JP3682369B2 - 樹脂パッケージ,半導体装置,および樹脂パッケージの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、IC、CCD(固体撮像素子)等の半導体チップを収納する樹脂パッケージに関するもので、より詳しくは、耐湿性にすぐれた樹脂パッケージに関する。
【0002】
【従来の技術】
樹脂パッケージは、半導体装置において半導体チップを収納するためのものである。中空パッケージは、樹脂製の箱型成形品にリードがインサート成形されてなり、この成形品内底部には半導体チップが接着され、さらに成形品上部開口部がリッドとよばれる透明ないし不透明の蓋でふさがれることにより半導体装置として使用される、前記樹脂パッケージの一種である。
【0003】
半導体装置は、ビデオカメラ等のエレクトロニクス製品に組み込まれて使用される。従って、このような半導体装置は、エレクトロニクス製品の内部に収納された半導体チップが常に正常に作動するために、厳しい耐湿性が要求されている。そのために、半導体装置において容器に相当する中空パッケージは、プレッシャークッカーテストという過酷なテストに耐え得る優れた耐湿性を長期に亙って保持し得る耐久性を有することが必要である。
【0004】
これまで、中空パッケージの耐湿性を高めるために、樹脂パッケージ本体を構成する樹脂組成物の改良がなされてきた。例えば、エポキシ樹脂の化学構造を、ノボラック型やビスフェノールA型等の基本構造から種々の改良構造へと変えることが試みられてきたが、必ずしも満足し得る程には耐湿性は向上しなかった。また樹脂組成物を構成する他の配合物、例えば金型との離型性をよくするための離型剤、あるいは、熱膨張率や熱伝導率を調整するために加えられてきた各種のフィラーは、その種類や配合量を調整しても中空パッケージの耐湿性を充分に向上させることはできなかった。
【0005】
これらの課題を解決するための試みとして特開平8−55927によると「中空パッケージの耐湿性を高めるために種々検討した結果、中空パッケージの耐湿性を左右する要因は、主に、リードと樹脂層との界面状態にあることを見いだした。すなわち、リードと樹脂層との密着性が強固なほど、長時間の使用に耐える耐湿性が得られることが明らかとなった。」とされている。すなわち「半導体素子を収納するための凹部を有する樹脂製のパッケージ本体と、一端部が凹部内に延出されると共に他端部が前記パッケージ本体外部へ延出された状態で中間部が前記パッケージ本体に埋め込まれ前記一端部を介して前記半導体素子と電気的に接続されるリードフレームとを備えた中空パッケージにおいて、前記リードフレームの中間部を粗面に形成したことを特徴とする中空パッケージ」という構造にすることによりプレッシャークッカーテスト耐久時間が14時間という比較的長時間の結果が得られた。
【0006】
このようなリードの中間部への粗面形成は、サンドブラスト法により行われている。すなわち、リードの中間部にアルミナ微粉のエアブラストを行うことにより、そのリード上に粗面が形成されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなサンドブラスト法によるリードへの粗面形成は、リード表面のアルミナ微粉の十分な除去に手間がかかることや、リードフレーム用金属マスクに研磨粉が堆積することによる粗面形成状態の不均一等の問題があった。さらに、リードフレーム用金属マスクの消耗やアルミナ研磨粉の消耗などの消耗品コストが高いこと、サンドブラスト装置そのものやコンプレッサー等の研磨粉による故障などのメンテナンスコストが高いことなどのコストに関する問題があった。
【0008】
一方、CCDをはじめとした半導体素子の中空パッケージの耐湿性への要求は年々厳しさを増しており、プレッシャクッカーテスト耐久時間の更なる長時間化を実現させることが必要であった。さらに、中空パッケージの低価格化への要求も厳しいため、耐湿性に優れた廉価な中空パッケージを製造するための新たなプロセス開発が必要であった。
【0009】
そこで、本発明は、耐湿性をさらに向上させ、製造コストの低い樹脂パッケージを提供することを課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記のような点を解消すべく以下のような手段を講じた。
すなわち、本発明の樹脂パッケージの第1の態様は、半導体チップを収納するための樹脂パッケージ本体と、一端部が前記樹脂パッケージ本体内に延出されると共に他端部が前記樹脂パッケージ本体外部へ延出され、その中間部が前記パッケージ本体に埋め込まれ、かつ、前記一端部が前記半導体チップと電気的に接続されるリード部材と、前記リード部材の前記中間部の1部分の表面に形成された酸化物層であって、前記中間部以外の部分に形成された酸化物層よりも厚い酸化物層とを備えることを特徴とする。
【0011】
このような構成の樹脂パッケージを用いることにより、リード部材と樹脂パッケージ本体との密着性を向上させることができるため、従来よりもさらに耐湿性に優れた樹脂パッケージを提供することができる。
【0012】
また、本発明の樹脂パッケージの第2の態様は、半導体チップを収納するための樹脂パッケージ本体と、一端部が前記樹脂パッケージ本体内に延出されると共に他端部が前記樹脂パッケージ本体外部へ延出され、その中間部が前記パッケージ本体に埋め込まれ、かつ、前記一端部が前記半導体チップと電気的に接続されるリード部材と、前記リード部材の中間部の表面に長手方向に0.1mm以上の長さにわたって形成され、そのピッチが10〜100μmの周期的な凹凸部とを備えることを特徴とする。
【0013】
このように、リード部材の中間部表面に凹凸部を形成することによって、当該リード部材と樹脂パッケージ本体の密着性を向上させることができるため、従来よりもさらに耐湿性に優れた樹脂パッケージを提供することができる。
【0014】
また、本発明の半導体装置は、上記各態様の樹脂パッケージと、前記樹脂パッケージ内に収納された半導体チップとを備えることを特徴とする。
このような構成を採用することにより、従来よりも耐湿性が高い半導体装置を提供することができる。ここで、半導体チップとしては、固体撮像素子であることが好ましく、その中でもCCDであることが好ましい。
【0015】
また、本発明の樹脂パッケージの製造方法は、半導体チップとその一端部が電気的に接続されるためのリード部材の中間部に、レーザビームを走査させながらパルス状に照射することにより、当該リード部材の中間部に酸化物層を形成する工程と、前記リード部材の他端部を外部に延出するとともに前記中間部を樹脂に埋め込むように、樹脂とリード部材とを一体成形する工程とを含むことを特徴とする。
【0016】
このような製造方法を用いて樹脂パッケージを製造すれば、サンドブラスト法などと異なり、被処理物にマスキングなどを施さなくても必要箇所にのみ選択的に処理することができるので、従来に比べて製造工程を簡素化することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的に説明する。
本発明の樹脂パッケージは、半導体チップを収納するための樹脂パッケージ本体と前記半導体チップの各電極と電気的に接続されるリードとを備えている。
(1)樹脂パッケージの構造
前記樹脂パッケージとしては、リード実装方式や表面実装方式の構造を有するものでもよいが、凹部を有する樹脂パッケージ本体とリードとが一体に形成されている中空パッケージと呼ばれる構造に対して、本発明の効果が最もよく発揮される。
【0018】
図1は、本実施形態による樹脂パッケージの概略断面図である。樹脂パッケージ9は、箱型の樹脂パッケージ本体1およびリード3(リード部材)から構成されている。この樹脂パッケージ内に半導体チップを納め、リッドで蓋をすることにより、この半導体チップが樹脂パッケージ内に封止されてなる半導体装置が構成される。すなわち、図1に示すように、樹脂パッケージ本体1の中央には、半導体チップ2を収納するための凹部5が設けられており、この凹部5内に半導体チップ2が接着剤6によって固定される。この半導体チップ2の図示せぬ各電極は、ボンディングワイヤー7を介してリード3と電気的に接続される。また、樹脂パッケージ1の上端面1aには、リッド4が接着剤8によって接着固定されており、これにより樹脂パッケージ1の上部開口部1bが閉止されている。このリード3と樹脂パッケージ本体1とが一体になっている成形体が本発明における樹脂パッケージである。
【0019】
このような樹脂パッケージの製造方法としては、特に限定されない。例として、樹脂パッケージ本体1をトランスファー成形又は射出成形によって製造することができる。その際に樹脂の成形に先立ち、予め金型中にリードフレーム3を挿入し、その後樹脂を注入して硬化ないしは固化することによって樹脂パッケージが製造される。
【0020】
図2に、樹脂パッケージ9を上部開口部1b側から見た平面図を示す。樹脂パッケージ本体1には、リード3が埋め込まれており、一端部(インナーリード3a)が前記樹脂パッケージ本体内に延出され半導体チップ2と接続されると共に、外部と接続される他端部(アウターリード3b)が樹脂パッケージ本体1外部へ延出され露出されている。このような状態で、このリード3のインナーリード3aとアウターリード3bとの間の中間部11が前記樹脂パッケージ本体1中に、すなわち前記樹脂パッケージ本体1を構成する樹脂10に埋め込まれている。
【0021】
したがって、リード3の中間部11は樹脂10中に固定され、これによりリード3が位置決めされた状態で固定される。そして、このリード3はインナーリード3aを介して前記半導体チップ2と電気的に接続される。
(2)樹脂パッケージ本体
樹脂パッケージ本体1の構成材料としてはエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂、又は液晶ポリマー、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂、ポリスルホン、ポリアミド・イミド、ポリアリルスルホン樹脂などの耐熱性熱可塑樹脂が挙げられる。これらのうち、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、PPSなどが好ましい。
【0022】
また、これらの耐熱性樹脂にはアルミナ粉末、シリカ粉末、窒化ケイ素粉末、窒化ホウ素粉末、酸化チタン粉末、炭化ケイ素粉末、ガラス繊維、アルミナ繊維などの無機充填材を添加してもよい。また無機充填材の他に、必要に応じて硬化剤、硬化促進剤、カップリング剤などの添加剤が含まれていてもよい。
(3)リード
リード3の材料は42アロイなどの鉄−ニッケル系、および鉄−ニッケル−クロム系、鉄−ニッケル−コバルト系などの鉄系合金または、マグネシウム、ケイ素、リン、チタン、クロム、ニッケル、亜鉛、スズ、ジルコニウムからなる群のうち数種類の金属が加えられた銅系の合金が使用される。その他にリード材料として通常使用される金属や合金も使用することができる。
【0023】
ここで、本発明の特徴は、前記リード3が樹脂パッケージ本体1と密着する部分の少なくとも一部に酸化物層またはピッチが10〜100μmの周期的な凹凸部を有することである。以下、酸化物および凹凸部,およびこれらの形成方法を説明する。
【0024】
図3はリード3の平面図である。図3において、リード3の中間部11の表面、すなわち樹脂層と密着する部分に酸化物層11aが形成されている。酸化物層11aは、リード3の中間部11の表面の少なくとも一部分に形成されていることが必要であり、図3に示すように、各リードの中間部11を横切るように、箱形の樹脂パッケージ本体1の長辺方向に沿って形成されていることが好ましい。このようにしてリード3の中間部11に酸化物層11aを形成すれば、リード3と樹脂とが強固に接着するため、当該リードと樹脂の界面における水の浸入路を完全に塞ぐことができる。
【0025】
また、酸化物層は、前記リード3の中間部11の少なくとも一面に形成されていることが必要である。酸化物層は、リード表面の片面のみに形成されていても両面に形成されていてもよいが、リード表面の両面に施されていれば耐湿性の効果は一層優れたものになる。
【0026】
リード3における中間部11以外、すなわち、半導体チップ2とワイヤーボンディングされるインナーリード3aや、また外部回路に接続されるアウターリード3bは、意図的に酸化物層が形成されていると、樹脂パッケージ本体1の成形の際にインナーリード3a表面およびアウターリード3b表面に樹脂バリが強固にこびりついてしまう。すると、後工程での洗浄操作でもこれら樹脂バリを完全に除去することが困難であり、ボンディングワイヤ7およびその他の配線とのボンディング力が弱くなる場合がある。従って、リード3の中間部11のみに酸化物層が形成されることが好ましい。
【0027】
ここで、酸化物層は、金属または非金属の酸化物からなる一定以上の厚みを有する層であり、リード表面への加工を施すことにより得られる層であれば特に限定されない。但し、本発明における中間部の一部分の表面に形成された酸化物層は、リードを構成する金属が自然に酸化することによって形成される表面酸化物層を含まないこととする(以下、この表面酸化物層を「自然酸化物層」と称する)。
【0028】
酸化物層の材料としては、使用されたリード3を構成する金属材料のうちの少なくとも一種の金属から得られる金属酸化物であることが好ましい。このような金属酸化物は、具体的には、使用するリード3の表面を酸化することにより得られる。このような金属酸化物の具体的な例としては、リードの材料に42アロイを用いた場合、酸化物は酸化鉄及び/又は酸化ニッケルであるが、リードの材料と化学的に安定で、接合性が良い他の金属または非金属の酸化物を用いてもよい。このような酸化物層としては、鉄の酸化物が用いられることが特に好ましい。
【0029】
また、酸化物層の厚さは均一である必要はなく、少なくとも一部の厚さが5〜500nmであることが好ましく、10〜500nmであることがより好ましい。この酸化物層の厚さは50〜500nmである場合に本発明の効果が最も発揮される。また、この酸化物層は、少なくとも一箇所において、リードの中間部以外の表面に形成された自然酸化物層の1.5倍から500倍の厚さを有することが望ましい。酸化物層は、中間部において、リードの一端部から他端部にわたって形成されることが望ましく、リードの長手方向においては、酸化物層の幅が0.1mm以上であることが望ましい。ただし、この範囲の全域に形成される必要はない。このように、リード表面の少なくとも一部分に上述の厚さの酸化物層を有することにより、当該リードと樹脂との密着性が向上すると考えられるが、その理由は定かではない。
【0030】
酸化物層が、その表面にさらに金属酸化物からなる粒径が10nm〜2μmの微粒子を有していれば、その酸化物微粒子がアンカーとなってリードと樹脂との密着性をさらに向上させることができる。この酸化物微粒子の粒径は、50nm〜1μmであることがさらに好ましい。
【0031】
リードに酸化物層を形成させる方法としては、レーザ照射、電子ビーム照射、プラズマ加工、高周波誘導加熱、放電加工、火炎処理などの熱的方法を用いることができる。PVD(Physical Vapor Deposition)やCVD(Chemical Vapor Deposition)などを用いてリード表面に酸化物層を作製しても良いが、樹脂パッケージ製作の工程の簡便さから考えると前記のような熱的方法が適している。また、リードは厚さが0.1から0.3mmの極薄板形状であり、素材が主に前記の鉄系合金や銅合金であることから、熱処理による入熱を小さくし、リードの反りを小さくすることが最も重要である。すなわち、レーザ照射などの高密度熱源を用いることがより有効である。なお、レーザ照射によりリード表面への酸化物層形成がなされた場合、リードのレーザ照射された部分には、リードを構成する金属材料が蒸発、飛散して形成される金属酸化物の微粒子が堆積し、付着するとも考えられる。
【0032】
図3に示されるリード3の中間部11には、酸化物層の代わりにピッチが10〜100μmの、一方向において周期的な凹凸部が形成されていてもよい。凹凸部は、リード表面を周期的な形状に粗面加工することによって得られる。このような凹凸部がリードの中間部に形成されると、アンカー効果によりリードと樹脂との密着性が向上する。リードと樹脂との密着性には、この凹凸部のピッチと表面粗度(Rmax)が寄与すると考えられる。
【0033】
このような凹凸部のピッチは、25〜100μmであることがさらに好ましい。また、Rmaxは、1〜100μmであることが好ましい。このような凹凸部の形状としては、ピッチが30〜50μmであり、Rmaxが3〜20μmである場合に最も効果が発揮される。また、凹凸部はリード3の中間部11の表面の片面において、中間部11を横切るように、当該リード3の長手方向において0.1mm以上の長さにわたって形成されていることが必要であり、中間部を横切る方向においてはリード3の一端から他端まで形成されていることが好ましい。凹凸部がリード3の両面上に形成されていれば、本発明の効果が一層発揮される。
【0034】
リード3に凹凸部を形成させる方法としては、当該リード3にレーザ照射やエッチングを施す方法などが挙げられるが、樹脂パッケージ製作の簡便さから考えるとリード3へのレーザ照射が適している。
【0035】
なお、前述した表面酸化物層および凹凸部は、これらの両方がリード3の中間部11に形成されていてもよい。例えば、リード中間部11に形成された凹凸部の表面に、さらに5〜500nmの厚さを有する酸化物層が形成されていてもよい。
【0036】
極薄板形状の鉄系合金などからなるリード3表面に、レーザ照射によって酸化物層および/または凹凸部を形成する場合は、近赤外の波長域のレーザ光を用いることが望ましい。近赤外のレーザ光としては、照射の際にリードの形状を保ち、かつリード上に酸化物層を形成し得るようなものとして、アレキサンドライトやYAGなどの固体レーザを用いることができる。
【0037】
前記近赤外のレーザ光の波長は、金属によるエネルギーの反射率が低く、吸収率が高くなる1μm近傍であることが特に望ましい。また、このようなレーザ光としてパルスレーザを用いると、一方向において周期的な凹凸部が容易に形成されやすい。Qスイッチ型Nd:YAGレーザから出射される1.06μmのレーザ光はこれらの条件を満たすものとして最適である。Qスイッチ型Nd:YAGレーザを用いた場合、リードが変形せずに当該リード表面に酸化物層が形成されるための出力範囲は、加工点において15Wから50Wであることが望ましい。また、レーザが安定して照射され、リードと樹脂との密着性が良くなるためのQスイッチ周波数は2〜20kHzであり、より好ましくは2〜8kHz、さらには4〜7kHzの範囲であることが好ましい。このような条件でリード表面にレーザ照射を行うことにより、リード表面に凹凸部とともに酸化物層が形成することができるため、より一層の効果を得ることができる。
【0038】
レーザ照射の際、ビーム位置決め方法としてf−θレンズ系を用いたガルバノミラー・スキャニング方式を使えば、表面酸化層および/または凹凸部をリード表面の必要箇所のみに容易に形成することができる。
【0039】
例えば、照射面で80μmのスポット径を有するパルス状のレーザビームを、上述の周波数でリードフレームの被処理面に照射しつつ、中間部11を横切る方向にスキャンする。次に、スキャンした位置から0.1mm〜0.5mm離れたリードフレーム表面にそのレーザビームを照射させながら再度スキャンする。これを数回繰り返すことにより複数のライン状のレーザ光の照射跡をリードフレームの被処理面に残すことができる。レーザ光のスキャン回数は1回以上でよいが、多いほど本発明の効果が大きくなる。このレーザビームは、リードフレームにおいて樹脂に覆われる部分全域に照射されるまでスキャンすれば充分である。
【0040】
したがって、従来のサンドブラスト法のように粗面化を行わない部分(インナーリード部3a、アウターリード部3b)に予めマスキングを施すなどの前処理や治具などは一切不要であり、消耗品コストが削減できる。
【0041】
【実施例】
予め次の方法で予備試験を行い、リードに形成された酸化物層および凹凸部の効果を調べた。
【0042】
(実験1)
まず、図4に示すように、矩形状の基部14aの一端部から幅細の延出片14bが延出されてなり、厚さが0.25mmの42アロイ製の金属板14を用い、表面処理方法を変えることで、4種類の金属板を準備した。表面処理は、以下に示す方法によって、延出片14bの両面のほぼ全面に施した。
【0043】
表面処理A法・・・・定格50W出力のQスイッチ型YAGレーザ照射機によって、波長1.06μm、Qスイッチ周波数6kHz、ビーム走査速度200mm/sec、アパーチャ全開、加工点から100mm下方でのレーザ出力22.2W、照射面におけるスポット径80μmの条件で、レーザビームを照射する。このレーザビームを、0.15mmの間隔をあけて延出片14b上を複数回走査することにより、延出片14bの全面に照射する。
【0044】
表面処理B法・・・・サンドブラスト装置によって、平均粒径14μmのアルミナ粉体を直径3.0mmのノズルから空気圧5Kg/cm2G、送り速度18mm/secの条件でエアブラストする。
【0045】
表面処理C法・・・・定格50W出力のQスイッチ型YAGレーザ照射機によって、波長1.06μm、Qスイッチ周波数12kHz、ビーム走査速度200mm/sec、アパーチャ全開、加工点から100mm下方でのレーザ出力22.2W、照射面におけるスポット径80μmの条件で、レーザビームを照射する。このレーザビームを、0.15mmの間隔をあけて延出片14b上を複数回走査することにより、延出片14bの全面に照射する。
【0046】
表面処理D法・・・・何もしない。
次に、図5に実線で示す引抜き試験片作製用の金型12に、上記A〜Dの表面処理が施された各金属板14の延出片14bの先端部をインサートし、トランスファー成形機を用いて、エポキシ樹脂を165℃、120Kg/cm2、2分の条件で成形した。これらの成形品を試験片とした。
【0047】
引張試験機(テンシロンUCTー5T)によって、金属板とエポキシ樹脂層との引抜接着力(Kg)の測定を、引張速度5mm/minの条件で行った。サンプル数を5とし、平均値を引抜き接着力とした。それらの結果を表1に示した。なお、このときの金属板14の延出片14bとエポキシ樹脂との接着面の大きさは、延出片14bの片面において、幅が4mmであり、引き抜く方向における長さが5mmである。
【0048】
表1に示すように、表面処理Aが施された試験片(以下、単に「試験片A」という、表面処理B〜Dについても同様とする)の引き抜き接着力が最も高くなるという結果が得られた。試験片Cに関しても試験片Bと同程度の引き抜き接着力が得られたことより、レーザ照射によるリードへの表面処理が有効であることが判明した。
【0049】
【表1】
(実験2)
図3に示したリード3が12個連続したリードフレーム板を用意し、各リード3の中間部11の両面に実験1と同様な表面処理A〜Dを施した。前記表面処理B法ではインナーリード部3aとアウターリード部3bとを治具またはシールテープを用いてマスキングし、露出された中間部11をサンドブラスト処理した。前記表面処理A法及びC法ではレーザビーム走査により中間部11にのみレーザを照射した。その後、表面処理A、B、C及びD法により処理したリードフレームを、それぞれトランスファー成形機を用いて図2に示すようなエポキシ樹脂製の中空状の樹脂パッケージを得た。この樹脂パッケージにガラスリッドをエポキシ樹脂接着剤を用いてかぶせて密封し、プレッシャークッカーテストを実施した。テスト条件は、121℃、100%の蒸気中に所定時間放置し、その後25℃の恒温室に30分置き、ガラスリッドに曇の発生することを観察した。サンプル数を10とし、曇の発生するまでの平均時間を耐久時間とし、その結果を表2に示した。耐久時間が長いほど耐湿性は良好と判定した。
【0050】
実験1と同様に表面処理Aの結果が最も良好であり、表面処理Cでもサンドブラスト(表面処理B)とほぼ同様の結果は得られた。
【0051】
【表2】
(実験3)
次いで、実験1の試験片(図5参照)に、Qスイッチ周波数を変えて表面処理Aを施し、前記引抜き接着力のQスイッチ周波数依存性を調べた。サンプル数を5とし、平均値を引抜き接着力とした。それらの結果を図6に示した。Qスイッチ周波数が6−8kHzを境に引抜き接着力、耐久時間共に大きく変化し、7kHz以下で耐久時間が最も良好となると判定した。
【0052】
(実験4)さらに、レーザ照射による酸化物微粒子の付着有無と引抜き接着力との関係を調べた。酸化物微粒子の付着無し状態を作るために、Qスイッチ周波数6kHzで作製した試験片を超音波洗浄機で充分に洗浄し酸化物微粒子を除去した。サンプル数を5とし、平均値を引抜き接着力とした。その結果を表3に示した。酸化物微粒子の有無が引抜き接着力の改善に大きく貢献していると判定した。
【0053】
【表3】
(実験5)
表面処理A,B,Cが施された各試験片(図5参照)について、処理部(延出片14b)に形成された酸化物層の厚さ,および処理部以外の自然酸化物層の厚さを測定した。これら酸化物層および自然酸化物層の厚さの測定方法は以下の通りである。まず、表面処理がなされていない延出片14bの表面に、厚さが比較的厚い酸化物層が形成されるまで、レーザ光を照射させた。そして酸化物層が形成された延出片を切断し、その断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。SEMにより延出片の断面の観察を行うと、酸化物層は金属部分とコントラストが異なって見える。よって、SEMによる顕微鏡写真から観察されるコントラストの違いを利用して、この酸化物層の厚さを測定した。
【0054】
さらに、この延出片において、SEM像による酸化物層の厚さが測定された位置と同じ箇所を、オージェ分光分析により測定した。すなわち、Arイオンでリード表面をエッチングしながら酸素のピークを追跡し、そのピークが低い値に飽和した点を酸化物層と金属との境界とした。このときのオージェ分光分析の条件は、以下の通りである。加速電圧2kVでArイオンによるリード表面をエッチングしながら加速電圧5kV,電流100nA,入射角30度,スポット径数μmで電子線を照射し、エッチング時間および酸素のピーク強度を求めた。その境界までのエッチング時間をSEMから得られた値で校正することにより、単位エッチング時間に対応する酸化物層の厚さを求めた。
【0055】
上記各処理が施された各試験片の延出片14bの表面について、上記の条件でオージェ分光分析を行い、エッチングを行いながら酸素のピークを追跡して、酸素のピークが低い値に飽和した点を酸化物層の境界とし、そこまでのエッチング時間を求めた。このエッチング時間を校正することにより、上記各延出片に形成された酸化物層の厚さを求めた。各延出片において、樹脂に埋め込まれた部分については樹脂と延出片とを機械的に引き剥がすことによりこの表面を露出した後に、上記のようなオージェ分光分析を行った。
【0056】
各試験片の処理部の表面粗度(Rmax)は、表面粗さ計(SURFCOM、(株)東京精密製)を用いて測定した。また、凹凸部のピッチは、その延出片の樹脂に埋め込まれた部分で樹脂と延出片とを機械的に引き剥がして、延出片の表面を露出させ、その表面を加速電圧15kVでSEM観察して求めた。
【0057】
表4から明らかなように、レーザ照射が施された試験片A,Cの処理部にはリードの他の部分に形成された酸化物質より厚い酸化物層が形成された。また、これらの処理部の表面には、凹凸部が形成されていた。一方、サンドブラスト処理がなされた試験片Bに関しては、延出片の表面は粗面化されてはいるものの、ピッチが測定不能であったため、周期的な凹凸部は形成されていないと判定した。これより、レーザ照射による酸化物層および凹凸部が、リードの耐湿性(プレッシャクッカーテストの耐久時間)に貢献していると考えられる。
【0058】
また、レーザ照射によって得られる試験片A,Cの延出片表面の凹凸部のピッチは、パルスレーザの周波数および走査速度から算出された、各延出片の表面におけるスポット間隔に等しかった。従って、パルスレーザが照射された部分の金属が溶融してできた凹凸部がリードの耐湿性の向上に有効であると考えられる。
【0059】
【表4】
次に、各試験片について樹脂と延出片とを機械的に引き剥がして、上記各処理がなされた部分の表面を露出させた。その表面をオージェ分光分析を用いて上記の条件によりArイオンによりエッチングしながら酸素のピークを追跡し、酸素のピークが低い値で飽和した点を酸化物層と金属との境界とし、その境界までのエッチング時間の比を用いることにより、各試験片の処理部と未処理部との酸化物層の厚さの比を求めた。
【0060】
オージェ分光分析の結果、引き抜き接着力および処理部に形成された酸化物層と、プレッシャクッカーテストの耐久時間のいずれの結果も最も良好であった試験片Aについては、処理部の表面酸化物層と自然酸化物層との厚さの比は1.5倍〜500倍であった。
【0061】
また、試験片AおよびCの表面酸化物層上には、さらに酸化物微粒子が付着していた。これらの酸化物微粒子の粒径は、各試験片と延出片とを機械的に引き剥がして、処理がなされた部分の表面を露出させ、その表面を加速電圧15kVでSEM観察して求めた。試験片Aの表面に形成された酸化物微粒子の粒径は、50nm〜1μmであった。
【0062】
【発明の効果】
本発明によれば、厳しいプレッシャークッカーテストにおいても従来以上に耐久時間をのばすことができ、安価で、耐湿性に優れた半導体素子収納用樹脂パッケージを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態で示した中空パッケージの一例を示す概略断面図
【図2】本発明の実施の形態で示した中空パッケージの概略平面図
【図3】本発明の実施の形態で示した中空パッケージの一部を構成するリードフレームの概略平面図
【図4】実施例の予備試験に用いた金属板の平面図
【図5】実施例の予備試験に用いた試験片作成用の金型の平面図
【図6】実施例の引抜き接着力のQスイッチ周波数依存性の結果を示すグラフ
【符号の説明】
1 樹脂パッケージ本体
2 半導体チップ
3 リードフレーム
3a インナーリード部(一端部)
3b アウターリード部(他端部)
11 中間部
11a 酸化物層
Claims (11)
- 半導体チップを収納するための樹脂パッケージ本体と、
一端部が前記樹脂パッケージ本体内に延出されると共に他端部が前記樹脂パッケージ本体外部へ延出され、その中間部が前記パッケージ本体に埋め込まれ、かつ、前記一端部が前記半導体チップと電気的に接続されるリード部材と、
前記リード部材の前記中間部の一部分の表面にQスイッチ型Nd:YAGレーザから出射されるQスイッチ周波数4〜7kHzのレーザ光を照射することにより形成された酸化物層であって、前記リード部材における他の部分に形成された自然酸化物層よりも厚い酸化物層とを備え、前記酸化物層の表面には、さらに酸化物からなる粒径が10nm〜2μmの微粒子が付着されていることを特徴とする樹脂パッケージ。 - 前記酸化物層及び酸化物からなる微粒子は前記リード部材を構成する複数または単一の金属材料のうち少なくとも一種の金属の酸化物からなることを特徴とする請求項1に記載の樹脂パッケージ。
- 前記酸化物層は少なくとも一部分における厚さが5〜500nmの範囲にある酸化物層であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の樹脂パッケージ。
- 前記酸化物層は少なくとも一部分における厚さが前記リード部材における他の部分に形成された自然酸化物層の1.5倍から500倍であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の樹脂パッケージ。
- 半導体チップを収納するための樹脂パッケージ本体と、
一端部が前記樹脂パッケージ本体内に延出されると共に他端部が前記樹脂パッケージ本体外部へ延出され、その中間部が前記パッケージ本体に埋め込まれ、かつ、前記一端部が前記半導体チップと電気的に接続されるリード部材と、
前記リード部材の中間部の表面に長手方向に0.1mm以上の長さにわたって形成され、そのピッチが10〜100μmである周期的な凹凸部と、
前記凹凸部の表面に形成された厚さが5〜500nmの範囲にある酸化物層と、を備え、
前記酸化物層の表面には、さらに酸化物からなる粒径が10nm〜2μmの微粒子が付着されており、
前記凹凸部、酸化物層及び酸化物からなる微粒子は前記リード部材の一部分にQスイッチ型Nd:YAGレーザから出射されるQスイッチ周波数4〜7kHzのレーザ光を照射することにより形成されたものであることを特徴とする樹脂パッケージ。 - 前記凹凸部はその表面粗度がRmaxで1〜100μmであることを特徴とする請求項5に記載の樹脂パッケージ。
- 前記レーザ光は近赤外の波長域のレーザ光であることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載の樹脂パッケージ。
- 前記レーザ光は波長1.06μmのレーザ光であることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれかに記載の樹脂パッケージ。
- 前記樹脂パッケージは半導体チップを収納するためのキャビティを有する中空パッケージであることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれかに記載の樹脂パッケージ。
- 請求項1から請求項9のいずれかに記載の樹脂パッケージと、前記樹脂パッケージ内に収納された半導体チップとを備えることを特徴とする半導体装置。
- 半導体チップとその一端部が電気的に接続されるためのリード部材の中間部に、Qスイッチ型Nd:YAGレーザから出射されるQスイッチ周波数4〜7kHzのレーザ光をパルス状に照射しながら走査することにより、当該リード部材の中間部に酸化物層を形成するとともに、この酸化物層の表面に酸化物からなる微粒子を付着させる工程と、
前記リード部材の他端部を外部に延出するとともに前記中間部を樹脂に埋め込むように、樹脂とリード部材とを一体成形する工程とを含むことを特徴とする樹脂パッケージの製造方法。
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