JP2965392B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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  • Epoxy Resins (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、エポキシ樹脂組成物
で樹脂封止された樹脂封止型半導体装置で、優れた半田
時の耐パツケージクラツク性を有し、樹脂組成物に起因
する熱応力の低い優れた信頼性を保持する半導体装置に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】トランジスタ,IC,LSI等の半導体
素子は、通常、エポキシ樹脂組成物を用いて封止され半
導体装置化されている。この種のパツケージの代表例と
しては、従来からデユアルインラインパツケージ(DI
P)がある。このDIPは、ピン挿入型のものであり、
実装基板に対してピンを挿入することにより半導体装置
を取り付けるようになつている。
【0003】最近は、LSIチツプ等の半導体装置の高
集積化と高速化が進んでおり、加えて電子装置を小形で
高機能にする要求から、実装の高密度化が進んでいる。
このような観点からDIPのようなピン挿入型のパツケ
ージに代えて、表面実装型パツケージが主流になつてき
ている。この種のパツケージを用いた半導体装置におい
ては、平面的にピンを取り出し、これを実装基板表面に
直接半田等によつて固定するようになつている。このよ
うな表面実装型半導体装置は、平面的にピンが取り出せ
るようになつており、薄い,軽い,小さいという利点を
備えており、したがつて実装基板に対する占有面積が小
さくてすむという利点を備えている他、基板に対する両
面実装も可能であるという長所をも有している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な表面実装型パツケージを用いた半導体装置において表
面実装前にパツケージ自体が吸湿している場合には、半
田実装時に水分の蒸気圧によつて、パツケージにクラツ
クが生じるという問題がある。すなわち、図1に示すよ
うな表面実装型半導体装置において、水分は矢印Aのよ
うに封止樹脂1を通つて、パツケージ3内に浸入し、主
としてSi−チツプ7の表面やダイボンドパツド4の裏
面に滞溜する。そして、ベーパーフエーズソルダリング
等の半田表面実装を行う際に、上記滞溜水分が、上記半
田実装における加熱により気化し、その蒸気圧により、
図2に示すように、ダイボンドパツド4の裏面の樹脂部
分を下方に押しやり、そこに空隙5をつくると同時にパ
ツケージ3にクラツク6を生じさせる。図1および図2
において、8はボンデイングワイヤーである。
【0005】このような問題に対する解決策として、半
導体素子をパツケージで封止した後、得られる半導体装
置全体を防湿梱包し、表面実装の直前に開封して使用す
る方法や、表面実装の直前に上記半導体装置を100℃
で24時間乾燥させ、その後半田実装を行うという方法
が提案され、すでに実施されている。しかしながら、こ
のような前処理方法によれば製造工程が長くなる上、手
間がかかるという問題がある。
【0006】一方、半導体素子の大形化にともない、パ
ツシベーシヨンクラツクやアルミスライドの発生といつ
た熱応力に起因する問題が生じている。このような問題
を解決するため、通常、ゴムやシリコーンのような柔軟
な物質を樹脂組成物に分散させ、これを用いて樹脂封止
し、低応力化を図つている。しかし、上記手法をとる
と、樹脂組成物の水蒸気拡散係数が増大するため、先に
述べた半田実装時のパツケージクラツクの発生という観
点から不利となる。
【0007】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、電子機器への実装に際して前処理を要するこ
となく、しかも半田実装時の加熱に耐えうる低応力性に
優れた半導体装置の提供をその目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明の半導体装置は、下記の(A)および
(B)成分を含有するエポキシ樹脂組成物を用いて半導
体素子を封止するという構成をとる。 (A)エポキシ樹脂。 (B)1分子中に少なくとも2個のフエニル基を有する
フエノール樹脂であつて、上記フエニル基間に炭素数8
〜12の炭化水素からなる官能基と、少なくとも1個の
シクロペンタン環とを有するフエノール樹脂。
【0009】
【作用】半田時のパツケージクラツクを防止する方法と
しては、封止樹脂に対する吸湿を抑制する、ダイボ
ンドパツドの裏面および半導体素子の表面と、封止樹脂
との間の接着力を高める、高温での封止樹脂の強度を
高める、高温での封止樹脂の弾性率を低下させるとい
う4つの方法が考えられる。この発明は、上記特殊なフ
エノール樹脂を硬化剤として用いると、上記の,お
よびの手法が達成され、半田時の耐パツケージクラツ
ク性の向上と、低応力性とを両立させることが可能とな
ることを見出しこの発明に到達した。
【0010】つぎに、この発明を詳しく説明する。
【0011】この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物
は、エポキシ樹脂(A成分)と、特殊なフエノール樹脂
(B成分)とを用いて得られるものであり、通常、粉末
状もしくはタブレツト状になつている。
【0012】上記エポキシ樹脂(A成分)としては、特
に限定するものではなく通常用いられるエポキシ樹脂が
あげられる。そして、上記通常用いられるエポキシ樹脂
以外に特に下記の一般式(1)で表される結晶性エポキ
シ樹脂を用いるのが好ましい。このように、グリシジル
基を有するフエニル環に低級アルキル基を付加すること
により撥水性を有するようになる。
【0013】
【化3】
【0014】上記通常用いられるエポキシ樹脂、例えば
クレゾールノボラツク型,フエノールノボラツク型,ノ
ボラツクビスA型やビスフエノールA型等の各種エポキ
シ樹脂を用いてもよい。上記ノボラツク型エポキシ樹脂
としては、通常、エポキシ当量150〜250,軟化点
50〜130℃のものが用いられ、クレゾールノボラツ
ク型エポキシ樹脂としては、エポキシ当量180〜21
0,軟化点60〜110℃のものが一般に用いられる。
【0015】上記エポキシ樹脂(A成分)とともに用い
られる特殊なフエノール樹脂(B成分)は、エポキシ樹
脂の硬化剤として作用するものであり、1分子中に少な
くとも2個のフエニル基を有するフエノール樹脂であつ
て、上記フエニル基間に、炭素数8〜12の炭化水素か
らなる官能基と、少なくとも1個のシクロペンタン環と
を有する。このようなフエノール樹脂としては、例えば
下記の一般式(2)で表される繰り返し単位からなるフ
エノール樹脂および下記の一般式(3)で表される繰り
返し単位からなるフエノール樹脂等があげられる。
【0016】
【化4】
【0017】
【化5】
【0018】上記エポキシ樹脂(A成分)と特殊なフエ
ノール樹脂(B成分)との配合割合は、上記エポキシ樹
脂中のエポキシ基1当量当たりフエノール樹脂中の水酸
基が0.8〜1.2当量となるように配合することが好
ましい。
【0019】なお、この発明に用いられるエポキシ樹脂
組成物には、必要に応じて無機質充填剤,硬化促進剤,
難燃剤,カツプリング剤,ワツクス,離型剤等が用いら
れる。
【0020】上記無機質充填剤としては、結晶性および
溶融性シリカはもちろんのこと、酸化アルミニウム,酸
化ベリリウム,炭化ケイ素,窒化ケイ素等があげられ
る。
【0021】上記硬化促進剤としては、アミン系,リン
系,ホウ素系,リン−ホウ素系等の硬化促進剤があげら
れ、単独でもしくは併せて用いられる。
【0022】上記難燃剤としては、ノボラツク型ブロム
化エポキシ樹脂もしくはビスA型ブロム化エポキシ樹
脂、三酸化アンチモンおよび五酸化アンチモン等の化合
物を適宜単独でもしくは併せて使用することが行われ
る。
【0023】上記カツプリング剤としては、グリシジル
エーテルタイプ,アミンタイプ,チオシアンタイプ,ウ
レアタイプ等のメトキシないしはエトキシシランが、適
宜に単独でもしくは併せて用いられる。そして、上記カ
ツプリング剤は、充填剤に対してドライブレンドした
り、もしくは予備加熱反応させたり、さらには有機成分
原料に対して予備混合したりして用いられるが、特に限
定するものではない。
【0024】上記ワツクスとしては、高級脂肪酸,高級
脂肪酸エステル,高級脂肪酸カルシウム等の化合物があ
げられ、単独でもしくは併せて使用される。
【0025】なお、この発明に用いられるエポキシ樹脂
組成物には、上記添加剤以外にシリコーンオイルおよび
シリコーンゴム,合成ゴム等のゴム成分を配合して低応
力化を図つたり、耐湿信頼性テストにおける信頼性向上
を目的としてハイドロタルサイト等で示されるイオント
ラツプ剤を配合してもよい。
【0026】この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物
は、例えばつぎのようにして製造することができる。す
なわち、まずエポキシ樹脂(A成分),特殊なフエノー
ル樹脂(B成分)ならびに上記その他の添加剤を適宜配
合し、予備混合する。ついで、ミキシングロール機等の
混練機にかけ加熱状態で混練して溶融混合し、これを室
温に冷却する。この後、公知の手段によつて粉砕し、必
要に応じて打錠するという一連の工程により製造するこ
とができる。
【0027】このようなエポキシ樹脂組成物を用いての
半導体素子の封止は、特に限定するものではなく、通常
のトランスフアー成形等の公知のモールド方法により行
うことができる。
【0028】このようにして得られる半導体装置は、エ
ポキシ樹脂組成物中に含まれる特殊なフエノール樹脂
(B成分)の作用により、封止樹脂自体の低吸湿化,低
弾性率化をガラス転移温度を低下させることなく実現し
ており、しかも半導体素子と封止樹脂との接着強度も向
上し、耐熱および耐湿信頼性に優れている。
【0029】
【発明の効果】以上のように、この発明の半導体装置
は、特殊なフエノール樹脂(B成分)を含有するエポキ
シ樹脂組成物を用いて半導体素子を樹脂封止し構成され
ている。このため、半導体素子と封止樹脂の接着強度に
優れ、封止樹脂自体の低吸湿化と低弾性率化をガラス転
移温度を低下させることなく実現することができる。し
たがつて、半田実装時のような過酷な条件下においても
パツケージクラツクを発生することなく優れた耐湿およ
び耐熱信頼性を備えている。
【0030】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。
【0031】
【実施例1〜4、比較例】下記の表1および表2に示す
各成分を同表に示す割合で配合し、ミキシングロール機
にかけて100℃で10分間混練し、シート状の組成物
を得た。ついで、得られたシート状の組成物を粉砕し、
目的とする粉末状のエポキシ樹脂組成物を得た。
【0032】
【表1】
【0033】
【表2】
【0034】つぎに、実施例1〜4および比較例で得ら
れた粉末状のエポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を
トランスフアー成形でモールドすることにより半導体装
置を得た。この半導体装置は、80ピン四方向フラツト
パツケージ(QFP)(20mm×14mm×厚み2.5m
m)で、7mm×7mmのダイボンドプレート、6.5mm×
6.5mmのチツプサイズを有するものである。このよう
にして得られた半導体装置について、260℃×10秒
の半田浸漬を行いパツケージクラツクが発生するまでの
85℃/85%RH下での限界吸湿時間を測定した。ま
た、上記実施例1〜4および比較例で得られたエポキシ
樹脂組成物を用いて、厚み1mm×直径50mmの円板状の
硬化物を作製(硬化条件:180℃×5時間)し、この
円板状の硬化物について85℃×85%RH下で500
時間吸湿させて飽和吸湿率を測定した。さらに、硬化物
の曲げ強度および弾性率をJIS−K−6911 5.
17に準じて室温および260℃下で測定した。つい
で、実施例1〜4および比較例で得られたエポキシ樹脂
組成物の硬化体と半導体素子との接着力を測定した。こ
れらの結果を下記の表3に示した。なお、上記接着力
は、つぎのようにして測定した。すなわち、図3および
図4に示すように、上面が直径a=11mmおよび下面が
直径b=9mmで、高さh=10mmの円錐台状硬化物10
を作製し、この円錐台状硬化物10と半導体素子11と
の剪断接着力を測定した。
【0035】また、上記実施例1〜4および比較例で得
られたエポキシ樹脂組成物を用い前記と同様にして得ら
れたパツケージを、85℃/85%RH下で72時間吸
湿させた後、260℃×10秒の半田浸漬を行つた。こ
れを121℃×100%RH下に放置して、半導体素子
表面のアルミパターン部の腐食による50%の不良の発
生した耐湿性劣化時間を測定評価した。さらに、同様に
して得られたパツケージを150℃〜−60℃で300
サイクルの熱サイクルテスト(TCTテスト)にかけ、
半導体素子表面のアルミパターン配線部が、封止樹脂か
らうける熱応力による変形量を測定した。この結果を下
記の表3に併せて示した。
【0036】さらに、上記実施例1〜4および比較例で
得られたエポキシ樹脂組成物を用いこのエポキシ樹脂組
成物175℃におけるスパイラルフローおよび最低溶融
粘度の流動特性を測定し、この結果を下記の表3に併せ
て示した。なお、上記スパイラルフローはEMMI−1
−66に基づいて測定した。また、最低溶融粘度は高圧
式フローテスター(島津製作所社製)を用いて測定し
た。
【0037】
【表3】
【0038】上記表3の結果から、実施例品は、接着力
に優れ飽和吸水率が低く硬化物特性に優れている。しか
も、クラツク発生限界吸湿時間,50%不良発生時間が
比較例品に比べて長時間であり、配線変形量も小さい。
このことから、実施例品は耐湿および耐熱信頼性に優れ
ていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の半導体装置のパツケージクラツク発生状
況を説明する縦断面図である。
【図2】従来の半導体装置のパツケージクラツク発生状
況を説明する縦断面図である。
【図3】エポキシ樹脂組成物硬化体の正面図である。
【図4】エポキシ樹脂組成物硬化体の側面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 恒 大阪府茨木市下穂積1丁目1番2号 日 東電工株式会社内 (72)発明者 池村 和弘 大阪府茨木市下穂積1丁目1番2号 日 東電工株式会社内 (72)発明者 西岡 務 大阪府茨木市下穂積1丁目1番2号 日 東電工株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−254453(JP,A) 特開 平1−275620(JP,A) 特開 平2−91965(JP,A) 特開 平2−102217(JP,A) 特開 平2−129257(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 23/28 - 23/30 H01L 21/56 C08G 59/62 C08L 63/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記の(A)および(B)成分を含有す
    るエポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止してな
    る半導体装置。 (A)エポキシ樹脂。 (B)1分子中に少なくとも2個のフエニル基を有する
    フエノール樹脂であつて、上記フエニル基間に炭素数8
    〜12の炭化水素からなる官能基と、少なくとも1個の
    シクロペンタン環とを有するフエノール樹脂。
  2. 【請求項2】 (A)成分であるエポキシ樹脂が、下記
    の一般式(1)で表されるエポキシ樹脂である請求項1
    記載の半導体装置。 【化1】
  3. 【請求項3】 下記の(A)および(B)成分を含有す
    る半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 (A)エポキシ樹脂。 (B)1分子中に少なくとも2個のフエニル基を有する
    フエノール樹脂であつて、上記フエニル基間に炭素数8
    〜12の炭化水素からなる官能基と、少なくとも1個の
    シクロペンタン環とを有するフエノール樹脂。
  4. 【請求項4】 (A)成分であるエポキシ樹脂が、下記
    の一般式(1)で表されるエポキシ樹脂である請求項3
    記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 【化2】
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