JPH03200357A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、高温時の機械強度に優れた封止樹脂により
封止された信鯨性の高い半導体装置に関するものである
。

〔従来の技術〕

トランジスタ、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子は、外部環
境の保護の観点およ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ージ等により封止され半
導体装置化されている。この種のパッケージの代表例と
しては、デュアルインラインパッケージ（ＤＩＰ）があ
る。このＤＩＰは、ピン挿入型のものであり、実装基板
に対してピンを挿入することにより半導体装置を取り付
けるようになっている。

最近は、ＬＳＩチップ等の半導体装置の高集積化と高速
化が進んでおり、加えて電子装置を小形で高機能にする
要求から、実装の高密度化が進んでいる。このような観
点からＤＩＰのようなピンヲ 挿入型のパッケージに代えて、表面実装用パッケージが
主流になってきている。この種のパッケージを用いた半
導体装置においては、平面的にピンを取り出し、これを
実装基板表面に直接半田等によって固定するようになっ
ている。このような表面実装型半導体装置は、平面的に
ピンが取り出せるようになっており、薄い、軽い、小さ
いという利点を備えており、したがって実装基板に対す
る占有面積が小さくてすむという利点を備えている外、
基板に対する両面実装も可能であるという長所をも有し
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記のような表面実装用パッケージを用いた
半導体装置において表面実装前にパッケージ自体が吸湿
している場合には、半田実装時に水分の蒸気圧によって
、パッケージにクラックが生じるという問題がある。

この問題に対する解決策として、半導体素子をパッケー
ジで封止した後、得られる半導体装置全体を密封し、表
面実装の直前に開封して使用する方法や、表面実装の直
前に上記半導体装置を１００°Ｃで２４時間乾燥させ、
その後半田実装を行うという方法が提案され、すでに一
部で実施されている。しかしながら、このような前処理
方法によれば、製造工程が長くなるうえ、手間がかかる
という問題がある。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、電
子機器への実装に際して前処理を要することなく、しか
も半田実装時の加熱に耐えろる低応力性に優れた半導体
装置の提供をその目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、この発明の半導体装置は、
ビフェノールと下記の一般式（１）で表されるフェノー
ルとの共縮合フェノール樹脂と、エポキシ樹脂とを含有
するエポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止する
という構成をとる。

ｔｔ 〔作用］ すなわち、本発明者らは、耐湿性および低応力性の双方
に優れた封止樹脂を求めて一連の研究を重ねた。その結
果、硬化剤としてビフェノール、好ましくは４，４′−
ジヒドロキシビフェニルと上記一般式（１）で表される
フェノールとの共縮合フェノール樹脂を用いると、低吸
湿性で、ガラス転移温度が高い割りに線膨張係数の小さ
い封止樹脂が得られることを見出しこの発明に到達した
。

この発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂
（Ａ成分）と、特殊な共縮合フェノール樹脂（Ｂ成分）
とを用いて得られるものであって、通常、粉末状もしく
はそれを打錠したタブレット状になっている。

上記Ａ成分のエポキシ樹脂としては、特に限定するもの
ではな〈従来公知のものを目的に応じて適宜選択される
。具体的には、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ノボ
ラックフェノール型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型
エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、環
状脂肪族エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹
脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビフェノール型
エポキシ樹脂、ホルマリン以外のアルデヒドを用いて縮
合反応により得られるフェノール樹脂をベースとするエ
ポキシ樹脂等があげられる。これらは単独でもしくは併
せて用いられる。また、４゜４′−ビス（グリシジルオ
キシ）−３，３’　−ジアリルビフェニル等のビフェニ
ルタイプのエポキシ樹脂を用いると一層効果的である。

上記Ｂ成分の特殊な共縮合フェノール樹脂は、Ａ成分の
エポキシ樹脂の硬化剤として作用するものであり、ビフ
ェノールと下記の一般式（１）で表されるフェノールと
を用い共縮合反応させることにより得られる。

この特殊な共縮合フェノール樹脂は、剛直な化学構造（
分子構造）を有していて硬化物の耐熱性を向上させるビ
フェノールを対象とし、ビフェノールのエポキシ樹脂に
対する相溶性や分解性を改善する目的で変性したもので
ある。特に、Ｏ−クレゾールとビフェノールとを共縮合
反応させて得られる下記の式（ＩＩ）で表される構造の
共縮合フェノール樹脂を主成分とするものが好ましい。

上記構造式（Ｉ［）で表される共縮合フェノール樹脂は
、ビフェノール骨格の２．６位および２′６′位にメチ
レン基を介して上記式（Ｉ）のフェノールが結合した構
造になっている。しかし、反応条件によってはビフェノ
ールにメチレン基を介してさらにビフェノールが結合し
た構造になったり、上記構造式（ＩＩ）において結合し
た式（Ｉ）のフェノールにさらにメチレン基を介して式
（Ｉ）のフェノールが結合した構造の化合物も生成する
。したがって、この発明に用いる共縮合フェノールには
、これらが副成分として混在していることが多い。そし
て、この発明に用いるエポキシ樹脂組成物においては、
これら副成分の生成は極端な軟化温度の上昇がないかぎ
り問題はなく、軟化温度が５０〜１４０°Ｃの範囲内の
共縮合フェノール樹脂を用いることが好ましい。

上記ビフェノールは融点が２８２°Ｃの固体であるが、
上記一般式（Ｉ）で表されるフェノールとの共縮合フェ
ノール樹脂としては、上記のように軟化温度が５０〜１
４０　’Ｃの固形状を呈し、水酸基当量９０〜１８０　
ｇ　／ｅｑ、を有するものを用いるのが好ましい。この
ように、上記共縮合フェノール樹脂は、他のフェノール
系硬化剤と比較して剛直なビフェニル骨格を有するため
、得られる硬化物はガラス転移温度が高い割に、線膨張
係数が小さく、しかも吸水率が小さい。特に、上記一般
式（１）で表されるフェノールとして、Ｒが水素原子の
ものよりも、炭素数１〜４の炭化水素残基、例えばメチ
ル基である方が一層吸水率の低減効果を奏することがで
きる。

上記Ｂ成分の特殊な共縮合フェノール樹脂は、常法に従
い、例えばつぎ０２種類の方法によって得られる。第１
の方法は、ホルマリン、パラホルムアルデヒド等のアル
デヒド類を用いてビフェノールをメチロール化し、これ
と上記一般式（１）で表されるフェノールとを反応させ
ノボラック化するという方法である。第２の方法は、ビ
フェノールと一般式（１）のフェノールとを直接ノボラ
ック化することにより得られる。上記ビフェノール（Ｘ
）と上記一般式（１）で表されるフェノール（Ｙ）との
配合割合は、上記一般式（１）のＲによっても異なるが
、モル比で、Ｘ：Ｙ＝１：１〜１：２０に設定すること
が好適である。

Ａ成分のエポキシ樹脂の硬化剤として上記のような特殊
な共縮合フェノール樹脂を用いる場合、硬化剤成分を上
記共縮合フェノールのみで構成してもよいし、それ以外
の通常用いられるフェノール樹脂と併用してもよい。上
記通常用いられるフェノール樹脂としては、フェノール
ノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェ
ノールＡノボラック樹脂、キシレン樹脂のフェノール変
性物等があげられる。このように両者を併用する場合に
は、上記共縮合フェノール樹脂と通常用いられるフェノ
ール樹脂との配合割合は、前者１００重量部（以下「部
」と略す）に対して後者を１００部以下の割合に設定す
ることが好適である。

すなわち、上記範囲外に設定すると得られる硬化物の高
温時の樹脂強度が不充分となるからである。

上記エポキシ樹脂（Ａ成分）と共縮合フェノール樹脂（
Ｂ成分）からなる硬化剤との配合割合は、Ａ成分中のエ
ポキシ基１当量当たり硬化剤中の水酸基が０．６〜１．
５当量となるように設定することが好ましい。上記範囲
外に設定すると、やはり得られる硬化物の高温時の樹脂
強度が不充分となる。

また、Ａ成分のエポキシ樹脂およびＢ成分の共縮合フェ
ノール樹脂とともに、通常、充填剤が用いられる。上記
充填剤としては、シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化
鉄、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、
二硫化モリブデン等の無機質充填剤、チタン酸カリウム
、アルミナ繊維、炭化珪素、窒化珪素等のウィスカー、
シリカチタニア、コージーライト、ユークリプタイト等
のセラミックス等があげられる。

なお、この発明に用いるエポキシ樹脂組成物には、上記
Ａ成分、Ｂ成分および充填剤以外にカップリング剤、硬
化促進剤、ワックス、難燃化剤および低応力剤等のその
他の添加剤が必要に応じて適宜配合される。

上記カップリング剤としては、グリシジルエーテルタイ
プ、アミンタイプ、チオールタイプ、ウレアクイブ等の
メトキシないしはエトキシシランが、適宜に単独でもし
くは併せて用いられる。その使用方法は、充填剤に対し
て、トライブレンドしたり、もしくは予備加熱反応させ
たり、さらには有機成分原料に対する予備混合等自由で
ある。

上記硬化促進剤としては、アミン系、リン系。

ホウ素系等の硬化促進剤があげられ、単独でもしくは併
せて使用される。

上記ワックスとしては、高級脂肪酸、高級脂肪酸エステ
ル、高級脂肪酸カルシウム等の化合物があげられ、単独
でもしくは併せて使用される。

上記難燃化剤としては、ノボラック型ブロム化エポキシ
樹脂、ビスＡ型エポキシ樹脂、三酸化アンチモン、赤リ
ンおよび五酸化アンチモン等の化合物を適宜単独でもし
くは併せて使用することが行われる。

また、上記低応力剤としては、シリコーン樹脂、合成ゴ
ムの微粒子等が用いられる。

さらに、信頼性向上を目的として、イオントラップ剤が
用いられる。

この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物は、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、ビフェノールと上記一般式（１）で表される
フェノールとを予め前述の方法にしたがい反応させて共
縮合フェノール樹脂を作製する。つぎに、この共縮合フ
ェノール樹脂、エポキシ樹脂および必要に応じて充填剤
その他の添加剤を適宜配合し予備混合した後、ミキシン
グロール機等の混練機にかけ加熱状態で混練して溶融混
合する。

そして、これを室温に冷却した後、公知の手段によって
粉砕し、必要に応じて打錠するという一連の工程により
製造することができる。

このようなエポキシ樹脂組成物を用いての半導体素子の
封止は、特に限定するものではなく、通常のトランスフ
ァー成形等の公知のモールド方法により行うことができ
る。

このようにして得られる半導体装置は、エポキシ樹脂組
成物中に含まれるビフェノールと前記−般式（１）で表
されるフェノールとの共縮合フェノール樹脂の作用によ
り、封止樹脂のガラス転移温度が高（、高温時の機械強
度が高い割りに線膨張係数や吸水率も比較的小さい。こ
のため、高温下等においても、パッケージクラック等が
生ずることがない。

なお、上記エポキシ樹脂組成物は、充填剤が含有されて
いないか含有量の少ないものについては、アセトン、メ
チルエチルケトン、ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチル
−２−ピロリドン等の有機溶剤に溶解させて溶液状で使
用することができる。このような使用態様は、例えば、
ガラスクロス等の繊維基材にエポキシ樹脂組成物を含浸
させプリプレグシートを作製するという場合に行われ、
この場合に、上記のように溶液状で用いられる。

［発明の効果］ 以上のように、この発明の半導体装置は、上記のような
ビフェノールと特定のフェノールとを用いて得られる特
殊な共縮合フェノール樹脂を含有する特殊なエポキシ樹
脂組成物を用いて半導体素子を封止して構成されている
。そのため、半田実装のような過酷な条件下においても
パッケージクラックが生ずることがない。また、上記特
殊なエポキシ樹脂組成物は、半導体素子の封止樹脂だけ
でなく、例えば上記エポキシ樹脂組成物を含浸用樹脂と
して用い、プリプレグシートを製造するという場合にも
使用される。このプリプレグシートは、これと銅箔とを
積層して印刷配線基板を製造するときに用いられ、得ら
れる基板は、表面実装用基板として好適に用いられる。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

まず、実施例に先立って、下記の方法に従い、共縮合フ
ェノール樹脂Ａ、Ｂを作製した。

（共縮合フェノール樹脂Ａ） ビフェノール１８６ｇを常法によりアルカリ性雰囲気下
でホルマリンと反応させてレゾール化し、ついでこれに
フェノール９４０ｇを加え、酸性雰囲気下でノボラック
化した。ついで、過剰のフェノールを減圧下で除去する
ことにより水酸基当量１００　ｇ　／ｅｑ、、軟化温度
１００〜１８５°Ｃの共縮合フェノール樹脂Ａを作製し
た。

（共縮合フェノール樹脂Ｂ） ビフェノール１８６ｇとクレゾール１０８０ｇとを用い
た。それ以外は上記共縮合フェノールＡと同様の操作を
行うことにより水酸基当量１１０ｇ／ｅｑ、、軟化温度
１１５°Ｃの共縮合フェノール樹脂Ｂを作製した。

〔実施例１〜４〕 上記共縮合フェノール樹脂Ａ、Ｂおよび下記の第１表に
示す原料を同表に示す割合で配合し、高速ミキサーで２
分間部合して押出機により混練した。ついで、混練物を
粉砕して、目的とする粉末状のエポキシ樹脂組成物を得
た。

（以下余白） つぎに、実施例１〜４で得られたエポキシ樹脂組成物を
トランスファー成形して、ＪＩＳに定められた形状の曲
げ試験片、吸水率用試験片を作製した。この試験片を用
いて、２２０℃での曲げ強度、　ＴＭＡ　（Ｔｈｅｒｎ
＋ａｌ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ）に
よる熱分析結果から線膨張係数およびガラス転移温度、
そして８５°Ｃ／８５％ＲＨ下の飽和吸水率を測定し評
価した。その結果を、下記の第２表に示した。

また、上記エポキシ樹脂組成物を用い、半導体素子をト
ランスファー成形でモールドすることにより半導体装置
を作製した。この半導体装置は、８０ピン四方向フラツ
トパツケージ（ＱＦＰ）（２０ｍｏ＋Ｘ１４ｓＸ厚み２
．５　ｍ　）であり、７閣×７腸のグイボンドパッド、
　　６．５１１１Ｘ６．ＦＢｌｌのチップサイズを有す
るものである。このようにして得られた半導体装置につ
いて、２１５°Ｃのベーパーフェイズソルダリング（Ｖ
ＰＳ）を行いパッケージクラックが発生するまでの８５
°Ｃ×８５％ＲＨ下での限界吸湿時間を測定した。この
結果を、下記の第２表に併せて示した。

（以下余白） 第２表の結果から、実施別品は曲げ強度が高く、線膨張
係数も低い。さらに、ガラス転移温度が高く限界吸湿時
間も長い。このことから、実施別品は低応力性に冨み、
耐熱信頼性、耐湿信顛性に優れていることがわかる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ビフエノールと下記の一般式（ I ）で表される
   フェノールとの共縮合フェノール樹脂と、エポキシ樹脂
   とを含有するエポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を
   封止してなる半導体装置。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（ I ） 〔上記式（ I ）において、Ｒは水素原子または炭素数
   １〜４の炭化水素残基である。〕
2. （２）ビフエノールと下記の一般式（ I ）で表される
   フェノールとの共縮合フェノール樹脂と、エポキシ樹脂
   とを含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（ I ） 〔上記式（ I ）において、Ｒは水素原子または炭素数
   １〜４の炭化水素残基である。〕