JPH03201468A - 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
樹脂組成物により樹脂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ＤＴＰ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
、表面実装型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
バッド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ポンドパッド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はボン
ディングワイヤーである。

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〕

上記の目的を遠戚するため、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、少なくとも一部が下
記の一般式（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
体素子を封止するという構成をとる。

（なっていてもよい。

〔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、■グイボンドパッド
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
■の方法にもとづき封止樹脂の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、この発明は
、上記一般式（１）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（２１５〜２６０°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
からなる主剤成分と、全部もしくは一部が前記一般式（
１）で表される特殊なフェノールヲ 樹脂からなる硬化剤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１８
０〜２１０．軟化点６０〜１１０”Ｃのものが一般に用
いられる。

上記硬化剤は、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（１）で表される特殊なフェノール樹脂
を用いたものである。

（余　　白　　） また、上記一般式（１）で表される特殊なフェノール樹
脂のなかでも、特にＲ３−Ｒ４が炭素数１〜３のアルキ
ル基でＲ１−Ｒ８が水素原子のものを用いるのが好適で
ある。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、硬化剤成分の全部が上記一般式（Ｉ
）の特殊なフェノール樹脂で構成され、後者の場合は硬
化剤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、タレゾー
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’Ｃ，水酸基当量が７０〜１５
０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「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と硬化剤成分との配
合比は、上記エポキシ樹脂からなる主剤成分中のエポキ
シ５１当量当たり硬化剤成分中の水酸基が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、上記エポキシ樹脂からなる主剤および特
殊なフェノール樹脂からなる硬化剤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。これ以上に、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で好まし
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
することか好適である。

なお、この発明に用いるエポキシ樹脂組成物には、必要
に応じて上記各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、グリシジルエーチルタイ
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、上記の各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一般式（１）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に比
べ大幅に減少するため、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ビン以上、
特に１６ピン以上もしくはチップの長辺が４　ｍｍ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１〜６、比較例〕 下記の第１表に示す原料を同表に示す割合で配合し、９
０−７１１０℃に加熱したロール混練機に掛けて３分間
溶融混練した。ついで、この溶融物を冷却後粉砕して、
さらに打錠を行いタブレット化して半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物を得た。

（以下余白） １“薫８ｇ’ｉｌ’Ｙ’−１宙と、素？ツタ型１料′樹
脂（１１キ′当量２００・軟化２゛蓋７ｇもｙ′ｉ背乙
ｌ！ツタ型１料′樹脂（１料′当量１８０・軟化＊　３
　：　７＠ｆ１４ｐで表されるフェノール樹脂（水酸基
当量１２５，２２５°Ｃ＊５：フェノールノボラック樹
脂（水酸基当量１１ｏ、軟化点８ｏ″Ｃ）を用いた。

＊６：Ｔ−グリシドキシプロビルトリメトキシシランを
用いた。

上記実施例１〜６および比較例で得られたエポキシ樹脂
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（ＱＦ　Ｐ
）　　（２０ａｍ＋Ｘ　１４ｍｎ＋Ｘ厚み２．２５ｍｍ
）で６．　ＯＸ　６．　ＯＩｎｌ１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ラックの発生数を測
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５０ＩｎＩ１１で厚み１ｍｍのエポキシ樹
脂組成物製円板を成形し、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、比較測高は吸湿率が高く、全ての半
導体装置にパッケージクラックが生じた。これに対して
、実施測高は吸湿率が低くパッケージクラックも殆ど生
じない。このことから、実施測高は耐湿信頼性に優れ、
高い信頼性を備え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
   部が下記の一般式（ 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＿１〜Ｒ＿８は水素原子、
   炭素数１ないし４の低級アルキル基、ハロゲン原子のい
   ずれかであり、互いに同じであつても異なつていてもよ
   い。
2. （２）エポキシ樹脂からなる主剤成分と、少なくとも一
   部が下記の一般式（ 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＿１〜Ｒ＿８は水素原子、
   炭素数１ないし４の低級アルキル基、ハロゲン原子のい
   ずれかであり、互いに同じであつても異なつていてもよ
   い。