JPH08111477A

JPH08111477A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH08111477A
Application number: JP24403394A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Ikemura; 和弘池村; Shinya Akizuki; 伸也秋月; Shinichiro Shudo; 伸一朗首藤; Makoto Kuwamura; 誠桑村; Takashi Fukushima; 喬福島; Tatsushi Ito; 達志伊藤
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1994-10-07
Filing date: 1994-10-07
Publication date: 1996-04-30

Abstract

(57)【要約】【目的】封止樹脂と基板との密着性の向上により、耐湿
信頼性に優れた半導体装置を提供する。【構成】複数の導体回路１が形成され、かつ、半導体素
子４が搭載された半導体素子搭載基板２の、上記導体回
路１を含む基板２面に、半田レジスト層を介さず、直
接、封止樹脂層５が形成された半導体装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、信頼性に優れた樹脂
封止型半導体装置に関し、封止樹脂と基板の界面に発生
する応力から生起する剥離を低減し、界面密着力の高い
耐湿信頼性に優れた樹脂封止型半導体装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体市場におけるパッケージン
グ技術は、年々より複雑になる傾向にある。従来のプラ
スチックパッケージにおいては、デュアルインラインパ
ッケージ（ＤＩＰ）が広く用いられている。そして、こ
こ数年の間に、上記ＤＩＰの他に、プラスチックリード
付きチップキャリア（ＰＬＣＣ），４方向フラットパッ
ケージ（ＱＦＰ），薄型４方向フラットパッケージ（Ｔ
ＱＦＰ），薄型スモールアウトラインパッケージ（ＴＳ
ＯＰ）等の表面実装用のパッケージが広く用いられるよ
うになってきた。さらに、最近の高Ｉ／Ｏ（入出力）
化，電気特性の向上、また、実装性の容易さ等の観点か
ら、基板にＩＣを実装し、このＩＣ実装面の片面側のみ
を樹脂でモールドした構造のボールグリッドアレイ（Ｂ
ＧＡ）や、樹脂基板をパッケージ中に埋め込んだ構造を
有するマルチチップモジュラス（ＭＣＭ）に代表される
新たな構造を有するパッケージが市場に広がりつつあ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような新たな構造
を有するパッケージにおいては、その構造上の特徴によ
り、封止樹脂と基板表面との間にストレスが発生し、こ
のストレスによって引き起こされる剥離が問題となって
いる。このように、剥離が生起すると、この剥離部分か
ら水分が浸入して、耐湿信頼性をはじめとする諸信頼性
が低下するという問題が生じる。

【０００４】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、封止樹脂と基板との密着性の向上により、耐
湿信頼性に優れた半導体装置の提供をその目的とする。

【０００５】

【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、導体回路が形成された半
導体素子搭載基板と、この基板の導体回路形成面に搭載
された半導体素子と、この半導体素子搭載面を封止した
封止樹脂層とを備えた半導体装置であって、上記封止樹
脂層が、導体回路を含む基板面に、半田レジスト層を介
さず、直接、形成されているという構成をとる。

【０００６】

【作用】本発明者らは、耐湿信頼性に優れた樹脂封止型
の半導体装置を得るために一連の研究を重ねた。そし
て、耐湿信頼性低下の原因である、封止樹脂と基板との
界面剥離現象を中心に研究を重ねた結果、つぎのような
ことが原因であることを突き止めた。すなわち、従来の
パッケージでは、一般に、図２に示すように、導体回路
１が形成された半導体素子搭載基板２面には、導体回路
１を被覆するように半田レジスト層３が形成されてい
る。この導体回路１を被覆する半田レジスト層３と、搭
載された半導体素子４を封止するように、封止樹脂層５
が形成されている。そして、この封止樹脂層５と半田レ
ジスト層３とが接着性に劣るため、上記両者の界面でス
トレスが発生すると、剥離現象が生起して、水分の浸入
による耐湿信頼性の低下が生ずるのである。そこで、上
記半田レジスト層３を除去する、もしくは最初から半田
レジスト層３を形成しない導体回路を含む基板に、直
接、封止樹脂層を形成すると、上記基板と封止樹脂層と
は密着性に優れており、その結果、基板と封止樹脂層と
の界面でストレスが発生しても、剥離が抑制されて、耐
湿信頼性が向上することを見出しこの発明に到達した。

【０００７】つぎに、この発明を詳しく説明する。

【０００８】この発明の半導体装置の基本的な構成は、
つぎのようになる。すなわち、図１に示すように、半導
体素子搭載基板２面に複数の導体回路１が形成されてい
る。そして、上記導体回路１が形成された基板２面に、
直接、封止樹脂層５が形成されている。図において、４
は半導体素子である。

【０００９】上記半導体素子搭載基板２としては、特に
限定するものではなく従来公知のものが用いられ、例え
ば、プラスチック製基板があげられる。特に、耐熱性
（高温）という観点から、ＢＴ（ビスマレイミドトリア
ジン／ガラスクロス基板）レジンが好適に用いられる。

【００１０】上記半導体素子搭載基板２面に形成された
導体回路１は、例えば、上記基板２にラミネートされた
金属箔を、所望の設計通りにエッチング除去することに
より形成される。上記ラミネートされる金属箔として
は、通常、銅箔があげられる。また、上記エッチング除
去法としては、一般に、回路形成で行われる、塩化第二
銅液，塩化第二鉄液等を用いたウエットエッチング法等
があげられる。

【００１１】上記導体回路１を含む基板２に、直接形成
される封止樹脂層５の形成材料としては、特に限定する
ものではなく従来公知の封止用樹脂組成物が用いられ
る。

【００１２】上記封止用樹脂組成物としては、例えば、
エポキシ樹脂と、フェノール樹脂を主成分とするものが
あげられる。このような封止用樹脂組成物は、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。

【００１３】上記エポキシ樹脂としては、特に限定する
ものではなく、一分子中に２個以上のエポキシ基を含有
するエポキシ樹脂であればいかなるエポキシ樹脂を用い
てもよい。例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂，
ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂，クレゾールノボラッ
ク型エポキシ樹脂，ビフェニル型エポキシ樹脂等の種々
のエポキシ樹脂があげられる。これらは単独でもしくは
２種以上併せて用いられる。

【００１４】上記フェノール樹脂としては、特に限定す
るものではなくエポキシ樹脂の硬化剤として作用する従
来公知のものがあげられる。例えば、フェノールノボラ
ック樹脂，クレゾールノボラック樹脂等があげられる。
なかでも、フェノールノボラック樹脂を用いることが好
ましい。

【００１５】そして、上記エポキシ樹脂とフェノール樹
脂の配合割合は、エポキシ樹脂中のエポキシ基１当量に
対してフェノール樹脂中の水酸基当量を０．６〜１．５
の範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは０．
８〜１．２である。

【００１６】この封止用エポキシ樹脂組成物には、上記
エポキシ樹脂およびフェノール樹脂以外に、必要に応じ
て、無機質充填剤，硬化促進剤，難燃剤，難燃助剤，シ
ランカップリング剤等のカップリング剤，離型剤，顔
料，低応力化剤等を適宜に配合することができる。

【００１７】上記無機質充填剤としては、溶融あるいは
粉砕シリカ粉末，タルク，ケイ砂，炭酸カルシウム，ア
ルミナ粉末等があげられる。特にシリカ粉末を用いるの
が好ましい。上記無機質充填剤の配合量は、エポキシ樹
脂組成物全体の５０〜９５重量％（以下「％」と略す）
の範囲に設定することが好ましい。特に好ましくは８０
〜９５％である。

【００１８】また、上記硬化促進剤としては、リン系化
合物，従来公知の三級アミン，四級アンモニウム塩，イ
ミダゾール類，ホウ素化合物等があげられる。

【００１９】上記難燃剤としては、ブロム化エポキシ樹
脂があげられる。

【００２０】上記難燃助剤としては、三酸化アンチモン
があげられる。

【００２１】上記離型剤としては、モンタン酸，ステア
リン酸およびその金属塩、ポリエチレン系カルナバワッ
クス等の従来公知のものがあげられる。

【００２２】上記顔料としては、カーボンブラック，ベ
ンガラ，酸化チタン，酸化クロム，シアニンブルー，シ
アニングリーン等があげられる。

【００２３】上記低応力化剤としては、オレフィン系ゴ
ム、ジメチルポリシロキサン系等のシリコーン化合物等
があげられる。

【００２４】この封止用エポキシ樹脂組成物は、例え
ば、上記各成分を配合してミキシングロール機等で混練
する。ついで、冷却した後、粉砕し、さらに必要に応じ
て打錠することにより製造することができる。

【００２５】この発明の半導体装置は、半導体素子が搭
載され、複数の導体回路が形成された半導体素子搭載基
板の、導体回路形成面側を樹脂封止することにより得ら
れる。上記封止方法としては、特に限定するものではな
く、例えば、封止用エポキシ樹脂組成物を用い公知のト
ランスファー成形等による封止方法があげられる。

【００２６】このようにして得られる半導体装置は、図
１に示すように、複数の導体回路１が形成され、かつ、
半導体素子４が搭載された半導体素子搭載基板２の、上
記導体回路１を含む基板２面に、直接、封止樹脂層５が
形成された構成をとる。すなわち、従来の半導体装置で
は、図２に示すように、導体回路１を被覆する半田レジ
スト層３が形成されており、この半田レジスト層３と封
止樹脂層５との界面に発生するストレスによって剥離現
象が生起していた。しかし、この発明では、基板２面
に、半田レジスト層３を介さずに、直接、封止樹脂層５
が形成されており、両者間の高い密着力によって界面で
のストレスによる剥離の発生が抑制されることとなる。

【００２７】なお、この発明の半導体装置において、上
記半田レジスト層３は、最初から形成せずに半導体装置
を作製してもよいし、また、半田レジスト層３を形成し
た後、樹脂封止の前に、上記半田レジスト層３を除去
し、その後、樹脂封止して半導体装置を作製してもよ
い。上記半田レジスト層３を除去する方法としては、例
えば、機械研磨，有機溶剤除去等の方法があげられる。

【００２８】この発明の半導体装置としては、特に、図
３に示すような片面封止型の半導体装置があげられる。
この半導体装置は、回路が形成されたＢＴ（ビスマレイ
ミドトリアジン／ガラスクロス基板）レジンやヒートシ
ンク等の半導体素子搭載基板１０上に半導体素子１２を
直接搭載し固定して、この半導体素子搭載基板側を樹脂
封止したものである。図３において、１３は封止樹脂、
１４はボンディングワイヤー、１５は半田端子である。

【００２９】半導体素子搭載基板１０として、上記ＢＴ
レジンのような繊維補強板を用いた場合には、図３に示
すように、その繊維補強板１０の面積は、１００〜１０
０００ｍｍ²が好ましく、特に６２５〜３６００ｍｍ²
が好ましい（方形の場合は正方形が好ましい）。また、
繊維補強板１０の厚みｂは０．０５〜３ｍｍが好まし
く、特に０．１〜０．６ｍｍが好ましい。このときの、
封止樹脂１３の占有面積（半導体素子１２底面を含む封
止樹脂１３の底面積）は、１００〜１００００ｍｍ²が
好ましく、特に６２５〜３６００ｍｍ²が好ましい（方
形の場合は正方形が好ましい）。また、封止樹脂１３の
厚みａは０．２〜３ｍｍが好ましく、特に０．２〜１．
４ｍｍが好ましい。

【００３０】また、半導体素子搭載基板１０がヒートシ
ンクの場合は、一般に、図４に示す断面形状となる。そ
して、ヒートシンク（銅，アルミニウム等の金属板）６
の面積は、１００〜１００００ｍｍ²が好ましい（方形
の場合は正方形が好ましい）。また、ヒートシンク６の
厚みｄは０．０５〜３ｍｍが好ましい。このときの、封
止樹脂１３ｂの占有面積（ヒートシンク６底面を含む封
止樹脂１３ｂの底面積）は、１００〜１４４００ｍｍ²
が好ましい（方形の場合は正方形が好ましい）。そし
て、封止樹脂１３ｂの厚みｃは０．２５〜４ｍｍが好ま
しく、特に０．８〜３ｍｍが好ましい。図において、２
ｂは半導体素子である。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、この発明の半導体装置
は、封止樹脂層が、導体回路が形成された半導体素子搭
載基板面に、半田レジスト層を介さず、直接、形成され
ている。このため、上記基板と封止樹脂層とが直接密着
し、両者の密着力が向上して、封止樹脂層との界面で発
生するストレスに起因した剥離が抑制される。すなわ
ち、従来のように、基板と封止樹脂層の間に半田レジス
ト層が介在することによる密着性の低下から、半田レジ
スト層と封止樹脂との界面でストレスによる剥離現象が
生起し、その結果、水分等が浸入して耐湿性に劣るとい
う問題が解決される。したがって、上記両者の界面の密
着力の向上により、耐湿信頼性に優れたものとなる。こ
のように、この発明の半導体装置は、特に、最近、その
使用が広がりつつあるＢＧＡやＭＣＭ等の構造を有する
パッケージにおいて有用である。

【００３２】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。

【００３３】実施例に先立って、下記に示す材料および
方法等により回路形成済半導体素子搭載基板を準備し
た。

【００３４】〔半導体素子搭載基板〕基板Ａ：１／２Ｏｚ銅張りビスマレイミドトリアジン／
ガラスクロス基板（厚み０．４ｍｍ）。基板Ｂ：１／２Ｏｚ銅張りガラスエポキシ樹脂基板（厚
み０．４ｍｍ）。

【００３５】〔導体回路形成のためのエッチング方
法〕エッチングＣ：塩化第二銅液を用いたエッチング。エッチングＤ：塩化第二鉄液を用いたエッチング。

【００３６】〔基板面の半田レジスト層の有無〕レジストＥ：封止樹脂形成面に半田レジスト層無し。レジストＦ：封止樹脂形成面にエポキシ樹脂系半田レジ
スト層有り。

【００３７】〔封止用エポキシ樹脂組成物の作製〕ついで、下記の表１に示す各成分を、同表に示す割合で
配合し、ミキシングロール機（温度９０〜１２０℃）で
混練して冷却した後、粉砕することにより粉末状の封止
用エポキシ樹脂組成物ａ〜ｃを得た。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【実施例１〜７、比較例１〜６】そして、下記の表２お
よび表３に示す各材料および方法等による回路形成済半
導体素子搭載基板、ならびに封止用エポキシ樹脂組成物
を用いて、トランスファー成形（条件：トランスファー
圧力９０ｋｇ／ｃｍ²、成形温度×成形時間１７５℃×
１５０秒）により、半導体素子（チップサイズ：１２ｍ
ｍ×１２ｍｍ×厚み３７０μｍ）を搭載した図１（実施
例品）または図２（比較例品）に示す構造の半導体装置
を作製した。

【００４０】

【表２】

【００４１】

【表３】

【００４２】このようにして得られた実施例品および比
較例品の半導体装置を用いて、基板と封止樹脂層の間の
１０ｍｍ²の剪断接着力、および耐湿信頼性を測定し評
価した。その結果を下記の表４および表５に示す。

【００４３】〔剪断接着力〕トランスファー成形（成形
条件：圧力９０ｋｇ／ｃｍ²、成形温度×成形時間１７
５℃×１５０秒）により、図５（Ａ）に示すように、半
導体素子搭載基板１６上に、円錐台形状の樹脂硬化体１
７を搭載したものを作製した。そして、図５（Ｂ）に示
すように、測定温度が常温（２５℃）で、矢印方向（測
定スピード：５ｍｍ／ｍｉｎ）に荷重を加えた際の接着
力を測定した。なお、半導体素子搭載基板１６と樹脂硬
化体１７の接着面積は１０ｍｍ²であった。

【００４４】〔耐湿信頼性〕プレッシャークッカーテス
ト（ＰＣＴテスト）の１２１℃×２ａｔｍ×１００％Ｒ
Ｈの条件下で放置して腐食による断線不良が発生した時
間を測定した。

【００４５】

【表４】

【００４６】

【表５】

【００４７】上記表４および表５の結果から、各実施例
品は全て、比較例品に比べて、接着力が高いことがわか
る。しかも、耐湿信頼性試験において、腐食による断線
不良の発生時間が、比較例品は１００時間以内と短いの
に対し、実施例品は短くても６００時間、優れたもので
は７００時間を超えた結果が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の半導体装置の構成を示す断面図であ
る。

【図２】従来の半導体装置の構成を示す断面図である。

【図３】この発明の半導体装置の一例である片面樹脂封
止型パッケージを示す断面図である。

【図４】この発明の半導体装置の他の例である片面樹脂
封止型パッケージを示す断面図である。

【図５】（Ａ）は剪断接着力測定用の一体成形物を示す
斜視図であり、（Ｂ）は測定方法を示す説明図である。

【符号の説明】

１導体回路２半導体素子搭載基板４半導体素子５封止樹脂層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者桑村誠大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号日東電工株式会社内 (72)発明者福島喬大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号日東電工株式会社内 (72)発明者伊藤達志大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号日東電工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導体回路が形成された半導体素子搭載基
板と、この基板の導体回路形成面に搭載された半導体素
子と、この半導体素子搭載面を封止した封止樹脂層とを
備えた半導体装置であって、上記封止樹脂層が、導体回
路を含む基板面に、半田レジスト層を介さず、直接、形
成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】導体回路が形成された半導体素子搭載基
板が、銅箔ラミネートのプラスチック基板をエッチング
処理することより、銅製の回路を形成したものである請
求項１記載の半導体装置。
【請求項３】半導体素子搭載基板が、ビスマレイミド
トリアジン基板であり、封止樹脂が、エポキシ樹脂およ
びフェノール樹脂を主成分とする樹脂硬化体である請求
項１または２記載の半導体装置。