JPH08255807A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 樹脂封止型半導体装置の製造方法におい
て、不良品の発生が少なく、かつ半田耐熱性能のよい半
導体装置を与える製造方法。 【解決手段】 加熱されたエポキシ樹脂組成物４を、
トランスファー成形機に備えられた金型２内にプランジ
ャー１により加圧、注入して、半導体素子を封止するに
際し、前記プランジャー１に振動を与えつつ加圧、封入
を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、半導体素子をエポ
キシ樹脂によって封止して、半導体装置とする製造方法
の分野に属する。さらに詳しくは、無機充填剤を高充填
可能で、すぐれた成形性のもとに、成形不良率が小さ
く、しかも半田耐熱性が優れた半導体装置を効率的に製
造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置などの電子回路部品は、外気
からの汚染物質および外圧などからの破損を防ぐため
に、封止されることが必要条件である。

【０００３】従来の半導体装置の封止方法としては、金
属やセラッミクスを用いたハーメチックシールや、熱硬
化性樹脂であるエポキシ樹脂や、シリコーン樹脂、フェ
ノール樹脂などを用いた樹脂封止が挙げられるが、最近
ではパッケージの成形性の良さのほか、生産性の向上、
製造コストの低減にもすぐれるエポキシ樹脂組成物を用
いた樹脂封止が中心となってきている。

【０００４】一方、近年において、電子機器には一層の
小型化、薄型化および低コスト化などが要求されてお
り、それに伴い電子部品のプリント配線基板への表面実
装（ＳＭＴ）が行われている。

【０００５】この表面実装方式においては、半田付け行
程でプリント基板全体が半田の融点である２１０〜２６
０℃もの高温に加熱される。

【０００６】そして、このときに封止樹脂が吸湿してい
ると、水分が爆発的に蒸発して剥離部分に供給され、時
にはパッケージの外部までクラックが走ることになり、
このような半導体装置は故障をおこしやすく、信頼性が
著しく低下するため、不良品となっていた。

【０００７】現在、これら半田耐熱性の問題を解決し、
封止した半導体装置にクラックが発生しないようにする
ためには、エポキシ樹脂に多量の無機充填剤を配合する
ことで対処しているが、エポキシ樹脂組成物中の無機充
填剤の添加量をむやみに増量すると、エポキシ樹脂組成
物の流動性が低下し、このために薄型のパッケージは成
形できなくなり、また厚型のパッケージでは内部変形を
生じてしまうという問題があった。

【０００８】したがって、従来の半導体装置において
は、半田耐熱性を改良しようとすると正常なパッケージ
が成形できなくなり、また成形性を改良して厚型から薄
型まで正常なパッケージに成形しようとすると、逆に半
田耐熱性が阻害されることから、半田耐熱性と成形性と
は二律背反の関係にあった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来技術における問題点の解決を課題として検討した結果
達成されたものである。

【００１０】したがって、本発明の目的は、無機充填剤
を高充填可能で、半田耐熱性がすぐれた半導体装置を、
不良品発生率の小さいすぐれた成形性のもとに、効率的
に製造する方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の半導体装置の製造方法は、トランスファ
ー成形機にて，加熱されたエポキシ樹脂組成物を、プラ
ンジャーにより加圧、注入して、金型内において半導体
素子を封止して半導体装置を製造するに際し、前記プラ
ンジャーに振動を与えつつ加圧、封入を行うものであ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】また、本発明の半導体装置の製造
方法において、上記エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹
脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）および無機充填剤（Ｃ）を必須
成分として含有することが好ましい さらにまた、本発明の半導体装置の製造方法は、無機充
填剤を８８重量％以上高充填したエポキシ樹脂組成物を
使用することが好ましい。

【００１３】本発明の半導体装置の製造方法によれば、
プランジャーに振動を与えつつエポキシ樹脂組成物の加
圧、封入を行うため、たとえエポキシ樹脂組成物の無機
充填剤含有量が高く、流動性が不足していたとしても、
金型内へ樹脂組成物を高密度に充填することが可能であ
り、薄型パッケージおよび厚型パッケージに共通した正
常なパッケージを、不良品を発生することなく効率的に
成形することができる。 また、エポキシ樹脂組成物の
無機充填剤含有量を高く設定することができるので、半
田耐熱性のすぐれた半導体装置を得ることができる。

【００１４】したがって、本発明の半導体装置の製造方
法によれば、従来困難とされていた成形性と半田耐熱性
の両立を効率的に達成することができる。

【００１５】以下に、本発明の構成および効果について
詳述する。

【００１６】まず、図面を参照しつつ、本発明の半導体
装置の製造方法について説明する。図１は、本発明の製
造方法で用いるトランスファー成形機の要部概略図であ
る。図１において、３はトランスファー成形機の金型で
あり、この金型３内に、エポキシ樹脂組成物からなる加
熱されたタブレット４が、プランジャー１により加圧、
注入されるように構成されている。

【００１７】ここで、プランジャー１は、図示しない振
動子、ばね、はずみ車、カム、ぜんまいなどの振動発生
機により、１Ｈｚ〜１０００ＫＨｚの振動が矢印方向に
与えられており、微振動を繰り返しながら、通常４０〜
１５０℃、好ましくは５０〜１００℃に加熱されたエポ
キシ樹脂組成物からなるタブレット４を金型３内へと封
入するようになっている。

【００１８】したがって、たとえタブレット４の無機充
填剤含有量が高く、その流動性が不足していたとして
も、金型３内へ樹脂組成物を高密度に充填することがで
き、薄型パッケージおよび厚型パッケージに共通して正
常なパッケージを、不良品を発生することなく効率的に
成形することが可能となる。

【００１９】また、流動性の不足に関係なく、正常なパ
ッケージを成形することができるので、エポキシ樹脂組
成物の無機充填剤含有量を高く設定可能であり、このた
め半田耐熱性のすぐれた半導体装置を得ることができ
る。

【００２０】なお、プランジャー１に与えられる振動の
方向には特に制限はないが、図示したようにプランジャ
ー１の加圧方向に振動が与えられることが好ましい。

【００２１】次に、本発明で用いるエポキシ樹脂組成物
について説明する。

【００２２】本発明で使用するエポキシ樹脂組成物は、
エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）および無機充填剤
（Ｃ）を必須成分として含有する。

【００２３】上記エポキシ樹脂（Ａ）とは、分子中にエ
ポキシ基を有する樹脂をとくに制限するものではなく、
その具体例としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹
脂、ビスフェノールＣ型エポキシ樹脂、水添ビスフェノ
ール型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型ノボラック樹
脂、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、シクロペンタジエン環など
の脂環構造含有式エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ
樹脂、およびエポキシ変性オルガノシリコーンなどが挙
げられ、これらのエポキシ樹脂組成物は、単独でまたは
２種以上の組合せで用いることができる。

【００２４】上記硬化剤（Ｂ）は、エポキシ樹脂（Ａ）
と反応してこれを硬化させ得るものであって、その具体
例としては、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ｐ−キシリレンコポリ
マー、ビスフェノールＡやレゾルシンから合成される各
種ノボラック樹脂、各種多価フェノール化合物、無水マ
レイン酸、無水フタル酸、無水ピロメリット酸などの酸
無水物およびメタフェニレンジアミン、ジアミノジフェ
ニルメタン、ジアミノジフェニルスルホンなどの芳香族
アミンなどが挙げられる。

【００２５】これら硬化剤（Ｂ）は、用途によっては二
種以上を併用してもよく、その添加量はエポキシ樹脂
（Ａ）との化学当量比が０．５〜１．５（硬化剤当量／
エポキシ当量）が好ましく、特に０．８〜１．２の範囲
にあることが好ましい。

【００２６】上記無機充填剤（Ｃ）の具体例としては、
溶融シリカ、結晶性シリカ、炭酸カルシウム、炭酸マグ
ネシウム、アルミナ、マグネシア、クレー、タルク、ケ
イ酸カルシウム、酸化チタン、酸化アンチモンなどの金
属酸化物、アスベスト、ガラス繊維およびガラス球など
が挙げられるが、なかでも熱膨脹係数を低下する効果が
大きく、低応力化に有効であることから、特に溶融シリ
カが好ましく用いられる。

【００２７】無機充填剤（Ｃ）の配合割合は、エポキシ
樹脂組成物の成形性および低応力性を考慮して、通常は
組成物全体の８５〜９５重量％の範囲に設定されるが、
本発明においては、８８重量％以上、特に８８〜９８重
量％の高割合で含有することができる。

【００２８】そして、このように無機充填剤を充填した
エポキシ樹脂組成物は、その流動性が、ＥＭＭＩ(Epoxy
Molding Material Institure)評価用金型を用いて１６
０℃で成形速度２５ｍｍ／ｓｅｃで測定したスパイラル
フローの値で、１０〜１００ｃｍ好ましくは１０〜９０
ｃｍであること、また溶融粘度に注目すると１６０℃に
おいて、２００〜１５００ポイズの範囲に設定されるこ
とが望ましい。

【００２９】また、上記エポキシ樹脂組成物は、上記エ
ポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）および無機充填剤
（Ｃ）を必須成分とするが、必要に応じてさらに下記の
各添加剤を含有することができる。

【００３０】ポリエチレンワックス、カルバナワック
ス、モンタン酸ワックスおよびステアリン酸マグネシウ
ムなどの各種ワックス類、脂肪酸金属塩、長鎖脂肪酸、
長鎖脂肪酸の金属塩、長鎖脂肪酸のエステルまたはアミ
ドおよび各種変性シリコーン化合物などの各種離型剤、
臭素化ビスフェノールＡのグリシジルエーテル、臭素化
クレゾールノボラックなどのハロゲン化エポキシ樹脂、
有機ハロゲン化合物およびリン化合物などの難燃剤、三
酸化アンチモン、四酸化二アンチモンおよび５酸化アン
チモンなどの各種難燃助剤、ビニルトリメトキシシラ
ン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシ
シラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラ
ン、γ−グリシドキシプロピルビニルエトキシシラン、
γ−メルカトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカ
トプロピルトリエトキシシラン、γ−ウレイドプロピル
トリメトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキ
シシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキ
シシラン、アミノプロピルトリメトキシシラン、アミノ
プロピルトリエトキシシラン、γ−（２−アミノエチ
ル）アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−（２−ア
ミノエチル）アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−
アニリノプロピルトリメトキシシラン、γ−アニリノプ
ロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β−（Ｎ−ビニルベン
ジルアミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシ
シランおよびＮ−β−（Ｎ−ビニルベンジルアミノエチ
ル）−γ−アミノプロピルトリエトキシシランなどの各
種シランカップリング剤、トリフェニルホスフィン、ト
リ−ｍ−トリルホスフィン、トリ−ｐ−トリルホスフィ
ン、トリ−ａ−トリルホスフィン、トリス−（２，６−
ジメトキシアェノル）ホスフィンなどの各種ホスフィン
化合物、テトラフェニルホスホニウムブロミド、テトラ
エチルホスホニウムブロミド、テトラブチルホスホニウ
ムブロミド、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニ
ルボレート、テトラエチルホスホニウムテトラフェニル
ボレートおよびテトラブチルホスホニウムテトラフェニ
ルボレートなどの各種ホスホニウム塩、およびイミダゾ
ール、１−メチルイミダゾール、２−メチルイミダゾー
ル、１，２−ジメチルイミダゾール、１−フェニルイミ
ダゾール、２−フェニルイミダゾール、１−ベンジルイ
ミダゾール、１，８−ジアザ−ビシクロ−（５，４，
０）ウンデセン−７（ＤＢＵ）、ＤＢＵのフェノール、
ＤＢＵフェノールノボラック塩、ＤＢＵオクチル塩、Ｄ
ＢＵｐ−トルエンスルホン酸塩および１，５−ジアザ−
ビシクロ（４，３，０）ノネン−５ （ＤＢＮ）などの
各種アミン化合物などの各種硬化促進剤、カーボンブラ
ックおよび酸化鉄などの各種着色剤や各種顔料、シリコ
ーンゴム、オレフィン系共重合体、変性ニトリルゴム、
変性ポリブタジエンゴムなどの各種エラストマー、ポリ
エチレンなどの各種熱可塑性樹脂、有機過酸化物などの
架橋剤。

【００３１】上記エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂
（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、無機充填剤（Ｃ）およびその他
の添加剤を、たとえばバンバリーミキサーなどにより混
合した後、単軸もしくは二軸の押出機、ニーダーおよび
熱ロールなどの各種混練機を用いて溶融混練し、冷却後
粉砕またはタブレット化することなどにより製造するこ
とができる。

【００３２】そして、上記エポキシ樹脂組成物を用い、
本発明のトランスファー成形法により封止して得られる
半導体装置は、すぐれた成形性と半田耐熱性を兼備し、
半導体装置としての理想的な性能を有するものである。

【００３３】

【実施例】以下に、実施例と比較例を挙げて、本発明の
効果をより具体的に説明する。

【００３４】［実施例１〜４、比較例１〜４］エポキシ
樹脂、硬化剤および無機充填剤（溶融シリカ）を表１お
よび表２に記載のとおり含有せしめて、他の添加剤をミ
キサーを用いてドライブレンドした後、押出機で溶融混
練し、打錠して２０φ、高さ２０mmのタブレット状のエ
ポキシ樹脂組成物を調整した。

【００３５】上記各エポキシ樹脂組成物を用い、図１に
示したトランスファー成形機を使用して、７０℃にプレ
ヒートしたエポキシ樹脂組成物を、１６０℃に加熱した
金型内に投入し、プランジャーにより加圧、注入して半
導体素子を封止して半導体装置を得た。得られた半導体
装置の性能を下記の評価基準にしたがって評価した結果
を表１に示す。なお、プランジャーへの振動は、振動子
を用いて加圧方向へ付与し、振動数は２０Ｈｚとした。

【００３６】比較例１〜４では、プランジャーへの振動
を与えずに、通常のトランスファー成形により封止を行
った。

【００３７】［評価基準］ ゲルタイム：１６０℃に加熱した熱板上で封止用樹脂組
成物のゲル化時間を測定した。

【００３８】スパイラルフロー：ＥＭＭＩ型評価用金型
を用いて１６０℃で成形速度２５ｍｍ／ｓｅｃで測定し
た。

【００３９】溶融粘度：高化式フローテスターを用い、
１６０℃における最低溶融粘度を測定した。

【００４０】パッケージの成形性：薄型（厚み１ｍ
ｍ）チップあるいはステージの露出部およびパッケージ
の未充填を目視観察し、不良率とした。 厚型（厚み３ｍｍ）パッケージを切断して、ステージ
の傾きを観察した。１５０μｍ以上の傾きを有するもの
が不良である。

【００４１】半田耐熱性：１６０ＰｉｎＱＦＰを用いて
８５℃８５％ＲＨの条件で１６８時間加湿後、ＩＲリフ
ロー炉を用いて２６０℃１０秒間加熱処理した。その後
外部クラックの有無を調べクラックの入ったパッケージ
を不良パッケージとし、その個数を調べ故障率とした。

【００４２】

【表１】

【００４３】

【表２】

【００４４】表２の結果から明らかなように、本発明の
方法により得られた半導体装置（実施例１〜４）は、プ
ランジャーに振動を与えない比較例１〜４に比べて、無
機充填剤の配合量が高く、流動性が不足している場合に
あってもエポキシ樹脂組成物を高密度に充填することが
可能であり、その結果、不良品発生の少ないすぐれた成
形性のもとに、半田耐熱性にすぐれた半導体装置を得る
ことができる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明の半導体装
置の製造方法によれば、たとえ無機充填剤の配合量が大
きく、エポキシ樹脂組成物の流動性が不足していたとし
ても、金型内へ樹脂組成物を高密度に充填することが可
能であり、薄型パッケージおよび厚型パッケージに共通
して正常なパッケージを、不良品を発生することなく効
率的に成形することができる。

【００４６】また、エポキシ樹脂組成物の無機充填剤含
有量を高く設定することができるので、半田耐熱性のす
ぐれた半導体装置を得ることができる。

【００４７】したがって、本発明の半導体装置の製造方
法によれば、従来困難とされていた成形性と半田耐熱性
の両立を効率的に達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の製造方法で用いるトランスファ
ー成形機の要部概略断面図である。

【符号の説明】

１ プランジャー ２ クランプ ３ 金型 ４ タブレット（エポキシ樹脂組成物）

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トランスファー成形機にて加熱された
   エポキシ樹脂組成物を、プランジャーにより加圧、注入
   して、金型内において半導体素子を封止して半導体装置
   を製造するに際し、前記プランジャーに振動を与えつつ
   加圧、封入を行うことを特徴とする半導体装置の製造方
   法。
2. 【請求項２】 プランジャーの加圧方向に振動が与え
   られることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の
   製造方法。
3. 【請求項３】 プランジャーに与えられる振動数が、
   １Ｈｚ〜１０００ｋＨｚであることを特徴とする請求項
   ２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】 エポキシ樹脂組成物が、エポキシ樹脂
   （Ａ）、硬化剤（Ｂ）および無機充填剤（Ｃ）を必須成
   分として含有することを特徴とする請求項１に記載の半
   導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】 エポキシ樹脂組成物の無機充填剤含有
   量が８８重量％以上であることを特徴とする請求項４に
   記載の半導体装置の製造方法。
6. 【請求項６】 エポキシ樹脂組成物のスパイラルフロ
   ーが、発明の詳細な説明の欄の方法で１０〜１００ｃｍ
   であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の
   製造方法。
7. 【請求項７】 エポキシ樹脂組成物の１６０℃での溶
   融粘度が、２００〜１５００ポイズであることを特徴と
   する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
8. 【請求項８】 請求項１記載の半導体装置の製造方法
   に使用されるエポキシ樹脂組成物であって、エポキシ樹
   脂組成物がエポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）および無
   機充填剤（Ｃ）を必須成分として含有し、かつ無機充填
   剤（Ｃ）がエポキシ樹脂組成物の８８重量％以上である
   エポキシ樹脂組成物。