JPH10154772A - 半導体パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 貫通穴１３を備えた有機系基板１１の、貫通
穴１３の周囲の基板１１表面に金属体１４をエポキシ樹
脂系の接着剤１５を用いて接着して、金属体１４が底面
で露出する凹部１６であって、その底面で露出する金属
体１４に半導体素子２１の実装を予定する凹部１６を形
成した半導体パッケージにおいて、吸湿時の気密接着性
が優れた半導体装置を製造することができる半導体パッ
ケージを提供する。 【解決手段】 接着剤１５が、フェノール系硬化剤を含
有する接着剤１５である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
に用いられる半導体パッケージに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置として、金属製のリードフレ
ームの上に半導体素子を接着した後、ボンディングワイ
ヤーを用いてリードフレームと半導体素子を電気的に接
続し、次いで、半導体素子全体及びリードフレームの一
部等を封止材で封止して製造した半導体装置や、端子を
備えた有機系の基板の上に半導体素子を接着した後、端
子と半導体素子を電気的に接続し、次いで、封止材で封
止して製造した半導体装置が用いられている。

【０００３】この有機系の基板を用いた半導体装置は、
例えば図２に示すような、有機系の基板１１の一方の面
に、半導体素子２１を実装可能に形成した半導体素子配
置部１７と、ボンディングワイヤー２２等と接続可能に
形成した導体回路であるボンディングパット１２とを備
え、基板１１の他方の面には、基板１１を貫通して形成
したスルホール金属層１９や配線回路等を介してボンデ
ィングパット１２と電気的に接続した電極１８と、その
電極１８と接続され、母基板（半導体装置を実装するプ
リント配線板）に実装するための端子２０とを備える半
導体パッケージ１０を用いて、半導体素子２１を実装し
た後、ボンディングワイヤー２２等を用いてボンディン
グパット１２と半導体素子２１を接続し、次いで、封止
材２３で封止して製造されている。

【０００４】近年の半導体装置の高機能化により、半導
体素子の発生する熱が増加する傾向にある。半導体素子
の発生する熱が増加して半導体素子の温度が高くなる
と、半導体装置の動作が不安定になり、信頼性が低下す
るという問題があった。特に有機系の基板に半導体素子
を実装した半導体装置は、リードフレームを用いた半導
体素子と比較して放熱性が低く、半導体装置の動作が不
安定になりやすい傾向があり、放熱性の優れた半導体装
置が望まれている。

【０００５】そのため、特開昭６１−３４９９０号に示
すような、放熱用の金属体を有機系の基板と一体化する
と共に、その金属体に半導体素子を実装するように形成
した半導体パッケージを用いて、放熱性を改良した半導
体装置が検討されている。

【０００６】この放熱用の金属体に半導体素子を実装す
るように形成した半導体パッケージは、例えば図１に示
すように、貫通穴１３を備えた有機系基板１１の、貫通
穴１３の周囲の基板１１表面に、金属体１４を接着剤１
５を用いて接着することにより、金属体１４が底面で露
出する凹部１６を形成して製造される。そしてその凹部
１６の底面で露出する金属体１４に半導体素子２１を実
装することにより、半導体素子２１の部分で発生する熱
を、金属体１４全体で放熱するようになっている。

【０００７】この基板１１と金属体１４を接着する接着
剤１５としては、接着強度の高いエポキシ樹脂系の接着
剤１５が一般に用いられている。しかし、この方法で製
造した半導体パッケージを用いて得られる半導体装置
は、吸湿評価において基板１１と金属体１４の気密接着
性が低下して基板１１と金属体１４の間に隙間が生じ、
半導体素子２１等が外気の影響を受けて電気的性能が低
下する場合があり、吸湿信頼性が低いという問題があっ
た。そのため、有機系の基板１１と金属体１４をエポキ
シ樹脂系の接着剤１５を用いて接着した半導体パッケー
ジであって、吸湿時の気密接着性が優れた半導体装置を
製造することができる半導体パッケージが求められてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を改善するために成されたもので、その目的とするとこ
ろは、貫通穴を備えた有機系基板の、貫通穴の周囲の基
板表面に金属体をエポキシ樹脂系の接着剤を用いて接着
した半導体パッケージであって、吸湿時の気密接着性が
優れた半導体装置を製造することが可能な半導体パッケ
ージを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
半導体パッケージは、貫通穴を備えた有機系基板の、貫
通穴の周囲の基板表面に金属体をエポキシ樹脂系の接着
剤を用いて接着して、金属体が底面で露出する凹部であ
って、その底面で露出する金属体に半導体素子の実装を
予定する凹部を形成した半導体パッケージにおいて、接
着剤が、フェノール系硬化剤を含有する接着剤であるこ
とを特徴とする。

【００１０】本発明の請求項２に係る半導体パッケージ
は、請求項１記載の半導体パッケージにおいて、接着剤
に無機充填材をも含有し、その無機充填材を、接着剤１
００重量部に対して、５０〜８５重量部含有することを
特徴とする。

【００１１】本発明の請求項３に係る半導体パッケージ
は、請求項１又は請求項２記載の半導体パッケージにお
いて、接着剤が、液状の接着剤であることを特徴とす
る。

【００１２】本発明によると、フェノール系硬化剤を含
有する接着剤を用いて、貫通穴を備えた有機系基板の、
貫通穴の周囲の基板表面に金属体を接着して製造するた
め、吸湿時の気密接着性が優れた半導体装置を製造する
ことが可能な半導体パッケージとなる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明に係る半導体パッケージを
図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る半導体パ
ッケージの一実施の形態を説明する断面図である。

【００１４】本発明に係る半導体パッケージの一実施の
形態は、図１に示すように、貫通穴１３、ボンディング
パット１２、電極１８及びスルホール金属層１９等を備
えた有機系基板１１の、貫通穴１３の周囲の基板１１表
面に金属体１４をエポキシ樹脂系の接着剤１５を用いて
接着することにより、金属体１４が底面で露出する凹部
１６を形成し、次いで電極１８と接続した針状や球状の
端子２０を形成することにより半導体パッケージ１０は
製造される。なお、端子２０は、半導体素子を実装した
後、形成するようにしてもよい。そして、上記凹部１６
の底面で露出する金属体１４に半導体素子２１を実装し
た場合には、半導体素子２１が発生する熱を、金属体１
４全体で放熱可能になっている。

【００１５】本発明に用いる基板１１は、有機系であれ
ば特に限定するものではなく、例えば、エポキシ樹脂
系、フェノール樹脂系、ポリイミド樹脂系、不飽和ポリ
エステル樹脂系、ポリフェニレンエーテル樹脂系等の熱
硬化性樹脂や、これらの熱硬化性樹脂に無機充填材等を
配合したものの板や、ガラス等の無機質繊維やポリエス
テル、ポリアミド、木綿等の有機質繊維のクロス、ペー
パー等の基材を、上記熱硬化性樹脂等で接着した板等が
挙げられる。

【００１６】なお基板１１は、スルホール金属層１９を
形成しているものに限定するものではなく、端子２０を
形成しようとする電極１８を、ボンディングパット１２
を形成した面と同じ面に形成する場合には、スルホール
金属層１９はなくてもよい。また、基板１１内部には、
導体回路や貫通しないスルホール金属層等を形成してい
てもよい。

【００１７】なお、基板１１が備えるボンディングパッ
ト１２や電極１８等の製造方法は、特に限定するもので
はないが、表面に導体箔を有した基板１１を用いて、そ
の導体箔をエッチングして形成する方法や、表面に導体
箔を有しない基板１１を用いて、導体を形成しない部分
にレジスト皮膜を形成した後、無電解メッキ等を施すこ
とにより形成する方法等が挙げられる。なお、ボンディ
ングパット１２や電極１８等を形成する金属としては、
銅、アルミニウム、真鍮、ニッケル等の単独、合金等が
挙げられるが、電気的信頼性より銅や、銅の表面に金め
っき層等を形成したものが好ましい。また、貫通穴１３
の製造方法は、特に限定するものではないが、金型で打
ち抜いたり、ルータで削り取って形成する。

【００１８】本発明に用いる金属体１４は、基板１１よ
り伝熱が良好なものであれば特に限定するものではな
く、例えば、銅板、鉄板、アルミニウム板等の金属板
や、これらの金属板表面にメッキ金属層を形成した板等
が挙げられる。

【００１９】なお、金属体１４は、表面を研磨等を行い
粗面化した後用いると、接着剤１５との接着強度が優れ
好ましい。この粗面化する方法としては、バフ、スクラ
ブ等で機械的に表面を削って粗面化する方法や、硫酸及
び過酸化水素を含む粗面化処理液や過硫酸アンモニウム
を含む粗面化処理液等で化学的に表面をエッチングした
り酸化して粗面化する方法が挙げられる。

【００２０】本発明に用いる接着剤１５は、エポキシ樹
脂及びその硬化剤を必須として含有し、必要に応じて無
機充填材や硬化促進剤やシランカップリング剤等を含有
することができる。なお、硬化剤として、フェノール系
硬化剤を含有していることが重要である。含有していな
い場合には、得られる半導体パッケージを用いて製造す
る半導体装置の、吸湿時の気密接着性が低下する場合が
ある。

【００２１】なお、フェノール系硬化剤としては、フェ
ノールノボラック樹脂及びその誘導体、クレゾールノボ
ラック樹脂及びその誘導体、モノまたはジヒドロキシナ
フタレンノボラック樹脂及びその誘導体、フェノール類
やナフトール類とｐ−キシレンの縮合体、ジシクロペン
タジエンとフェノールの共重合体等が挙げられる。

【００２２】なお、接着剤１５に含有する硬化剤は、フ
ェノール系硬化剤に限定するものではなく、２−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等のイミダゾール系硬化剤
や、ジシアンジアミド、脂肪族ポリアミド等のアミド系
硬化剤や、アンモニア、トリエチルアミン、ジエチルア
ミン等の脂肪族アミン系硬化剤や、ジアミノジフェニル
メタン、メタフェニレンジアミン等の芳香族アミン系硬
化剤や、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物等の酸無水
物系硬化剤等を併用してもよい。なお、フェノール系硬
化剤以外の硬化剤を含有させる場合には、フェノール系
硬化剤を官能基比率で５０％以上含有させると、特に吸
湿時の気密接着性が優れ好ましい。なお、硬化剤合計の
配合量としては、通常エポキシ樹脂に対して、当量比で
０．５〜１．５の範囲で配合される。

【００２３】また、接着剤１５に含有するエポキシ樹脂
としては、特に限定するものではなく、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、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、フェノールノ
ボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡノボラック
型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ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、ジアミ
ノジフェニルメタン型エポキシ樹脂、及びこれらのエポ
キシ樹脂構造体中の水素原子の一部をハロゲン化するこ
とにより難燃化したエポキシ樹脂等が挙げられる。

【００２４】また、接着剤１５に含有することのできる
無機充填材としては、シリカ、炭酸カルシウム、水酸化
アルミニウム、タルク等の無機質粉末充填材や、ガラス
繊維、パルプ繊維、合成繊維、セラミック繊維等の繊維
質充填材が挙げられる。なお、無機充填材としてシリカ
を用いると、熱膨張率が小さく好ましい。

【００２５】この無機充填材は、エポキシ樹脂や硬化剤
と比較して吸湿しにくいため、接着剤１５に含有すると
接着剤１５の吸湿率を低下させ、特に吸湿時の気密接着
性が優れた半導体パッケージを得ることが可能となる。
なお、無機充填材の含有量は、接着剤１５の１００重量
部に対して、５０〜８５重量部含有するようにすると好
ましい。８５重量部を越える場合は、樹脂成分比率が低
いため、接着強度が低下する場合がある。また、５０重
量部未満の場合は、上記吸湿時の気密接着性を特に向上
させる効果が小さくなる。

【００２６】また、接着剤１５に含有することのできる
硬化促進剤としては、例えば、１，８−ジアザ−ビシク
ロ（５，４，０）ウンデセン−７、トリエチレンジアミ
ン、ベンジルジメチルアミン等の三級アミン化合物、２
−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等のイミダゾール化合物、トリフ
ェニルホスフィン、トリブチルホスフィン等の有機ホス
フィン化合物等が挙げられる。

【００２７】また、接着剤１５に含有することができる
シランカップリング剤としては、γ−グリシドキシプロ
ピルトリメトキシシラン等のエポキシシランや、Ｎ−フ
ェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等のア
ミノシラン等が挙げられる。

【００２８】なお、接着剤１５は、液状で用いてもよ
く、固体状で用いても良い。固体状の接着剤１５として
は、上記エポキシ樹脂、硬化剤及び無機充填材等を配合
した液を、ガラス等の無機質繊維やポリエステル、ポリ
アミド、木綿等の有機質繊維のクロス、ペーパー等の基
材に含浸した後、必要に応じて加熱してシート状とした
ものや、上記エポキシ樹脂、硬化剤及び無機充填材等を
配合・混練した後、シート状に形成したもの等が挙げら
れる。なお、シート状の接着剤１５を用いる場合には、
基板１１が備えた貫通穴１３とほぼ同じ大きさの穴をシ
ートに開けた後、基板１１と金属体１４の間に挟んで用
いる。なお、接着剤１５が液状の場合、穴を開けずに使
用することができるため、生産性が優れ好ましい。

【００２９】接着剤１５を用いて基板１１と金属体１４
を接着する方法としては特に限定するものではなく、必
要に応じて基板１１、接着剤１５及び金属体１４を挟ん
で加圧した状態で、接着剤１５が硬化する条件に加熱し
て接着する。なお、基板１１の接着剤１５で接着する部
分は、導体回路を形成していない部分で接着してもよ
く、導体回路を形成している部分で接着するようにして
もよい。

【００３０】

【実施例】

（実施例１）大きさ５０×５０ｃｍ、銅箔を除く厚み
０．５ｍｍのガラス基材ポリイミド樹脂片面銅張積層板
［松下電工株式会社製、商品名 Ｒ−４７８０、銅箔厚
み１８μｍ］を基板として用いた。そして、この基板の
一方の面の銅箔をエッチングして導体回路を形成した
後、その基板に一辺が約１５ｍｍの四角状の貫通穴を形
成した。

【００３１】次いで、厚み５ｍｍ、大きさ２５×２５ｍ
ｍの銅板を、下記の液状の接着剤を用いて、１７０℃で
３０分加熱して接着して、半導体パッケージを得た。な
お、銅板は基板表面のうち貫通穴の全周に渡って接する
ように接着した。

【００３２】銅板の接着に用いた接着剤は、ビスフェノ
ールＡ型エポキシ樹脂［東都化成（株）製、商品名ＹＤ
８１２５］を３０重量部と、オルソクレゾールノボラッ
ク型エポキシ樹脂［住友化学工業社製、商品名ＥＳＣＮ
１９５ＸＬ］を３重量部と、フェノール樹脂［荒川化学
工業社製、商品名タマノール７５２］を５重量部と、溶
融シリカ［龍森社製、商品名ＲＯ８］を６０重量部と、
２−フェニルイミダゾールを１重量部配合した接着剤を
用いた。

【００３３】（比較例１）銅板の接着に用いた接着剤と
して、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂［東都化成
（株）製、商品名ＹＤ８１２５］を３０重量部と、オル
ソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂［住友化学工業
社製、商品名ＥＳＣＮ１９５ＸＬ］を３重量部と、ジシ
アンジアミド［日本カーバイド社製］を５重量部と、溶
融シリカ［龍森社製、商品名ＲＯ８］を６０重量部と、
２−フェニルイミダゾールを１重量部とを配合した接着
剤を用いたこと以外は実施例１と同様にして、半導体パ
ッケージを得た。

【００３４】（評価、結果）実施例１及び比較例１で得
られた半導体パッケージについて、気密接着性を評価し
た。その評価方法は、基板に形成した貫通穴のうち、銅
板を接着していない側の面に、セラミック製板を実施例
１で用いた接着剤で接着し、そのセラミック製板の上及
び周囲を、液状エポキシ樹脂封止材［松下電工社製、商
品名パナシーラー５１８０Ａ］で封止して評価用サンプ
ルを作製した。

【００３５】次いで、ＭＩＬ規格ＳＴＤ−８８３Ｃ Ｍ
ＥＴＨＯＤ１０１４．５ ＳＥＡＬＴＥＳＴ ＣＯＮＤ
ＩＴＩＯＮ Ｃに準じて、５ｔｏｒｒで１時間減圧処理
した後、その減圧の状態で評価液１［住友スリーエム社
製、商品名フロリナートＦＣ−７２］に浸漬し、次いで
常圧に戻した後、１２５℃に加熱した評価液２［住友ス
リーエム社製、商品名フロリナートＦＣ−４０］に浸漬
し、半導体パッケージの部分からバブルが発生するか否
かを目視で観察して常態の気密接着性とした。そして、
バブルが発生する場合を×（不合格）とし、バブルが発
生しない場合を○（合格）とした。

【００３６】また、上記評価用サンプルに、１２１℃、
２気圧、相対湿度１００％のプレッシャークッカーテス
ト処理を９６時間行った後、上記と同様の方法でバブル
が発生するか否かを目視で観察して吸湿後の気密接着性
とした。

【００３７】結果は、表１に示すように、実施例１は比
較例１と比較して、吸湿後の気密接着性が優れているこ
とが確認された。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【発明の効果】本発明に係る半導体パッケージは、フェ
ノール系硬化剤を含有する接着剤を用いて、貫通穴を備
えた有機系基板の、貫通穴の周囲の基板表面に金属体を
接着して製造するため、吸湿時の気密接着性が優れた半
導体装置を製造することが可能な半導体パッケージとな
る。

【００４０】本発明の請求項３に係る半導体パッケージ
は上記の効果に加え、生産性が優れた半導体パッケージ
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体パッケージの一実施の形態
を示す断面図である。

【図２】従来の半導体装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１０ 半導体パッケージ １１ 基板 １２ ボンディングパット １３ 貫通穴 １４ 金属体 １５ 接着剤 １６ 凹部 １７ 半導体素子配置部 １８ 電極 １９ スルホール金属層 ２０ 端子 ２１ 半導体素子 ２２ ボンディングワイヤー ２３ 封止材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 貫通穴（１３）を備えた有機系基板（１
   １）の、貫通穴（１３）の周囲の基板（１１）表面に金
   属体（１４）をエポキシ樹脂系の接着剤（１５）を用い
   て接着して、金属体（１４）が底面で露出する凹部（１
   ６）であって、その底面で露出する金属体（１４）に半
   導体素子（２１）の実装を予定する凹部（１６）を形成
   した半導体パッケージにおいて、接着剤（１５）が、フ
   ェノール系硬化剤を含有する接着剤（１５）であること
   を特徴とする半導体パッケージ。
2. 【請求項２】 接着剤（１５）に無機充填材をも含有
   し、その無機充填材を、接着剤（１５）１００重量部に
   対して、５０〜８５重量部含有することを特徴とする請
   求項１記載の半導体パッケージ。
3. 【請求項３】 接着剤（１５）が、液状の接着剤（１
   ５）であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載
   の半導体パッケージ。