JP2000183239A

JP2000183239A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2000183239A
Application number: JP10353571A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Niwa; 勝弘丹羽; Masayuki Tanaka; 正幸田中
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1998-12-11
Filing date: 1998-12-11
Publication date: 2000-06-30

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体装置において、半田耐熱性、高温信頼
性、耐熱衝撃性、耐湿信頼性、電圧印加時の耐湿信頼性
（ＵＳＰＣＢＴ）のすべての項目に優れた高い信頼性を
有する半導体装置を提供すること。【解決手段】ポリイミドによって一部または全部が被覆
された半導体素子を、エポキシ樹脂（Ａ）、フェノール
系硬化剤（Ｂ）、硬化促進剤(Ｃ）、ならびに無機充填
剤（Ｄ）を含有するエポキシ封止樹脂組成物によって被
覆してなる半導体装置において、前記ポリイミドが特定
構造で表されるポリイミド前駆体を脱水または脱アルコ
ールして得られるポリイミドであり、前記エポキシ樹脂
（Ａ）がナフタレン構造を有するエポキシ樹脂組成物で
あることを特徴とする半導体装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポリイミドによっ
て上面の一部または全部が被覆された半導体素子を、エ
ポキシ樹脂組成物によって被覆してなる半導体装置に係
り、半田耐熱性、高温信頼性、耐熱衝撃性、耐湿信頼
性、電圧印加時の耐湿信頼性などの信頼性に優れる半導
体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エポキシ樹脂は耐熱性、耐湿性、電気特
性、接着性などに優れており、さらに配合処方により種
々の特性が付与できるため、塗料、接着剤、電気絶縁材
料など工業材料として利用されている。

【０００３】たとえば、半導体装置などの電子回路部品
の封止方法として従来より金属やセラミックスによるハ
ーメチックシールとフェノール樹脂、シリコーン樹脂、
エポキシ樹脂などによる樹脂封止が提案されており、一
般にこのような封止に使用される樹脂を樹脂封止と呼ん
でいる。その中でも、経済性、生産性、物性のバランス
の点からエポキシ樹脂による樹脂封止が最も盛んに行わ
れている。

【０００４】最近はプリント基板への半導体装置パッケ
ージの実装において高密度化、自動化が進められてお
り、従来のリードピンを基板の穴に挿入する“挿入実装
方式”に代り、基板表面にパッケージを半田付けする
“表面実装方式”が盛んになってきた。それに伴い、パ
ッケージも従来のＤＩＰ（デュアル・インライン・パッ
ケージ）から、高密度実装、表面実装に適した薄型のＦ
ＰＰ（フラット・プラスチック・パッケージ）に移行し
つつある。その中でも最近では、微細加工技術の進歩に
より、厚さ２mm以下のＴＳＯＰ、ＴＱＦＰ、ＬＱＦＰが
主流となりつつある。

【０００５】そのため湿度や温度など外部からの影響を
いっそう受けやすくなり、半田耐熱性、高温信頼性、耐
熱衝撃性、耐湿信頼性などの信頼性が今後ますます重用
となってくる。

【０００６】信頼性を向上させる工夫としては、以前よ
り多くの検討がなされている。たとえば特開平１−７３
７４９号公報において、エポキシ樹脂組成物を構成する
原料中のイオン性不純物の低減を提案しており、また特
開平１−８４７３９号公報では、エポキシ樹脂組成物中
にゴム状シリコーンと比面積が特定量以上の溶融性シリ
カを含有させることを提案している。また特開平４−１
８８８５６号公報では、平均粒径の大きい表面凹凸シリ
カと平均粒径の小さい通常シリカを混合して用いること
が提案されており、また特開平４−１５３２１３号公報
においては、特定のエポキシ樹脂、特定のフェノールノ
ボラック硬化剤、硬化促進剤及び無機充填剤を含有させ
ることを提案しており、特開平６−２３９９７５号公報
においては、低応力化エポキシ樹脂組成物の硬化物の粉
砕物を含有することを提案している。

【０００７】しかしながら、これらの技術を用いてもな
お半田耐熱性、高温信頼性、耐熱衝撃性、耐湿信頼性な
どの信頼性を充分満足するには至らず、信頼性が不十分
であるという問題があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、半田耐熱
性、高温信頼性、耐熱衝撃性、耐湿信頼性、電圧印加時
の耐湿信頼性のすべての項目に優れる高い信頼性を有す
る半導体装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】しばしば半導体素子に
は、封止樹脂と素子との応力緩和や封止樹脂からのα線
遮蔽を目的とし、半導体素子表面にポリイミドが形成さ
れる。

【００１０】本発明者らは、ポリイミドの中でも特定の
構造を有するポリイミド前駆体を脱水または脱アルコー
ルして得られるポリイミドによって被覆された半導体素
子と、特定の構造を有するエポキシ樹脂を含有するエポ
キシ樹脂組成物との組み合わせによって構成される半導
体装置により上記の課題を達成し、目的に合致した半導
体装置が得られることを見いだし、本発明に到達した。

【００１１】すなわち本発明は、主として次の構成を有
する。

【００１２】ポリイミドによって一部または全部が被覆
された半導体素子を、エポキシ樹脂（Ａ）、フェノール
系硬化剤（Ｂ）、硬化促進剤(Ｃ）、ならびに無機充填
剤（Ｄ）を含有するエポキシ封止樹脂組成物によって被
覆してなる半導体装置において、前記ポリイミドが一般
式（Ｉ）で表されるポリイミド前駆体を脱水または脱ア
ルコールして得られるポリイミドであり、前記エポキシ
樹脂（Ａ）が一般式（II）で表される化合物を含有する
エポキシ樹脂組成物であることを特徴とする半導体装置
である。

【００１３】

【化６】（Ｒ₁は少なくとも２個の炭素原子を有する３価または
４価の有機基、Ｒ₂は少なくとも２個の炭素原子を有す
る２価の有機基を表す。Ｘは二重結合を有する有機基を
有するアンモニウムイオンまたは水素または二重結合を
有する一価の有機基を示す。ｎは１または２である。）

【化７】（式中のＲ₃〜Ｒ₁₀は水素原子又は１価の有機基または
ハロゲン原子を示す。ただし、Ｒ₃〜Ｒ₁₀中、少なくと
も２つ以上はグリシジル基である。）

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を詳述する。

【００１５】まず始めに本発明の半導体装置の構成要素
の一つであるエポキシ樹脂組成物について詳しく説明す
る。

【００１６】本発明におけるエポキシ樹脂組成物とは、
エポキシ樹脂（Ａ）、フェノール系硬化剤（Ｂ）、硬化
促進剤(Ｃ）、ならびに無機充填剤（Ｄ）を含有し、エ
ポキシ樹脂（Ａ）が一般式（II）で表される化合物を含
有する樹脂組成物である。

【００１７】

【化８】（式中のＲ₃〜Ｒ₁₀は水素原子又は１価の有機基または
ハロゲン原子を示す。ただし、Ｒ₃〜Ｒ₁₀中、少なくと
も２つ以上はグリシジル基である。）本発明において、エポキシ樹脂（Ａ）は一般式（II）で
表される化合物を単独で用いても、他の構造を持つエポ
キシ樹脂を併用して用いてもかまわない。その場合、一
般式（II）の配合割合は特に限定しないが、好ましくは
エポキシ樹脂全体の５０〜１００重量％、より好ましく
は７０〜１００重量％、さらに好ましくは９０〜１００
重量％含有することである。

【００１８】一般式（II）におけるＲ₃〜Ｒ₁₀は水素原
子または１価の有機基またはハロゲン原子を示す。１価
の有機基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、
ブチル基などのアルキル基、置換アルキル基を挙げるこ
とができるがこれらに限定されない。ハロゲン原子とし
ては、フッ素原子、臭素原子、塩素原子などを挙げるこ
とができるが、好ましくはフッ素原子である。

【００１９】一般式（II）で表されるエポキシ樹脂骨格
の具体例としては、１，５−ビス（２，３−エポキシプ
ロポキシ）ナフタレン、１，６−ビス（２，３−エポキ
シプロポキシ）ナフタレン、１，７−ビス（２，３−エ
ポキシプロポキシ）ナフタレン、１，８−ビス（２，３
−エポキシプロポキシ）ナフタレン、２,６−ビス
（２，３−エポキシプロポキシ）ナフタレン、２，７−
ビス（２，３−エポキシプロポキシ）ナフタレン、１，
２−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）ナフタレン、
１，３−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）ナフタレ
ン、１，４−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）ナフ
タレン、２，３−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）
ナフタレン、１，５−ビス（２，３−エポキシプロポキ
シ）−３−メチルナフタレン、１，６−ビス（２，３−
エポキシプロポキシ）−３−メチルナフタレン、１，７
−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３−メチルナ
フタレン、１，８−ビス（２，３−エポキシプロポキ
シ）−３−メチルナフタレン、２，６−ビス（２，３−
エポキシプロポキシ）−４−メチルナフタレン、２,７
−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−４−メチルナ
フタレン、１，２−ビス（２，３−エポキシプロポキ
シ）−５−メチルナフタレン、１，３−ビス（２，３−
エポキシプロポキシ）−５−メチルナフタレン、１,４
−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−５−メチルナ
フタレン、２，３−ビス（２，３−エポキシプロポキ
シ）−５−メチルナフタレン、１，５−ビス（２，３−
エポキシプロポキシ）−４−フルオロナフタレンなどを
挙げることできるがこれらに限定されない。

【００２０】上記のエポキシ樹脂はそれぞれ単独でも、
または混合系で用いる場合でも十分に効果を発揮する。
また上記エポキシ樹脂がエポキシ基の反応により部分的
に付加した化合物も使用できる。

【００２１】本発明においてエポキシ樹脂（Ａ）の粘度
としては特に限定はしないが、成形性（流動性）がすぐ
れている点で、１５０℃におけるＩＣＩ溶融粘度が３ｐ
ｓ以下のエポキシ樹脂が好ましい。

【００２２】本発明において、上記エポキシ樹脂（Ａ）
のエポキシ樹脂組成物全体に対する配合量は、通常１〜
１２重量％、好ましくは３〜１０重量％，さらに好まし
くは３〜８重量％である。エポキシ樹脂（Ａ）の配合量
が少ないと成形性や接着性が不十分となり、また多いと
越えると線膨脹係数が大きくなり、低応力化が困難にな
り信頼性が低下する傾向がある。

【００２３】本発明におけるフェノール系硬化剤（Ｂ）
は、エポキシ樹脂（Ａ）と反応して硬化させるフェノー
ル系化合物であれば特に限定されず、その具体例として
は、例えばフェノールノボラック樹脂、クレゾールノボ
ラック樹脂、ビスフェノールＡやレゾルシンなどから合
成される各種ノボラック樹脂、各種多価フェノール化合
物などを挙げることができる。信頼性の点から、好まし
くは一般式（III ）で表される化合物を挙げることがで
きる。二種以上のフェノール系硬化剤を併用しても良
い。

【００２４】一般式（III ）中のＲ¹は水酸基を有しな
い２価の芳香族基、Ｒ²は水酸基を有する２価の芳香族
基、Ｒ³は水酸基を有する１価の芳香族基、Ｒ¹〜Ｒ³は
同一であっても、異なっていてもよく、ｎは０または１
以上の整数である。

【００２５】

【化９】（ただし、式（III ）中のＲ¹は２価の芳香族基、Ｒ²は
水酸基を有する２価の芳香族基、Ｒ³は水酸基を有する
１価の芳香族基、Ｒ¹〜Ｒ³は同一でも異なっていてもよ
く、ｎは０または１以上の整数を示す。）一般式（III ）で表される化合物のうち、好ましい例
としては、Ｒ¹が２価のフェニル基、Ｒ²は水酸基を有す
る２価のフェニル基、Ｒ³が水酸基を有する１価のフェ
ニル基であるフェノール系硬化剤、およびＲ¹が２価の
ビフェニル基、Ｒ²が水酸基を有する２価のフェニル
基、Ｒ³が水酸基を有する１価のフェニル基であるフェ
ノール系硬化剤、またはＲ¹が２価のビフェニル基、Ｒ²
は水酸基を有する２価のフェニル基、Ｒ³が水酸基を有
する１価のフェニル基であるフェノール系硬化剤などを
挙げることができる。

【００２６】一般式（III ）で表されるフェノール系硬
化剤と他のフェノール系硬化剤を併用する場合、その混
合割合は、一般式（III ）で表されるフェノール系硬化
剤の含有量が全フェノール系硬化剤量の２０〜１００重
量％、５０〜１００重量％、７０〜１００重量％、８０
〜１００重量％の順に好ましい。本発明において、フェ
ノール系硬化剤（Ｂ）の配合量は、エポキシ樹脂組成物
全体の通常０．１〜１０重量％、好ましくは０．５〜７
重量％さらに好ましくは１〜６重量％である。さらに
は、エポキシ樹脂（Ａ）とフェノール系硬化剤（Ｂ）の
配合比は、機械的性質および耐湿信頼性の点から（Ａ）
に対する（Ｂ）の化学当量比が０．５〜１．５、特に
０．８〜１．２の範囲にあることが好ましい。

【００２７】本発明において硬化促進剤（Ｃ）として
は、エポキシ樹脂（Ａ）とフェノール系硬化剤（Ｂ）と
の硬化反応を促進するものなら特に限定されず、例えば
イミダゾール、２−メチルイミダゾール、２，４−ジメ
チルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾー
ル、２−フェニルイミダゾール、２−フェニル−４−メ
チルイミダゾール、２−ヘプタデシルイミダゾール、１
−メチルイミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾー
ル、１−ビニルイミダゾール、２−メチル−１−ビニル
イミダゾール、２−メチル−１−ビニルイミダゾール、
１−アリルイミダゾール、１−（２−ヒドロキシエチ
ル）イミダゾール、１−（２−ヒドロキシエチル）−２
−メチルイミダゾール、１−フェニルイミダゾール、１
−ベンジルイミダゾール、１−ベンジル−２−メチルイ
ミダゾール、２−アミノイミダゾール、２−ニトロイミ
ダゾール、テトラブチルホスホニウム・テトラフェニル
ボレ−ト、ｎ−ブチルトリフェニルホスホニウム・テト
ラフェニルボレ−ト、テトラフェニルホスホニウム・テ
トラフェニルボレ−ト、トリメチルフェニルホスホニウ
ム・テトラフェニルボレ−ト、ジエチルメチルフェニル
ホスホニウム・テトラフェニルボレ−ト、ジアリルメチ
ルフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレ−ト、
（２−ハイドロキシエチル）トリフェニルホスホニウム
・テトラフェニルボレ−ト、エチルトリホスホニウム・
テトラフェニルボレ−ト、ｐ−キシレンビス（トリフェ
ニルホスホニウム・テトラフェニルボレ−ト）、テトラ
フェニルホスホニウム・テトラエチルボレ−ト、テトラ
フェニルホスホニウム・トリエチルフェニルボレ−ト、
テトラフェニルホスホニウム・テトラブチルボレ−ト、
トリフェニルホスフィン、１，８−ジアザビシクロ
（５，４，０）ウンデセン−７などを挙げることができ
る。より好ましい例としてはテトラフェニルホスホニウ
ム・テトラフェニルボレ−ト、トリフェニルホスフィ
ン、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン
−７、２−メチルイミダゾールなどである。二種以上の
硬化促進剤を併用してもかまわない。

【００２８】本発明における硬化促進剤（Ｃ）の添加量
としては特に限定はしないが、好ましくは硬化促進剤合
計重量が、エポキシ樹脂組成物重量の０．０５〜１．５
％が好ましい。より好ましくは０．０８〜１．０％であ
り、さらに好ましくは０．１〜０．５％である。

【００２９】本発明において、無機充填剤（Ｄ）として
は、シリカ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、アル
ミナ、マグネシア、酸化マグネシウムアルミニウム、ジ
ルコニア、ジルコン、クレー、タルク、ケイ酸カルシウ
ム、酸化チタン、酸化アンチモン、アスベスト、ガラス
繊維などが挙げられる。好ましくはシリカ、アルミナ、
ジルコニアであり、より好ましくはシリカである。無機
充填材としては単独でも２種類以上併用してもかまわあ
ない。シリカを無機充填材として含有する場合、シリカ
の形状としては特に限定はせず、球状、破砕状、繊維状
などを挙げることができるが、好ましくは球状、および
破砕状であり、より好ましくは、流動性の点から球状で
ある。形状のことなる無機充填材の併用でもかまわな
い。たとえば破砕と球状の併用でもかまわない。球状シ
リカとしては特に限定はしないが、球状溶融シリカ、球
状合成シリカ、天然シリカの球状加工品などを挙げるこ
とができ、好ましくは球状溶融シリカ、球状合成シリカ
である。

【００３０】本発明における無機充填剤にシリカを含有
する場合、無機充填材中のシリカの混合割合は９０〜１
００％が好ましく、より好ましくは９５〜１００％であ
り、さらに好ましくは９８〜１００％である。

【００３１】本発明における無機充填材の平均粒径とし
ては特に限定はしないが、流動性及び応力分散の点から
好ましくは５〜２５μmであり、より好ましくは５〜２
０μｍであり、さらに好ましくは６〜１５μｍである。

【００３２】本発明における無機充填材の最大粒径は特
に限定しないが、好ましくは実質的に９５μｍ以下であ
り、より好ましくは実質的には７０μｍ以下である。そ
の理由としては、成型時のパッケージの未充填防止およ
びワイヤーフロー防止、およびワイヤー断線防止などが
挙げられる。

【００３３】本発明において、無機充填剤（Ｄ）のエポ
キシ樹脂組成物全体に対する割合は特に限定はしない
が、金型汚れが起こりにくいこと、樹脂組成物の吸水率
が低下し信頼性が向上すること、熱膨張係数を半導体素
子やリードフレームのそれに近づけられ信頼性が向上す
ることなどから、７０〜９６重量％が好ましく、より好
ましくは８０〜９５重量％であり、さらに好ましくは８
６〜９２％である。

【００３４】本発明のエポキシ樹脂組成物には以下の物
質も添加することができる。

【００３５】本発明の組成物では、シランカップリング
剤、チタネートカップリング剤などの配合が信頼性向上
の観点から好ましい。さらにカップリング剤無機充填剤
（Ｄ）をシランカップリング剤、チタネートカップリン
グ剤などのカップリング剤であらかじめ表面処理するこ
とも効果的である。

【００３６】カップリング剤としてエポキシシラン、ア
ミノシラン、メルカプトシランなど、これら官能基を有
する有機基とアルコキシ基等の加水分解性基とがケイ素
原子に直結したシランカップリング剤が好ましく用いら
れる。好ましくはエポキシシラン、アミノシランであ
る。好ましい添加量としてエポキシ樹脂組成物全体に対
し、１重量％以下である。

【００３７】また本発明の組成物では、必須成分ではな
いがブロム化合物を配合できる。また実質的に存在する
ブロム化合物は、通常半導体封止用エポキシ樹脂組成物
に難燃剤として添加されるもので、特に限定されず、公
知のものであってよい。存在するブロム化合物の好ま
しい具体例としては、ブロム化ビスフェノールＡ型エポ
キシ樹脂、ブロム化フェノールノボラック型エポキシ樹
脂などのブロム化エポキシ樹脂、ブロム化ポリカーボネ
ート樹脂、ブロム化ポリスチレン樹脂、ブロム化ポリフ
ェニレンオキサイド樹脂、テトラブロモビスフェノール
Ａ、デカブロモジフェニルエーテルなどがあげられ、な
かでも、ブロム化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ブ
ロム化フェノールノボラック型エポキシ樹脂などのブロ
ム化エポキシ樹脂が、成形性の点から特に好ましい。

【００３８】また、必須成分ではないがアンチモン化合
物を配合できる。これは通常半導体封止用エポキシ樹脂
組成物に難燃助剤として添加されるもので、特に限定さ
れず、公知のものが使用できる。アンチモン化合物の好
ましい具体例としては、三酸化アンチモン、四酸化アン
チモン、五酸化アンチモンがあげられる。

【００３９】さらに本発明のエポキシ樹脂組成物には、
カーボンブラック、酸化鉄などの着色剤、ハイドロタル
サイトなどのイオン捕捉剤、シリコ−ンゴム、オレフィ
ン系共重合体、変性ニトリルゴム、変性ポリブタジエン
ゴム、変性シリコ−ンオイルなどのエラストマ−、ポリ
エチレンなどの熱可塑性樹脂、長鎖脂肪酸、長鎖脂肪酸
の金属塩、長鎖脂肪酸のエステル、長鎖脂肪酸のアミ
ド、パラフィンワックスなどの離型剤および有機過酸化
物などの架橋剤を任意に添加することができる。

【００４０】本発明のエポキシ樹脂組成物中の塩素イオ
ン含有量については特に限定はしないが、信頼性の点か
ら好ましくは１０ｐｐｍ以下であり、より好ましくは５
ｐｐｍ以下である。

【００４１】本発明のエポキシ樹脂組成物の製造方法と
しては、上記化合物を加熱混練、例えば５０〜１７０℃
の温度で混練する方法が好ましく、たとえばバンバリー
ミキサー、ニーダー、ロール、単軸もしくは二軸の押出
機およびコニーダーなどの公知の混練方法を用いて溶融
混練、固化、必要に応じてタブレット化することにより
得ることができる。

【００４２】続いて本発明における半導体装置の一構成
要素であるポリイミド前駆体およびポリイミドについて
詳しく説明する。

【００４３】本発明におけるポリイミド前駆体として
は、一般式（Ｉ）で表される構造単位を主成分とするポ
リマーを言う。

【化１０】（Ｒ₁は少なくとも２個の炭素原子を有する３価または
４価の有機基、Ｒ₂は少なくとも２個の炭素原子を有す
る２価の有機基を表す。Ｘは二重結合を有する有機基を
有するアンモニウムイオンまたは水素または二重結合を
有する一価の有機基を示す。ｎは１または２である。）本発明における一般式（Ｉ）で表される構造単位を主成
分とするポリマーとしては、前記一般式で示される構造
を有し、加熱あるいは適当な触媒により脱水または脱ア
ルコールすることによりイミド環を形成し、ポリイミド
となり得るものを挙げることができる。ここでいう脱水
とは、脱アミンを伴った脱水をも含む。

【００４４】上記一般式（Ｉ）中、Ｒ₁は少なくとも２
個の炭素原子を有する３価または４価の有機基である。
ポリイミドの耐熱性から、Ｒ₁は芳香族環または芳香族
複素環を含有し、かつ炭素数６〜３０の３価または４価
の基が好ましい。Ｒ₁の好ましい具体的な例としては、
ピロメリット酸残基、３，３´，４，４´−ベンゾフェ
ノンテトラカルボン酸残基、３，３´，４，４´−ビフ
ェニルテトラカルボン酸残基、３，３´，４，４´−ジ
フェニルエーテルテトラカルボン酸残基、３，３´，
４，４´−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸残基、
ブタンテトラカルボン酸残基、シクロペンタンテトラカ
ルボン酸残基などが挙げられ、次式で表されるものが更
に好ましい。

【００４５】

【化１１】本発明におけるポリイミド前駆体は、Ｒ₁がこれらのう
ちの１種から構成されていても良いし、２種以上から構
成される共重合体であっても構わない。

【００４６】上記一般式（Ｉ）中、Ｒ₂は少なくとも２
個の炭素原子を有する２価の有機基である。Ｒ₁と同
様、ポリイミドの耐熱性から、Ｒ₂は芳香族環または芳
香族複素環を含有し、かつ炭素数６〜３０の２価の基が
好ましい。Ｒ₂の好ましい具体的な例としては、ジアミ
ノジフェニルエーテル残基、ジアミノジフェニルスルフ
ィド残基、ジアミノジフェニルメタン残基、ジアミノジ
フェニルスルホン残基、フェニレンジアミン残基、ベン
ジジン残基、ビスアミノフェノキシプロパン残基などが
挙げられ、次式で表されるものが更に好ましい。

【００４７】

【化１２】本発明におけるポリイミド前駆体は、Ｒ₂がこれらのう
ちの１種から構成されていても良いし、２種以上から構
成される共重合体であっても構わない。

【００４８】さらに、ポリイミドの他の部材との接着性
を向上させるために、耐熱性を低下させない範囲でＲ₂
として、シロキサン結合を有する脂肪族性の基を共重合
することも可能である。好ましい具体例としては、ビス
（３−アミノプロピル）テトラメチルジシロキサンなど
が挙げられる。

【００４９】上記一般式（Ｉ）中、ｎは１または２であ
る。

【００５０】上記一般式（Ｉ）中のＸは、二重結合を有
する有機基を有するアンモニウムイオン又は水素又は二
重結合を有する一価の有機基を示す。

【００５１】Ｘが二重結合を有するアンモニウムイオン
の場合、その化合物は次の一般式（IV）で表される。

【００５２】

【化１３】（ただしＮは窒素原子、Ｈは水素原子、Ｒ₁₁、Ｒ₁₂、Ｒ
₁₃は一価の有機基であり、少なくとも一つは二重結合を
有する。）具体的な例としては、Ｒ₁₁およびＲ₁₂がエチル基かつＲ
₁₃がエチルメタクリレート基であるアンモニウムイオ
ン、Ｒ₁₁およびＲ₁₂がメチル基かつＲ₁₃がエチルメタク
リレート基であるアンモニウムイオン、Ｒ₁₁およびＲ₁₂
がイソプロピル基かつＲ₁₃がエチルメタクリレート基で
あるアンモニウムイオン、Ｒ₁₁およびＲ₁₂がエチル基か
つＲ₁₃がエチルアクリレート基であるアンモニウムイ
オン、Ｒ₁₁およびＲ₁₂がメチル基、かつＲ₁₃がエチルア
タクリレート基であるアンモニウムイオン、Ｒ₁₁および
Ｒ₁₂がイソプロピル基かつＲ₁₃がエチルアタクリレート
基であるアンモニウムイオン、などを挙げることができ
る。

【００５３】Ｘが二重結合を有する一価の有機基の場
合、構造は特に限定せず全ての二重結合を有する一価の
有機基を挙げることができ、その具体的な例としては、
−ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ(ＣＯ)Ｃ(ＣＨ₃)＝ＣＨ₂、−ＣＨ₂ＣＨ
₂Ｏ(ＣＯ)ＣＨ=ＣＨ₂、−ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ(ＣＯ)Ｃ(Ｃ
₂Ｈ₅)＝ＣＨ₂、−ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ−ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ(ＣＯ)
Ｃ(ＣＨ₃)＝ＣＨ₂、−ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ−ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ(Ｃ
Ｏ)ＣＨ＝ＣＨ₂、−ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ−ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ(Ｃ
Ｏ)Ｃ(Ｃ₂Ｈ₅)＝ＣＨ₂、などの基を挙げることができ
る。

【００５４】本発明におけポリイミド前駆体の具体的な
例としては、ピロメリット酸二無水物と４，４´−ジア
ミノジフェニルエーテル、３，３´，４，４´−ベンゾ
フェノンテトラカルボン酸二無水物と４，４´−ジアミ
ノジフェニルエーテル、３，３´，４，４´−ビフェニ
ルテトラカルボン酸二無水物と４，４´−ジアミノジフ
ェニルエーテル、ピロメリット酸二無水物と３，３´
（または４，４´）−ジアミノジフェニルスルホン、ピ
ロメリット酸二無水物および３，３´，４，４´−ベン
ゾフェノンテトラカルボン酸二無水物と３，３´（また
は４，４´）−ジアミノジフェニルスルホン、３，３
´，４，４´−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水
物と３，３´（または４，４´）−ジアミノジフェニル
スルホン、３，３´，４，４´−ビフェニルテトラカル
ボン酸二無水物と３，３´（または４，４´）−ジアミ
ノジフェニルスルホン、ピロメリット酸二無水物と４，
４´−ジアミノジフェニルスルフィド、３，３´，４，
４´−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物と４，
４´−ジアミノジフェニルスルフィド、３，３´，４，
４´−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物と４，４´
−ジアミノジフェニルスルフィド、３，３´，４，４´
−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物とパラフェ
ニレンジアミン、３，３´，４，４´−ビフェニルテト
ラカルボン酸二無水物とパラフェニレンジアミン、ピロ
メリット酸二無水物および３，３´，４，４´−ベンゾ
フェノンテトラカルボン酸二無水物とパラフェニレンジ
アミン、ピロメリット酸二無水物および３，３´，４，
４´−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物とパラフェ
ニレンジアミン、３，３´，４，４´−ジフェニルエー
テルテトラカルボン酸二無水物と４，４´−ジアミノジ
フェニルエーテル、３，３´，４，４´−ジフェニルエ
ーテルテトラカルボン酸二無水物とパラフェニレンジア
ミン、ブタンテトラカルボン酸二無水物と１，３−ビス
（３−アミノフェノキシ）ベンゼン、シクロペンタンテ
トラカルボン酸二無水物と４，４´−ジアミノジフェニ
ルメタン、ピロメリット酸二無水物と４，４´−ジアミ
ノジフェニルエーテルおよびビス（３−アミノプロピ
ル）テトラメチルジシロキサンなどから合成されたポリ
アミド酸、それらのポリアミド酸骨格の二重結合含有ア
ルコールエステル、およびポリアミド酸に、次の一般式
（Ｖ）で表される化合物を作用させ得られるポリイミド
前駆体などを挙げることができる。

【００５５】

【化１４】（Ｎは窒素原子を示す。Ｒ₁₄、Ｒ₁₅、Ｒ₁₆は一価の有機
基であり、少なくとも一つは二重結合を有する。）本発明におけるポリイミドのイミド化率については特に
限定はしないが、信頼性の点から、１００％未満が好ま
しく、９０〜９９．９％がより好ましく、９５〜９９％
がさらに好ましい。

【００５６】本発明におけるポリイミドの塩素イオン含
有量については、特に限定はしないが、信頼性の点から
１０ｐｐｍ未満が好ましく、より好ましくは、５ｐｐｍ
である。

【００５７】本発明のポリイミド前駆体の塗膜または脱
水後のポリイミド膜と半導体素子との接着性を向上させ
るために適宜接着助剤を用いることもできる。

【００５８】接着助剤としては、オキシプロピルトリメ
トキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシ
シラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−
メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランなどの有
機ケイ素化合物、あるいはアルミニウムモノエチルアセ
トアセテートジイソプロピレート、アルミニウムトリス
（アセチルアセトネート）などのアルミニウムキレート
化合物あるいはチタニウムビス（アセチルアセネート）
などのチタニウムキレート化合物などが好ましく用いら
れる。

【００５９】本発明に記載されているポリイミドの製造
方法の一例について説明する。まず溶媒中でジアミン化
合物と酸二無水物を反応させ、一般式（Ｉ）で表される
構造単位を主成分とするポリマであるポリアミド酸の溶
液を得る。次にこの溶液に必要に応じて添加剤を溶解調
合する。

【００６０】上記製造方法で用いる溶媒としてはポリマ
の溶解性の面から極性溶媒が好ましく用いられ、特に非
プロトン性極性溶媒が好適である。非プロトン性極性溶
媒としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジ
メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、
ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホロトリアミ
ド、γ−ブチロラクトンなどが好ましく用いられる。

【００６１】本発明における半導体素子をポリイミドで
被覆する方法については周知の技術が使用でき、特に限
定はされないが、その一例を説明をする。

【００６２】まず、前述したポリイミド前駆体の溶液を
半導体素子上に塗布する。塗布方法としては、スピンナ
ーを用いた回転塗布、スプレーコーターを用いた噴霧塗
布、浸漬、スクリーン印刷、ロールコーティングなどの
手段が可能である。塗布膜厚は塗布手段、組成物の固形
分濃度、粘度によって調節することができるが、通常１
〜３０μｍの範囲になるように塗布する。その後塗布膜
は熱処理し脱水させることにより、半導体素子上に一般
式（VI）で表される構造単位を主成分とするポリイミド
を形成する。好ましい熱処理温度としては、７０〜４５
０℃、さらに好ましくは１５０〜４００℃である。加熱
方法としては、段階的に昇温してもかまわないし、連続
的に昇温してもかまわない。また、場合によっては、ポ
リイミド前駆体塗布後４０〜１５０℃で熱処理を行い、
溶剤をある程度除去したポリイミド前駆体膜、またはさ
らに高温で熱処理したポリイミド膜などを、フォトリソ
技術を用いパターン加工を行ってもかまわない。いずれ
にしてもポリイミドは最終的に７０〜４５０℃、さらに
好ましくは１５０〜４００℃で熱処理するのが好まし
い。熱処理は市販の通風オーブン、ホットプレートなど
を利用することができる。加熱方法としては、段階的に
昇温してもかまわないし、連続的に昇温してもかまわな
い。

【００６３】

【化１５】（Ｒ₁は少なくとも２個の炭素原子を有する３価または
４価の有機基、Ｒ₂は少なくとも２個の炭素原子を有す
る２価の有機基を表す。）本発明における、ポリイミドによって半導体素子の一部
または全部が被覆された半導体素子とは、半導体素子の
配線側のみを意味するのではなく、素子の裏面及び側面
の一部でもポリイミドにより被覆されていればよい。

【００６４】そして、本発明における半導体装置は、半
導体素子の回路形成面側のみを封止し、裏面を封止しな
い半導体装置とすると、特に従来のものと比較して、そ
の特性の改善が顕著となる。さらに、半導体装置の厚み
を０．５μｍ未満とするとさらに好ましい。

【００６５】本発明における、エポキシ樹脂組成物によ
って被覆してなる半導体装置は、公知の被覆方法により
エポキシ樹脂組成物により被覆された半導体装置をい
い、被覆方法の例としては、トランスファー成形、ポッ
ティング法などを挙げることができる。好ましくはトラ
ンスファー成形である。

【００６６】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説
明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【００６７】実施例１〜１２、１４〜２５、２７〜３１
および比較例１〜１１表１に示した原料を用い、表４〜７に示した配合処方の
組成比（重量比）で配合し、ミキサーによりブレンドし
た。これをミキシングロールを用いて５分間加熱混練し
たのち、冷却、粉砕してエポキシ樹脂組成物を作成し
た。一方、表面にアルミニウム配線を設けた１２ｍｍ角
の半導体素子上に表２及び３に示したポリイミドを形成
した後、４２アロイ製リードフレーム上に搭載し、ワイ
ヤ−ボンディングを行った。このリードフレームとエポ
キシ樹脂組成物を用い、低圧トランスファー成形によ
り、１７５℃、２分の条件で１６０ピンＱＦＰを成形
し、ついで１７５℃、１０時間硬化した。

【００６８】実施例１３、２６および３９実施例１の配合処方の組成比（重量比）で配合し、ミキ
サーによりブレンドした。これをミキシングロールを用
いて５分間加熱混練したのち、冷却、粉砕してエポキシ
樹脂組成物を作成した。一方、表面にアルミニウム配
線をもうけた８ｍｍ角の半導体素子上にそれぞれ（Ａ−
１）、（Ｂ−１）、（Ｃ−１）の構造を有するポリイミ
ドを形成した後、基板上に搭載し、エポキシ樹脂組成物
を用い、低圧トランスファー成形により、１７５℃、５
分の条件で回路形成面側のみを封止した。ついで１７５
℃、２４時間硬化した。パッケージ寸法は９ｍｍ×９ｍ
ｍ、パッケージ全体の厚みは、０．４５μｍである。

【００６９】比較例１２実施例１の配合処方の組成比（重量比）で配合し、ミキ
サーによりブレンドした。これをミキシングロールを用
いて５分間加熱混練したのち、冷却、粉砕してエポキシ
樹脂組成物を作成した。一方、表面にアルミニウム配
線をもうけた８ｍｍ角の半導体素子上に（Ｄ−１）の構
造を有するポリイミドを形成した後基板上に搭載し、エ
ポキシ樹脂組成物を用い、低圧トランスファー成形によ
り、１７５℃、５分の条件で回路形成面側のみを封止し
た。ついで１７５℃、２４時間硬化した。パッケージ寸
法は９ｍｍ×９ｍｍ、パッケージ全体の厚みは、０．４
５μｍである。

【００７０】各種信頼性評価は以下の方法で行い、結果
を表４〜７に示した。

【００７１】半田耐熱性◎ ２０個の１６０ピンＱＦＰを用い、８５℃、８５％ＲＨ
の条件で１６８時間加湿後、ＩＲリフロー炉を用いて２
５０℃、１２秒間加熱処理した。ただし、実施例１３、
２６、３９および比較例１２に関しては、成形で得られ
た片面封止パッケージ２０個を、８５℃、８５％ＲＨの
条件で７２時間加湿後、ＩＲリフロー炉を用いて２５０
℃、１２秒間加熱処理した。加熱処理後外部クラックの
有無個数を調べクラックの入ったパッケージを不良パッ
ケージとし、その個数をｎとしたときｎ／２０×１０
０の値を半田耐熱性を示す一つの指標とし、耐クラック
性として表に示した。値が０％に近いほど耐クラック性
に優れることを意味する。また半導体素子表面のポリイ
ミドと封止樹脂組成物との間の剥離の有無個数を調べ、
剥離の生じたパッケージを不良パッケージとし、その個
数をｍとしたときｍ／２０×１００の値を半田耐熱性
を示すもう一つの指標とし、耐剥離性として表に示し
た。値が０％に近いほど耐剥離性に優れることを意味す
る。

【００７２】耐熱衝撃性◎ ２０個の１６０ピンＱＦＰを用い、−４０℃〜１６０℃
のヒートサイクルテストを行った。サイクル数は５００
サイクルで行った。その後の半導体素子表面のポリイミ
ドと封止樹脂組成物との間の剥離の有無個数を調べ、剥
離の生じたパッケージを不良パッケージとし、その個数
をｋとしたときｋ／２０×１００の値を耐熱衝撃性と
して表に示した。値が０％に近いほど耐熱衝撃性に優れ
ることを意味する。ただし、実施例１３、２６、３９
および比較例１２に関しては、成形で得られた片面封止
パッケージ２０個を用いて同様の評価を行った。

【００７３】耐湿信頼性◎ ２０個の１６０ピンＱＦＰを用い、プレッシャークッカ
ーを用い１２０℃、湿度１００％のもとで、７００時間
処理した。その後アルミニウム配線の導通不良の生じた
パッケージを不良パッケージとし、その個数をｈとした
とき h/20×100の値を耐湿信頼性として表に示した。値
が０％に近いほど耐湿信頼性に優れることを意味する。
ただし、実施例１３、２６、３９および比較例１２に関
しては、成形で得られた片面封止パッケージ２０個を用
いて１２０℃、湿度１００％のもとで、３００時間処理
した後、同様の評価を行った。

【００７４】高温信頼性◎ ２０個の１６０ピンＱＦＰを用い、２００℃の条件で３
０００時間保持した後、ボンディングワイヤーの導通試
験を行い、導通不良の生じたパッケージを不良パッケー
ジとし、その個数をｐとしたときｐ／２０×１００の
値を高温信頼性として表に示した。値が０％に近いほど
高温信頼性に優れることを意味する。ただし、実施例１
３、２６、３９および比較例１２に関しては、成形で得
られた片面封止パッケージ２０個を用いて同様の評価を
行った。

【００７５】ＵＳＰＣＢＴ（不飽和プレッシャークッカ
ーバイアステスト）◎ ２０個の１６０ピンＱＦＰを用い、１４０ｇ、湿度８５
％、電圧７Ｖの条件の下で、１５００時間処理した。そ
の後、アルミニウム配線の導通不良の生じたパッケージ
を不良パッケージとし、その個数をｑとしたとき、ｑ／
２０×１００の値をＵＳＰＣＢＴ結果として表に示し
た。値が０％に近いほど電圧印加時の耐湿信頼性に優れ
ることを意味する。ただし、実施例１３、２６、３９及
び比較例１２に関しては、成形で得られた片面封止パッ
ケージ２０個を用いて６００時間処理した後、同様の評
価を行った。

【００７６】

【表１】

【表２】

【表３】

【表４】

【表５】

【表６】

【表７】表４〜６にみられるように、実施例１〜３９の本発明の
半導体装置は、半田耐熱性の指標となる耐クラック性お
よび耐剥離性にすぐれ、また耐熱衝撃性、耐湿信頼性、
高温信頼性、電圧印加時の耐湿信頼性（ＵＳＰＣＢＴ）
のいずれの項目においても優れていることがわかり、高
い信頼性を有することがわかる。

【００７７】一方、表７に見られるように、比較例１〜
１２に示した本発明に合致しない半導体装置は、耐剥離
性、耐熱衝撃性、耐湿信頼性、高温信頼性、電圧印加時
の耐湿信頼性（ＵＳＰＣＢＴ）全ての項目において良好
な値を示すものは無く、特にポリイミド表面とエポキシ
樹脂組成物との界面における接着が弱いため、耐剥離
性、耐熱衝撃性、耐湿信頼性、電圧印加時の耐湿信頼性
（ＵＳＰＣＢＴ）が低いことがわかる。

【００７８】また比較例１０〜１１は、流動性不足で成
形不能であった。

【００７９】

【発明の効果】本発明は、半田耐熱性、高温信頼性、耐
熱衝撃性、耐湿信頼性、電圧印加時の耐湿信頼性（ＵＳ
ＰＣＢＴ）のすべての項目に優れる高い信頼性を有する
半導体装置を提供することができる。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０８Ｋ 3/36 Ｃ０８Ｌ 63/00 ＢＣ０８Ｌ 63/00 79/08 Ｚ 79/08 Ｈ０１Ｌ 23/30 ＢＦターム(参考） 4J002 CC042 CC062 CD041 CD121 DE078 DE098 DE128 DE138 DE148 DE238 DJ008 DJ018 DJ028 DJ038 DJ048 DL008 EJ046 EU067 EU117 EW017 EW177 EY017 FA048 FD018 FD142 FD146 FD157 GQ00 4J036 AA05 AF05 AF15 DA05 DC41 DD07 FA05 FB07 GA04 JA07 4J043 PA02 PA04 PA19 QB15 QB26 RA35 SA06 SB01 SB03 TA22 TB01 TB03 UA032 UA121 UA122 UA131 UA132 UA142 UA762 UB011 UB121 UB122 UB132 UB152 UB281 UB301 UB351 UB402 VA021 VA041 VA051 VA081 WA09 WA16 XA16 XA19 YA06 YB32 ZA12 ZA19 ZA31 ZB50 4M109 AA02 BA01 CA21 EA03 EB03 EB04 EB06 EB07 EB08 EB12 EB17 EB19 EC01 EC03 EC05 ED03 EE02 GA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポリイミドによって一部または全部が被覆
された半導体素子を、エポキシ樹脂（Ａ）、フェノール
系硬化剤（Ｂ）、硬化促進剤(Ｃ）、ならびに無機充填
剤（Ｄ）を含有するエポキシ封止樹脂組成物によって被
覆してなる半導体装置において、前記ポリイミドが一般
式（Ｉ）で表されるポリイミド前駆体を脱水または脱ア
ルコールして得られるポリイミドであり、前記エポキシ
樹脂（Ａ）が一般式（II）で表される化合物を含有する
エポキシ樹脂組成物であることを特徴とする半導体装
置。【化１】（Ｒ₁は少なくとも２個の炭素原子を有する３価または
４価の有機基、Ｒ₂は少なくとも２個の炭素原子を有す
る２価の有機基を表す。Ｘは二重結合を有する有機基を
有するアンモニウムイオン、水素または二重結合を有す
る一価の有機基を示す。ｎは１または２である。）【化２】（式中のＲ₃〜Ｒ₁₀は水素原子又は１価の有機基または
ハロゲン原子を示す。ただし、Ｒ₃〜Ｒ₁₀中、少なくと
も２つ以上はグリシジル基である。）
【請求項２】ポリイミドのイミド化率が１００％未満で
あることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】無機充填剤（Ｄ）の含有量がエポキシ樹脂
組成物全体の７０〜９６重量％であることを特徴とする
請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】無機充填剤（Ｄ）がシリカを含有すること
を特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の半導体装
置。
【請求項５】無機充填剤（Ｄ）の平均粒径が５〜２５μ
mであることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載
の半導体装置。
【請求項６】無機充填剤（Ｄ）の最大粒径が実質的に９
５μm以下であることを特徴とする請求項１〜５いずれ
かに記載の半導体装置。
【請求項７】フェノール系硬化剤（Ｂ）が一般式（III
）で表される化合物を含有することを特徴とする請求
項１〜６いずれかに記載の半導体装置。【化３】（ただし、式（III ）中のＲ¹は２価の芳香族基、Ｒ²は
水酸基を有する２価の芳香族基、Ｒ³は水酸基を有する
１価の芳香族基、Ｒ¹〜Ｒ³は同一でも異なっていてもよ
く、ｎは０または１以上の整数を示す。）
【請求項８】一般式（III ）を有する化合物が、式(III
)において、Ｒ¹が２価のフェニル基、Ｒ²は水酸基を有
する２価のフェニル基、Ｒ³が水酸基を有する１価のフ
ェニル基であるものである請求項１〜７いずれかに記載
の半導体装置。
【請求項９】一般式（III ）を有する化合物が、式(III
)において、Ｒ¹が２価のビフェニル基、Ｒ²は水酸基を
有する２価のフェニル基、Ｒ³が水酸基を有する１価の
フェニル基であることを特徴とする請求項１〜８いずれ
か記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項１０】エポキシ樹脂組成物中の塩素イオン含有
量が１０ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１〜
９いずれかに記載の半導体装置。
【請求項１１】一般式（Ｉ）で表されるポリイミド前駆
体のＲ₁が次の式のいずれかで表され、かつｎ＝２であ
るポリイミド前駆体を含有することを特徴とする請求項
１〜１０いずれかに記載の半導体装置。【化４】
【請求項１２】一般式（Ｉ）で表されるポリイミド前駆
体のＲ₂が次の式のいずれかで表され、かつｎ＝２であ
るポリイミド前駆体を含有することを特徴とする請求項
１〜１１いずれかに記載の半導体装置。【化５】（ただし、Ｒa,Ｒbはフッ素原子または水素原子または
１価の炭化水素基またはフッ素原子を含む１価の炭化水
素基を示す。）
【請求項１３】一般式（Ｉ）で表されるポリイミド前駆
体を脱水して得られるポリイミドの塩素イオン含有量が
１０ｐｐｍ未満であることを特徴とする請求項１〜１２
いずれかに記載の半導体装置。
【請求項１４】半導体素子の回路形成面側のみを被覆
し、裏面を封止しないことを特徴とする請求項１〜１３
いずれか記載の半導体装置。
【請求項１５】全体の厚みが０．５μｍ未満であること
を特徴とする請求項１〜１４いずれかに記載の半導体装
置。