JP3179845B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に関する。さ
らに詳しくは半導体チップを樹脂で封入したパッケージ
のクラック発生を防止した半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の製造工程において、実装用
のため、リードにハンダのリフローを行なったり、また
半導体装置を実装するため、ハンダ付けを行うが、その
ときにパッケージ全体が200 ℃以上に加熱される。その
ため、半導体チップを封入している樹脂が吸湿している
と、水分が気化膨張し、その圧力で樹脂にクラックが発
生することがある。
【0003】このクラックの入った様子を図3に示す。
図3において、1はダイパッド、2はリード、3は半導
体チップ、4は半導体チップ3をダイパッド1にダイボ
ンディングする接着剤であるプリフォーム材、5は半導
体チップ3の電極パッドとリード2とを電気的接続する
ための金線、6は半導体チップ3およびその周辺のワイ
ヤボンディング部分を封入した樹脂である。7はダイパ
ッド1の下面と樹脂6とのあいだの剥離により生じた空
隙で、8は樹脂6に入ったクラックである。
【0004】このクラック8の発生する理由は、つぎの
ように考えられている。すなわち、樹脂6はエポキシ樹
脂で、ダイパッド1はFe- Ni系の42合金などで形成
されており、材料の相違による熱膨張率の差のため、ま
ずダイパッド1の周囲の側壁部分でダイパッド1と樹脂
6のあいだに浮きが生じ、樹脂6が吸湿した水分がその
浮きの生じた部分に入り、温度上昇により水蒸気となっ
て膨張し、さらに浮きを大きくして空隙7を形成する。
吸湿した水分は一層多くダイパッドの裏の空隙7に拡散
し、これがハンダのリフロー時などのときの200 ℃以上
への上昇により水蒸気となって膨張し、応力が発生し、
樹脂6の曲げ強度を超えたとき樹脂6にクラック8が入
ると考えられている(たとえば「エポキシ封止材の技術
動向」(エレクトロニクス 実装技術、1991年11月号、
65〜72頁)を参照)。
【0005】この樹脂6のクラック8を防止するため、
ダイパッドの裏面にディンプル(凹凸)を設けて表面積
を広げ力の分散を図ったり、ダイパッドの裏面まで貫通
する孔を樹脂にあけたベントを形成し、たまった水分の
蒸気を外部に放散させたり、ダイパッドの裏面にポリイ
ミドコートやガラスマットを入れて応力の緩和を図るな
どの対策が前述の文献にも示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし前述のような対
策が施されても、樹脂のクラックを完全には防止できな
い。その原因として文献「パッケージの半田クラックの
発生過程をX線観察」(日経マイクロデバイス、1991年
12月、145 〜150 頁)にも記載されているように、半導
体チップを接着するプリフォーム材の吸湿性によりプリ
フォーム材の水分が蒸気になって剥離を生じ、その蒸気
がダイパッドの裏側にも廻り込み、ダイパッドの裏側か
らクラックが入るのを助長するためと考えられる。
【0007】本発明はこのような状況に鑑み、従来の樹
脂の吸湿性による水分に基づくダイパッド裏面の剥離を
防止すると共に、ダイパッドの表側のプリフォーム材の
吸湿性による水分に基づく剥離も防止して樹脂にクラッ
クが生じない半導体装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体装置
は、ダイパッドに半導体チップがプリフォーム材でダイ
ボンディングされ、該半導体チップおよびその周囲のワ
イヤボンディング部が樹脂で封入されてなる半導体装置
であって、前記ダイパッドに貫通孔が形成され、前記半
導体チップ裏面の全面を覆う前記プリフォーム材から発
生する水蒸気が前記樹脂の外部に連通するように前記樹
脂が形成されていることを特徴とするものである。
【0009】
【作用】本発明によれば、ダイパッド裏面に連通する孔
を樹脂に形成すると共に、ダイパッドにも貫通孔を形成
しているため、ダイパッド表面のプリフォーム材の吸湿
性による水分の蒸気もダイパッドの貫通孔および樹脂の
孔を経由して外部に放出され、蒸気の膨張による樹脂と
の剥離の助長を防止し、樹脂のクラックも発生しない。
【0010】ダイパッドの貫通孔と樹脂の孔とが連続し
て形成されていれば、ダイパッド表面での蒸気を容易に
外部に放出できるが、樹脂の孔がダイパッドの貫通孔の
場所とは異なる所に形成されていても、ダイパッドと樹
脂とのあいだは剥離までは至らないが界面が形成されて
外部に連通しており、その界面を経由してダイパッドの
貫通孔および樹脂の孔を介して外部に放出され、樹脂の
剥離は生じない。
【0011】
【実施例】つぎに、図面を参照しながら本発明について
詳細に説明する。図1は本発明の一実施例である半導体
装置の断面構造を示す説明図である。同図において、ダ
イパッド1の表面に半導体チップ3がAgペーストなど
のプリフォーム材4で接着され、ダイパッド1の周囲に
配置されたリード2と前記半導体チップ3の各電極パッ
ドが金線5で接続され、その周囲が樹脂6で封入されて
いる。本実施例ではこのダイパッド1に貫通孔11が設け
られると共に、樹脂6のダイパッド1の裏面側に孔61が
形成され、この実施例ではダイパッド1の貫通孔11と樹
脂の孔61が連続するように形成されている。
【0012】このダイパッド1の貫通孔11はダイパッド
1や各リード2をリードフレームでパンチングまたはエ
ッチングにより形成するときに同時に形成し、樹脂6の
孔61は半導体チップ3などを樹脂6で封入するとき、樹
脂成形の金型に突起を設けておくことにより容易に形成
できる。この貫通孔11および孔61の大きさはチップの大
きさ、プリフォーム材の材料や量などにより自由に選定
できるが、たとえば10mm角の半導体チップでAgペース
トのプリフォーム材を5〜30μm厚位で接着するばあ
い、直径4mmφ位の貫通孔が好ましい。また半導体チッ
プ3をダイパッド1にダイボンディングするとき、プリ
フォーム材4はダイパッド1の中心1箇所に塗布するの
ではなく、貫通孔11の周囲に散在させ、プリフォーム材
が接着面に拡がるように塗布する。
【0013】この貫通孔11および孔61を形成することに
よりプリフォーム材4の部分が直接外気に露出すること
となる。その結果、プリフォーム材4の吸湿性による水
分の蒸気が発生しても、貫通孔11および孔61を経由して
外部に逃げ、ダイパッド1と樹脂6とのあいだの剥離力
としては作用しない。また樹脂6の吸湿性による水分の
蒸気も、ダイパッド1の下面と樹脂6との界面を経て孔
61より外部に放出されるため、樹脂6を剥離する力とし
ては作用しない。そのため、ダイパッド1と樹脂6の剥
離には至らず、樹脂6のクラックも発生しない。
【0014】前述の実施例ではダイパッド1の貫通孔11
と樹脂6の孔61とを連続して形成する例で説明したが、
この構成では内部の水分の蒸気を放出する効果は大きい
反面、半導体装置を使用する雰囲気が多湿雰囲気である
ばあいには、逆に外部の水蒸気がプリフォーム材の方に
容易に侵入し易くなる。最近の樹脂で封入する技術の向
上によりワイヤボンディング部の樹脂の密着性は向上
し、プリフォーム材に侵入した水分が直接ワイヤボンデ
ィング部分に侵入して腐蝕による特性劣化などは起り難
いが、その懸念を防止して内部の水分蒸気は容易に外部
に放出し、外部の水分は内部に侵入しにくい構造として
図2のような構造を採用することもできる。
【0015】図2は本発明の他の実施例である半導体装
置の断面構造の説明図である。同図において62、63は樹
脂6に設けた孔で、他の符号は図1と同じ部分を示し、
製造方法も図1と同様である。本実施例では、樹脂6に
設けた孔62、63がダイパッド1に形成した貫通孔11と連
続しないようにずらせて形成したものである。その結果
ダイパッド1の貫通孔11には樹脂6が充填されるが、ダ
イパッド1の材料はたとえば、Fe- Ni系42合金など
の金属材料で、樹脂とは材料が異なり、両者のあいだに
は界面が形成されており、プリフォーム材4と孔62、63
とは界面を介して連通している。そのため、内部の水分
が蒸気化して圧力が高くなるとこの界面を経由して蒸気
が外部に放出されるが、圧力がかからないときはこの面
を通過せず、外部からの水分は内部に侵入しにくい。す
なわちプリフォーム材4は貫通孔11と孔62、63および樹
脂6とダイパッド1の界面を経由して外部に連通してお
り、プリフォーム材4の水分蒸気の蒸気圧が大きくなる
と外部に放出され易くなるように構成されている。
【0016】前述の第2の実施例では、樹脂6に形成し
た孔を2個の例で説明したが、これを貫通孔11の外側を
とりまくようなリング状の孔で形成することもでき、ま
た2個以上の多数個の孔で形成することもできる。さら
に第1の実施例も共に、ダイパッドに形成する貫通孔も
1個でなく多数個形成することもできる。また前述の第
2の実施例で貫通孔11に樹脂6を充填する例で説明した
が、プリフォーム材4で貫通孔11を充填しても同様であ
ることはいうまでもない。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、樹
脂が吸湿した水分のみでなく、プリフォーム材が吸湿し
た水分の蒸気も有効に成形された樹脂の外に放出できる
ため、ハンダのリフローなどプリント基板への装着時に
高温になっても、樹脂とダイパッドの界面に水分が拡散
して蒸気の膨張による樹脂の剥離やクラックが生じると
いうことはない。そのため、歩留が向上し、信頼性の高
い半導体装置をえられる。
【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の断面構造
を示す説明図である。
【図2】本発明の他の実施例である半導体装置の断面構
造を示す説明図である。
【図3】従来の半導体装置の樹脂にクラックの入った例
を説明する図である。
【符号の説明】
1 ダイパッド 3 半導体チップ 4 プリフォーム材 6 樹脂 11 貫通孔 61、62、63 孔

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ダイパッドに半導体チップがプリフォー
    ム材でダイボンディングされ、該半導体チップおよびそ
    の周囲のワイヤボンディング部が樹脂で封入されてなる
    半導体装置であって、前記ダイパッドに貫通孔が形成さ
    れ、前記半導体チップ裏面の全面を覆う前記プリフォー
    ム材から発生する水蒸気が前記樹脂の外部に連通するよ
    うに前記樹脂が成形されていることを特徴とする半導体
    装置。
  2. 【請求項2】 前記ダイパッドの貫通孔と連続して前記
    樹脂に孔が形成され、前記プリフォーム材から発生する
    水蒸気が前記樹脂の外部に連通していることを特徴とす
    る請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記ダイパッドの貫通孔の位置とずれた
    位置で前記樹脂に孔が形成され、前記ダイパッドと前記
    樹脂との界面を介して前記プリフォーム材から発生する
    水蒸気が前記樹脂の外部に連通していることを特徴とす
    る請求項1記載の半導体装置。
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