JPH03273668A - 半導体封止樹脂評価用モールド体及びその使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体封止用モールド樹脂の耐環境性能を評
価するための試験標本として使用される半導体封止樹脂
評価用モールド体及びその使用方法に関するものである
。

［従来の技術］ 近年、半導体メモリＩＣのような量産タイプの半導体素
子は、樹脂モールドの形で製品化されているが、最近は
高密度実装用の低プロフィルのＳＭＤ　（表面実装素子
）も多用されるようになっている。このような素子では
、モールド樹脂の体積に対して内部のチップやリードフ
レームの占める割合が大幅に増大し、その結果としてモ
ールド樹脂は薄くなり、内部は外周近傍までチップが占
有する構造になってきている。従って、基板実装時の半
田付工程での加熱や、製品化後の使用環境に対してより
厳しい耐久性が要求されている。通常、半導体封止用モ
ールド樹脂の半田付耐熱性や環境耐久性などを評価する
には、被検サンプルに半田槽や近赤外加熱炉又はプレッ
シャクツ力等で熱ストレスを与えたり加湿したりした後
に、適当な観察手段で樹脂モールドの劣化つまり外囲環
境に対する耐久性の低下の程度を観察する場合が一般的
である。

その観察手段の１つとして、最近では超音波パルスエコ
ー法（以下超音波法と略記）が用いられるようになって
いる。この超音波法では主として樹脂モールド材と内部
のチップ及び金属フレームつまりリードフレーム、ダイ
フレーム等との接着状態の良否やクラック発生の程度が
評価される。

一般に、異なる物質の境界面ではそれぞれの音響インピ
ーダンスの違いにより入射する超音波エネルギの一部が
反射されるので、この反射エネルギの強さつまり振幅や
位相の変化から境界面の状態やクラック発生の状態を観
察し評価することができる。従って、熱ストレスを与え
る前後で境界面からの反射波を比較すると、例えば境界
面に剥離が発生した場合には、そこに存在する気相部か
ら強い反射や位相の反転が観察されるなど一応境界面の
状態変化を知ることができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、実際に観測される超音波反射波の振幅は、境界
面での反射率のみによるのではなく、樹脂モールド体内
部を超音波が伝播する際の屈折・分散・散乱・吸収など
による音響減衰の影響を大きく受けている。例えば、樹
脂モールド型ＩＣをプレッシャフッカ内部で長時間高温
多湿の環境にさらした場合に、モールド材料のエポキシ
樹脂が加水分解などの化学変化を起してモールド樹脂が
粗な構造となり、その結果超音波が著しく伝搬し難くな
る現象つまり音響減衰が観察されることがある。従って
、プレッシャクツ力で加熱加湿してストレスを与えたＩ
Ｃサンプルのチップ、金属フレームとモールド樹脂との
境界面の密着性を評価するとき、単純に境界面からの超
音波反射波の振幅をストレスを与える前後で比較しただ
けでは、上記の音響減衰の影響により定量的な評価が困
難になるという問題がある。

この問題を解決するため、モールド樹脂の変性による音
響減衰を超音波透過法で測定して、これを基に補正しよ
うとする試みもあるが、超音波透過法による測定では、
送受信２個のトランスデユーサを要するとか、超音波の
ビーム形状を反射法と同一に設定しなければならないな
ど、装置的にも測定技術的にも高度のテクニックを要す
るため、実用化し難い面がある。また、モールド樹脂内
部の反射境界面についても、金属やガラス面などの固体
で形成しようとすると、モールド樹脂との密着状態が再
現性及び安定性共に満足できる状態にならない等の問題
がある。更に、評価すべきモールド樹脂を単に適当な厚
さの切片に仕上げただけでは、熱ストレスを加えるとき
に実際の半導体モールド素子とは異なった熱履歴をたど
ることになり、評価用反射波サンプルとしては不適当で
ある。

本発明の目的は、樹脂モールド型半導体素子のチップ、
金属フレームとモールド樹脂材料とのそれぞれの境界面
の密着性評価を正しく、かつ再現性良く行えるようにし
た半導体封止樹脂評価用モールド体を提供することにあ
る。

本発明の他の目的は、評価用モールド体の特性を実際の
半導体モールド素子を用いて水浸超音波法により評価す
る半導体封止樹脂評価用モールド体の使用方法を提供す
ることにある。

［課題を解決するための手段］ 上述の目的を達成するために、本発明に係る半導体封止
樹脂評価用モールド体及びその使用方法においては、貫
通孔を有する金属フレームをモールド樹脂によって封止
し、該モールド樹脂の外部から前記貫通孔を通過する空
気溜を形成し、該空気溜の奥部に前記貫通孔を有する金
属フレームの表面と平行する平面を設け、前記空気溜に
水の侵入を防止するための密閉栓を施したことを特徴と
するものである。

前記発明に関連する本発明に係る半導体封止樹脂評価用
モールド体の使用方法は、貫通孔を有する金属フレーム
をモールド樹脂によって封止し、該モールド樹脂の外部
から前記貫通孔を通過する空気溜を形成し、該空気溜の
奥部に前記貫通孔を有する金属フレームの表面と平行す
る平面を設け、前記空気溜に水の侵入を防止するための
密閉栓を施した評価用モールド体の前記空気溜上の樹脂
に対する超音波の減衰と、外形がほぼ同形の半導体モー
ルド素子の同位置の樹脂に対する超音波の減衰を、水浸
超音波法により比較することを特徴とする方法である。

［作用］ 上述の構成を有する半導体封止樹脂評価用モールド体及
びその使用方法は、樹脂モールド型半導体素子内部の境
界面の密着性を水浸超音波法で観察する場合に、樹脂モ
ールド体内部での音響減衰を容易に補正することにより
、境界面の密着性評価を定量的に行うことができる。

［実施例］ 本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

第１図は本発明に係る半導体封止樹脂評価用モールド体
及びその使用方法の実施例を示す断面図、第２図はその
内部に封止されている金属フレームの平面形状を例示し
たものである。図面において、１はリードフレーム、２
はグイフレームであり、このグイフレーム２の中心部つ
まり本来はチップが載置される位置の一部に円孔から成
る貫通孔３が設けられている。この貫通孔３の直径は超
音波法で用いる焦点型超音波トランスデユーサの焦点域
における超音波ビーム径以上であればよいが、例えば１
６ビンＤＩＰ型ＩＣの場合には、貫通孔３の直径は３ｍ
ｍ程度が実用上望ましい。第１図は第２図に示すリード
フレーム１及びグイフレーム２にチップを載せることな
く、評価すべきモールド樹脂４によりモールド成型を行
ったモールド樹脂を示している。モールド樹脂４には、
下方に開口しかつ平面状の頂部５が貫通孔３を通過した
深さになっている円筒状の空気溜６が形成されている。

この空気溜６を形成するため、モールド金型の底部に円
筒状の突起を設けておく必要があるが、この突起の外径
はグイフレーム２上の貫通孔３の直径と路間−であり、
例えば実用的には０．１ｍｍ程度小さい方が望ましい。

また、金型の突起の頂部の高さは、空気溜６の頂部５が
グイフレーム２の上面から本来搭載されるべきチップの
厚さに相当する分だけ上方に位置するように決められて
いる。これは樹脂の表面からの厚さが、モールド樹脂４
と実際のサンプルとで等しくなるようにするためである
。また、頂部５の平面はグイフレーム２の面と平行にな
るように、更に面の凹凸は使用される超音波の波長の４
分の１より充分小さくなるような面精度で仕上げる必要
がある。このようなモールド樹脂４の形状や寸法、樹脂
材質或いはリードフレーム１やグイフレーム２の形状や
材質等は特定のものではなく、実際に評価すべき半導体
素子モールドサンプルとは、チップの非搭載と空気溜６
の存在以外は全く同一となるように製作されることが必
要である。

次に、上述のように成型されたモールド樹脂４の使用方
法について説明する。このようなモールド樹脂４は同じ
ものが複数個製作されて２つの群に分離される。その一
方の群を外形がほぼ同形で評価すべき半導体素子モール
ドサンプルと共に、目的とする熱ストレス試験や耐湿性
試験に供する。続いて、水浸超音波法によりモールド樹
脂内部の観察を行うが、この際にモールド樹脂４及びサ
ンプルは第３図に示すように通常水中に設置されて超音
波を照射されることになるので、水中に設置される前に
空気溜６の開口部から水が侵入しないように密閉栓７を
防水性接着剤で固定しておくことが必要である。

このように水中に設置されたモールド樹脂４に対し、超
音波トランスデユーサ８から輻射された超音波ビームＥ
を上方から垂直下方に照射し、空気溜６の頂部５の中心
部にビームＥの焦点を設定して超音波反射波の振幅を測
定する。次に、残りの一部のモールド樹脂４は熱ストレ
ス試験や耐湿性試験は行わずに、そのまま上述と同一の
条件で超音波反射波の振幅を測定する。これらの測定に
より、前者の群において一定の反射波振幅を得るために
設定された受信機のアッテネータ値が群平均でＡｄＢで
あり、後者の群において同じ振幅を得るのに群平均値が
ＢｄＢであったとすると、この場合にＲ＝　（Ｂ−Ａ）
ｄＢ分が熱ストレス試験及び耐湿性試験の結果、モール
ド樹脂４に発生した音響減衰である。従って、前述の評
価すべき半導体素子モールドの反射波振幅の測定時に、
ＢｄＢ方を補正つまりアッテネータ値をＲｄＢ分小さく
設定すれば、モールド樹脂４の熱変性等による音響減衰
が補正されたことになり、測定値は正味の反射波振幅を
表し、チップとモールド樹脂４の境界面の状態を正しく
反映した値が得られる。

上述の実施′例では、ＩＣチップ上にあるモールド樹脂
４の音響減衰が測定できるように、グイフレーム２に貫
通孔３を設け、空気溜６の頂部５の高さを設定した場合
を示したが、リードフレーム１とモールド樹脂４との密
着性を評価する場合には、第４図に示すようなモールド
樹脂４が用いられる。第５図は第４図に示すモールド樹
脂４のリードフレーム１とグイフレーム２とを示すもの
であり、この場合はリードフレームｌ上に貫通孔３を設
け、空気溜９の頂部５の高さがリードフレーム１の表面
と一致するようにモールド金型の底部の突起の高さを決
めてモールド成型を行う。

一方、グイフレーム２とモールド樹脂４との密着性を評
価する場合には、第２図に例示したようなグイフレーム
２を用い、第６図に示すようにモールド樹脂４の表面か
ら底面に向う空気溜１゜を設け、この空気溜１ｏの奥部
の底面１１がグイフレーム２の裏面と一致するように、
モールド金型の頂部に突起を設けてモールド成型を行え
ばよい。

なお、本実施例のモールド樹脂４は水中では表裏逆様に
設置して裏面から超音波法で測定する。

以上の各実施例では何れも密閉栓７は単に空気溜への水
の侵入を防止するだけの目的で作られていたが、第７図
に示す実施例は密閉栓７ａを熱ストレスに対する影響が
できる限り被検サンプルに近くなるように構成した場合
を示している。

ここでは、密閉栓７ａの頂部と空気溜６の頂部５との間
隔がＯ，ｌｕｍ以上５００ｕｍ以下、なるべくはＩｕｍ
以上５０ｕｍ以下となるように密閉栓７ａの高さを選択
することが望ましい。また、密閉栓７ａの材質はモール
ド樹脂４と同一であり、硬化条件も同一とする。このよ
うにして製作された密閉栓７ａを、接着剤によりモール
ド樹脂４の空気溜６に装着固定して超音波法による測定
を行えば、熱ストレスに対する影響を検査すべきサンプ
ルに近似させることができる。

なお、以上の実施例では金属フレームに設ける貫通孔３
として円孔を例示したが、その開口が超音波ビームの焦
点の大きさに比較して十分大きければ、円形以外の形状
例えば多角形や楕円形であってもよい。

また金属フレームとしては、金属箔単独又は金属箔と絶
縁用フィルムとから構成されたＴＡＢ（Ｔａｐｅ　Ａｕ
ｔｏｍａｔｅｄ　Ｂｏｎｄｉｎｇ）用キャリアテープを
用いてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明に係る半導体封止樹脂評価用
モールド体及びその使用方法は、水浸超音波法により樹
脂モールド型のチップ、リードフレーム及びグイフレー
ムとモールド樹脂材料とのそれぞれの境界面について、
超音波反射波の振幅強度を定量的に測定することが可能
となり、境界面の密着性評価を正しく行うことができる
。また、境界面として樹脂空気界面を利用することによ
り、安定性及び再現性に優れている。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る半導体封止樹脂評価用モールド体及
びその使用方法の実施例を示し、第１図は断面図、第２
図は金属フレームの平面図、第３図は使用状態の説明図
、第４図はｉＲ２の実施例の断面図、第５図は金属フレ
ームの平面図、第６図は第３の実施例の断面図、第７図
は第４の実施例の断面図である。 符号ｌはリードフレーム、２はグイフレーム、３は貫通
孔、 ４はモールド樹脂、 ５は頂部、 ６゜ ９、 ０は空気溜、 ７゜ ７ａは密閉栓、 ８は超音 波トランスデユーサである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、貫通孔を有する金属フレームをモールド樹脂によっ
   て封止し、該モールド樹脂の外部から前記貫通孔を通過
   する空気溜を形成し、該空気溜の奥部に前記貫通孔を有
   する金属フレームの表面と平行する平面を設け、前記空
   気溜に水の侵入を防止するための密閉栓を施したことを
   特徴とする半導体封止樹脂評価用モールド体。 ２、貫通孔を有する金属フレームをモールド樹脂によっ
   て封止し、該モールド樹脂の外部から前記貫通孔を通過
   する空気溜を形成し、該空気溜の奥部に前記貫通孔を有
   する金属フレームの表面と平行する平面を設け、前記空
   気溜に水の侵入を防止するための密閉栓を施した評価用
   モールド体の前記空気溜上の樹脂に対する超音波の減衰
   と、外形がほぼ同形の半導体モールド素子の同位置の樹
   脂に対する超音波の減衰を、水浸超音波法により比較す
   ることを特徴とする半導体封止樹脂評価用モールド体の
   使用方法。