JP2534251B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2534251B2
JP2534251B2 JP62038625A JP3862587A JP2534251B2 JP 2534251 B2 JP2534251 B2 JP 2534251B2 JP 62038625 A JP62038625 A JP 62038625A JP 3862587 A JP3862587 A JP 3862587A JP 2534251 B2 JP2534251 B2 JP 2534251B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、耐半田熱衝撃性に優れた半導体装置に関
するものである。
〔従来の技術〕
一般に、樹脂封止型の半導体装置は、リードフレーム
のダイパツド上への半導体素子のダイボンド,ワイヤー
ボンド,樹脂封止,ダイバーカツト,ピン曲げという一
連の工程を経由して製造される。この種の樹脂封止型半
導体装置の典型例は、DIP(デユアルインラインパツケ
ージ)形のものであり、パツケージの両側に配設された
ピンを挿入することにより基板に実装される。しかしな
がら、最近では、実装密度を高くするため、DIPタイプ
のパツケージではなくフラツトパツケージやPLCC(プラ
スチツクリーデイツドチツプキヤリヤ)形のパツケージ
がなされるようになつている。このようなタイプのパツ
ケージは、基板面に対して直接半田接合により実装され
るものであり、その実装に際しては、半田浸漬やベーパ
ーフエーズソルダリング等が行われ、パツケージ全体が
実装時に高温にさらされる。したがつて、このようなパ
ツケージにおいては、特に耐半田熱衝撃性に優れている
ことが要求される。
最近では、チツプの大形化ならびにパツケージの薄形
化が試みられており、なかにはチツプサイズが100mm2
上に達するものもある。このような大形のチツプを、先
に述べたようなフラツトパツケージやPLCCでパツケージ
ングする場合、パツケージングしたのち、通常の雰囲気
下で数時間放置し、ついで、例えば半田浸漬によつて表
面実装を行うと、パツケージクラツクが多発し、実装後
の耐湿性が著しく低下するという現象が生じている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
このように、フラツトタイプやPLCC等のタイプのパツ
ケージングを行う場合には、パツケージ自体に耐半田熱
衝撃性を備えていることが要求されているが、チツプサ
イズが大形化し、しかもパツケージが薄形化している現
状では、半田浸漬等の表面実装時に、先に述べたような
パツケージクラツクが多発するというような問題が生じ
ており、これの早急な解決が望まれている。
この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、
耐半田熱衝撃性に優れた半導体装置の提供をその目的と
する。
〔問題点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、リードフレームのダイパツド上に、偏平な矩形板状
の半導体素子が載置された状態で熱硬化性樹脂により偏
平矩形状に樹脂封止された半導体装置であつて、ダイパ
ツドが半導体素子と略同形状でその底面よりも小形に形
成され、矩形板状ダイパツドの各角部から、ツリピンが
矩形状封止樹脂の対応する各角部に延びているという構
成をとる。
すなわち、本発明者らは、上記フラツトパツケージ,P
LCC等の表面実装時におけるパツケージクラツクの発生
原因について一連の研究を重ねた。その結果、表面実装
時における半田加熱により、封止樹脂とダイパツドとの
界面に、樹脂中の水分の気化蒸気が集中し、ダイパツド
から封止樹脂を底面側に押圧して全体が膨らんだような
状態になり、それによつてパツケージクラツクが発生す
ることを突き止めた。そこで、本発明者らは、このよう
な現象の発生防止についてさらに研究を重ねた結果、ダ
イパツドの表面積をシリコンチツプの底面積よりも小さ
くすると、上記封止樹脂中の水分の気化蒸気の集中現象
が少なくなり、パツケージクラツクの発生が防止される
ようになることを見いだしこの発明に到達した。
この発明の対象となる半導体装置は、半導体素子自体
が偏平状であつて、その底面積が60mm2以上、特に60mm2
〜400mm2であり、その封止パツケージの厚みが1.5mm〜
4.0mmのようなものについて特に有効であり、そのよう
な半導体装置におけるダイパツドの半導体素子載置面の
寸法を16mm2以下、特に4mm2〜16mm2に設定すると、先
に述べたようなシリコンチツプ底面側の半田加熱時の膨
れの発生が防止され、パツケージクラツクの発生が回避
されるようになる。
上記の場合、そのパツケージのタイプは、フラツトパ
ツケージ,PLCC等の表面実装形のパツケージが特に効果
的であるが、表面実装形だけに限るものではなくDIPタ
イプについても応用可能である。
なお、上記パツケージングに用いる封止樹脂として
は、予備反応によりシランカツプリング剤等のシラン化
合物が分子構造中に導入されているエポキシ樹脂もしく
はフエノール樹脂(エポキシ樹脂硬化剤)と硬化促進剤
等とを用いて得られたエポキシ樹脂組成物を用いること
がパツケージクラツク等の発生防止の観点から有効であ
る。このような樹脂を用いると、封止樹脂とチツプとの
接着力が0.5kg/mm2以上、封止樹脂とリードフレームと
の接着力が0.2kg/mm2以上のものになり、耐半田耐熱性
の向上に効果的に寄与するようになる。
上記エポキシ樹脂組成物に用いるエポキシ樹脂は、特
に制限するものではなく、クレゾールノボラツク型,フ
エノールノボラツク型やスフエノールA型等の従来から
半導体装置の封止樹脂として用いられている各種のエポ
キシ樹脂が用いられる。これらの樹脂のなかでも融点が
室温を超えており、室温下では固形状もしくは高粘度の
溶液状を呈するものを用いることが好結果をもたらす。
ノボラツク型エポキス樹脂としては、代表的なクレゾー
ルノボラツク型エポキシ樹脂のほか、tert−ブチル基,
メチル基等各種のアルキル基をフエノール部に付加した
アルキル化フエノールノボラツク型エポキシ樹脂が一般
に用いられる。これらのノボラツク型エポキシ樹脂とし
ては、エポキシ当量が160〜300,軟化点が50〜130℃のも
のが賞用される。
上記エポキシ樹脂とともに用いるフエノール樹脂は、
上記エポキシ樹脂の硬化剤として作用するものであり、
フエノールノボラツク,クレゾールノボラツクやその他
ターシヤルブチル基等のアルキル基をフエノール部に付
加したアルキル化フエノールノボラツク樹脂等が好適に
用いられる。これらノボラツク樹脂としては軟化点が50
〜110℃,水酸基当量が70〜180のものを用いることが好
ましい。
硬化促進剤としては、従来から用いられている各種の
硬化促進剤が用いられ、単独でもしくは併せて使用する
ことができる。この種の硬化促進剤として、下記の三級
アミン,四級アンモニウム塩,イミダゾール類およびホ
ウ素化合物を好適な例としてあげることができる。
三級アミン トリエタノールアミン、テロラメチルヘキサンジアミ
ン、トリエチレンジアミン、ジメチルアニリン、ジメチ
ルアミノエタノール、ジエチルアミノエタノール、2,4,
6−(ジメチルアミノメチル)フエノール、N,N′−ジメ
チルピペラジン、ピリジン、ピコリン、1,8−ジアザ−
ヒシクロ(5,4,0)ウンデセン−7、ベンジルメチルア
ミン、2−(ジメチルアミノ)メチルフエノール 四級アンモニウム塩 ドデシルトリメチルアンモニウムアイオダイド,セチ
ルトリメチルアンモニウムクロライド,ベンジルジメチ
ルテトラブチルアンモニウムクロライド,ステアリルト
リメチルアンモニウムクロライド, イミダゾール類 2−メチルイミダゾール,2−ウンデシルイミダゾー
ル,2−エチルイミダゾール,1−ベンジル−2−メチルイ
ミダゾール,1−シアノエチル−2−ウンデシルイミダゾ
ール ホウ素化合物 テトラフエニルボロン,テトラフエニルボレート,N−
メチルモルホリンテトラフエニルボレート また、必要に応じて上記の原料以外に離型剤,無機質
充填剤,三酸化アンチモン,リン系化合物等の難燃剤や
シランカツプリング剤のようなシラン化合物および顔料
ならびにポリシロキサンを用いることができる。
この発明で用いる封止樹脂としては、先に述べたよう
に、シランカツプリング剤のようなシラン化合物を予備
反応させてエポキシ樹脂やフエノール樹脂を予め変性
し、これをエポキシ樹脂組成物の主成分として用いるも
のが好適であるが、上記のようなシラン変性エポキシ樹
脂,フエノール樹脂とシランカツプリング剤等のシラン
化合物を適宜併用することが可能であり、この場合に
は、上記併用するシラン化合物は無機質充填剤の処理用
として使用することが行われる。
なお、上記離型剤としては、従来公知のステアリン
酸,パルミチン酸等の長鎖カルボン酸,ステアリン酸亜
鉛,ステアリン酸カルシウム等の長鎖カルボン酸の金属
塩、カルナバワツクス,モンタンワツクス等のワツクス
類を用いることができる。
また、上記無機質充填剤としては、特に制限するもの
ではなく、一般に用いられている石英ガラス粉末,タル
ク,シリカ粉末,アルミナ粉末等が適宜に用いられる。
上記封止に用いる樹脂は、先に述べたように、封止エ
ポキシ樹脂組成物の主成分であるエポキシ樹脂,フエノ
ール樹脂をシランカツプリング剤等のシラン化合物と予
備反応させ、変性させるものであつて、それによつて半
導体チツプ中におけるケイ素と封止樹脂中におけるケイ
素とを酸素架橋させ、強靱な接着力を発現させるもので
ある。
上記変性用の化合物としては、アミノ基,メルカプト
基,グリシジル基,水酸基,カルボキシル基等の官能基
をもつたシラン化合物があげられる。その代表例として
は、つぎのようなものがある。
N−(2−アミノエチル)3−アミノプロピルメチ
ルジメトキシシラン N−(2−アミノエチル)3−アミノプロピルトリ
メトキシシラン 3−アミノプロピルトリメトキシシラン 3−アミノプロピルメチルジエトキシシラン 3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン 3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン 2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリ
メトキシシラン 3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン 上記シラン化合物のうち,,,,はエポキ
シ樹脂の変性に用いることができ、,,,,
,,はフエノール樹脂の変性に用いることができ
る。
上記変性の際の予備反応は、エポキシ樹脂もしくはフ
エノールノボラツク系樹脂を軟化点以上、好適には130
〜170℃に加熱して行うことが望ましい。このとき、予
備反応に使用するシラン化合物の量は、エポキシ樹脂組
成物中における樹脂成分に対し0.03〜15重量%(以下
「%」と略す)内に設定することが望ましい。すなわ
ち、上記範囲をはずれと良好な効果が得られにくくなる
からである。特に、好適なのは0.15〜3.0%の範囲内で
ある。
上記のようにすることにより、封止樹脂と半導体チツ
プとの接着力を著しく高めることができるのであるが、
さらに、封止樹脂として170℃の曲げ弾性率が50〜300kg
/mm2であるものを用いると、上記効果に、さらに封止樹
脂の高温時における応力緩和効果が付加されるようにな
り、一層耐湿信頼性の向上効果が得られるようになる。
〔発明の効果〕
この発明の半導体装置は、以上のように、半導体素子
を載置するダイパツトを、半導体素子の底面よりも小形
に形成しているため、表面実装時における半田浸漬等の
熱衝撃に対しても強い抵抗力を備えており、表面実装後
に耐湿信頼性が低下するというようなことがない。すな
わち、この発明の半導体装置は、上記のような簡単な構
成により、優れた耐半田熱衝撃性を備えており、極めて
実用的価値が大である。
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
〔実施例1〜7〕 後記の第1表に示すサイズのダイパツドを備えたリー
ドフレームを準備し、これに同表に示したチツプサイズ
の半導体素子を載置した。そして、これを同表に示す組
成の封止樹脂を用い、パツケージサイズが同表になるよ
うに樹脂封止した。この樹脂封止はモールドによつて行
い、成形条件は175℃(2分)、後硬化は175℃(5時
間)の条件で行つた。これを第1図および第2図に示
す。図において、1はパツケージ、2はツリピン、3は
チツプ、4はダイパツドである。このようにして得られ
た半導体装置に対して、パツケージクラツクを測定し
た。その結果は同表に示すとおりであり、いずれの実施
例も良好な成績を示している。
なお、後記の第1表において、実施例1〜4はフラツ
トパツケージタイプであり、実施例5〜7はDIPタイプ
である。
なお、第1表において、チツプの接着力は、プツシユ
ブルゲージを用い剪断接着力として常温下で求めた。ま
た、パツケージクラツクの評価は、成形物を85℃/85%R
Hで48時間吸湿させ、その後、215℃の半田浴に10秒間浸
漬しパツケージクラツクの発生の有無で判定した(以下
の表でも同様である)。
〔比較例1〜4〕 リードフレームとしてダイパツドの大きさが、第2表
に示すように、チツプより大きい従来のものを用い、上
記対応する実施例1〜4と同じ条件で成形しサンプルを
作製した。これを第3図および第4図に示す。図におい
て、1はパツケージ、2はツリピン、3はチツプ、4は
ダイパツドである。そして、このサンプルについて実施
例と同様にして性能試験を行つた結果を後記の第2表に
示す。
第2表から明らかなように、比較例品は実施例品に比
べてパツケージクラツクの発生量が大幅に増加している
ことがわかる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例の平面図、第2図はその断
面図、第3図は従来例の平面図、第4図はその断面図で
ある。 1……パツケージ、2……ツリピン、3……チツプ、4
……ダイパツド

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】リードフレームのダイパツド上に、偏平な
    矩形板状の半導体素子が載置された状態で熱硬化性樹脂
    により偏平矩形状に樹脂封止された半導体装置であつ
    て、ダイパツドが半導体素子と略同形状でその底面より
    も小形に形成され、矩形板状ダイパツドの各角部から、
    ツリピンが矩形状封止樹脂の対応する各角部に延びてい
    ることを特徴とする半導体装置。
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