JP3259958B2 - 半導体装置の実装方法 - Google Patents

半導体装置の実装方法

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  • Encapsulation Of And Coatings For Semiconductor Or Solid State Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】 本発明は、半導体装置の実装方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】
トランジスタ,IC,LSI等の半導体素子は、外部環境か
らの保護の観点および素子のハンドリングを可能にする
観点から、プラスチツクパツケージ等により封止され半
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、デユアルインラインパツケージ(DIP)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つけ
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のようなピン挿入形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載せ、その状態
で半田浴に浸漬し半田によつて実装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、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
いるうえ、基板に対する両面実装も可能であるという長
所も有している。
【0004】
【発明が解決しようとする問題点】
ところが、上記のような表面実装用パツケージを用い
た半導体装置において、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、第1図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、ま
たリードフレーム2と封止樹脂1との隙間を通つてパツ
ケージ3内に侵入し、主としてリードフレーム2のダイ
ボンドパツド4の裏面に滞溜する。そして、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、第2図に示すよ
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。第1図および第2図におい
て、7は半導体素子、8はワイヤーボンデイングであ
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密
封し、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
に実装されている。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うえ、手間が掛かると
いう問題がある。
【0006】 本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、半
田浸漬による表面実装時の耐クラツク性に優れた半導体
装置を効率よく実装する方法の提供をその目的とする。
【0007】
【問題点を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、エポキシ系樹
脂組成物で半導体素子を封止してなる半導体装置を基板
に搭載して半田により表面実装する実装方法において、
上記エポキシ系樹脂組成物は、無機質充填剤の含有量
が、エポキシ系樹脂組成物全体の75重量%以上であり、
かつ上記実装時にその硬化物が、下記の特性(A)およ
び(B)の双方を満たしている半導体装置の実装方法を
要旨とする。 (A)硬化物の破壊じん性値が、250℃で少なくとも1.3
kg/mm3/2。 (B)硬化物からなる円板状成形品の吸湿率が0.3重量
%以下。
【0008】 〔作用〕 半田浸漬時におけるパツケージクラツクの発生を防止
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、封止樹脂自体の
強度もしくは破壊じん性値を高めるという三つの方法が
考えられる。本発明は、本発明者らが、多数の半導体装
置の実装実験の集積の結果、上記に関連する要因とし
てエポキシ系樹脂組成物硬化物の円板状成形品の吸湿率
を0.3重量%(以下「%」と略す)以下にし、またに
関連する要因としてエポキシ系樹脂組成物硬化物の破壊
じん性値を250℃で少なくとも1.3kg/mm3/2にし、その双
方を満足させ、さらに無機質充填剤の含有量をエポキシ
系樹脂組成物全体の75%以上とすると、半導体装置を半
田浴に浸漬して実装する際に、パツケージに全くクラツ
クが生じなくなるという知見にもとづいてなされたもの
である。
【0009】 本発明に用いるエポキシ系樹脂組成物は、エポキシ樹
脂(A成分)とフエノール樹脂(B成分)と無機質充填
剤(C成分)とを用いて得られるものであつて、通常、
粉末状もしくはそれを打錠したタブレツト状になつてい
る。
【0010】 上記A成分のエポキシ樹脂としては、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。なかでも、エポキシ当量が150〜250で軟化点が50〜
130℃のノボラツク型エポキシ樹脂を用いるのが好適で
ある。
【0011】 上記A成分とともに用いられるB成分のフエノール樹
脂は、エポキシ樹脂の硬化剤として作用するものであ
り、水酸基当量が70〜150で軟化点が50〜110℃のノボラ
ツク型フエノール樹脂を用いるのが好ましい。
【0012】 上記エポキシ樹脂(A成分)とフエノール樹脂(B成
分)との配合比は、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当量の
範囲内に配合することが好適である。
【0013】 上記A成分およびB成分とともに用いられるC成分の
無機質充填剤としては、特に限定するものではなく従来
公知のものがあげられ、特に最大粒径150μm、平均粒
径20μmのものを用いるのが好ましい。そして、C成分
の無機質充填剤の含有量は、エポキシ系樹脂組成物全体
の75%以上に設定する必要がある。特に好適なのは78%
以上である。すなわち、無機質充填剤の含有量が75%を
下回ると得られるエポキシ系樹脂組成物の硬化物の破壊
じん性値が1.3kg/mm3/2未満となり耐クラツク性が低下
するからである。ちなみに、無機質充填剤の含有量が78
%の場合と70%の場合とを比較すると、78%の場合の破
壊じん性値は70%の約2〜3倍となる。また、得られる
エポキシ系樹脂組成物の硬化物を特定のサイズの円板
(直径50mm×厚み3mm)に成形してこの吸湿率の経時変
化を測定すると、含有量78%の場合、85℃/85%RHで72
時間の条件において0.25%となり、含有量70%の場合と
比較するとこの60%程度に抑制される。
【0014】 また、上記エポキシ系樹脂組成物には、A〜C成分以
外に必要に応じてその他の添加剤を配合することができ
る。
【0015】 上記その他の添加剤としては、硬化促進剤,離型剤,
着色剤,難燃剤,カツプリング剤等があげられる。
【0016】 本発明におけるエポキシ系樹脂組成物は、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、上記A
〜C成分および必要に応じてその他の添加剤を適宜配合
し予備混合したのち、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練し、これを室温に冷却
する。つぎに、これを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。
【0017】 このようなエポキシ系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。上記半導体素子のモールドに用いるエポキシ系
樹脂組成物としては、その硬化物の破壊じん性値が25
0℃で少なくとも1.3kg/mm3/2、およびその硬化物から
なる円板状成形品(直径50mm×厚み3mm)の吸湿率(85
℃/85%RH)が0.3%以下の双方を備えているものを用い
る必要がある。
【0018】 このようにして作製された半導体装置を基板に搭載
し、従来公知の方法に従い半田浴に浸漬することによ
り、パツケージクラツクを生じさせることなく表面実装
することができる。
【0019】 なお、上記破壊じん性値は、エポキシ系樹脂組成物の
硬化物を250℃,支点間距離64mmの3点曲げ破壊じん性
試験を行うことにより得られる値である。
【0020】 また、上記吸湿率は、得られるエポキシ系樹脂組成物
をトランスフアープレスにより直径50mm,厚み3mmの円板
に成形したのち、175℃で5時間アフターキユアーを行
う。そして、この円板状成形品を用いて下記の値を求
め、それを下記の式にしたがつて演算することにより得
られる値である。
【0021】
【数1】 〔上記式において、Mは吸湿率、Wは吸湿した状態の成
形品の重量、Woはアフターキユアー後の成形品の重量で
ある。〕
【0022】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、無機質充填剤の含有
量がエポキシ系樹脂組成物全体の75%以上で、かつ硬化
物が所定の破壊じん性値および吸湿率を呈するエポキシ
系樹脂組成物によつて半導体素子を樹脂封止している。
したがつて、このものは、半田実装に際して、優れた耐
クラツク性を奏する。また、本発明は、上記のようにし
て得られる半導体装置を基板に搭載し半田浴に浸漬して
表面実装する。この場合、パツケージクラツクが全く生
じない。このように、本発明は半田実装時にパツケージ
にクラツクを全く生じさせないものであり、特に薄形フ
ラツトパツケージの表面実装において最適である。
【0023】 つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
【0024】 まず、実施例および比較例で使用する成分原料を下記
に示す。
【0025】 《主剤》 A:クレゾールノボラツク型エポキシ樹脂(n=4,エポキ
シ当量195) 《硬化剤》 B:フエノールノボラツク(n=4,水酸基当量106) (nはGPCポリスチレン換算データの重量平均分子量よ
り計算した。) 《無機質充填剤》 C:最大粒径150μm,平均粒径20μmの破砕型溶融SiO2 《難燃剤》 D:ノボラツク型ブロム化エポキシ樹脂 E:三酸化アンチモン 《硬化触媒》 F:ジメチルイミダゾール 《離型剤》 G:ポリエチレンワツクス 《添加剤》 H:グリシジルエーテル型シランカップリング剤
【0026】
【実施例、比較例】
上記に示した原料を後記の表1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分間混練してシ
ート状エポキシ樹脂組成物を作製した。ついで、このシ
ート状エポキシ樹脂組成物を粉砕し粉末状のエポキシ樹
脂組成物を得た。
【0027】
【表1】
【0028】 上記エポキシ樹脂組成物を用いてトランスフアープレ
スにより3点曲げ破壊じん性試験用成形品を、175℃,70
kg/cm2,2分間の条件で成形し、つづいて175℃で5時間
キユアーした。この破壊じん性試験用成形品について、
250℃下で支点間距離64mmの3点曲げ試験を行つた。そ
の結果を後記の表2に示した。また、上記と同様の条件
で直径50mm,厚み3mmの円板状の硬化物を成形し、175℃,
5時間キユアーを行い、48時間,72時間,96時間の各吸湿
率を前述の式により算出した。その結果を後記の表2に
示した。なお、吸湿条件:85℃/85%RHで測定した。
【0029】 つぎに、上記エポキシ樹脂組成物を用いて薄形フラツ
トパツケージ(QFP)(チツプサイズ:幅6.0mm,長さ6.0
mm,厚み2.5mm)を上記と同様の条件によりトランスフア
ープレスで成形し、アフターキユアーした後、260℃の
半田槽に10秒間浸漬してクラツク発生の有無を調べた。
その結果を、後記の表2に併せて示した。
【0030】
【表2】
【0031】 表2の結果から、エポキシ樹脂組成物の硬化物の破壊
じん性値が1.3kg/mm3/2および円板状成形品に成形した
硬化物の吸湿率が0.3%以下である実施例品は半田槽に
浸漬後長時間経過してもパツケージクラツクを生じなか
つた。このことから、実施例品が耐クラツク性に優れて
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クラツク発生状態の説明図である。
【図2】 従来の半導体装置のクラツク発生状態の説明図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐円 元 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 (56)参考文献 特開 平1−98659(JP,A) 特開 平2−175749(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エポキシ系樹脂組成物で半導体素子を封止
    してなる半導体装置を基板に搭載して半田により表面実
    装する実装方法において、上記エポキシ系樹脂組成物
    は、無機質充填剤の含有量が、エポキシ系樹脂組成物全
    体の75重量%以上であり、かつ上記実装時にその硬化物
    が、下記の特性(A)および(B)の双方を満たしてい
    ることを特徴とする半導体装置の実装方法。 (A)硬化物の破壊じん性値が、250℃で少なくとも1.3
    kg/mm3/2。 (B)硬化物からなる円板状成形品の吸湿率が0.3重量
    %以下。
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