JPH1117075A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体素子と配線回路基板および接続用電極に
生ずる応力の緩和効果に優れ高信頼性を有する半導体装
置を提供する。 【解決手段】複数の接続用電極部２が設けられた配線回
路基板１面に、上記接続用電極部２に対応する接続用電
極部３が設けられた半導体素子５が、上記配線回路基板
１面に設けられた接続用電極部２と半導体素子５面に設
けられた接続用電極部３とが当接状態で搭載され、上記
配線回路基板１と半導体素子５との間の空隙が封止樹脂
層４によって封止された半導体装置である。しかも、上
記封止樹脂層が、下記の硬化物特性（Ｘ）を備えてい
る。 （Ｘ）２５℃における引張弾性率が０．５〜５００ＭＰ
ａ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、半導体素子をフェ
ースダウン構造でマザーボード、あるいはドーターボー
ド等の配線回路基板上に実装した方式による半導体装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近の半導体デバイスの性能向上に伴う
要求として、半導体素子をフェースダウン構造で、配線
回路が形成されたマザーボード、あるいはドーターボー
ド等の配線回路基板に実装される方法（フリップチップ
方式、ダイレクトチップアタッチ方式等）が注目されて
いる。これは、従来から用いられている方式、例えば、
半導体素子から金ワイヤーでリードフレーム上にコンタ
クトをとりパッケージングされた形態でマザーボード、
あるいはドーターボード等の配線回路基板に実装する方
法では、配線による情報伝達の遅れ、クロストークによ
る情報伝達エラー等が生ずるという問題が発生している
ことに起因する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一方、上記フリップチ
ップ方式、ダイレクトチップアタッチ方式等において
は、互いの線膨脹係数が異なる半導体素子と上記配線回
路基板をダイレクトに電気接続を行うことから、接続部
分の信頼性が問題となっている。この対策としては、半
導体素子と上記配線回路基板との空隙にアンダーフィル
材と呼ばれる液状樹脂材料を注入し硬化させて樹脂硬化
体を形成し、電気接続部に集中する応力を上記樹脂硬化
体にも分散させることにより接続信頼性を向上させる方
法が採られている。しかしながら、上記フリップチップ
方式の配線回路基板に設けられた電極と、半導体素子に
設けられた電極との電気的接続は、通常、両者の金属溶
融によって行われるため、電気接続部に集中する応力を
上記アンダーフィル材によって緩和するという効果は充
分とはいえず、例えば、冷熱サイクル等のストレス試験
において、上記電極に亀裂が発生する等の問題が生じる
のが現状である。

【０００４】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、上記半導体素子と配線回路基板および接続用電
極部に生ずる応力の緩和効果に優れ、半導体素子と配線
回路基板との電気的接続信頼性に優れた半導体装置の提
供をその目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の半導体装置は、複数の接続用電極部が設け
られた配線回路基板面に、上記接続用電極部に対応する
接続用電極部が設けられた半導体素子が、上記配線回路
基板面に設けられた接続用電極部と半導体素子面に設け
られた接続用電極部とが当接状態で搭載され、上記配線
回路基板と半導体素子との間の空隙が封止樹脂層によっ
て封止されてなる半導体装置であって、上記封止樹脂層
が、下記の硬化物特性（Ｘ）を備えているという構成を
とる。 （Ｘ）２５℃における引張弾性率が０．５〜５００ＭＰ
ａである。

【０００６】すなわち、本発明では、複数の接続用電極
部を介在して接続された、配線回路基板と半導体素子と
の間の空隙に封止樹脂層が形成された半導体装置におい
て、上記封止樹脂層自身の有する２５℃における硬化物
特性（Ｘ）として上記特定範囲の引張弾性率を備えるよ
うにすることにより、配線回路基板、半導体素子および
接続用電極部に発生する応力を緩和し、配線回路基板お
よび半導体素子の反りの低減、半導体素子のクラック発
生の防止、および配線回路基板に設けられた接続用電極
部と半導体素子に設けられた接続用電極部との電気的接
続信頼性が向上する。また、配線回路基板面に設けられ
た接続用電極部と半導体素子面に設けられた接続用電極
部との電気的接続を、従来のように金属溶融によって行
わず、単に当接させるだけの物理的接触によって行うた
め、配線回路基板と半導体素子の各線膨張係数の差異等
によって生じる電極部に加わる応力を抑制することがで
きる。

【０００７】さらに、本発明者らは、本発明の見出す過
程において、上記特定の硬化物特性（Ｘ）を有する封止
樹脂層を形成する材料として、ビフェニル型エポキシ樹
脂とアクリロニトリル−ブタジエン系共重合体とを含有
し、場合によりさらに特定のフェノール樹脂を用いたエ
ポキシ樹脂組成物を用いると、低吸湿性や高接着性にお
いてより優れた封止樹脂層が形成され、結果、吸湿後の
ベーパーフェーズソルダリング（ＶＰＳ）等のストレス
試験に対してさらに安定した電気的接続の付与がなされ
ることを突き止めた。

【０００８】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施の形態を詳
しく説明する。

【０００９】本発明の半導体装置の一例を図１に基づい
て説明する。１は配線回路基板であり、この配線回路基
板１の片面には複数の接続用電極部２が設けられてい
る。そして、上記接続用電極部２上に、これと対応して
半導体素子５面に設けられた接続用電極部３を当接させ
た状態で半導体素子５が搭載されたフェイスダウン構造
をとる半導体装置である。さらに、上記配線回路基板１
と半導体素子３との間には封止樹脂層４が形成されてい
る。

【００１０】上記配線回路基板１面に設けられた接続用
電極部２と、半導体素子５面に設けられた接続用電極部
３との電気的接続は、両者を単に当接した状態（物理的
接触）により電気的接続を行っているのであって、従来
のように両者を加熱して溶融させることにより溶融接続
したものではない。

【００１１】本発明において、接続用電極部とは、周知
の電極のみでもよいが、電極とジョイントボール，ジョ
イントバンプ等の電極に配備される導電体を含む概念で
ある。したがって、一般的に配線回路基板の接続用電極
部と半導体素子の接続用電極部とは、両者とも電極のみ
で連絡されていてもよいが、通常、少なくとも一方が電
極とジョイントボール（あるいはジョイントバンプ）か
らなる電極部であるようにして両者の電極部が連絡され
る。

【００１２】上記複数の接続用電極部２および接続用電
極部３の材質としては、特に限定するものではないが、
例えば、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、クロ
ム、錫、鉛、半田、およびこれらの合金があげられる。
また、上記接続用電極部の形状としては、特に限定する
ものではないが、配線回路基板および半導体素子の双方
の接続用電極部２，３間の封止樹脂を押し出す効果の高
いものが好ましく、電極部表面に凹部の少ないものが好
ましい。

【００１３】また、上記配線回路基板１の材質として
は、特に限定するものではないが、大別してセラミック
基板、プラスチック基板があり、上記プラスチック基板
としては、例えば、エポキシガラス基板、ビスマレイミ
ドトリアジン基板、ポリフェニレンエーテル基板等があ
げられる。

【００１４】つぎに、本発明の半導体装置の配線回路基
板１と半導体素子５との空隙に形成される上記封止樹脂
層４について説明する。

【００１５】本発明において、上記封止樹脂層４形成材
料としては、特に限定するものではなく各種高分子材料
を用いることができ、また、液状、シート状等の固形状
等があげられる。そして、上記液状の場合は、熱硬化性
樹脂組成物からなるものがあけられる。また、上記シー
ト状の場合は、熱硬化性樹脂組成物、熱可塑性樹脂組成
物、感圧性樹脂組成物等、種々の樹脂組成物を用いるこ
とができる。なかでも、液状およびシート状とも、熱硬
化性樹脂組成物を用いることが特に好ましい。

【００１６】上記熱硬化性樹脂組成物としては、例え
ば、エポキシ樹脂をベースポリマーとするエポキシ樹脂
組成物があげられる。

【００１７】上記エポキシ樹脂としては、特に限定する
ものではなく、各種エポキシ樹脂があげられる。例え
ば、常温で固体を示すエポキシ樹脂として、ビフェニル
型エポキシ樹脂、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、ビスフェノ
ールＡ型エポキシ樹脂等があげられ、これらは単独でも
しくは２種以上併せて用いられる。特に好ましくは、濡
れ性が良くなるという観点から、具体的に下記の一般式
（１）で表される構造のビフェニル型エポキシ樹脂があ
げられる。このビフェニル型エポキシ樹脂は、グリシジ
ル基を有するフェニル環に、下記のＲ₁ 〜Ｒ₄ で表され
る炭素数１〜４のアルキル基が付加されたものである。
そのため、このビフェニル型エポキシ樹脂を含有するエ
ポキシ樹脂組成物によって形成された封止樹脂層は、撥
水性および低吸湿性を発揮することができる。

【００１８】

【化３】

【００１９】上記一般式（１）中のＲ₁ 〜Ｒ₄ で表され
る炭素数１〜４のアルキル基としては、メチル基、エチ
ル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブ
チル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基等の直
鎖状または分岐状の低級アルキル基があげられ、特にメ
チル基が好ましく、上記Ｒ₁ 〜Ｒ₄ は互いに同一であっ
ても異なっていてもよい。なかでも、上記Ｒ₁ 〜Ｒ₄ が
全てメチル基である下記の式（３）で表されるビフェニ
ル型エポキシ樹脂を用いることが特に好適である。

【００２０】

【化４】

【００２１】上記一般式（１）で表されるビフェニル型
エポキシ樹脂としては、エポキシ当量が１７７〜２４０
ｇ／ｅｑで、軟化点が８０〜１３０℃のものを用いるこ
とが好ましく、なかでも、エポキシ当量が１７７〜２２
０ｇ／ｅｑで、軟化点が８０〜１２０℃のものを用いる
ことが特に好ましい。

【００２２】上記ビフェニル型エポキシ樹脂とともに、
他のエポキシ樹脂を併用する場合には、上記ビフェニル
型エポキシ樹脂の含有量を、エポキシ樹脂成分全体の３
０重量％（以下「％」と略す）以上となるよう設定する
ことが好ましく、なかでも、５０％以上となるよう設定
することが好ましい。

【００２３】また、上記エポキシ樹脂組成物には、必要
によりエポキシ樹脂の硬化剤を配合することができる。
このような硬化剤としては、特に限定するものではなく
通常用いられている各種硬化剤、例えば、フェノール樹
脂、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸等の酸無水物、ア
ミン化合物等があげられ、信頼性の点から、特にフェノ
ール樹脂が好適に用いられる。なかでも、接着性等の点
から、ノボラック型フェノール樹脂を用いることがより
好ましい。そして、より一層良好な接着力、耐湿性等の
点から、特に下記の一般式（２）で表されるフェノール
樹脂を用いることが好適である。

【００２４】

【化５】

【００２５】上記一般式（２）中の繰り返し数ｍは、０
または正の整数を示すが、特にｍは０〜１０の整数であ
ることが好ましく、なかでもｍは０〜８の整数であるこ
とがより好適である。

【００２６】上記一般式（２）で表されるフェノール樹
脂は、例えば、アラルキルエーテルとフェノールとを、
フリーデルクラフツ触媒で反応させることにより得られ
る。

【００２７】上記フェノール樹脂としては、特に、水酸
基当量が１４７〜２５０ｇ／ｅｑ、軟化点が６０〜１２
０℃のものが好ましく、なかでも、水酸基当量が１４７
〜２２０ｇ／ｅｑ、軟化点が６０〜１１０℃のものが好
適である。

【００２８】上記フェノール樹脂のエポキシ樹脂に対す
る配合割合は、エポキシ樹脂中のエポキシ基１当量当た
り、上記フェノール樹脂中の水酸基が０．７〜１．３当
量となるように配合することが好適であり、なかでも
０．９〜１．１当量となるように配合することがより好
適である。

【００２９】さらに、上記エポキシ樹脂および硬化剤と
ともにアクリロニトリル−ブタジエン系共重合体を用い
ることができる。上記アクリロニトリル−ブタジエン系
共重合体としては、アクリロニトリル共重合体（ＮＢ
Ｒ）の含有量が１００％である場合のみならず、このＮ
ＢＲに他の共重合成分が含まれている場合をも含む広い
意味での共重合体をいう。他の共重合成分としては、例
えば、水添アクリロニトリル−ブタジエンゴム、アクリ
ル酸、アクリル酸エステル、スチレン、メタクリル酸等
があげられ、なかでも、金属、プラスチックとの接着力
に優れる等の点で、アクリル酸、メタクリル酸が好適で
ある。すなわち、アクリロニトリル−ブタジエン−メタ
クリル酸共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−ア
クリル酸共重合体が好適に用いられる。また、上記ＮＢ
Ｒにおけるアクリロニトリルの結合量は、特に、１０〜
５０％が好ましく、なかでも、１５〜４０％のものが特
に好適である。

【００３０】本発明において、エポキシ樹脂組成物の全
有機成分中における上記アクリロニトリル−ブタジエン
系共重合体の配合割合は、特に２〜６０％の範囲が好ま
しく、なかでも３〜５０％の範囲が好適である。すなわ
ち、上記アクリロニトリル−ブタジエン系共重合体の配
合割合が２％未満であれば、半導体素子の封止用途にお
いて、冷熱サイクル下、高温高湿下の各ストレス試験に
おいて、優れた耐久性を発揮することが困難であり、逆
に、６０％を超えると高温下での固着力が低下する傾向
がみられるからである。

【００３１】本発明では、上記エポキシ樹脂組成物に
は、上記エポキシ樹脂、硬化剤、アクリロニトリル−ブ
タジエン系共重合体とともに、必要に応じて他の添加剤
を適宜配合することもできる。

【００３２】上記他の添加剤としては、例えば、硬化促
進剤があげられる。このような硬化促進剤としては、従
来からエポキシ樹脂の硬化促進剤として知られている種
々の硬化促進剤が使用可能であり、例えば、アミン系、
リン系、ホウ素系、リン−ホウ素系等の硬化促進剤があ
げられる。なかでも、トリフェニルホスフィン、ジアザ
ビシクロウンデセン等が好適である。これらは単独でも
しくは２種以上併せて用いられる。

【００３３】さらに、シランカップリング剤、チタンカ
ップリング剤、表面調整剤、酸化防止剤等の有機材料、
アルミナ、シリカ、窒化珪素等の各種無機質充填剤、
銅、銀、アルミニウム、ニッケル、半田等の金属粒子の
無機材料、その他、顔料、染料等を用いることができ
る。上記無機材料の配合割合は、特に限定されるもので
はないが、全配合物（エポキシ樹脂組成物全体）中の８
５％以下に設定することが好ましく、より好ましくは８
０％以下である。すなわち、上記配合割合を超えて多量
に配合すると、半導体素子の電極と配線回路基板の電極
との電気的接合が良好に行われなくなり不都合が生じ易
くなるからである。

【００３４】本発明の半導体装置の封止樹脂層形成材料
の製造方法について述べる。例えば、シート状封止材料
は、つぎのようにして製造することができる。まず、エ
ポキシ樹脂をはじめ、前述の各成分を所定量配合したエ
ポキシ樹脂組成物を調製する。そして、このエポキシ樹
脂組成物を、トルエン、メチルエチルケトン、酢酸エチ
ル等の溶剤に混合溶解し、この混合溶液を離型処理した
ポリエステルフィルム等の基材フィルム上に塗布する。
つぎに、この塗布した基材フィルムを５０〜１６０℃で
乾燥させ、トルエン等の溶剤を除去することにより、上
記基材フィルム上に目的とするシート状の封止材料を製
造することができる。また、他の方法として、トルエン
等の溶剤を用いることなく加熱溶融して押し出すことに
よっても、目的とするシート状の封止材料を製造するこ
とができる。

【００３５】このようにして得られたシート状封止材料
としては、つぎのような特性を有していることが好まし
い。すなわち、１７５℃におけるゲルタイムが５〜３０
０秒であることが好ましい。すなわち、５秒より短いと
保存安定性に劣り、３００秒を超えると生産性に劣る傾
向がみられるからである。なお、上記ゲルタイムは熱板
上にて測定した。

【００３６】また、液状の場合は、エポキシ樹脂をはじ
め、前述の各成分を所定量配合し混合することにより液
状のエポキシ樹脂組成物が得られる。

【００３７】このようにして得られた液状のエポキシ樹
脂組成物としては、粘性を有しており、２５℃における
粘度が１〜５０００ｐｏｉｓｅ（Ｅ型粘度計、回転数：
１ｒｐｍ）のものが好ましい。また、上記シート状封止
材料と同様、１７５℃におけるゲルタイムが５〜３００
秒であることが好ましい。

【００３８】このようにして得られる本発明のシート状
封止材料を硬化してなる硬化物は、例えば、つぎのよう
にして製造することができる。すなわち、上記方法によ
り得られたシート状封止材料を１００〜２２５℃、好ま
しくは１２０〜２００℃で、３〜３００分間、好ましく
は５〜１８０分間加熱硬化することにより、目的とする
硬化物を製造することができる。なお、上記硬化条件
は、後述の半導体装置の製法における封止樹脂層の形成
時の加熱硬化条件と同様である。

【００３９】そして、得られた硬化物は、つぎのような
硬化物特性（Ｘ）を備えていなければならない。 （Ｘ）２５℃における引張弾性率が０．５〜５００ＭＰ
ａである。

【００４０】より好ましくは２５℃における引張弾性率
が１〜２００ＭＰａである。このような範囲に設定する
ことにより、冷熱サイクル下において、半導体素子、配
線回路基板、接続用電極部にかかる応力をバランスよく
緩和することができる。すなわち、２５℃における引張
弾性率が０．５ＭＰａ未満では、半導体素子と配線回路
基板間の充分な固着力が得られず、２５℃における引張
弾性率が５００ＭＰａを超えると、応力緩和効果に劣
り、半導体素子にクラックが発生する場合が生じるから
である。

【００４１】なお、上記２５℃における引張弾性率は、
ＪＩＳ Ｋ ６９００に準じて測定される値であって、
具体的には、万能引張試験機（オートグラフ、島津製作
所社製）によって測定される。

【００４２】本発明の半導体装置は、先に述べたよう
に、配線回路基板上に、配線回路基板に設けられた接続
用電極部、および、半導体素子に設けられた接続用電極
部を介して半導体素子が搭載され、上記配線回路基板と
半導体素子との間の空隙が封止樹脂層によって封止され
たフェイスダウン構造を有するものであって、このよう
な半導体装置の製法の一例を以下に説明するが、これに
限定するものではない。

【００４３】まず、封止樹脂層形成材料としてシート状
封止材料を用いた場合について述べる。すなわち、図２
に示すように、複数の接続用電極部２が設けられた配線
回路基板１上に、上記接続用電極部２を介して固形のシ
ート状封止材料１０を載置する。ついで、図３に示すよ
うに、上記シート状封止材料１０上の所定位置に、複数
の球状の接続用電極部３が設けられた半導体素子５を配
置し、加熱および加圧することによって上記両接続用電
極部２，３間に存在するシート状封止材料１０を加熱溶
融し押し出して、両接続用電極部２，３を当接して電気
的接続を行うとともに、溶融したシート状封止材料１０
の硬化を行って封止樹脂層４を形成することにより、配
線回路基板１と半導体素子５の電気的接続および固着を
完了する。このようにして、図１に示す半導体装置を製
造する。

【００４４】上記シート状封止材料１０の大きさとして
は、上記搭載される半導体素子５の大きさ（面積）によ
り適宜に設定され、通常、半導体素子５の大きさ（面
積）とほぼ同じに設定することが好ましい。

【００４５】また、上記シート状封止材料１０の厚み
は、特に限定されるものではないが、半導体素子５と配
線回路基板１との空隙を充填し、かつ、接続用電極部
２，３間の電気的接続を妨げないように適宜に設定する
ことができ、通常、５〜２００μｍ、好ましくは１０〜
１２０μｍに設定される。

【００４６】一方、封止樹脂層形成材料として液状封止
材料を用いた場合について述べる。すなわち、図４に示
すように、複数の接続用電極部２が設けられた配線回路
基板１上に、液状封止材料１１を設置する。ついで、図
５に示すように、上記液状封止材料１１上の所定位置
に、接続用電極部３が設けられた半導体素子５を配置
し、加圧することによって上記両接続用電極部２，３間
に存在する液状封止材料１１を押し出し、両接続用電極
部２，３を当接して電気的接続を行うとともに、上記液
状封止材料１１の硬化を行って封止樹脂層４を形成する
ことにより、配線回路基板１と半導体素子５の電気的接
続および固着を完了する。このようにして、図１に示す
半導体装置を製造する。

【００４７】上記封止材料（シート状および液状とも）
を上記半導体素子５と上記配線回路基板１との間の空隙
内に充填する際には、上記のように加圧することが好ま
しく、その加圧条件としては、接続用電極部２，３の材
質および個数等や、温度によって適宜に設定されるが、
具体的には０．０１〜０．５ｋｇｆ／個の範囲に設定さ
れ、好ましくは０．０２〜０．３ｋｇｆ／個の範囲に設
定される。

【００４８】上記半導体装置の製法では、配線回路基板
１を下方にして、その上方に半導体素子５を搭載すると
いう位置関係に基づいて説明したが、これに限定するも
のではなく、反対の位置関係、すなわち、半導体素子５
を下方にして、その上方に配線回路基板１を搭載すると
いう位置関係であってもよい。

【００４９】そして、上記半導体装置の製法において
は、配線回路基板１に設けられた接続用電極部２、およ
び、半導体素子５に設けられた接続用電極部３の、各接
続用電極部２，３が溶融する温度未満に設定して行われ
る。このような温度設定によって、両接続用電極部２，
３が溶融せずに当接状態となり電気的接続が行われる。
そして、加熱方法としては、赤外線リフロー炉、乾燥
機、温風機、熱板等があげられる。

【００５０】すなわち、本発明の半導体装置の特徴の一
つは、半導体素子５と配線回路基板１との電気的接続
が、上記のように、両接続用電極部２，３の当接によっ
てなされている点にある。通常のフリップチップ方式の
半導体装置においては、予め配線回路基板１と半導体素
子５との電気的接続を行い、その後、アンダーフィルと
呼ばれる樹脂封止を行う工程順序をとる。このため、配
線回路基板１と半導体素子５との電気的接続は、両接続
用電極部２，３の溶融による金属接合によることが不可
欠となる。これに対して、本発明の半導体装置は、配線
回路基板１と半導体素子５との電気的接続（両接続用電
極部２，３の当接）と、配線回路基板１と半導体素子５
との固着とを同一工程にて行うため、両接続用電極部
２，３を溶融接合する必要がない。したがって、本発明
の半導体装置は、配線回路基板１の線膨張係数と半導体
素子５の線膨張係数の差異等によって生じる両電極部
２，３に加わる応力を抑制するという優れた効果を備え
ている。

【００５１】また、本発明の半導体装置のもう一つの特
徴は、先に述べたように、上記形成された封止樹脂層４
が、下記の硬化物特性（Ｘ）を備えていることである。 （Ｘ）２５℃における引張弾性率が０．５〜５００ＭＰ
ａである。

【００５２】このように上記２５℃での引張弾性率を特
定範囲に規定することにより、配線回路基板１、半導体
素子５および接続用電極部２，３に発生する応力を緩和
し、配線回路基板１および半導体素子５の反りを低減
し、半導体素子５のクラックの発生を防止し、さらに配
線回路基板１に設けられた接続用電極部２と半導体素子
５に設けられた接続用電極部３との電気的接続信頼性が
向上する。

【００５３】すなわち、封止樹脂層４の２５℃における
引張弾性率の範囲を規定することにより、配線回路基板
１の線膨張係数と半導体素子５の線膨張係数の差異によ
って生じる、配線回路基板１および半導体素子５の反り
を低減することが可能となり、反りにともなって発生す
る両接続用電極部２，３の抵抗増大を抑制する効果を発
揮する。さらに、配線回路基板１および半導体素子５の
反りによって発生するクラック等の欠陥を抑えることも
可能となる。

【００５４】さらに、上記硬化物特性に加えて、上記封
止樹脂層４としては、吸水率が１．５％以下であること
が好ましい。より好ましくは吸水率が１．２％である。
また、上記封止樹脂層４に含まれるイオン性不純分（例
えば、Ｎａ⁺ ，Ｋ⁺ ，ＮＨ₃ ⁺ ，Ｃｌ^- ，ＳＯ₄ ^2-）が
各５０ｐｐｍ以下であることが好ましい。上記吸水率の
測定は、その硬化物を８５℃×８５％ＲＨで１６８時間
放置した後、微量水分測定器（平沼水分測定装置ＡＱ−
５、平沼産業社製）にて行った。また、上記イオン性不
純分の測定は、硬化物を粉砕し、１２１℃の純水にて２
４時間抽出し、イオンクロマトグラフィーによって測定
した。

【００５５】そして、上記のようにして製造された半導
体装置において、半導体素子５の大きさは、通常、幅２
〜２０ｍｍ×長さ２〜３０ｍｍ×厚み０．１〜２ｍｍに
設定される。また、半導体素子５を搭載する配線回路が
形成された配線回路基板１の大きさは、通常、幅１０〜
７０ｍｍ×長さ１０〜７０ｍｍ×厚み０．０５〜３．０
ｍｍに設定される。そして、溶融した封止用樹脂が充填
される、半導体素子５と配線回路基板１の空隙の両者間
の距離は、通常、５〜２００μｍである。

【００５６】本発明の半導体装置において、シート状あ
るいは液状の封止樹脂層形成材料を介して、半導体素子
と配線回路基板の両電極部を当接させ、上記封止樹脂層
形成材料を加熱して、好ましくは加熱とともに加圧して
硬化させることは前述のとおりである。

【００５７】上記加圧は、好ましくは半田等の接続用電
極部を偏平化しつつ、または偏平化した後、封止用樹脂
を硬化させる。

【００５８】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。

【００５９】まず、実施例に先立って、下記に示す各成
分を準備した。

【００６０】〔エポキシ樹脂ａ１〕下記の構造式で表さ
れるビフェニル型エポキシ樹脂

【００６１】

【化６】

【００６２】〔エポキシ樹脂ａ２〕クレゾールノボラッ
ク型エポキシ樹脂（エポキシ当量：１９５ｇ／ｅｑ、軟
化点：８０℃）

【００６３】〔エポキシ樹脂ａ３〕ビスフェノールＡ型
エポキシ樹脂（エポキシ当量：１８５ｇ／ｅｑ）

【００６４】〔アクリロニトリル−ブタジエン系共重合
体〕アクリロニトリル−ブタジエン−メタクリル酸共重
合体〔ムーニー粘度：５０、結合アクリロニトリル含
量：３０％、結合カルボキシル基量：０．０５ｅｐｈｒ
（ゴム１００ｇ当たりのモル数）〕

【００６５】〔液状アクリロニトリル−ブタジエンゴ
ム〕液状ＮＢＲ〔粘度：１０００ｐｏｉｓｅ（ａｔ２５
℃）〕

【００６６】〔フッ素ゴム〕ポリテトラフルオロエチレ
ン−プロピレン共重合体

【００６７】〔トリアリルイソシアヌレート〕

【００６８】〔パーオキサイド〕

【００６９】〔フェノール樹脂〕下記の構造式で表され
るフェノール樹脂（水酸基当量：１７５ｇ／ｅｑ、軟化
点７５℃）

【００７０】

【化７】

【００７１】〔メチルテトラヒドロ無水フタル酸〕 酸無水物当量：１６５

【００７２】〔硬化促進剤ｄ１〕トリフェニルホスフィ
ン

【００７３】〔硬化促進剤ｄ２〕２−エチル−４−メチ
ルイミダゾール

【００７４】〔無機質充填剤〕球状シリカ（平均粒径：
３μｍ、最大粒径：３０μｍ）

【００７５】

【実施例１〜１０、比較例１〜６】 〔シート状封止材料の作製：実施例１〜６、比較例１〜
５〕下記の表１〜表３に示す各成分を、同表に示す割合
で配合しエポキシ樹脂組成物を調製した。このエポキシ
樹脂組成物をメチルエチルケトンに混合溶解し、この混
合溶液を離型処理したポリエステルフィルム上に塗布し
た。つぎに、上記混合溶液を塗布したポリエステルフィ
ルムを１２０℃で乾燥させ、メチルエチルケトンを除去
することにより、上記ポリエステルフィルム上に目的と
する厚み１００μｍのシート状封止材料を作製した。

【００７６】〔液状封止材料の作製：実施例７〜１０、
比較例６〕下記の表１〜表３に示す割合で配合して混合
することにより目的とする液状封止材料を作製した。

【００７７】

【表１】

【００７８】

【表２】

【００７９】

【表３】

【００８０】このようにして得られた各実施例および比
較例のシート状封止材料、液状封止材料を用い、前述の
半導体装置の製法に従って半導体装置を製造した。すな
わち、シート状封止材料を用いる場合は、図２に示すよ
うに、接続用電極部２（材質：半田、融点：１８３℃、
形状：直径１５０μｍ×高さ３０μｍの円柱形）が設け
られた配線回路基板１（厚み１ｍｍのガラスエポキシ基
板）上に、上記シート状封止材料１０を載置した後、図
３に示すように、上記シート状封止材料１０上の所定の
位置に、接続用電極部３（材質：半田、融点：２６０
℃、形状：直径１００μｍ×高さ９０μｍの球形）を設
けた半導体素子５（厚み：３５０μｍ、大きさ：１３ｍ
ｍ×９ｍｍ）を載置した。その後、加熱温度１５０℃×
荷重０．１ｋｇｆ／電極個数×１分の条件でシート状封
止材料を加熱溶融して、配線回路基板１と半導体素子５
との空隙内に溶融状態の樹脂を充填して仮固着するとと
もに上記双方の接続用電極部２，３を当接し、その後、
熱硬化（条件：１５０℃×６０分）することにより、図
１に示すように、上記空隙が封止樹脂層４で樹脂封止さ
れた半導体装置を各例８個ずつ作製した。

【００８１】また、液状封止材料を用いる場合は、図４
に示すように、接続用電極部２（材質：半田、融点：１
８３℃、形状：直径１５０μｍ×高さ３０μｍの円柱
形）が設けられた配線回路基板１（厚み１ｍｍのガラス
エポキシ基板）上に液状封止材料１１を設置した後、図
５に示すように、上記液状封止材料１１上の所定位置
に、接続用電極部３（材質：半田、融点：２６０℃、形
状：直径１００μｍ×高さ９０μｍの球形）を設けた半
導体素子５（厚み：３５０μｍ、大きさ：１３ｍｍ×９
ｍｍ）を載置した。その後、加熱温度１５０℃×荷重
０．１ｋｇｆ／電極個数×１分の条件で配線回路基板１
と半導体素子５との空隙内に樹脂を充填して上記液状封
止材料をゲル化させ仮固着するとともに上記双方の接続
用電極部２，３を当接し、その後、熱硬化（条件：１５
０℃×６０分）させることにより、図１に示すように、
上記空隙が封止樹脂層４で樹脂封止された半導体装置を
各例８個ずつ作製した。

【００８２】得られた半導体装置全てについて、初期の
通電試験を２５℃にて行い、さらに、その半導体装置を
各例４個ずつ用いて、サーマルショックテスト〔ＴＳＴ
試験（条件：−５５℃×５分⇔１２５℃×５分）５００
サイクルを行った（各例４個ずつ）後に、再度、通電試
験および半導体素子のクラックの有無検査を行い、その
結果を下記の表４〜表６に示した。

【００８３】また、上記ＴＳＴ試験を行わなかった各例
４個のサンプルについて、ＰＣＴ（プレッシャークッカ
ーテスト）１２１℃×１００％ＲＨの環境下で１６８時
間保管した後、通電試験を行った。その結果を下記の表
４〜表６に併せて示した。

【００８４】一方、上記各実施例および比較例で得られ
たシート状封止材料および液状封止材料のみを１５０℃
×６０分の条件で加熱して硬化物を得た。この各硬化物
の２５℃における引張弾性率を、万能引張試験機（オー
トグラフ、島津製作所社製）を用いて測定した。これら
の結果を下記の表４〜表６に併せて示した。

【００８５】

【表４】

【００８６】

【表５】

【００８７】

【表６】

【００８８】上記表４〜表６の結果、実施例品に関して
は、初期の通電試験、および、ＴＳＴ試験後の通電試
験、ＴＳＴ試験後の半導体チップクラック状態、ＰＣＴ
後の通電試験の各試験の全てにおいて不良が全く発生し
なかったことが確認された。これに対して、比較例品
は、上記各試験項目の少なくともいずれかにおいて、不
良が発生していることが確認された。このことから、実
施例品は、初期通電試験や、ＴＳＴ試験およびＰＣＴ等
のストレス試験に対して安定した通電を確保しているこ
とが明らかである。

【００８９】

【発明の効果】以上のように、本発明では、複数の接続
用電極部を介在して接続された、配線回路基板と半導体
素子との間の空隙に封止樹脂層が形成された半導体装置
において、上記封止樹脂層自身の有する２５℃における
硬化物特性（Ｘ）として上記特定範囲の引張弾性率を備
えるようにすることにより、配線回路基板、半導体素子
および接続用電極部に発生する応力を緩和し、配線回路
基板および半導体素子の反りの低減、半導体素子のクラ
ック発生の防止、および配線回路基板に設けられた接続
用電極部と半導体素子に設けられた接続用電極部との電
気的接続信頼性が向上する。また、配線回路基板面に設
けられた接続用電極部と半導体素子面に設けられた接続
用電極部との電気的接続を、従来のように金属溶融によ
って行わず、単に当接させるだけの物理的接触によって
行うため、配線回路基板と半導体素子の各線膨張係数の
差異等によって生じる電極部に加わる応力を抑制するこ
とができる。

【００９０】そして、上記特定の硬化物特性（Ｘ）を有
する封止樹脂層を形成する材料として、ビフェニル型エ
ポキシ樹脂とアクリロニトリル−ブタジエン系共重合体
とを含有し、場合によりさらに特定のフェノール樹脂を
用いたエポキシ樹脂組成物を用いると、低吸湿性や高接
着性においてより優れた封止樹脂層が形成され、結果、
ＰＣＴ等のストレス試験に対してさらに安定した電気的
接続の付与がなされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置の一例を示す断面図であ
る。

【図２】上記半導体装置の製造工程を示す説明断面図で
ある。

【図３】上記半導体装置の製造工程を示す説明断面図で
ある。

【図４】上記半導体装置の他の製造工程を示す説明断面
図である。

【図５】上記半導体装置の他の製造工程を示す説明断面
図である。

【符号の説明】

１ 配線回路基板 ２ 接続用電極部 ３ 接続用電極部 ４ 封止樹脂層 ５ 半導体素子 １０ シート状封止材料 １１ 液状封止材料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/60 ３１１ Ｈ０１Ｌ 23/28 Ｚ 23/28 (72)発明者 伊藤 達志 大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号 日東 電工株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の接続用電極部が設けられた配線回
   路基板面に、上記接続用電極部に対応する接続用電極部
   が設けられた半導体素子が、上記配線回路基板面に設け
   られた接続用電極部と半導体素子面に設けられた接続用
   電極部とが当接状態で搭載され、上記配線回路基板と半
   導体素子との間の空隙が封止樹脂層によって封止されて
   なる半導体装置であって、上記封止樹脂層が、下記の硬
   化物特性（Ｘ）を備えていることを特徴とする半導体装
   置。 （Ｘ）２５℃における引張弾性率が０．５〜５００ＭＰ
   ａである。
2. 【請求項２】 上記封止樹脂層が、下記の（Ａ）および
   （Ｂ）成分を含有するエポキシ樹脂組成物によって形成
   されたものである請求項１記載の半導体装置。 （Ａ）下記の一般式（１）で表されるビフェニル型エポ
   キシ樹脂。 【化１】 （Ｂ）アクリロニトリル−ブタジエン系共重合体。
3. 【請求項３】 上記（Ｂ）成分であるアクリロニトリル
   −ブタジエン系共重合体が、アクリロニトリル−ブタジ
   エン−メタクリル酸共重合体である請求項２記載の半導
   体装置。
4. 【請求項４】 上記（Ｂ）成分であるアクリロニトリル
   −ブタジエン系共重合体が、アクリロニトリル−ブタジ
   エン−アクリル酸共重合体である請求項２記載の半導体
   装置。
5. 【請求項５】 上記エポキシ樹脂組成物が（Ａ）成分お
   よび（Ｂ）成分とともに、下記の（Ｃ）成分を含有する
   エポキシ樹脂組成物である請求項２〜４のいずれか一項
   に記載の半導体装置。 （Ｃ）下記の一般式（２）で表されるフェノール樹脂。 【化２】