JPH1050900A

JPH1050900A - 樹脂封止型半導体装置

Info

Publication number: JPH1050900A
Application number: JP22191096A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Hasegawa; 良一長谷川; Masahiro Hamaguchi; 昌弘浜口
Original assignee: Nippon Kayaku Co Ltd
Current assignee: Nippon Kayaku Co Ltd
Priority date: 1996-08-06
Filing date: 1996-08-06
Publication date: 1998-02-20

Abstract

(57)【要約】【課題】長期耐熱信頼性、ハンダクラック耐性に優れた
樹脂封止型半導体装置を得る。【解決手段】半導体素子が樹脂封止剤で封止された樹脂
封止型半導体装置の外面の一部または全部が、無機ガラ
ス質物質を主成分とする膜で被覆されていることを特徴
とする樹脂封止型半導体装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は樹脂封止型半導体装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】トランジスタ、ＬＣ、ＬＳＩ等の半導体
素子は、外部環境から保護の目的及び素子のハンドリン
グを可能にする観点からプラスチックパッケ−ジ等によ
り封止され半導体装置とされている。最近はＬＳＩチッ
プ等の高集積化、高速化が進んでいる。また電子装置を
小型で高性能化するために実装の高密度化が進んでお
り、実装方法として表面実装法が多用されているが、高
集積化、高速化に伴い素子の発熱が大きくなり、高温使
用条件下での長期信頼性が問題になっている。特に封止
剤樹脂組成物中に使用される難燃剤が、高温時の長期信
頼性に及ぼす影響が問題になっている。また、実装時に
おいては、半導体装置のハンダクラック耐性が重要な問
題として指摘されているが、その原因の多くは吸湿した
半導体装置が高温のハンダにさらされたときに急激な水
の蒸発により破裂することによる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の問題点即ち、封
止用の樹脂組成物中にハロゲン系化合物や、アンチモン
化合物等の難燃剤を添加することなく実質的に半導体装
置を不燃とすること、ハンダクラック耐性を上げるため
に、樹脂封止型半導体装置の吸湿を防止することが望ま
れている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は問題の解決方法
として、外面を無機ガラス質物質で被覆された樹脂封止
型半導体装置を提供する。即ち本発明は、（１）半導体
素子が樹脂封止剤で封止された樹脂封止型半導体装置の
外面の一部または全部が、無機ガラス質物質を主成分と
する膜で被覆されていることを特徴とする樹脂封止型半
導体装置、（２）膜が、加水分解可能な有機金属化合物
を用いて生成されたものである上記（１）に記載された
樹脂封止型半導体装置、（３）膜が、加水分解可能な有
機金属化合物を水と反応させて生成されたものである上
記（２）に記載された樹脂封止型半導体装置、（４）膜
が、酸または塩基を触媒として生成されたものである上
記（３）に記載された樹脂封止型半導体装置、（５）膜
が、ホウ素化合物を触媒として生成されたものである上
記（３）、（４）に記載された樹脂封止型半導体装置、
（６）膜が、ハロゲンイオンを触媒として生成されたも
のである上記（３）〜（５）のいずれか１項に記載され
た樹脂封止型半導体装置、（７）ハロゲンイオンがフッ
素、臭素または塩素イオンである上記（６）に記載され
た樹脂封止型半導体装置、（８）加水分解可能な有機金
属化合物が金属アルコキシドである上記（２）〜（７）
のいずれか１項に記載の樹脂封止型半導体装置、（９）
樹脂封止剤が難燃剤を含まない上記（１）〜（８）のい
ずれか１項に記載された樹脂封止型半導体装置、（１
０）膜が、無溶剤でまたは必要に応じて、水、有機溶
媒、界面活性剤等を用いたコ−テイング組成物より生成
されたものである上記（１）〜（９）のいずれか１項に
記載された樹脂封止型半導体装置、（１１）膜の生成温
度が２００℃以下である上記（１）〜（１０）のいずれ
か１項に記載された半導体装置、を提供する。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を詳しく説明す
る。本発明において用いる無機ガラス質物質とは、Ｓｉ
Ｏ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＳｎＯ₂、ＺｎＯ、Ｐｂ
Ｏ、Ｂ₂Ｏ₃、Ｐ₂Ｏ₅、ＣａＯ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、
ＢａＯ、ＺｒＯ₂、等からなり、主としてＳｉＯ₂の網
目状構造の中に、金属酸化物の網目修飾体を含有する構
造を形成するものを指す。これらはケイ酸カルシウム、
ケイ酸ソ−ダ−、ケイフッ化ソ−ダ−、水ガラスや種々
のセメント類等を使用して形成させることが出来る。本
発明の好ましい実施態様においては、加水分解可能な有
機金属化合物を使用し、これを加水分解し無機ガラス質
物質（膜）を生成させるのが好ましく、この場合セメン
ト類と併用することも可能である。

【０００６】加水分解可能な有機金属化合物（以下、加
水分解性有機金属化合物という）としてはとくに限定は
されないが、金属アルコキシドが最も好ましく、一部ア
ルキル基、アリ−ル基、ハロゲン等で置換された物も使
用できる。具体的化合物の例をあげると、リチウムエト
キシド、マグネシウムイソプロポキシド、アルミニウム
イソプロポキシド、アルミニウムエトキシド、亜鉛イソ
プロポキシド、テトラメトキシシラン、テトラエトキシ
シラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキ
シシラン、メチルジエトキシシラン、ヘキシルトリメト
キシシラン、フェニルトリエトキシシラン、テトラプロ
ポキシシラン、ジルコニウムプロポキシド、ジルコニウ
ムアセチルアセトネ−ト、チタンテトラプロポキシド、
チタンテトラエトキシド、チタンテトラオクタデシルオ
キシド、チタニウムオキシアセチルアセトネ−ト、ホウ
酸トリエチル、ホウ酸トリメチル、バリウムエトキシ
ド、バリウムブトキシド、スズテトラエトキシド、テト
ラエトキシテルル、セリウムテトラエトキシド、及びこ
れらのオリゴマ−等である。これらの加水分解性有機金
属化合物は、単独でも２種類以上の併用でも可能であ
る。また、各種のシランカップリング剤も同時に使用可
能である。この例としては、末端にアミノ基、エポキシ
基、水酸基、アルコキシシリル基、等の付いたシロキサ
ン類、チタンオキサイド類をあげることが出来る。具体
例としては、プロピルアミノトリメトキシシラン、グリ
シジルオキシプロピルトリメトキシシラン、メルカプト
プロピルトリエトキシシラン、等をあげることは出来る
がこれらに限定されるものではない。加水分解性有機金
属化合物はそのまま使用することもできるが溶媒を併用
する方がよい。

【０００７】膜形成は、水溶媒を使用して行うことも可
能であるが、水と有機溶媒との混合溶媒がもっとも適し
ている。この有機溶媒としては、メタノ−ル、エタノ−
ル、プロパノ−ル、ブタノ−ル、エチレングリコ−ル、
プロピレングリコ−ル等のアルコ−ル類、アセトン、メ
チルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン
類、酢酸エチル、酢酸ブチル、等のエステル類、エチル
セロソルブ、ブチルセロソルブ等のセロソルブ類、ジオ
キサン、テトラヒドロフラン等のエ−テル類、ジメチル
スルホキシド、ジメチルフォルムアミド、等の非プロト
ン性極性溶媒等があげられる。この際の有機溶媒と水の
混合割合は、水が全溶媒中で２０重量％以下を占めるよ
うにすればよい。また、上記混合溶媒にハロゲン系溶
媒、トルエン、キシレン、等の炭化水素系の溶媒を添加
することも可能である。

【０００８】溶媒の使用量は、膜形成反応終了後の生成
した固形分量が溶媒の通常２〜８０重量％、好ましくは
５〜６０重量％になるようにする。水は、加水分解反応
に必要な理論量あれば良いが、反応を円滑に進めるため
には、反応混合物中で通常０．０１〜９０重量％、好ま
しくは０．５〜７０重量％程度を占める量を使用する。
ただし、理論量の水が存在しなくても空気中の水分も利
用されるので問題はない。

【０００９】膜形成時（反応時）の液性は、ｐＨ４〜１
０付近が好ましい。しかし、被覆する樹脂封止型半導体
装置の樹脂層が影響を受けない場合この範囲を離れた酸
性、塩基性、いずれでも可能である。酸または塩基は加
水分解の触媒として作用する。酸又は塩基としては、塩
酸、硫酸、リン酸等の鉱酸、蟻酸、酢酸、等の有機酸が
使用できる。塩基としては、苛性ソ−ダ、苛性カリ、等
の苛性アルカリ、アンモニア、トリエチルアミン、ピリ
ジン等の有機アミンが使用できる。また、液性が中性に
近い領域では、ホウ素化合物、及び／または、ハロゲン
イオンを触媒とするのが好ましい。

【００１０】ホウ素化合物としては、ホウ酸エステル、
四ハロゲン化ホウ素塩が用いられる。ホウ酸エステルと
しては、ホウ酸トリメチル、ホウ酸トリエチル、ホウ酸
トリプロピル、ホウ酸トリブチル等が好ましい。四ハロ
ゲン化ホウ素塩としては、四フッ化ホウ素のトリエチル
アミン塩、ピリジニウム塩、等の有機アミン塩、アンモ
ニウム塩等が有効である。ホウ酸化合物の使用量は反応
混合物中の濃度として、０．００１〜１０重量％、加水
分解性有機金属化合物に対して０．１〜５０重量％程度
とするのがよい。

【００１１】ハロゲンイオンを触媒として使用する場
合、通常ハロゲンイオン含有化合物を用いる。ハロゲン
イオン含有化合物としては、塩酸、臭化水素酸、フッ化
水素酸、及びそのナトリウム、カリウム、アンモニウム
塩、トリエチルアミン塩、ピリジン塩等の有機アミン塩
及び酸性塩が使用できる。ハロゲンイオン含有化合物の
使用量は、反応混合物中の濃度として０．００１〜１モ
ル／Ｌ、好ましくは０．００２〜０．２モル／Ｌとする
のがよい。

【００１２】本発明においては、上記の各成分を含有す
る組成物を使用前に所定量混合して使用する。この時各
成分の分散状態が良くなければ、界面活性剤を用いるこ
とが出来る。界面活性剤としては、ポリアクリル酸、ポ
リメタクリル酸、スチレン−無水マレイン酸共重合体、
等のポリカルボン酸型、リグニンスルフォン酸、ナフタ
レンスルフォン酸等のスルフォン酸型、ノニオン型、ポ
リビニルアルコ−ル、脂肪酸糖エステル糖のアルコ−ル
型の界面活性剤等が使用でき、組成物中で０．０１〜５
重量％、好ましくは０．０５〜２重量％程度を占める量
を使用する。

【００１３】混合に際しては、効率の良い撹拌機を使用
すればよいが、ホモミキサ−、サンドグラインダ−等の
インキ化用機械を用いる事もできる。

【００１４】各成分の混合の手順について特に制限はな
いが、保存安定性を要求される場合は、水の添加、触媒
（特にハロゲン含有化合物）の添加を、使用直前に行う
のが好ましい。従って、２液型の使用形態が望ましい。
組成物の調製温度は通常０℃〜１５０℃、好ましくは１
０℃〜１００℃程度であり、溶媒の種類によるがその沸
点を超えない温度が望ましい。

【００１５】本発明においては、上記のようにして調製
された組成物を樹脂封止型半導体装置の表面に塗布す
る。塗布方法としてはロ−ルコ−タ−等種々の印刷方式
が可能であり、スプレ−を用いて噴霧塗布することもで
きる。また、刷毛塗りやスピンコ−テイングも可能であ
る。また、液状の組成物中に既に樹脂封型半導体装置を
浸漬して塗布することもできる。塗布する膜厚は特に制
限はないが、０．２μｍ〜５ｍｍ、好ましくは５μｍ〜
０．５ｍｍ程度である。塗布は室温で行うのがよく、場
合によっては５０〜１００℃に加熱しながら塗布するこ
とも可能である。

【００１６】塗布された組成物は、通常２００℃以下、
好ましくは１０〜２００℃、特に好ましくは２０〜１５
０℃にて硬化（膜形成）する。硬化時間は、溶媒の種
類、触媒の種類、液性によって変化するが、１５０℃程
度の温度では１０秒〜５分で硬化させることが可能であ
る。

【００１７】本発明の適用される樹脂封止された半導体
装置は、リ−ドフレ−ム上に置かれた半導体チップに、
エポキシモ−ルデイングコンパウンドと呼ばれる硬化性
組成物をトランスファ−成形して、封止したものを用い
ることが出来る。また、液状組成物により封止したもの
も用いることが出来る。パッケ−ジの形としては、ＢＧ
Ａ、ＣＳＰ、ＳＯＰ、ＱＦＰ、ＤＩＰ等と略称されるも
の全てに適用できる。また、半導体装置は、寸法安定性
を得る、熱膨張を押さえる、等の目的でシリカやアルミ
ナを４０〜９５重量％充填した樹脂組成物で封止されて
いた方が好ましく、本発明における無機ガラス質層を主
成分とする膜の密着性を保つためにも、高フィラ−充填
されていた方が好ましい。

【００１８】通常、樹脂封止型半導体装置は、ブロム化
合物及び／またはアンチモン化合物を封止用の樹脂組成
物に加えて、難燃性にする事が必要であるが、本発明の
樹脂封止型半導体装置は特にこれらを加えなくてもよ
い。難燃剤は高温下で半導体チップの電極や、金線の腐
食の原因になるといわれており、添加を押さえることが
望まれているが、本発明はこれを可能にする。しかし、
出来るだけフィラ−の充填量を上げておくことが望まし
い。

【００１９】最近半導体装置の実装方法として表面実装
法が普及してきており、半導体装置のハンダクラック耐
性が必須の条件となりつつある。これは、半導体装置
が、高温高湿下の条件に置かれた後、高温のハンダ浴に
曝されたときに、急激な水分の蒸発によりクラックが生
じる現象に対する耐性を有することである。本発明の樹
脂封止型半導体装置は、極めて吸湿を押さえることが出
来るために、良好なハンダクラック耐性を備えている。
本発明において無機ガラス質物質を主成分とする膜は樹
脂封止型半導体装置の全面を覆う必要はないが、全面の
方がよい。

【実施例】以下実施例によって本発明を更に詳細に説明
する。

【００２０】実施例１ジルコニウムテトラブトキシド２０ｇ、ヘキシルトリメ
トキシシラン５ｇ、イソプロピルアルコ−ル５ｇ、メタ
ノ−ル１ｇ、エタノ−ル１ｇをビ−カ−に取りマグネチ
ックスタ−ラ−で撹拌した。ここに更にホウ酸トリエチ
ル１ｇを添加した。別の容器に水１ｇと酸性フッ化アン
モン０．１ｇを取り撹拌した。この得られた２液をマグ
ネチックスタ−ラで４０℃で３０分間撹拌しコーティン
グ組成物を得た。このもののｐＨは５であった。これを
刷毛にて樹脂封止された半導体装置（外形２７ｍｍ×２
７ｍｍのＢＧＡパッケ−ジ）の全面に塗布した。これを
乾燥機で１５０℃、１０分間加熱処理をしたところ、表
面が透明の皮膜で被覆された本発明の樹脂封止型半導体
装置が得られた。膜厚は、４０μｍであった。本発明の
樹脂封止型半導体装置は封止されている側にバ−ナ−の
炎を１０秒づつ２回当てても着火しなかった。また、８
５℃、８５％湿度の条件に２４時間曝したときにも吸湿
量は、０．０５重量％であり、２６０℃のハンダ浴に１
０秒浸漬を２回繰り返したところクラック割れは生じな
かった。尚、無機ガラス質層を設ける前の樹脂封止され
た半導体装置は、ＢＧＡ基板上に半導体チップを乗せ、
次の組成を有する液状樹脂組成物を硬化させ作製したも
のを用いた。液状組成物の組成ビスフェノ−ルＡ型エポキシ樹脂９０重量部シリコン変性エポキシ樹脂１０重量部（グリシジルアリ−ルシロキサン型）無水メチルナジック酸１１０重量部マイクロカプセル化変性アミン８重量部球状シリカ（３０μｍ）５３０重量部球状シリカ（１１μｍ）３３０重量部カ−ボンブラック０．５重量部界面活性剤（消泡）０．５重量部硬化条件：１００℃×２時間、１５０℃×２時間

【００２１】実施例２実施例１においてジルコニウムテトラブトキシドに変え
て、テトラエトキシシランを２５ｇを使用し、また溶媒
の一成分としてエタノ−ルに変えて、メチルセロソルブ
を同量使用した以外は実施例１と同様に処理してコ−テ
イング組成物を得た。このもののｐＨは５であった。樹
脂封止された半導体装置（外形２０ｍｍ×５ｍｍ×２．
５ｍｍのＳＯＰパッケ−ジ）の両面に調製したコ−テイ
ング組成物をロ−ルコ−タ−で塗布した。次いで１３０
℃で１５分間熱処理を２回繰り返したところ膜厚６０μ
ｍの透明の被膜で被覆された本発明の樹脂封止型半導体
装置が得られた。得られた樹脂封止型半導体装置はバ−
ナ−の火炎を１０秒づつ２回当てても着火しなかった。
また、８５℃、８５％湿度の条件下で２４時間曝した
後、２６０℃のハンダ浴に１０秒づつ２回浸漬したが、
クラックは生じなかった。尚、無機ガラス質層を設ける
前の樹脂封止された半導体装置は、次の組成を有するエ
ポキシモ−ルデイングコンパウンドで、トランスファ−
成形されたものを使用した。組成ビフェニル型エポキシ樹脂７．５重量部（商品名ＹＸ−４０００、油化シェルエポキシ（株）製）クレゾ−ルノボラック型エポキシ樹脂２．５重量部フェノ−ルノボラック樹脂５．８重量部球状シリカ（３０μｍ）７０重量部球状シリカ（１３μｍ）４５重量部破砕シリカ２０重量部トリフェニルフォスフィン０．３重量部離型剤（ポリエチレン系）０．５重量部カ−ボンブラック０．５重量部硬化条件：１６０℃（トランスファ−）、ポストキュア
−１６０℃×２時間

【００２２】実施例３テトラエトキシシラン１５ｇ、アルミニウムトリイソプ
ロポキシド５ｇ、ジメチルジエトキシシラン５ｇ、チタ
ンテトラオクタデシルオキシド１ｇ、イソプロピルアル
コ−ル５ｇ、メチルイソブチルケトン１ｇ、テトラヒド
ロフラン１ｇをビ−カ−に取りマグネチックスタ−ラ−
で撹拌した。ここに更にホウ酸トリメチル１ｇを添加し
た。更に水１ｇを加え塩酸０．１ｇを添加し１０分間撹
拌した後、アンモニア水を加えてｐＨを５に調整した。
これを実施例２で用いた樹脂封止のＳＯＰパッケ−ジ上
に実施例２と同様に塗布した。これを乾燥機で１３０
℃、１５分間加熱処理を２回繰り返し、膜厚７０μｍの
皮膜で被覆された本発明の樹脂封止型半導体装置が得ら
れた。得られた樹脂封止型半導体装置これはバ−ナ−の
火炎を１０秒づつ２回当てても着火しなかった。また、
８５℃、８５％湿度の条件下で２４時間曝した後、２６
０℃のハンダ浴に１０秒づつ２回浸漬したが、クラック
は生じなかった。

【００２３】比較例１、２実施例２、３で無機ガラス質層を設ける前の、樹脂封止
された半導体装置は、上記の難燃テスト、及び、ハンダ
クラックテストをクリヤ−できなかった。

【００２４】

【発明の効果】本発明の樹脂封止型半導体装置は、外面
に無機ガラス質層を有し、難燃性、ハンダクラック性等
の耐熱信頼性を高めることが出来るようになった。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体素子が樹脂封止剤で封止された樹脂
封止型半導体装置の外面の一部または全部が、無機ガラ
ス質物質を主成分とする膜で被覆されていることを特徴
とする樹脂封止型半導体装置。
【請求項２】膜が、加水分解可能な有機金属化合物を用
いて生成されたものである請求項１に記載された樹脂封
止型半導体装置。
【請求項３】膜が、加水分解可能な有機金属化合物を水
と反応させて生成されたものである請求項２に記載され
た樹脂封止型半導体装置。
【請求項４】膜が、酸または塩基を触媒として生成され
たものである請求項３に記載された樹脂封止型半導体装
置。
【請求項５】膜が、ホウ素化合物を触媒として生成され
たものである請求項３、４に記載された樹脂封止型半導
体装置。
【請求項６】膜が、ハロゲンイオンを触媒として生成さ
れたものである請求項３〜５のいずれか１項に記載され
た樹脂封止型半導体装置。
【請求項７】ハロゲンイオンがフッ素、臭素または塩素
イオンである請求項６に記載された樹脂封止型半導体装
置。
【請求項８】加水分解可能な有機金属化合物が金属アル
コキシドである請求項２〜７のいずれか１項に記載の樹
脂封止型半導体装置。
【請求項９】樹脂封止剤が難燃剤を含まない請求項１〜
８のいずれか１項に記載された樹脂封止型半導体装置。
【請求項１０】膜が、無溶剤でまたは必要に応じて、
水、有機溶媒、界面活性剤等を用いたコ−テイング組成
物より生成されたものである請求項１〜９のいずれか１
項に記載された樹脂封止型半導体装置。
【請求項１１】膜の生成温度が２００℃以下である請求
項１〜１０のいずれか１項に記載された半導体装置。