JPH08167666A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】基板上に半導体素子が搭載され、この半導体素
子が樹脂硬化体で封止された半導体装置において、上記
樹脂硬化体と基板との界面剥離が発生しない半導体装置
を提供する。 【構成】基板上に半導体素子が搭載され、この半導体素
子が樹脂硬化体により封止された半導体装置であって、
上記樹脂硬化体の上記基板と接する部分の臨界表面張力
が、２０〜３５ｄｙｎｅ／ｃｍであり、かつ上記基板の
上記樹脂硬化体と接する部分の臨界表面張力が、上記樹
脂硬化体の臨界表面張力以上である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、基板上に搭載された
半導体素子を樹脂硬化体で封止した半導体装置に関する
ものであり、詳しくは、上記基板と樹脂硬化体との界面
剥離が発生しない、信頼性に優れた半導体装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体装置分野における半導体素
子のパッケージ（封止）技術は、半導体素子の高集積化
および小形化に伴い、益々複雑なものとなっている。従
来から、樹脂硬化体を用いて半導体素子を封止するプラ
スチックパッケージ（樹脂封止）は、その量産性やコス
ト性が優れることから賞用されている。このプラスチッ
クパッケージにおいて、デュアルインラインパッケージ
（ＤＩＰ）が広く用いられていたが、この他にも、プラ
スチックリード付チップキャリア（ＰＬＣＣ），４方向
フラットパッケージ（ＱＦＰ），薄型４方向フラットパ
ッケージ，（ＴＱＦＰ），薄型スモールアウトラインパ
ッケージ（ＴＳＯＰ）などの表面実装用パッケージが用
いられるようになってきた。さらに、最近の入出力（Ｉ
／Ｏ）電気特性の著しい向上およびパッケージ技術の容
易さから、いわゆる片面封止が注目され、一部において
実施されている。

【０００３】上記片面封止の具体例としては、図１に示
すようなＢＧＡ（ボールグリッドアレイ，Ｂａｌｌ Ｇ
ｒｉｄ Ａｒｒａｙ）と通称されるパッケージ形態の半
導体装置があげられる。同図に示すように、この半導体
装置１は、半導体素子３が基板４上に搭載され、上記半
導体素子３は、樹脂硬化体２により封止されている。こ
の樹脂硬化体２による封止は、基板４の半導体素子３を
搭載している側面のみの封止（片面封止）である。そし
て、この基板４の封止面と反対側に、略球状の半田端子
５が設けられている。

【０００４】この片面封止の他の例としては、図３に示
すように、ヒートシンク１１を設けた半導体装置１ａが
あげられる。このヒートシンク１１は、半導体素子３か
ら発生する熱を放熱するためのものである。同図に示す
ように、基板４ａの所定部にヒートシンク１１が配置さ
れ、このヒートシンク１１上に位置するように半導体素
子３が基板４ａ上に搭載されている。そして、この半導
体素子３は、樹脂硬化体２により封止されており、この
封止も、上記半導体装置１と同様に、基板４ａの半導体
素子３を搭載している側面のみの片面封止である。な
お、図において５は、半田端子を示す。

【０００５】さらに、高集積化に対応した半導体装置の
態様としては、上記片面封止の他に、半導体素子および
これを搭載した基板を樹脂硬化体で封止したＭＣＭ（マ
ルチチップモジュール，Ｍｕｌｔｉ Ｃｈｉｐ Ｍｏｄ
ｕｌｅ）と通称される態様がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、樹脂硬化
体で半導体素子を封止した半導体装置は、量産性に優
れ、かつ低コストのものであり、さらに上記片面封止の
半導体装置やＭＣＭ半導体装置は、半導体素子の高集積
化による高性能化が可能なものである。しかしながら、
これら従来のプラスチックパッケージ半導体装置は、セ
ラミックパッケージの半導体装置と比較して、信頼性が
低いという問題がある。これは、樹脂硬化体と基板とが
界面剥離を起こすことに起因する。すなわち、上記樹脂
硬化体と基板とでは、線膨張係数等の物性値が相違す
る。そして、半導体装置製造の際、樹脂硬化体による封
止工程（常温）からリフロー工程にいたるまでに種々の
熱処理工程を経るが、この熱処理により、樹脂硬化体と
基板との間に応力が発生し、両者が剥離してしまうので
ある。このような界面剥離が発生すると、この剥離部分
から水分等が半導体装置内に浸入するようなり、耐湿信
頼性等の信頼性の低下を招来するようになる。この界面
剥離の問題は、片面封止の半導体装置やＭＣＭ半導体装
置において深刻な問題となっており、半導体装置の高性
能化を実現しても、信頼性が伴わないのが実情である。

【０００７】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、樹脂硬化体と基板との界面剥離が発生しない
耐湿信頼性等の信頼性に優れる半導体装置の提供をその
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明の半導体装置は、基板上に半導体素子が
搭載され、この半導体素子が樹脂硬化体により封止され
た半導体装置であって、上記樹脂硬化体の少なくとも上
記基板に接する部分の臨界表面張力が２０〜３５ｄｙｎ
ｅ／ｃｍであり、かつ上記基板の少なくとも上記樹脂硬
化体に接する部分の臨界表面張力が、上記樹脂硬化体の
臨界表面張力以上であるという構成をとる。

【０００９】

【作用】すなわち、本発明者らは、樹脂硬化体と基板と
の界面で剥離が発生するのは、両者の接着力が低いとい
う事実に鑑み、この接着力の向上を中心課題として、一
連の研究を重ねた。その過程で、樹脂硬化体と基板との
接着性の最適条件について種々検討したところ、樹脂硬
化体および基板の臨界表面張力が、両者の接着性に大き
く関与していることを突き止めた。そこで、この両者の
臨界表面張力についてさらに研究を重ねたところ、上記
特定の範囲に両者の臨界表面張力を設定すると、樹脂硬
化体と基板との接着力が著しく向上することを見出し、
この発明に到達した。この発明により、樹脂硬化体と基
板との界面剥離が発生しない、耐湿信頼性等の信頼性に
優れた半導体装置を提供することが可能となる。

【００１０】なお、この発明において、臨界表面張力と
は、ある固体表面の性状を表す指標であり、以下の手順
で求められるものである。すなわち、固体表面上で数種
の液体の接触角（θ）を測定してジスマンプロットグラ
フ（液体の表面張力γと各々の液体でのｃｏｓθとの関
係を作図したもの）を作成し、このグラフ上で、ｃｏｓ
θ＝１の線と交わる点の張力γ_c を求め、これを臨界表
面張力とする。

【００１１】つぎに、この発明について詳しく説明す
る。

【００１２】この発明の半導体装置は、基板上に搭載さ
れた半導体素子が、樹脂硬化体で封止された半導体装置
であって、上記基板と樹脂硬化体の臨界表面張力がそれ
ぞれ特定の範囲に設定されたものである。

【００１３】上記樹脂硬化体の形成材料としては、特に
制限するものではないが、例えば、熱硬化性のエポキシ
樹脂組成物があげられる。このエポキシ樹脂組成物は、
主剤としてエポキシ樹脂が用いられ、硬化剤としてフェ
ノール樹脂が用いられるものである。

【００１４】上記エポキシ樹脂としては、例えば、クレ
ゾールノボラック型エポキシ樹脂，ナフトールノボラッ
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る。

【００１５】また、特に好ましいエポキシ樹脂として、
下記の一般式（１），一般式（２）に示すものがあげら
れる。

【００１６】

【化１】

【００１７】

【化２】

【００１８】そして、硬化剤であるフェノール樹脂とし
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，ナフトールノボラック樹脂等があげら
れる。

【００１９】また、特に好ましいフェノール樹脂として
下記の一般式（３）に示すものがあげられる。

【００２０】

【化３】

【００２１】そして、上記エポキシ樹脂（主剤）とフェ
ノール樹脂（硬化剤）との配合割合は、その種類等によ
り適宜決定されるが、通常、エポキシ樹脂１００重量部
（以下「部」と略す）に対し、フェノール樹脂８０〜１
２０部、好ましくは、９０〜１１０部の範囲である。

【００２２】また、エポキシ樹脂組成物には、上記主剤
および硬化剤の他に、硬化促進剤，充填剤，難燃剤，難
燃助剤，カップリング剤，離型剤，顔料，低応力化剤等
の各種添加剤を配合してもよい。

【００２３】上記硬化促進剤としては、アミン系のもの
やリン系のものがあげられる。上記アミン系の硬化促進
剤としては、例えば、三級アミン，四級アンモニウム
塩，イミダゾール類があげられる。また、リン系の硬化
促進剤としては、例えば、トリフェニルホスフィン等が
あげられる。これら硬化促進剤は単独でもしくは２種類
以上併用される。このなかでも、リン系化合物のトリフ
ェニルホスフィンを使用することが好ましい。この硬化
促進剤の配合割合は、その種類等のより適宜決定される
が、通常、硬化剤（フェノール樹脂）に対し、０．５〜
１０重量％（以下「％」と略す）、好ましくは１〜５％
である。

【００２４】また、上記充填剤としては、例えば、溶融
シリカ，石英ガラス粉末，タルク，シリカ粉末，アルミ
ナ粉末，炭酸カルシウム，カーボンブラック，酸化チタ
ンがあげられる。これらは、単独でもしくは２種類以上
併用される。また、この充填剤の配合割合は、その種類
等により適宜決定されるが、通常、エポキシ樹脂組成物
全体に対し、７０〜９５％、好ましくは８０〜９３％の
範囲である。

【００２５】そして、上記難燃剤としては、例えば、ブ
ロム（Ｂｒ）化エポキシ樹脂，塩素化エポキシ樹脂があ
げられ、これらは、単独でもしくは２種類以上併用され
る。また、この難燃剤の配合割合は、その種類等により
適宜決定されるが、通常、エポキシ樹脂全体に対し、３
〜４０％、好ましくは５〜３０％の範囲である。

【００２６】上記難燃助剤としては、例えば、三酸化ア
ンチモン，五酸化アンチモンがあげられ、これらは、単
独でもしくは２種類以上併用される。また、この難燃助
剤の配合割合は、その種類等により適宜決定されるが、
通常、エポキシ樹脂組成物全体に対し、０．１〜３％、
好ましくは０．２〜２％の範囲である。

【００２７】また、上記カップリング剤としては、例え
ば、エポキシ基含有シランカップリング剤，アミノ基含
有シランカップリング剤があげられ、これらは、単独で
もしくは２種類以上併用される。また、このカップリン
グ剤の配合割合は、その種類等により適宜決定される
が、通常、エポキシ樹脂組成物全体に対し、０．１〜５
％、好ましくは０．２〜３％の範囲である。

【００２８】そして、上記離型剤としては、例えば、酸
化ポリエチレン系のものや、パラフィン，脂肪族エステ
ル等があげられ、これらは、単独でもしくは２種類以上
併用される。また、この離型剤の配合割合は、その種類
等により適宜決定されるが、通常、エポキシ樹脂組成物
全体に対し、０．０５〜１０％、好ましくは０．１〜６
％の範囲である。

【００２９】上記顔料としては、カーボンブラック，酸
化チタン等があげられ、これらは、単独でもしくは２種
類以上併用される。また、この顔料の配合割合は、その
種類等により適宜決定されるが、通常、エポキシ樹脂組
成物全体に対し、０．０５〜５％、好ましくは０．１〜
２％の範囲である。

【００３０】また、上記低応力化剤は、樹脂硬化体の熱
膨張や収縮等により発生する応力を低下させるものであ
る。この低応力化剤を使用することにより、樹脂硬化体
と基板との界面剥離をより効果的に防止することが可能
となる。この低応力化剤としては、下記の一般式
（４），一般式（５）で表されるジメチルポリシロキサ
ンの他に、シリコーンゴムやオレフィン系ゴムがあげら
れ、これらは、単独でもしくは２種類以上併用される。
また、この低応力化剤の配合割合は、その種類等により
適宜決定されるが、通常、エポキシ樹脂組成物全体に対
し、０．１〜１０％、好ましくは０．３〜５％の範囲で
ある。

【００３１】

【化４】

【００３２】

【化５】

【００３３】つぎに、上記材料を用いたエポキシ樹脂組
成物の調製は、例えばつぎのようにして行われる。すな
わち、まず、上記エポキシ樹脂（主剤）とフェノール樹
脂（硬化剤）と、必要に応じて上記各種添加剤をそれぞ
れ所定量で配合し混合する。この混合物を、ミキシング
ロール機等の混練機を用いて加熱状態で溶融混練した
後、室温まで冷却し、公知の手段で粉砕し、必要に応じ
て打錠するという一連の工程により目的とするエポキシ
樹脂組成物を得ることができる。なお、このエポキシ樹
脂組成物は、Ｂステージ（半硬化状態）であることが好
ましい。

【００３４】そして、この樹脂組成物を硬化させた樹脂
硬化体は、その表面の少なくとも基板と接する部分の臨
界表面張力が、１０〜４０ｄｙｎｅ／ｃｍの範囲に設定
される。好ましくは、２５〜３５ｄｙｎｅ／ｃｍであ
る。この特定範囲の臨界表面張力は、樹脂組成物の組成
比により調整することができる。なお、この発明におい
て、樹脂硬化体全体を、上記特定の臨界表面張力の範囲
に設定してもよい。

【００３５】つぎに、上記半導体素子を搭載する基板と
しては、例えば、樹脂基板があげられ、この樹脂基板の
具体例としては、ビスマレイミドトリアジン（ＢＴ）基
板があげられる。このＢＴ基板の表面は、その構成樹脂
であるＢＴ層が位置している。しかし、これに半導体素
子を搭載して半導体装置化する際は、ＢＴ基板の表面
に、その半導体装置の形態に応じて、ガラスエポキシ
層，ソルダーレジスト層，イミドコート剤層が形成され
ることとなる。また、導電性回路であるＡｇ系合金層，
Ａｕ系合金層，Ａｌ系合金層，Ｃｕ系合金層等の合金層
が基板表面に形成される場合もある。したがって、この
発明において、基板の表面は、その基板自身の構成材料
からなる層、例えば、ＢＴ層だけから構成されている場
合だけでなく、基板上に上記各種の層が形成された表面
を含むものであり、このような基板表面の態様におい
て、少なくとも封止用の樹脂硬化体と接する部分が特定
の臨界表面張力に設定される。

【００３６】図２に、基板上に各種の層が形成された例
を示す。図において、４は、基板全体を示し、６がＢＴ
基板であり、このＢＴ基板６の所定位置には、スルーホ
ール９が形成され、このスルーホール９内部およびＢＴ
基板６表面の所定部分に導電性回路１３が形成されてい
る。また、基板４表面の大部分は、ソルダーレジスト層
７で覆われている。なお、図において、１０は、半導体
素子３と導電性回路１３とを接続するための導電性ワイ
ヤーを示し、８は、半導体素子３を基板４に接着させる
ための接着剤を示す。これ以外の部分については、図１
と同一部分に同一符号を付している。

【００３７】また、この発明において、半導体装置がＭ
ＣＭ構造の形態をとる場合は、基板は多層構造となる。

【００３８】上記基板表面の臨界表面張力は、少なくと
も封止用の樹脂硬化体と接する部分が、その樹脂硬化体
の臨界表面張力以上である必要があり、好ましくは、上
記樹脂硬化体の臨界表面張力に２を加えた値以上であ
る。この基板の臨界表面張力の調整は、使用する樹脂硬
化体の臨界表面張力に応じ、基板の種類を選択したり、
基板上に形成されるソルダーレジスト層等の種類等を適
宜選択することにより行うことができる。なお、この発
明において、基板全体を上記特定の臨界表面張力の範囲
に設定してもよい。

【００３９】つぎに、上記基板上に半導体素子を搭載
し、この半導体素子を上記樹脂組成物の樹脂硬化体で封
止する方法は、特に制限するものではなく、通常のトラ
ンスファー成形等の公知モールド法によって行うことが
できる。

【００４０】このようにして、この発明の半導体装置が
得られるが、前述のように、この半導体装置において、
樹脂硬化体および基板の臨界表面張力が、それぞれ所定
の範囲に設定されている。このようにすると、基板と樹
脂硬化体との接着力が、２０ｋｇ／ｃｍ² 以上の高いも
のとなる。この結果、半導体装置製造の際の、樹脂封止
工程からリフロー工程に至までの熱処理や、半導体装置
の使用時の熱等により樹脂硬化体と基板との間に応力が
発生しても、両者の界面剥離が発生しなくなり、得られ
る半導体装置の耐湿信頼性等の信頼性が向上するように
なる。これが、この発明の特徴である。そして、上記樹
脂硬化体および基板のそれぞれの臨界表面張力を前述の
好適範囲に設定すれば、両者の接着力が、２０ｋｇ／ｃ
ｍ² 以上の極めて高いものとなる。

【００４１】なお、この発明において、樹脂硬化体およ
び基板の臨界表面張力は、具体的には、以下に示す方法
により測定される値である。すなわち、前述のように、
各固体（樹脂硬化体，基板）表面上で表面張力（γ）が
既知である数種の液体の接触角（θ）を測定し、この表
面張力（γ）と液体のｃｏｓθとの関係を作図（ジスマ
ンプロット）し、このグラフ上でｃｏｓθ＝１の線と交
わる点の張力を求め、これを臨界表面張力とした。

【００４２】また、この発明の半導体装置の形態は、特
に制限するものではなく、基板上に半導体素子が搭載さ
れ、この半導体素子を樹脂硬化体で封止したものであれ
ばよく、例えば、前述したＢＧＡ形状（図１参照）があ
げられる。この他に、図３に示すような、ヒートシンク
１１を備えた半導体装置１ａがあげられる。また、図４
に示すような、ＭＣＭ構造の半導体装置もあげられる。
このＭＣＭ構造の半導体装置について説明すると、同図
に示すように、前述したＢＧＡ形状のＰＫＧ中に、複数
の半導体素子が搭載されたタイプをいう。具体的には、
同図（Ａ）において、基板４ａ上に半導体素子３が３個
搭載されたＭＣＭ構造の半導体装置を示す。同図におい
て、図１および図３と同一部分には同一符号を付してい
る。また、同図（Ｂ）には、ＢＧＡ形状ではないＭＣＭ
構造の半導体装置を示している。同図において、１５は
外部接続用のリードフレームを示し、１６は、半導体素
子３間の接続用のリードフレームを示し、その他の部分
については、図１および図３と同一部分に同一符号を付
している。

【００４３】

【発明の効果】以上のように、この発明の半導体装置
は、封止用の樹脂硬化体および基板の臨界表面張力をそ
れぞれ特定の範囲に設定したものである。このような樹
脂硬化体と基板とを用いた半導体装置は、両者が著しく
高い接着力で接着するようになるため、半導体装置製造
の際の樹脂封止工程からリフロー工程までの熱処理を経
たり、半導体装置の使用時に高温に晒されたりしても、
樹脂硬化体と基板との界面剥離が発生しなくなる。した
がって、この発明の半導体装置は、耐湿信頼性等の信頼
性に優れた半導体装置となる。特に、樹脂硬化体と基板
との界面剥離の問題が深刻であった片面封止の半導体装
置やＭＣＭ構造の半導体装置において、この発明の適用
により、上記界面剥離の問題を有効に防止することが可
能となるため、集積度が極めて高い高性能半導体装置
に、優れた信頼性を付与することが可能となる。

【００４４】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。

【００４５】まず、実施例および比較例に先立って、下
記に示す材料を準備した。

【００４６】〔エポキシ樹脂〕 クレゾールノボラック型エポキシ樹脂：ＥＳＣＮ−１９
５ＸＬ，住友化学社製 エポキシ樹脂Ａ：上記一般式（１）に示すもの。 エポキシ樹脂Ｂ：上記一般式（２）に示すもの。

【００４７】〔フェノール樹脂〕 フェノールノボラック樹脂：Ｐ−１８０，荒川化学社製 フェノール樹脂Ｃ：上記一般式（３）に示すもの。

【００４８】〔硬化促進剤〕 アミン系硬化促進剤：ＤＢＵ，モンサント社製 リン系硬化促進剤：トリフェニルホスフィン，北興化学
社製

【００４９】〔充填剤〕 溶融シリカ：ＦＢ−７００，電気化学社製

【００５０】〔難燃剤〕 Ｂｒ化エポキシ樹脂：ＢＲＥＮ−Ｓ，日本化薬社製

【００５１】〔難燃助剤〕 Ｓｂ₂ Ｏ₃ ：三酸化アンチモン，住友金属化学社製

【００５２】〔カップリング剤〕 シランカップリング剤：ＫＢＭ−３０３，信越化学社製

【００５３】〔離型剤〕 酸化ポリエチレン系：ＰＥＤ−５２１，ヘキストジャパ
ン社製 カルナバ：天然高級カルナバワックス

【００５４】〔顔料〕 カーボンブラック：カーボン４０

【００５５】〔低応力化剤〕上記一般式（４）で示され
るジメチルポリシロキサン：

【００５６】これらの材料を、下記の表１および表２に
示す割合で配合し、前述の方法によりエポキシ樹脂組成
物イ〜トを調製した。また、これらエポキシ樹脂組成物
イ〜トを硬化させて得られる樹脂硬化体の臨界表面張力
を同表に併せて示す。なお、この臨界表面張力は、前述
の方法により測定した値である。

【００５７】

【表１】

【００５８】

【表２】

【００５９】つぎに、下記の表３および表４に示す基板
Ａ〜Ｊを準備した。この基板Ａ〜Ｊの臨界表面張力も、
前述の方法により測定した値である。

【００６０】

【表３】

【００６１】

【表４】

【００６２】

【実施例１，比較例１】樹脂硬化体の臨界表面張力が、
２３ｄｙｎｅ／ｃｍとなるエポキシ樹脂組成物イを用
い、これと基板Ａ〜Ｊとを、下記の表５および表６に示
すように組み合わせ、前述の方法により半導体素子を封
止して図５および図６に示す半導体装置（実施例１−１
〜実施例１−８，比較例１−１，比較例１−２）を作製
した。上記封止は、成形条件が１７５℃×２分，射出圧
力７０ｋｇ／ｃｍ² のトランスファー成形で、後硬化１
７５℃×５時間処理により行った。同図において、２は
樹脂硬化体を、３は半導体素子を、４は基板をそれぞれ
示す。また、図６において、４ｂは、基板本体（ＢＴ基
板）を示し、４ｃは基板表面材を示す。なお、ＢＴ基板
のみの場合は、４ｃの基板表面材は、ＢＴレジンとな
る。この半導体装置の大きさは、半導体素子３が１２×
１２×０．３７ｍｍ厚み、樹脂硬化体２が４０×４０×
１．０ｍｍ厚み、基板４が４８×４８×０．４ｍｍ厚み
である。

【００６３】一方、上記エポキシ樹脂組成物イと基板Ａ
〜Ｊとを、下記の表５および表６に示すように組み合わ
せて、図７に示すような接着力試験サンプル（実施例１
−１〜実施例１−８，比較例１−１，比較例１−２）を
作製した。図において、１３は、樹脂硬化体を示し、１
４は基板を示す。また、Ｓは、樹脂硬化体１３と基板１
４との接触面積（１０ｍｍ² ）を示す。

【００６４】

【実施例２，比較例２】樹脂硬化体の臨界表面張力が、
２５ｄｙｎｅ／ｃｍとなるエポキシ樹脂組成物ロを用
い、これと基板Ａ〜Ｊとを、下記の表７および表８に示
すように組み合わせ、前述の方法および上記実施例１と
同じ封止条件により半導体素子を封止して図５および図
６に示す半導体装置（実施例２−１〜実施例２−７，比
較例２−１，比較例２−２）を作製した。

【００６５】一方、上記エポキシ樹脂組成物ロと基板Ａ
〜Ｊとを、下記の表７および表８に示すように組み合わ
せて、図７に示すような接着力試験サンプル（実施例２
−１〜実施例２−７，比較例２−１，比較例２−２）を
作製した。

【００６６】

【実施例３，比較例３】樹脂硬化体の臨界表面張力が、
２８ｄｙｎｅ／ｃｍとなるエポキシ樹脂組成物ハを用
い、これと基板Ａ〜Ｊとを、下記の表９および表１０に
示すように組み合わせ、前述の方法および上記実施例１
と同じ封止条件により半導体素子を封止して図５および
図６に示す半導体装置（実施例３−１〜実施例３−７，
比較例３−１〜比較例３−３）を作製した。

【００６７】一方、上記エポキシ樹脂組成物ハと基板Ａ
〜Ｊとを、下記の表９および表１０に示すように組み合
わせて、図７に示すような接着力試験サンプル（実施例
３−１〜実施例３−７，比較例３−１〜比較例３−３）
を作製した。

【００６８】

【実施例４，比較例４】樹脂硬化体の臨界表面張力が、
２９ｄｙｎｅ／ｃｍとなるエポキシ樹脂組成物ニを用
い、これと基板Ａ〜Ｊとを、下記の表１１および表１２
に示すように組み合わせ、前述の方法および上記実施例
１と同じ封止条件により半導体素子を封止して図５およ
び図６に示す半導体装置（実施例４−１〜実施例４−
７，比較例４−１〜比較例４−３）を作製した。

【００６９】一方、上記エポキシ樹脂組成物ニと基板Ａ
〜Ｊとを、下記の表１１および表１２に示すように組み
合わせて、図７に示すような接着力試験サンプル（実施
例４−１〜実施例４−７，比較例４−１〜比較例４−
３）を作製した。

【００７０】

【実施例５，比較例５】樹脂硬化体の臨界表面張力が、
３２ｄｙｎｅ／ｃｍとなるエポキシ樹脂組成物ホを用
い、これと基板Ａ〜Ｊとを、下記の表１３および表１４
に示すように組み合わせ、前述の方法および上記実施例
１と同じ封止条件により半導体素子を封止して図５およ
び図６に示す半導体装置（実施例５−１〜実施例５−
３，比較例５−１〜比較例５−７）を作製した。

【００７１】一方、上記エポキシ樹脂組成物ホと基板Ａ
〜Ｊとを、下記の表１３および表１４に示すように組み
合わせて、図７に示すような接着力試験サンプル（実施
例５−１〜実施例５−３，比較例５−１〜比較例５−
７）を作製した。

【００７２】

【実施例６，比較例６】樹脂硬化体の臨界表面張力が、
３５ｄｙｎｅ／ｃｍとなるエポキシ樹脂組成物ヘを用
い、これと基板Ａ〜Ｊとを、下記の表１５および表１６
に示すように組み合わせ、前述の方法および上記実施例
１と同じ封止条件により半導体素子を封止して図５およ
び図６に示す半導体装置（実施例６−１，実施例６−
２，比較例６−１〜比較例６−８）を作製した。

【００７３】一方、上記エポキシ樹脂組成物ヘと基板Ａ
〜Ｊとを、下記の表１５および表１６に示すように組み
合わせて、図７に示すような接着力試験サンプル（実施
例６−１，実施例６−２，比較例６−１〜比較例６−
８）を作製した。

【００７４】

【実施例７，比較例７】樹脂硬化体の臨界表面張力が、
２０ｄｙｎｅ／ｃｍとなるエポキシ樹脂組成物トを用
い、これと基板Ａ〜Ｊとを、下記の表１７および表１８
に示すように組み合わせ、前述の方法および上記実施例
１と同じ封止条件により半導体素子を封止して図５およ
び図６に示す半導体装置（実施例７−１〜実施例７−
９，比較例７）を作製した。

【００７５】一方、上記エポキシ樹脂組成物ヘと基板Ａ
〜Ｊとを、下記の表１７および表１８に示すように組み
合わせて、図７に示すような接着力試験サンプル（実施
例７−１〜実施例７−９，比較例７）を作製した。

【００７６】このようにして得られた各実施例品，比較
例品の半導体装置および接着力試験サンプルについて、
半導体装置に対しては熱衝撃試験を、接着力試験サンプ
ルに対しては剪断接着力試験を行った。この結果も、下
記の表５〜表１８に併せて示す。なお、上記熱衝撃試験
および剪断接着力試験は、下記に示す方法により行っ
た。

【００７７】〔熱衝撃試験〕低温条件（−６５℃）およ
び高温条件（１５０℃）のパーフルオロポリエーテル
（液体）に半導体装置を各５分間浸漬した。この工程を
１サイクルとし、１００サイクル試験を行った後、半導
体装置の内部を超音波探査装置（ＳＡＴ，モデルＡＴ−
６０００，日立建機社製）を用いて非破壊で観察した。
そして、樹脂硬化体と基板との界面剥離が発生しなかっ
たものを○、界面剥離が発生したものを×で表した。

【００７８】〔剪断接着力試験〕エポキシ樹脂組成物を
１７５℃×１２０秒の条件で硬化し、さらに１７５℃×
５時間の条件で後硬化処理を行って作製した各実施例品
および比較例品の接着力試験サンプル（図６参照）につ
いて、図７に示すように、樹脂硬化体１３に対して、矢
印方向から速度５ｍｍ／分の条件で剪断力を加え、樹脂
硬化体１３が基板１４から剥離する剪断力（ｋｇ／ｃｍ
² ）を測定した。なお、剪断力の測定は、剪断力測定装
置（オートグラフ，島津製作所社製）を用い、常温（２
２℃）で行った。

【００７９】

【表５】

【００８０】

【表６】

【００８１】

【表７】

【００８２】

【表８】

【００８３】

【表９】

【００８４】

【表１０】

【００８５】

【表１１】

【００８６】

【表１２】

【００８７】

【表１３】

【００８８】

【表１４】

【００８９】

【表１５】

【００９０】

【表１６】

【００９１】

【表１７】

【００９２】

【表１８】

【００９３】上記表５〜表１８から、樹脂硬化体および
基板の臨界表面張力が、それぞれ所定の範囲に設定され
ている実施例の接着力試験サンプルは、高い剪断接着力
を示したことがわかる。特に、基板の臨界表面張力が、
樹脂硬化体の臨界表面張力に２を加えた値以上の好適範
囲のものは、剪断接着力が２０ｋｇ／ｃｍ² 以上の極め
て高い接着力を示した。また、樹脂硬化体および基板の
臨界表面張力が、所定の範囲に設定されている実施例の
半導体装置は、過酷な条件の熱衝撃試験を行っても樹脂
硬化体と基板との界面剥離は、発生しなかった。

【００９４】これに対し、樹脂硬化体および基板の臨界
表面張力が、所定の範囲から外れた比較例の接着力試験
サンプルは、低い剪断接着力を示し、また比較例の半導
体装置は、熱衝撃試験で、樹脂硬化体と基板との界面剥
離が発生した。

【００９５】つぎに、熱衝撃試験を経た上記各実施例お
よび比較例の半導体装置について、プレッシャークッカ
ーバイアステスト（ＰＣＢＴテスト）を行った。この結
果を、下記の表１９に示す。なお、このＰＣＢＴテスト
の条件は、下記に示す通りである。

【００９６】半導体素子：Ａｌパターンモデル素子，５
μｍ幅配線，初期抵抗２００〜４００Ω プレッシャークッカーテスト（ＰＣＴ）：１３０℃／８
５％ＲＨ×２．３ａｔｍ バイアス：３０Ｖ 判定：導電チェック（抵抗１ｋΩ以上を不良とする）

【００９７】

【表１９】

【００９８】上記表１９の結果から、界面剥離が発生し
なかった実施例の半導体装置は、ＰＣＴ１４０時間投入
までは、電気的断線が発生しなかったことがわかる。ま
た、２００時間から５００時間のＰＣＴ投入において
も、電気的断線が発生したのは、僅か１〜２個であっ
た。この結果から、この発明の半導体装置は、耐湿信頼
性に優れているといえる。これに対し、界面剥離が発生
した比較例の半導体装置では、ＰＣＴ投入２０時間で電
気的断線が発生し、また２００時間投入で全ての半導体
装置において電気的断線が発生し、３００時間以上のＰ
ＣＢＴ試験に供することができなかった。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の半導体装置の一例を示す構成図であ
る。

【図２】上記半導体装置の部分拡大構成図である。

【図３】この発明の半導体装置の他の例を示す構成図で
ある。

【図４】（Ａ）は、ＭＣＭ構造をとるこの発明の半導体
装置の例を示す構成図であり、（Ｂ）は、ＭＣＭ構造を
とるこの発明の半導体装置の他の例を示す構成図であ
る。

【図５】熱衝撃試験に供する半導体装置の平面図であ
る。

【図６】上記熱衝撃試験に供する半導体装置の正面図で
ある。

【図７】接着力試験サンプルの構成図である。

【図８】剪断接着力を測定する状態を示す説明図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福島 喬 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 (72)発明者 桑村 誠 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 (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 (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に半導体素子が搭載され、この半
   導体素子が樹脂硬化体により封止された半導体装置であ
   って、上記樹脂硬化体の少なくとも上記基板に接する部
   分の臨界表面張力が２０〜３５ｄｙｎｅ／ｃｍであり、
   かつ上記基板の少なくとも上記樹脂硬化体に接する部分
   の臨界表面張力が、上記樹脂硬化体の臨界表面張力以上
   であることを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 樹脂硬化体の少なくとも基板に接する部
   分の臨界表面張力が２０〜３５ｄｙｎｅ／ｃｍであり、
   上記基板の少なくとも樹脂硬化体に接する部分の臨界表
   面張力が、上記樹脂硬化体の臨界表面張力に２を加えた
   値以上である請求項１記載の半導体装置。
3. 【請求項３】 樹脂硬化体による半導体素子の封止が、
   上記基板の上記半導体素子が搭載されている側面のみの
   片面封止である請求項１または２記載の半導体装置。
4. 【請求項４】 樹脂硬化体による半導体素子の封止が、
   基板の上記半導体素子の搭載部分が樹脂硬化体中に封止
   される請求項１または２記載の半導体装置。
5. 【請求項５】 基板が、その表面に、ビスマレイミドト
   リアジン層，ガラスエポキシ層，ソルダーレジスト層，
   イミドコート剤層の少なくとも一つの層を有する請求項
   １〜４のいずれか一項に記載の半導体装置。
6. 【請求項６】 基板が、その表面に、Ａｇ系合金層，Ａ
   ｕ系合金層，Ａｌ系合金層，Ｃｕ系合金層の少なくとも
   一つの合金層を有する請求項１〜５のいずれか一項に記
   載の半導体装置。
7. 【請求項７】 基板が、多層構造である請求項１〜６の
   いずれか一項に記載の半導体装置。