JPH09307027A - 半導体封止材および半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】耐湿性などの信頼性に優れた半導体装置を、優
れた生産性のもとに提供する。 【解決手段】有機絶縁フィルム上に半導体封止用樹脂組
成物層を有する積層体から構成される半導体封止材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置を封止
するために使用する半導体封止材に関する。さらに詳し
くは、高接着力で耐湿性などの信頼性に優れた半導体装
置を提供することができる半導体封止材に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】エポキシ樹脂は耐熱性、耐湿性、電気特
性および接着性などに優れており、さらに配合処方によ
り種々の特性が付与できるため、塗料、接着剤および電
気絶縁材料などの工業材料として利用されている。

【０００３】たとえば、半導体装置などの電子回路部品
の封止方法としては、従来より金属やセラミックスによ
るハーメチックシールと、フェノール樹脂、シリコーン
樹脂およびエポキシ樹脂などによる樹脂封止が提案され
ているが、近年では、経済性、生産性および物性のバラ
ンスの点から、エポキシ樹脂による樹脂封止が中心にな
っている。

【０００４】エポキシ樹脂による封止方法としては、エ
ポキシ樹脂に硬化剤および無機充填剤などを配合した常
温で固形の組成物を用いて、半導体素子を金型にセット
して低圧トランスファー成形機により封止する方法と常
温で液体の組成物（場合によっては有機溶剤を用いて液
状にした組成物）を用いて、ディスペンサーによりドリ
ップコーティングする方法が一般に用いられている。

【０００５】トランスファー成形機による封止では、工
程上封止材が金型に直接接するため、封止材には高い金
型離れ性が要求される。封止材に金型離れ性を付与する
目的で、一般にワックスやシリコーンオイルなどの内部
離型剤が添加されている。しかし、この内部離型剤の添
加が、エポキシ樹脂組成物の接着力を低下するため、高
い信頼性が得られないなどの問題がある。

【０００６】ディスペンサーによりドリップコーティン
グする方法では、封止材が液状でなければならず使用で
きる樹脂材料がかなり限定され、Ａｌ配線腐食の原因と
なるＣｌの含有量が少ない高純度の原料が使えない場合
がある。また、封止工程においても、コーティングや硬
化に時間がかかり、生産性が低い。信頼性面では、原料
の純度以外にも、トランスファー成形法と異なり加圧成
形できないために、微細な部分で封止材と部材間に十分
な接着力が得られず、高い信頼性得られないなどの問題
がある。

【０００７】ここでいう信頼性とは、デバイスの高集積
化により重要視されるようになっきた特性であり、高温
高湿環境下に樹脂封止半導体装置を放置した場合に、封
止樹脂自体や封止樹脂とリードフレームとの界面を通っ
て水分が侵入することによて、半導体が故障するのを防
止する性能である。

【０００８】かかる実情に基づき、従来から半導体封止
用エポキシ樹脂組成物の改良が種々検討されており、例
えば、トランスファー成型用封止樹脂では、ビフェニル
型エポキシ樹脂を用いる方法（特開昭６３−２５１４１
９号公報）、エポキシ系シランカップリング剤を添加す
る方法（特開昭６２−１７６４０号公報）、アミノ系シ
ランカップリング剤を添加する方法（特開昭５７−１５
５７５３号公報）およびウレイド系シランカップリング
剤を添加する方法（特開昭６３−１１０２１２号公報）
などが提案されている。

【０００９】また、半導体封止用液状エポキシ樹脂で
は、アリル化ビスフェノール化合物と酸無水物化合物を
用いる方法（特開平８−６７８０５号公報）などが提案
されている。

【００１０】しかしながら、低圧トランスファー成型用
の封止樹脂は全て金型離型剤を必須成分としており、高
温高湿下での部材との密着性が十分ではなく、高い信頼
性が得られない。また、半導体封止用液状エポキシ樹脂
はデスペンサーによるドリップコーティングを前提とし
ているため生産性が悪いばかりか、十分な耐湿性が得ら
れていない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来の半導体封止材が有す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。

【００１２】したがって、本発明の目的は、耐湿信頼性
などの信頼性、および生産性に優れた半導体封止材を提
供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は有機
絶縁フィルム上に、半導体封止用樹脂組成物層を有する
積層体から構成される半導体封止材であり、かかる封止
材が半導体封止用樹脂組成物付きテープであり、さらに
かかる封止材で封止した半導体装置である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下本発明の構成を詳述する。

【００１５】本発明でいう有機絶縁フィルムとしては、
例えばポリイミド、ポリエステル、ポリフェニレンスル
フィド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテル
ケトン、アラミド、ポリカーボネート、ポリアリレート
等のプラスチックあるいはエポキシ樹脂含浸ガラスクロ
ス、ポリイミド樹脂含浸ガラスクロス等の複合材料から
なる厚さ２５〜１２５μｍのフィルムであり、これから
得られる複数のフィルムを積層して用いても良い。通
常、可撓性を有するフィルムが用いられる。中でも、熱
膨張係数の小さなポリイミドフィルム、エポキシ樹脂含
浸ガラスクロス、ポリイミド樹脂含浸ガラスクロスが好
ましく用いられる。また、これらのフィルムは必要に応
じて加水分解、コロナ放電、低温プラズマ、物理的粗面
化、易接着コーティング処理等の表面処理を施すことが
望ましい。

【００１６】本発明でいう、半導体封止用樹脂組成物層
とは、半導体素子を外部環境や機械的衝撃から保護でき
るものであれば公知の半導体封止用樹脂組成物を全て用
いることができる。中でも、信頼性の点からトランスフ
ァー成型に一般に用いられている熱硬化型のエポキシ樹
脂系半導体封止用樹脂組成物で離型剤無添加のものが好
ましい。

【００１７】本発明の半導体封止用樹脂組成物層はエポ
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。

【００１８】本発明の半導体封止用樹脂組成物層で用い
るエポキシ樹脂（Ａ）は、１分子中に２個以上のエポキ
シ基を有するものならば特に限定されず、これらの具体
例としては、例えばクレゾールノボラク型エポキシ樹
脂、フェノ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、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、ナフタレン型エポキシ
樹脂、線状脂肪族エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、
複素環式エポキシ樹脂、スピロ環含有エポキシ樹脂およ
びハロゲン化エポキシ樹脂などが挙げられる。これらの
エポキシ樹脂（Ａ）の中で、特に本発明において好まし
く用いられるものは、含有塩素量の少ないクレゾールノ
ボラック型エポキシ樹脂、フェノ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、ナフタレン型エ
ポキシ樹脂である。

【００１９】本発明において、上記エポキシ樹脂（Ａ）
の配合量は、樹脂組成物中に通常３〜２５重量％、好ま
しくは３〜１５重量％である。エポキシ樹脂（Ａ）の配
合量が３重量％未満では接着力が不十分であり、また２
５重量％を越えると線膨張係数が大きくなり、低応力化
が困難になるため好ましくない。

【００２０】本発明の半導体封止用樹脂組成物層で使用
される硬化剤（Ｂ）は、エポキシ樹脂（Ａ）と反応して
硬化させるものであれば特に限定されず、これらの具体
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。半導体装置封止用硬化剤とし
ては、耐熱性、耐湿性および保存性の点から、フェノー
ルノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂およびフ
ェノール-P- キシリレンコポリマーが好ましく用いら
れ、用途によっては２種類以上の硬化剤を併用してもよ
い。

【００２１】本発明において、硬化剤（Ｂ）の配合量は
樹脂組成物中に通常２〜３０重量％、好ましくは２〜２
０重量％である。

【００２２】さらには、エポキシ樹脂（Ａ）と硬化剤
（Ｂ）の配合比は、機械的性質および耐湿信頼性の点か
らエポキシ樹脂（Ａ）に対する硬化剤（Ｂ）の化学当量
比が０．５〜１．６、特に０．８〜１．３の範囲にある
ことが好ましい。

【００２３】また、本発明の半導体封止用樹脂組成物層
においては、上記エポキシ樹脂（Ａ）と硬化剤（Ｂ）と
の反応を促進させるための硬化促進剤を含有することが
できる。

【００２４】硬化促進剤は硬化反応を促進するものなら
ば特に限定されず、その具体例としては、例えば２−メ
チルイミダゾール、２，４−ジメチルイミダゾール、２
−エチル−４−メチルイミダゾール、２−フェニルイミ
ダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾールおよ
び２−ヘプタデシルイミダゾールなどのイミダゾール化
合物、トリエチルアミン、ベンジルジメチルアミン、α
−メチルベンジルジメチルアミン、２−（ジメチルアミ
ノメチル）フェノール、２，４，６−トリス（ジメチル
アミノメチル）フェノールおよび１，８−ジアザビシク
ロ（５，４，０）ウンデセン−７などの３級アミン化合
物、ジルコニウムテトラメトキシド、ジルコニウムテト
ラプロポキシド、テトラキス（アセチルアセトナト）ジ
ルコニウムおよびトリ（アセチルアセトナト）アルミニ
ウムなどの有機金属化合物、およびトリフェニルフォス
フィン、トリメチルフォスフィン、トリエチルフォスフ
ィン、トリブチルフォスフィン、トリ（ｐ−メチルフェ
ニル）フォスフィンおよびトリ（ノニルフェニル）フォ
スフィンなどの有機フォスフィン化合物などが挙げられ
る。これら硬化促進剤の中でも、特に耐湿信頼性の点か
ら有機フォスフィン化合物が好ましく、特にトリフェニ
ルフォスフィンが好ましく用いられる。

【００２５】なお、これらの硬化促進剤は、用途によっ
ては２種類以上を併用してもよく、その添加量は、エポ
キシ樹脂（Ａ）１００重量部に対して０．１〜１０重量
部の範囲が好ましい。

【００２６】本発明の半導体封止用樹脂組成物層で使用
する無機充填剤（Ｃ）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
かでも熱膨張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（ｃ）が好ましく
用いられる。

【００２７】ここでいう溶融シリカ（ｃ）とは、真比重
が２．３以下の非晶性シリカを意味する。この溶融シリ
カの製造においては必ずしも溶融状態を経る必要はな
く、任意の製造方法を用いることができ、例えば結晶性
シリカを溶融する方法および各種原料から合成する方法
などで製造することができる。

【００２８】無機充填剤（Ｃ）の配合割合は、得られる
半導体封止用樹脂組成物の低応力性、耐衝撃性を考慮し
て、組成物全体の５０〜９３重量％の範囲であることが
好ましく、さらに好ましくは８０〜９０重量％である。

【００２９】本発明において、半導体封止用樹脂組成物
層を保護フィルムでカバーすることが好ましい。

【００３０】本発明でいう保護フィルム層とは、半導体
素子を封止する前に半導体封止用樹脂組成物面から剥離
できれば特に限定されないが、例えばシリコーンあるい
はフッ素化合物をコーティング処理したポリエステルフ
ィルム、ポリオレフィンフィルムおよびこれらをラミネ
ートした紙などが挙げられる。

【００３１】本発明の半導体封止用樹脂組成物層は、さ
らに次に挙げる各種添加剤を任意に含有することができ
る。ハロゲン化エポキシ樹脂などのハロゲン化合物およ
びリン化合物などの難燃剤、三酸化アンチモンなどの各
種難燃助剤、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、変性ブタジエンゴム、変性ポ
リブタジエンゴムなどの各種エラストマー、シラン系カ
ップリング剤、チタネート系カップリング剤などの充填
剤表面処理剤、ハイドロタルサイト類などのイオン補足
剤、有機過酸化物などの架橋剤。

【００３２】本発明の半導体封止用樹脂組成物は、溶融
混練することが好ましく、例えばバンバリーミキサー、
ニーダー、ロール、単軸もしくは二軸の押出機およびコ
ニーダーなどの公知の混練方法を用いて溶融混練するこ
とにより製造される。

【００３３】次に、本発明の半導体封止材の製造方法に
ついて説明する。有機絶縁フィルム上に、半導体封止用
樹脂組成物層を有する積層体を形成する方法としては、
可撓性を有する有機絶縁フィルムに、半導体封止用樹脂
組成物を溶剤に溶解した塗料を塗布、乾燥する方法と、
半導体封止用樹脂組成物を溶融塗布する方法が挙げられ
る。かくして、半導体封止用樹脂組成物付きテープが得
られる。

【００３４】ここで、封止用樹脂組成物の膜圧は４０〜
１０００μｍとなるように塗布することが好ましい。溶
剤に溶解して塗布する場合の乾燥条件は、６０〜１５０
℃、１〜５分である。溶剤は特に限定されないが、アセ
トン、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）等のケトン
系、トルエン、キシレン、クロルベンゼン等の芳香族系
が好適である。このようにして得られたフィルムに保護
フィルムをラミネートし、最後にチップサイズ程度にス
リットする。

【００３５】半導体素子の封止は、半導体封止用樹脂組
成物付きテープの保護フィルムを剥離し、樹脂組成物面
を半導体素子に合わせて、有機絶縁フィルム側から１５
０〜１８０℃で１〜２分加熱圧着して行う。テープキャ
リアパッケージ（ＴＣＰ）の場合はリールツーリール
で、リードフレームパッケージの場合はフレーム毎に加
熱圧着封止を行う。

【００３６】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに具体的に
説明する。

【００３７】実施例１、比較例１ 下記エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填剤およびその他添
加剤を、それぞれ表１に示した組成比となるように配合
し、ドライブレンドした後に、ロール温度９０℃のミキ
シングロールを用いて５分間加熱混練後、冷却粉砕し
て、半導体封止用樹脂組成物ＩおよびＩＩを得た。

【００３８】Ａ．エポキシ樹脂：４，４’−ビス（２，
３−エポキシプロポキシ）−３，３’，５，５’−テト
ラメチルビフェニル Ｂ．硬化剤：水酸基当量１０７のフェノールノボラック
樹脂 Ｃ．無機充填剤：平均粒径１μｍの球状溶融シリカ／平
均粒径６μｍの破砕溶融シリカ（５／９５重量比）の混
合物 Ｄ．添加剤： Ｉ．シランカップリング剤：Ｎ−フェニルアミノプロピ
ルトリメトキシシラン ＩＩ．硬化促進剤：トリフェニルフォスフィン ＩＩＩ．離型剤：カルナバワックス ＩＶ．難燃剤：エポキシ当量４００、臭素含量４９％の
臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂 Ｖ．難燃助剤：三酸化アンチモン ＶＩ．着色剤：カーボンブラック ＶＩＩ．低応力化剤：スチレン／エチレン／ブタジエン
／スチレンのブロック共重合体の水添加物（ＳＥＢ
Ｓ）。

【００３９】

【表１】

【００４０】得られた半導体封止用樹脂組成物ＩＩを、
厚さ７５μｍのポリイミドフィルム（宇部興産（株）製
“ユーピレックス”７５Ｓ）上に、バーコーターを用い
て溶融コートし、塗布厚８０μｍの半導体封止用樹脂組
成物付きテープを得た。

【００４１】この半導体封止用樹脂組成物付きテープを
用いて、表面にアルミニウム蒸着した模擬素子を搭載し
たチップサイズ９×９ｍｍの１６０ｐｉｎ ＱＦＰを５
０ｔプレス機により、１７５℃×２分の条件で封止し
た。その後、１７５℃×５時間ポストキュアし、評価用
パッケージ（ＰＫＧ）を得た。

【００４２】比較のため、得られた半導体封止用樹脂組
成物Ｉを用い、表面にアルミニウム蒸着した模擬素子を
搭載したチップサイズ９×９ｍｍの１６０ｐｉｎ ＱＦ
Ｐを低圧トランスファー成型法により、１７５℃×３分
の条件で封止し、１７５℃×５時間ポストキュアーして
評価用ＰＫＧを得た。

【００４３】上記で得られた各評価用ＰＫＧ、１６０ｐ
ｉｎ ＱＦＰを８５℃／８５％ＲＨで７２時間加湿後、
最高温度２４０℃のＩＲリフロー炉で加熱処理した後、
１２１℃／１００％ＲＨのＰＣＴ条件下で、アルミニウ
ム配線の断線数を測定し、耐湿信頼性を評価した。アル
ミニウム配線の断線数が、累積で５０％になる時間を求
め寿命とした。結果を表２に示す。

【００４４】

【表２】

【００４５】表２の結果から、明らかなように、本発明
の半導体封止用樹脂組成物付きテープを用いて封止した
ＰＫＧは、従来のトランスファー成型封止のＰＫＧに比
べて優れた耐湿信頼性を示した。

【００４６】

【発明の効果】本発明のよれば、耐湿性などの信頼性に
優れた半導体装置を、優れた生産性のもとに提供するこ
とができる。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】有機絶縁フィルム上に、半導体封止用樹脂
   組成物層を有する積層体から構成される半導体封止材。
2. 【請求項２】半導体封止用樹脂組成物層がエポキシ樹脂
   （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記載の半導
   体封止材。
3. 【請求項３】無機充填剤（Ｃ）が溶融シリカ粉末（ｃ）
   であることを特徴とする請求項２記載の半導体封止材。
4. 【請求項４】半導体封止用樹脂組成物層を保護フィルム
   でカバーすることを特徴とする請求項１記載の半導体封
   止材。
5. 【請求項５】半導体封止材が半導体封止用樹脂組成物付
   きテープである請求項１記載の半導体封止材。
6. 【請求項６】請求項１〜４のいずれか記載の半導体封止
   材で封止した半導体装置。