JPH021149A

JPH021149A - 樹脂封止型半導体装置

Info

Publication number: JPH021149A
Application number: JP14204188A
Authority: JP
Inventors: Hirotoshi Iketani; 池谷　裕俊
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-06-09
Filing date: 1988-06-09
Publication date: 1990-01-05
Anticipated expiration: 2012-09-17
Also published as: JP2654093B2

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明はエポキシ樹脂組成物によって封止された樹脂封
止型半導体装置に関し、特に耐熱性、低応力性に優れ、
かつ高信頼性の樹脂封止型半導体装置に関する。

（従来の技術）エポキシ樹脂組成物は集積回路（ＩＣ）、大規模集積回
路（ＬＳＩ）、）ランジスタなどの半導体部品や電子部
品その他の部品を封止するために広く用いられている。

上記のように半導体部品や電子部品などを封止したエポ
キシ樹脂組成物の硬化物からなる封止樹脂には、プリン
ト基板に実装する際のソルダリングに耐えることが要求
される。このソルダリングに関しては、ハンダフロー又
はリフローによっＴ。

ハンダ付けする方法が主流となってきている。そして、
ソルダリング時には、封止樹脂は２００℃以上、時には
３００℃以上の温度に短時間曝されるため、これらの条
件でクラックやその他の故障を起こさないことが必要で
ある。

従来、上述した用途のエポキシ樹脂組成物としては、ク
レゾールノボラック型エポキシ樹脂を主成分とし、硬化
剤としてノボラック型フェノール樹脂を含有するものが
一般的に用いられていた。

しかし、こうした組成を有するエポキシ樹脂組成物の硬
化物は、ガラス転移温度が２００℃以下であり、耐熱性
が不充分なため、ハンダフロー又はリフローの際にクラ
ックを発生しやすく、充分な信頼性が得られないという
問題があった。

また、従来のエポキシ樹脂組成物の硬化物は弾性率が高
く、そのため半導体チップなどを封止した状態で封止樹
脂に高温（例えば２００℃）及び低温（例えば−８５℃
）の熱ストレスを加えると、封止樹脂と内部に封止され
た半導体チップとの間に大きな熱応力が発生し、封止樹
脂及びチップにクラックが発生しすくなり、またチップ
表面の酸化膜のクラックやアルミニウム配線の変形が生
じやすくなる欠点があった。

（発明が解決しようとする課題）以上のように従来のエポキシ樹脂組成物の硬化物は耐熱
性が低く、熱応力が大きく、したがってそれを用いて得
られる樹脂封止型半導体装置の信頼性が低いという問題
点があった。

本発明は以上のような問題点に鑑みてなされたもので、
耐熱性、低応力性かつ高信頓性の樹脂封止型半導体装置
を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明の樹脂封止型半導体装置は、半導体デバイスをエ
ポキシ樹脂組成物の硬化物で封止した樹脂封止型半導体
装置において、上記硬化物が式［１１（式中、Ｑは炭素原子１以上の炭化水素基、各Ｒは無関
係に水素、ハロゲン、炭素原子１以上の炭化水素基、ハ
ロゲン化炭化水素基を表わし、ｎは０又は１以上の整数
を表わす）で表されるエポキシ化合物と１分子中に２個以上のフェ
ノール性水酸基を有する硬化剤との反応生成物、並びに
有機ホスフィンオキシト及び有機ホスフィンの配位化合
物のうち少なくとも１種を含有することを特徴とするも
のである。

以下、本発明を更に詳細に説明する。

本発明において、エポキシ樹脂組成物の硬化物を構成す
る必須成分は、（ａ）式［１１（式中、Ｑは炭素原子１以上の炭化水素基、各Ｒは無関
係に水素、／Ｘロゲン、炭素原子１以上の炭化水素基、
ハロゲン化炭化水素基を表わし、ｎは０又は１以上の整
数を表わす）で表されるエポキシ化合物、（ｂ）１分子中に２個以上のフェノール性水酸基を有す
る硬化剤、並びに（Ｃ）有機ホスフィンオキシト及び有機ホスフィンの配
位化合物のうち少なくとも１種である。これらの成分の
うち、（ａ）と（ｂ）はその全部又は一部が反応してエ
ポキシ樹脂組成物の硬化物の主成分をなしている。

本発明において、成分（ａ）のエポキシ化合物と反応す
る成分（ｂ）の硬化剤としては、ノボラック樹脂、レゾ
ール樹脂、ポリヒドロキシスチレン、フェノールアラル
キル樹脂及び多価フェノール化合物が挙げられ、更に具
体的に例示すると、フェノールノボラック樹脂、クレゾ
ールノボラック樹脂、ｔｅｒｔ−ブチルフェノールノボ
ラック樹脂、ノニルフェノールノボラック樹脂などのノ
ボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂
、ポリバラヒドロキシスチレンなどのポリヒドロキシス
チレン、ビスフェノールＡ、）リス（ヒドロキシフェニ
ル）メタンなどおよびこれらの化合物のハロゲン化物な
どが挙げられる。これらのうちでも、ノボラック型フェ
ノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ポリヒドロキ
シスチレン、トリス（ヒドロキシフェニル）メタンが好
ましい。これらの硬化剤は１種又は２種以上の混合系で
用いられる。

本発明において、封止樹脂である硬化物は成分（ａ）の
エポキシ基と成分（ｂ）のフェノール性水酸基との反応
により得られる。これらの官能基の全部又は一部が反応
することによって三次元網目構造の硬化物が得られる。

成分（ａ＞と成分（ｂ）との配合比は、フェノール性水
酸基とエポキシ基との比が０，５〜１．５の範囲内にあ
るように決定することが好ましい。その理由は、上記配
合比が０．５未満又は１．５を超えた場合には未反応の
官能基の数が多くなり、硬化物の特性や信頼性が低下す
るためである。なお、成分（ａ）以外のエポキシ樹脂が
配合されている場合、成分＜ａ）とそれ以外のエポキシ
基の総数に対してフェノール性水酸基の数が０．５〜１
．５の範囲にあることが好ましい。

本発明において、エポキシ樹脂組成物の硬化物には、第
３の成分として（Ｃ）有機ホスフィンオキシト及び有機
ホスフィンの配位化合物のうち少な（とも１種が含まれ
る。

有機ホスフィンオキシトは、式［ＩＩ］（式中、Ｒ１−
Ｒ３は水素又は炭化水素基で、炭化水素基の一部は他の
原子を含む置換基で置換されていてもよい。なお、Ｒ，
−Ｒ，が全で水素の場合を除く。）で表される化合物である。具体的には、トリフェニルホ
スフィンオキシト、トリス（メチルフェニル）ホスフィ
ンオキシト、トリベンジルホスフィンオキシド、トリオ
クチルホスフィンオキシト、トリシクロヘキシルホスフ
ィンオキシド、ジフェニルエチルホスフィンオキシト、
フエニルジメチルホスフィンオキシド、ジフェニルホス
フィンオキシト、ジヘキシルホスフィンオキシド、フェ
ニルホスフィンオキシト、トリス（クロロフェニル）ホ
スフィンオキシト、トリス（ヒドロキシフェニル）ホス
フィンオキシト、トリス（メトキシフェニル）ホスフィ
ンオキシトなどが挙げられる。これらのうちでもトリフ
ェニルホスフィンオキシトなどトリアリールホスフィン
オキシトが好ましい。

有機ホスフィンの配位化合物は式［Ｉ［Ｉ］（式中、Ｒ
１−Ｒ６は水素、ハロゲン又は炭化水素基で、炭化水素
基の一部は他の原子を含む置換基で置換されていてもよ
い。なお、Ｒ２−Ｒ３の少°なくとも１つは炭化水素基
である。λ４はホウ素又はアルミニウム原子である。）で表される化合物で、を機ホスフィンとＭＲ４Ｒ５Ｒ６
とを反応させることによって容易に得られる。

有機ホスフィンの配位化合物を構成する有機ホスフィン
としては、トリフェニルホスフォン、トリス（メチルフ
ェニル）ホスフィン、トリベンジルホスフィン、トリオ
クチルホスフィン、トリシクロヘキシルポスフィン、ジ
フェニルエチルホスフィン、フエニルジメチルホスフィ
ン、ジフェニルホスフィン、ジヘキシルホスフィン、フ
ェニルホスフィン、デシルホスフィン、トリス（クロロ
フェニル）ホスフィン、トリス（ヒドロキシフェニル）
ホスフィン、トリス（メトキシフェニル〕ホスフィンな
どが挙げられる。これらのうちでもトリフェニルホスフ
ィンなどトリアリールホスフィンが好ましい。

有機ホスフィンの配位化合物を構成するＭＲ４Ｒ，Ｒ，
で表される化合物としては水素化ホウ素、水素化アルミ
ニウム、ハロゲン化ホウ素、ハロゲン化アルミニウム、
有機ホウ素及び有機アルミニウムが挙げられる。

有機ホウ素化合物としては、トリフェニルホウ素、トリ
ス（エチルフェニル）ホウ素、トリベンジルホウ素、ト
リオクチルホウ素、トリシクロヘキシルホウ素、ジフェ
ニルメチルホウ素、フエニルジブチルホウ素、ジフェニ
ルホウ素、フエニルジブチルホウ素、ジフェニルホウ素
、ジオクチルホウ素、フェニルホウ素、シクロへキシル
ホウ素、トリス（クロロフェニル）ホウ素などが挙げら
れる。

有機アルミニウム化合物としては、上記ホウ素化合物に
対応するアルミニウム化合物、例えばトリフェニルアル
ミニウムなどが挙げられる。

これらの有機ホウ素、有機アルミニウム化合物のうちで
もトリアリール化合物が好ましい。

本発明において、成分（ｅ）は１種又は２種以上が含有
されていてもよい。これらの含有量は硬化物全体の０．
００１−１０重量％の範囲が好ましい。

本発明において、エポキシ樹脂成分としては、上記成分
（ａ）の他に、必要に応じて他のエポキシ樹脂が含有さ
れていてもさしつかえない。他のエポキシ樹脂としては
、例えばビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型
エポキシ樹脂などのグリシジルエーテル型エポキシ樹脂
、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミ
ン型エポキシ樹脂、線状脂肪族エポキシ樹脂、脂環式エ
ポキシ樹脂、ハロゲン化エポキシ樹脂など１分子中にエ
ポキシ基を２個以上有するエポキシ樹脂が挙げられる。

本発明に係る硬化物には、必要に応じて更に成分（ｂ）
以外の他の硬化剤、無機質充填剤、飛型剤、難燃剤、着
色剤、充填剤の表面処理剤、低応力付与剤などが含有さ
れていてもさしつかえない。

成分（ｂ）以外に含有させることができる他の硬化剤と
しては、酸無水物硬化剤、アミン系硬化剤など一般に知
られているものが挙げられる。

無機質充填剤としては、溶融シリカ、結晶性シリカ、ガ
ラス繊維、タルク、アルミナ、ケイ酸カルシウム、炭酸
カルシウム、硫酸バリウム、マグネシア、窒化ケイ素、
窒化ホウ素など一般に知られているものが挙げられる。

また、離型剤としては例えば天然ワックス類、合成ワッ
クス類、直鎖脂肪酸の金属塩、酸アミド類、エステル類
、パラフィン類など、難燃剤としては塩素化パラフィン
、ブロムトルエン、ヘキサブロムベンゼン、三酸化アン
チモンなど、着色剤としてはカーボンブラックなど、充
填剤の表面処理剤としてシランカップリング剤などが挙
げられる。

本発明に係る樹脂封止型半導体装置は、上記エポキシ樹
脂組成物を用いて半導体チップを封止することにより容
易に製造することができる。封止は最も一般的には低圧
トランスファ成形で行われるが、インジェクション成形
、圧縮成形、注型などによる封止も可能である。エポキ
シ樹脂組成物は封止の際に加熱により硬化し、最終的に
この組成物の硬化物によって封止された樹脂封止型半導
体装置が得られる。硬化に際しては１５０℃以上に加熱
することが特に望ましい。また、１５０〜３００℃で数
時間〜数十時間のボストキュアを行うことによって硬化
物の耐熱性などの特性を向上させることができる。ボス
トキュア温度は好ましくは１７０℃以上、更に好ましく
は２００℃以上、ボストキュア時間は好ましくは３〜１
６時間である。

（実施例）以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明する。

実施例１〜９及び比較例１〜４半導体デバイスがエポキシ樹脂組成物の硬化物によって
封止されている樹脂封止型半導体装置（実施例１〜９、
比較例１〜４）を作製した。上記硬化物中には以下に示
す成分が含有されている。

■〜■エポキシ樹脂Ａ−Ｃ・・・式［Ｉ］フィンオキシ
ド ■有機ホスフィンオキシトＢ・・・トリス（メチルフェ
ニル）ホスフィンオキシト［相］配位化合物Ａ・・・トリフェニルホスフィン・ト
リフェニルホウ素配位化合物（式中、Ｒは水素−）で表わされ、エポキシ樹脂Ａはｎ−０の化合物エポキシ樹脂Ｂはｎ−１の化合物エポキシ樹脂Ｃはｎ−２の化合物 ■エポキシ樹脂Ｄ・・・エポキシ当量２００のクレゾー
ルノボラック型エポキシ樹脂 ■硬化剤Ａ・・・数平均分子ｍ８００のフェノールノボ
ラック樹脂 ■硬化剤Ｂ・・・数平均分子ｆｆｉ　２ＱＯＧのクレゾ
ールノボラック樹脂 ■硬化剤Ｃ・・・トリス（ヒドロキシフェニル）メタン ■有機ホスフィンオキシトＡ・・・トリフェニルホスＯ
配位化合物Ｂ・・・トリフェニルホスフィン・トリフェ
ニルアルミニウム配位化合物各硬化物中に含まれる成分■〜Ｏの含有量を第１表に示
した。ただし、硬化物中では成分■〜■のエポキシ化合
物と成分■〜■の硬化剤の全部又は一部が反応して架橋
したポリマーを形成している。

なお、硬化物中には第１表に示された上記以外の成分と
して溶融シリカ（充填剤）７００部、難燃剤２０部、ｌ
ｌ１ｉ型剤、着色剤、表面処理剤、その他が含まれてい
る。

樹脂封止型半導体装置の調製は以下のようにエポキシ樹
脂組成物を用い、トランスファ成形法でＭＯ３型集積回
路を樹脂封止することにより行い、エポキシ樹脂組成物
の硬化物で封止された半導体装置を得た。なお、評価試
験用の成形硬化物も同様にトランスファ成形法によって
作製した。

ここで、トランスファ成形は、高周波予熱器で９０℃に
加熱したエポキシ樹脂組成物を１７０℃で３分間モール
ドし、更に２００℃で８時間ポストキュアすることによ
り行った。また、封止された半導体チップのサイズはＩ
ＯＸ　１２ｍ１で、成形された樹脂パッケージは厚さ２
ＩＩＩｍのフラットパッケージ形である。

次に、各成形硬化物及び各樹脂封止型半導体装置につい
て、以下の評価試験を行った。

（ａ）動的粘弾性の測定値から、成形硬化物のガラス転
移点を求めた。

（ｂ）　２００℃において成形硬化物の曲げ強さを測定
した。

（ｅ）　２５℃において成形硬化物の曲げ弾性率を測定
した。

（ｄ）樹脂封止型半導体装麗容２０個について、６５℃
、２００℃に各３０分間交互に１００回曝して熱サイク
ル試験を行った。試験後、パッケージを切断し、内部に
樹脂クラックが発生しているかどうかを調べた。

（ｅ）樹脂封止型半導体装麗容２０個について、ペーパ
ーフェーズ（ＶＰＳ）法により２１５℃でリフローはん
だ付けを行い、パッケージの外観に樹脂クラックが認め
られるかどうかを調べた。

（ｒ）上記ｖＰＳ終了後の樹脂封止型半導体装麗容２０
個について、１２１　”Ｃ１２気圧のプレッシャクッ力
法で耐湿試験を行い、２００時間後の半導体チップのコ
ロ−ジョン不良の発生を調べた。

これらの評価結果を第１表に併記する。

［発明の効果］上記の結果から明らかなように、本発明に係るエポキシ
樹脂組成物の硬化物は耐熱性に優れてお０す、これを用
いて半導体チップを封止して得られる樹脂封止型半導体
装置の信頼性は高＜、シたがってその工業的価値は大で
ある。

Claims

【特許請求の範囲】半導体デバイスをエポキシ樹脂組成物の硬化物で封止し
た樹脂封止型半導体装置において、上記硬化物が式［
I ］ ▲数式、化学式、表等があります▼・・・［ I ］（式中、Ｑは炭素原子１以上の炭化水素基、各Ｒは無関
係に水素、ハロゲン、炭素原子１以上の炭化水素基、ハ
ロゲン化炭化水素基を表わし、ｎは０又は１以上の整数
を表わす）で表されるエポキシ化合物と１分子中に２個以上のフェ
ノール性水酸基を有する硬化剤との反応生成物、並びに
有機ホスフィンオキシド及び有機ホスフィンの配位化合
物のうち少なくとも１種を含有することを特徴とする樹
脂封止型半導体装置。