(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉチップ面積が２５ｍｍ２以上又は一辺の長さが５ｍｍ以上で、パッケージの厚さが３ｍｍ以下であり、リードフレームがＣｕであるエポキシ樹脂封止材で封止された薄型表面実装型の樹脂封止型半導体装置において、エポキシ樹脂封止材がエポキシ樹脂と硬化剤と６５〜７６ｖｏｌ％の結晶シリカと溶融シリカとの混合物又は結晶シリカからなる無機充填材とを含有し、線膨張係数α１が１．６〜２．０×１０−５／℃であることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
【請求項２】
エポキシ樹脂が下記一般式（Ｉ）で示されるエポキシ樹脂である請求項１記載の樹脂封止型半導体装置。
【化１】
0003589694.tif 000008
（式中Ｒは水素原子又はメチル基を示し、ｎは０〜３の整数を示す。）
【請求項３】
硬化剤がアラルキル型フェノール樹脂である請求項１又は２記載の樹脂封止型半導体装置。
【請求項４】
Ｓｉチップ面積が２５ｍｍ２以上又は一辺の長さが５ｍｍ以上で、パッケージの厚さが３ｍｍ以下であり、リードフレームがＣｕであるエポキシ樹脂封止材で封止された薄型表面実装型の樹脂封止型半導体装置に用いられ、エポキシ樹脂と硬化剤と６５〜７６ｖｏｌ％の結晶シリカと溶融シリカとの混合物又は結晶シリカからなる無機充填材とを含有し、線膨張係数α１が１．６〜２．０×１０−５／℃であることを特徴とするエポキシ樹脂封止材。
【請求項５】
エポキシ樹脂が下記一般式（Ｉ）で示されるエポキシ樹脂である請求項４記載のエポキシ樹脂封止材。
【化２】
0003589694.tif 000009
（式中Ｒは水素原子又はメチル基を示し、ｎは０〜３の整数を示す。）
【請求項６】
硬化剤がアラルキル型フェノール樹脂である請求項４又は５記載のエポキシ樹脂封止材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、大型Ｓｉチップ、Ｃｕリードフレーム、薄型パッケージの表面実装型の樹脂封止型半導体装置及びこれに用いられるエポキシ樹脂封止材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子は素子の集積度の向上と共に、素子サイズの大型化、樹脂封止型半導体装置の小型化、薄型化が進んでいる。同時に半導体装置の基板への取付けを行うときに、半導体装置自体が短時間のうちに２００℃以上の高温に曝されるようになってきた。このとき、樹脂封止材中に含有される水分が気化し、ここで発生する蒸気圧が樹脂と素子、リードフレーム等のインサートとの界面において、剥離応力として働き、樹脂とインサートの間で剥離が発生し、特に薄型の樹脂封止型半導体装置においては、半導体装置のフクレやクラックに至ってしまうことになる。この対策として、樹脂封止材の吸湿量を少なくするため、充填材として結晶シリカ、溶融シリカ又はこれらの混合物を従来５０〜６５ｖｏｌ％含有させていたのを、充填剤として溶融シリカのみを使用し、含有量を６５〜９０ｖｏｌ％とした樹脂封止材で封止したり、更にインサートとの密着力を上げるため、エポキシ樹脂を通常用いられるｏ−クレゾールノボラック型に代えて下記の一般式［Ｉ］で示されるようなエポキシ樹脂を使用しあるいは併用した樹脂封止材で封止したり、硬化剤を通常用いられるフェノールノボラック樹脂に代えて下記の一般式［ＩＩ］で示されるようなアラルキル型フェノール樹脂を使用しあるいは併用した樹脂封止材で封止することが行われている。
【０００３】
【化３】
0003589694.tif 000002
（式中Ｒは水素原子又はメチル基を示し、ｎは０〜３の整数を示す。）
【０００４】
【化４】
0003589694.tif 000003
（式中ｍは０〜３０の整数を示す。）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
先に示した樹脂封止材で封止した薄型の樹脂封止型半導体装置は、半田付け時のフクレやクラックは発生しなくなるが、その後の−５５℃（又は−６５℃）から１５０℃の熱衝撃試験時に、Ｃｕリードフレームを用いた樹脂封止型半導体装置において、Ａｕ線が断線するという問題がある。
【０００６】
本発明はＣｕリードフレームを用いた薄型表面実装型の樹脂封止型半導体装置において、半田付け時のフクレやクラックが発生せず、その後の熱衝撃試験時に、Ａｕ線が断線することがない樹脂封止型半導体装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明はＳｉチップ面積が２５ｍｍ２以上又は一辺の長さが５ｍｍ以上で、パッケージの厚さが３ｍｍ以下であり、リードフレームがＣｕであるエポキシ樹脂封止材で封止された薄型表面実装型の樹脂封止型半導体装置において、エポキシ樹脂封止材がエポキシ樹脂と硬化剤と６５〜７６ｖｏｌ％の結晶シリカと溶融シリカとの混合物又は結晶シリカからなる無機充填材とを含有し、線膨張係数α１が１．６〜２．０×１０−５／℃であることを特徴とする樹脂封止型半導体装置を提供するものである。
また、本発明は薄型表面実装型の樹脂封止型半導体装置に用いられ、エポキシ樹脂と硬化剤と６５〜７６ｖｏｌ％の結晶シリカと溶融シリカとの混合物又は結晶シリカからなる無機充填材とを含有し、線膨張係数α１が１．６〜２．０×１０−５／℃であることを特徴とするエポキシ樹脂封止材を提供するものである。
【０００８】
本発明においては熱衝撃試験時にＡｕ線が断線するという問題を解決するために、Ｃｕリードフレームの線膨張係数を１．６〜２．０×１０−５／℃にエポキシ樹脂封止材の線膨張係数α１を合わせることにより解決した。しかし、単にエポキシ樹脂封止材の線膨張係数α１を１．６〜２．０×１０−５／℃に合わせるだけでは熱衝撃試験時のＡｕ線断線は解決するが、半田付け時のフクレやクラックが発生してしまう。そのため、結晶シリカと溶融シリカとの混合物又は結晶シリカからなる無機充填剤を６５〜７６ｖｏｌ％含有し、α１が１．６〜２．０×１０−５／℃である吸湿量が少ないエポキシ樹脂封止材を使用することにより解決した。
【０００９】
エポキシ樹脂封止材のエポキシ樹脂としてはｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等特に限定されないが、好ましくは下記の一般式（Ｉ）で示されるようなエポキシ樹脂が好適に用いられる。難燃剤としてはＢｒ化エポキシ樹脂（例えば、Ｂｒ化エピビス型エポキシ樹脂等）が用いられる。また、下記の一般式（Ｉ）で示されるようなエポキシ樹脂にｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂を配合した樹脂も好適に用いられる。ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂の好ましい配合割合は、使用するエポキシ樹脂類の合計量（重量）からＢｒ化エポキシ樹脂を除いた量の半分以下である。例えば、一般式（Ｉ）で示されるエポキシ樹脂４５〜８５重量部に対し、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂４０〜０重量部用いることが好ましい。
【００１０】
【化５】
0003589694.tif 000004
（式中Ｒは水素原子又はメチル基を示し、ｎは０〜３の整数を示す。）
【００１１】
エポキシ樹脂封止材の硬化剤としては特に限定されないが、フクレ、クラックの防止の観点から好ましくはアラルキル型フェノール樹脂が用いられる。アラルキル型フェノール樹脂の具体例としては、例えば下記の一般式（ＩＩ）で示されるようなアラルキル型フェノール樹脂がフクレ、クラックの防止の観点から好適に用いられる。また、前記アラルキル型フェノール樹脂にノボラック型フェノール樹脂を配合した樹脂も好適に用いられる。ノボラック型フェノール樹脂の好ましい配合割合は、使用する硬化剤のＯＨ当量の半分以下である。例えば、アラルキル型フェノール樹脂４０〜８５重量部に対し、ノボラック型フェノール樹脂２５〜０重量部配合することが好ましい。
【００１２】
【化６】
0003589694.tif 000005
（式中ｍは０〜３０の整数を示す。）
エポキシ樹脂封止材中のエポキシ樹脂に対する硬化剤の好ましい配合割合は、エポキシ樹脂のエポキシ当量／硬化剤のＯＨ当量＝０．８〜１．２の範囲である。
【００１３】
また、エポキシ樹脂封止材中には、エポキシ樹脂と硬化剤の反応を促進する硬化促進剤を配合することができる。この硬化促進剤としては、トリフェニルホスフィンが好ましく用いられる。硬化促進剤はエポキシ樹脂に対して０．１〜１０重量部用いられる。
【００１４】
本発明のエポキシ樹脂封止材の無機充填材は結晶シリカと溶融シリカとの混合物又は結晶シリカからなり、エポキシ樹脂封止材中に６５〜７６ｖｏｌ％含有されている。このような割合で無機充填材を含有させると線膨張係数α１が１．６〜２．０×１０−５／℃となる。図１は充填材量（ｖｏｌ％）と線膨張係数α１の関係を示すグラフである。図１に示す斜線部分の充填材組成の樹脂封止材を使用することにより熱衝撃試験時のＡｕ線が断線するという課題を解決することができる。結晶シリカと溶融シリカの好ましい混合割合は、使用するシリカ全量に対して、結晶シリカが１５〜１００％、溶融シリカが８５〜０％である。溶融シリカのみで線膨張係数α１を１．６〜２．０×１０−５／℃にすると無機充填材量が少なくなりクラックが発生するようになる。
【００１５】
エポキシ樹脂封止材にその他の添加剤として高級脂肪酸、高級脂肪酸金属塩、エステル系ワックスなどの離型剤、カーボンブラックなどの着色剤、シランカップリング剤及び難燃剤などを配合することができる。
【００１６】
【作用】
前記したエポキシ樹脂封止材を用いて封止した樹脂封止型半導体装置は、樹脂封止材中に含有する水分が少なく、更にインサートとの密着力が高くなり、半田付け時のフクレやクラックが発生することなく、また、樹脂封止材の線膨張係数α１を１．６〜２．０×１０−５／℃にして、Ｃｕリードフレームの線膨張係数に合わせることにより、その後の熱衝撃試験時のＡｕ線が断線することがなくなる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１８】
実施例１〜４及び比較例１〜６
まず、表１に示す各種の素材を予備混合（ドライブレンド）した後、二軸ロール（ロール表面温度約８０℃）で１０分間混練し、冷却粉砕してエポキシ樹脂封止材を製造した。
【００１９】
このエポキシ樹脂封止材を用い、トランスファー成形機を用い、金型温度１８０℃、成形圧力７０ｋｇｆ／ｃｍ２、硬化時間９０秒の条件で成形した。スパイラルフロー（ＳＦ）は、ＥＭＭＩ１−６６に準じて測定した。線膨張係数α１はＡＳＴＭ−Ｄ６９６に準じφ１０×１００ｍｍの丸棒成形品を上記の条件で成形し、その後１７５℃、５時間後硬化を行い、昇温速度２℃／ｍｉｎで加熱したときの熱膨張を測定した。Ａｌピール接着力は、厚み約０．０３ｍｍのアルミホイル上に幅１０ｍｍの成形品を上記の条件で成形し、更に１７５℃、５時間後硬化を行ったものについて、アルミ箔と成形品の密着性を測定した。吸湿率はφ５０×３ｍｍの円板を上記の条件で成形し、更に後硬化を行ったものについて、ＰＣＴ（１２１℃、２ａｔｍ）２０時間後の重量変化から測定した。また、エポキシ樹脂封止材を用いて、半導体素子をトランスファー成形機で同様の条件で成形し、後硬化後半田付け時のＰＫＧクラック性とその後の熱衝撃性を測定した。
【００２０】
半田付け時のＰＫＧクラック性に用いた半導体装置は、ＱＦＰ８２ｐの樹脂封止型半導体装置（外形寸法２０×１４×２．０ｍｍ）であり、リードフレームはＣｕ材で８×１０ｍｍ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樹脂封止型半導体装置について、１２５℃／２４ｈベーキング後、８５℃／８５％ＲＨで所定の時間吸湿させた後、２１５℃／９０ｓｅｃの処理を行ったときの樹脂封止型半導体装置のクラック発生率を求めた。クラックが発生しなかったＰＫＧについて、熱衝撃試験を行った。熱衝撃性は、−６５℃／３０分←→１５０℃／３０分  １０００サイクル（液相←→液相）を行った後、ＰＫＧを研磨してＡｕ線の断線を調べた。
【００２１】
上記の各試験結果をまとめて表２に示す。
【００２２】
【表１】
0003589694.tif 000006
【００２３】
【表２】
0003589694.tif 000007
【００２４】
＊１  ＰＫＧ：ＱＦＰ８２ｐ、（外形寸法、２０×１４×２．０ｍｍ）、フレームＣｕ材、チップサイズ８×１０ｍｍ、Ａｕ線２５μｍ、１２５℃／２４ｈベーキング後８５℃／８５％ＲＨ２０ｈ  吸湿させた後、２１５℃／９０ｓｅｃ処理したもの。
＊２  ＰＫＧ：上記半田付けのクラックテストを行った後ＰＫＧクラックのないものについて、熱衝撃試験−６５℃／３０分←→１５０℃／３０分  １０００サイクル（液相←→液相）を行った後、ＰＫＧを研磨してＡｕ線の断線を調べた。
【００２５】
【発明の効果】
本発明のＳｉチップの表面が２５ｍｍ２以上又は１辺の長さが５ｍｍ以上、パッケージの厚さが３ｍｍ以下の薄型表面実装型のリードフレームがＣｕである樹脂封止型半導体装置は、半田付け時のＰＫＧのフクレヤクラックが発生せず、その後の熱衝撃試験においてもＡｕ線の断線が発生しない優れ特性を有している。また本発明のエポキシ樹脂封止材は、上記の樹脂封止型半導体装置を製造するための封止材として好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】無機充填材量と線膨張係数α１の関係を示すグラフ。
【図１】
0003589694.tif 000010