專利名稱：半導體封裝體、其制造方法及半導體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種安裝有LSI芯片、固體攝像元件、受發(fā)光元件等的由樹脂構(gòu)成的半導體封裝體、其制造方法及半導體器件。
背景技術(shù)：
以往，半導體封裝體的鑄模工序，是通過在與模槽鄰接的區(qū)域，將具有連接引線及各引線之間的堵住桿(dam bar)等的引線框架夾在鑄模模具的下模具和上模具之間，向模槽內(nèi)鑄模樹脂進行的。
圖9為示出了具備以往的擁有突出部分(overhang)結(jié)構(gòu)的半導體封裝體的光學器件的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
如圖9所示，光學器件，包括固體攝像元件、受發(fā)光元件、LSI等光學芯片101；用于在光學芯片101和外部設(shè)備之間進行信號的授受的引線102；連接光學芯片101和引線102的金屬細線107；將引線102封上的矩形封閉體103；以及安裝在封閉體103的上面的玻璃窗、全息照像等蓋部件105。封閉體103，通過鑄模時流入的樹脂形成為一體。
并且，在封閉體103的上面安裝有蓋部件105，在封閉體凹部的中央部安裝有光學芯片101。也就是說，成了在被封閉體103及玻璃窗105包圍的內(nèi)部空間106內(nèi)布置了光學芯片101的結(jié)構(gòu)。
眾所周知，在以往的半導體封裝體中，由于引線和樹脂之間的粘合強度不夠，因此在引線和樹脂之間產(chǎn)生脫落，水分和濕氣通過粘合面滲透到內(nèi)部，因樹脂的部分性脫落而產(chǎn)生的破壞屑，進入制造工序中的設(shè)備類和半導體器件內(nèi)，造成種種不良影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于通過研究提高半導體封裝體中的引線對于樹脂等的粘合力的方法，來提供一種可靠性較高的半導體封裝體、其制造方法及半導體器件。
本發(fā)明的半導體封裝體，是在具有將引線的各一部分封上的封閉體的半導體封裝體中，在各引線的表面上，形成有厚度大于等于1.7nm小于等于80nm的金屬氧化膜的。
因此，能夠提高構(gòu)成密閉體的鑄模樹脂和引線的粘合力，抑制引線和鑄模樹脂之間的水分和濕氣的侵入、剝離等，謀求可靠性的提高。
通過使金屬氧化膜的厚度小于等于10nm，既能夠維持引線框架的鍍金工序等的高效率，又能夠發(fā)揮上述效果。
本發(fā)明的半導體器件，為將半導體芯片收納在上述半導體封裝體內(nèi)的半導體器件。
本發(fā)明的半導體封裝體的制造方法，為在對引線框架進行氧化處理，在引線框架的表面上形成厚度大于等于1.7nm小于等于80nm的金屬氧化膜后，利用鑄模材料，將多根引線的各一部分鑄模，形成封閉體的方法。
使用此方法，能夠獲得上述半導體封裝體的結(jié)構(gòu)。
通過氧化時，在氧濃度為20％±5％的環(huán)境中，在200℃～260℃的范圍內(nèi)將引線框架保持一小時，能夠獲得牢固的金屬氧化膜。
(發(fā)明的效果)使用本發(fā)明的半導體封裝體、其制造方法及半導體器件，能夠獲得引線和鑄模樹脂之間粘合力較高、可靠性較高的半導體封裝體或者半導體器件。
附圖的簡單說明

圖1為示出了本發(fā)明的實施例所涉及的半導體器件的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖2(a)、圖2(b)為示出了實施例中的鑄模工序結(jié)束時的半導體封裝體的結(jié)構(gòu)的立體圖及剖面圖。
圖3為示出了僅拔出實施例中的引線彎曲工序結(jié)束時的半導體封裝體的剖面圖。
圖4(a)、圖4(b)為示出了用于粘合力的測定中的裝置的概要結(jié)構(gòu)的立體圖及剖面圖。
圖5為示出了引線和樹脂(環(huán)氧樹脂)之間的粘合力相對于金屬氧化膜的厚度的變化的圖。
圖6為示出了對于不對引線進行用于粘附力改善的處理、具有自然氧化膜的取樣(POR)，利用氧化處理(退火處理)形成了金屬氧化膜的取樣(sample)，不進行氧化處理而利用噴砂(blast)處理增加引線表面的粗躁度的取樣，進行了氧化處理和噴砂處理的取樣的剪(切)粘附力進行測定的結(jié)果圖。
圖7(a)、圖7(b)為針對圖6所示的取樣中的、不進行任何處理的取樣(POR)和僅進行了退火處理的取樣，測定氧化膜的厚度，將測定的結(jié)果進行比較的圖。
圖8(a)、圖8(b)為示出了金屬表面和樹脂分子之間的粘合狀態(tài)的圖、及示出了金屬上的氧化膜和樹脂分子之間的粘合狀態(tài)的圖。
圖9為示出了具備以往的半導體封裝體的光學器件的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
(符號的說明)1-半導體器件；2-半導體封裝體；11-半導體芯片；12-引線；13-封閉體；15-蓋部件；17-金屬細線；20-金屬氧化膜；30-引線框架；30a-內(nèi)部引線；30b-外部引線；30c-堵住桿。
具體實施例方式
圖1為示出了本發(fā)明的實施例所涉及的半導體器件1的結(jié)構(gòu)的剖面圖。但是，在圖1的左端，示出了通過引線間的樹脂部分的剖面結(jié)構(gòu)，在圖1的右端，示出了通過引線的剖面結(jié)構(gòu)。如同圖所示，半導體器件1，包括固體攝像元件、受發(fā)光元件、LSI等半導體芯片11；用于在半導體芯片11和外部設(shè)備之間進行信號的授受的引線12；為連接半導體芯片11和引線12的電連接部件的金屬細線17；將引線12封上的封閉體13；以及安裝在封閉體13的上面的玻璃窗、全息照像等蓋部件15。封閉體13，是通過鑄模時流入的環(huán)氧樹脂形成為一體的。
并且，在封閉體13的上面安裝有蓋部件15，在封閉體13凹部的中央部安裝有半導體芯片11。也就是說，成了在被封閉體13及蓋部件15包圍的內(nèi)部空間16內(nèi)布置了半導體芯片11的結(jié)構(gòu)。
在本實施例中，半導體封裝體2由引線12及封閉體13構(gòu)成，通過對此半導體封裝體2安裝半導體芯片11、金屬細線17及蓋部件15，構(gòu)成半導體器件1。
這里，本實施例的半導體封裝體的特征在于在引線12的表面上形成有通過氧化處理的金屬氧化膜20(Fe-Ni合金氧化膜)。此氧化膜的厚度，在大于等于1.7nm小于等于80nm的范圍內(nèi)。
本實施例中的金屬氧化膜20，是通過在氧濃度為20％±5％的環(huán)境中，在200℃～260℃的范圍內(nèi)將引線框架保持一小時形成的。
在本實施例中，由于在引線12的表面通過熱處理形成有厚于自然氧化膜的金屬氧化膜，因此能夠使引線12和封閉體13的樹脂之間的粘合力提高，能夠抑制水分和濕氣侵入引線12和封閉體13之間，引線12和封閉體13剝離的現(xiàn)象。
其次，對利用了本發(fā)明的實施例所涉及的樹脂鑄模的半導體封裝體的制造工序加以說明。
圖2(a)、圖2(b)為示出了鑄模工序結(jié)束時的半導體封裝體的結(jié)構(gòu)的立體圖及剖面圖。圖2(b)中的左端示出了不通過引線的剖面，圖2(b)的右端示出了通過引線的剖面。另外，圖2(a)和圖2(b)的縮尺不同。如圖2(a)、圖2(b)所示，利用由鑄模樹脂構(gòu)成的封閉體13將引線框架25封上。封閉體13是通過鑄模時流入的樹脂形成為一體的。
在引線框架30中，將比堵住桿30c靠內(nèi)的引線稱為內(nèi)部引線30a，將比堵住桿30c靠外的引線稱為外部引線30b。對引線框架30設(shè)置有多數(shù)封閉體形成區(qū)域。并且，在封閉體13的內(nèi)側(cè)，內(nèi)部引線30a端部的上面露出在外，在此露出的部分中進行連線焊接(wire bonding)。
并且，對于引線框架30，在鑄模工序前，在氧濃度為20％±5％的環(huán)境中，進行在200℃～260℃的范圍內(nèi)將引線框架保持一小時的退火處理，在引線框架30的表面形成有金屬氧化膜20。
其次，通過從圖2所示的結(jié)構(gòu)體打通堵住桿30c及封閉體13的一部分，進行連線焊接或者進行連線焊接和蓋部件的安裝，然后，從引線框架主體切開外部引線的前端，同時，沿著沒有設(shè)置引線的封閉體的側(cè)面切斷引線框架，來將各半導體封裝體從引線框架分離開。
然后，將引線12的向外側(cè)突出的部分(外部引線)向下方彎曲，完成能夠在半導體封裝體2的母襯底實際安裝的形狀(引線彎曲工序)。
圖3為示出了僅拔出引線彎曲工序結(jié)束時的半導體封裝體的剖面圖。圖3中的左端示出了不通過引線的剖面，圖4的右端示出了通過引線的剖面。
在本實施例的工序中，由于在進行鑄模工序前，利用為了氧化的退火處理，在引線框架30的表面形成有金屬氧化膜20，因此在鑄模后，能夠?qū)崿F(xiàn)在鑄模樹脂和引線12之間的牢固的粘合，獲得可靠性較高的半導體封裝體和半導體器件。
另外，也可以在將半導體芯片11裝在封閉體13之前，進行引線彎曲工序，形成圖3所示的半導體封裝體。并且，也可以在裝了蓋部件15后，進行引線彎曲工序。
-證實通過金屬氧化膜提高粘合力的作用的試驗-圖4(a)、圖4(b)為示出了用于粘合力的測定中的裝置的概要結(jié)構(gòu)的立體圖及剖面圖。如圖4(a)所示，在構(gòu)成引線框架的金屬板的表面形成具有各種厚度的金屬氧化膜而成的粘附體，在粘附體上進行鑄模形成有塔狀成形物。并且，如圖4(b)所示，在將粘附體及成形物設(shè)置成熱平板狀，使粘附體的左端緊密接觸于固定部件的狀態(tài)下，利用彎曲部件向成形物施加彎曲負荷，從此時的負荷測定了粘附力。
圖5為示出了引線和樹脂(環(huán)氧樹脂)之間的粘附力相對于金屬氧化膜的厚度的變化的圖。如同圖所示，得知在氧化膜厚度大于等于1.7nm小于等于80nm的范圍內(nèi)能夠獲得較大的粘附力。
圖6為示出了將對引線不進行特殊處理、具有自然氧化膜的取樣(POR)，利用氧化處理(退火處理)形成了金屬氧化膜的取樣，不進行氧化處理而利用噴砂處理增加引線表面的粗躁度的取樣，進行了氧化處理和噴砂處理的取樣的剪(切)粘附力進行了測定的結(jié)果圖。
如同圖所示，與不進行任何處理的取樣相比，在進行了退火處理的取樣中，剪(切)粘附力的最大值、最小值、平均值都變大了。而僅進行了噴砂處理的取樣、進行了氧化處理和噴砂處理的取樣，雖然剪(切)粘附力的最大值提高了，但是最小值下降了，差異變大了。因此，從圖6的結(jié)果，能夠認為通過氧化處理形成了氧化膜的取樣對提高粘附力最有效。
圖7(a)、圖7(b)為針對圖6所示的取樣中的、不進行任何處理的取樣(POR)和僅進行了退火處理的取樣，測定氧化膜的厚度，將測定的結(jié)果進行比較的圖。測定條件，為分析區(qū)域×3000、臺(stage)角度30°、電子射線的加速電壓10keV、電子射線電流10nA、離子束能量1keV、濺射率約1.82nm/min、蝕刻間隔1(min)。在圖7(a)、圖7(b)中，橫軸示出了濺射時間，縱軸示出了元素的檢測強度，實線L-1示出了氧的檢測強度，虛線L-2示出了Ni的檢測強度，點線L-3示出了Fe的檢測強度。從實線L-1所示峰值的時間到實線L-1和虛線L-2交叉的時間為止為濺射時間。并且，從濺射率約為1.82nm/min，得知不進行任何處理的取樣中的氧化膜(自然氧化膜)的厚度為1.82×0.5(濺射時間)＝0.91(nm)。并且，僅進行了退火處理的取樣中的金屬氧化膜的厚度，為1.82×0.92＝1.7(nm)。也就是說，形成了大于等于1.7nm的厚度的金屬氧化膜的引線，與僅形成有自然氧化膜的引線相比，能夠發(fā)揮更大的粘附強度。
另外，當形成圖5、圖6、圖7(a)、圖7(b)所示的取樣時，在氧濃度20％的環(huán)境中用200℃進行一小時加熱處理。并且，進行了改變氧濃度和加熱溫度的實驗的結(jié)果，為通過在氧濃度20％±5％的環(huán)境中，在200℃～260℃的范圍內(nèi)進行一小時加熱，能夠形成可有效地抑制引線和鑄模樹脂之間的脫落的牢固的金屬氧化膜。
綜合圖5、圖6、圖7(a)、圖7(b)的數(shù)據(jù)，得知通過形成大于等于1.7nm小于等于80nm的厚度的金屬氧化膜，能夠謀求引線和鑄模樹脂之間的粘附強度的提高。
而若在引線框架形成有厚的氧化膜，在預(yù)鑄模成形后在引線表面進行鍍金處理的話，則如果不進行長時間鍍金處理，恐怕不能形成穩(wěn)定的膜。特別是，若金屬氧化膜的厚度超過10nm，則鍍金前處理的時間變長，導致處理能力的下降。
因此，若考慮到制造效率的話，最好引線表面的金屬氧化膜的厚度大于等于1.7nm小于等于10nm。
-增強引線和鑄模樹脂之間的粘附力(粘合力)的原理-其次，針對本發(fā)明中增強引線和鑄模樹脂之間的粘附力(粘合力)的原理，所能夠考慮的理由加以說明。
在媒質(zhì)A和媒質(zhì)B之間的粘合中，若使媒質(zhì)A為鑄模樹脂，媒質(zhì)B為引線的話，則粘合為機械粘合或者化學粘合的任意一種，不能考慮通過溶劑的物理粘合。在不進行噴砂處理等的平坦部件之間的結(jié)合中，由于機械粘合強度不那么高，因此最好利用化學粘合。在將環(huán)氧樹脂等鑄模樹脂作為媒質(zhì)A的材料使用時，一般認為與粘合有關(guān)的反應(yīng)基是側(cè)鏈的OH基。一般認為這是因為側(cè)鏈的OH基比在末端的OH基(環(huán)氧硬化反應(yīng)時形成的OH基)的自由度高的緣故。
圖8(a)、圖8(b)為示出了金屬表面和樹脂分子之間的粘合狀態(tài)的圖、及示出了金屬上的氧化膜和樹脂分子之間的粘合狀態(tài)的圖。
如圖8(a)所示，能夠認為即使在鑄模樹脂有OH基，若在引線那里沒有與OH基結(jié)合的反應(yīng)基的話，也不能獲得牢固的粘合。而如圖8(b)所示，若在引線表面形成有氧化膜的話，則通過醚基的C-O間的一次結(jié)合、和通過羥基的O-H間的二次結(jié)合(氫結(jié)合)，能夠獲得較高的粘合力。
根據(jù)發(fā)明者們的實驗，得知在為難以被氧化的金屬時幾乎沒能獲得太高的粘合力。能夠認為這是因為連接鑄模樹脂和金屬的氫基較少的緣故。但是，得知即使為難以形成氧化膜的金屬時，若設(shè)法形成氧化膜的話，也能夠獲得較高的粘合力。
另外，得知當引線為銅合金時，若氧化膜太厚的話，則由于氧化層的結(jié)構(gòu)為兩重，因而相反粘合力反倒下降。因此，在氧化膜的適當范圍中存在有上限。
在本實施例中，對封閉體是容器狀、具有內(nèi)部空間類型的加以了說明，本發(fā)明的半導體器件，也能夠適用于沒有內(nèi)部空間，在半導體芯片和金屬細線的周圍也充滿鑄模材料的類型。
(實用性)本發(fā)明的半導體封裝體、其制造方法及半導體器件，能夠作為裝載了固體攝像元件和受發(fā)光元件、存儲器、邏輯部等LSI的半導體器件或者其制造方法使用。
權(quán)利要求
1.一種半導體封裝體，具有用于在半導體芯片和外部設(shè)備之間授受信號的多根引線、和至少將上述多根引線的各一部分封上的封閉體，其特征在于在上述各引線的表面上，形成有厚度大于等于1.7nm小于等于80nm的金屬氧化膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體封裝體，其特征在于上述金屬氧化膜的厚度小于等于10nm。
3.一種半導體器件，具有半導體芯片、用于在半導體芯片和外部設(shè)備之間授受信號的多根引線、將上述半導體器件的一部分和上述各引線電連接的連接部件、以及至少將上述多根引線的各一部分封上的封閉體，其特征在于在上述各引線的表面上，形成有厚度大于等于1.7nm小于等于80nm的金屬氧化膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導體器件，其特征在于上述金屬氧化膜的厚度小于等于10nm。
5.一種半導體封裝體的制造方法，其特征在于包括將具有框架主體，和基本端連接在框架主體、前端與半導體芯片設(shè)置區(qū)域?qū)χ亩喔€的引線框架準備好的工序a；通過對上述引線框架進行氧化處理，在引線框架的表面上形成厚度大于等于1.7nm小于等于80nm的金屬氧化膜的工序b；以及利用鑄模材料，將上述多根引線的各一部分鑄模，形成封閉體的工序c。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導體封裝體的制造方法，其特征在于在上述工序b中，在氧濃度為20％±5％的環(huán)境中，在200℃～260℃的范圍內(nèi)將引線框架放置一小時。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的半導體封裝體的制造方法，其特征在于在上述工序b中，形成厚度小于等于10nm的金屬氧化物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導體封裝體、其制造方法及半導體器件。本發(fā)明的目的在于提供一種實現(xiàn)引線和鑄模樹脂之間較強的粘合力、可靠性較高的半導體封裝體、其制造方法及半導體器件。半導體器件(1)，包括半導體芯片(11)、用于進行半導體芯片(11)和外部設(shè)備之間的信號授受的引線(12)、金屬細線(17)、將引線(12)封上的封閉體(13)、以及蓋部件(15)。在引線(12)的表面上，形成有通過氧化處理的金屬氧化膜(20)。此氧化膜的厚度，大于自然氧化膜，在小于等于80nm的范圍內(nèi)。
文檔編號H01L21/50GK1731580SQ20051008595
公開日2006年2月8日 申請日期2005年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月6日
發(fā)明者稻生壽穗, 平野辰也, 清水克敏 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社