカー層３の凹部４の側壁面積（表面粗さＲＭＳ×照射長さＬに比例する）が大きくなると、モールド樹脂７とレーザ光１０で形成された筋状の凹部４との間の摩擦力が大きくなるため、アンカー効果が大きくなり剥離が防止されるものと推定される。
【００４３】
図５は、アンカー層３の要部断面図であり、同図（ａ）はレーザ光照射で形成した場合のモデル断面図、同図（ｂ）はエッチング、罫書きまたは圧延で形成した場合のモデル断面図である。
【００４４】
前記の摩擦力は凹部４の側壁４ａのデコボコ（レーザ光照射特有のデコボコ）の具合に依存し、レーザ光照射で形成された凹部４のアンカー層３において、前記の（１）式は有効であると考えられる。このレーザ光照射におよる凹部４の側壁４ａのデコボコは一旦銅が溶融し飛散した後、残った銅が固化した状態である。そのため、図５(ａ)に示すように凹部４の側壁４ａのデコボコは比較的滑らかである。一方、図５（ｂ）に示すように、エッチング、罫書き、圧延もしくは突起形成などにより形成されるアンカー層３では凹部４の側壁４ｂにはデコボコが形成されないで表面と凹部４の側壁４ｂの交差線上４ｃで角部４ｄが発生することが考えられる。従って、レーザ光照射で形成される凹部４の側壁４ａの表面が滑らかなため応力集中は起こり難く、しかも側壁４ａには滑らかではあるがデコボコがあるため、摩擦力は大きくなり剥離防止に有効である。
【実施例２】
【００４５】
図６は、この発明の第２実施例に係る半導体装置２００の要部断面図である。図１との違いは、ボンディングワイヤ５の代わりに外部導出端子６を半導体チップ２上まで延在させ、外部導出端子６の延在部６ａに直接半導体チップ２の表面電極２ａが固着している点である。この延在部６ａが前記図１のボンディングワイヤ５の働きをする。この場合も外部導出端子２および前記の回路パターン１ａにレーザ光照射で実施例１と同様のアンカー層３を形成することで実施例１と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００４６】
１    絶縁基板
１ａ  回路パターン
２    半導体チップ
２ａ  端部
３    アンカー層
４    筋状（線状）の凹部
４ａ、４ｂ  側壁
４ｃ  交差線
４ｄ  角部
５    ボンディングワイヤ
６    外部導出端子
７    モールド樹脂
８    接合材
９    放熱版
１０    レーザ光
１１    ３重点箇所
１２    正方形
１３、１４  中心
Ｌ    単位面積当たりの照射長さ
【図１】
2016029676.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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