(57)【要約】【課題】封止樹脂と基板との密着性の向上により、耐湿信頼性に優れた半導体装置を提供する。【解決手段】複数の導体回路１が形成され、かつ、半導体素子４が搭載された半導体素子搭載基板２の、上記導体回路１を含む基板２面に、半田レジスト層を介さず、直接、封止樹脂層５が形成された半導体装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
　導体回路が形成された半導体素子搭載基板と、この基板の導体回路形成面に搭載された半導体素子と、この半導体素子搭載面を封止した封止樹脂層とを備えた半導体装置であって、上記封止樹脂層が、導体回路を含む基板面に、半田レジスト層を介さず、直接、形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
　導体回路が形成された半導体素子搭載基板が、銅箔ラミネートのプラスチック基板をエッチング処理することより、銅製の回路を形成したものである請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
　半導体素子搭載基板が、ビスマレイミドトリアジン基板であり、封止樹脂が、エポキシ樹脂およびフェノール樹脂を主成分とする樹脂硬化体である請求項１または２記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　この発明は、信頼性に優れた樹脂封止型半導体装置に関し、封止樹脂と基板の界面に発生する応力から生起する剥離を低減し、界面密着力の高い耐湿信頼性に優れた樹脂封止型半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
　近年の半導体市場におけるパッケージング技術は、年々より複雑になる傾向にある。従来のプラスチックパッケージにおいては、デュアルインラインパッケージ（ＤＩＰ）が広く用いられている。そして、ここ数年の間に、上記ＤＩＰの他に、プラスチックリード付きチップキャリア（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）等の表面実装用のパッケージが広く用いられるようになってきた。さらに、最近の高Ｉ／Ｏ（入出力）化，電気特性の向上、また、実装性の容易さ等の観点から、基板にＩＣを実装し、このＩＣ実装面の片面側のみを樹脂でモールドした構造のボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）や、樹脂基板をパッケージ中に埋め込んだ構造を有するマルチチップモジュラス（ＭＣＭ）に代表される新たな構造を有するパッケージが市場に広がりつつある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
　このような新たな構造を有するパッケージにおいては、その構造上の特徴により、封止樹脂と基板表面との間にストレスが発生し、このストレスによって引き起こされる剥離が問題となっている。このように、剥離が生起すると、この剥離部分から水分が浸入して、耐湿信頼性をはじめとする諸信頼性が低下するという問題が生じる。
【０００４】
　この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、封止樹脂と基板との密着性の向上により、耐湿信頼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】
【０００５】
　上記の目的を達成するため、この発明の半導体装置は、導体回路が形成された半導体素子搭載基板と、この基板の導体回路形成面に搭載された半導体素子と、この半導体素子搭載面を封止した封止樹脂層とを備えた半導体装置であって、上記封止樹脂層が、導体回路を含む基板面に、半田レジスト層を介さず、直接、形成されているという構成をとる。
【０００６】
　本発明者らは、耐湿信頼性に優れた樹脂封止型の半導体装置を得るために一連の研究を重ねた。そして、耐湿信頼性低下の原因である、封止樹脂と基板との界面剥離現象を中心に研究を重ねた結果、つぎのようなことが原因であることを突き止めた。すなわち、従来のパッケージでは、一般に、図２に示すように、導体回路１が形成された半導体素子搭載基板２面には、導体回路１を被覆するように半田レジスト層３が形成されている。この導体回路１を被覆する半田レジスト層３と、搭載された半導体素子４を封止するように、封止樹脂層５が形成されている。そして、この封止樹脂層５と半田レジスト層３とが接着性に劣るため、上記両者の界面でストレスが発生すると、剥離現象が生起して、水分の浸入による耐湿信頼性の低下が生ずるのである。そこで、上記半田レジスト層３を除去する、もしくは最初から半田レジスト層３を形成しない導体回路を含む基板に、直接、封止樹脂層を形成すると、上記基板と封止樹脂層とは密着性に優れており、その結果、基板と封止樹脂層との界面でストレスが発生しても、剥離が抑制されて、耐湿信頼性が向上することを見出しこの発明に到達した。
【発明の効果】
【０００７】
　以上のように、この発明の半導体装置は、封止樹脂層が、導体回路が形成された半導体素子搭載基板面に、半田レジスト層を介さず、直接、形成されている。このため、上記基板と封止樹脂層とが直接密着し、両者の密着力が向上して、封止樹脂層との界面で発生するストレスに起因した剥離が抑制される。すなわち、従来のように、基板と封止樹脂層の間に半田レジスト層が介在することによる密着性の低下から、半田レジスト層と封止樹脂との界面でストレスによる剥離現象が生起し、その結果、水分等が浸入して耐湿性に劣るという問題が解決される。したがって、上記両者の界面の密着力の向上により、耐湿信頼性に優れたものとなる。このように、この発明の半導体装置は、特に、最近、その使用が広がりつつあるＢＧＡやＭＣＭ等の構造を有するパッケージにおいて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
　この発明の半導体装置の基本的な構成は、つぎのようになる。すなわち、図１に示すように、半導体素子搭載基板２面に複数の導体回路１が形成されている。そして、上記導体回路１が形成された基板２面に、直接、封止樹脂層５が形成されている。図において、４は半導体素子である。
【０００９】
　上記半導体素子搭載基板２としては、特に限定するものではなく従来公知のものが用いられ、例えば、プラスチック製基板があげられる。特に、耐熱性（高温）という観点から、ＢＴ（ビスマレイミドトリアジン／ガラスクロス基板）レジンが好適に用いられる。
【００１０】
　上記半導体素子搭載基板２面に形成された導体回路１は、例えば、上記基板２にラミネートされた金属箔を、所望の設計通りにエッチング除去することにより形成される。上記ラミネートされる金属箔としては、通常、銅箔があげられる。また、上記エッチング除去法としては、一般に、回路形成で行われる、塩化第二銅液，塩化第二鉄液等を用いたウエットエッチング法等があげられる。
【００１１】
　上記導体回路１を含む基板２に、直接形成される封止樹脂層５の形成材料としては、特に限定するものではなく従来公知の封止用樹脂組成物が用いられる。
【００１２】
　上記封止用樹脂組成物としては、例えば、エポキシ樹脂と、フェノール樹脂を主成分とするものがあげられる。このような封止用樹脂組成物は、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。
【００１３】
　上記エポキシ樹脂としては、特に限定するものではなく、一分子中に２個以上のエポキシ基を含有するエポキシ樹脂であればいかなるエポキシ樹脂を用いてもよい。例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂，ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂，クレゾールノボラック型エポキシ樹脂，ビフェニル型エポキシ樹脂等の種々のエポキシ樹脂があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。
【００１４】
　上記フェノール樹脂としては、特に限定するものではなくエポキシ樹脂の硬化剤として作用する従来公知のものがあげられる。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等があげられる。なかでも、フェノールノボラック樹脂を用いることが好ましい。
【００１５】
　そして、上記エポキシ樹脂とフェノール樹脂の配合割合は、エポキシ樹脂中のエポキシ基１当量に対してフェノール樹脂中の水酸基当量を０．６〜１．５の範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは０．８〜１．２である。
【００１６】
　この封止用エポキシ樹脂組成物には、上記エポキシ樹脂およびフェノール樹脂以外に、必要に応じて、無機質充填剤，硬化促進剤，難燃剤，難燃助剤，シランカップリング剤等のカップリング剤，離型剤，顔料，低応力化剤等を適宜に配合することができる。
【００１７】
　上記無機質充填剤としては、溶融あるいは粉砕シリカ粉末，タルク，ケイ砂，炭酸カルシウム，アルミナ粉末等があげられる。特にシリカ粉末を用いるのが好ましい。上記無機質充填剤の配合量は、エポキシ樹脂組成物全体の５０〜９５重量％（以下「％」と略す）の範囲に設定することが好ましい。特に好ましくは８０〜９５％である。
【００１８】
　また、上記硬化促進剤としては、リン系化合物，従来公知の三級アミン，四級アンモニウム塩，イミダゾール類，ホウ素化合物等があげられる。
【００１９】
　上記難燃剤としては、ブロム化エポキシ樹脂があげられる。
【００２０】
　上記難燃助剤としては、三酸化アンチモンがあげられる。
【００２１】
　上記離型剤としては、モンタン酸，ステアリン酸およびその金属塩、ポリエチレン系カルナバワックス等の従来公知のものがあげられる。
【００２２】
　上記顔料としては、カーボンブラック，ベンガラ，酸化チタン，酸化クロム，シアニンブルー，シアニングリーン等があげられる。
【００２３】
　上記低応力化剤としては、オレフィン系ゴム、ジメチルポリシロキサン系等のシリコーン化合物等があげられる。
【００２４】
　この封止用エポキシ樹脂組成物は、例えば、上記各成分を配合してミキシングロール機等で混練する。ついで、冷却した後、粉砕し、さらに必要に応じて打錠することにより製造することができる。
【００２５】
　この発明の半導体装置は、半導体素子が搭載され、複数の導体回路が形成された半導体素子搭載基板の、導体回路形成面側を樹脂封止することにより得られる。上記封止方法としては、特に限定するものではなく、例えば、封止用エポキシ樹脂組成物を用い公知のトランスファー成形等による封止方法があげられる。
【００２６】
　このようにして得られる半導体装置は、図１に示すように、複数の導体回路１が形成され、かつ、半導体素子４が搭載された半導体素子搭載基板２の、上記導体回路１を含む基板２面に、直接、封止樹脂層５が形成された構成をとる。すなわち、従来の半導体装置では、図２に示すように、導体回路１を被覆する半田レジスト層３が形成されており、この半田レジスト層３と封止樹脂層５との界面に発生するストレスによって剥離現象が生起していた。しかし、この発明では、基板２面に、半田レジスト層３を介さずに、直接、封止樹脂層５が形成されており、両者間の高い密着力によって界面でのストレスによる剥離の発生が抑制されることとなる。
【００２７】
　なお、この発明の半導体装置において、上記半田レジスト層３は、最初から形成せずに半導体装置を作製してもよいし、また、半田レジスト層３を形成した後、樹脂封止の前に、上記半田レジスト層３を除去し、その後、樹脂封止して半導体装置を作製してもよい。上記半田レジスト層３を除去する方法としては、例えば、機械研磨，有機溶剤除去等の方法があげられる。
【００２８】
　この発明の半導体装置としては、特に、図３に示すような片面封止型の半導体装置があげられる。この半導体装置は、回路が形成されたＢＴ（ビスマレイミドトリアジン／ガラスクロス基板）レジンやヒートシンク等の半導体素子搭載基板１０上に半導体素子１２を直接搭載し固定して、この半導体素子搭載基板側を樹脂封止したものである。図３において、１３は封止樹脂、１４はボンディングワイヤー、１５は半田端子である。
【００２９】
　半導体素子搭載基板１０として、上記ＢＴレジンのような繊維補強板を用いた場合には、図３に示すように、その繊維補強板１０の面積は、１００〜１００００ｍｍ2 が好ましく、特に６２５〜３６００ｍｍ2 が好ましい（方形の場合は正方形が好ましい）。また、繊維補強板１０の厚みｂは０．０５〜３ｍｍが好ましく、特に０．１〜０．６ｍｍが好ましい。このときの、封止樹脂１３の占有面積（半導体素子１２底面を含む封止樹脂１３の底面積）は、１００〜１００００ｍｍ2 が好ましく、特に６２５〜３６００ｍｍ2 が好ましい（方形の場合は正方形が好ましい）。また、封止樹脂１３の厚みａは０．２〜３ｍｍが好ましく、特に０．２〜１．４ｍｍが好ましい。
【００３０】
　また、半導体素子搭載基板１０がヒートシンクの場合は、一般に、図４に示す断面形状となる。そして、ヒートシンク（銅，アルミニウム等の金属板）６の面積は、１００〜１００００ｍｍ2 が好ましい（方形の場合は正方形が好ましい）。また、ヒートシンク６の厚みｄは０．０５〜３ｍｍが好ましい。このときの、封止樹脂１３ｂの占有面積（ヒートシンク６底面を含む封止樹脂１３ｂの底面積）は、１００〜１４４００ｍｍ2 が好ましい（方形の場合は正方形が好ましい）。そして、封止樹脂１３ｂの厚みｃは０．２５〜４ｍｍが好ましく、特に０．８〜３ｍｍが好ましい。図において、２ｂは半導体素子である。
【００３１】
　つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
【００３２】
　実施例に先立って、下記に示す材料および方法等により回路形成済半導体素子搭載基板を準備した。
【００３３】
（１）〔半導体素子搭載基板〕
基板Ａ：１／２Ｏｚ銅張りビスマレイミドトリアジン／ガラスクロス基板（厚み０．４ｍ　　　　ｍ）。
基板Ｂ：１／２Ｏｚ銅張りガラスエポキシ樹脂基板（厚み０．４ｍｍ）。
【００３４】
（２）〔導体回路形成のためのエッチング方法〕
エッチングＣ：塩化第二銅液を用いたエッチング。
エッチングＤ：塩化第二鉄液を用いたエッチング。
【００３５】
（３）〔基板面の半田レジスト層の有無〕
レジストＥ：封止樹脂形成面に半田レジスト層無し。
レジストＦ：封止樹脂形成面にエポキシ樹脂系半田レジスト層有り。
【００３６】
（４）〔封止用エポキシ樹脂組成物の作製〕
　ついで、下記の表１に示す各成分を、同表に示す割合で配合し、ミキシングロール機（温度９０〜１２０℃）で混練して冷却した後、粉砕することにより粉末状の封止用エポキシ樹脂組成物ａ〜ｃを得た。
【００３７】
【表１】
2004111988.tif 000003
【実施例】
【００３８】
〔実施例１〜７、比較例１〜６〕
　そして、下記の表２および表３に示す各材料および方法等による回路形成済半導体素子搭載基板、ならびに封止用エポキシ樹脂組成物を用いて、トランスファー成形（条件：トランスファー圧力９０ｋｇ／ｃｍ2 、成形温度×成形時間１７５℃×１５０秒）により、半導体素子（チップサイズ：１２ｍｍ×１２ｍｍ×厚み３７０μｍ）を搭載した図１（実施例品）または図２（比較例品）に示す構造の半導体装置を作製した。
【００３９】
【表２】
2004111988.tif 000004
【００４０】
【表３】
2004111988.tif 000005
【００４１】
　このようにして得られた実施例品および比較例品の半導体装置を用いて、基板と封止樹脂層の間の１０ｍｍ2 の剪断接着力、および耐湿信頼性を測定し評価した。その結果を下記の表４および表５に示す。
【００４２】
〔剪断接着力〕
　トランスファー成形（成形条件：圧力９０ｋｇ／ｃｍ2 、成形温度×成形時間１７５℃×１５０秒）により、図５（Ａ）に示すように、半導体素子搭載基板１６上に、円錐台形状の樹脂硬化体１７を搭載したものを作製した。そして、図５（Ｂ）に示すように、測定温度が常温（２５℃）で、矢印方向（測定スピード：５ｍｍ／ｍｉｎ）に荷重を加えた際の接着力を測定した。なお、半導体素子搭載基板１６と樹脂硬化体１７の接着面積は１０ｍｍ2 であった。
【００４３】
〔耐湿信頼性〕
　プレッシャークッカーテスト（ＰＣＴテスト）の１２１℃×２ａｔｍ×１００％ＲＨの条件下で放置して腐食による断線不良が発生した時間を測定した。
【００４４】
【表４】
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【００４５】
【表５】
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【００４６】
　上記表４および表５の結果から、各実施例品は全て、比較例品に比べて、接着力が高いことがわかる。しかも、耐湿信頼性試験において、腐食による断線不良の発生時間が、比較例品は１００時間以内と短いのに対し、実施例品は短くても６００時間、優れたものでは７００時間を超えた結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】この発明の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図２】従来の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図３】この発明の半導体装置の一例である片面樹脂封止型パッケージを示す断面図である。
【図４】この発明の半導体装置の他の例である片面樹脂封止型パッケージを示す断面図である。
【図５】（Ａ）は剪断接着力測定用の一体成形物を示す斜視図であり、（Ｂ）は測定方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
　１　導体回路
　２　半導体素子搭載基板
　４　半導体素子
　５　封止樹脂層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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