JPH03116951A - 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、高温下での機械強度および耐湿性に優れた
樹脂組成物により封止さ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か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
にビンを取り出し、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、平面的にビ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いる。

したがって、実装基板に対する占有面積が小さくてすみ
、さらに基板に対する両面実装も可能であるという長所
をも有している。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記のような表面実装型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と樹脂１との隙間を通ってパッケー
ジ３内に浸入し、主としてリードフレーム２のダイボン
ドパッド４の裏面に滞溜する。そして、ペーパーフェー
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パッド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
くると同時にパッケージ３にクラック６を生しさせる。

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。

〔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、
エポキシ樹脂からなる主剤成分と、少なくとも一部が一
般式（１）で表されるフェノール樹脂からなる硬化剤成
分と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。

１１）１ 〔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、■ダイボンドパッド
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を高めるの三つの方
法が考えられる。すなわち、この発明は、主として上記
■の方法にもとづき高い吸湿性を大幅に低減させ、エポ
キシ樹脂組成物系封止樹脂に対する吸湿を抑制させるよ
うにすることにより、パッケージ自体の耐湿性の向上を
意図するものである。そのため、上記一般式（Ｉ）で表
される特殊なフェノール樹脂を用いるものであり、それ
により、半田実装におけるような高温下（２１５〜２６
０″Ｃ）での封止樹脂の耐パッケージクラック性の大幅
な向上を実現できる。

この発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂
からなる主剤成分（Ａ成分）と、全部もしくは一部が前
記一般式（Ｉ）で表される特殊なフェノール樹脂からな
る硬化剤成分（Ｂ成分）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Ａ成分のエポキシ樹脂からなる主剤としては、タレ
ゾールノボラック型、フェノールノボラック型およびビ
スフェノールＡ型エポキシ樹脂等の各種エポキシ樹脂が
あげられる。これら樹脂のなかでも、特に融点が室温を
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。例えば
、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６０〜１１０
°Ｃのものが一般に用いられる。

また、下記の式（ｎ）で表される４、４′−ビス（グリ
シジルオキシ）−３，３’　−ジアリルビフェニル等の
ビフェニルタイプのエポキシ樹脂を用いると一層効果的
である。

上記Ｂ成分の硬化剤は、Ａ成分のエポキシ樹脂からなる
主剤の硬化剤として作用するものであり、硬化剤成分の
全部もしくは一部に下記の一般式（Ｉ）で表される特殊
なフェノール樹脂を用いたものである。

そして、上記一般式（１）で表される特殊なフェノール
樹脂は、例えば、α、α′−ジメトキシーｐ−キシレン
とフェノール化合物との反応により得ることができる。

このような分子構造において、−ＯＨ基を有するフェニ
ル環に炭素数１ないし４の炭化水素置換基を付加するこ
とにより撥水性を有するようになる。そして、上記特殊
なフェノール樹脂は、それ自体で硬化剤成分を構成して
もよいし、それ以外の通常用いられているフェノール樹
脂と併用しても差し支えはない。前者の場合には、Ｂ成
分の全部が上記一般式（１）の特殊なフェノール樹脂で
構成され、後者の場合はＢ成分の一部が上記一般式（１
）の特殊なフェノール樹脂で構成されることとなる。上
記通常用いられる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好ましい。

上記一般式（１）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とを併用する場合にお
ける両者の割合は、前者１００重量部（以下１部」と略
す）に対して後者０〜１００部の範囲内に設定すること
が効果の点で好ましい。

上記エポキシ樹脂からなる主剤成分（Ａ成分）と硬化剤
成分（Ｂ成分）との配合比は、上記Ａ成分中のエポキシ
基１当量当たりＢ成分中の水酸基が０．５〜２．０当量
となるように配合することが好適である。より好適なの
は０．８〜１．２当量である。

また、一般に、上記Ａ成分であるエポキシ樹脂からなる
主剤およびＢ成分である硬化剤成分とともに無機質充填
剤が用いられる。上記無機質充填剤としては、通常、シ
リカが用いられる。これ以外に、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、窒化ケイ素等の充填剤を使用する
ことができる。このような無機質充填剤としては、最大
粒径５０μｍ以下、平均粒径２〜１５μｍの破砕フィラ
ーと、最大粒径１００μｍ以下、平均粒径１０〜２５μ
ｍの球状フィラーとを併用することが効果の点が好まし
い。このように両者を併用することにより、従来の封止
樹脂に比較して、約４倍の強度を得ることができると同
時に、エポキシ樹脂組成物に対して優れた流動性を付与
させるようになる。この無機質充填剤の含有量は、エポ
キシ樹脂組成物全体の７０〜８０重量％の範囲内に設定
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Ａ成分、Ｂ成分および無機質充填剤以外に
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したり、さらには有機成分原
料に対する予備混合等自由に使用される。

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
せて用いられる。

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
成物中に含まれる前記−形式（Ｉ）の特殊なフェノール
樹脂の作用により、封止樹脂の吸湿量が従来のものの７
〜８割も減少するため、半田実装に際してもパッケージ
クラック等が生じることがない。

〔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
特殊なフェノール樹脂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を封止して構成されているため
、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ピン以上、特
に１６ピン以上もしくはチップの長辺が４胴以上の大形
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。

まず、実施例および比較例で使用する原料を下記に示す
。

（エポキシ樹脂からなる主剤成分） Ａ：クレゾールノボラックエポキシ樹脂（エポキシ当量
１９５．軟化点８０°Ｃ９ｎ＝４） （硬化剤成分） Ｂ：フにノールノボラック Ｃ：前記−形式（１）においてＲが水素であるフェノー
ル化合物（ｎ＝１５） Ｄ：前記−形式（Ｉ）においてＲがメチル基であるフェ
ノール化合物（ｎ＝１５） Ｅ：前記−形式（１）においてＲがｔｅｒｔ−″″ブチ
ル基あるフェノール化合物（ｎ＝１０）（無機質充填剤
） Ｆ：溶融性シリカ（形状＝破砕型） 最大粒径５０μｍ、平均粒径＝１５μｍＧ：溶融性シリ
カ（形状−球状型） 最大粒径１００μｍ、平均粒径＝２５μｍ（難燃化剤） Ｈ二ノボラック型ブロム化エポキシ に三酸化二アンチモン （硬化促進剤） Ｊ：２−メチルイミダゾール （離型剤） Ｋ：ポリエチレン系ワックス （添加剤） Ｌニトリメトキシシラングリシジルエーテル〔実施例１
〜４、比較例１，２〕 つぎに、下記の第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、シート状樹脂組成物を作製した。ついで、上
記シート状樹脂組成物を粉砕し、目的とする粉末状のエ
ポキシ樹脂組成物を得た。

（以下余白） 上記実施例１〜４および比較例１，２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作製し
た。上記半導体装置は、８０ビン四方向フラツトパツケ
ージ（ＱＦＰ）（２０ｍｍｘ１４ｍｍｘ厚み２．２５ｍ
ｍ）で６．　ＯＸ　６．　Ｏｍｍのチップを有するもの
である。

このようにして得られた半導体装置について、８５°Ｃ
／８５％ＲＨ下で７２時間吸湿後、２６０°Ｃで１０秒
間半田浸漬したときのパッケージクシツクの発生数を測
定し下記の第２表に示した。また、エポキシ樹脂組成物
の硬化物のガラス転移温度（Ｔｇ）をＴＭＡ　（Ｔｈｅ
ｒｍａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ）
により測定し、２５０°Ｃにおける曲げ強度をＪＩＳ−
に−６９１１にもとづく曲げ試験により測定評価した。

さらに、直径５０鵬で厚み１ｍｍのタブレットを作製し
、これの８５°Ｃ／８５％ＲＨ下で３００時間後の吸水
率を測定した。これらの結果を第２表に併せて示した。

（余　　白　　） 第２表の結果から、比較例１品はガラス転移温度は高い
が、吸水率が高く半導体装置の全てにパッケージクラッ
クが生じた。また、比較例２品もガラス転移温度は高い
が、吸水率が冑く半数の半導体装置にパッケージクラッ
クが生じた。これに対して、実施測高はガラス転移温度
２曲げ強度とも高い値を有し、しかも吸水率も低い。さ
らに、パッケージクラックが全く生じていない。このこ
とから、実施測高は耐湿信頬性、耐熱信頼性等の緒特性
に優れ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図は従来の半導体装置のパッケージク
ラック発生状況を説明する縦断面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）エポキシ樹脂からなる主剤成分と、少なくとも一
   部が一般式（ I ）で表されるフェノール樹脂からなる
   硬化剤成分と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 ） 〔上記式（ I ）において、Ｒは炭素数１ないし４の炭
   化水素置換基であり、ｎは１０〜１５の整数である。〕
2. （２）エポキシ樹脂からなる主剤成分と、少なくとも一
   部が一般式（ I ）で表されるフェノール樹脂からなる
   硬化剤成分とを含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成
   物。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（ I ） 〔上記式（ I ）において、Ｒは炭素数１ないし４の炭
   化水素置換基であり、ｎは１０〜１５の整数である。〕