JP3347228B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Landscapes
- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
- Insulated Metal Substrates For Printed Circuits (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、リード基板に半導体
素子が搭載され、その搭載面である片面が封止された半
導体素子搭載済リード基板を封止してなる半導体装置で
あって、樹脂封止後の半導体装置の反りが小さく、さら
に、熱サイクルテスト（ＴＣＴテスト）特性，耐リフロ
ークラック性，耐湿信頼性，耐高温放置特性等の諸特性
に優れた半導体装置に関するものである。
素子が搭載され、その搭載面である片面が封止された半
導体素子搭載済リード基板を封止してなる半導体装置で
あって、樹脂封止後の半導体装置の反りが小さく、さら
に、熱サイクルテスト（ＴＣＴテスト）特性，耐リフロ
ークラック性，耐湿信頼性，耐高温放置特性等の諸特性
に優れた半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】トランジスター，ＩＣ，ＬＳＩ等の半導
体素子は、従来、セラミックパッケージ等によって封止
され半導体装置化されていた。が、最近では、コスト，
量産性の観点から、４方向フラットパッケージ（ＱＦ
Ｐ），スモールアウトラインＪリーデッドパッケージ
（ＳＯＪ），薄形スモールアウトラインパッケージ（Ｔ
ＳＯＰ）等に代表されるプラスチックパッケージを用い
た樹脂封止が主流になっている。この種の樹脂封止に
は、従来からエポキシ樹脂組成物が使用されており良好
な成績を収めている。しかしながら、半導体分野の技術
革新によって集積度の向上とともに素子サイズの大形
化，配線の微細化が進み、パッケージも小形化，薄形化
する傾向にあり、これに伴って封止材料に対してより以
上の信頼性（得られる半導体装置の熱応力化の低減，耐
湿信頼性，熱衝撃試験に対する信頼性，大形薄形化する
パッケージの反りの問題等）の向上が要求されている。
特に、近年、半導体素子サイズは、益々大形化する傾向
にあり、半導体封止樹脂の性能評価用の加速試験である
ＴＣＴテストに対するより以上の性能向上が要求されて
いる。また、半導体装置の実装方法としては表面実装が
主流となってきており、このために半導体パッケージを
吸湿させたうえで半田溶融液に浸漬してもパッケージに
クラックや膨れが発生しないという特性（耐リフローク
ラック性）が要求されるとともに、この表面実装を想定
した半導体パッケージ吸湿後の半田溶融液浸漬後の信頼
性が要求されている。また、近年、半導体素子をプリン
ト配線板等のリード基板に、直接、固定し、半導体素子
搭載面のみを樹脂封止した片面封止のパッケージも量産
されてきており、このようなパッケージに関しては、上
記の要求特性以外にも、封止樹脂と、半導体素子を固定
したリード基板の収縮率の不一致等から発生するパッケ
ージの反りの低減も大きく要求されている。上記片面封
止のパッケージの具体例として、図１に示すようなボー
ルグリッドアレイ（ＢＧＡ）と通称されるパッケージ形
態の半導体装置があげられる。このパッケージは、回路
１が形成されたビスマレイミドトリアジン（ＢＴ）基板
２上に、接着剤層３を介して半導体素子４が搭載され、
上記半導体素子４が、樹脂硬化体層５によって封止され
ている。１０は半導体素子４と回路１とを電気的に接続
する金線である。この樹脂硬化体層５による封止は、Ｂ
Ｔ基板２の半導体素子４搭載面のみの封止（片面封止）
である。そして、上記ＢＴ基板２の封止面と反対側の面
に、略球状の半田端子６が設けられている。
体素子は、従来、セラミックパッケージ等によって封止
され半導体装置化されていた。が、最近では、コスト，
量産性の観点から、４方向フラットパッケージ（ＱＦ
Ｐ），スモールアウトラインＪリーデッドパッケージ
（ＳＯＪ），薄形スモールアウトラインパッケージ（Ｔ
ＳＯＰ）等に代表されるプラスチックパッケージを用い
た樹脂封止が主流になっている。この種の樹脂封止に
は、従来からエポキシ樹脂組成物が使用されており良好
な成績を収めている。しかしながら、半導体分野の技術
革新によって集積度の向上とともに素子サイズの大形
化，配線の微細化が進み、パッケージも小形化，薄形化
する傾向にあり、これに伴って封止材料に対してより以
上の信頼性（得られる半導体装置の熱応力化の低減，耐
湿信頼性，熱衝撃試験に対する信頼性，大形薄形化する
パッケージの反りの問題等）の向上が要求されている。
特に、近年、半導体素子サイズは、益々大形化する傾向
にあり、半導体封止樹脂の性能評価用の加速試験である
ＴＣＴテストに対するより以上の性能向上が要求されて
いる。また、半導体装置の実装方法としては表面実装が
主流となってきており、このために半導体パッケージを
吸湿させたうえで半田溶融液に浸漬してもパッケージに
クラックや膨れが発生しないという特性（耐リフローク
ラック性）が要求されるとともに、この表面実装を想定
した半導体パッケージ吸湿後の半田溶融液浸漬後の信頼
性が要求されている。また、近年、半導体素子をプリン
ト配線板等のリード基板に、直接、固定し、半導体素子
搭載面のみを樹脂封止した片面封止のパッケージも量産
されてきており、このようなパッケージに関しては、上
記の要求特性以外にも、封止樹脂と、半導体素子を固定
したリード基板の収縮率の不一致等から発生するパッケ
ージの反りの低減も大きく要求されている。上記片面封
止のパッケージの具体例として、図１に示すようなボー
ルグリッドアレイ（ＢＧＡ）と通称されるパッケージ形
態の半導体装置があげられる。このパッケージは、回路
１が形成されたビスマレイミドトリアジン（ＢＴ）基板
２上に、接着剤層３を介して半導体素子４が搭載され、
上記半導体素子４が、樹脂硬化体層５によって封止され
ている。１０は半導体素子４と回路１とを電気的に接続
する金線である。この樹脂硬化体層５による封止は、Ｂ
Ｔ基板２の半導体素子４搭載面のみの封止（片面封止）
である。そして、上記ＢＴ基板２の封止面と反対側の面
に、略球状の半田端子６が設けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このように、上記片面
封止タイプの半導体装置は、前記ＴＣＴテスト特性や耐
リフロークラック特性に加えてパッケージの反りの低減
が要求されている。このような要求特性に対して、例え
ば、封止材料のシリコーン変性等による低弾性化や、フ
ィラーの高配合充填による封止樹脂の線収縮率の低減、
あるいは吸湿率の低減により、耐ＴＣＴテスト特性や耐
リフロークラック性に関してはその特性を向上させる技
術が提案されている。しかしながら、上記パッケージの
反りの低減に関して、すなわち、反りが問題となるパッ
ケージに関しては、耐ＴＣＴテスト特性や耐リフローク
ラック性あるいは耐湿信頼性等と、パッケージの反りの
問題とを併せて解決できる技術は未だ確立されていな
い。
封止タイプの半導体装置は、前記ＴＣＴテスト特性や耐
リフロークラック特性に加えてパッケージの反りの低減
が要求されている。このような要求特性に対して、例え
ば、封止材料のシリコーン変性等による低弾性化や、フ
ィラーの高配合充填による封止樹脂の線収縮率の低減、
あるいは吸湿率の低減により、耐ＴＣＴテスト特性や耐
リフロークラック性に関してはその特性を向上させる技
術が提案されている。しかしながら、上記パッケージの
反りの低減に関して、すなわち、反りが問題となるパッ
ケージに関しては、耐ＴＣＴテスト特性や耐リフローク
ラック性あるいは耐湿信頼性等と、パッケージの反りの
問題とを併せて解決できる技術は未だ確立されていな
い。
【０００４】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、ＴＣＴテスト特性および耐リフロークラック
特性に優れ、しかも反りの発生が低減された信頼性に優
れた半導体装置の提供をその目的とする。
たもので、ＴＣＴテスト特性および耐リフロークラック
特性に優れ、しかも反りの発生が低減された信頼性に優
れた半導体装置の提供をその目的とする。
【０００５】
【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、半導体素子が搭載された
リード基板と、この半導体素子搭載リード基板の半導体
素子搭載面側のみを樹脂封止した、下記のエポキシ樹脂
（Ａ）およびフェノール樹脂を主成分とするエポキシ樹
脂組成物からなる樹脂硬化体層とを備えた半導体装置で
あって、上記リード基板が、その表面に金属配線を有す
るビスマレイミドトリアジン基板であって、封止温度か
ら２５℃にかけての収縮量が０．１５〜０．２５％であ
り、かつ上記リード基板の樹脂封止後の収縮量（Ｘ）
と、上記樹脂硬化体層の収縮量（Ｙ）の比（Ｙ／Ｘ）
が、０．８〜１．６の範囲に設定されているという構成
をとる。
め、この発明の半導体装置は、半導体素子が搭載された
リード基板と、この半導体素子搭載リード基板の半導体
素子搭載面側のみを樹脂封止した、下記のエポキシ樹脂
（Ａ）およびフェノール樹脂を主成分とするエポキシ樹
脂組成物からなる樹脂硬化体層とを備えた半導体装置で
あって、上記リード基板が、その表面に金属配線を有す
るビスマレイミドトリアジン基板であって、封止温度か
ら２５℃にかけての収縮量が０．１５〜０．２５％であ
り、かつ上記リード基板の樹脂封止後の収縮量（Ｘ）
と、上記樹脂硬化体層の収縮量（Ｙ）の比（Ｙ／Ｘ）
が、０．８〜１．６の範囲に設定されているという構成
をとる。
【０００６】（Ａ）下記の一般式（１），式（２），式
（３），式（４），式（５）および式（６）で表される
エポキシ樹脂からなる群から選ばれた少なくとも一つの
エポキシ樹脂。
（３），式（４），式（５）および式（６）で表される
エポキシ樹脂からなる群から選ばれた少なくとも一つの
エポキシ樹脂。
【０００７】
【化７】
【化８】
【化９】
【化１０】
【化１１】
【化１２】
【０００８】
【作用】本発明者らは、上記ＴＣＴテスト特性，耐リフ
ロークラック特性に加えて、反りの発生の低減を解決す
るために、半導体装置を構成するリード基板（その表面
に金属配線を有するビスマレイミドトリアジン基板）と
樹脂硬化体層との関係を中心に研究を重ねた。その結
果、上記リード基板と樹脂硬化体層の各物性のなかで
も、特に、それぞれの収縮量に着目し、両者の収縮量に
ついてさらに研究を重ねた。その結果、リード基板の収
縮量、すなわち、封止温度から室温（２５℃）まで冷却
することによって生じる冷却収縮量（Ｘ）と、上記特定
のエポキシ樹脂を用いたエポキシ樹脂組成物からなる樹
脂硬化体層の収縮量、すなわち、封止工程で生じる硬化
収縮量と後硬化を含む硬化後に封止温度から室温（２５
℃）まで冷却することによって生じる冷却収縮量の和
（Ｙ）の比（Ｙ／Ｘ）を特定の値の範囲に設定すると、
所期の目的を満たした半導体装置が得られることを見出
しこの発明に到達した。この発明により、特に、高性能
化が図れる片面封止タイプの半導体装置に対して高い信
頼性を付与することが可能となる。
ロークラック特性に加えて、反りの発生の低減を解決す
るために、半導体装置を構成するリード基板（その表面
に金属配線を有するビスマレイミドトリアジン基板）と
樹脂硬化体層との関係を中心に研究を重ねた。その結
果、上記リード基板と樹脂硬化体層の各物性のなかで
も、特に、それぞれの収縮量に着目し、両者の収縮量に
ついてさらに研究を重ねた。その結果、リード基板の収
縮量、すなわち、封止温度から室温（２５℃）まで冷却
することによって生じる冷却収縮量（Ｘ）と、上記特定
のエポキシ樹脂を用いたエポキシ樹脂組成物からなる樹
脂硬化体層の収縮量、すなわち、封止工程で生じる硬化
収縮量と後硬化を含む硬化後に封止温度から室温（２５
℃）まで冷却することによって生じる冷却収縮量の和
（Ｙ）の比（Ｙ／Ｘ）を特定の値の範囲に設定すると、
所期の目的を満たした半導体装置が得られることを見出
しこの発明に到達した。この発明により、特に、高性能
化が図れる片面封止タイプの半導体装置に対して高い信
頼性を付与することが可能となる。
【０００９】つぎに、この発明を詳しく説明する。
【００１０】この発明の半導体装置は、半導体素子を、
樹脂硬化体層で封止したものである。
樹脂硬化体層で封止したものである。
【００１１】この発明の対象となる半導体装置として
は、例えば、前述の図１に示すようなＢＧＡタイプの半
導体装置があげられる。
は、例えば、前述の図１に示すようなＢＧＡタイプの半
導体装置があげられる。
【００１２】上記リード基板としては、表面に金属配線
が形成されたビスマレイミドトリアジン（ＢＴ）基板が
あげられる。
が形成されたビスマレイミドトリアジン（ＢＴ）基板が
あげられる。
【００１３】そして、上記リード基板においては、その
封止温度から室温（２５℃）までの収縮量が０．１５〜
０．２５％であるリード基板を用いる。すなわち、上記
収縮量が０．１５％未満では、封止樹脂自体の収縮が相
対的に大きくなり、パッケージの反りの発生が大きくな
る。０．２５％を超えると、封止樹脂自体の収縮より基
板の収縮が大きくなりすぎてパッケージの反りが大きく
なるからである。
封止温度から室温（２５℃）までの収縮量が０．１５〜
０．２５％であるリード基板を用いる。すなわち、上記
収縮量が０．１５％未満では、封止樹脂自体の収縮が相
対的に大きくなり、パッケージの反りの発生が大きくな
る。０．２５％を超えると、封止樹脂自体の収縮より基
板の収縮が大きくなりすぎてパッケージの反りが大きく
なるからである。
【００１４】この発明の半導体装置において、樹脂硬化
体層形成材料として用いられる封止用樹脂組成物として
は、特定のエポキシ樹脂およびフェノール樹脂を主成分
とする熱硬化性樹脂組成物が用いられる。特に、後硬化
（アフターキュア）後の樹脂硬化体層が、粘弾性スペク
トルメータ（セイコウ社製、ＤＭＳ２１０、測定条件−
昇温速度：５℃／ｍｉｎ，周波数：１０Ｈｚ，測定モー
ド：テンション法）で測定される封止材料の粘性特性を
示すｔａｎδの値が、ピーク値で０．１〜１．０の範囲
のものを用いることが好ましい。すなわち、上記ｔａｎ
δの値が０．１〜１．０の範囲内の封止材料を用いるこ
とにより、封止，アフターキュア，冷却の間で、封止樹
脂と基板（半導体チップを搭載した基板）との間に、収
縮の歪みが生じたときに、封止樹脂に応力緩和作用が働
き、パッケージの反りを効果的に低減してくれるからで
ある。
体層形成材料として用いられる封止用樹脂組成物として
は、特定のエポキシ樹脂およびフェノール樹脂を主成分
とする熱硬化性樹脂組成物が用いられる。特に、後硬化
（アフターキュア）後の樹脂硬化体層が、粘弾性スペク
トルメータ（セイコウ社製、ＤＭＳ２１０、測定条件−
昇温速度：５℃／ｍｉｎ，周波数：１０Ｈｚ，測定モー
ド：テンション法）で測定される封止材料の粘性特性を
示すｔａｎδの値が、ピーク値で０．１〜１．０の範囲
のものを用いることが好ましい。すなわち、上記ｔａｎ
δの値が０．１〜１．０の範囲内の封止材料を用いるこ
とにより、封止，アフターキュア，冷却の間で、封止樹
脂と基板（半導体チップを搭載した基板）との間に、収
縮の歪みが生じたときに、封止樹脂に応力緩和作用が働
き、パッケージの反りを効果的に低減してくれるからで
ある。
【００１５】上記熱硬化性樹脂組成物としては、特定の
エポキシ樹脂およびフェノール樹脂を主成分とし、これ
に無機質充填剤を配合したものが用いられる。このよう
な配合の封止材料は、通常、粉末状、もしくはこれを打
錠したタブレット状になっている。
エポキシ樹脂およびフェノール樹脂を主成分とし、これ
に無機質充填剤を配合したものが用いられる。このよう
な配合の封止材料は、通常、粉末状、もしくはこれを打
錠したタブレット状になっている。
【００１６】上記特定のエポキシ樹脂としては、下記の
一般式（１），式（２），式（３），式（４），式
（５），式（６）で表されるエポキシ樹脂があげられ
る。
一般式（１），式（２），式（３），式（４），式
（５），式（６）で表されるエポキシ樹脂があげられ
る。
【００１７】
【化１３】
【００１８】
【化１４】
【００１９】
【化１５】
【００２０】
【化１６】
【００２１】
【化１７】
【００２２】
【化１８】
【００２３】これらエポキシ樹脂のなかでも、一般式
（４），式（５）および式（６）で表されるエポキシ樹
脂を用いることは、特にそれ自身の高温での溶融粘度の
低さから、複合して用いる球状シリカを主体とする無機
質充填剤の配合量を相対的に多くすることを可能とす
る。したがって、得られる樹脂硬化体層の収縮量の低減
や吸湿量の低減がより広範囲にすることができ好まし
い。これらエポキシ樹脂は単独でもしくは２種以上併せ
て用いられる。
（４），式（５）および式（６）で表されるエポキシ樹
脂を用いることは、特にそれ自身の高温での溶融粘度の
低さから、複合して用いる球状シリカを主体とする無機
質充填剤の配合量を相対的に多くすることを可能とす
る。したがって、得られる樹脂硬化体層の収縮量の低減
や吸湿量の低減がより広範囲にすることができ好まし
い。これらエポキシ樹脂は単独でもしくは２種以上併せ
て用いられる。
【００２４】上記特定のエポキシ樹脂の硬化剤として作
用するフェノール樹脂としては、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，ナフトール
ノボラック樹脂等があげられる。これらフェノール樹脂
は、一般に、軟化点が４０〜１２０℃、水酸基当量が７
０〜２８０ｇ／ｅｑ、１５０℃のＩ．Ｃ．Ｉコーニプレ
ート粘度が０．０１〜２０ポイズである。なかでも、軟
化点が５０〜９０℃、水酸基当量が１００〜２２０ｇ／
ｅｑ、１５０℃のＩ．Ｃ．Ｉコーニプレート粘度が０．
１〜１０ポイズの範囲のものが好ましい。例えば、下記
の一般式（７），式（８），式（９），式（１０），式
（１１）で表されるフェノール樹脂があげられる。
用するフェノール樹脂としては、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，ナフトール
ノボラック樹脂等があげられる。これらフェノール樹脂
は、一般に、軟化点が４０〜１２０℃、水酸基当量が７
０〜２８０ｇ／ｅｑ、１５０℃のＩ．Ｃ．Ｉコーニプレ
ート粘度が０．０１〜２０ポイズである。なかでも、軟
化点が５０〜９０℃、水酸基当量が１００〜２２０ｇ／
ｅｑ、１５０℃のＩ．Ｃ．Ｉコーニプレート粘度が０．
１〜１０ポイズの範囲のものが好ましい。例えば、下記
の一般式（７），式（８），式（９），式（１０），式
（１１）で表されるフェノール樹脂があげられる。
【００２５】
【化１９】
【００２６】
【化２０】
【００２７】
【化２１】
【００２８】
【化２２】
【００２９】
【化２３】
【００３０】そして、上記特定のエポキシ樹脂とフェノ
ール樹脂の配合割合は、エポキシ樹脂中のエポキシ基１
当量に対してフェノール樹脂中の水酸基を０．８〜１．
２当量となるよう配合することが好ましい。特に好まし
くは０．９〜１．１である。
ール樹脂の配合割合は、エポキシ樹脂中のエポキシ基１
当量に対してフェノール樹脂中の水酸基を０．８〜１．
２当量となるよう配合することが好ましい。特に好まし
くは０．９〜１．１である。
【００３１】上記特定のエポキシ樹脂およびフェノール
樹脂とともに用いる無機質充填剤は、特に限定するもの
ではないが、球状シリカを主体とする無機質充填剤を用
いることがこの発明の目的を達成するという観点から好
ましい。無機質充填剤の配合量は、目的とする半導体装
置の反り低減のために封止材料の成形および後硬化で生
じる収縮量の低減を考慮しなければならず、封止材料全
体の５０重量％以上に設定することが好ましく、より好
ましくは７５重量％である。また、封止材料が、加熱さ
れた成形型内で溶融流動してトランスファー成形可能と
するためには、封止材料全体の９５重量％以下に設定す
ることが好ましい。
樹脂とともに用いる無機質充填剤は、特に限定するもの
ではないが、球状シリカを主体とする無機質充填剤を用
いることがこの発明の目的を達成するという観点から好
ましい。無機質充填剤の配合量は、目的とする半導体装
置の反り低減のために封止材料の成形および後硬化で生
じる収縮量の低減を考慮しなければならず、封止材料全
体の５０重量％以上に設定することが好ましく、より好
ましくは７５重量％である。また、封止材料が、加熱さ
れた成形型内で溶融流動してトランスファー成形可能と
するためには、封止材料全体の９５重量％以下に設定す
ることが好ましい。
【００３２】上記球状シリカは、例えば、化学合成から
得られるより真球に近い合成球状シリカ、あるいは、天
然の結晶シリカの粉砕物、または一旦熱処理を施した
後、粉砕した非結晶粉砕状シリカから溶射等で得られる
球状シリカである。この球状シリカは、無機質充填剤全
体の５０重量％以上含有するよう設定することが好まし
い。すなわち、球状シリカの含有割合が５０重量％未満
では、封止材料の溶融粘度の上昇につながり、上記無機
質充填剤の配合割合が封止材料全体の７５〜９０重量％
を達成することが困難となる。そして、上記球状シリカ
を主体とする無機質充填剤の球状シリカ以外に用いる無
機質充填剤としては、破砕状シリカ，熱伝導性の向上を
目的として配合する球状アルミナや無定形アルミナ，炭
酸カルシウム等があげられる。
得られるより真球に近い合成球状シリカ、あるいは、天
然の結晶シリカの粉砕物、または一旦熱処理を施した
後、粉砕した非結晶粉砕状シリカから溶射等で得られる
球状シリカである。この球状シリカは、無機質充填剤全
体の５０重量％以上含有するよう設定することが好まし
い。すなわち、球状シリカの含有割合が５０重量％未満
では、封止材料の溶融粘度の上昇につながり、上記無機
質充填剤の配合割合が封止材料全体の７５〜９０重量％
を達成することが困難となる。そして、上記球状シリカ
を主体とする無機質充填剤の球状シリカ以外に用いる無
機質充填剤としては、破砕状シリカ，熱伝導性の向上を
目的として配合する球状アルミナや無定形アルミナ，炭
酸カルシウム等があげられる。
【００３３】さらに、封止材料には、上記特定のエポキ
シ樹脂，フェノール樹脂および無機質充填剤以外に、必
要に応じて、低応力化剤，硬化促進剤等を適宜に配合す
ることができる。
シ樹脂，フェノール樹脂および無機質充填剤以外に、必
要に応じて、低応力化剤，硬化促進剤等を適宜に配合す
ることができる。
【００３４】上記低応力化剤としては、シリコーンゴム
やオレフィンゴム等があげられる。この低応力化剤は、
そのまま各成分とともに配合するか、もしくは上記エポ
キシ樹脂，フェノール樹脂と予め反応させて低応力変性
して用いられる。
やオレフィンゴム等があげられる。この低応力化剤は、
そのまま各成分とともに配合するか、もしくは上記エポ
キシ樹脂，フェノール樹脂と予め反応させて低応力変性
して用いられる。
【００３５】上記硬化促進剤としては、特に限定するも
ではなく従来公知のもの、例えば、三級アミン，四級ア
ンモニウム塩，イミダゾール類，ホウ素化合物，リン系
化合物等があげられる。これらは単独でもしくは２種以
上併せて用いられる。なかでも、リン系化合物が好適に
用いられ、特にトリフェニルホスフィンが好ましい。
ではなく従来公知のもの、例えば、三級アミン，四級ア
ンモニウム塩，イミダゾール類，ホウ素化合物，リン系
化合物等があげられる。これらは単独でもしくは２種以
上併せて用いられる。なかでも、リン系化合物が好適に
用いられ、特にトリフェニルホスフィンが好ましい。
【００３６】さらに、上記添加剤以外に、三酸化アンチ
モンやリン系化合物等の難燃剤、カーボンブラックや酸
化チタン等の顔料、パラフィンや脂肪族エステル等の離
型剤、粘着付与等のためのシランカップリング剤等のカ
ップリング剤を用いることができる。
モンやリン系化合物等の難燃剤、カーボンブラックや酸
化チタン等の顔料、パラフィンや脂肪族エステル等の離
型剤、粘着付与等のためのシランカップリング剤等のカ
ップリング剤を用いることができる。
【００３７】上記封止材料であるエポキシ樹脂組成物
は、例えば、特定のエポキシ樹脂，フェノール樹脂およ
び無機質充填剤、そして必要に応じて低応力化剤，硬化
促進剤，難燃剤，顔料，離型剤，カップリング剤等を所
定の割合で配合する。ついで、これら混合物を、ミキシ
ングロール機，単軸押出機あるいは二軸押出機等の装置
で加熱溶融混合する。ついで、冷却した後、公知の方法
で粉砕し、さらに必要に応じてタブレット状に打錠する
ことにより製造することができる。
は、例えば、特定のエポキシ樹脂，フェノール樹脂およ
び無機質充填剤、そして必要に応じて低応力化剤，硬化
促進剤，難燃剤，顔料，離型剤，カップリング剤等を所
定の割合で配合する。ついで、これら混合物を、ミキシ
ングロール機，単軸押出機あるいは二軸押出機等の装置
で加熱溶融混合する。ついで、冷却した後、公知の方法
で粉砕し、さらに必要に応じてタブレット状に打錠する
ことにより製造することができる。
【００３８】このエポキシ樹脂組成物は、有機樹脂成分
が、全体の５〜３５重量％であることが好ましく、特に
好ましくは７〜２０重量％である。すなわち、有機樹脂
成分が５重量％未満では、流動特性が著しく低下し、３
５重量％を超えると、素子への応力緩和能力不足により
素子に悪影響を与える傾向にあるからである。なお、上
記有機樹脂成分とは、例えば、エポキシ樹脂組成物の場
合、主成分である特定のエポキシ樹脂およびフェノール
樹脂に加えて、硬化促進剤，離型剤，シランカップリン
グ剤，顔料，難燃剤，低応力化剤等のものをいう。
が、全体の５〜３５重量％であることが好ましく、特に
好ましくは７〜２０重量％である。すなわち、有機樹脂
成分が５重量％未満では、流動特性が著しく低下し、３
５重量％を超えると、素子への応力緩和能力不足により
素子に悪影響を与える傾向にあるからである。なお、上
記有機樹脂成分とは、例えば、エポキシ樹脂組成物の場
合、主成分である特定のエポキシ樹脂およびフェノール
樹脂に加えて、硬化促進剤，離型剤，シランカップリン
グ剤，顔料，難燃剤，低応力化剤等のものをいう。
【００３９】つぎに、この封止用エポキシ樹脂組成物を
用いて、リード基板上に搭載された半導体素子を封止す
る方法は、特に制限するものではなく、通常のトランス
ファー成形等の公知のモールド方法によって行うことが
できる。このようにして、この発明の半導体装置を作製
することができる。
用いて、リード基板上に搭載された半導体素子を封止す
る方法は、特に制限するものではなく、通常のトランス
ファー成形等の公知のモールド方法によって行うことが
できる。このようにして、この発明の半導体装置を作製
することができる。
【００４０】上記トランスファー成形は、１５０〜２５
０℃の間の封止温度で行うことが好ましい。すなわち、
２５０℃を超えた高温で樹脂封止を行うと、樹脂組成物
中の有機成分の劣化が生じる傾向がみられるからであ
る。
０℃の間の封止温度で行うことが好ましい。すなわち、
２５０℃を超えた高温で樹脂封止を行うと、樹脂組成物
中の有機成分の劣化が生じる傾向がみられるからであ
る。
【００４１】そして、この発明の半導体装置において、
上記リード基板の樹脂封止後の収縮量（Ｘ）と、上記樹
脂硬化体層の収縮量（Ｙ）の比（Ｙ／Ｘ）は、０．８〜
１．６の範囲に設定される。特に好ましくはＹ／Ｘ＝
０．９〜１．３である。すなわち、両者の収縮量の比
（Ｙ／Ｘ）が１．６を超えると、パッケージの反りが極
度に大きくなるからである。
上記リード基板の樹脂封止後の収縮量（Ｘ）と、上記樹
脂硬化体層の収縮量（Ｙ）の比（Ｙ／Ｘ）は、０．８〜
１．６の範囲に設定される。特に好ましくはＹ／Ｘ＝
０．９〜１．３である。すなわち、両者の収縮量の比
（Ｙ／Ｘ）が１．６を超えると、パッケージの反りが極
度に大きくなるからである。
【００４２】なお、上記収縮量のうち、リード基板の収
縮量（Ｘ）は、下記の式により算出される。
縮量（Ｘ）は、下記の式により算出される。
【００４３】
【数１】
【００４４】また、樹脂硬化体層の収縮量（Ｙ）は、下
記の式により算出される。
記の式により算出される。
【００４５】
【数２】
【００４６】なお、この発明において、上記各収縮量
は、例えば、熱機械分析（ＴＭＡ）測定によって測定さ
れる。
は、例えば、熱機械分析（ＴＭＡ）測定によって測定さ
れる。
【００４７】このように、上記リード基板の樹脂封止後
の収縮量（Ｘ）と、上記樹脂硬化体層の収縮量（Ｙ）の
比が、特定の範囲内に設定された半導体装置は、封止に
よる加熱によって発生する反りが低減され、かつＴＣＴ
テスト特性および耐リフロークラック特性が優れるよう
になる。これは、前述の半導体装置に関する一連の研究
により得た知見に基づき、つぎのような理由によるもの
と考えられる。すなわち、反りは接触している異種の材
料の収縮量の差によって発生するため、上記のようにリ
ード基板と樹脂硬化体の収縮量の比を１に近づけること
により低減されると考えられる。また、このような場
合、リード基板と樹脂硬化体界面での残留応力が小さく
なると考えられ、このことにより耐リフロー性，ＴＣＴ
テスト特性が優れるようになったと考えられる。
の収縮量（Ｘ）と、上記樹脂硬化体層の収縮量（Ｙ）の
比が、特定の範囲内に設定された半導体装置は、封止に
よる加熱によって発生する反りが低減され、かつＴＣＴ
テスト特性および耐リフロークラック特性が優れるよう
になる。これは、前述の半導体装置に関する一連の研究
により得た知見に基づき、つぎのような理由によるもの
と考えられる。すなわち、反りは接触している異種の材
料の収縮量の差によって発生するため、上記のようにリ
ード基板と樹脂硬化体の収縮量の比を１に近づけること
により低減されると考えられる。また、このような場
合、リード基板と樹脂硬化体界面での残留応力が小さく
なると考えられ、このことにより耐リフロー性，ＴＣＴ
テスト特性が優れるようになったと考えられる。
【００４８】
【発明の効果】以上のように、この発明の半導体装置
は、半導体素子搭載面側のみを樹脂封止したものであっ
て、これを構成するリード基板が、その表面に金属配線
を有する、封止温度から２５℃にかけての収縮量が０．
１５〜０．２５％のビスマレイミ ドトリアジン基板であ
って、その樹脂封止後の収縮量（Ｘ）と、特定のエポキ
シ樹脂を用いたエポキシ樹脂組成物からなる樹脂硬化体
層の収縮量（Ｙ）の比（Ｙ／Ｘ）を特定範囲に設定して
構成されている。このため、ＴＣＴテスト特性および耐
リフロークラック特性に優れることはもちろん、加熱に
より発生するパッケージの反りが低減され、信頼性に優
れたものとなる。特に、近年、量産され、反り発生が問
題されていた片面封止タイプの半導体装置において、こ
の反りの発生を低減することが可能となるため、この発
明の適用により、高性能の半導体装置に、高い信頼性を
付与することが可能となる。
は、半導体素子搭載面側のみを樹脂封止したものであっ
て、これを構成するリード基板が、その表面に金属配線
を有する、封止温度から２５℃にかけての収縮量が０．
１５〜０．２５％のビスマレイミ ドトリアジン基板であ
って、その樹脂封止後の収縮量（Ｘ）と、特定のエポキ
シ樹脂を用いたエポキシ樹脂組成物からなる樹脂硬化体
層の収縮量（Ｙ）の比（Ｙ／Ｘ）を特定範囲に設定して
構成されている。このため、ＴＣＴテスト特性および耐
リフロークラック特性に優れることはもちろん、加熱に
より発生するパッケージの反りが低減され、信頼性に優
れたものとなる。特に、近年、量産され、反り発生が問
題されていた片面封止タイプの半導体装置において、こ
の反りの発生を低減することが可能となるため、この発
明の適用により、高性能の半導体装置に、高い信頼性を
付与することが可能となる。
【００４９】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。
明する。
【００５０】まず、実施例に先立ち、下記に示すエポキ
シ樹脂Ａ〜Ｄ、フェノール樹脂Ｅ，Ｆ、硬化触媒として
トリフェニルホスフィン、難燃剤としてブロム化エポキ
シ樹脂、離型剤としてカルナバワックス、低応力化剤と
してジメチルポリシロキサン系シリコーン化合物、接着
付与剤としてシランカップリング剤、顔料としてカーボ
ンブラックを準備した。
シ樹脂Ａ〜Ｄ、フェノール樹脂Ｅ，Ｆ、硬化触媒として
トリフェニルホスフィン、難燃剤としてブロム化エポキ
シ樹脂、離型剤としてカルナバワックス、低応力化剤と
してジメチルポリシロキサン系シリコーン化合物、接着
付与剤としてシランカップリング剤、顔料としてカーボ
ンブラックを準備した。
【００５１】〔エポキシ樹脂Ａ〕
【化２４】
【００５２】〔エポキシ樹脂Ｂ〕
【化２５】
【００５３】〔エポキシ樹脂Ｃ〕
【化２６】
【００５４】〔エポキシ樹脂Ｄ〕
【化２７】
【００５５】〔フェノール樹脂Ｅ〕
【化２８】
【００５６】〔フェノール樹脂Ｆ〕
【化２９】
【００５７】
【実施例１〜６、比較例１〜５】上記各成分を下記の表
１および表２に示す割合で配合し、ミキシングロール機
（温度１００℃）で１分間溶融混練を行い、冷却固化し
た後、粉砕して目的とする粉末状のエポキシ樹脂組成物
を得た。
１および表２に示す割合で配合し、ミキシングロール機
（温度１００℃）で１分間溶融混練を行い、冷却固化し
た後、粉砕して目的とする粉末状のエポキシ樹脂組成物
を得た。
【００５８】
【表１】
【００５９】
【表２】
【００６０】このようにして得られたエポキシ樹脂組成
物を用い、半導体素子をトランスファー成形（成形条
件：１７５℃×２分、１７５℃×５時間後硬化）するこ
とにより、図２（ａ）および（ｂ）に示す構成の片面封
止タイプの半導体装置を得た。この半導体装置は、ＢＴ
基板２０上にダイボンド材２１を介して半導体素子２２
が搭載された搭載面のみを樹脂硬化体層２３によって封
止した片面封止の半導体装置である。なお、半導体装置
のサイズを下記に示す。
物を用い、半導体素子をトランスファー成形（成形条
件：１７５℃×２分、１７５℃×５時間後硬化）するこ
とにより、図２（ａ）および（ｂ）に示す構成の片面封
止タイプの半導体装置を得た。この半導体装置は、ＢＴ
基板２０上にダイボンド材２１を介して半導体素子２２
が搭載された搭載面のみを樹脂硬化体層２３によって封
止した片面封止の半導体装置である。なお、半導体装置
のサイズを下記に示す。
【００６１】 半導体素子２２：１２×１２×厚み０．３７ｍｍ ＢＴ基板２０：４８×４８×厚み０．４ｍｍ 樹脂硬化体層２３：４０×４０×厚み１．０ｍｍ
【００６２】また、上記ＢＴ基板２０の１７５℃から２
５℃に冷却した際に生じた収縮量は、ＴＭＡ分析により
０．２０％であった。一方、実施例および比較例の各エ
ポキシ樹脂組成物の樹脂硬化体層２３の収縮量（１７５
℃の封止工程の収縮量および後硬化を含む硬化後に１７
５℃から２５℃まで冷却した際に生じた収縮量の和）を
ＴＭＡ分析によって測定した。その結果を後記の表３お
よび表４に示す。
５℃に冷却した際に生じた収縮量は、ＴＭＡ分析により
０．２０％であった。一方、実施例および比較例の各エ
ポキシ樹脂組成物の樹脂硬化体層２３の収縮量（１７５
℃の封止工程の収縮量および後硬化を含む硬化後に１７
５℃から２５℃まで冷却した際に生じた収縮量の和）を
ＴＭＡ分析によって測定した。その結果を後記の表３お
よび表４に示す。
【００６３】さらに、得られた半導体装置について、反
りの測定を行った。上記反りの測定は、図３（ａ）およ
び（ｂ）に示すように、半導体素子２２搭載のＢＴ基板
２０を封止した樹脂硬化体層２３の角部を結ぶ２本の一
点鎖線（一点鎖線ｍと一点鎖線ｎ）における各反り量Ｑ
を測定した（２５℃の条件下）。そして、上記２つの反
り量の平均値を求め、後記の表３および表４に示す。な
お、上記反り量の測定には、マイクロディプスメーター
（ＴＥＣＬＯＣＫ社製）を用いた。
りの測定を行った。上記反りの測定は、図３（ａ）およ
び（ｂ）に示すように、半導体素子２２搭載のＢＴ基板
２０を封止した樹脂硬化体層２３の角部を結ぶ２本の一
点鎖線（一点鎖線ｍと一点鎖線ｎ）における各反り量Ｑ
を測定した（２５℃の条件下）。そして、上記２つの反
り量の平均値を求め、後記の表３および表４に示す。な
お、上記反り量の測定には、マイクロディプスメーター
（ＴＥＣＬＯＣＫ社製）を用いた。
【００６４】つぎに、テスト条件が、−６５℃／１０分
〜１５０℃／１０分の１０００サイクルに設定したＴＣ
Ｔテストを行った。その結果、半導体装置にクラックま
たは内部剥離の生じたものを×、クラックおよび内部剥
離の全く生じなかったものを○として評価した。その結
果を後記の表３および表４に示す。また、８５℃／８５
％ＲＨの相対湿度の恒温槽中に１６８時間放置して吸湿
させた後、２１５℃の半田溶融液に９０秒間浸漬する試
験を行った。その結果、半導体装置にクラックまたは内
部剥離の生じたものを×、クラックおよび内部剥離の全
く生じなかったものを○として評価した。その結果を後
記の表３および表４に示す。
〜１５０℃／１０分の１０００サイクルに設定したＴＣ
Ｔテストを行った。その結果、半導体装置にクラックま
たは内部剥離の生じたものを×、クラックおよび内部剥
離の全く生じなかったものを○として評価した。その結
果を後記の表３および表４に示す。また、８５℃／８５
％ＲＨの相対湿度の恒温槽中に１６８時間放置して吸湿
させた後、２１５℃の半田溶融液に９０秒間浸漬する試
験を行った。その結果、半導体装置にクラックまたは内
部剥離の生じたものを×、クラックおよび内部剥離の全
く生じなかったものを○として評価した。その結果を後
記の表３および表４に示す。
【００６５】
【表３】
【００６６】
【表４】
【００６７】上記表３および表４の結果から、実施例品
および比較例品においてもＴＣＴテスト特性および耐リ
フロー特性の双方ともクラックや内部剥離が発生せず良
好な結果が得られた。しかし、パッケージに生じた反り
量に関しては、比較例品は１６０μｍを超えたのに対し
て、実施例品は全て１００μｍ未満であり、反り量の低
減がなされたことがわかる。
および比較例品においてもＴＣＴテスト特性および耐リ
フロー特性の双方ともクラックや内部剥離が発生せず良
好な結果が得られた。しかし、パッケージに生じた反り
量に関しては、比較例品は１６０μｍを超えたのに対し
て、実施例品は全て１００μｍ未満であり、反り量の低
減がなされたことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】片面樹脂封止の半導体装置の一例を示す構成図
である。
である。
【図２】（ａ）は実施例および比較例における片面樹脂
封止タイプの半導体装置の構成を示す側面図であり、
（ｂ）はその平面図である。
封止タイプの半導体装置の構成を示す側面図であり、
（ｂ）はその平面図である。
【図３】（ａ）は半導体装置の反り量の測定位置を示す
平面図であり、（ｂ）はその側面図である。
平面図であり、（ｂ）はその側面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０５Ｋ 1/05 (72)発明者 秋月 伸也 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 福島 喬 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３−76751（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−189997（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−97617（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−78888（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 23/29 H01L 23/12 H01L 23/14 H01L 23/31 H05K 1/03 610 H05K 1/05
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体素子が搭載されたリード基板と、
この半導体素子搭載リード基板の半導体素子搭載面側の
みを樹脂封止した、下記のエポキシ樹脂（Ａ）およびフ
ェノール樹脂を主成分とするエポキシ樹脂組成物からな
る樹脂硬化体層とを備えた半導体装置であって、上記リ
ード基板が、その表面に金属配線を有するビスマレイミ
ドトリアジン基板であって、封止温度から２５℃にかけ
ての収縮量が０．１５〜０．２５％であり、かつ上記リ
ード基板の樹脂封止後の収縮量（Ｘ）と、上記樹脂硬化
体層の収縮量（Ｙ）の比（Ｙ／Ｘ）が、０．８〜１．６
の範囲に設定されていることを特徴とする半導体装置。 （Ａ）下記の一般式（１），式（２），式（３），式
（４），式（５）および式（６）で表されるエポキシ樹
脂からなる群から選ばれた少なくとも一つのエポキシ樹
脂。 【化１】 【化２】 【化３】 【化４】 【化５】 【化６】 - 【請求項２】 上記樹脂硬化体層形成材料が、上記エポ
キシ樹脂およびフェノール樹脂を主成分とする有機成分
と、球状シリカを主体とする無機質充填剤を含有するエ
ポキシ樹脂組成物であって、上記有機成分の含有量がエ
ポキシ樹脂組成物全体の５〜２５重量％に設定されてい
る請求項１記載の半導体装置。
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|---|---|---|---|
| JP29458394A JP3347228B2 (ja) | 1994-11-29 | 1994-11-29 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29458394A JP3347228B2 (ja) | 1994-11-29 | 1994-11-29 | 半導体装置 |
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| JPH08153831A JPH08153831A (ja) | 1996-06-11 |
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-
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- 1994-11-29 JP JP29458394A patent/JP3347228B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH08153831A (ja) | 1996-06-11 |
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