JPH0451548A

JPH0451548A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH0451548A
Application number: JP2160464A
Authority: JP
Inventors: Fujio Kitamura; 北村　富士夫; Kazumasa Igarashi; 一雅五十嵐; Toku Nagasawa; 徳長沢; Hideyuki Usui; 英之薄井; Minoru Nakao; 稔中尾; Hideto Kimura; 英人木村
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1990-06-19
Filing date: 1990-06-19
Publication date: 1992-02-20
Anticipated expiration: 2011-06-12
Also published as: JP2506220B2

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、耐熱衝撃信軽性および耐湿信頼性の双方に
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、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のようなピン挿入型のパッケージに代えて
、表面実装用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おり、
したがって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を道って、パッ
ケージ３内に侵入し、主としてＳｔ−チップ７の表面や
ダイポンドバッド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、ダイボン
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
じさせる、第１図および第２図において、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防湿
梱包し、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。

一方、封止樹脂の低吸湿性を向上させるために、半導体
封止用エポキシ樹脂組成物として、例えば、下記の一般
式（Ｉ［Ｉ）で表される骨格を有するビフェノール型エ
ポキシ樹脂と、下記の一般式（■）で表されるフェノー
ル樹脂を硬化剤成分として用いるエポキシ樹脂組成物を
用いたものが提案されている。

」しる・しかしながら、上記エポキシ樹脂組成物を用いて半導体
素子を封止すると、封止樹脂の吸湿率は低減するが、半
田実装後の耐湿信頼性が劣化してしまう。

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必要とせず、かつ半田
実装時の加熱に耐えうる低応力性に優れ、しかも耐湿信
頼性に富んだ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、
下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有しているエポキシ樹脂
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
。

（Ａ）エポキシ樹脂。

（Ｂ）下記の一般式ＣＩ）で表されるシラン化合物と、
下記の一般式（ｎ）で表されるフェノールアラルキル樹
脂とを予備反応させることにより得られる反応生成物。

（Ｘす１可−５ｉ−士ｙ）、−、・・・（Ｉ）（Ｃ）有
機ホスフィン化合物および有機ホスホニウム化合物の少
なくとも一方。

〔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という三
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、封止樹脂の吸水率を大幅に低減させ封止樹脂に
対する吸湿を抑制させるようにするとともに、上記■の
方法にもとづき半導体素子の表面と封止樹脂との間の接
着力を高めるようにすることによりパッケージ自体の耐
湿性の向上および封止樹脂の接着強度の向上を意図する
ものである。そのため、上記一般式（１）のシラン化合
物と、上記一般式（■）のフェノール樹脂との反応生成
物と、有機ホスフィン化合物および有機ホスホニウム化
合物の片方もしくは双方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℃
）での封止樹脂の耐パッケージクラック性と耐湿信頼性
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
（Ａ成分）と、前記一般式（Ｉ）のシラン化合物および
前記一般式（ｎ）のフェノール樹脂との予備反応生成物
（Ｂ成分）と、有機ホスフィン化合物および有機ホスホ
ニウム化合物（Ｃ成分）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（Ａ成分）としては、ビフェニル骨格
を有するエポキシ樹脂や、通常用いられるクレゾールノ
ボラック型、フェノールノボラック型、ノボラックビス
Ａ型、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。なかでも、上記ビフェニル骨格を有するエポキ
シ樹脂を用いるのが好適であり、この特殊なエポキシ樹
脂は、下記の一般式（Ｖ）で表される。

としでは、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１８０〜２
１０．軟化点６０〜１１０℃のものが一般に用いられる
。そして、上記一般式（Ｖ）で表される特殊なエポキシ
樹脂は、それ単独で用いてもよいし、上記通常用いられ
るエポキシ樹脂と併用してもよい。この場合、両者の併
用割合は、特殊なエポキシ樹脂１００重量部（以下「部
」と略す）に対して通常用いられるエポキシ樹脂２００
部までであり、好適には０〜１００部の範囲内である。

上記特殊な反応生成物（Ｂ成分）は、下記の一般式（Ｉ
）で表される特定のシラン化合物と、下記の一般式（Ｉ
Ｉ）で表される特定のフェノール樹脂とを予備反応させ
ることにより得られるものであり、上記エポキシ樹脂（
Ａ成分）の硬化剤として作用する。

（Ｘすτ可−３ｉ　１Ｙ　）　ｓ□・・・（Ｉ）すなわ
ち、上記特殊な反応生成物は、上記一般式（Ｉ）で表さ
れる特定のシラン化合物の有機基Ｘおよびアルコキシ基
Ｙが、一般式（ＩＩ）で表される特定のフェノール樹脂
中のＯＨ基と反応し、脱アルコールすることにより得ら
れる。

上記一般式（１）で表される特定のシラン化合物として
は、シランカップリング剤があげられ、具体的には、Ｎ
−（２＝−アミノエチル）−３−アミノプロピルメチル
ジメトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−ア
ミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピル
トリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシ
シラン、Ｎ、Ｎ−ビス〔（メチルジメトキシシリル）プ
ロピル〕アミン、Ｎ、Ｎ−ビス（３−（メチルジメトキ
シシリル）プロピル〕エチレンジアミン、ＮＮ−ビス〔
３−（トリメトキシシリル）プロピル〕アミン、Ｎ、Ｎ
−ビス〔３−（トリメトキシシリル）プロピル〕エチレ
ンジアミン、３−（ＮＮ−ジグリシジル）アミノプロピ
ルトリメトキシシラン、Ｎ−グリシジル−Ｎ、Ｎ−ビス
〔３（メチルジメトキシシリル）プロピル〕アミン、Ｎ
−グリシジル−Ｎ、Ｎ−ビス（３−（）リメトキシシリ
ル）プロピル〕アミン、３−グリシドキシプロビルメチ
ルジメトキシシラン、３−グリシドキシプロビルトリメ
トキシシラン、３−メルカプトトリメトキシシラン、３
−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−（（３
−）リメトキシシリル）プロピル〕ジエチレントリアミ
ン、Ｎ−（（３−）リメトキシシリル）プロピル〕トリ
エチレンテトラアミン、Ｎ−３−）ジメトキシシリルプ
ロビル−ｍ−フェニレンジアミン等があげられる。

上記一般式（ＩＩ）で表される特定のフェノール樹脂は
、アラルキルエーテルとフェノールとをフリーゾルタラ
フッ触媒で反応させることにより得られる。一般に、α
、α′−ジメトキシーｐ−キシレンとフェノールモノマ
ーの縮合重合化合物が知られている。そして、上記特定
のフェノール樹脂としては、軟化点７０〜１１０°Ｃ１
水酸基当量１５０〜２２０を有するものを用いるのが好
ましい。上記反応生成物は、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反応生成物で構成され、後者の場
合は硬化剤成分の一部が上記反応生成物で構成されるこ
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としては、軟化点が５
０〜１１０°Ｃ９水酸基当量が７０〜１５０のものを用
いることが望ましい。上記反応生成物と、このような通
常のフェノール樹脂とを併用する場合には、上記反応生
成物を硬化剤成分全体の５０重量％（以下「％」と略す
）以上の割合に設定するのが好ましく、特に好ましくは
７０％以上である。そして、上記反応生成物（通常のフ
ェノール樹脂を含む）の配合割合は、上記エポキシ樹脂
（Ａ成分）中のエポキシ基１当量当たり上記反応生成物
中の水酸基が０．７〜１．３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。

上記特定のシラン化合物と特定のフェノール樹脂とから
なる反応生成物は、例えばつぎのようにして得られる。

すなわち、上記特定のシラン化合物および特定のフェノ
ール樹脂を撹拌装置付きの反応容器に適宜配合し、１２
０〜１８０°Ｃに、特に好ましくは１３０〜１５０°Ｃ
に昇温させ両者を反応させて反応生成物を作製する。つ
ぎに、この反応で生成したアルコールを１３０〜１８０
°Ｃの条件下で脱気等により糸外に除去することにより
得られる。

また、上記エポキシ樹脂（Ａ成分）および特殊な反応生
成物（Ｂ成分）とともに用いられる有機ホスフィン化合
物および有機ホスホニウム化合物の片方もしくは双方（
Ｃ成分）は、硬化促進剤として作用するものである。具
体的には、有機ホスフィン化合物としては、トリフェニ
ルホスフィントリブチルホスフィン、メチルジフェニル
ホスフィン等があげられ、有機ホスホニウム化合物とし
ては、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレ
ート、テトラブチルホスホニウムテトラブチルボレート
等があげられる。このようなＣ成分の配合量としては、
エポキシ樹脂組成物全体の０．１〜２％の範囲内に設定
することが好ましい。

なお、この発明に用いるエポキシ樹脂組成物には、上記
エポキシ樹脂（Ａ成分）、特殊な反応生成物（Ｂ成分）
および有機ホスフィン化合物および有機ホスホニウム化
合物の片方もしくは双方（Ｃ成分）以外に、必要に応じ
て硬化促進剤、無機質充填剤、難燃剤、カップリング剤
、ワックス等が用いられる。

上記Ｃ成分以外の硬化促進剤としては、アミン系化合物
等があげられる。

上記無機質充填剤としては、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、窒化ケイ素等があげられる。

上記硬化促進剤としては、アミン系、リン系。

ホウ素系、リン−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使用される。

上記難燃剤としては、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、メルカプトタイプ。

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、トライブレン
ドしたり、予備加熱反応させたり、あるいは有機成分原
料に対して予備混合させたりして事由に用いられる。

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。

なお、この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物には、
上記添加剤以外にシリコーンオイルおよびシリコーンゴ
ム、合成ゴム等のゴム成分を配合して低応力化を図った
り、耐湿信顧性テストにおける信転性向上を目的として
ハイドロタルサイト等で示される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、まず、予め上記特定のシラン化合物および特
定のフェノール樹脂とを前記条件で予備反応させること
により反応生成物（Ｂ成分）を作製する。つぎに、この
反応生成物、上記エポキシ樹脂（Ａ成分）および有機ホ
スフィン化合物および有機ホスホニウム化合物の片方も
しくは双方（Ｃ成分）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。

二のようにして得られる半導体装置は、エポキシ樹脂組
成物中に含まれるエポキシ樹脂（Ａ成分）、前記一般式
（Ｉ）のシラン化合物と一般式（■）のフェノール樹脂
との予備反応生成物（Ｂ成分）、有機ホスフィン化合物
および有機ホスホニウム化合物の片方もしくは双方（Ｃ
成分）の作用により、封止樹脂自体の低吸湿化が実現さ
れており、また半導体素子と封止樹脂との接着強度も向
上しているため、耐熱衝撃性および耐湿信軌性の双方に
優れ、半田実装に際してもパッケージクラック等が生ず
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、上記エポキシ
樹脂（Ａ成分）、特殊な予備反応生成物（Ｂ成分）およ
び有機ホスフィン化合物および有機ホスホニウム化合物
の片方もしくは双方（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樹脂封止して構成されて
いるため、半導体素子と封止樹脂との接着強度に優れ、
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
ージクラックが生ずることがなく、優れた耐湿信顛性を
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、実施例に先立って下記の第１表に示す化合物を準
備した。

（以下余白）つぎに、上記第１表のフェノール樹脂Ｃ，Ｄおよびシラ
ン化合物Ｅ、Ｆ、Ｇを下記の第２表に示す割合で配合し
、撹拌装置付きの反応容器に投入して同表に示す反応条
件で予備反応させて、脱気（１７０°Ｃ）することによ
り反応生成物Ｍ−Ｒを作製した。

（以下余白）〔実施例１〜８、比較例１〜３〕上記反応生成物Ｍ−Ｒおよび前記第１表に示す化合物を
用い、これらを下記の第３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組成物を得
た。

（以下余白）つぎに、実施例１〜８および比較例１〜３で得られた粉
末状のエポキシ樹脂組成物を用いて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得
た。この半導体装置は、８０ビン四方向フラツトパツケ
ージ（ＱＦＰ）（２０■Ｘ１４ｍＸ厚み２．５■）で、
７ｍＸ７ｍ＋＋のダイボンドプレート、６．５■×６．
５−のチップサイズ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、２６０°Ｃの半田浸漬
を行いパッケージクラックが発生するまでの８５°Ｃ／
８５％ＲＨ下での限界吸湿時間を測定した。また、モデ
ル半導体素子を上記と同様にトランスファー成形でモー
ルドすることにより得られた半導体装置を用い、温度１
３０°Ｃ２８５％ＲＨのプレッシャークツカー雰囲気下
において、２０Ｖの直流電圧を加えるプレッシャークツ
カーバイアス試験（ＰＣＢＴテスト）を時間を５段階に
変えて行い、その結果、アルミニウム電極の腐食による
断線の生じたものを不良とし、その累積不良率（％）を
測定した。つぎに、上記エポキシ樹脂組成物を用いて、
厚み３＋＋ｗ＋Ｘ直径５０■の円板状の硬化物を作製（
硬化条件：１８０°ＣＸ５時間）し、この円板状の硬化
物について８５°Ｃ×８５％ＲＨ下で５００時間吸湿さ
せて飽和吸湿率を測定した。さらに、硬化物の曲げ強度
をＪ　Ｉ　Ｓ−に−６９１１゜５．１７に準じて２６０
℃下で測定した。ついで、半導体素子と硬化物の接着力
を測定した。これらの結果を下記の第２表に示した。な
お、上記接着力は、つぎのようにして測定した。すなわ
ち、第３図（Ａ）および（Ｂ）に示すように、上面が直
径ａ−１１ｍおよび下面が直径ｂ＝９ｍで、高さｈ−Ｌ
ｏｗの円錐状硬化物１０を作製し、この円錐状硬化物１
０の上面の中心に２■Ｘ２ＭＸ厚み０、４　ｍの半導体
素子１１を搭載した。そして、この円錐状硬化物１０と
半導体素子１１とのせん断接着力を測定した。

（以下余白）第４表の結果から、比較例１品は飽和吸湿率は低く限界
吸湿時間は長いが、ＰＣＢＴテストによる累積不良率が
１００時間以上で高い。また、比較例２品は半導体素子
接着力が低く、限界吸湿時間も短い、そして、比較例３
品は飽和吸水率が非常に高く、限界吸湿時間も短い。さ
らに、累積不良率が１００時間以上で高くなっている。

これに対して、実施例品は、高い接着力を有し、飽和吸
水率も低（かつ限界吸湿時間も長い。さらに、累積不良
率も非常に低い。したがって、実施例品は耐湿信親性に
優れ、かつ半田浸漬時の耐熱衝撃信頼性に優れているこ
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、第３図（Ａ）は実
施例および比較例での半導体素子とエポキシ樹脂組成物
の硬化物との接着力の測定方法を説明する平面図、第３
図（Ｂ）はその正面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有しているエポキ
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。（Ａ）エポキシ樹脂。（Ｂ）下記の一般式（ I ）で表されるシラン化合物と
、下記の一般式（II）で表されるフェノール樹脂とを予備反応させることにより得られる反応生成物。 ▲数式、化学式、表等があります▼…（ I ）上記式（ I ）において、Ｘは末端がグリシジル基、ア
ミノ基、メルカプト基なる群から選択された少なくとも
一つの官能基を有する一価の有機基であり、Ｙは炭素数
１〜４のアルコキシ基である。ｎは０、１または２であ
る。 ▲数式、化学式、表等があります▼…（II）〔上記式（II）において、ｍは０または正の整数である
。〕（Ｃ）有機ホスフィン化合物および有機ホスホニウム化
合物の少なくとも一方。
（２）一般式（ I ）で表されるシラン化合物が、３−
グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−アミノ
プロピルトリメトキシシランおよび３−メルカプトトリ
メトキシシランからなる群から選ばれた少なくとも一つ
のシラン化合物である請求項（１）記載の半導体装置。
（３）下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有している半導体
封止用エポキシ樹脂組成物。（Ａ）エポキシ樹脂。（Ｂ）下記の一般式（ I ）で表されるシラン化合物と
、下記の一般式（II）で表されるフェノール樹脂とを予備反応させることにより得られる反応生成物。 ▲数式、化学式、表等があります▼…（ I ）上記式（ I ）において、Ｘは末端がグリシジル基、ア
ミノ基、メルカプト基なる群から選択された少なくとも
一つの官能基を有する一価の有機基であり、Ｙは炭素数
１〜４のアルコキシ基である。ｎは０、１または２であ
る。 ▲数式、化学式、表等があります▼…（II）〔上記式（II）において、ｍは０または正の整数である
。〕（Ｃ）有機ホスフィン化合物および有機ホスホニウム化
合物の少なくとも一方。