JPH08188638A

JPH08188638A - 樹脂封止型半導体装置並びにその製造方法

Info

Publication number: JPH08188638A
Application number: JP238795A
Authority: JP
Inventors: Kuniyuki Eguchi; 州志江口; Akira Nagai; 永井　　晃; Yasuhide Sugawara; 泰英菅原; Toshiaki Ishii; 利昭石井; Hiroyoshi Kokado; 博義小角; Akira Mogi; 亮茂木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-01-11
Filing date: 1995-01-11
Publication date: 1996-07-23

Abstract

(57)【要約】【目的】リン原子を含むエポキシ樹脂を用いることによ
って取扱いや廃棄において安全性を高めるとともに、成
形性や各種信頼性においても優れた特性を有する難燃性
の樹脂封止型半導体装置を提供することにある。【構成】半導体素子を樹脂組成物で封止する半導体装置
において、樹脂組成物がハロゲンとアンチモン化合物の
非含有であり、代わりに半導体装置の難燃性を付与する
ためにリン化合物を含有し、かつリン原子の含有量が樹
脂組成物の全量に対して０.４〜２.５重量％であること
を特徴とする樹脂封止型半導体装置。【効果】樹脂組成物の流動性，硬化性並びに硬化物物性
がすぐれており、しかも成形性において問題ない。ま
た、半導体装置は温度サイクル性，耐はんだリフロー
性，耐湿性などの他の各種信頼性においても良好な特性
を示す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はリン原子を含むエポキシ
樹脂を配合した樹脂組成物によって封止することによ
り、取扱いや廃棄において安全性を高めるとともに、成
形性と各種信頼性を同時に満足できる樹脂封止型半導体
装置とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】トランジスタ，ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体
素子は、量産性の点からプラスチックパッケージを用い
た樹脂封止が主流となっている。半導体封止材料として
は特にエポキシ樹脂とフェノール樹脂硬化剤に硬化促進
剤を配合した組成物が、成形性，吸湿特性および耐熱性
の点で優れるため用いられている。さらに半導体封止材
料には半導体装置の火災時の燃焼防止と煙の発生を抑止
するため、難燃性を付与しなければならない。この目的
のために、封止材料には一般に臭素化エポキシ樹脂と難
燃助剤としてアンチモン化合物が配合されている。

【０００３】しかしながら近年、封止材料に含まれる臭
素化エポキシ樹脂とアンチモン化合物が半導体装置の信
頼性や取扱上での安全性において大きな問題となってい
る。半導体の信頼性においては、高温放置信頼性に大き
な影響を与えることが明らかとなっている。金ワイヤと
半導体素子のアルミ配線パッドとの接合が高温になる
と、臭素化エポキシ樹脂中の臭素の脱離によって腐食が
促進され、断線に至る問題である。特に、自動車のエン
ジンルーム内や高温雰囲気下で用いる電気機器内の半導
体装置ではこの問題が顕著になっている。

【０００４】さらに、ハロゲンとアンチモンの環境に与
える影響も無視することができなくなっている。封止材
料で封止された半導体装置が火災等によって燃焼した時
の発生ガスの毒性や廃棄時の燃焼における発生ガスによ
る焼却設備の破損が問題となる可能性が大きい。このよ
うな理由から、非ハロゲン，非アンチモンでしかも難燃
性を有する半導体封止材料が強く望まれていた。

【０００５】ハロゲンとアンチモンの代わりの難燃剤と
しては従来からリン系化合物並びに水酸化アルミニウム
や水酸化マグネシウムなどの金属水和物が知られてい
る。リン系化合物としては特開平6−25506号公報に難燃
性樹脂組成物への赤リンの添加が述べられている。ま
た、特開昭61−143465号公報，特開平4−11662号公報，
特開平5−230340号公報，特開平5−214068号公報並びに
特開平6−80765号公報には有機リン化合物を配合した難
燃性エポキシ樹脂組成物が記載されており、リン含有エ
ポキシ樹脂またはエポキシ樹脂のリン含有樹脂硬化剤と
しての用途が示されている。金属水和物については特開
平5−320482 号公報にエポキシ樹脂組成物への水酸化ア
ルミニウムの配合が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は樹脂組
成物の難燃性付与には効果があるものの、これらの樹脂
組成物を半導体封止材料として用いるためには成形性と
信頼性の点で改良が必要である。すなわち、リン化合物
並びに金属水和物は親水性であるために、これらを配合
した樹脂組成物は硬化物の吸湿率が大きくなり、耐湿信
頼性や耐はんだリフロー性が低下する。吸湿率を小さく
するためにリン化合物並びに金属水和物の配合量を減ら
す場合は、難燃性のレベルを維持するためにハロゲンと
アンチモン化合物の添加が必要となる。また、ベース樹
脂と反応しない添加型のリン化合物では樹脂硬化物の耐
熱性が低下する。水酸化アルミニウムや水酸化マグネシ
ウムなどの金属水和物は線膨張係数が大きいため、半導
体封止材料で用いている溶融石英フィラの代わりとして
使用することができない。これらの配合は封止材料の粘
度上昇を招くため、配合できる量に限界がある。そのた
め、金属水和物単独では樹脂組成物に難燃性を付与する
ことができない。以上の理由から、樹脂組成物に難燃性
を付与できる方法は従来から示されているが、半導体封
止材料として具体的に適用できるものはなかった。

【０００７】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、非ハロゲン，非
アンチモンの新難燃化手法を用いることによって取扱い
や廃棄において安全性を高めるとともに、成形性と各種
信頼性においても優れた特性を有する樹脂封止型半導体
装置とその製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者等は、ハロゲン，アンチモン化合物以外の
難燃化方法において、樹脂組成物の低粘度化と樹脂硬化
物の低吸湿化を同時に図ることができる方法について検
討した。その結果、難燃化方法としてリン化合物の配合
に着目し、しかも樹脂組成物中のリン原子含有量と無機
フィラの配合量をある範囲に規定することによって半導
体封止材料としての難燃性付与と低粘度，低吸湿性を図
ることができることを見出し本発明に至った。

【０００９】さらに、樹脂組成物として無機充填剤を有
するエポキシ樹脂組成物を用い、同時に反応性リン化合
物を併用すれば、リン化合物がエポキシ樹脂または硬化
剤の全部または一部として使えるため、樹脂組成物の粘
度上昇を抑える効果がある。また、反応性リン化合物を
用いれば、樹脂組成物の反応性が向上するため加熱成形
後の金型離形性が良くなると共に、リン元素が樹脂架橋
構造中にも取り込まれるため耐熱性の維持と低吸湿化に
対しても効果がある。

【００１０】すなわち、本発明の樹脂封止型半導体は、
ハロゲン化合物とアンチモン化合物の非含有であり、代
わりに半導体装置の難燃性を付与するためにリン化合物
を含有し、かつリン原子の含有量と無機充填剤の配合量
がそれぞれリン原子含有量：樹脂組成物の全量に対して０.４〜１.
５重量％、かつ樹脂組成物の無機充填剤を除いた全樹脂
量に対して２.５〜５.５重量％無機充填剤の配合量：樹脂組成物に対して５８〜８５容
量％である樹脂組成物によって封止したことを特徴とする樹
脂封止型半導体である。さらに、本発明の樹脂封止型半
導体は、ハロゲン化合物とアンチモン化合物の非含有で
あり、代わりに半導体装置の難燃性を付与するために反
応性の官能基を有するリン化合物を含有し、かつリン原
子の含有量と無機フィラの配合量がそれぞれリン原子含有量：樹脂組成物の全量に対して０.４〜１.
５重量％、かつ樹脂組成物の無機充填剤を除いた全樹脂
量に対して２.５〜５.５重量％無機充填剤の配合量：樹脂組成物に対して５８〜８５容
量％であるエポキシ樹脂組成物によって封止したことを特徴
とする樹脂封止型半導体である。

【００１１】本発明において用いるリン化合物としては
耐熱性の維持並びに樹脂硬化物の吸湿率上昇を抑えるた
めに、エポキシ樹脂組成物と反応する官能基を有するこ
とが好ましい。分子中に導入する官能基としてはエポキ
シ基，アミノ基，カルボキシル基，水酸基，不飽和二重
結合を有するビニル基やアリル基などがあるが、アミノ
基，カルボキシル基では樹脂硬化物の吸湿率の上昇が大
きくなり、また、アルコール性水酸基では反応性が低下
するため、本発明ではエポキシ基，フェノール性水酸
基，不飽和二重結合を有するリン化合物が用いられる。

【００１２】本発明において用いるエポキシ基を有する
リン化合物としては、例えば、特開平5−214068 号公報
に記載のジフェニルホスフィニルハイドロキノンとエピ
クロルヒドリンとを反応して得られるリン含有エポキシ
樹脂，特開平4−11662号公報に記載のリン化合物とエピ
クロルヒドリンとを反応させて得られる一般式（Ｉ）で
表されるエポキシ樹脂、

【００１３】

【化２１】

【００１４】（式中、Ｒ₁およびＲ₂は水素，アルキル基
を表し、ｎは０〜７の整数を表す。）またはジフェニルホスフィンオキシドと１，４−ナフト
キノンとを反応させて得られる化合物をエピクロルヒド
リンとの反応によって得られる一般式（II）で表される
エポキシ樹脂などが挙げられる。

【００１５】

【化２２】

【００１６】（式中、Ｒ₁およびＲ₂は水素，アルキル基
を表し、ｎは０〜７の整数を表す。）本発明では、これらエポキシ基を含むリン化合物をそれ
ぞれ単独または２種以上併用して用いることができる。

【００１７】本発明で用いるフェノール性水酸基を有す
るリン化合物としては、例えば、特開平5−214068 号公
報に記載のジフェニルホスフィニルハイドロキノン，特
開平4−11662号公報に記載のフェノール性水酸基を有す
るリン化合物，ジフェニルホスフィンオキシドと１，４
−ナフトキノンを反応させて得られる一般式(III）で表
されるリン化合物などが挙げられる。

【００１８】

【化２３】

【００１９】（式中、Ｒ₁およびＲ₂は水素，アルキル基
を表す。）本発明では、これらフェノール性水酸基を含むリン化合
物をそれぞれ単独または２種以上を併用して用いること
ができる。

【００２０】本発明で用いる二重結合を有するリン化合
物としては、一般式（IV),（Ｖ）で表される化学構造を
有するものが挙げられる。

【００２１】

【化２４】

【００２２】（式中、Ｒ₃およびＲ₄はアルキル基，フェ
ニル基，置換フェニル基を表し、Ｘは二重結合を有する
脂肪族または二重結合を有する脂肪族と芳香族とからな
る骨格からなる基を表す。）

【００２３】

【化２５】

【００２４】（式中、Ｒ₅はアルキル基，フェニル基，
置換フェニル基を表し、Ｘ₁およびＸ₂は二重結合を有す
る脂肪族または二重結合を有する脂肪族と芳香族とから
なる骨格からなる基を表す。）これらの化学構造を有する化合物としては、例えば、モ
ノまたはジアリルフェニルホスホネート，モノまたはジ
メタクリレートフェニルホスホネート，モノまたはジア
クリレートフェニルホスホネートなどが挙げられるが、
これらは単独または２種以上を併用して用いることがで
きる。また、これらのリン化合物をエポキシ樹脂組成物
と反応させる場合には、例えば、アリル核置換のクレゾ
ールノボラック型またはビスフェノールＡ，Ｆ型エポキ
シ樹脂またはアリル核置換のクレゾールノボラック型ま
たはビスフェノールＡ，Ｆ型の樹脂硬化剤を樹脂組成物
に配合させる必要がある。

【００２５】本発明においては、エポキシ基を含むリン
化合物またはフェノール性水酸基を有するリン化合物を
以下のようにして得ることも可能である。すなわち、エ
ポキシ基を含むリン化合物の場合は、エポキシ樹脂とフ
ェノール性水酸基を有するリン化合物またはリン酸とを
エポキシ基１モル当たり、リン化合物のフェノール性水
酸基またはリン酸０.０５〜０.５モルを予備反応させて
得られるリン化合物である。また、フェノール性水酸基
を有するリン化合物を得るためには、逆にエポキシ樹脂
とフェノール性水酸基を有するリン化合物とをリン化合
物のフェノール性水酸基１モル当たり、エポキシ基０.
２〜０.７モルを予備反応させることができる。これら
の反応は配合量の多い樹脂を１００℃以上であらかじめ
溶融した後、その樹脂中にもう一方の樹脂を徐々に添加
することによって行うことができる。必要に応じて、溶
媒を用いて溶媒中で反応を行わせた後、溶媒を除去して
得ることも可能である。これらの反応は無触媒または必
要に応じて、反応を促進させるための硬化促進剤を用い
ることができる。

【００２６】本発明における半導体装置用の樹脂組成物
では、成形性と信頼性の点からエポキシ樹脂組成物が用
いられる。かかるエポキシ樹脂組成物はエポキシ樹脂，
硬化剤，硬化促進剤，無機フィラ，可とう化剤，カップ
リング剤並びに離型剤，着色剤などの各種添加剤から構
成される。

【００２７】本発明で用いるエポキシ樹脂としては半導
体封止材料で通常使用されているエポキシ樹脂、例え
ば、フェノールノボラック型エポキシ樹脂，クレゾール
ノボラック型エポキシ樹脂やビスフェノールＡ，ビスフ
ェノールＦ、及びビスフェノールＳ型エポキシ樹脂など
のビスフェノール類エポキシ樹脂，フェノールまたはク
レゾールベースの３官能以上の多官能エポキシ樹脂，ビ
フェニル骨格，ナフタレン骨格、またはジシクロペンタ
ジエン骨格を有する２官能または３官能以上のエポキシ
樹脂などが挙げられるが、これらのエポキシ樹脂を単独
または２種以上併用して用いることができる。これらの
エポキシ樹脂は樹脂組成物のリン元素含有量に応じて、
前記のエポキシ基を有するリン化合物と併用して用いる
こともできる。

【００２８】硬化剤においても半導体封止材料で通常用
いられるフェノール樹脂硬化剤、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，フェノール
又はクレゾールベースの３官能型硬化剤，フェノールと
アラルキルエーテル重縮合物による硬化剤，ナフタレン
骨格、またはジシクロペンタジエン骨格を有するフェノ
ール樹脂硬化剤を単独または２種以上併用して用いるこ
とができる。これらの樹脂硬化剤は樹脂組成物のリン元
素含有量に応じて、前記のフェノール性水酸基を有する
リン化合物と併用して用いることもできる。

【００２９】また、硬化促進剤としては、トリフェニル
ホスフィン，テトラフェニルホスホニウムテトラフェニ
ルボレートなどの含燐有機塩基性化合物又はこれらのテ
トラ置換ボロン塩，トリエチレンジアミン，ベンジルジ
メチルアミンなどの３級アミン、１，８−ジアザビシク
ロ（５，４，０）−ウンデセン，イミダゾールなどの少
なくとも１種類が挙げられる。

【００３０】本発明の半導体封止用として用いる樹脂組
成物において、フェノール樹脂硬化剤の配合はエポキシ
樹脂に対して０.５〜１.５当量が望ましい。硬化剤の配
合量がエポキシ樹脂に対して０.５当量未満であると、
エポキシ樹脂の硬化が完全に行われないため、硬化物の
耐熱性，耐湿性並びに電気特性が劣り、１.５当量を超
えると、逆に樹脂硬化後も硬化剤が有する水酸基が多量
に残るために電気特性並びに耐湿性が悪くなる。また、
反応後得られるグリシジルエーテル変性のフェノール性
水酸基を含むリン化合物の中に未反応のエポキシ樹脂が
残っている場合には、新たに配合するエポキシ樹脂の量
を前記の当量割合に合うように調整して加える必要があ
る。同様に、反応後得られるグリシジルエーテル変性の
フェノール性水酸基を含むリン化合物の中に未反応のフ
ェノール性水酸基が残っている場合にも、新たに配合す
る樹脂硬化剤の量を前記の当量割合に合うように調整し
て加える必要がある。

【００３１】本発明において樹脂封止型半導体装置用と
して用いる樹脂組成物には、必要に応じ、無機充填剤を
配合する。無機充填剤は硬化物の熱膨張係数や熱伝導
率，弾性率などの改良を目的に添加するものである。無
機充填剤としては種々の化合物が挙げられるが、電子部
品には熱化学的に安定な充填剤を用いることが重要であ
り、具体的には熔融シリカ，結晶性シリカ，アルミナか
ら選ばれる少なくとも１種の無機粒子が望ましい。これ
らの充填剤の平均粒径は１〜３０μｍの範囲が望まし
く、平均粒径が１μｍ未満では樹脂組成物の粘度が上昇
するため流動性が著しく低下し、又、３０μｍを超える
と成形時に樹脂成分と充填剤の分離が起きやすく硬化物
が不均一になるため硬化物物性にばらつきが生じたり、
狭い隙間への充填性が悪くなる。無機充填剤の形状とし
ては球形または角形があるが、それらを単独でまたは併
用して用いることができる。

【００３２】さらに、本発明ではこの他必要に応じて、
樹脂組成物として硬化物の強靱性や低弾性率化のための
可とう化剤を用いることができる。可とう化剤の配合量
は全樹脂組成物に対し２〜２０重量％であることが好ま
しい。可とう化剤の配合量が２重量％未満では硬化物の
強靱性や低弾性率化に対してほとんど効果がなく、２０
重量％を超えると樹脂組成物の流動性が極端に悪くなっ
たり、可とう化剤が樹脂硬化物表面に浮きでることによ
って、成形用金型の汚れが顕著になる。可とう化剤とし
てはエポキシ樹脂組成物と非相溶のものがガラス転移温
度を下げずに硬化物の低弾性率化ができることから、ブ
タジエン・アクリロニトリル系共重合体やそれらの末端
又は側鎖アミノ基，エポキシ基，カルボキシル基変性共
重合体やアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重
合体などのブタジエン系可とう化剤や末端又は側鎖アミ
ノ基，水酸基，エポキシ基，カルボキシル基変性シリコ
ーン樹脂系可とう化剤などが用いられるが、耐湿性や高
純度の点から、シリコーン系可とう化剤が特に有用であ
る。

【００３３】本発明の樹脂封止型半導体装置に用いる樹
脂組成物にはこの他必要に応じ、樹脂成分と充填剤の接
着性を高めるためのエポキシシラン，アミノシランなど
のカップリング剤，着色のための染料や顔料，硬化物の
金型からの離型性を改良するための離型剤などの各種添
加剤を発明の目的を損なわない範囲において用いること
ができる。

【００３４】本発明においては、半導体装置の難燃性付
与並びに耐湿性，耐はんだリフロー性などの樹脂硬化物
の吸湿率によって影響される信頼性が樹脂組成物中のリ
ン元素の含有量によって決定される。また、半導体装置
の難燃性付与と信頼性はエポキシ樹脂組成物中の非難燃
性の無機フィラの配合量によっても大きく影響される。
そのため、本発明では、リン元素の含有量をエポキシ樹
脂組成物並びに樹脂組成物から無機充填剤を除いた全樹
脂量の両方に対してそれぞれ規定する。さらに、樹脂組
成物については無機フィラの配合量も規定する必要があ
る。本発明では、リン元素の含有量が樹脂組成物の全量
に対して０.４〜１.５重量％、かつ樹脂組成物の無機充
填剤を除いた全樹脂量に対して２.５〜５.５重量％であ
り、無機フィラの配合量は樹脂組成物に対して５８〜８
５容量％が望ましい。リン元素の含有量が０.４重量％
未満では半導体装置の難燃性規格であるＵＬ−９４のＶ
−０を満足できなくなり、また、１.５重量％を超える
と、樹脂硬化物の吸湿率が大きくなり、耐湿性や耐はん
だリフロー性が大きく低下する。また、リン元素の含有
量が樹脂組成物に対して０.４重量％以上であっても、
無機充填剤を除いた全樹脂量に対して２.５重量％未満
の場合は無機充填量の配合量と樹脂の種類によってＵＬ
−９４規格のＶ−０を満足できない場合がある。リン元
素の含有量が無機充填剤を除いた全樹脂量に対して５.
５重量％を超える場合は、樹脂組成物中の樹脂成分だ
けに吸湿水分が偏在して、半導体装置の局所的な劣化を
促進する。無機フィラの配合量が５８容量％未満では樹
脂硬化物の吸湿率が大きくなり、耐湿性と耐はんだリフ
ロー性が悪くなるとともに、熱膨張係数も大きくなるた
め、大型の半導体装置では熱応力が大きくなり温度サイ
クル信頼性が低下する。また、難燃性においてもＵＬ−
９４規格のＶ−０を達成することが困難になる。一方、
無機フィラの配合量が８５容量％を超えると、樹脂組成
物の粘度が急激に上昇するため、流動性が低下し成形が
不可能となる。

【００３５】以上のような原材料を用いて半導体封止用
成形材料を作成する一般的な方法としては、所定配合量
の原材料混合物を十分混合した後、熱ロールや押出し機
などによって混練し、冷却，粉砕することによって成形
材料を得ることができる。このようにして得られた成形
材料を用いて半導体を封止する方法としては、低圧トラ
ンスファ成形法が通常用いられるが、場合によっては、
インジェクション成形，圧縮成形，注型などの方法によ
っても可能である。

【００３６】本発明のリン化合物を含有する樹脂組成物
で封止された半導体装置は、難燃性並びに温度サイクル
性（−５５℃〜１５０℃，１サイクル条件で１０００サ
イクル以上），耐湿性(６５℃／９５％ＲＨで１０００
時間以上)，耐はんだリフロー性(８５℃／８５％ＲＨ／
４８時間以上放置でクラック無し)，高温放置（１７５
℃１０００時間以上で導通不良無し）などの各種信頼性
の目標を満足させるため、樹脂組成物の加熱硬化物の特
性として線膨張係数が２.０×１０^-5／℃以下、ガラス
転移温度が１１０℃以上，飽和吸湿率が８５℃８５％Ｒ
Ｈの条件で０.８重量％以下，難燃性がＵＬ−９４規格
においてＶ−０を有することを特徴とする。前記のリン
元素の含有量と無機充填剤の配合量はこれらの特性を満
足するために必要な値である。

【００３７】次に本発明の前記リン化合物を含有する樹
脂組成物によって封止して得られる各種の樹脂封止型半
導体装置の製造方法を説明する。本発明の第１の製造方
法に基づく工程は図１に示すように、（ａ）半導体素子
をリードフレームのダイパッド上にＡｇ入りエポキシ接
着剤などの有機接着剤または鉛／錫はんだを用いて加熱
硬化または溶融させて半導体素子を搭載する工程、
（ｂ）金線ワイヤで半導体素子とインナリードを接合す
る工程、（ｃ）金型に挿入して前記のリン化合物を有す
る樹脂組成物を用いてトランスファ成形機で１７５℃９
０秒間加圧成形によってモールドを行う工程、から成
る。封止後の半導体装置は１７５℃５時間の後硬化を行
い、バリ取り工程，外装処理工程を経た後、リードフレ
ームのトリミング工程とフォーミング工程を通過して樹
脂封止型半導体装置を得る。本発明の第２の製造方法に
基づく工程は図２に示すようにリードオンチップ方式の
樹脂封止型半導体装置を得るためのものである。（ａ）
有機フィルム接着剤をあらかじめ張り合わせたリードフ
レームを用いて、半導体素子と加熱溶融硬化して接着す
る工程、（ｂ）金線ワイヤで半導体素子上の電極とイン
ナリードを接合する工程、（ｃ）金型に挿入して前記の
リン化合物を有する樹脂組成物を用いてトランスファ成
形機で１７５℃９０秒間加圧成形によってモールドを行
う工程、から成る。封止後の半導体装置は図１の製造方
法で説明した同じ工程を経て樹脂封止型半導体装置を得
ることができる。本発明の第３の製造方法に基づく工程
は図３に示すようにボールグリッドアレイの樹脂封止型
半導体装置を得るためのものである。（ａ）単層または
多層プリント配線基板の片側に半導体素子の搭載面を形
成し、その裏面にはんだボールブリッドアレイなどの外
部端子用実装面を形成する工程、（ｂ）回路パターンを
有する樹脂基板の上面に半導体素子の非能動面をエポキ
シ樹脂接着剤を用いて接着して半導体素子を搭載する工
程、（ｃ）半導体素子の能動面上の電極を樹脂基板の配
線パターンとワイヤボンデイングして電気的な接続をと
る工程、（ｄ）前記半導体素子を前記リン化合物を有す
る樹脂組成物を用いてトランスファ成形機で１７５℃９
０秒間加圧成形によって基板上面のモールドと１７５℃
５時間の後硬化を行う工程、（ｅ）樹脂基板の底面に外
部端子を設ける工程、から成る。

【００３８】

【作用】本発明の樹脂封止型半導体装置において非ハロ
ゲン，非アンチモンにおいても難燃性の付与と半導体装
置の信頼性が確保できるのは、封止用の樹脂組成物中に
リン化合物を含有し、しかも無機充填剤の樹脂組成物へ
の高充填化によるためである。さらに、本発明では樹脂
組成物に対するリン原子含有量，樹脂組成物から無機充
填剤を除いた全樹脂量に対するリン原子含有量並びに無
機充填剤の配合量をそれぞれ０.４重量％以上，２.５重
量％以上並びに５８容量％以上とすることによって難燃
性のＵＬ−９４規格を満足させることができ、さらに樹
脂組成物に対するリン原子含有量，樹脂組成物から無機
充填剤を除いた全樹脂量に対するリン原子含有量並びに
無機充填剤の配合量をそれぞれ２.５重量％以下，５.５
重量％以下並びに５８容量％以上と規定することによっ
て樹脂硬化物の吸湿率の上昇を防ぐことができる。本発
明において樹脂組成物の無機充填剤の配合量を８５容量
％以下に規定したのは粘度上昇による流動性の低下を抑
えるためである。

【００３９】本発明においては、エポキシ基，フェノー
ル性水酸基または二重結合を含む反応性のリン化合物を
用いることによって、リン化合物がエポキシ樹脂または
樹脂硬化剤の全部または一部として使えるため、樹脂硬
化物の粘度上昇を抑えることができ、成形性に優れる樹
脂組成物を得ることができる。また、前記のリン化合物
は樹脂硬化物の骨格中に導入されるため、耐熱性の向上
と吸湿率の低減に対しても効果がある。さらに、本発明
の樹脂封止型半導体では１５０℃以上の高温長時間にお
いてハロゲンの脱離が原因で発生する金ワイヤとアルミ
配線パッドとの接合の腐食の問題が起きないため、高温
放置信頼性にも優れる。

【００４０】本発明による樹脂組成物で封止した半導体
装置はハロゲンやアンチモン化合物を含まないため、火
災時に発生するガスの毒性には問題なく、しかも焼却時
の設備の破損も大幅に低減できるなど半導体装置として
の信頼性の確保の他に、取扱性においても優れる。

【００４１】

【実施例】以下、本発明について実施例に従い具体的に
説明する。

【００４２】エポキシ基を含むリン化合物（Ａ）の製造
例製造例１撹拌装置，温度形を備えた反応器中で、３，３′，５，
５′−テトラメチル−４，４′−ジヒドロキシビフェニ
ルのグリシジルエーテル（エポキシ当量１９５ｇ／ｅ
ｑ）１９５ｇを１５０℃で均一に溶解した後、ジフェニ
ルホスフィニルハイドロキノン（水酸基当量１５５ｇ）
３１ｇを徐々に加え、３時間反応を行わせた。その後、
この反応物を樹脂のまま直ちにポリエチレンテレフタレ
ートフィルム上に広げ、室温まで冷却して固形の樹脂を
得た。この固形樹脂のエポキシ基／フェノール性水酸基
の反応比は０.１５であり、未反応のフェノール性水酸
基を含んでいることが分かったため、エポキシ基当量，
フェノール性水酸基当量並びに軟化温度の測定を行った
結果、それぞれ２６４ｇ／ｅｑ，４５２０ｇ／ｅｑ，７
３℃であった。

【００４３】実施例１〜８，比較例１〜７製造例１で得たエポキシ機基を含むリン化合物（Ａ）並
びに下記に示すエポキシ樹脂，フェノール樹脂硬化剤，
シリコーン可とう化剤、並びに無機充填剤として平均粒
径５μｍの角形または球形の溶融シリカと平均粒径３０
μｍの球形の溶融シリカの３０／７０の混合品，カップ
リング剤としてエポキシシラン，離型剤としてモンタン
酸エステルロウ，着色剤としてカーボンブラックを用
い、表１に示す配合割合で成形材料を作成した。なお、
参考例１では難燃剤として臭素化エポキシ樹脂と難燃助
剤として３酸化アンチモンを用いた。角素材の混練には
直径２０インチの二軸ロールを用い、ロール表面温度約
５５〜８０℃で約１０分間の混練を行った。

【００４４】エポキシ樹脂エポキシ当量軟化点（Ａ）製造例１で得られたエポキシ基を２６４７３℃ 含むリン化合物（Ｂ）ジフェニルホスフィニルハイドロキノンとエピクロルヒドリンとの２１４１３５℃ 反応によるエポキシ樹脂

【００４５】

【化２６】

【００４６】（Ｃ）オルソクレゾールノボラック型１９５６５℃ エポキシ樹脂

【００４７】

【化２７】

【００４８】（Ｄ）ビフェニル型エポキシ樹脂１９５１０７℃

【００４９】

【化２８】

【００５０】（Ｅ）核置換アリル変性ビスフェノール型２３０７５℃ エポキシ樹脂

【００５１】

【化２９】

【００５２】（Ｆ）臭素化エポキシ樹脂３７５６８℃

【００５３】

【化３０】

【００５４】フェノール樹脂硬化剤ＯＨ当量（Ａ）ジフェニルホスフィニルハイドロキノン１５５

【００５５】

【化３１】

【００５６】（Ｂ）フェノールノボラック樹脂１０６

【００５７】

【化３２】

【００５８】（Ｃ）フェノールアラルキル樹脂１７２

【００５９】

【化３３】

【００６０】（Ｄ）ジシクロペンタジエン骨格含有フェノール樹脂１６１

【００６１】

【化３４】

【００６２】二重結合を含むリン化合物モノアリルジフェニルホスホネート

【００６３】

【化３５】

【００６４】反応性の官能基を持たないリン化合物トリフェニルホスフィンオキシドシリコーン可とう化剤側鎖変性シリコーン樹脂（分子量７３６００，エポキシ
当量３９００）硬化促進剤ＤＢＵ；１，８−ビアザビシクロ（５，４，０）−ウン
デセン、ＴＰＰ；トリフェニルホスフィン表中の各種特性は以下により測定した。

【００６５】１．スパイラルフロー：ＥＭＭＩ規格に準
じた金型を用い、１８０℃，７０kg／cmｍ²の条件で測
定した。

【００６６】２．ガラス転移温度並びに線膨張係数：熱
機械測定装置を用い、昇温速度２℃／分で測定した。

【００６７】３．吸湿率：９０mmφ，２mmｔの円盤を成
形し、８５℃／８５％ＲＨの飽和吸湿率を重量変化から
求めた。

【００６８】４．接着力：０.０３mmｔのアルミ箔と成
形材料とのアルミピール強度を引っ張り速度５０mm／分
にて求めた。

【００６９】５．難燃性：ＵＬ−９４規格に従って測定
した。

【００７０】

【表１】

【００７１】表１から明らかなように、本発明における
半導体封止用樹脂組成物は臭素化エポキシ樹脂並びにア
ンチモン化合物を用いなくとも、難燃性のＵＬ−９４規
格のＶ−０を達成することができる。比較例４に示すよ
うに、樹脂組成物並びに樹脂組成物から無機充填剤を除
いた全樹脂量に対するリン元素含有量がそれぞれ、０.
４重量％未満，２.５重量％未満になると前記の難燃性
の基準を満足できない。また、このリン元素は両者に対
して所定の値を含有することが必須条件であり、比較例
１に示すように、どちらか一方でも条件を満たさなけれ
ば難燃性の基準を到達することができない。本発明の樹
脂組成物はリン元素含有量の上限を規定しているため、
飽和吸湿率の上昇が抑えられており、従来の半導体封止
用樹脂組成物（比較例７）と同等かもしくはそれより優
れた吸湿特性を備えている。比較例５では樹脂組成物中
のリン元素含有量が多いため、飽和吸湿率が大きくなっ
ていることが分かる。さらに、本発明で用いるリン化合
物は反応性のものであるため、非反応性のリン化合物を
用いた比較例６と比べて、熱時硬度やガラス転移温度の
点で優れており、従来のもの（比較例７）と同程度の成
形性と耐熱性を有している。本発明における樹脂組成物
は成形性と硬化物特性の点から無機充填剤の配合量を適
正化しているため、流動性の維持や飽和吸湿率の低下を
抑えている。比較例３では無機充填剤の量が多いため、
成形が困難になったり、逆に、比較例２のように無機充
填剤の量が少ないと、飽和吸湿率が大きくなることが分
かる。また、上記材料を用いて、図１に示すように表面
にアルミニウムのジグザグ配線を形成した半導体素子
(６×６mm)を４２アロイ系のリードフレームに搭載し、
更に半導体素子表面のアルミニウム電極とリードフレー
ム間を金線(３０μｍφ)でワイヤボンデイングした半導
体装置（外形２０×１４mm，厚さ２mm）を封止し１７５
℃５時間硬化した。耐温度サイクル性の信頼性試験はこ
の樹脂封止型半導体を−５５℃１０分，１５０℃１０分
に放置し、これを１サイクルとし、1000サイクルでパッ
ケージがクラックしたものをクラック発生数として調べ
た。耐湿信頼性試験は前記の樹脂封止型半導体を６５℃
／９５％ＲＨの条件下、１０００時間放置後、印加バイ
アス電圧２０Ｖにおいて断線不良が発生したパッケージ
の数を不良数として調べた。耐はんだリフロー性の信頼
性試験は前記の樹脂封止型半導体を８５℃８５％ＲＨ下
にて４８時間放置後、２４０℃の赤外線リフロー炉中で
９０秒間加熱する試験を行い、パッケージがクラックし
たものをクラック発生数として調べた。高温放置信頼性
試験は前記の樹脂封止型半導体を１７５℃の高温層中に
１０００時間放置し、金ワイヤとアルミニウム配線の接
合部の接続不良数を調べた。これらの結果をまとめて表
２に示す。

【００７２】

【表２】

【００７３】表２から明らかなように、本発明における
半導体装置は優れた信頼性を有している。これは表１に
示したように、本発明による樹脂組成物が各種信頼性に
及ぼす物性値、すなわち線膨張係数，ガラス転移温度並
びに飽和吸湿率の所定の値を有しているためである。さ
らに、本発明による半導体装置はバロゲンを含まないた
め、従来の半導体装置（比較例７）と比べて格段に優れ
た高温放置信頼性を有することが分かる。

【００７４】実施例９表１に示す実施例１の樹脂組成物を用いて、図２に示す
ように表面にアルミニウムのジグザグ配線を形成した半
導体素子（６×６mm）を両面に接着剤を塗布したポリイ
ミドフィルムを張り合わせた４２アロイ系のリードフレ
ームと加熱溶融接着を行って半導体素子上にリードフレ
ームを搭載した後、更に半導体素子表面のアルミニウム
電極とリードフレーム間を金線（３０μｍφ）でワイヤ
ボンデイングした半導体装置（外形１６×１２mm，厚さ
２.７mm ）を封止し１７５℃５時間硬化した。この樹脂
封止型半導体装置の耐温度サイクル性，耐湿性，耐はん
だリフロー性、並びに高温放置信頼性などの各種信頼性
試験を表２と同様の条件で行った結果、いずれもパッケ
ージのクラックや接続不良は観測されず、優れた信頼性
を有することが分かった。

【００７５】

【発明の効果】本発明によって得られた樹脂封止型半導
体装置は、従来のものと比べて、ハロゲン，アンチモン
化合物を含まなくとも難燃性を有するため、取扱いや廃
棄の面で安全性が高まるとともに、高温放置信頼性が格
段に飛躍する。さらに、樹脂組成物の流動性，硬化性並
びに硬化物物性を従来の半導体封止材料とほぼ同等にし
ているため、成形性において問題なく、しかも温度サイ
クル性，耐はんだリフロー性，耐湿性などの他の各種信
頼性においても良好な特性を示すことができ、その工業
的価値は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による樹脂封止型半導体装置の製造方法
の一例を断面図で示したものであり、リードフレームの
ダイパッド上に搭載した半導体素子をリン化合物を含む
樹脂組成物で封止する方法である。

【図２】本発明によるリードオンチップ方式の樹脂封止
型半導体装置の製造方法を断面図で示している。

【図３】本発明によるボールグリッドアレイの樹脂封止
型半導体装置の製造方法を断面図で示している。

【符号の説明】

１…半導体素子、２…ダイパッド、３…インナーリー
ド、４…接着剤、５…金ワイヤ、６…アルミ電極、７…
リン化合物を含有する封止材料、８…フィルム接着剤、
９…プリント配線基板、１０…ソルダレジスト、１１…
はんだバンプ。

フロントページの続き (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 (72)発明者小角博義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)発明者茂木亮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

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体素子を樹脂組成物で封止してなる半
導体装置において、該樹脂組成物が一般式（Ｉ）〜
（Ｖ）で表されるリン原子を含有する化合物の少なくと
も１種類からなるエポキシ樹脂組成物であり、かつリン
原子の含有量が前記樹脂組成物の総量に対して、０.４
〜１.５重量％を含むことを特徴とする樹脂封止型半導
体装置。【化１】（式中、Ｒ₁およびＲ₂は水素，アルキル基を表し、ｎは
０〜７の整数を表す。）【化２】（式中、Ｒ₁およびＲ₂は水素，アルキル基を表し、ｎは
０〜７の整数を表す。）【化３】（式中、Ｒ₁およびＲ₂は水素，アルキル基を表す。）【化４】（式中、Ｒ₃およびＲ₄はアルキル基，フェニル基，置換
フェニル基を表し、Ｘは二重結合を有する脂肪族または
二重結合を有する脂肪族と芳香族とからなる基を表
す。）【化５】（式中、Ｒ₅はアルキル基，フェニル基，置換フェニル
基を表し、Ｘ₁およびＸ₂は二重結合を有する脂肪族また
は二重結合を有する脂肪族と芳香族とからなる基を表
す。）
【請求項２】リン原子を含有するエポキシ樹脂組成物の
加熱硬化物の特性が線膨張係数2.0×１０^-5／℃以下，
ガラス転移温度１１０℃以上，飽和吸湿率８５℃８５％
ＲＨの条件で０.８重量％以下，難燃性ＵＬ−９４規格
においてＶ−０を有することを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の樹脂封止型半導体装置。
【請求項３】リードフレームのダイパッド上に搭載した
半導体素子を金ワイヤで接合した後、樹脂組成物で封止
する半導体装置の製造方法において、該樹脂組成物が一
般式（Ｉ）〜（Ｖ）で表されるリン原子を含有する化合
物の少なくとも１種類からなるエポキシ樹脂組成物であ
り、かつリン原子の含有量が前記樹脂組成物の総量に対
して０.４〜１.５重量％であることを特徴とする樹脂封
止型半導体装置の製造方法。【化６】（式中、Ｒ₁およびＲ₂は水素，アルキル基を表し、ｎは
０〜７の整数を表す。）【化７】（式中、Ｒ₁およびＲ₂は水素，アルキル基を表し、ｎは
０〜７の整数を表す。）【化８】（式中、Ｒ₁およびＲ₂は水素，アルキル基を表す。）【化９】（式中、Ｒ₃およびＲ₄はアルキル基，フェニル基，置換
フェニル基を表し、Ｘは二重結合を有する脂肪族または
二重結合を有する脂肪族と芳香族とからなる基を表
す。）【化１０】（式中、Ｒ₅はアルキル基，フェニル基，置換フェニル
基を表し、Ｘ₁およびＸ₂は二重結合を有する脂肪族また
は二重結合を有する脂肪族と芳香族とからなる基を表
す。）
【請求項４】半導体素子に有機フィルム接着剤または無
機の接合材を用いてリードフレームを搭載し、半導体素
子上の電極をリードフレームと金ワイヤで接合した後、
樹脂組成物て封止する半導体装置の製造方法において、
該樹脂組成物が一般式（Ｉ）〜（Ｖ）で表されるリン原
子を含有する化合物の少なくとも１種類からなるエポキ
シ樹脂組成物であり、かつリン原子の含有量が前記樹脂
組成物の総量に対して、０.４〜１.５重量％であること
を特徴とする樹脂封止型半導体装置の製造方法。【化１１】（式中、Ｒ₁およびＲ₂は水素，アルキル基を表し、ｎは
０〜７の整数を表す。）【化１２】（式中、Ｒ₁およびＲ₂は水素，アルキル基を表し、ｎは
０〜７の整数を表す。）【化１３】（式中、Ｒ₁およびＲ₂は水素，アルキル基を表す。）【化１４】（式中、Ｒ₃およびＲ₄はアルキル基，フェニル基，置換
フェニル基を表し、Ｘは二重結合を有する脂肪族または
二重結合を有する脂肪族と芳香族とからなる基を表
す。）【化１５】（式中、Ｒ₅はアルキル基，フェニル基，置換フェニル
基を表し、Ｘ₁およびＸ₂は二重結合を有する脂肪族また
は二重結合を有する脂肪族と芳香族とからなる基を表
す。）
【請求項５】回路パターンを有する樹脂基板の上面に半
導体素子を実装するとともに、樹脂基板の底面に外部端
子を設けてなる半導体装置において、前記半導体装置を
一般式（Ｉ）〜（Ｖ）で表様れるリン原子を含有する化
合物の少なくとも１種類からなるエポキシ樹脂を樹脂組
成物であり、かつリン原子の含有量が樹脂組成物の総量
に対して、０.４〜１.５重量％である樹脂組成物で封止
したことを特徴とするボールグリッドアレイまたはピン
グリッドアレイ樹脂封止型半導装置。【化１６】（式中、Ｒ₁およびＲ₂は水素，アルキル基を表し、ｎは
０〜７の整数を表す。）【化１７】（式中、Ｒ₁およびＲ₂は水素，アルキル基を表し、ｎは
０〜７の整数を表す。）【化１８】（式中、Ｒ₁およびＲ₂は水素，アルキル基を表す。）【化１９】（式中、Ｒ₃およびＲ₄はアルキル基，フェニル基，置換
フェニル基を表し、Ｘは二重結合を有する脂肪族または
二重結合を有する脂肪族と芳香族とからなる基を表
す。）【化２０】（式中、Ｒ₅はアルキル基，フェニル基，置換フェニル
基を表し、Ｘ₁およびＸ₂は二重結合を有する脂肪族また
は二重結合を有する脂肪族と芳香族とからなる基を表
す。）