JPH01276653A - 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シツクの
発生の少ない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ＤｒＰ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千ン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のようなビ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［ｉ＆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、水分は矢印へのように封止樹脂１を通って、また
リードフレーム２と樹脂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のグイボンド
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ｐ蒸
気圧により、第２図に示すようにグイボンドパット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、手間がかかると
いう問題がある。

この発明はこのような事留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。

〔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（Ａ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（Ｂ成分）
と、無機質充填剤（Ｃ成分）を主要成分とし、ゴム成分
を、上記ＡおよびＢ成分の少なくとも一方と反応させた
状態でもしくはそのままの状態で含むエポキシ樹脂組成
物を用いて半導体素子を封止するという構成をとる。

（ｎ＝ｏ〜１０） （以下余白） （ｎ−０〜１０） なお、上記式（１）、（ＩＩ）において繰り返し数ｎは
、重量平均分子１１Ｍｗ値から求めたものである。

〔作用］ パッケージクシ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、■グイボンドバット
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（Ｉ）で表される特殊
なエポキシ樹脂と、上記一般式（ｎ）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（２１５°Ｃ）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。さらに、封止に用いるエポキシ樹脂組成物中にゴム
成分を併用することにより、エポキシ樹脂組成物に低応
力性を付与させるものである。

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（Ａ成分）と、全部もし
くは一部が前記一般式（■）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（Ｂ成分）と
、無機質充填剤（Ｃ成分）と、ゴム成分等とを用いて得
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（１）の特殊なエボ：）・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、タレゾールノボラック型、フェノールノボ
ラック型、ノボラックビスＡ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、室温下では固形状もし
くは高粘度の溶液状を呈するものを用いることが好結果
をもたらす。ノボラッ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°
Ｃのものが用いられ、タ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１８０〜２１０、軟化点６
０〜１１０°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、」二記一般式（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重里部（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（Ｉｔ）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し支えはない。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、クレゾール
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゛Ｃ２水酸基当量が７０〜１５
０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Ａ成分であるエポキシ樹脂主剤成分およびＢ成分で
あるフェノール樹脂硬化剤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、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、酸化ベリリウ
ム、炭化ケイ素、窒化ケイ素等があげられる。

上記Ａ成分であるエポキシ樹脂主剤成分、Ｂ成分である
フェノール樹脂硬化剤成分およびＣ成分である無機質充
填剤とともに用いられるゴム成分としては、低分子量の
１，２−ポリブタジェン、１．３−ポリブタジェン、１
，４−ポリブタジェン、ブタジェン−スチレン共重合体
およびブタジェン−アクリロニトリル共重合体等のブタ
ジェン系低分子量重合体、低分子量ポリイソプレンおよ
び天然ゴムの低分子量解重合ゴム等のイソプレン系低分
子量重合体、液状クロロプレンゴム、液状シリコーンゴ
ム等の液状ゴムがあげられ、単独でもしくは併せて用い
ることができる。これらゴム成分としては、エポキシ基
、水酸基、アミノ基等の反応性の基を有するものが好ま
しい。このようなゴム成分は、そのまま用いてもよいし
、上記Ａ成分、Ｂ成分と予備反応させて用いてもよい。

この場合、上記ゴム成分の使用量は、エポキシ樹脂組成
物中の有機成分（エポキシ樹脂組成物より無機質充填剤
を除いたもの）に対して３〜４０重量％（以下「％」と
略す）の割合に設定することが好ましく、より好適なの
は５〜２０％である。すなわち、上記ゴム成分の含有量
が３％を下回ると、充分な低応力効果がみられなくなり
、逆に４０％を上回ると、樹脂の機械的強度の低下がみ
られるからである。なお、上記ゴム成分には、常温で固
形のもの、例えば末端カルボキシルブタジェン−アクリ
ロニトリル共重合体（ＣＴＢＮ）、末端アミンブタジェ
ン−アクリロニトリル共重合体（ＡＴＢＮ）等をも使用
することもできる。これら固形ゴムの使用量も、上記と
同様、エポキシ樹脂組成物中の有機成分に対して３〜４
０％に設定することが好適である。

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型エポキシ、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、トライブレン
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、必要に応し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
封止ば、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（１）で表される特殊なエ
ポキシ樹脂（Ａ成分）、一般式（■）で表される特殊な
フェノール樹脂（Ｂ成分）および特定のゴム成分、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倍と高くなっており、さらに優れた
低応力性を有しているため、半田実装に際しても、パッ
ケージクラック等が生ずることがない。

〔発明の効果］ 以上のように、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ゴム成分を
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が生ずること
がない。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ビン以上、特に１６ビ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
のような高信頼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原料は下記の通り
である。

（主剤） △ニー最大（１）で示されるエポキシ樹脂（ｎ＝３） Ｂ：エポキシクレゾールノボラック（ｎ＝４）（なお、
ｎはポリスチレン換算ＧＰＣデータの重量平均分子量よ
り算出したもので分布自体は広範囲なものである。） （硬化剤） Ｃニ一般式（ＩＩ）で示されるフェノール樹脂（ｎ＝３
） Ｄ；フェノールノボラック（ｎ＝４） （なお、ｎはポリスチレン換算ＧＰＣデータの重量平均
分子量より算出したもので分布自体は広範囲なものであ
る。） （充填剤） Ｅ：酸化ケイ素（最大粒径−１５０７１ｍ、平均粒径−
２０μｍ、形状＝破砕型）　５ｉ０２（難燃化剤） Ｆ：ノボラック型Ｂ、ｒ化エポキシ Ｇ：三酸化ニアンチモン （硬化触媒） Ｈニジメチルイミダゾール （離型剤〉 ■：ポリエチレン系ｗａｘ （添加剤） Ｊニトリメトキシシラングリシジルエーテル（変性剤〉 Ｋ：末端カルボキシルブタジェン−アクリロニトリル共
重合体 Ｌ：スチレン−エチレン・ブチレンブロック共重合体 （変性方法） （ａ）　　Ａに対して予備反応を行う。

（ｂ）　　Ｂに対して予備反応を行う。

（Ｃ）　　Ｃに対して予備反応を行う。

（ｄ）　　Ｄに対して予備反応を行う。

（変性方法における反応条件〉 （ｅ）　　温度１７５°Ｃ，５ｈｒ、撹拌反応。

（ｆ）　　常温で、トライブレンド。

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。

【図面の簡単な説明】

第１回および第２図は、従来例の説明図である。 特許出願人　　　日東電気工業株式会社代理人　　　弁
理士　　西　胚　征　彦第２ｖ！Ｊ

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（Ａ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（Ｂ
   成分）と、無機質充填剤（Ｃ成分）を主要成分とし、ゴ
   ム成分を、上記ＡおよびＢ成分の少なくとも一方と反応
   させた状態でもしくはそのままの状態で含むエポキシ樹
   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）