JP2003209204A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JP2003209204A JP2003209204A JP2002005579A JP2002005579A JP2003209204A JP 2003209204 A JP2003209204 A JP 2003209204A JP 2002005579 A JP2002005579 A JP 2002005579A JP 2002005579 A JP2002005579 A JP 2002005579A JP 2003209204 A JP2003209204 A JP 2003209204A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 成形後や半田処理時の反りが小さい半導体装
置を提供すること。 【解決手段】 基板の片面に半導体素子が搭載され、こ
の半導体素子が搭載された基板面側の実質的に片面のみ
が、下記のエポキシ樹脂組成物（１）によって封止され
てなることを特徴とするエリア実装型半導体装置。 （１）（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、
（Ｃ）無機充填材及び（Ｄ）窒素含有化合物を必須成分
とするエポキシ樹脂組成物であって、かつ無機充填材が
全エポキシ樹脂組成物中８７〜９２重量％、窒素量が全
エポキシ樹脂組成物中０．００２〜０．１００重量％で
あるエポキシ樹脂組成物。
置を提供すること。 【解決手段】 基板の片面に半導体素子が搭載され、こ
の半導体素子が搭載された基板面側の実質的に片面のみ
が、下記のエポキシ樹脂組成物（１）によって封止され
てなることを特徴とするエリア実装型半導体装置。 （１）（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、
（Ｃ）無機充填材及び（Ｄ）窒素含有化合物を必須成分
とするエポキシ樹脂組成物であって、かつ無機充填材が
全エポキシ樹脂組成物中８７〜９２重量％、窒素量が全
エポキシ樹脂組成物中０．００２〜０．１００重量％で
あるエポキシ樹脂組成物。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エリア実装型半導
体装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】近年の電子機器の小型化、軽量化、高機
能化の市場動向において、半導体素子の高集積化が年々
進み、又半導体装置の表面実装化が促進されるなかで、
新規にエリア実装型半導体装置が開発され、従来構造の
装置から移行し始めている。エリア実装型半導体装置と
しては、ボールグリッドアレイ（以下、ＢＧＡという）
或いは更に小型化を追求したチップサイズパッケージ
（以下、ＣＳＰという）等が代表的であるが、これらは
従来のＱＦＰ、ＳＯＰ等に代表される表面実装型半導体
装置では限界に近づいている多ピン化・高速化への要求
に対応するために開発されたものである。構造として
は、ビスマレイミド・トリアジン（以下、ＢＴという）
樹脂／銅箔回路基板に代表される硬質回路基板或いはポ
リイミド樹脂フィルム／銅箔回路基板に代表されるフレ
キシブル回路基板の片面上に半導体素子を搭載し、その
半導体素子搭載面、即ち基板の片面のみがエポキシ樹脂
組成物等で成形・封止されている。又基板の半導体素子
搭載面の反対面には、半田ボールを２次元的に並列して
形成し、半導体装置を実装する回路基板との接合を行う
という特徴を有している。更に半導体素子を搭載する基
板としては、上記有機回路基板以外にもリードフレーム
等の金属基板を用いる構造も開発されている。 【０００３】これらエリア実装型半導体装置の構造は、
基板の半導体素子搭載面のみをエポキシ樹脂組成物で封
止し、半田ボール形成面側は封止しないという片面封止
の形態をとっている。ごく希に、リードフレーム等の金
属基板等では、半田ボール形成面でも数十μｍ程度の封
止樹脂層が存在することもあるが、半導体素子搭載面で
は数百μｍから数ｍｍ程度の封止樹脂層が形成されるた
め、実質的に片面封止となっている。このため、有機基
板や金属基板とエポキシ樹脂組成物の硬化物との間での
熱膨張・熱収縮の不整合或いはエポキシ樹脂組成物の成
形・硬化時の硬化収縮による影響で、これらの半導体装
置では成形直後から反りが発生しやすい。 【０００４】又これらの半導体装置を実装する回路基板
上に半田接合を行う場合、２００℃以上の加熱工程を経
るが、この際にも半導体装置の反りが発生し、多数の半
田ボールが平坦とならず、半導体装置を実装する回路基
板から浮き上がってしまい、電気的接合の信頼性が低下
する問題が起こる。基板上の実質的に片面のみをエポキ
シ樹脂組成物で封止した半導体装置において、反りを低
減するには、基板の熱膨張係数とエポキシ樹脂組成物の
硬化物の熱膨張係数を近づけること、及びエポキシ樹脂
組成物の成形・硬化時の硬化収縮量を小さくすることの
二つの方法が重要である。 【０００５】基板としては、有機基板では、ＢＴ樹脂や
ポリイミド樹脂のような高いガラス転移温度（以下、Ｔ
ｇという）を有する樹脂が広く用いられており、これら
はエポキシ樹脂組成物の成形温度である１７０℃近辺よ
りも高いＴｇを有する。従って、成形温度から室温まで
の冷却過程では有機基板の線膨張係数α１（以下、α１
という）の領域のみで収縮するので、エポキシ樹脂組成
物の硬化物もＴｇが高く、かつα１が有機基板と同じで
あり、更に硬化収縮量がゼロであれば反りはほぼゼロで
あると考えられる。このため、トリフェノールメタン型
エポキシ樹脂とトリフェノールメタン型フェノール樹脂
との組合せによりＴｇを高くし、無機充填材の配合量で
α１を基板と合わせる手法が既に提案されている。この
エポキシ樹脂組成物は、Ｔｇが高く、硬化性、熱時曲げ
強度に優れた特性を有しているが、硬化物の吸湿率が高
く、又エポキシ樹脂組成物の溶融粘度が比較的高く、無
機充填材の高充填化には限界があり、低吸湿化が不十分
で、耐半田性に問題があった。 【０００６】一方、従来のＱＦＰやＳＯＰ等の表面実装
型半導体装置では、半田実装時のクラックや各素材界面
での剥離の防止のために、ビフェニル型エポキシ樹脂に
代表されるような結晶性エポキシ樹脂を使用している
が、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂を用いたエポ
キシ樹脂組成物の硬化物と比較してＴｇが低いため成形
温度から室温までの冷却課程における収縮が大きくなり
片面封止型半導体装置における反りの問題は解決できな
いのが現状であった。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、エポキシ樹
脂組成物の窒素量を制御することにより成形後や半田処
理時の反りが小さいエリア実装型半導体装置を提供する
ものである。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明は、［１］基板の
片面に半導体素子が搭載され、この半導体素子が搭載さ
れた基板面側の実質的に片面のみが、下記のエポキシ樹
脂組成物（１）によって封止されてなることを特徴とす
るエリア実装型半導体装置。 （１）（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、
（Ｃ）無機充填材及び（Ｄ）窒素含有化合物を必須成分
とするエポキシ樹脂組成物であって、かつ無機充填材が
全エポキシ樹脂組成物中８７〜９２重量％、窒素量が全
エポキシ樹脂組成物中０．００２〜０．１００重量％で
あるエポキシ樹脂組成物、である。 【０００９】 【発明の実施の形態】以下に本発明を詳細に説明する。
基板上の実質的に片面のみをエポキシ樹脂組成物にて封
止した半導体装置において、反りを低減するには、基板
の熱膨張係数とエポキシ樹脂組成物の硬化物の熱膨張係
数を近づけること、及びエポキシ樹脂組成物の成形硬化
時の硬化収縮を小さくする二つの方法が重要と考えられ
てきた。即ちエポキシ樹脂、フェノール樹脂、硬化促進
剤及び無機充填材を主成分とするエポキシ樹脂組成物に
おいて、エポキシ樹脂組成物の成形硬化時の硬化収縮を
小さくし、エポキシ樹脂組成物の硬化物のＴｇを成形温
度より高くすることにより、成形硬化後の成形温度から
室温までの温度領域での熱収縮を小さくすることが反り
の低減に必要となる。しかし、成形硬化時の硬化収縮と
成形硬化後の成形温度から室温までの温度領域での熱収
縮を小さくするだけでは反りの低減が不十分であり、又
一般的にＴｇの高いエポキシ樹脂組成物の硬化物は、吸
水率が高いことから耐半田性が悪いという問題があっ
た。 【００１０】本発明者は、エポキシ樹脂組成物の硬化物
の反りについて、鋭意検討した結果、エポキシ樹脂組成
物中の窒素量が、反りに大きな影響を与えることを見出
したものである。本発明での窒素量は、全エポキシ樹脂
組成物中０．００２〜０．１００重量％であり、窒素量
が０．００２重量％未満だと反りが大きく、０．１００
重量％を越えるとエポキシ樹脂組成物の流動性が悪くな
る他、吸水率が高くなり耐半田性が低下する。本発明で
の全エポキシ樹脂組成物中の窒素量は、ケルダール法で
定量される値のことを言う。ケルダール法は、窒素量の
定量に一般に用いられている測定法であり、試料をケル
ダール分解（硫酸カルシウム、硫酸銅等を用いて加熱分
解）し、試料中の窒素含有化合物を硫酸アンモニウムと
した後、アンモニア量をイオンクロマトグラフィーで定
量し、窒素量に換算した値である。 【００１１】本発明で用いるエポキシ樹脂は、１分子中
に２個以上のエポキシ基を有するモノマー、オリゴマ
ー、ポリマー全般を指し、例えばオルソクレゾールノボ
ラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビ
フェノール型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エ
ポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エ
ポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂等が挙げられ、
これらは単独でも併用しても差し支えない。 【００１２】本発明で用いるフェノール樹脂は、１分子
中に２個以上のフェノール性水酸基を有するモノマー、
オリゴマー、ポリマー全般を指し、例えばフェノールノ
ボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ナフトール
アラルキル樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール
樹脂等が挙げられ、これらは単独でも併用しても差し支
えない。 【００１３】本発明で用いる無機充填材の種類について
は特に制限はなく、一般に封止材料に用いられているも
のを使用することができる。例えば溶融破砕シリカ、溶
融球状シリカ、結晶シリカ、２次凝集シリカ、アルミ
ナ、チタンホワイト、水酸化アルミニウム等が挙げら
れ、特に溶融球状シリカが好ましい。溶融球状シリカの
形状としては、流動性改善のために限りなく真球状であ
り、かつ粒度分布がブロードであるものが好ましい。無
機充填材の配合量は、全エポキシ樹脂組成物中８７〜９
２重量％で、８７重量％未満では含まれる窒素の効果が
十分でなく反りが大きくなり、かつ耐半田性が劣る。９
２重量％を越えると流動性が十分でなく未充填やワイヤ
ー変形が起こる。 【００１４】本発明で用いる窒素含有化合物は、エポキ
シ樹脂とフェノール樹脂の硬化を促進する硬化促進剤と
して、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセ
ン−７等のアミジン系化合物、２-メチルイミダゾール
等のイミダゾール化合物等が例示される。又カップリン
グ剤としては、アミノシランカップリング剤、イソシア
ネートシランカップリング剤、ウレイドシランカップリ
ング剤、ケチミンシランカップリング剤等が例示され
る。アミノシランカップリング剤は、凝集のおそれがあ
るので、予め無機充填材に処理してから用いた方がよ
い。又離型剤として、ステアリン酸アマイド系ワック
ス、モンタン酸アマイド系ワックス等が例示される。更
にメラミン変性フェノール樹脂、ホスファゼン化合物等
の難燃剤が例示されるが、これらに限定されるものでは
ない。 【００１５】本発明のエポキシ樹脂組成物は、必要に応
じてトリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスフォ
ニウム・テトラフェニルボレート塩等の有機リン系化合
物等の硬化促進剤、臭素化エポキシ樹脂、酸化アンチモ
ン、リン化合物等の難燃剤、γ-グリシドキシプロピル
トリメトキシシラン等のカップリング剤、酸化ビスマス
水和物等の無機イオン交換体、カーボンブラック、ベン
ガラ等の着色剤、シリコーンオイル、シリコーンゴム等
の低応力化成分、天然ワックス、合成ワックス、高級脂
肪酸及びその金属塩類もしくはパラフィン等の離型剤、
酸化防止剤等の各種添加剤を適宜配合しても差し支えな
い。 【００１６】本発明で用いるエポキシ樹脂組成物は、
（Ａ）〜（Ｄ）成分及びその他の添加剤等をミキサーを
用いて常温混合し、ロール、ニーダー、押出機等の混練
機で溶融混練し、冷却後粉砕して得られる。本発明で用
いるエポキシ樹脂組成物で、基板の片面に半導体素子が
搭載された基板面側の実質的に片面のみを封止し、半導
体装置を製造するには、トランスファーモールド、コン
プレッションモールド、インジェクションモールド等の
成形方法で硬化成形すればよい。 【００１７】 【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳細に
説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定さ
れるものではない。実施例及び比較例で用いたエポキシ
樹脂、フェノール樹脂、ワックスの略号及び構造を、以
下に示す。 エポキシ樹脂１：式（１）で示されるエポキシ樹脂を主
成分とする樹脂（融点１０５℃、エポキシ当量：１９１
ｇ／ｅｑ） 【００１８】 【化１】 【００１９】フェノール樹脂１：式（２）で示されるフ
ェノール樹脂（軟化点７９℃、水酸基当量１７４ｇ／ｅ
ｑ） 【００２０】 【化２】 【００２１】ワックス１：式（３）で示されるワックス 【００２２】 【化３】 【００２３】ワックス２：式（４）で示されるワックス 【００２４】 【化４】 【００２５】アミノシラン処理溶融球状シリカ：溶融球
状シリカ１００重量部をミキサーで攪拌しながら、γ−
アミノプロピルトリエトキシシラン０．４重量部を滴下
しながら攪拌を１５分間継続した後、室温に８時間放置
した。この処理シリカ１０重量部にメタノール３００重
量部を加え、３０分間攪拌した。ガラスフィルターを用
いてメタノールを除去した後、６０℃で１時間乾燥し
た。 【００２６】以下、配合割合は重量部とする。 実施例１ エポキシ樹脂１ ７．３０重量部 フェノールノボラック樹脂（軟化点８０℃、水酸基当量１０４ｇ／ｅｑ） ４．１０重量部 １，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（以下、ＤＢＵという ） ０．２０重量部 溶融球状シリカ ８７．５０重量部 γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン ０．３０重量部 カーボンブラック ０．３０重量部 カルナバワックス ０．３０重量部 を、常温でミキサーを用いて混合し、７０〜１２０℃で
２本ロールを用いて混練し、冷却後粉砕してエポキシ樹
脂組成物を得た。得られたエポキシ樹脂組成物を以下の
方法で評価した。結果を表１に示す。 【００２７】スパイラルフロー：ＥＭＭＩ−１−６６に
準じたスパイラルフロー測定用の金型を用い、金型温度
１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間２分で測定
した。単位はｃｍ。 硬化トルク：キュラストメーター（（株）オリエンテッ
ク・製、ＪＳＲキュラストメーターIVＰＳ型）を用い、
金型温度１７５℃、加熱開始９０秒後のトルクを求め
た。キュラストメーターにおけるトルクは硬化性のパラ
メーターであり、数値の大きい方が硬化性が良好であ
る。単位はＮ・ｍ。 吸湿率：トランスファー金型温度１７５℃、注入圧力
９．８ＭＰａ、硬化時間２分で直径５０ｍｍ、厚さ３ｍ
ｍの円盤を成形し、１７５℃、８時間で後硬化し、更に
８５℃、相対湿度６０％の環境下で１６８時間放置し、
吸湿前後の重量変化を測定して吸湿率を求めた。単位は
重量％。 パッケージ反り量：トランスファー成形機を用いて、金
型温度１７５℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間２分
で３５２ｐＢＧＡ（基板は厚さ０．５６ｍｍ、ＢＴ樹脂
／ガラスクロス基板、パッケージサイズは３０×３０ｍ
ｍ、厚さ１．１７ｍｍ、シリコンチップはサイズ１０×
１０ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍ、チップと回路基板のボン
ディングパッドとを２５μｍ径の金線でボンディングし
ている。）を成形し、１７５℃、８時間で後硬化した。
室温に冷却後、パッケージのゲートから対角線方向に、
表面粗さ計を用いて高さ方向の変位を測定し、変位差の
最も大きい値を反り量とした。単位はμｍ。後硬化のパ
ッケージ反り量をパッケージ反り量１、３０℃、相対湿
度６０％の環境下で１９２時間放置した後ＩＲリフロー
処理（２４０℃）を行った後のパッケージ反り量をパッ
ケージ反り量２という。ｎ＝４。 耐半田性：トランスファー成形機を用いて、金型温度１
７５℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間２分で２２５
ｐＢＧＡ（基板は厚さ０．３６ｍｍ、ＢＴ樹脂／ガラス
クロス基板、パッケージサイズは２４×２４ｍｍ、厚さ
１．１７ｍｍ、シリコンチップはサイズ９×９ｍｍ、厚
さ０．３５ｍｍ、チップと回路基板のボンディングパッ
ドとを２５μｍ径の金線でボンディングしている）を成
形し、１７５℃、８時間で後硬化した。得られたパッケ
ージ各１０個を、別々に３０℃、相対湿度６０％の環境
下で１９２時間放置と６０℃、相対湿度６０％の環境下
で１２０時間放置した後、ＩＲリフロー処理（２４０
℃）を行った。処理後の内部の剥離及びクラックの有無
を超音波探傷機で観察し、不良パッケージの個数を数え
た。不良パッケージの個数がｎ個であるとき、ｎ／１０
と表示する。 窒素量：未硬化のエポキシ樹脂組成物を硫酸カルシウム
を用いて、ケルダール分解した後、イオンクロマトグラ
フィーで定量して窒素量とした。測定装置は、横河ＩＣ
７０００型イオンクロマトアナライザーを用いた。 【００２８】実施例２〜１０、比較例１〜１１ 表１、表２の配合に従って、実施例１と同様にエポキシ
樹脂組成物を得、実施例１と同様にして評価した。結果
を表１、表２に示す。 【００２９】 【表１】 【００３０】 【表２】【００３１】 【発明の効果】本発明に従うと、エポキシ樹脂組成物中
の窒素量を制御することにより成形後や半田処理時の反
りが小さいエリア実装型半導体装置を得ることができ
る。
体装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】近年の電子機器の小型化、軽量化、高機
能化の市場動向において、半導体素子の高集積化が年々
進み、又半導体装置の表面実装化が促進されるなかで、
新規にエリア実装型半導体装置が開発され、従来構造の
装置から移行し始めている。エリア実装型半導体装置と
しては、ボールグリッドアレイ（以下、ＢＧＡという）
或いは更に小型化を追求したチップサイズパッケージ
（以下、ＣＳＰという）等が代表的であるが、これらは
従来のＱＦＰ、ＳＯＰ等に代表される表面実装型半導体
装置では限界に近づいている多ピン化・高速化への要求
に対応するために開発されたものである。構造として
は、ビスマレイミド・トリアジン（以下、ＢＴという）
樹脂／銅箔回路基板に代表される硬質回路基板或いはポ
リイミド樹脂フィルム／銅箔回路基板に代表されるフレ
キシブル回路基板の片面上に半導体素子を搭載し、その
半導体素子搭載面、即ち基板の片面のみがエポキシ樹脂
組成物等で成形・封止されている。又基板の半導体素子
搭載面の反対面には、半田ボールを２次元的に並列して
形成し、半導体装置を実装する回路基板との接合を行う
という特徴を有している。更に半導体素子を搭載する基
板としては、上記有機回路基板以外にもリードフレーム
等の金属基板を用いる構造も開発されている。 【０００３】これらエリア実装型半導体装置の構造は、
基板の半導体素子搭載面のみをエポキシ樹脂組成物で封
止し、半田ボール形成面側は封止しないという片面封止
の形態をとっている。ごく希に、リードフレーム等の金
属基板等では、半田ボール形成面でも数十μｍ程度の封
止樹脂層が存在することもあるが、半導体素子搭載面で
は数百μｍから数ｍｍ程度の封止樹脂層が形成されるた
め、実質的に片面封止となっている。このため、有機基
板や金属基板とエポキシ樹脂組成物の硬化物との間での
熱膨張・熱収縮の不整合或いはエポキシ樹脂組成物の成
形・硬化時の硬化収縮による影響で、これらの半導体装
置では成形直後から反りが発生しやすい。 【０００４】又これらの半導体装置を実装する回路基板
上に半田接合を行う場合、２００℃以上の加熱工程を経
るが、この際にも半導体装置の反りが発生し、多数の半
田ボールが平坦とならず、半導体装置を実装する回路基
板から浮き上がってしまい、電気的接合の信頼性が低下
する問題が起こる。基板上の実質的に片面のみをエポキ
シ樹脂組成物で封止した半導体装置において、反りを低
減するには、基板の熱膨張係数とエポキシ樹脂組成物の
硬化物の熱膨張係数を近づけること、及びエポキシ樹脂
組成物の成形・硬化時の硬化収縮量を小さくすることの
二つの方法が重要である。 【０００５】基板としては、有機基板では、ＢＴ樹脂や
ポリイミド樹脂のような高いガラス転移温度（以下、Ｔ
ｇという）を有する樹脂が広く用いられており、これら
はエポキシ樹脂組成物の成形温度である１７０℃近辺よ
りも高いＴｇを有する。従って、成形温度から室温まで
の冷却過程では有機基板の線膨張係数α１（以下、α１
という）の領域のみで収縮するので、エポキシ樹脂組成
物の硬化物もＴｇが高く、かつα１が有機基板と同じで
あり、更に硬化収縮量がゼロであれば反りはほぼゼロで
あると考えられる。このため、トリフェノールメタン型
エポキシ樹脂とトリフェノールメタン型フェノール樹脂
との組合せによりＴｇを高くし、無機充填材の配合量で
α１を基板と合わせる手法が既に提案されている。この
エポキシ樹脂組成物は、Ｔｇが高く、硬化性、熱時曲げ
強度に優れた特性を有しているが、硬化物の吸湿率が高
く、又エポキシ樹脂組成物の溶融粘度が比較的高く、無
機充填材の高充填化には限界があり、低吸湿化が不十分
で、耐半田性に問題があった。 【０００６】一方、従来のＱＦＰやＳＯＰ等の表面実装
型半導体装置では、半田実装時のクラックや各素材界面
での剥離の防止のために、ビフェニル型エポキシ樹脂に
代表されるような結晶性エポキシ樹脂を使用している
が、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂を用いたエポ
キシ樹脂組成物の硬化物と比較してＴｇが低いため成形
温度から室温までの冷却課程における収縮が大きくなり
片面封止型半導体装置における反りの問題は解決できな
いのが現状であった。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、エポキシ樹
脂組成物の窒素量を制御することにより成形後や半田処
理時の反りが小さいエリア実装型半導体装置を提供する
ものである。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明は、［１］基板の
片面に半導体素子が搭載され、この半導体素子が搭載さ
れた基板面側の実質的に片面のみが、下記のエポキシ樹
脂組成物（１）によって封止されてなることを特徴とす
るエリア実装型半導体装置。 （１）（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、
（Ｃ）無機充填材及び（Ｄ）窒素含有化合物を必須成分
とするエポキシ樹脂組成物であって、かつ無機充填材が
全エポキシ樹脂組成物中８７〜９２重量％、窒素量が全
エポキシ樹脂組成物中０．００２〜０．１００重量％で
あるエポキシ樹脂組成物、である。 【０００９】 【発明の実施の形態】以下に本発明を詳細に説明する。
基板上の実質的に片面のみをエポキシ樹脂組成物にて封
止した半導体装置において、反りを低減するには、基板
の熱膨張係数とエポキシ樹脂組成物の硬化物の熱膨張係
数を近づけること、及びエポキシ樹脂組成物の成形硬化
時の硬化収縮を小さくする二つの方法が重要と考えられ
てきた。即ちエポキシ樹脂、フェノール樹脂、硬化促進
剤及び無機充填材を主成分とするエポキシ樹脂組成物に
おいて、エポキシ樹脂組成物の成形硬化時の硬化収縮を
小さくし、エポキシ樹脂組成物の硬化物のＴｇを成形温
度より高くすることにより、成形硬化後の成形温度から
室温までの温度領域での熱収縮を小さくすることが反り
の低減に必要となる。しかし、成形硬化時の硬化収縮と
成形硬化後の成形温度から室温までの温度領域での熱収
縮を小さくするだけでは反りの低減が不十分であり、又
一般的にＴｇの高いエポキシ樹脂組成物の硬化物は、吸
水率が高いことから耐半田性が悪いという問題があっ
た。 【００１０】本発明者は、エポキシ樹脂組成物の硬化物
の反りについて、鋭意検討した結果、エポキシ樹脂組成
物中の窒素量が、反りに大きな影響を与えることを見出
したものである。本発明での窒素量は、全エポキシ樹脂
組成物中０．００２〜０．１００重量％であり、窒素量
が０．００２重量％未満だと反りが大きく、０．１００
重量％を越えるとエポキシ樹脂組成物の流動性が悪くな
る他、吸水率が高くなり耐半田性が低下する。本発明で
の全エポキシ樹脂組成物中の窒素量は、ケルダール法で
定量される値のことを言う。ケルダール法は、窒素量の
定量に一般に用いられている測定法であり、試料をケル
ダール分解（硫酸カルシウム、硫酸銅等を用いて加熱分
解）し、試料中の窒素含有化合物を硫酸アンモニウムと
した後、アンモニア量をイオンクロマトグラフィーで定
量し、窒素量に換算した値である。 【００１１】本発明で用いるエポキシ樹脂は、１分子中
に２個以上のエポキシ基を有するモノマー、オリゴマ
ー、ポリマー全般を指し、例えばオルソクレゾールノボ
ラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビ
フェノール型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エ
ポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エ
ポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂等が挙げられ、
これらは単独でも併用しても差し支えない。 【００１２】本発明で用いるフェノール樹脂は、１分子
中に２個以上のフェノール性水酸基を有するモノマー、
オリゴマー、ポリマー全般を指し、例えばフェノールノ
ボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ナフトール
アラルキル樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール
樹脂等が挙げられ、これらは単独でも併用しても差し支
えない。 【００１３】本発明で用いる無機充填材の種類について
は特に制限はなく、一般に封止材料に用いられているも
のを使用することができる。例えば溶融破砕シリカ、溶
融球状シリカ、結晶シリカ、２次凝集シリカ、アルミ
ナ、チタンホワイト、水酸化アルミニウム等が挙げら
れ、特に溶融球状シリカが好ましい。溶融球状シリカの
形状としては、流動性改善のために限りなく真球状であ
り、かつ粒度分布がブロードであるものが好ましい。無
機充填材の配合量は、全エポキシ樹脂組成物中８７〜９
２重量％で、８７重量％未満では含まれる窒素の効果が
十分でなく反りが大きくなり、かつ耐半田性が劣る。９
２重量％を越えると流動性が十分でなく未充填やワイヤ
ー変形が起こる。 【００１４】本発明で用いる窒素含有化合物は、エポキ
シ樹脂とフェノール樹脂の硬化を促進する硬化促進剤と
して、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセ
ン−７等のアミジン系化合物、２-メチルイミダゾール
等のイミダゾール化合物等が例示される。又カップリン
グ剤としては、アミノシランカップリング剤、イソシア
ネートシランカップリング剤、ウレイドシランカップリ
ング剤、ケチミンシランカップリング剤等が例示され
る。アミノシランカップリング剤は、凝集のおそれがあ
るので、予め無機充填材に処理してから用いた方がよ
い。又離型剤として、ステアリン酸アマイド系ワック
ス、モンタン酸アマイド系ワックス等が例示される。更
にメラミン変性フェノール樹脂、ホスファゼン化合物等
の難燃剤が例示されるが、これらに限定されるものでは
ない。 【００１５】本発明のエポキシ樹脂組成物は、必要に応
じてトリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスフォ
ニウム・テトラフェニルボレート塩等の有機リン系化合
物等の硬化促進剤、臭素化エポキシ樹脂、酸化アンチモ
ン、リン化合物等の難燃剤、γ-グリシドキシプロピル
トリメトキシシラン等のカップリング剤、酸化ビスマス
水和物等の無機イオン交換体、カーボンブラック、ベン
ガラ等の着色剤、シリコーンオイル、シリコーンゴム等
の低応力化成分、天然ワックス、合成ワックス、高級脂
肪酸及びその金属塩類もしくはパラフィン等の離型剤、
酸化防止剤等の各種添加剤を適宜配合しても差し支えな
い。 【００１６】本発明で用いるエポキシ樹脂組成物は、
（Ａ）〜（Ｄ）成分及びその他の添加剤等をミキサーを
用いて常温混合し、ロール、ニーダー、押出機等の混練
機で溶融混練し、冷却後粉砕して得られる。本発明で用
いるエポキシ樹脂組成物で、基板の片面に半導体素子が
搭載された基板面側の実質的に片面のみを封止し、半導
体装置を製造するには、トランスファーモールド、コン
プレッションモールド、インジェクションモールド等の
成形方法で硬化成形すればよい。 【００１７】 【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳細に
説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定さ
れるものではない。実施例及び比較例で用いたエポキシ
樹脂、フェノール樹脂、ワックスの略号及び構造を、以
下に示す。 エポキシ樹脂１：式（１）で示されるエポキシ樹脂を主
成分とする樹脂（融点１０５℃、エポキシ当量：１９１
ｇ／ｅｑ） 【００１８】 【化１】 【００１９】フェノール樹脂１：式（２）で示されるフ
ェノール樹脂（軟化点７９℃、水酸基当量１７４ｇ／ｅ
ｑ） 【００２０】 【化２】 【００２１】ワックス１：式（３）で示されるワックス 【００２２】 【化３】 【００２３】ワックス２：式（４）で示されるワックス 【００２４】 【化４】 【００２５】アミノシラン処理溶融球状シリカ：溶融球
状シリカ１００重量部をミキサーで攪拌しながら、γ−
アミノプロピルトリエトキシシラン０．４重量部を滴下
しながら攪拌を１５分間継続した後、室温に８時間放置
した。この処理シリカ１０重量部にメタノール３００重
量部を加え、３０分間攪拌した。ガラスフィルターを用
いてメタノールを除去した後、６０℃で１時間乾燥し
た。 【００２６】以下、配合割合は重量部とする。 実施例１ エポキシ樹脂１ ７．３０重量部 フェノールノボラック樹脂（軟化点８０℃、水酸基当量１０４ｇ／ｅｑ） ４．１０重量部 １，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（以下、ＤＢＵという ） ０．２０重量部 溶融球状シリカ ８７．５０重量部 γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン ０．３０重量部 カーボンブラック ０．３０重量部 カルナバワックス ０．３０重量部 を、常温でミキサーを用いて混合し、７０〜１２０℃で
２本ロールを用いて混練し、冷却後粉砕してエポキシ樹
脂組成物を得た。得られたエポキシ樹脂組成物を以下の
方法で評価した。結果を表１に示す。 【００２７】スパイラルフロー：ＥＭＭＩ−１−６６に
準じたスパイラルフロー測定用の金型を用い、金型温度
１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間２分で測定
した。単位はｃｍ。 硬化トルク：キュラストメーター（（株）オリエンテッ
ク・製、ＪＳＲキュラストメーターIVＰＳ型）を用い、
金型温度１７５℃、加熱開始９０秒後のトルクを求め
た。キュラストメーターにおけるトルクは硬化性のパラ
メーターであり、数値の大きい方が硬化性が良好であ
る。単位はＮ・ｍ。 吸湿率：トランスファー金型温度１７５℃、注入圧力
９．８ＭＰａ、硬化時間２分で直径５０ｍｍ、厚さ３ｍ
ｍの円盤を成形し、１７５℃、８時間で後硬化し、更に
８５℃、相対湿度６０％の環境下で１６８時間放置し、
吸湿前後の重量変化を測定して吸湿率を求めた。単位は
重量％。 パッケージ反り量：トランスファー成形機を用いて、金
型温度１７５℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間２分
で３５２ｐＢＧＡ（基板は厚さ０．５６ｍｍ、ＢＴ樹脂
／ガラスクロス基板、パッケージサイズは３０×３０ｍ
ｍ、厚さ１．１７ｍｍ、シリコンチップはサイズ１０×
１０ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍ、チップと回路基板のボン
ディングパッドとを２５μｍ径の金線でボンディングし
ている。）を成形し、１７５℃、８時間で後硬化した。
室温に冷却後、パッケージのゲートから対角線方向に、
表面粗さ計を用いて高さ方向の変位を測定し、変位差の
最も大きい値を反り量とした。単位はμｍ。後硬化のパ
ッケージ反り量をパッケージ反り量１、３０℃、相対湿
度６０％の環境下で１９２時間放置した後ＩＲリフロー
処理（２４０℃）を行った後のパッケージ反り量をパッ
ケージ反り量２という。ｎ＝４。 耐半田性：トランスファー成形機を用いて、金型温度１
７５℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間２分で２２５
ｐＢＧＡ（基板は厚さ０．３６ｍｍ、ＢＴ樹脂／ガラス
クロス基板、パッケージサイズは２４×２４ｍｍ、厚さ
１．１７ｍｍ、シリコンチップはサイズ９×９ｍｍ、厚
さ０．３５ｍｍ、チップと回路基板のボンディングパッ
ドとを２５μｍ径の金線でボンディングしている）を成
形し、１７５℃、８時間で後硬化した。得られたパッケ
ージ各１０個を、別々に３０℃、相対湿度６０％の環境
下で１９２時間放置と６０℃、相対湿度６０％の環境下
で１２０時間放置した後、ＩＲリフロー処理（２４０
℃）を行った。処理後の内部の剥離及びクラックの有無
を超音波探傷機で観察し、不良パッケージの個数を数え
た。不良パッケージの個数がｎ個であるとき、ｎ／１０
と表示する。 窒素量：未硬化のエポキシ樹脂組成物を硫酸カルシウム
を用いて、ケルダール分解した後、イオンクロマトグラ
フィーで定量して窒素量とした。測定装置は、横河ＩＣ
７０００型イオンクロマトアナライザーを用いた。 【００２８】実施例２〜１０、比較例１〜１１ 表１、表２の配合に従って、実施例１と同様にエポキシ
樹脂組成物を得、実施例１と同様にして評価した。結果
を表１、表２に示す。 【００２９】 【表１】 【００３０】 【表２】【００３１】 【発明の効果】本発明に従うと、エポキシ樹脂組成物中
の窒素量を制御することにより成形後や半田処理時の反
りが小さいエリア実装型半導体装置を得ることができ
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）
Ｈ０１Ｌ 23/31
Ｆターム(参考） 4J002 AE033 CC042 CC072 CD021
CD041 CD051 CD061 CD071
CE002 DE136 DE146 DJ016
ER008 ET007 EU117 EX078
FB147 FD142 FD148 FD157
FD163 GJ02 GQ05
4J036 AD07 AD08 AD11 AE05 AE07
AF06 DC41 DC46 FA02 FA05
FB07 JA07
4M109 AA01 BA04 CA21 EA02 EB03
EB12 EB18 EC20
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】基板の片面に半導体素子が搭載され、この
半導体素子が搭載された基板面側の実質的に片面のみ
が、下記のエポキシ樹脂組成物（１）によって封止され
てなることを特徴とするエリア実装型半導体装置。 （１）（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、
（Ｃ）無機充填材及び（Ｄ）窒素含有化合物を必須成分
とするエポキシ樹脂組成物であって、かつ無機充填材が
全エポキシ樹脂組成物中８７〜９２重量％、窒素量が全
エポキシ樹脂組成物中０．００２〜０．１００重量％で
あるエポキシ樹脂組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002005579A JP2003209204A (ja) | 2002-01-15 | 2002-01-15 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002005579A JP2003209204A (ja) | 2002-01-15 | 2002-01-15 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003209204A true JP2003209204A (ja) | 2003-07-25 |
Family
ID=27644581
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002005579A Withdrawn JP2003209204A (ja) | 2002-01-15 | 2002-01-15 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003209204A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009084325A (ja) * | 2007-09-27 | 2009-04-23 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 |
-
2002
- 2002-01-15 JP JP2002005579A patent/JP2003209204A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009084325A (ja) * | 2007-09-27 | 2009-04-23 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 |
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