JPH06151478A - 樹脂封止型半導体装置 - Google Patents
樹脂封止型半導体装置Info
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- JPH06151478A JPH06151478A JP4326238A JP32623892A JPH06151478A JP H06151478 A JPH06151478 A JP H06151478A JP 4326238 A JP4326238 A JP 4326238A JP 32623892 A JP32623892 A JP 32623892A JP H06151478 A JPH06151478 A JP H06151478A
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- H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
- H01L2224/73265—Layer and wire connectors
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 パッケージの耐はんだリフロークラック性並
びにリフロー処理後の耐湿信頼性に優れた樹脂封止型半
導体装置を提供する。 【構成】 半導体素子とリードフレーム４の一部を樹脂
封止６する樹脂封止型半導体装置において、半導体素子
をダイパッド部に固着する接着剤層８は、硬化剤として
室温において液状である下記化学式のフェノール化合物
を必須成分として含むエポキシ樹脂組成物からなる。 （但し、・Ｒ：−ＣＨ2 −，−（ＣＨ2 ）2 −，Ｃ（Ｃ
Ｈ3 ）2 −，−ＣＨ（ＣＨ3 ）−，・ｎ及びｍは、それ
ぞれ０又は１。）
びにリフロー処理後の耐湿信頼性に優れた樹脂封止型半
導体装置を提供する。 【構成】 半導体素子とリードフレーム４の一部を樹脂
封止６する樹脂封止型半導体装置において、半導体素子
をダイパッド部に固着する接着剤層８は、硬化剤として
室温において液状である下記化学式のフェノール化合物
を必須成分として含むエポキシ樹脂組成物からなる。 （但し、・Ｒ：−ＣＨ2 −，−（ＣＨ2 ）2 −，Ｃ（Ｃ
Ｈ3 ）2 −，−ＣＨ（ＣＨ3 ）−，・ｎ及びｍは、それ
ぞれ０又は１。）
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、樹脂封止型半導体装置
に係り、特にパッケージの耐はんだリフロークラック性
並びにリフロー処理後の耐湿信頼性に優れた樹脂封止型
半導体装置を提供することにある。
に係り、特にパッケージの耐はんだリフロークラック性
並びにリフロー処理後の耐湿信頼性に優れた樹脂封止型
半導体装置を提供することにある。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子を外部環境から保護し、プリ
ント基板への実装を容易にするためのパッケージ技術と
して、樹脂封止技術が広く用いられている。しかし、半
導体製造技術のリーディングテクノロジーになっている
ＤＲＡＭ（ Dynamic Randam Access Memory ) を例にと
ると、素子はこれまで３年に４倍のピッチで高集積度化
が進み、それに伴って素子サイズの大型化が進んでい
る。また、素子の高性能、多機能化に伴い、ピン数の増
加も進んでいる。
ント基板への実装を容易にするためのパッケージ技術と
して、樹脂封止技術が広く用いられている。しかし、半
導体製造技術のリーディングテクノロジーになっている
ＤＲＡＭ（ Dynamic Randam Access Memory ) を例にと
ると、素子はこれまで３年に４倍のピッチで高集積度化
が進み、それに伴って素子サイズの大型化が進んでい
る。また、素子の高性能、多機能化に伴い、ピン数の増
加も進んでいる。
【０００３】一方、各種エレクトロニクス機器の小型軽
量化、高性能化などのニーズから各種半導体部品には実
装の高密度化が強く求められるようになり、パッケージ
は年々小型薄型化の趨勢にある。その結果、樹脂封止型
半導体装置の封止樹脂層は著しく薄型化されてきた。ま
た、パッケージの形状はこれまではピンをプリント基板
のスルーホールに差し込んで実装するＤＩＰ（ Dual In
line Package )、ＺＩＰ（ Zigzag Inline Package )、
ＳＩＰ（ Single Inline Package )などのいわゆるピン
挿入型が主流であった。
量化、高性能化などのニーズから各種半導体部品には実
装の高密度化が強く求められるようになり、パッケージ
は年々小型薄型化の趨勢にある。その結果、樹脂封止型
半導体装置の封止樹脂層は著しく薄型化されてきた。ま
た、パッケージの形状はこれまではピンをプリント基板
のスルーホールに差し込んで実装するＤＩＰ（ Dual In
line Package )、ＺＩＰ（ Zigzag Inline Package )、
ＳＩＰ（ Single Inline Package )などのいわゆるピン
挿入型が主流であった。
【０００４】しかし、最近は実装の高密度化を図るため
に、ＳＯＰ（ Small Outline Package )、ＳＯＪ（ Sma
ll Outline J-lead Package ) 、ＱＦＰ（ Quad Flat P
ackage )といった両面実装が可能で、しかもパッケージ
サイズが小さな表面実装型のパッケージの需要が急増し
ている。半導体のパッケージの厚さは装置や部品の薄型
化を図るうえで極めて重要である。そのため、最近はＴ
ＳＯＰ（ Thin SmallOutline Package ) 、ＴＳＯＪ（
Thin Small Outline J-lead Package ) 、ＴＱＦＰ（
Thin Quad Flat Package ) といった厚さが１ｍｍ程度
の超薄型パッケージの開発も行われている。このような
樹脂封止型半導体装置は通常回路を形成した半導体素子
をリードフレームに銀粉を分散させた溶剤を含む接着剤
で固着、素子表面の電極とインナーリード間をワイヤボ
ンディングした後、エポキシ樹脂系の封止材料で封止す
ることによって製造されていた。
に、ＳＯＰ（ Small Outline Package )、ＳＯＪ（ Sma
ll Outline J-lead Package ) 、ＱＦＰ（ Quad Flat P
ackage )といった両面実装が可能で、しかもパッケージ
サイズが小さな表面実装型のパッケージの需要が急増し
ている。半導体のパッケージの厚さは装置や部品の薄型
化を図るうえで極めて重要である。そのため、最近はＴ
ＳＯＰ（ Thin SmallOutline Package ) 、ＴＳＯＪ（
Thin Small Outline J-lead Package ) 、ＴＱＦＰ（
Thin Quad Flat Package ) といった厚さが１ｍｍ程度
の超薄型パッケージの開発も行われている。このような
樹脂封止型半導体装置は通常回路を形成した半導体素子
をリードフレームに銀粉を分散させた溶剤を含む接着剤
で固着、素子表面の電極とインナーリード間をワイヤボ
ンディングした後、エポキシ樹脂系の封止材料で封止す
ることによって製造されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このようにチ
ップの大型化、多ピン化、パッケージの小型薄肉化、表
面実装化が進むにつれ、樹脂封止型半導体装置を製造す
るうえで重要な技術課題が種々発生するようになった。
すなわち、従来のピン挿入型パッケージはプリント基板
のスルーホールに差し込んだ状態でプリント基板ごとは
んだ槽に浮かべてはんだ付けが行なわれていたため、実
装時にパッケージ本体が直接高温に曝されることはなか
った。ところが、表面実装型パッケージは一般に赤外線
リフローあるいはペーパーリフロー方式によるはんだ付
けが行われ、実装時にパッケージ全体が直接２００数十
度の高温に曝される。
ップの大型化、多ピン化、パッケージの小型薄肉化、表
面実装化が進むにつれ、樹脂封止型半導体装置を製造す
るうえで重要な技術課題が種々発生するようになった。
すなわち、従来のピン挿入型パッケージはプリント基板
のスルーホールに差し込んだ状態でプリント基板ごとは
んだ槽に浮かべてはんだ付けが行なわれていたため、実
装時にパッケージ本体が直接高温に曝されることはなか
った。ところが、表面実装型パッケージは一般に赤外線
リフローあるいはペーパーリフロー方式によるはんだ付
けが行われ、実装時にパッケージ全体が直接２００数十
度の高温に曝される。
【０００６】半導体の樹脂封止には通常エポキシ樹脂系
の封止材料が広く用いられている。しかし、エポキシ樹
脂系封止材料は一般にかなりの透湿性を有し、パッケー
ジの中には常に少量の水分が存在する。また、封止材料
と半導体装置を構成するリードフレーム、シリコンチッ
プ、金線、パッシベーション膜等との接着は必ずしも充
分ではなく、パッケージ内部には隙間や微小ボイド等の
欠陥が存在し侵入した水分の溜り場になる。
の封止材料が広く用いられている。しかし、エポキシ樹
脂系封止材料は一般にかなりの透湿性を有し、パッケー
ジの中には常に少量の水分が存在する。また、封止材料
と半導体装置を構成するリードフレーム、シリコンチッ
プ、金線、パッシベーション膜等との接着は必ずしも充
分ではなく、パッケージ内部には隙間や微小ボイド等の
欠陥が存在し侵入した水分の溜り場になる。
【０００７】そのような状態ではんだ付けが行われる
と、パッケージ内部の水分が急激に蒸発し、その蒸気圧
によってパッケージ内部に応力が発生し、パッケージを
構成する各材料間に剥離あるいはパッケージクラック、
金線の断線等を生じ素子特性や実装後の信頼性が損なわ
れる。このような水蒸気圧によって発生する熱応力はチ
ップが大型化すればするほど大きくなる。また、パッケ
ージの封止樹脂層が薄肉化すればするほどパッケージ内
部には水分が侵入し易くなると同時に、パッケージは機
械的に弱くなる。そのため、チップの大型化や封止樹脂
層の薄肉化が進むにつれこのような問題が顕在化するよ
うになり、その解決が強く望まれていた。
と、パッケージ内部の水分が急激に蒸発し、その蒸気圧
によってパッケージ内部に応力が発生し、パッケージを
構成する各材料間に剥離あるいはパッケージクラック、
金線の断線等を生じ素子特性や実装後の信頼性が損なわ
れる。このような水蒸気圧によって発生する熱応力はチ
ップが大型化すればするほど大きくなる。また、パッケ
ージの封止樹脂層が薄肉化すればするほどパッケージ内
部には水分が侵入し易くなると同時に、パッケージは機
械的に弱くなる。そのため、チップの大型化や封止樹脂
層の薄肉化が進むにつれこのような問題が顕在化するよ
うになり、その解決が強く望まれていた。
【０００８】現在、その対策として半導体部品をプリン
ト基板に実装する際予めパッケージを乾燥する方法が採
用されている。しかし、この方法はパッケージの水分管
理や乾燥作業などの煩雑さを伴う。そのためこのような
処理をせずに実装を行っても内部剥離やクラックが発生
しないようにすることが強く望まれている。本発明はこ
のような状況に鑑みなされたものであり、実装時の加熱
によってパッケージ内部の剥離、クラック、金線の断線
及び実装後の耐湿信頼性の低下を起こしにくい樹脂封止
型半導体装置を提供することを課題とするものである。
特に、本発明によって大型チップを小型薄肉の表面実装
型のパッケージに封止することが可能になる。
ト基板に実装する際予めパッケージを乾燥する方法が採
用されている。しかし、この方法はパッケージの水分管
理や乾燥作業などの煩雑さを伴う。そのためこのような
処理をせずに実装を行っても内部剥離やクラックが発生
しないようにすることが強く望まれている。本発明はこ
のような状況に鑑みなされたものであり、実装時の加熱
によってパッケージ内部の剥離、クラック、金線の断線
及び実装後の耐湿信頼性の低下を起こしにくい樹脂封止
型半導体装置を提供することを課題とするものである。
特に、本発明によって大型チップを小型薄肉の表面実装
型のパッケージに封止することが可能になる。
【０００９】
【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、半導体素子と、その半導体素子をリー
ドフレームのダイパッド部に固着する接着剤層と、半導
体素子表面の電極とインナーリード間を電気的に接続す
るワイヤボンディングとを有し、該半導体素子とリード
フレームの一部を樹脂封止する樹脂封止型半導体装置に
おいて、上記半導体素子をダイパッド部に固着する接着
剤層は、硬化剤として室温において液状である下記化１
に示されるフェノール化合物を必須成分として含むエポ
キシ樹脂組成物からなることとしたものである。
に、本発明では、半導体素子と、その半導体素子をリー
ドフレームのダイパッド部に固着する接着剤層と、半導
体素子表面の電極とインナーリード間を電気的に接続す
るワイヤボンディングとを有し、該半導体素子とリード
フレームの一部を樹脂封止する樹脂封止型半導体装置に
おいて、上記半導体素子をダイパッド部に固着する接着
剤層は、硬化剤として室温において液状である下記化１
に示されるフェノール化合物を必須成分として含むエポ
キシ樹脂組成物からなることとしたものである。
【００１０】
【化１】 （但し、・Ｒ：−ＣＨ2 −，−（ＣＨ2 ）2 −，Ｃ（Ｃ
Ｈ3 ）2 −，−ＣＨ（ＣＨ3 ）− ・ｎ及びｍは、それぞれ０又は１。 但し、ｎ＝０かつｍ＝１である化合物を含み、ヒドロキ
シル基（−ＯＨ基）の総和に対するアリル基（−ＣＨ2
−ＣＨ＝ＣＨ2 基）の総和の比が０．１〜０．９の範囲
にあること。）
Ｈ3 ）2 −，−ＣＨ（ＣＨ3 ）− ・ｎ及びｍは、それぞれ０又は１。 但し、ｎ＝０かつｍ＝１である化合物を含み、ヒドロキ
シル基（−ＯＨ基）の総和に対するアリル基（−ＣＨ2
−ＣＨ＝ＣＨ2 基）の総和の比が０．１〜０．９の範囲
にあること。）
【００１１】本発明によって、接着剤層は、無溶剤型
で、かつ、吐出時の粘度を６０℃以下室温領域におい
て、３，０００ポイズ以下のペースト状に調整された接
着剤からなるのがよく、また、上記接着剤層には、厚さ
調整剤（スペーサー）として粒径が５から５０μｍの範
囲で、実質的に同一粒径を有する無機又は有機の球状粒
子を配合するのがよい。上記によって、パッケージ内部
に溜る水分を大幅に低減することができ、実装時の加熱
によってパッケージ内部に剥離、クラック、金線の断線
及び実装後の耐湿信頼性の低下を起こしにくくすること
（耐リフロー性の向上）が可能になり、特に大型チップ
を小型薄肉の表面実装型のパッケージに封止した場合に
もこれらの特性を十分確保することができるようになっ
た。
で、かつ、吐出時の粘度を６０℃以下室温領域におい
て、３，０００ポイズ以下のペースト状に調整された接
着剤からなるのがよく、また、上記接着剤層には、厚さ
調整剤（スペーサー）として粒径が５から５０μｍの範
囲で、実質的に同一粒径を有する無機又は有機の球状粒
子を配合するのがよい。上記によって、パッケージ内部
に溜る水分を大幅に低減することができ、実装時の加熱
によってパッケージ内部に剥離、クラック、金線の断線
及び実装後の耐湿信頼性の低下を起こしにくくすること
（耐リフロー性の向上）が可能になり、特に大型チップ
を小型薄肉の表面実装型のパッケージに封止した場合に
もこれらの特性を十分確保することができるようになっ
た。
【００１２】本発明においては、ボイド含有率の範囲は
１％から０．０１％とするのがよい。その理由は、ボイ
ド含有率が１％以上では、パッケージの吸湿率を大幅に
低減することができず、耐リフロー性を十分に改善する
ことができないためである。また、ボイド含有率の下限
を０．０１％とするのは、ボイトをこれ以下にすること
が技術的に困難なためである。吸湿率を大幅に低減し、
耐リフロー性を飛躍的に改善するためにはボイド含有率
は実質的にゼロにすることが望ましい。
１％から０．０１％とするのがよい。その理由は、ボイ
ド含有率が１％以上では、パッケージの吸湿率を大幅に
低減することができず、耐リフロー性を十分に改善する
ことができないためである。また、ボイド含有率の下限
を０．０１％とするのは、ボイトをこれ以下にすること
が技術的に困難なためである。吸湿率を大幅に低減し、
耐リフロー性を飛躍的に改善するためにはボイド含有率
は実質的にゼロにすることが望ましい。
【００１３】次に、本発明の接着剤に用いる各成分につ
いて説明する。エポキシ樹脂としては分子内にエポキシ
基を少なくとも２つ有する一般に使用されているエポキ
シ樹脂を広く使用することができる。具体的には、ビス
フェノール型、ナフタレン型等の芳香族系エポキシ樹
脂、ノボラック型エポキシ樹脂、脂環型エポキシ樹脂、
複素環型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ
樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ハロゲン化エ
ポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂等が挙げられ
る。これらの樹脂は単独又は２種以上混合して用いても
よい。樹脂組成物の吐出時の粘度を６０℃以下室温領域
において３，０００ポイズ以下にするために、これらの
樹脂は液状あるいは半固形のものを用いるかあるいは液
状と固形のものを溶解又は分散させて用いることが望ま
しい。また、液状の硬化剤に溶解又は分散させて用いて
もよい。
いて説明する。エポキシ樹脂としては分子内にエポキシ
基を少なくとも２つ有する一般に使用されているエポキ
シ樹脂を広く使用することができる。具体的には、ビス
フェノール型、ナフタレン型等の芳香族系エポキシ樹
脂、ノボラック型エポキシ樹脂、脂環型エポキシ樹脂、
複素環型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ
樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ハロゲン化エ
ポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂等が挙げられ
る。これらの樹脂は単独又は２種以上混合して用いても
よい。樹脂組成物の吐出時の粘度を６０℃以下室温領域
において３，０００ポイズ以下にするために、これらの
樹脂は液状あるいは半固形のものを用いるかあるいは液
状と固形のものを溶解又は分散させて用いることが望ま
しい。また、液状の硬化剤に溶解又は分散させて用いて
もよい。
【００１４】一方、硬化剤は、化１に示されるフェノー
ル化合物を必須成分として用いることが本発明の特徴で
あるがこれは単独で用いても良いし、本発明の目的を損
なわない範囲で他の硬化剤と混合して用いることもでき
る。混合して用いる硬化剤はフェノールノボラック、ク
レゾールノボラック、ビスフェノール等のフェノール系
樹脂が望ましい。その性状は液状あるいは半固形である
ことが望ましいが、エポキシ樹脂と同様、固形の硬化剤
を液状のフェノール化合物に溶解あるいは分散させて用
いることもできる。
ル化合物を必須成分として用いることが本発明の特徴で
あるがこれは単独で用いても良いし、本発明の目的を損
なわない範囲で他の硬化剤と混合して用いることもでき
る。混合して用いる硬化剤はフェノールノボラック、ク
レゾールノボラック、ビスフェノール等のフェノール系
樹脂が望ましい。その性状は液状あるいは半固形である
ことが望ましいが、エポキシ樹脂と同様、固形の硬化剤
を液状のフェノール化合物に溶解あるいは分散させて用
いることもできる。
【００１５】硬化剤成分としてこのように室温で液状ま
たは半固形の成分を用いるのは、溶剤を使用せずに作業
性に優れた無溶剤型のペースト状接着剤を得るためであ
る。樹脂組成物の吐出時の粘度を６０℃以下室温領域に
おいて３，０００ポイズ以下とするのは、３，０００ポ
イズ以上になると半導体素子とリードフレームの間に均
一に塗布することが困難になるためである。
たは半固形の成分を用いるのは、溶剤を使用せずに作業
性に優れた無溶剤型のペースト状接着剤を得るためであ
る。樹脂組成物の吐出時の粘度を６０℃以下室温領域に
おいて３，０００ポイズ以下とするのは、３，０００ポ
イズ以上になると半導体素子とリードフレームの間に均
一に塗布することが困難になるためである。
【００１６】これらの樹脂組成物には硬化反応を促進す
るための硬化促進剤として、含チッソ系、リン系、イミ
ダゾール類、アミン類、ホウ酸エステル、ルイス酸、有
機金属化合物等を用いることができる。さらに、上記接
着剤にはぬれ性、作業性向上等のためにチキソトロピッ
ク性付与剤として各種無機、有機化合物、アエロジル、
シリカ粉末等を用いることができる。
るための硬化促進剤として、含チッソ系、リン系、イミ
ダゾール類、アミン類、ホウ酸エステル、ルイス酸、有
機金属化合物等を用いることができる。さらに、上記接
着剤にはぬれ性、作業性向上等のためにチキソトロピッ
ク性付与剤として各種無機、有機化合物、アエロジル、
シリカ粉末等を用いることができる。
【００１７】本発明の接着剤においては、厚さ調整剤
（スペーサー）としてアルミナ、シリカ粉末等の無機物
あるいは高分子化合物からなる球状の粒子を用いること
ができる。その粒径は製品によっても異なるが、要求さ
れる接着剤厚さと同じ粒径を有する粒径５〜５０μｍの
範囲で実質的に同一粒径のものを用いることが望まし
い。本発明の接着剤には、スペーサーとしての実質的に
同一粒径を有する球形粒子の他にスペーサーより小さな
粒径の粒子を充填剤として組み合わせて用いることがで
きる。
（スペーサー）としてアルミナ、シリカ粉末等の無機物
あるいは高分子化合物からなる球状の粒子を用いること
ができる。その粒径は製品によっても異なるが、要求さ
れる接着剤厚さと同じ粒径を有する粒径５〜５０μｍの
範囲で実質的に同一粒径のものを用いることが望まし
い。本発明の接着剤には、スペーサーとしての実質的に
同一粒径を有する球形粒子の他にスペーサーより小さな
粒径の粒子を充填剤として組み合わせて用いることがで
きる。
【００１８】スペーサーの粒子径を５〜５０μｍとする
のは、接着剤層が５μｍ以下の厚さでは、十分な接着力
を得ることは難しく、５０μｍ以上になると相対的にパ
ッケージの封止樹脂層が薄くなり、パッケージの耐クラ
ック性が低下する等の弊害が発生するためである。以上
の他、本発明の目的を損なわない範囲で球状粒子の沈降
を防ぐための沈降防止剤、接着剤中の気泡を抜けやすく
する脱泡剤、弾性率を下げるためのゴム成分、可撓性付
与剤、または反応性希釈剤等、必要に応じて様々な添加
剤を用いることができる。
のは、接着剤層が５μｍ以下の厚さでは、十分な接着力
を得ることは難しく、５０μｍ以上になると相対的にパ
ッケージの封止樹脂層が薄くなり、パッケージの耐クラ
ック性が低下する等の弊害が発生するためである。以上
の他、本発明の目的を損なわない範囲で球状粒子の沈降
を防ぐための沈降防止剤、接着剤中の気泡を抜けやすく
する脱泡剤、弾性率を下げるためのゴム成分、可撓性付
与剤、または反応性希釈剤等、必要に応じて様々な添加
剤を用いることができる。
【００１９】
【作用】本発明者等はパッケージの吸湿メカニズムや吸
湿率の低減方法について種々検討を行った。その結果、
パッケージ内への水分の侵入は封止材料とリードフレー
ムの界面並びに封止材料を直接透過する二通りの経路か
ら起こるが、パッケージ内部に溜る水分量は素子をリー
ドフレームに固着するために用いる接着剤層のボイドの
含有率と密接な関係があることを見出し本発明に至っ
た。
湿率の低減方法について種々検討を行った。その結果、
パッケージ内への水分の侵入は封止材料とリードフレー
ムの界面並びに封止材料を直接透過する二通りの経路か
ら起こるが、パッケージ内部に溜る水分量は素子をリー
ドフレームに固着するために用いる接着剤層のボイドの
含有率と密接な関係があることを見出し本発明に至っ
た。
【００２０】すなわち、従来半導体素子をリードフレー
ムに固着するために用いる接着剤には、通常、エポキシ
樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂に導電性や熱伝
導性、チキソトロピック性等を付与する目的で銀粉を分
散させ、かつ、接着剤をペースト状にするため有機溶剤
を配合した組成物が用いられてきた。しかし、このよう
な接着剤を加熱硬化すると有機溶剤が飛散する際に形成
された多量のボイドがそのまま残存し、それがパッケー
ジ内部に溜る水分量を大きく支配していることを見出し
た。ちなみにボイド含有率を調べてみると数百％のオー
ダーに達しており、それがパッケージの吸湿量を大きく
していることが分かった。
ムに固着するために用いる接着剤には、通常、エポキシ
樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂に導電性や熱伝
導性、チキソトロピック性等を付与する目的で銀粉を分
散させ、かつ、接着剤をペースト状にするため有機溶剤
を配合した組成物が用いられてきた。しかし、このよう
な接着剤を加熱硬化すると有機溶剤が飛散する際に形成
された多量のボイドがそのまま残存し、それがパッケー
ジ内部に溜る水分量を大きく支配していることを見出し
た。ちなみにボイド含有率を調べてみると数百％のオー
ダーに達しており、それがパッケージの吸湿量を大きく
していることが分かった。
【００２１】そのため、接着剤層を無溶剤化して発生す
るボイドを低減することにより、接着剤層内部に溜る水
分量を大幅に減らすことができると考えた。無溶剤化の
方法としては液状エポキシに硬化剤として液状アミンや
無水酸を用いる方法がある（特開平３−１３１０５５
号、特開平４−１３２７２７号各公報）。しかし、アミ
ン硬化系は樹脂組成物のポットライフが短い。硬化物の
耐湿性、耐熱性等に劣るという欠点があり、酸無水硬化
系は耐湿性、接着性等に劣るという欠点がある。本発明
による接着剤用樹脂組成物は、上記のような欠点がな
く、無溶剤型であるため加熱硬化によるボイド発生がほ
とんど起らない。このことによりパッケージ内部に侵入
する水分の量を著しく減少させることができるため、こ
れを用いた場合半導体装置の十分な信頼性を得ることが
できる。
るボイドを低減することにより、接着剤層内部に溜る水
分量を大幅に減らすことができると考えた。無溶剤化の
方法としては液状エポキシに硬化剤として液状アミンや
無水酸を用いる方法がある（特開平３−１３１０５５
号、特開平４−１３２７２７号各公報）。しかし、アミ
ン硬化系は樹脂組成物のポットライフが短い。硬化物の
耐湿性、耐熱性等に劣るという欠点があり、酸無水硬化
系は耐湿性、接着性等に劣るという欠点がある。本発明
による接着剤用樹脂組成物は、上記のような欠点がな
く、無溶剤型であるため加熱硬化によるボイド発生がほ
とんど起らない。このことによりパッケージ内部に侵入
する水分の量を著しく減少させることができるため、こ
れを用いた場合半導体装置の十分な信頼性を得ることが
できる。
【００２２】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。 実施例１ ナフタレン型エポキシ樹脂（半固形、エポキシ当量
１４１）６７重量部 ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（液状、エポキシ
当量１８２）３３重量部 フェノールノボラック型樹脂（固形、フェノール当
量１０６）３３重量部 化１（Ｒ＝−（ＣＨ2 ）2 −）に示す化合物（液
状、フェノール当量２２６）７７重量部 溶融シリカ粉末（粒径１０μｍ）２３８重量部 シリコーンカップリング剤（液状）１重量部 イミダゾール系硬化促進剤（液状）１重量部
る。 実施例１ ナフタレン型エポキシ樹脂（半固形、エポキシ当量
１４１）６７重量部 ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（液状、エポキシ
当量１８２）３３重量部 フェノールノボラック型樹脂（固形、フェノール当
量１０６）３３重量部 化１（Ｒ＝−（ＣＨ2 ）2 −）に示す化合物（液
状、フェノール当量２２６）７７重量部 溶融シリカ粉末（粒径１０μｍ）２３８重量部 シリコーンカップリング剤（液状）１重量部 イミダゾール系硬化促進剤（液状）１重量部
【００２３】まず、を混合し、６０℃に加熱して
を溶解させる。次にを混合し、約８０℃に加熱し
を溶解させる。を室温程度に放冷し、を
加え混合した後擂潰機で十分に攪拌する。次に減圧下に
おいて脱気し、十分気泡を抜いてペースト状の接着剤を
得る。この接着剤を半導体素子、リードフレームのダイ
パッド部の間に吐出、素子の裏に十分行き渡らせた後１
５０℃１時間、１８０℃２時間加熱硬化した。吐出する
場合、この組成物は粘度が室温で２，０００ポイズ以下
であるため室温にてディスペンサーより吐出することが
できる。その後ワイヤーボンディング工程を経て半導体
装置を組み立てた。
を溶解させる。次にを混合し、約８０℃に加熱し
を溶解させる。を室温程度に放冷し、を
加え混合した後擂潰機で十分に攪拌する。次に減圧下に
おいて脱気し、十分気泡を抜いてペースト状の接着剤を
得る。この接着剤を半導体素子、リードフレームのダイ
パッド部の間に吐出、素子の裏に十分行き渡らせた後１
５０℃１時間、１８０℃２時間加熱硬化した。吐出する
場合、この組成物は粘度が室温で２，０００ポイズ以下
であるため室温にてディスペンサーより吐出することが
できる。その後ワイヤーボンディング工程を経て半導体
装置を組み立てた。
【００２４】図１〜図６に、本発明が適用できる樹脂封
止型半導体装置の全体構成の断面図を示す。いずれも半
導体装置の中心付近にて切断した図である。図におい
て、１は半導体装置で、接着剤層８を介してリードフレ
ーム４のダイパッド部９に固着されており、半導体装置
１とインナリード１０間を電気的にコネクタワイヤ２で
接続している。また、半導体装置１、コネクタワイヤ２
及びリードフレーム４の１部を封止樹脂６で封止してい
る。本発明は、このように種々の構造の半導体装置に適
用できるものである。
止型半導体装置の全体構成の断面図を示す。いずれも半
導体装置の中心付近にて切断した図である。図におい
て、１は半導体装置で、接着剤層８を介してリードフレ
ーム４のダイパッド部９に固着されており、半導体装置
１とインナリード１０間を電気的にコネクタワイヤ２で
接続している。また、半導体装置１、コネクタワイヤ２
及びリードフレーム４の１部を封止樹脂６で封止してい
る。本発明は、このように種々の構造の半導体装置に適
用できるものである。
【００２５】実施例２ フェノールノボラック型エポキシ樹脂（半固形、エ
ポキシ当量１９６）１００重量部 化１（Ｒ＝−ＣＨ2 −）に示す化合物（液状、フェ
ノール当量１４０）７１重量部 溶融シリカ粉末（粒径１０μｍ）７０重量部 有機高分子球状粒子（粒径２０μｍ）４重量部 エアロジル ４重量部 アミン系硬化促進剤（液状）１重量部
ポキシ当量１９６）１００重量部 化１（Ｒ＝−ＣＨ2 −）に示す化合物（液状、フェ
ノール当量１４０）７１重量部 溶融シリカ粉末（粒径１０μｍ）７０重量部 有機高分子球状粒子（粒径２０μｍ）４重量部 エアロジル ４重量部 アミン系硬化促進剤（液状）１重量部
【００２６】を混合し、約１００℃に加熱しを溶
解させる。３０℃程度に放冷したのち〜を加え、擂
潰機で十分に攪拌する。次に減圧下において十分に気泡
を抜いた。この接着剤は室温における粘度が３，０００
ポイズ以上と高いので、これを充填したディスペンサー
のシリンジを５０℃に加熱して粘度を１，０００ポイズ
以下に下げて吐出した。接着剤をより均一に塗布するた
め必要に応じてリードフレーム等を加熱することもでき
る。その後は実施例１と同様に加熱硬化ののち半導体装
置を組み立てた。
解させる。３０℃程度に放冷したのち〜を加え、擂
潰機で十分に攪拌する。次に減圧下において十分に気泡
を抜いた。この接着剤は室温における粘度が３，０００
ポイズ以上と高いので、これを充填したディスペンサー
のシリンジを５０℃に加熱して粘度を１，０００ポイズ
以下に下げて吐出した。接着剤をより均一に塗布するた
め必要に応じてリードフレーム等を加熱することもでき
る。その後は実施例１と同様に加熱硬化ののち半導体装
置を組み立てた。
【００２７】実施例３ ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（液状、エポキシ
当量１９５）７０重量部 ポリグリコール型エポキシ樹脂（液状、エポキシ当
量１９０）３０重量部 化１（Ｒ＝−ＣＨ（ＣＨ3 ）−）に示す化合物（液
状、フェノール当量１４７）１８重量部 クレゾールノボラック型樹脂（固形、フエノール当
量１０６）４１重量部 微粉珪酸（粒径０．０２μｍ）６８重量部 溶融シリカ粉末（粒径３０μｍ）４重量部 リン系硬化促進剤（固形）１重量部 シリコーン系消泡剤 １重量部
当量１９５）７０重量部 ポリグリコール型エポキシ樹脂（液状、エポキシ当
量１９０）３０重量部 化１（Ｒ＝−ＣＨ（ＣＨ3 ）−）に示す化合物（液
状、フェノール当量１４７）１８重量部 クレゾールノボラック型樹脂（固形、フエノール当
量１０６）４１重量部 微粉珪酸（粒径０．０２μｍ）６８重量部 溶融シリカ粉末（粒径３０μｍ）４重量部 リン系硬化促進剤（固形）１重量部 シリコーン系消泡剤 １重量部
【００２８】を混合し、９０℃に加熱してを溶解
させる。４０℃程度に放冷したのちを加え
擂潰機により十分に攪拌する。その後減圧下において脱
気し、接着剤とした。その後実施例１と同様に素子−リ
ードフレームのダイパッド部の間に吐出し、１５０℃１
時間、１８０℃１時間で加熱硬化したのち半導体装置組
立てを行った。実施例１〜３において接着剤層にはボイ
ドの発生はほとんど見られなかった。
させる。４０℃程度に放冷したのちを加え
擂潰機により十分に攪拌する。その後減圧下において脱
気し、接着剤とした。その後実施例１と同様に素子−リ
ードフレームのダイパッド部の間に吐出し、１５０℃１
時間、１８０℃１時間で加熱硬化したのち半導体装置組
立てを行った。実施例１〜３において接着剤層にはボイ
ドの発生はほとんど見られなかった。
【００２９】実施例４ グリシジルエステル型エポキシ樹脂（液状、エポキ
シ当量３４０）８０重量部 化１（Ｒ＝−ＣＨ2 −）に示す化合物（液状、フェ
ノール当量１４０）１５重量部 ビスフェノールＡ型フェノール樹脂（固形、フェノ
ール当量１４２）３４重量部 鱗片状銀細粉（粒径３μｍ）８３０重量部 シリコーン系カップリング剤（液状）１重量部 エポキシ系反応性希釈剤（液状、エポキシ当量１９
０）２０重量部 リン系硬化促進剤（固形） １重量部 まずを混合し、５０℃に加熱して各成分を溶融さ
せる。室温程度に放冷したのちを加え、擂潰機
により十分に攪拌した後減圧下で脱気し、ペースト状の
接着剤を得た。この接着剤を用い、実施例１と同様に半
導体装置を組み立てた。
シ当量３４０）８０重量部 化１（Ｒ＝−ＣＨ2 −）に示す化合物（液状、フェ
ノール当量１４０）１５重量部 ビスフェノールＡ型フェノール樹脂（固形、フェノ
ール当量１４２）３４重量部 鱗片状銀細粉（粒径３μｍ）８３０重量部 シリコーン系カップリング剤（液状）１重量部 エポキシ系反応性希釈剤（液状、エポキシ当量１９
０）２０重量部 リン系硬化促進剤（固形） １重量部 まずを混合し、５０℃に加熱して各成分を溶融さ
せる。室温程度に放冷したのちを加え、擂潰機
により十分に攪拌した後減圧下で脱気し、ペースト状の
接着剤を得た。この接着剤を用い、実施例１と同様に半
導体装置を組み立てた。
【００３０】比較例１ ゴム変性エポキシ樹脂（固形、エポキシ当量９５
３）１００重量部 フェノール系ポリブタジエン（固形、フェノール当
量３１５）３３重量部 有機高分子球状粒子（粒径２０μｍ）１０重量部 溶融シリカ（粒径６μｍ）４６６重量部 イミダゾール系硬化促進剤 １重量部 ブチルセロソルブアセテート １０７重量部 〜を混合し、が全て溶解した後リードフレー
ムに塗布、穏やかな減圧下においてを飛散させ、徐々
に真空度を上げて７４ｃｍＨｇ程度とし約１５時間放置
する。その後半導体素子をのせ、１７０℃で４時間加熱
硬化し、ワイヤーボンディング工程を経て半導体装置を
組み立てた。
３）１００重量部 フェノール系ポリブタジエン（固形、フェノール当
量３１５）３３重量部 有機高分子球状粒子（粒径２０μｍ）１０重量部 溶融シリカ（粒径６μｍ）４６６重量部 イミダゾール系硬化促進剤 １重量部 ブチルセロソルブアセテート １０７重量部 〜を混合し、が全て溶解した後リードフレー
ムに塗布、穏やかな減圧下においてを飛散させ、徐々
に真空度を上げて７４ｃｍＨｇ程度とし約１５時間放置
する。その後半導体素子をのせ、１７０℃で４時間加熱
硬化し、ワイヤーボンディング工程を経て半導体装置を
組み立てた。
【００３１】比較例２ ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（固形、エポキシ
当量２１５）１００重量部 フェノールノボラック型樹脂（液状、フェノール当
量１４０）６５重量部 銀粉 ７７７重量部 イミダゾール系硬化促進剤 １重量部 シランカップリング剤 ３重量部 ブチルセロソルブ １２５重量部 をに溶解させを加えてよく攪拌しが完
全に溶解した後、１と同様塗布し１６０℃で５時間加熱
硬化した。その後実施例１と同様の手順で半導体装置を
組み立てた。
当量２１５）１００重量部 フェノールノボラック型樹脂（液状、フェノール当
量１４０）６５重量部 銀粉 ７７７重量部 イミダゾール系硬化促進剤 １重量部 シランカップリング剤 ３重量部 ブチルセロソルブ １２５重量部 をに溶解させを加えてよく攪拌しが完
全に溶解した後、１と同様塗布し１６０℃で５時間加熱
硬化した。その後実施例１と同様の手順で半導体装置を
組み立てた。
【００３２】比較例１、２においては、減圧下に長時間
放置し溶剤を極力飛散させるようにしたが、完全に溶剤
を除去することができず加熱硬化の過程においてボイド
が多数発生した。その程度は従来の溶剤型接着剤よりも
かなり低減されてはいるものの課題を満足するものでは
なかった。以下に実施例１〜４、比較例１〜２の発生し
たボイドの含有率と吸湿率を比較する。
放置し溶剤を極力飛散させるようにしたが、完全に溶剤
を除去することができず加熱硬化の過程においてボイド
が多数発生した。その程度は従来の溶剤型接着剤よりも
かなり低減されてはいるものの課題を満足するものでは
なかった。以下に実施例１〜４、比較例１〜２の発生し
たボイドの含有率と吸湿率を比較する。
【００３３】測定はサンプルを２ｃｍ角石英ガラス板２
枚に約３０μｍ厚で挟んで硬化し、８５℃／１００％Ｒ
Ｈにおける吸湿率を測定した。吸湿率は吸湿による重量
増加を対樹脂組成物の吸湿前重量に対する割合で示して
いる。ボイド含有率は、上記吸湿率測定サンプル作製の
際挟んだ接着剤の重量と密度から接着剤層のうち接着剤
の占めない体積すなわちボイドの体積を求め、接着剤層
の体積に占める割合を算出した。結果を表１に示す。
枚に約３０μｍ厚で挟んで硬化し、８５℃／１００％Ｒ
Ｈにおける吸湿率を測定した。吸湿率は吸湿による重量
増加を対樹脂組成物の吸湿前重量に対する割合で示して
いる。ボイド含有率は、上記吸湿率測定サンプル作製の
際挟んだ接着剤の重量と密度から接着剤層のうち接着剤
の占めない体積すなわちボイドの体積を求め、接着剤層
の体積に占める割合を算出した。結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】 また、表１をグラフ化したものを図７に示す。
【００３５】次に実施例１〜４、比較例１〜２の接着剤
を用いて実際に樹脂封止型半導体装置を組み立て、耐は
んだリフロー性を比較した。組み立てた半導体装置は接
着剤として実施例１〜４、比較例１〜２の接着剤を用い
た以外は一般の半導体装置と全く同様の工程を経て組み
立てた。用いた半導体素子はチップサイズが８×８ｍｍ
角、パッケージは外形が１４×２０ｍｍ角、２．０ｍｍ
厚のＱＦＰ型を作成した。封止材料はフィラとして溶融
シリカ粉末を７９重量％配合した熱膨張係数が１．４×
１０5 ／℃の通常のエポキシ樹脂系封止材料を用いた。
を用いて実際に樹脂封止型半導体装置を組み立て、耐は
んだリフロー性を比較した。組み立てた半導体装置は接
着剤として実施例１〜４、比較例１〜２の接着剤を用い
た以外は一般の半導体装置と全く同様の工程を経て組み
立てた。用いた半導体素子はチップサイズが８×８ｍｍ
角、パッケージは外形が１４×２０ｍｍ角、２．０ｍｍ
厚のＱＦＰ型を作成した。封止材料はフィラとして溶融
シリカ粉末を７９重量％配合した熱膨張係数が１．４×
１０5 ／℃の通常のエポキシ樹脂系封止材料を用いた。
【００３６】吸湿条件は８５℃／８５％ＲＨであり、吸
湿開始から２４時間後、４８時間後、７２時間後、１６
８時間後にサンプルを各１０個取り出しそれぞれ２１５
℃／１０秒のはんだリフローにかけ、剥離、クラックの
発生したサンプルの数をカウントした。結果を表２に示
す。
湿開始から２４時間後、４８時間後、７２時間後、１６
８時間後にサンプルを各１０個取り出しそれぞれ２１５
℃／１０秒のはんだリフローにかけ、剥離、クラックの
発生したサンプルの数をカウントした。結果を表２に示
す。
【００３７】
【表２】
【００３８】
【発明の効果】図７のグラフからわかるように、本発明
の実施例ではボイド含有率は実質的にほとんどゼロであ
り、吸湿率も非常に低い。一方、比較例の従来の接着剤
を用いた場合はボイド含有率も多く吸湿率も高い。この
ようにボイドの減少は接着剤の吸湿率の減少に大きな効
果をもたらすことがわかった。
の実施例ではボイド含有率は実質的にほとんどゼロであ
り、吸湿率も非常に低い。一方、比較例の従来の接着剤
を用いた場合はボイド含有率も多く吸湿率も高い。この
ようにボイドの減少は接着剤の吸湿率の減少に大きな効
果をもたらすことがわかった。
【図１】本発明の樹脂封止型半導体装置の全体構成の断
面図。
面図。
【図２】本発明の他の樹脂封止型半導体装置の全体構成
の断面図。
の断面図。
【図３】本発明の他の樹脂封止型半導体装置の全体構成
の断面図。
の断面図。
【図４】本発明の他の樹脂封止型半導体装置の全体構成
の断面図。
の断面図。
【図５】本発明の他の樹脂封止型半導体装置の全体構成
の断面図。
の断面図。
【図６】本発明の他の樹脂封止型半導体装置の全体構成
の断面図。
の断面図。
【図７】ボイド含有率と吸湿率の関係を示すグラフ。
【符号の説明】 １：半導体素子、２：コネクタワイヤ、３：金属導体、
４：リードフレーム、５：絶縁板、６：封止樹脂、７：
絶縁体ケース、８：接着剤、９：ダイパッド、１０：イ
ンナーリード
４：リードフレーム、５：絶縁板、６：封止樹脂、７：
絶縁体ケース、８：接着剤、９：ダイパッド、１０：イ
ンナーリード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北村 輝夫 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 江口 州志 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 瀬川 正則 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 石井 利昭 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内
Claims (4)
- 【請求項１】 半導体素子と、その半導体素子をリード
フレームのダイパッド部に固着する接着剤層と、半導体
素子表面の電極とインナーリード間を電気的に接続する
ワイヤボンディングとを有し、該半導体素子とリードフ
レームの一部を樹脂封止する樹脂封止型半導体装置にお
いて、上記半導体素子をダイパッド部に固着する接着剤
層は、硬化剤として室温において液状である下記化１に
示されるフェノール化合物を必須成分として含むエポキ
シ樹脂組成物からなることを特徴とする樹脂封止型半導
体装置。 【化１】 （但し、・Ｒ：−ＣＨ2 −，−（ＣＨ2 ）2 −，Ｃ（Ｃ
Ｈ3 ）2 −，−ＣＨ（ＣＨ3 ）− ・ｎ及びｍは、それぞれ０又は１。 但し、ｎ＝０かつｍ＝１である化合物を含み、ヒドロキ
シル基（−ＯＨ基）の総和に対するアリル基（−ＣＨ2
−ＣＨ＝ＣＨ2 基）の総和の比が０．１〜０．９の範囲
にあること。） - 【請求項２】 上記接着剤層は、吐出時の粘度が６０℃
以下室温領域において３，０００ポイズ以下の無溶剤型
のペースト状接着剤からなることを特徴とする請求項１
記載の樹脂封止型半導体装置。 - 【請求項３】 上記接着剤層は、厚さ調整剤（スペーサ
ー）として粒径が５から５０μｍの範囲で、実質的に同
一粒径を有する無機又は有機の球状粒子を含有すること
を特徴とする請求項１又は２に記載の樹脂封止型半導体
装置。 - 【請求項４】 樹脂封止された半導体装置が、厚さが１
ｍｍ以下の表面実装型のパッケージ構造を有することを
特徴とする請求項１に記載の樹脂封止型半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4326238A JPH06151478A (ja) | 1992-11-12 | 1992-11-12 | 樹脂封止型半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4326238A JPH06151478A (ja) | 1992-11-12 | 1992-11-12 | 樹脂封止型半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06151478A true JPH06151478A (ja) | 1994-05-31 |
Family
ID=18185539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4326238A Pending JPH06151478A (ja) | 1992-11-12 | 1992-11-12 | 樹脂封止型半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06151478A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6717242B2 (en) | 1995-07-06 | 2004-04-06 | Hitachi Chemical Company, Ltd. | Semiconductor device and process for fabrication thereof |
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1992
- 1992-11-12 JP JP4326238A patent/JPH06151478A/ja active Pending
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