JPH03177057A - 樹脂組成物で被覆した半導体装置 - 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〕 本発明は、半導体素子を樹脂組成物で被覆してなる半導
体装置に関するものであり、特にＴＡ　Ｂ　（Ｔａｐｅ
　Ａｕｔｏｍａｔｅｄ　Ｂｏｎｄｉｎｇ）、Ｐ　Ｇ　Ａ
　（ＰｉｎＧｒｉｄ　Ａｒｒａｙ）等に用いるのに好適
である。

〔従来の技術〕

ＩＣカード、電子腕時計、カメラ、電卓、液晶テレビ、
パソコン等の電子機器が小型化、薄型化するにつれて、
機器内に組込まれる半導体装置も小型、薄型にする要求
が増加している。

この要求を満たす為、例えば特開昭５９−２２７１４６
号公報に記載されているように、液状エポキシ樹脂を用
いて半導体素子表面に保護層を形成する方式が提案され
ている。

しかしながら、近年、半導体素子の集積度が向上し、ピ
ン数も多ピン化の傾向にあり、耐熱性、耐湿性、耐温度
サイクル性等の各種信頼性の向上が強く望まれている。

例えば、ピン数が１００ピンから２００ピンに増えると
、ピン間が短くなる為、温度サイクル試験を行なった場
合、保護層にクラックが生じたり、素子表面の配線の切
断等を起こし、信頼性が低下する。また、従来の液状エ
ポキシ樹脂を用いた保護層では、短時間で充分に高いガ
ラス転移温度のものが得られなかった為、温度サイクル
試験の条件を厳しくすることにより、信頼性が低下する
という問題があった。そこでこのような目的を達成する
為に、特開昭５９−２００４４３及び２００４４４号公
報記載の耐熱性に優れたレゾール系フェノール樹脂を用
いる方法がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、レゾール系フェノール樹脂を用いた従来技術は
、硬化時、水やホルムアルデヒドのような縮合複生物が
生成したり、ＣドやＮ）１．−等のイオン性不純物が多
く、耐湿信頼性に未だ問題があった。

本発明の目的は、このような状況にかんがみなされたも
のであり、その目的は、ガラス転移温度が高く、低応力
で、各種イオン性不純物が少なくとも耐湿性、耐温度サ
イクル性に優れた樹脂組成物で半導体素子を被覆してな
る半導体装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明では、有機絶縁フィ
ルム上に回路形成されている導電回路にバンブを介して
接続されている半導体素子を樹脂組成物で被覆してなる
半導体装置において、樹脂組成物が、１２０℃、２気圧
、１００時間の熱水加圧試験（以下、ＤＣＴ試験〉にお
ける抽出条件で、ｐＨ４〜６、電気電導度３０〜５０（
μＳ　／ｃｍ）　、Ｃｌ−イオン量１３ｐｐｍ以下、Ｎ
Ｈ，”イオン量５　ｐＰｍ以下のレゾール型フェノール
樹脂と、当該レゾール型フェノール樹脂を溶解する沸点
が８０〜２００℃の範囲の有機溶剤とを含有することを
特徴とする半導体装置、としたものである。

上記半導体装置は、有機絶縁フィルム上に回路形成され
ている導電回路に、バンブを介して半導体素子を接続し
、さらに、この表面を樹脂組成物で被覆したものである
。

本発明の効果が著しいものは、素子寸法４×７ｍｍ以上
、素子と導電回路のピン数１００ピン以上、導電回路の
リード幅８０μｍ以下、厚み４０μｍ以下、有機絶縁フ
ィルムは、テープ厚み８０μｍ以下であり、比誘導率４
．０以下であるポリイミドよりなるものを用いた半導体
装置である。

また、上記半導体装置において、樹脂組成物は、前記レ
ゾール型フェノール樹脂と有機溶剤以外に無機充填剤を
含有し、そして樹脂成分としては、前記のレゾール型フ
ェノール樹脂２０〜１００重量部に、エポキシ樹脂０〜
８０重量部を含有させることができる。樹脂組成物の割
合は、上記樹脂成分２０〜９０重量％に対して、充填剤
５０〜９０重量％及び有機溶剤２５〜５０重量％がよい
。

次に本発明の詳細な説明する。

本発明は、レゾール型フェノール樹脂中のイオン性不純
物の量をある一定量以下に低減させ、さらに、硬化物の
熱膨張係数を低減する為に特定粒径の充填剤を用いるこ
とにより、これを用いた半導体装置の耐湿性、耐温度サ
イクル性が向上できることを見出し、本発明に至ったも
のである。

本発明に用いるレゾール型フェノール樹脂中に含まれる
不純物濃度は、ＰＣＴ試験による抽出で、抽出液のＰＨ
が４〜６、電気電導度３０〜５０　μＳ／ｃｍ、　Ｃｌ
−イオン量１３ｐｐｍ以下、）ＩＮ、”イオン量５　ｐ
ｐｍ以下のレゾール型フェノール樹脂を用いることが望
ましい。各不純物濃度がこれ以上の濃度になり、ｐＨが
３以下あるいは６以上になると、このような樹脂がおお
われた半導体素子表面のＡＩ配線等が腐食を起こす原因
となる。そこで、このような、不純物等を除去する為、
本発明に用いるレゾール型フェノール樹脂は、酸で中和
後、水洗あるいは水蒸気蒸留し、減圧乾燥等を充分に行
ったり、必要に応じてイオン交換樹脂、イオン交換体等
を用いている。

本発明に用いるレゾール型フェノール樹脂としては、フ
ェノール、クレゾール、キシレノール、ビスフェノール
Ａ等のフェノール類とホルムアルデヒドとを触媒の存在
下で反応することにより得られる縮合生成物が用いられ
る。これらの合成に使用できる触媒としては、アンモニ
ア、ヘキサミン、アミン類、アルカリ金属の酸化物また
は水酸化物、有機金属塩もしくはこれら２種以上を併用
することができる。これらの中で、半導体封止用として
は特に、イオン不純物が少なく、しかも１２０℃熱水で
容易に樹脂硬化物が加水分解してイオン性不純物を出さ
ないものが有用である。基本的には下記一般式（Ｉ）ま
たは（ＩＩ）で示される化学構造を有するものが好まし
いが、レゾール型フェノール樹脂製造に際しては未反応
の原料を少なくするために反応時間を長くし、樹脂の硬
化性や流動性との関係から分子量は４００以上〜３．０
００以下と適度に大きくすることが望ましい。

ＵＩｌ のいずれかの基を意味し、それぞれ同じであっても異な
っても良い。ｍとｎは１以上の整数を意味する。） 本発明に用いる有機溶剤は、沸点が８０〜２００℃の範
囲にある有機溶剤で、例えば、トルエン、キシレン、ｎ
−ブチルアルコール、メチルエチルケトン、メチルイソ
ブチルケトン、シクロヘキサノン、ジアセトアルコール
、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキセン等のうち
１種あるいは２種以上の混合物で、レゾール型フェノー
ル樹脂が溶解可能なものを用いる。

さらに、本発明において、硬化物の線膨張係数を小さく
する目的で配合する無機充填剤は、平均粒径が０．５〜
１５μｍで、充填剤の少なくとも９０重量％以上が、粒
径０．１〜２０μｍの範囲にあり、かつ比表面積が２〜
１０ｍ２／ｇの範囲にあることが望ましい。平均粒径等
がこれ以下の充填剤を使用した場合、樹脂組成物の粘度
上昇が著しく作業性に問題がある。また、平均粒径等が
これより大きい場合には、樹脂組成物中で充填剤が沈降
を起こし、保存性に問題が生じる。

本発明の組成物には、この他必要に応じ、樹脂の硬化反
応を促進する為の硬化触媒、樹脂成分と充填剤の接着性
を高める為のカップリング剤、着色のために染料や顔料
、硬化物の強じん性等を増す為の可撓化剤等を配合する
ことができる。

硬化触媒としては、含リン有機塩基性化合物、またはそ
のテトラ置換ボロン塩、アミン類、イミダゾール類等の
うち、使用する有機溶剤に可溶なもの、さらに、カップ
リング剤としては、エポキシシラン、アミノシラン、メ
ルカプトシラン等の少なくとも１種類を用いるのが好ま
しい。

また、可撓化剤としては、直鎮のビスフェノールＡ型エ
ポキシ樹脂、液状及び固形のシリコーン化合物、あるい
は２種類以上の液状シリコーン化合物を溶剤中で反応さ
せて固形にしたもの等を用いることができる。

本発明の樹脂組成物は、多軸ロールにより混練し、充填
剤と樹脂の分散性を向上させ、さらにその後超音波振動
処理により、組成物中の微細な泡等を除くことによって
得られる。

〔作　用〕

本発明で用いる樹脂組成物は、樹脂中の不純物濃度が低
く、さらに硬化物の線膨張係数が低い為、素子表面のＡ
Ｉ配線等の腐食が起こりにくく、素子表面に発生する熱
応力が小さい為、これを保護層として用いた素子の耐湿
信頼性や、耐温度サイクル試験性等を向上させることが
可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明について実施例を用いて具体的に説明する
が、本発明はこれら実施例に限定されない。

実施例１ ５１のフラスコにフェノール５（ｌＱｇ、３０％のホル
マリン５５０ｇ並びに酢酸亜鉛５ｇを加え、攪拌しなが
ら徐々に加熱し、還流しながら９０℃で２時間加熱した
。その後、フラスコ内を２０ｍｎ＋Ｈｇに減圧し、縮合
水並びに未反応成分を除去した。つぎに、この反応生成
物に３００ｇのアセトンを加えて反応生成物を溶解し、
さらにイオン交換水３１を加え５０℃で３０分間激しく
攪拌した。冷却後上部の水層を除去し、再び反応生成物
を３００ｇのアセトンに溶解しこの溶液にイオン交換水
３１を加え５０℃で３０分間激しく攪拌し、冷却後上部
の水層を除去した。この操作を５回繰り返した後、反応
生成物を減圧しながら４０℃で４８ｈ乾燥し目的とする
レゾール型フェノール樹脂（Ａ）を得た。

こうして得られたレゾール型フェノール樹脂（Ａ）の数
平均分子量は７１０、軟化温度は７５℃、フリーフェノ
ール含有量は０．３重量％、１８０℃のゲル化時間（Ｊ
　Ｉ　Ｓ−に−５９０９、熱板法による）は４５秒であ
った。また、レゾール型フェノール樹脂５ｇにイオン交
換水５０ｇを加え１２０℃で１２０時間加熱し抽出液の
特性を調べた結果、抽出液のｐＨは３．８、電気伝導度
は４５μＳ／ｃｍ、イオン性不純物Ｃ１イオンが２．５
　ｐｐｍ　、　Ｂｒイオン、ＮＨ，イオンが１　ｐｐｍ
以下であった。

こうして得られたレゾール型フェノール樹脂５０ｇに、
０−タレゾールノボラック型樹脂（エポキシ当量１９５
）を３０ｇ１ビスフエノールＡ型エポキシ樹脂（エポキ
シ当量約３０００）を７０ｇ　１硬化促進剤として２−
エチル−４メチルイミダゾリウムテトラフエニルボレー
ト（ＥＨ２−Ｋ）　、３．５　ｇ、３−シリシトキシト
リメトキシシラン０．５ｇ、黒色染料０．５ｇ、平均粒
径８μｍ比表面積４．２ｍ’／ｇの溶融シリカ粉より戒
る充填剤６８０ｇ、溶剤として、ジアセトンアルコール
７０ｇ、ｎ−ブチルアルコール１９ｇ、キシレン９ｇ１
トルエン２ｇに溶解し、これを３本ロールで混線後、約
１時間超音波処理を施し、樹脂組成物を得た。得られた
樹脂組成物を、第１図に示した約５　ｘ　７　ｍｍ口の
半導体素子２を厚さ７５μｍのポリイミドテープ４上に
形成された幅４０μｍ１厚さ３５μｍのり一ド５に金バ
ンプ６を介してボンディングし、この上に樹脂組成物１
を塗布し、−５５℃７１０分−１５０℃／１０分の温度
サイクル試験にかけ、樹脂層のフラッフ及び素子配線の
断線の有無を調べた。

さらに、保護層形成後の半導体素子を１２０ｔ／２気圧
、湿度９５％の雰囲気下に放置（ＰＣＴ試験）し、素子
上のＡＩ配線の腐食による断線の有無を調べた。

実施例２ ５１のフラスコにビスフェノールＡ３７０ｇ。

ホルムアルデヒド７５ｇ１パラホルムアルデヒド８００
ｇ並びに水酸化ナトリウム水溶液１０ｇを加え、攪拌し
ながら徐々に加熱し、還流しながら９０℃で４時間加熱
した。イオン交換水３１を加えて反応を停止し、酢酸で
中和した後、有機均分と水を分離させた。この有機物を
アセトン１５０ｇに溶解しこの溶液にイオン交換水０．
７１！を加え５０℃で３０分間激しく攪拌し、冷却後上
部の水層を除去した。この操作を５回繰り返した後、反
応生成物を減圧しながら４０℃で２４ｈ乾燥し目的とす
るレゾール型フェノール樹脂（Ｂ）を得た。

こうして得られたレゾール型フェノール樹脂（Ｂ）の数
平均分子量は６８０、軟化温度は７８℃、フリービスフ
ェノールＡ含有量は７重量％、１８０℃のゲル化時間は
２５秒であった。また、レゾール型フェノール樹脂の抽
出液特性を実施例１と同様の方法で行った結果、抽出液
のｐＨは４．５、電気伝導度は２５μＳ／ｃｍ、イオン
性不純物Ｃ１イオンが２．８１１ｐｍ　％　Ｂｒイオン
、ＮＨ，イオンが１　ｐｐｍ以下であった。

こうして得られたレゾール型フェノール樹脂を用いて、
実施例１と同様な方法で樹脂組成物を作成し、信頼性試
験を行った。

実施例３．４ 実施例１と同様なレゾール型フェノール樹脂を用い、触
媒として１．８−ジアザビシクロ（５゜４．０）−７−
ウンデセン（ＤＢＵ）　、及びトリフェニルフォスフイ
ン（Ｐ−１００）を用いて樹脂組成物を作威し、信頼性
試験を行った。

実施例５．６ 実施例２と同様なレゾール型フェノール樹脂に、触媒と
してＤＢＵＳＰ−１００を配合して脂組戊物を作成し、
信頼性試験を行った。

比較例１〜３ 実施例１及び３．４で充填剤を配合しない樹脂組成物を
作威し、信頼性試験を行った。

比較例４ 実施例１で作製したレゾール型フェノール樹脂で、未洗
浄のものｐ）１８Ｊ、電気伝導度１１２ｕ　Ｓ　／　ｃ
ｍＳＣｌ−イオン量３８　ｐｐｍ　、　ＮＨ４−イオン
量７　ｐｐｍを用い、実施例１と同様に樹脂組成物を作
製し、信頼性試験を行った。

上記の実施例、比較例の温度サイクル試験及びＰＣＴ試
験の結果と表１、表２にまとめた。

第１表から、温度サイクル試験の向上には、充填剤を配
合して、熱膨張係数を小さくした樹脂組成物が有効であ
ることがわかる。さらに第２表から、ベースのレゾール
を精製し不純物量を減少した樹脂組成物を用いることに
より、ＰＣＴ試験における不良発生数が少ないことが明
らかになった。

発明の効果〕 本発明は、以上説明したように、樹脂中の不純物濃度が
低く、さらに硬化物の線膨張係数が低い為、素子表面の
ＡＩ配線等の腐食が起こりに＜＜、素子表面に発生する
熱応力が小さい為、これを保護層として用いた素子の耐
湿信頼性や、耐温度サイクル試験性等を向上させること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の半導体装置の断面図である。 １・・・樹脂組成物、２・・・半導体素子、３・・・ポ
リイミド、４・・・ポリイミドテープ、５・・・銅すド
、 ６ ・・・金バンブ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、有機絶縁フィルム上に回路形成されている導電回路
   にバンプを介して接続されている半導体素子を樹脂組成
   物で被覆してなる半導体装置において、樹脂組成物が、
   １２０℃、２気圧、１００時間の熱水加圧試験における
   抽出条件で、ｐＨ４〜６、電気電導度３０〜５０（μＳ
   ／ｃｍ）、Ｃｌ＾−イオン量１３ｐｐｍ以下、Ｎｉ＿４
   ＾＋イオン量５ｐｐｍ以下のレゾール型フェノール樹脂
   と、当該レゾール型フェノール樹脂を溶解する沸点が８
   ０〜２００℃の範囲の有機溶剤とを含有することを特徴
   とする半導体装置。 ２、上記半導体装置において、半導体素子が素子寸法４
   ×７ｍｍ以上、ピン数１００ピン以上、リード幅８０μ
   ｍ、厚み４０μｍ以下、テープ厚み８０μｍ以下である
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。 ３、上記半導体装置において、有機絶縁フィルムが、比
   誘電率４．０以下であるポリイミドより成ることを特徴
   とする請求項１記載の半導体装置。 ４、上記半導体装置において、樹脂組成物が、前記レゾ
   ール型フェノール樹脂と有機溶剤及び無機充填剤を必須
   成分とし、該無機充填剤の平均粒径が０．５〜１５μｍ
   で、充填剤の少なくとも９０重量％以上が、粒径０．１
   〜２０μｍの範囲にあり、かつ比表面積が２〜１０ｍ＾
   ２／ｇの範囲にあることを特徴とする請求項１記載の半
   導体装置。 ５、上記樹脂組成物は、樹脂成分が一般式 I 及びII、 ▲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〕 （ここで、Ｒ＿１はＨ、−ＣＨ＿２ＯＨ、▲数式、化学
   式、表等があります▼、▲数式、化学式、表等がありま
   す▼、Ｒ＿２は−ＣＨ＿２−または−ＣＨ＿２ＯＣＨ＿
   ２−のいずれかの基を意味し、それぞれに同じであって
   も異なっても良く、また、ｍ、ｎは１以上の整数を意味
   する。） で表されるレゾール型フェノール樹脂の少なくとも１種
   を２０〜１００重量部と、エポキシ樹脂０〜８０重量部
   とより成ることを特徴とする請求項１記載の半導体装置
   。 ６、上記樹脂組成物は、樹脂成分２０〜９０重量％、充
   填剤５０〜９０重量％、及び有機溶剤２５〜５０重量％
   を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。 ７、上記樹脂組成物は、多軸ロールによる混練工程と超
   音波振動処理により充填剤の分散及び／又は脱泡を促す
   工程を経て調整されることを特徴とする請求項１記載の
   半導体装置。