專利名稱：半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體裝置，尤其半導(dǎo)體集成電路裝置，一般使用引線框架進(jìn)行制造。
引線框架的典型形狀示于圖6。該引線框架100包括用于確保整體強(qiáng)度的外框101，用稱作連桿102的連接構(gòu)件與該外框連接并設(shè)于中央部的基片襯墊部(也稱作島部)103，配設(shè)在其周圍的多個引線104。該多個引線104的基片襯墊103側(cè)的內(nèi)端部與基片襯墊103隔開著，在各引線的中途用稱作閉合桿105的連接構(gòu)件與外框101連接著。比閉合桿105更外側(cè)的部分是在后述的樹脂封止后向外露出的部分，被稱作外引線104a，比其更內(nèi)側(cè)的部分是被樹脂封止的部分，被稱作內(nèi)引線104b。
作為引線框架的材料雖然也使用鎳合金，科伐鐵鎳鈷合金等，但近年來銅或以銅作為主要成分的銅合金等成為主流。
在這樣的引線框架100的基片襯墊部103上，將該半導(dǎo)體芯片用銀糊劑的導(dǎo)電性粘接劑或焊料帶等來固定，將該半導(dǎo)體芯片上的電極與引線的內(nèi)端部用導(dǎo)線通過導(dǎo)線搭接進(jìn)行連接，用樹脂將整體封止，將殘存于樹脂封止體外的閉合桿105切斷后，進(jìn)行從該樹脂封止體伸出的外引線104a的折變的成形，通常為了提高外引線組裝的連接特性而進(jìn)焊料度等，從而獲得半導(dǎo)體裝置的成品。
對于該引線框架，其與導(dǎo)線的連接特性，作為成品的外引線向印刷基板等的連接特性必須良好。
之所以使這些連接特性劣化，是由于引線框架因自身的氧化而形成氧化膜的緣故。這是由于在原材料制造，保管工序及半導(dǎo)體組裝工序中的熱過程而產(chǎn)生于引線框架表面上。銅雖然電氣特性良好，但存在容易氧化的缺點(diǎn)，為了不使產(chǎn)生氧化膜，通常在沖裁或蝕刻等剛制造引線框架后立即在表面上形成防銹被膜。作為該防銹被膜，通常使用三氯甲苯(BTA)系的被膜。
又，如前所述，內(nèi)引線與半導(dǎo)體芯片利用導(dǎo)線進(jìn)行連接。對于導(dǎo)線有如下要求。經(jīng)過長時期不腐蝕，延展性優(yōu)異而加工容易，在大氣中的起球(球化)容易等，作為滿足這些條件的條件的導(dǎo)線通常使用金導(dǎo)線。
又，為了提高該導(dǎo)線與內(nèi)引線的連接的可靠性，通常在內(nèi)引線的導(dǎo)線搭接部位上施加銀或鈀等等的貴金屬電鍍。
但是，以往為防止氧化而在引線框架制造工序中涂布于引線框架上的三氯甲苯系的防銹劑的被膜耐熱溫度高，為了確保良好的基片及導(dǎo)線搭接性必須在導(dǎo)線搭接工序中加熱至350℃以上以使完全地分解。由于在導(dǎo)線搭接中不能用這樣的高溫，三氯甲苯系的防銹劑只能應(yīng)用于在基片粘接工序中至350℃以上溫度的高溫其片粘接方式，例如采用在400℃附近的氣氛溫度中進(jìn)行的焊片粘接方式的半導(dǎo)體裝置中。又，在這樣的防銹劑中含有各種成份，其中也有在200℃左右(日文臺后半)也進(jìn)行分解的成份，因此，局部形成氧化被膜，那樣的氧化被膜在后面的工序中剝離而往往對制造方面造成不良影響。
又，由于該防銹劑通過受到組裝工序中的熱過程分解而生成殘留物，故使樹脂封止工序中的樹脂與引線框架的密接性劣化，還導(dǎo)致半導(dǎo)體裝置的可靠性降低。
另一方面，對半導(dǎo)體裝置降低成本的要求日趨強(qiáng)烈，而所述那樣的半導(dǎo)體裝置中的貴金屬的成本所占比例極大，成為降低成本的障礙。例如，作為在導(dǎo)線搭接工序中采用的配線材料的金是高價的，并且市場的價格變動也大，由于金導(dǎo)線購入價格的大半是鉛合金費(fèi)用，故成本的削減也接近界限。
雖然也在作廢止其他貴金屬的努力，但在替代材料及不使用貴金屬的制造方法中也分別存有缺點(diǎn)，還沒有決定性的材料。
又，在基片粘接中所使用的銀糊劑使用價格高，可能價格變動的貴金屬的銀，并在焊料帶有含有鉛。鉛因環(huán)境被指定為有害物質(zhì)，最好不使用，雖然研討了對銀及鉍(Bi)等材料替換的問題，但目前還未發(fā)現(xiàn)在價格方面，特性方面，作業(yè)性方面勝于焊料的材料。
又，以外引線(外部引線)上通常進(jìn)行電鍍Sn-Pb焊料或電鍍鈀(Pd)。如前所述，焊料電鍍中所含的鉛被指定為有害物質(zhì)，鈀是高價的貴金屬，最好都避免使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決這樣的各種問題而作成的，其目的在于，提供不使用貴金屬及鉛的，能獲得高可靠性的，能降低成本的半導(dǎo)體裝置。
采用本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，包括半導(dǎo)體芯片，具有搭載所述半導(dǎo)體芯片的基片襯墊部和內(nèi)端被配設(shè)成位于該基片襯墊部的周圍的多個引線，沒有防銹被膜殘?jiān)馁v金屬引線框架，將所述半導(dǎo)體芯片上的電極與所述多個引線的內(nèi)端部直接連接的銅導(dǎo)線，將所述半導(dǎo)體芯片、所述引線框架的大部分和所述銅導(dǎo)線氣密封止的樹脂封止體。
又，采用本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括以下工序準(zhǔn)備具有基片襯墊部和內(nèi)端位于其周圍地配設(shè)的多個引線，并用高導(dǎo)電性賤金屬構(gòu)成的引線框架，在所述引線框架的表面上涂布非三氟甲苯系防銹劑，在加熱氣氛中使用非金屬系糊劑進(jìn)行將半導(dǎo)體芯片固定在所述基片襯墊上的基片粘接，用銅導(dǎo)線連接所述半導(dǎo)體芯片上的電極與所述引線框架的引線內(nèi)端部的導(dǎo)線搭接，除引線的一部分以外用樹脂封止而形成樹脂封止體，進(jìn)行從所述樹脂封止體伸出的引線的成形。


圖1是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的實(shí)施形態(tài)的元件剖視圖。
圖2是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序的流程圖。
圖3是表示使用超聲波探傷裝置所發(fā)現(xiàn)的剝離部分的標(biāo)志的模樣的說明圖。
圖4是表示因防銹劑的不同引起剝離發(fā)生狀況不同的曲線圖。
圖5是表示因使用非BTA系防銹劑而提高生產(chǎn)率的一例的圖表。
圖6是表示典型的引線框架形狀的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
以下，詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。
圖1是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的實(shí)施形態(tài)的元件剖視圖。
該半導(dǎo)體裝置10，半導(dǎo)體芯片11被固定在銅或銅合金的引線框架的基片襯墊部12上，半導(dǎo)體芯片上的電極與引線框架的內(nèi)引線13用銅導(dǎo)線14連接。這里所使用的引線框架是銅或以銅為主要成分的合金。
作為銅系的引線框架的材料，已知有例如下述的材料(單位是重量％)。
KFCFe0.1，P0.03，其余為銅，合金194Fe2.4，Zn0.12，P0.03，其余為銅，KLF-1Ni3.2，Si0.7，Zn0.3，其余為銅，KLF-125Ni3.2，Si0.7，Zn0.3，其余為銅。
又，在連接銅導(dǎo)線13的內(nèi)引線部14上都不進(jìn)行以往那樣的貴金屬電鍍。又，即使在將半導(dǎo)體芯片11固定于基片襯墊部12上的基片粘接中，也最好使用不含貴金屬的糊劑，例如使用銅糊劑15。
其整體除引線的一部分以外都用樹脂16封止，作為從該樹脂封止體伸出的引線部分的外引線17進(jìn)行折彎等成形。
在這樣的半導(dǎo)體裝置中，貴金屬的使用成為最小限度，可實(shí)現(xiàn)成本的降低。
下面，詳述這樣的半導(dǎo)體裝置的制造方法。
圖2是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的流程圖。
首先準(zhǔn)備引線框架(步驟S1)。引線框架可用銅板或銅合金的板的沖裁或蝕刻方法來獲得。在該作業(yè)結(jié)束時刻，馬上在引線框架上涂布防銹劑，形成防銹被膜(步驟S2)。該防銹被膜通過250℃左右的加熱而完成分解，不生成殘留物，非BTA系的脂肪酸脂系或胺系的防銹劑是最適用的。若采用該防銹劑時，因后面工序中的熱過程而完全分解，不會產(chǎn)生不良影響。
接著，將半導(dǎo)體芯片基片粘接在引線框架的基片襯墊部上(步驟S3)。由于使用進(jìn)行過所述處理的引線框架，就能應(yīng)用在100～130℃左右，最好為100℃的還原加熱氣氛中低溫糊劑基片粘接方式。在該溫度中非BTA系防銹劑不分解地原狀殘留。
作為基片粘接用的糊劑，最好是不含貴金屬的傳熱率高的，例如含銅的糊劑。該糊劑由于不使用貴金屬故能降低制造成本并能排除鉛那樣的有害物質(zhì)。
接著進(jìn)行導(dǎo)線搭接(步驟S4)。在該導(dǎo)線搭接中，在半導(dǎo)體芯片與內(nèi)引線之間可用銅導(dǎo)線進(jìn)行連接，該連接可在約285℃的氣氛中進(jìn)行。在該溫度中由于防銹被膜分解，銅的毛坯露出，就能進(jìn)行可靠性高的導(dǎo)線搭接。
也就是說，由于引線框架上的防銹被膜在低溫基片粘接工序中不分解，而在導(dǎo)線搭接時用加熱氣氛和粘接頭的熱安全地分解，故在剛至接合前能防止引線框架的氧化，能進(jìn)行良好的導(dǎo)線連接。
銅與金等的貴金屬不同，由于是價廉且市場價格變動少，故有利于制造成本的降低。又，銅與金相比不僅比電阻較小，電氣特性良好，而且由于縱彈性模量高而樹脂封止的導(dǎo)線流動少，由于擴(kuò)散速度快故在溫度循環(huán)中也具有有利的特性，在性能和可靠性方面也就比金導(dǎo)線優(yōu)越。
但是，作為銅導(dǎo)線的不利點(diǎn)是硬度高，在導(dǎo)線搭接時可能會對粘接襯墊造成損傷，使粘接頭的壽命縮短。也就是說，相對一般的金導(dǎo)線的球硬度為微維氏硬度Hv51左右而言，一般的銅導(dǎo)線的微維氏硬度為Hv85左右，較高。
對于該問題，將作為原材料的高純度的銅中以50ppm左右的含有率添加作為添加元素材料的磷(P)。又，若提該磷濃度并不好，在50ppm的場合硬度就比300ppm的場合相比，成為較低的硬度。
利用該磷的添加就能將銅的球硬度抑制在Hv57左右。因此，可以認(rèn)為對粘接襯墊及對工具的影響成為與金導(dǎo)線同等的水平。
接著，用轉(zhuǎn)移模方法等用樹脂將整體封止(步驟S5)。在這時還由于引線框架上的防銹被膜已被分解除去，故樹脂的密接性極其良好，能進(jìn)行可靠性高的封止。
作為判定該封止的良好性的方法有超聲波探傷裝置(SATScanningAcoustic Tomograph)。該超聲波探傷法，是對不同的物質(zhì)間的接合界面的狀態(tài)利用超聲波的反射波形進(jìn)行觀察的非破壞檢查方法。具體地說，在模樹脂與引線間的密接性差時在兩者間產(chǎn)生空氣層，由于該空氣層超聲波100％反射，故利用由反射波形產(chǎn)生的圖像與密接的部分的圖像不同來進(jìn)行顯示。
圖3是將以往的使用BTA系防銹劑并在導(dǎo)線搭接的部位進(jìn)行電鍍銀后的使用引線框架且進(jìn)行樹脂封止后的SAT圖像(圖3(a))與本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)的使用非BTA系防銹劑并進(jìn)行電鍍銀后的使用引線框架且進(jìn)行樹脂封止后的SAT圖像(圖3(b))進(jìn)行比較的圖。
根據(jù)圖3(a)，可確認(rèn)產(chǎn)生剝離的部分20被白描顯示的剝離面積為基片襯墊面積的20％左右。根據(jù)發(fā)明者們的實(shí)驗(yàn)，可以確認(rèn)下述的顯著差別相對以往的在使用引線框架的樹脂封止中被認(rèn)為從初期狀態(tài)就有相當(dāng)比例的剝離而言，在本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)的使用引線框架并進(jìn)行樹脂封止的樣品幾乎看不到剝離，故其差別是顯著的。
圖4是表示剝離發(fā)生狀況的曲線圖，在使用不進(jìn)行電鍍銀的引線框架并進(jìn)行樹脂封止的半導(dǎo)體裝置中，(a)是表示本發(fā)明的使用非BTA系防銹劑的曲線圖，(b)是表示以往的使用BTA系防銹劑的曲線圖，對于各30個樣品將剝離率在00～20％，20～40％，40～60％，60～80％范圍中的樣品數(shù)進(jìn)行直方圖化的圖。
從該曲線圖可知，在本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)中剝離的樣品少，即使剝離其面積也小。
接著進(jìn)行閉合桿的切斷和外引線的折彎成形，獲得半導(dǎo)體裝置(步驟S6)。
為了防止該外引線的氧化，該可以進(jìn)行鉛游離的焊料鍍，在進(jìn)行該焊料鍍時隨著采用非BAT系防銹劑也可見生產(chǎn)率的提高。圖5是表示這樣狀態(tài)的圖表，若對以往的使用BTA系防銹劑并在導(dǎo)線搭接處進(jìn)行過電鍍銀的引線框架與由本發(fā)明的使用非BTA系防銹劑并進(jìn)行過電鍍銀的引線框架進(jìn)行比較，電解脫脂時間，硫酸系的前處理時間都能縮短10％。
如上所述，通過對各部分中的材料進(jìn)行再研討，獲得完全不使用貴金屬的半導(dǎo)體裝置。
采用本發(fā)明，由于采用不含貴金屬的引線框架，基片粘接劑，銅導(dǎo)線，外引線的表面處理，故可不含高價的貴金屬，能使制造成本顯著降低，并由于在所有的工序中都未使用對人體有害的鉛，故不會導(dǎo)致環(huán)境污染。
又，采用本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，由于在作成引線框架后立即涂布在較低溫度中進(jìn)行分解的非BTA系防銹劑，故避免使用貴金屬而有利于降低成本，并在后面的工序中不殘留有害的殘留物，從而能提高樹脂封止的可靠性。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，包括半導(dǎo)體芯片，具有搭載所述半導(dǎo)體芯片的基片襯墊部和內(nèi)端被配設(shè)成位于該基片襯墊部的周圍的多個引線，沒有防銹被膜殘?jiān)馁v金屬引線框架，將所述半導(dǎo)體芯片上的電極與所述多個引線的內(nèi)端部直接連接的銅導(dǎo)線，將所述半導(dǎo)體芯片、所述引線框架的大部分和所述銅導(dǎo)線氣密封止的樹脂封止體。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述基片襯墊部背面的初期狀態(tài)的樹脂剝離面積為基片襯墊面積的20％以下。
3.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體芯片利用濺金屬糊劑固定在所述基片襯墊部上。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述賤金屬糊劑是以銅為主體的金屬。
5.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，包括以下工序準(zhǔn)備具有基片襯墊部和內(nèi)端位于其周圍地配設(shè)的多個引線，并用高導(dǎo)電性賤金屬構(gòu)成的引線框架，在所述引線框架的表面上涂布非三氟甲苯系防銹劑，在加熱氣氛中使用非金屬系糊劑進(jìn)行將半導(dǎo)體芯片固定在所述基片襯墊上的基片粘接，用銅導(dǎo)線連接所述半導(dǎo)體芯片上的電極與所述引線框架的引線內(nèi)端部的導(dǎo)線搭接，除引線的一部分以外用樹脂封止而形成樹脂封止體，進(jìn)行從所述樹脂封止體伸出的引線的成形。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述非三氯甲苯防銹劑是脂肪酸酯系防銹劑或胺系防銹劑。
7.如權(quán)利要求5或6所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述導(dǎo)線搭接在所述非三氯甲苯系防銹劑分解的溫度中進(jìn)行。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述分解溫度為250℃以上。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種半導(dǎo)體裝置，包括半導(dǎo)體芯片(11)，有搭載該半導(dǎo)體芯片的基片襯墊部(12)和內(nèi)端位于該基片襯墊部的周圍地配設(shè)地多個引線(13)，沒有防銹被膜殘?jiān)馁v金屬引線框架，將半導(dǎo)體芯片上的電極與所述多個引線的內(nèi)端部直接連接的銅導(dǎo)線(14)，將這些氣密封止的樹脂封止體(16)，由此，采用本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，由于在作成引線框架后立即涂布在較低溫度下分解的非BTA系防銹劑，故可避免使用貴金屬而有利于降低成本，尤其能提高樹脂封止的可靠性。本發(fā)明能提供成本降低效果好，不使用有害物質(zhì)的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
文檔編號H01L23/50GK1428853SQ02141229
公開日2003年7月9日 申請日期2002年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月25日
發(fā)明者深谷忠男, 增田裕, 本浪康司 申請人:株式會社東芝