JPH0883861A - 半導体パッケージ被覆用金属箔材料および半導体装置 - Google Patents

半導体パッケージ被覆用金属箔材料および半導体装置

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JPH0883861A
JPH0883861A JP7033677A JP3367795A JPH0883861A JP H0883861 A JPH0883861 A JP H0883861A JP 7033677 A JP7033677 A JP 7033677A JP 3367795 A JP3367795 A JP 3367795A JP H0883861 A JPH0883861 A JP H0883861A
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resin
foil material
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Hitomi Shigyo
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Yuji Hotta
祐治 堀田
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Nitto Denko Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐湿性、耐半田性および耐熱衝撃性等に優
れた信頼性の高い半導体装置を実現する。 【構成】 半導体素子を樹脂で封止してなる半導体パ
ッケージの表面に、溶融状態の封止用樹脂と接触するこ
ととなる面の接触角(水との接触角)が110°以下で
ある金属箔材料、あるいは室温時の引張強さが5.0〜
20.0kgf/mm2 で伸びが20%以上である金属
箔材料を固着する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子を樹脂で封
止してなる半導体パッケージの表面に固着される金属箔
材料、およびこれを備えた半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】トランジスタ、ICおよびLSI等の半
導体装置は、従来、セラミックパッケージ等により封止
され半導体装置化されていたが、コスト、量産性の観点
から、プラスチックパッケージを用いた樹脂封止が主流
になっている。この種の樹脂封止には、従来からエポキ
シ樹脂が使用されており良好な成績を収めている。
【0003】一方、半導体装置分野の技術革新によって
集積度の増大化とともに素子寸法の大型化が進んでいる
反面、パッケージの小型化、薄型化の要請が強く、その
ため、封止用の樹脂材料の占める容積率が減少してい
る。このような事情から、封止材料については、半導体
装置の熱応力を低減できるような特性、耐湿信頼性、耐
熱衝撃試験に対する信頼性など各種特性の向上が要求さ
れている。
【0004】特に、近年、半導体素子サイズは益々大型
化する傾向にあり、半導体封止樹脂の性能評価用の加速
試験である熱サイクル試験(TCTテスト)に対するよ
り以上の性能の向上が要求されている。また、半導体パ
ッケージの配線基板への実装方法として、配線基板に孔
を開けずに直接半田付けする表面実装が主流となってき
ており、このため、半導体パッケージを吸湿した状態で
半田溶融液に浸漬してもパッケージにクラックや膨れが
発生しないという特性が要求されている。
【0005】これらの要求に対して従来から、TCTテ
ストで評価される各特性の向上のためにシリコーン化合
物でエポキシ樹脂を変性して熱応力を低減させることが
検討されている。また、半田浸漬時の耐クラック性の向
上のためにリードフレームとの密着性の向上等も検討さ
れてきたが、その効果はいまだ充分ではない。
【0006】そこで、本願発明者らは、プラスチックパ
ッケージが薄型化しても耐湿性、耐半田性、および耐熱
衝撃性に優れ、高信頼性を持つ半導体装置を得るため
に、金属箔によりプラスチックパッケージ表面を被覆す
ることを提案し、その方法として、半導体素子を封止す
る樹脂を金型を用いて成形加工する際に、金型の成形面
に金属箔材料を仮固定した後、樹脂を注入、成形するこ
とにより、プラスチックパッケージ表面に金属箔材料を
直接固着させる方法を提案した。また、そのような場合
の金型成形面への金属箔材料の仮固定方法として、金属
箔材料上に仮固定用の接着剤層を設ける方法、あるいは
真空吸着、磁力、重力などの物理的手段を用いて金型成
形面に金属箔材料を仮固定する方法を提案している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
にしてプラスチックパッケージ表面に金属箔材料を直接
固着させることにより製造される半導体パッケージにお
いては、封止樹脂の成形時や成形後の硬化時、あるいは
配線基板への当該パッケージの実装時などの熱応力負荷
時に金属箔が剥がれることがあり、その結果、パッケー
ジ表面を金属箔で被覆したことにより得られるはずの効
果、例えばTCTテストにおける信頼性の向上や半田溶
融液浸漬時の耐クラック性の向上等の効果が一部損なわ
れるという問題が生じていた。
【0008】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、主として、パッケージ成形時および成形後の
樹脂硬化時における封止樹脂と金属箔材料との固着不良
や、配線基板への実装時におけるパッケージ表面からの
金属箔材料の剥がれを防止することにより、パッケージ
表面に対する金属箔材料の被覆による効果が充分に得ら
れるようにし、ひいては耐湿性、耐半田性および耐熱衝
撃性等に優れた信頼性の高い半導体装置を実現すること
を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、本
願の第1発明は、半導体素子を樹脂で封止してなる半導
体パッケージの表面に固着される金属箔材料であって、
上記パッケージの成形時に封止用樹脂と接触することと
なる当該金属箔材料面の水に対する接触角が110°以
下であるもので構成されていることを特徴とする。
【0010】また、本願の第2発明は、半導体素子を樹
脂で封止してなる半導体パッケージの表面に固着される
金属箔材料であって、室温時における引張強さが5.0
〜20.0kgf/mm2 で伸びが20%以上であるこ
とを特徴とする。
【0011】さらに、本願第3発明の半導体装置は、半
導体パッケージ表面に上記第1発明または第2発明の金
属箔材料を固着させたことを特徴とする。上記第1発明
の金属箔材料において、封止用樹脂と接触することとな
る当該金属箔材料面の水に対する接触角は好ましくは1
10°以下、特に100°以下が良い。接触角が110
°より大きいと樹脂との濡れ不足のために金属箔材料と
封止用樹脂との界面にエアポケットを生じ、その結果、
成形時や成形後硬化時、あるいは実装時などの熱応力負
荷時に金属箔材料が剥がれるおそれがあるからである。
【0012】一方、上記第2発明の金属箔材料におい
て、上述のように室温時の引張強さを5.0〜20.0
kgf/mm2 の範囲とし且つ伸びを20%以上(つま
り金属箔材料の両端を引っ張って20%以上伸ばしたと
きでも破断しないこと)としたのは、熱応力負荷や成形
収縮もくしはアト収縮等によって封止用樹脂ないしパッ
ケージが変形しても、当該金属箔材料がそのような変形
に柔軟に対応してパッケージ表面から剥がれないように
するためであり、また熱応力負荷によるパッケージのク
ラック発生を効果的に防止するのに上述した程度の値が
必要だからである。ここで、金属箔材料の引張強さや伸
びを室温時のものとして規定したのは、通常この種の物
性値を特定するのに室温下での測定値を用いるのが便利
であること、また室温時での値を特定しておけば、それ
以外の温度においても室温時の値にほぼ比例した所要の
値が期待できること等の理由による。金属箔材料の室温
時での引張強さや伸びについては、その厚みも関係する
ので、上述の範囲内で特に好ましい値を特定するのは難
しい。金属箔材料の厚みを特定したときに、それに応じ
た好ましい値が上述の範囲内で定められる。
【0013】第1発明または第2発明の金属箔材料は、
成形時の樹脂温度や金型温度に耐えうるように300°
C以上の融点を有するものでなければならないが、この
条件を満たすものであれば特に金属の種類は限定されな
い。このようなものとしては、例えば、アルミニウム、
ステンレススティール、銅、ニッケルなどがあげられ
る。
【0014】また、金属箔材料の厚みは、1μm〜30
0μmの範囲、好ましくは5μm〜200μmの範囲に
設定される。厚みが1μm以下のものはその取扱いが困
難であり、300μmを超えると半導体素子を包む樹脂
の厚さが減少し、射出時における樹脂の流動性が悪くな
る。
【0015】本願第3発明の半導体装置は、例えば、半
導体素子を封止する樹脂を金型を用いてトランスファ成
形または射出成形により成形加工する際に同金型の成形
面に本願第1発明または第2発明の金属箔材料を仮固定
し、その後に金型内へ樹脂を注入して成形することによ
り製造される。ここで、参考のために、その成形加工方
法の一例を図面を参照しながら説明する。
【0016】まず、図1の(A)に示すように、開かれ
た金型1、2の成形面に金属箔材料3を仮固定する。次
いで、同図(B)に示すように、封止すべき半導体素子
4にリードフレーム5を伴ったものを供給する。次に、
同図(C)に示すように、金型1、2を閉じた後、その
金型内に封止材料としての樹脂6を注入して成形・硬化
させる。硬化後、金型1、2を開いて、同図(D)に示
すように樹脂6の表面に金属箔材料3が固着された半導
体装置を取り出す。なお、上記の場合において、仮固定
とは、金型の開閉動作によっても脱落せず、樹脂成形後
は金型から容易に剥離させうる程度の固着性を意味す
る。
【0017】図2に上記金属箔材料3の構造例を模式的
に拡大して示す。ここに例示した金属箔材料3において
は、金属箔7の片面に金型成形面への仮固定用の接着剤
層8が設けられている。これは、金型1、2内へ樹脂6
を注入する際に金属箔材料3のセット位置が変化した
り、樹脂6が金属箔材料3と金型成形面との間に流れ込
んだりしないようにするためのものである。また、図示
省略したが、金属箔7の裏面に封止用樹脂材料との接着
性を強化するアンカー用の下塗剤層(例えばシランカプ
リング剤層など)を設けてもよい。
【0018】上記仮固定用の接着剤層としては、金型が
高温になるため、例えば、フェノキシ樹脂、エチレン=
酢酸ビニル共重合体、ポリエステル樹脂等の熱溶融性の
接着剤、あるいはエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が用い
られる。この接着剤層の厚みは5μm〜100μmの範
囲が好ましい。なお、この種の接着剤層には粘着剤層も
含まれる。
【0019】図3に、仮固定用として接着剤層を用いた
場合に得られる半導体装置の模式的断面図を示す。これ
の特徴は、金属箔7の表面9が周囲の樹脂表面10より
も陥没していることである。
【0020】さらに、金型への仮固定用接着剤層には、
封止用樹脂と相溶性に優れた材料として、例えばエポキ
シ樹脂やフェノキシ樹脂を用いることができる。なお、
接着剤層を設けずに、例えば真空吸着、磁力、重力など
の物理的手段により金型成形面への金属箔の仮固定を実
施することもできる。この方法により得られた半導体装
置の特徴は、図4に例示するように金属箔7の表面9と
周囲の樹脂表面10とが同一平面となっていることであ
る。
【0021】なお、図3および図4は本発明の半導体装
置の一例をそれぞれ示したもので、本発明の半導体装置
がこれらに限られないことは勿論である。例えば、同図
に示した半導体装置では半導体パッケージの両面に金属
箔7が固着されているが、本発明の半導体装置には、半
導体パッケージの片面にしか金属箔が固着されていない
ようなものも含まれる。
【0022】また、半導体素子の封止用樹脂材料として
は熱硬化性樹脂が用いられ、例えば、エポキシ樹脂、フ
ェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル
樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリフェニレンサルフ
ァイド等があげられる。この中でもエポキシ樹脂を使用
することが好ましい。その場合、エポキシ樹脂には、硬
化剤、硬化促進剤、充填剤等の従来公知の添加剤が配合
されエポキシ樹脂組成物として使用される。また、上記
熱硬化樹脂には、シリコーンオイル、ワックス類などの
金型に対して離型効果を有する離型剤を0.01〜5重
量%含有させることができる。
【0023】上記金属箔材料を用いてプラスチックパッ
ケージを被覆する場合、そのパッケージ表面積の20%
以上を被覆するのが好ましく、特に80%以上が好まし
い。20%以上被覆することにより、得られる半導体装
置のTCTテストにおける信頼性や半田溶融液浸漬時の
耐クラック性が向上し、特に80%以上の場合にそのよ
うな性能の向上が著しいからである。
【0024】さらに、半導体装置の製品名、製造ロット
番号等の個体識別情報は、成形前あるいは成形後に、プ
ラスチックパッケージ表面に記録されるが、この発明に
おいては、金属箔表面に記録されることが好ましい。こ
の個体識別情報は、一般的な方法であるレーザマーキン
グ、スタンプなどの方法により記録してもよい。また、
大量情報の記録を行う場合は、感光性樹脂を使用するこ
とが好ましい。この方法は、感光性樹脂を用いて金属箔
上に感光性樹脂層を形成し、これにマスクフィルムを介
した紫外線(UV)露光法等の方法により光を照射して
個体識別情報を記録するという方法である。上記感光性
樹脂は、アクリル系、エポキシ系、ポリイミド系の感光
性樹脂が挙げられ、このなかでも、耐熱性の観点から、
ポリイミド系の感光性樹脂を用いることが好ましい。ま
た、記録層の厚みは、0.1〜20μm、好ましくは1
〜5μmの範囲に設定される。金属箔表面に個体識別情
報を記録する場合、金属箔として、下記の特性(A)あ
るいは特性(B)を有する金属箔を使用することが好ま
しい。 (A)金属箔表面の光沢度が、JIS Z8741にお
いて70〜250%の範囲である。 (B)平均表面粗さが、0.1〜10μmである。 このような金属箔を使用することにより、余分な反射光
の影響が除去され、広い角度から個体識別情報を正確に
認識することができる。また、よりコントラストを得る
ため、色材層を金属箔上に設けてもよい。
【0025】
【作用】本発明の金属箔材料は、半導体素子を樹脂で封
止して半導体パッケージを成形加工する際に、例えば金
型の成形面に仮固定された状態で樹脂注入されることに
より、そのパッケージ表面に固着される。
【0026】その場合、特に第1発明の金属箔材料にお
いては、封止用樹脂と接することとなる面の接触角が1
10°以下となるように設定されているので、その面に
封止用樹脂が良くなじむこととなる。その結果、封止用
樹脂と金属箔材料との密着性が向上し、両者の界面にお
けるエアポケットの発生等が防止される。これにより、
半導体パッケージの成形時や成形後硬化時、あるいは実
装時などの熱応力負荷時に金属箔材料がパッケージ表面
から剥がれるおそれを解消することができる。
【0027】また、特に第2発明の金属箔材料によれ
ば、室温時の引張強さが5.0〜20.0kgf/mm
2 で伸びが20%以上とされていることにより、封止用
樹脂ないしパッケージが熱応力負荷や成形収縮もくしは
アト収縮等によって変形しても、当該金属箔材料がその
ような変形に柔軟に対応して、封止用樹脂ないしパッケ
ージの表面との密着性を保持することができる。したが
って、これによってもパッケージ表面からの金属箔材料
の剥離が効果的に防止されることになる。
【0028】こうしてパッケージ表面に固着された金属
箔材料は、樹脂の吸湿を防ぐとともに、半導体装置がプ
リント配線基板に実装されたのち半田溶融液に浸漬され
た際の耐熱衝撃を緩和する。このとき、特に第2発明の
金属箔材料が固着された半導体装置においては、金属箔
材料の引張強さ等が上述の値を有することにより、半田
溶融液浸漬時等におけるパッケージクラックの発生が効
果的に防止されることとなる。
【0029】また、このような金属箔材料の表面に個体
識別情報を記録しておいた場合には、これを情報記録ラ
ベルとして使用することができる。
【0030】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。ま
ず、本発明の実施例1〜4に共通する事項について述べ
る。
【0031】エポキシ樹脂組成物を用い、半導体素子を
トランスファ成形(条件:175°C×2分、175°
C×5時間−後硬化)により樹脂封止してパッケージ表
面に金属箔材料を固着させた半導体装置を作製した。
【0032】その場合、金属箔材料として、基材厚40
μmのアルミニウム基材の上に仮固定用接着剤層として
フェノキシ樹脂層(厚み50μm)を設けたものを使用
し、まず、これをそのフェノキシ樹脂層を介して成形用
金型の成形面上に仮固定した(図1の(A)参照)。こ
のような金型上への金属箔材料の仮固定は、フェノキシ
樹脂のTg(ガラス転移温度)が100°C以下のた
め、容易に行うことができた。次に、金型内に半導体素
子をセットした上で通常の手法でエポキシ樹脂組成物を
注入し、成形を行った(図1の(B)および(C)参
照)。こうして得られた半導体装置においては、例えば
同図の(D)または図4に示したように、金属箔材料の
片面に設けられていたフェノキシ樹脂層は実質的になく
なっていた。
【0033】なお、ここで製作したパッケージは80ピ
ン4方向フラットパッケージ(80pin QFP、サイズ
20mm×14mm×2mm)であり、ダイパッドサイ
ズは8mm×8mmである。また、使用したアルミニウ
ム基材は、サイズが18mm×12mmものであり、こ
れをパッケージの両面に固着させた。 <実施例1、2および比較例1、2>上述の場合におい
て、本発明の実施例1および2では、上記金属箔材料を
構成するアルミニウム基材として、次のようなものをそ
れぞれ使用した。
【0034】実施例1 パッケージの成形時に封止用樹脂と接触することとなる
当該基材面の接触角(水との接触角、以下同じ。)が9
0°となるアルミニウム材。
【0035】実施例2 パッケージの成形時に封止用樹脂と接触することとなる
当該基材面の接触角が100°となるアルミニウム材。
【0036】また、これらの実施例に対する比較例とし
て、次のような半導体装置を作製した。 比較例1 パッケージの成形時に封止用樹脂と接触することとなる
当該基材面の接触角が120°となるアルミニウム材を
パッケージ両面に固着させた半導体装置。
【0037】比較例2 パッケージ両面にアルミニウム材を固着させていない半
導体装置。このようにして得られた実施例1、2および
比較例1、2の半導体装置の性能を調べるため、−50
°C/5分〜150°C/5分のTCTテストと、85
°C/85%相対湿度の恒温槽中に当該半導体装置を放
置して吸湿させた後260°Cの半田溶融液に10秒浸
漬する実験とをそれぞれ行い、各場合のクラック発生個
数を測定した。また、封止樹脂の成形後、硬化後ならび
にTCTテスト後の各場合において、封止樹脂表面(パ
ッケージ表面)からアルミニウム材が剥離しているかど
うかを超音波探査装置を用いて観察した。これらの結果
を表1に示す。
【0038】
【表1】
【0039】同表に示すように、比較例1ではアルミニ
ウム材の剥離を生じたものやパッケージにクラックが発
生したものが相当数あり、また比較例2ではさらにクラ
ック発生数が多かったのに対し、実施例1、2では剥離
およびクラックの発生はほとんどないか、あっても僅か
であった。こうして、上記実施例1、2によれば、金属
箔材料であるアルミニウム材がパッケージ表面から剥が
れることが防止され、耐湿性、耐半田性および耐熱衝撃
性等の特性が高められることが確認できた。
【0040】なお、以上の実施例は、金属箔材料として
基材厚みが一定のアルミニウム材を使用したものである
が、その基材厚みを変えて上述のようなテスト等を行っ
たところ、本発明で特定した接触角を有する金属箔材料
をパッケージ表面に固着させたものは、その金属箔の厚
みにかかわらず、耐湿性、耐熱衝撃性に優れていること
も判明した。 <実施例3、4および比較例3、4、5>本発明の実施
例3および4では、上記金属箔材料を構成するアルミニ
ウム基材として、次のようなものをそれぞれ使用した。
【0041】実施例3 室温時における引張強さが7.0kgf/mm2 で伸び
が43%のアルミニウム材1060−0(JIS規
格)。
【0042】実施例4 室温時における引張強さが19.0kgf/mm2 で伸
びが20%のアルミニウム材2024−0(JIS規
格)。
【0043】また、これらの実施例に対する比較例とし
て、次のような半導体装置を作製した。 比較例3 室温時における引張強さが29.5kgf/mm2 で伸
びが21%のアルミニウム材5182−0(JIS規
格)をパッケージ両面に固着させた半導体装置。
【0044】比較例4 室温時における引張強さが13.5kgf/mm2 で伸
びが6%のアルミニウム材1060−H18(JIS規
格)をパッケージ両面に固着させた半導体装置。
【0045】比較例5 パッケージ両面にアルミニウム箔を固着させていない半
導体装置(比較例2と同じもの)。
【0046】このようにして得られた実施例3、4およ
び比較例3〜5の半導体装置について、上述した実施例
1等の場合と同じテスト等を行った。その結果を表2に
示す。
【0047】
【表2】
【0048】同表に示すように、実施例3、4でも剥離
およびクラックの発生はほとんどないか、あっても僅か
であった。こうして、実施例3、4においても、金属箔
材料であるアルミニウム材がパッケージ表面から剥がれ
ることが防止され、耐湿性、耐半田性および耐熱衝撃性
等の特性が高められることが確認できた。
【0049】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、半導体
パッケージの表面に固着された金属箔がパッケージ成形
時、成形後の硬化時および実装時などの熱応力負荷時に
おいてパッケージ表面から剥がれることを防止できるの
で、半導体装置における金属箔の被覆による効果を一層
高めることができる。すなわち、この種の金属箔の被覆
により、TCTテストにおいて評価される特性が向上し
長寿命となる。また、金属箔がパッケージを補強し、熱
衝撃を緩和するため、半田溶融液に浸漬しても、パッケ
ージクラックの発生が防止されるようになる。また、金
属箔表面に感光性樹脂により記録層を形成することによ
り大量情報の記録や自動認識が可能となる。また、上記
金属箔において表面が特定の光沢度あるいは表面粗さを
有するものを使用することにより、余分な反射光の影響
等を除去することが可能となり、個体識別情報の正確な
認識が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明半導体装置について、その製造方法の一
例を説明するために使用した工程図
【図2】本発明半導体パッケージ被覆用金属箔材料の構
造の一例を模式的に示す図
【図3】本発明半導体装置の構造の一例を模式的に示す
断面図
【図4】同じく本発明半導体装置の構造の他の一例を模
式的に示す断面図
【符号の説明】 1、2・・・金型 3・・・金属箔材料 4・・・半導体素子 6・・・封止用樹脂 8・・・接着剤層

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体素子を樹脂で封止してなる半導体
    パッケージの表面に固着される金属箔材料であって、上
    記パッケージの成形時に封止用樹脂と接触することとな
    る当該金属箔材料面の水に対する接触角が110°以下
    であるもので構成されていることを特徴とする半導体パ
    ッケージ被覆用金属箔材料。
  2. 【請求項2】 半導体素子を封止する樹脂を金型を用い
    て成形加工する際に同金型の成形面に仮固定され、その
    後の金型内への樹脂の注入、成形により半導体パッケー
    ジ表面に固着される金属箔材料であって、上記パッケー
    ジの成形時に封止用樹脂と接触することとなる当該金属
    箔材料面の水に対する接触角が110°以下であるもの
    で構成されていることを特徴とする半導体パッケージ被
    覆用金属箔材料。
  3. 【請求項3】 半導体素子を樹脂で封止してなる半導体
    パッケージの表面に固着される金属箔材料であって、室
    温時における引張強さが5.0〜20.0kgf/mm
    2 で伸びが20%以上であることを特徴とする半導体パ
    ッケージ被覆用金属箔材料。
  4. 【請求項4】 半導体素子を封止する樹脂を金型を用い
    て成形加工する際に同金型の成形面に仮固定され、その
    後の金型内への樹脂の注入、成形によりパッケージ表面
    に固着される金属箔材料であって、室温時における引張
    強さが5.0〜20.0kgf/mm2 で伸びが20%
    以上であることを特徴とする半導体パッケージ被覆用金
    属箔材料。
  5. 【請求項5】 少なくとも片面に、金型の成形面へ仮固
    定可能な接着剤層が設けられていることを特徴とする請
    求項1〜4のいずれかに記載の半導体パッケージ被覆用
    金属箔材料。
  6. 【請求項6】 接着される半導体パッケージに関する個
    体識別情報が表面に記録されていることを特徴とする請
    求項1〜4のいずれかに記載の半導体パッケージ被覆用
    金属箔材料。
  7. 【請求項7】 請求項1〜4のいずれかに記載の金属箔
    材料が半導体パッケージ表面に固着されていることを特
    徴とする半導体装置。
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