JPH01157558A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、表面実装時におけるパッケージクラックの
発生の少ない耐湿信幀性に優れた半導体装置に関するも
のである。

［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、プラスチックパッケージ等により封止され半
導体装置化されている。この種のパッケージの代表例と
しては、デュアルインラインパッケージ（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付
けるようになっている。

最近は、ＬＳＩチッ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ッケージに代えて
、表面実装用パッケージが主流になってきている。この
種のパッ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
よって固定するようになっている。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っ
ており、薄い、軽い、小さいという利点を備えており、
したがっ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
であるという長所も有している。

〔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ッケージを用いた
半導体装置において表面実装前にパッケージ自体が吸湿
している場合には、半田実装時に水分の蒸気圧によって
、パッケージにクラッ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を通って、また
リードフレーム２と封止樹脂１との隙間を通ってパッケ
ージ３内に侵入し、主としてリードフレーム２のタイホ
ントパット４の裏面に滞溜する。そして、ベーパーフェ
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、第２図に示すようにグイボンドバット
４の裏面の樹脂部分を下方に押しやり、そこに空隙５を
つくると同時にパッケージ３にクラック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はワイヤーボンディングである。

このような問題に対する解決策として、半導体素子をパ
ッ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　’Ｃ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、手間がかがる
という問題がある。

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耐湿信転性に優れた半導体装置
の提供をその目的とする。

〔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、この発明の半導体装置は、
少なくとも一部が下記の一般式（１）で表されるエポキ
シ樹脂からなるエポキシ樹脂主剤成分と、少なくとも一
部が下記の一般式（Ｉ［）で表されるフェノール樹脂か
らなるフェノール樹脂硬化剤成分と、無機質充填剤を主
要成分とし、ハイドロタルサイト類化合物および水酸化
ビスマス・五酸化アンチモン化合物の少なくとも一方を
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。

Ｃ以下余白） （ＩＩ−０〜１０） （ＩＩ＝ｏ〜１０） なお、上記式（Ｉ）、　　（ＩＩ）において繰り返し数
ｎは、重量平均分子量Ｍｗ値から求めたものである。

（作用〕 パッケージクラッ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、■ダイボンドバット
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を高めるの三つの方
法が考えられる。この発明は、上記■の封止樹脂自体の
強度を高めることにより、パッケージクラックの発生を
防止するものであり、上記一般式（１）で表される特殊
なエポキシ樹脂と、上記一般式（ＩＩ）で表される特殊
なフェノール樹脂とを用いることにより、半田実装にお
けるような高温下での封止樹脂の強度を現状の樹脂に比
較して、約３〜４倍に向上させるようにする。そして、
上記のような高強度封止樹脂中に含有されるイオン性不
純物による弊害（樹脂吸水時に不純物がイオン化し、そ
のイオンによりポンディングタイや電極等が侵される）
を排除し耐湿性の低下を防止するため、ハイドロタルサ
イト類化合物および水酸化ビスマス・五酸化アンチモン
化合物の少なくとも一方をイオントラップ剤として配合
し、これにより不純物イオンを捕捉させるものである。

この発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、全部もしくは
一部が前記一般式（１）で表される特殊なエポキシ樹脂
からなるエポキシ樹脂主剤成分と、全部もしくは一部が
前記一般式（ＩＩ）で表される特殊なフェノール樹脂か
らなるフェノール樹脂硬化剤成分と、無機質充填剤と、
ハイドロタルサイト類化合物および水酸化ビスマス・五
酸化アンチモンの少なくとも一方等とを用いて得られる
ものであって、通常、粉末状もしくはそれを打錠したタ
ブレット状になっている。

上記エポキシ樹脂主剤成分の全部もしくは一部を構成す
る前記一般式（Ｉ）の特殊なエポキシ樹脂はノボラック
型エポキシ樹脂の主鎖のメチレン基にフェニルグリシジ
ルエーテルを結合させた構造のものである。このような
分子構造にすることにより、架橋点が増え、架橋密度の
高い構造物が得られるようになる。なお、上記特殊なエ
ポキシ樹脂のみでエポキシ樹脂主剤成分を構成してもよ
いし、それ以外の通常用いられるエポキシ樹脂と併用す
るようにしてもよい。通常用いられるエポキシ樹脂とし
ては、クレゾールノボラック型、フ　　　　−エノール
ノボラック型やビスフェノールＡ型等の各種のエポキシ
樹脂があげられる。これらの樹脂の中でも、融点が室温
を超えており、室温下ではキシ樹脂としては、通常、エ
ポキシ当１１５０〜２５０、軟化点５０〜１３０　’Ｃ
のものが用いられ、クレゾールノボラック型エポキシ樹
脂としては、エポキシ当量１８０〜２１ｏ、軟化点６０
〜１１０°Ｃのものが一般に用いられる。このように両
者を併用する場合には、上記一般式（Ｉ）で表される特
殊なエポキシ樹脂と、上記通常のエポキシ樹脂とは、前
者１００重量部（以下「部」と略す）に対して後者０〜
１００部の範囲内に設定することが好適である。

フェノール樹脂硬化剤成分の全部もしくは一部を構成す
る上記一般式（ＩＩ）で表される特殊なフェノール樹脂
は、フェノールノボラックの主鎖のメチレン基にフェノ
ールを結合させた構造のものであり、このような分子構
造によって架橋点が増加し、それによって架橋密度の高
い三次元構造体が得られるようになる。上記特殊なフェ
ノール樹脂は、それ自体でフェノール樹脂硬化剤成分を
構成してもよいし、通常用いられているその他のフェノ
ール樹脂と併用しても差支えはない。その他のフェノー
ル樹脂としては、フェノールノボラック、タレゾールノ
ボラック等があげられる。これらのノボラック樹脂は、
軟化点が５０〜１１０°Ｃ１水酸基当量が７０〜１５０
のものを用いることが望ましい。特に上記ノボラック樹
脂の中でも、タレゾールノボラックを用いることが好結
果をもたらす。上記一般式（ＩＩ）で表される特殊なフ
ェノール樹脂と、このような通常のフェノール樹脂を併
用する場合における両者の割合は、前者１００部に対し
て後者０〜１００部の範囲内に設定することが効果の点
で好ましい。

上記エポキシ樹脂主剤成分およびフェノール樹脂硬化剤
成分とともに用いられる無機質充填剤としては、結晶性
および溶融性フィラーはもちろんのこと、酸化アルミニ
ウム、酸化へリリウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素等があ
げられる。

上記ハイドロタルサイト類化合物は、エポキシ樹脂組成
物に由来し封止樹脂中で不純物イオンとして存在するク
ロルイオンあるいはブロムイオン等のアニオンを有効に
トラップする成分である。

上記ハイドロタルサイト類化合物は、例えば、下記の一
般式で表される。

ＭｇＪ　４２　ｙ（ＯＨ）　２ｘ＋３ｙ−２ｚ　（ｃｏ
ｚ）　−・ｍＨｚ。

また、上記水酸化ビスマス・五酸化アンチモンは、上記
ハイドロタルサイト類化合物がアニオンをトラップする
のに対し、ナトリウムイオン等のカチオンを有効にトラ
ップする成分である。この−例として東亜合成社製、　
ＡＨＫ　　６００　［Ｂｉ（ＯＨ）Ｚ　　・５ｂｚＯｓ
　　・４Ｈ２０］があげられる。

上記ハイドロタルサイト類化合物および水酸化ビスマス
・五酸化アンチモンの少なくとも一方の含有量は、エポ
キシ樹脂組成物の有機成分に対して０．５〜１５重量％
（以下「％」と略す）に設定することが好適である。す
なわち、含有量が１５％を上回ると、封止樹脂の耐湿信
転性以外の緒特性に悪影響が現れる傾向がみられるから
である。

なお、この発明に用いるエポキシ樹脂組成物には、必要
に応じて上記の成分以外に難燃化剤、カップリング剤、
硬化促進剤、ワックス等が用いられる。

上記難燃化剤としては、ノボラック型ブロム化エポキシ
もしくは、ビスＡタイプエポキシ、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。

上記カッ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。

その使用方法としては、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
機成分原料に対する予備混合等自由である。

上記硬化促進剤としては、アミン系、リン系。

ホウ素系等の硬化促進剤があげられ、単独でもしくは併
せて使用される。

上記ワックスとしては、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。

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、上記の成分原料を適宜配合し予備混合した後
、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、これを室温に冷却した後、公知の手段
によって粉砕し、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。

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
ァ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。

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上記一般式（Ｉ）で表される特殊な
エポキシ樹脂および、一般式（Ｉｆ）で表される特殊な
フェノール樹脂の作用により、封止樹脂の強度、特に高
温時における強度が従来のものの３〜４倍と高くなって
いるため、半田実装に際しても、パフケージクラック等
を生ずることがない。さらに、ハイドロタルサイト類化
合物および水酸化ビスマス・五酸化アンチモンの少なく
とも一方が添加されているため、不純物イオンによる弊
害が生じず極めて優れた耐湿信頼性をも有している。

〔発明の効果〕

この発明の半導体装置は、上記のような特殊なエポキシ
樹脂、フェノール樹脂およびハイドロタルサイｌ−類化
合物および水酸化ビスマス・五酸化アンチモンの少なく
とも一方を含有する特殊なエポキシ樹脂組成物を用いて
半導体素子が樹脂封止されているため、半田実装におけ
るような過酷な条件下においてもパッケージクラックを
生じることがなく、また封止プラスチックパッケージに
おいてアニオン、カチオンが上記１〜ラツプ剤に補足さ
れるため、耐湿信頼性が極めて高い。特に、上記特殊な
エポキシ樹脂組成物による封止により、８ピン以上、特
に１６ピン以上もしくはチップの長辺が４ｍｍ以上の大
形の半導体装置において上記のような高信顛度が得られ
るようになるのであり、これが大きな特徴である。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

〔実施例１〜１０、比較例１〜５〕 まず、実施例および比較例で使用した成分原料は下記の
通りである。

（主剤） Ａ；一般式■成分　（ＩＩ＝３） Ｂ：エポキシクレゾールノボラック（ＩＩ＝４）（ＩＩ
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。） （硬化剤） Ｃニ一般式■成分　（ＩＩ＝３） Ｄ：フェノールノボラック　　　（ＩＩ＝４）（ＩＩ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。） 〈充填剤） Ｅ：最大粒径−１５０μｍ、平均粒径−２０μｍ。

破砕型５ｉＣｈ （難燃化剤） Ｆ；ノボラック型Ｂｒ化エポキシ Ｇ：３酸化２アンチモン （硬化触媒） Ｈ：ｌ−リフェニルホスフィン ■；ジメチルイミダゾール （離型剤〉 Ｊ：ポリエチレン系ｗａｘ （添加剤） Ｋ−トリメトキシシラングリシジルエーテル（イオント
ラップ剤） Ｌ；ハイドロタルサイト類化合物 Ｍ：水酸化ビスマス・五酸化アンチモン化合物後記の第
１表に示す原料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　’Ｃで１０分間混練し、シー
ト状組成物を得た。ついで、得られたシート状組成物を
粉砕し、目的とする粉末のエポキシ樹脂組成物を得た。

（以下余白） 以上の実施例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、半導体素子をトランスファー成形で
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ＱＦＰのパッケージ（２０Ｘ　１４
ｍｍ、厚み２．２５ｍｍ）のものであり、７Ｘ７ｍｍの
チッ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、測定試験
を行った。その結果を下記の第２表に示す。

（以下余白） 第２表の結果から実施例品は、各特性、特に曲げ物性が
室温（ＲＴ）については、比較例と大差はないものの、
２１５°Ｃのような高温においては、比較例よりも著し
く優れた結果が得られており、高温時におけるパッケー
ジの強度が大幅に向上していることがわかる。さらに、
実施例品はＰＣＢＴテストにおいて陽極および陰極腐食
の寿命が両方そろって著しく長くなっており、耐湿信頼
性が比較例品に比べて著しく向上していることがわかる
。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、従来例の説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも一部が下記の一般式（ I ）で表され
   るエポキシ樹脂からなるエポキシ樹脂主剤成分と、少な
   くとも一部が下記の一般式（II）で表されるフェノール
   樹脂からなるフェノール樹脂硬化剤成分と、無機質充填
   剤を主要成分とし、ハイドロタルサイト類化合物および
   水酸化ビスマス・五酸化アンチモン化合物の少なくとも
   一方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。 ▲数式、化学式、表等があります▼………（ I ） ▲数式、化学式、表等があります▼………（II）