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
【０００１】
【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
【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】
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】
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】
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】
【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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