JPH0348450A

JPH0348450A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH0348450A
Application number: JP18395889A
Authority: JP
Inventors: Tatsushi Ito; 達志伊藤; Masahito Shimizu; 雅人清水; Toku Nagasawa; 徳長沢; Junichi Adachi; 準一安達; Kazuto Yamanaka; 山中　一人
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1989-07-17
Filing date: 1989-07-17
Publication date: 1991-03-01

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、信頼性に優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、這當、
セラ逅ツクパッケージもしくは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。上記セラ
ミックパッケージは、構威材料そのものが耐熱性を有し
、耐湿性にも優れているため、高温．高温に対しても強
く、しかも中空パッケージのため機械的強度も高く信頼
性の高い封止が可能である．しかしながら、構威材料が
比較的高価なものであることと、量産性に劣る欠点があ
るため、最近では上記プラスチックパッケージを用いた
樹脂封止が主流になっている．この種の樹脂封止には、
従来からエポキシ樹脂組成物が使用されており、良好な
威績を収めている．上記エポキシ樹脂組威物としては、
特に、〇一クレゾールノボラックエポキシ樹脂と、硬化
剤としてのフェノールノボラツク樹脂と、その他硬化促
進剤として三級ア亀ン．無機質充填剤として溶融シリカ
等を用いて構威されるものが、封止作業性（特にトラン
スファー威形時の作業性）に優れているとして賞用され
ている．そして、このようなプラスチック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取り付けるようにな
っている。

最近では、半導体分野の技術革新がめざましく、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、パッ
ケージ形状の小形化．￥ＩＩ形化，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、薄い．軽い，
小さいという利点を備えているうえ、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、パッケージにクラツ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を這って、パ
ッケージ３内に侵入し、主としてシリコンチツプ７の表
面やグイボンドパット４の裏面に滞溜する．そして、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バット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σ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はワイヤーボンデイングで
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℃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。

でに一部で実施されている．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うえ、手間が
かかるという問題がある．また、耐湿信頼性を向上させ
るために、封止材料の低吸湿化を図ることが考えられ、
例えば従来のノボラック型エポキシ樹脂の樹脂骨格にア
ルキル基を導入したものを用いたりしている．しかし、
このような樹脂組成物を用いて得られるパッケージは、
封止材料の低吸湿化による耐湿性は向上するものの、封
止材料のガラス転移温度が低下するため、得られる半導
体装置の耐熱衝撃性が劣化する．特に、パッケージクラ
ツクやワイヤーオープンに問題が生じたり、自動車搭載
用を想定した場合の１５０℃下でのプレッシャークツカ
ー保存試験（ＰＣＴテスト）においてアルミ配線の腐食
が生じ易くなるという問題を有している．この発明はこのような事情に鑑みなされたもので、耐湿
信頼性および熱衝撃信頼性の双方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
〕上記の目的を違威するため、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（１）もしくは（ＩＩＩ）
で表されるフェノール樹脂またはその混合物からなるフ
ェノール樹脂硬化剤成分（Ｂ成分）と、無機質充填剤（
Ｃ成分）とを含有するエポキシ樹脂組威物を用いて半導
体素子を封止するという構威をとる．（以下余白）〔作用〕パッケージクシ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■の方法にもとづき
、封止樹脂自体の強度を高めるとともに、上記■の方法
にもとづきエポキシ樹脂＆Ｉｌｔｃ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
の耐湿性および耐熱衝撃性の向上を意図するものである
。そのため、上記一般式（１）で表される特殊なエポキ
シ樹脂と、上記一般式（ＩＩ）および（１１）で表され
る特殊なフェノール樹脂と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
℃）での封止樹脂の強度（耐熱衝撃性）および耐湿性の
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、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（■）もしくは（ＩＩ［）で表さ
れるフェノール樹脂またはその混合物からなるフェノー
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）の特殊なエポキシ樹脂は、四官能型
エポキシ樹脂で、樹脂骨格中に分岐点を増加させること
により三次元骨格を有効に発現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ガラス転移温度
が上昇し、さらに一〇Ｇ基を有するフェニル環にーＣＨ
ｓ　，−Ｃ４Ｈｅ等に代表される低級アルヰル基および
Ｃ　Ｈ！　−　Ｃ　Ｈ　　Ｇ　Ｈｚ一等の低級アリル基
を付加することにより撥水性をも有するようになる．そ
して、上記特殊なエポキシ樹脂のみでエポキシ樹脂主剤
成分を構威してもよいし、それ以外の通常用いられるエ
ボヰシ樹脂と併用するようにしてもよい．前者の場合に
は、Ａ成分の全部が前記一般式（１）の特殊なエポキシ
樹脂で構威され、後者の場合はＡ成分の一部が上記一般
式（１）の特殊なエポキシ樹脂で構威されることとなる
．上記通常用いられるエポキシ樹脂としては、クレゾー
ルノボラツク型．フェノールノボラツク型．ノポラツク
ビスＡ型やビスフェノール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ならす．ノボラツク
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℃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℃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、上
記一般式（１）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
ることが好適である．上記Ｂｔｃ分のフェノール樹脂硬化剤成分は、Ａ成分の
エポキシ樹脂主剤或分の硬化剤として作用するものであ
り、前記一般式（Ｉｆ）で表されるフェノール樹脂およ
び一般式（Ｉ）で表されるフェノール樹脂の少なくとも
一方がそのまま、もしくは他の通常用いられるフェノー
ル樹脂とともに用いられる．上記一般式（ＩＩ）で表される特殊なフェノール樹脂は
、フェノールとベンゼンとの比率が１対１のノボラツク
型共縮合物であり、分子量５００〜５０００のものであ
る．上記分子量は、ポリスチレン換算ＧＰＣデータの重
量平均分子量である．また、上記一般式（ＩＩＩ）で表
される特殊なフェノール樹脂は、ボリスチレン骨格から
なる構造を有するものであり、このような分子構造によ
って架橋点が増加し、それにより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威して
もよいし、先に述べたように、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、フェノールノボラツク型
．タレゾールノボラック型フェノール樹脂等があげられ
る．これらのノボラツク型フェノール樹脂は、軟化点が
５０〜１１０℃，水酸基当量が７０〜１５０のものを用
いることが望ましい．特に上記ノボラツク型フェノール
樹脂の中でも、クレゾールノボラツク型を用いることが
好結果をもたらす．上記一般式（■）および（ｎｌ）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．上記エポキシ樹脂主剤成分（Ａ成分）とフェノール樹脂
硬化剤成分（Ｂ成分）との配合比は、上記八成分中のエ
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．上記Ａ成分であるエポキシ樹脂主剤成分およびＢｒｆ７
．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Ｃｔｃ分の無機質充填剤としては、結晶性シリカや溶
融性シリカを用いることが好適である．さらに、２００
メッシュ以上の粒度の粗粒を除いたものを用いるのが好
ましい．そして、上記無機質充填剤の形状としては、球
状および破砕により得られる角状のもの等必要に応じて
適宜選択することができる．また、無機質充填剤中に含
まれるウラン．トリウム等の放射性元素、アルカリ金属
、アルカリ土類金属およびそれらイオン、さらにはハロ
ゲンイオン等の不純物の含有量はできるだけ少ない方が
好ましく、その許容量は各種半導体装置により決定され
る．なお、上記シリカ以外の充填剤として、タルク，ア
ル逅ナ．硫酸カルシウム．炭酸カルシウム．炭酸バリウ
ム，ケイ酸カルシウム．ガラス等の粉末および繊維状物
等があげられる．さらに、無機質充填剤以外に有機物の
充填剤として、ケブラー，炭素繊維等を用いることもで
きる。これらは、単独でもしくは併せて用いられる．そ
して、上記ｃｌ分の無機質充填剤の含有量はエポキシ樹
脂組成物全体の５０〜９０重量％（以下ｒ％」と略す）
の範囲に設定するのが好適であり、特に好適なのは６５
〜８０％である．なお、この発明に用いるエポキシ樹脂＃！ｉ威物には、
必要に応じて上記Ａ−Ｃ放分以外に難燃剤．カップリン
グ剤，硬化促進剤，離型剤等が用いられる．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、
ド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、イミダゾール類．イミダゾリ
ン類．ジアザビシクロアルケン類．脂肪族アミン類およ
び芳香族アミン類等の窒素原子含有化合物、トリアリー
ルホスフイン．モノアルキルジアリールホスフィン等の
ホスフイン化合物、テトラアリールホスホニウムテトラ
アリールボレート等のホスホニウム塩、さらにはトリア
リールホスフィントリアリールボロン錯体等のリン化合
物、アルミニウムトリアセチルアセトナート等の金属錯
体等があげられ、単独でもしくは併せて使用される。こ
のような硬化促進剤は、通常、得られるエポキシ樹脂ｌ
ｌ底物の１５０℃におけるゲル化時間が３０〜９０秒と
なるようにその添加量を調整して用いられる．上記離型剤としては、従来公知のステアリン酸，ベヘニ
ン酸，モンタン酸等の長鎖カルボン酸およびこれらを原
料とする亜鉛，アルミニウム．カルシウム等の金属塩や
エステル類，アミド頬さらにはポリオレフイン系化合物
等があげられる．これらは単独でもしくは併せて用いら
れる．さらに、この発明に用いられるエポキシ樹脂組威
物には上記添加剤以外にシリコーンおよびゴム成分を配
合して低応力化の向上を図ったり、耐湿信頼性テストの
プレツシャークツカー試験（ＰＣＴテスト）およびプレ
ッシャークツカーバイアス試験（ＰＣＢＴテスト）にお
ける信頼性向上を目的としてイオントラップ剤を配合し
てもよい．この発明に用いられるエポキシ樹脂組威物は
、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、温
度８０〜１２０℃においてよキシングロール機または二
−ダ等の混線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．なお、混練する前に配合する原料のうち
固形物の粉砕や全成分のドライブレンドを行うことが好
ましい．また、液状成分や微量成分は予め樹脂成分等に
予備溶融混合するのが好ましい．このようなエポキシ樹
脂組威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威形等の公知のモ
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Ａ
ｌｌ威物中に含まれる前記一般式（１）の特殊なエポキ
シ樹１Ｍ（Ａ成分）と前記一般式（ＩＩ）または（ＩＩ
Ｉ）で表される特殊なフェノール樹脂の作用により、封
止樹脂の強度、特に高温時における強度が高くなり、さ
らに優れた耐湿性を有しているため、半田実装に際して
も、パッケージクラツク等が生ずることがない．ちなみ
に、この発明のエポキシ樹脂組成物の硬化物のガラス転
移温度と吸水率との関係を第３図に示す．図において、
斜線部分Ａはこの発明のエポキシ樹脂組威物の硬化物が
有する特性範囲であり、斜線部分Ｂは従来のエポキシ樹
脂組成物の硬化物が有する特性範囲である．両部分Ａ，
Ｂの対比から明らかなように、この発明のエポキシ樹脂
組成物は、ガラス転移温度が高くて高強度で、かつ吸水
率が低くて低吸湿性の硬化物となることがわかる．〔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および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威物を用いて半導体素子を樹
脂封止して構威されているため、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ツクが生ずる
ことがなく、しかも優れた耐湿信頼性を備えている．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
．《主剤》Ａ：一般式（１）で表されるエポキシ樹脂（Ｒ．〜Ｒａ
：ＣＨｓ）Ｂ：一般式（１）で表されるエポキシ樹脂（Ｒｌ　”−
Ｒ４　　：　２個が水素で残り２個がｔｔ−ブチル基）Ｃ：一般式（１）で表されるエポキシ樹脂（Ｒｌ　〜Ｒ
４　　：　ｔｅｒｔ−プチル基）Ｄ：ｏ−タレゾールノ
ボラックエポキシ＃Ｍ脂（エポキシ当量１９５，軟化点
８０℃）《硬化剤〉Ｅ：一般式（ＩＩ）で示されるフェノール樹脂Ｆ：−１
式（ＤＩ）で示されるフェノール樹脂（ｎ＝１５）Ｇ：フェノールノボラツク樹脂（ｎ＝４）（水酸基当１
１１０，軟化点８０゜Ｃ）（なお、ｎはボリスチレン換
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．）ｅ　ｒ《充填剤〉Ｈ：溶融ＳｉＯ＊（最大粒径−１５０ｐｍ，平均粒径＝
２０μ麟，形状＝破砕型）《難燃剤〉Ｉ：ノボラツク型Ｂｒ化エポキシＪ：三酸化ニアンチモン《硬化促進剤〉Ｋ：２−メチルイごダゾール《離型剤〉Ｌ：ポリエチレン系ワックス《添加剤〉Ｍ：Ｔ−グリシドキシプロビルトリメトキシシラン〔実施例１〜１３、比較例１〜７〕つぎに、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
紐威物を得た．（余白）つぎに、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、Ｔ　Ｍ　Ａ（Ｔｈｅｒｓ＋ａｌｍ
ｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ）用試験片．吸
水率測定用、円板（直径５０ｍＸ厚み１閣）をトランス
ファーモールドにより威形し、ガラス転移温度（Ｔ　ｇ
　）および飽和吸水率を測定した．これらの試験結果を
後記の第２表に示す．なお、ガラス転移温度（Ｔｇ）は
ＴＭＡチャート上で作図した線膨張係数α１，α８を表
す直線の交点である．また、飽和吸水率は８５℃×８５
％ＲＨでの３００時間放置したのちの重量増加率（％）
である．また、上記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威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ピン四方向
フラットパッケージ（ＱＦＰ）（２０Ｘ１４ｍｌ，厚み
２．２５ｍ）であり、７×７ｍＩｌのチップを実装した
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、２１５゜Ｃ×９０秒のペーパーフエイズソルダリン
グ（ＶＳＰ）を行いパッケージクラツクが発生するまで
の８５℃×８５％ＲＨ下での前処理時間を測定した．ま
た、３００時間の１５０℃におけるプレッシャークツカ
ーテスト（ＰＣＴテスト）を行い、不良が発生した個数
を％で示した．（以下余白）第２表の結果から、比較例２．３品はガラス転移温度は
高いが飽和吸水率が高いため耐湿信頼に劣る．また、比
較例１，４，５，６．７品は飽和吸水率は低いがガラス
転移温度が低下し耐熱衝撃信頼性に劣る．したがって、
ｖＰＳパッケージクラツク発生時間が短く、ＰＣＴテス
トにおける不良品発生率が高い．これに対して、実施例
品はガラス転移温度が高く飽和吸水率が低いため、上記
テストにおいて良好な結果を得ている．このことから、
実施例品は耐湿信頼性および耐熱衝撃信頼性の双方に優
れていることがわかる．ちなみに、上記実施例品および比較例品おけるガラス転
移温度と飽和吸水率との相関関係を第４図に示す．図に
おいて、Ｏは実施例品、Δは比較例品である．図示のよ
うに、実施例品は比較例品に比べて高ガラス転移温度で
低吸水率を有するものである．

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来例の説明図、第３図はエポキ
シ樹脂組成物の硬化物のガラス転移温度と吸水率の相関
関係を示す曲線図、第４図は実施例品および比較例品の
ガラス転移温度と吸水率の相関関係を示す曲線図である
．

Claims

【特許請求の範囲】

（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）もしくは（
III）で表されるフェノール樹脂またはその混合物から
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、Ｇはグリシジル基であり、
Ｒ＿１〜Ｒ＿４は水素または炭素数１〜４までの炭化水
素基で、かつＲ＿１〜Ｒ＿４のうち少なくとも一つは炭
素数１〜４までの炭化水素基である。〕▲数式、化学式
、表等があります▼・・・（II） ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（III）
（２）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）もしくは（
III）で表されるフェノール樹脂またはその混合物から
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、Ｇはグリシジル基であり、
Ｒ＿１〜Ｒ＿４は水素または炭素数１〜４までの炭化水
素基で、かつＲ＿１〜Ｒ＿４のうち少なくとも一つは炭
素数１〜４までの炭化水素基である。〕▲数式、化学式
、表等があります▼・・・（II） ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（III）