JPH01143244A

JPH01143244A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH01143244A
Application number: JP30110887A
Authority: JP
Inventors: Shinjiro Uenishi; 上西　伸二郎; Yoshinobu Nakamura; 吉伸中村; Teruo Kunishi; 国司　輝夫; Kazuto Yamanaka; 山中　一人; Kazuyuki Miki; 三木　和幸
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1987-11-27
Filing date: 1987-11-27
Publication date: 1989-06-05

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、信頼性の優れた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、通常セ
ラミックパッケージもしくは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。上記セラミ
ックパッケージは、構成材料そのものが耐熱性を有し、
耐湿性にも優れているため、温度、湿度に対して強く、
しかも中空パッケージのため機械的強度も高く信頼性の
高い封止が可能である。しかしながら、構成材料が比較
的高価なものであることと、量産性に劣る欠点があるた
め、最近では上記プラスチックパッケージを用いた樹脂
封止が主流になっている。この種の樹脂封止には、従来
からエポキシ樹脂組成物が使用されており、良好な成績
を収めている。

上記エポキシ樹脂組成物としては、特に、エポキシ樹脂
と、硬化剤としてのフェノール樹脂と、その他、硬化促
進剤としての２−メチルイミダゾール、弾性補強用併用
樹脂としての末端カルボン酸ブタジェン−アクリロニト
リル共重合体、無機充填剤としての溶融シリカ等の組成
系で構成されるものが、封止作業性（特にトランスファ
ー成形時の作業性）等に優れたものとして賞月されてい
る。

しかしながら、半導体分野の技術革新はめざましく、最
近では、集積度の向上とともに、素子サイズの大形化、
配線の微細化が進む反面、パッケージの小形化、薄形化
が進むようになっており、これに伴って、半導体素子の
封止材料においても、従来以上の低応力性、耐熱性、耐
湿性が要求されるようになっている。特に、これまでの
封止用エポキシ樹脂組成物は、硬化温度から室温に冷却
される過程で、収縮に基づくかなりの内部応力を発生し
、それによってパッケージやパッシベーションにクラッ
クが入る等の不都合が生じるようになっている。

〔発明が解決しようとする問題点］このため、最近では、封止樹脂の内部応力を低減する目
的でシリコーン化合物をエポキシ樹脂組成物中に含有さ
せる方法が検討されている。そのなかでも、特にシリコ
ーン化合物とマトリックス樹脂となるエポキシ樹脂との
相溶性１反応性の観点から、エポキシ基を有する有機基
およびポリアルキレンオキサイド残基を含有するシリコ
ーン化合物を用いると優れた低応力効果が得られること
が明らかにされている。ところが、上記のシリコン化合
物、例えばポリプロピレンオキサイド変性オルガノシロ
キサン重合体には、合成段階で未反応遊離のポリプロピ
レンオキサイドが必然的に含有される。すなわち、ポリ
プロピレンオキサイド変性オルガノシロキサン重合体を
製造する場合、ポリオルガノシロキサンのゲル化を防ぐ
ためポリプロピレンオキサイドを当量以上のがなり多量
に添加する必要があり、この余剰分が未反応遊離ポリプ
ロピレンオキサイドとして、主反応性物であるポリプロ
ピレンオキサイド変性オルガノシロキサン重合体中に残
存する。そして、この主反応性物であるポリプロピレン
グライコール変性オルガノシロキサン重合体と未反応の
残存ポリプロピレンオキサイドとを簡単に分離する方法
は未だ見いだされていない。したがって、遊離のポリプ
ロピレンオキサイドを含有したまま上記ポリプロピレン
オキサイド変性オルガノシロキサン重合体が用いられて
いる。そのため、このような遊離のポリアルキレンオキ
サイドを含有したものを、構成成分として含有するエポ
キシ樹脂組成物で半導体素子を樹脂封止すると、成形品
・（封止樹脂）の表面に上記未反応遊離のポリプロピレ
ンオキサイドかにじみ出す（以下これを「ブルーミング
現象」と称する）。そのため、これより、連続成形時に
成形金型の金型面が著しく汚染され、その汚染物が成形
品の表面に転写されるため、成形品の表面の外観が著し
く悪くなるという問題を生じている。

さらに、上記ブルーミング現象によって、半導体素子ま
たはリードフレームと封止樹脂との密着力が低下すると
いう問題も生じている。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、内
部応力が小さく、耐熱性、耐湿信頼性に優れ、しかも封
止樹脂の表面状態が良好な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、
エポキシ樹脂、フェノール樹脂および下記の精製法Ａま
たはＢで精製され、遊離ポリプロピレンオキサイド含有
量が３重量％以下になっている下記式（１）のポリプロ
ピレンオキサイド変性オルガノシロキサン重合体が用い
られているエポキシ樹脂組成物で半導体素子を封止する
七いう構成をとる。

として含む不純ポリプロピレンオキサイド変性オルガノシロキサン重合体を、ポリプロピレンオキサイド変性オルガノシロキサン重合体および水の双方に対する溶解性を備えた有機溶剤に溶解し、両者を溶解した有機溶解溶液に対して水を徐々に添加しポリプロピレンオキサイド変性オルガノシロキサン重合体のみを析出分離する。

（Ｂ）　　ポリプロピレングライコール変性オルガノシ
ロキサン重合体および水の双方に対する溶解性を備えた有機溶剤に水を所定量添加し、これを抽出用溶媒として用い、ポリプロピレンオキサイドを不純分として含む不純ポリプロピレンオキサイド変性オルガノシロキサン重合体の抽出を行い、上記不純ポリプロピレンオキサイド変性オルガノシロキサン重合体中の不純ポリプロピレンオキサイドのみを抽出用溶媒の有機溶媒相に溶解させ除去する。

〔作用〕

すなわち、本発明者らは、ポリプロピレンオキサイド変
性オルガノシロキサン重合体と未反応遊離のポリプロピ
レンオキサイドについて、各種の混合溶媒に対する溶解
性を検討した。その結果、ある特定の混合溶媒、すなわ
ちポリプロピレンオキサイド変性オルガノシロキサン重
合体および水の双方に対する溶解性を備えた有機溶剤と
水との混合溶媒については、両者間に溶解度の差がある
ことを見出した。そして、上記のような混合溶媒を用い
、前記の精製法（Ａ）または（Ｂ）で精製すると、未反
応遊離のポリプロピレンオキサイドが除去され、その含
有量が３重量％（以下［％Ｊと略す。）になることをつ
きとめた。そして、このようにして精製された前記一般
式（１）で表される特定のポリプロピレンオキサイド変
性オルガノシロキサン重合体を使用すると、樹脂封止に
際してブルーミング現象が殆ど生じず連続成形後の封止
パッケージの外観が良好であり、しかも内部応力が小さ
く耐熱性、耐湿信頼性に富んだ半導体装置が得られるよ
うになることを見出し、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、エボキシ樹脂
とフェノール樹脂と前記の式（１）で表されるポリプロ
ピレンオキサイド変性オルガノシロキサン重合体とを用
いて得られるものであって、通常、粉末状もしくはそれ
を杆状したタブレット状になっている。

上記エポキシ樹脂組成物中のエポキシ樹脂は、１分子中
に２個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物であれ
ば特に制限するものではない。すなわち、従来から半導
体装置の封止樹脂として用いられているノボラック型エ
ポキシ樹脂等、各種のエポキシ樹脂が好適に用いられ、
その他、ビスフェノールへのジグリシジルエーテルやそ
の多量体であるエピビス型エポキシ樹脂、ビスフェノー
ルＦ型エポキシ樹脂、レゾルシン型エポキシ樹脂、脂環
式エポキシ樹脂等も好適なエポキシ樹脂として使用可能
である。ノボラック型エポキシ樹脂としては、通常エポ
キシ当Ｍ１７０〜２１０．軟化点５０〜１３０°Ｃのも
のが用いられ、特にタレゾールノボラック型エポキシ樹
脂としては、エポキシ当量１８０〜２１０．軟化点６０
〜１１０”Ｃのものが一般に用いられる。

上記エポキシ樹脂とともに用いられるフェノール樹脂は
、上記エポキシ樹脂の硬化剤として作用するものであり
、なかでも軟化点が５０〜１３０°Ｃ１好ましくは７０
〜９０°Ｃ１水酸基当量が１００〜１３０のノボラック
型フェノール樹脂を用いることが好ましい。

上記エポキシ樹脂組成物中のエポキシ樹脂とフェノール
樹脂との配合比は、上記エポキシ樹脂中のエポキシ基と
上記フェノール樹脂中の水酸基の当量比が０．８〜１゜
２となるように配合することが好適である。この当量比
カ月に近いほど好結果が得られる。

また、上記エポキシ樹脂およびフェノール樹脂とともに
用いられるポリプロピレンオキサイド変性オルガノシロ
キサン重合体は、前記式（１）で表されるものであって
、特に内部応力の低減に優れた効果を奏する。しかも、
このものには先に述べたように不純分として遊離のポリ
プロピレンオキサイドが、ポリプロピレンオキサイド変
性オルガノシロキサン重合体全体の３％以下、好ましく
は検出されないような微量ないしは皆無になっているた
め、樹脂封止の際のブルーミング現象の発生が極めて少
ないか全く起こらず、連続成形時に金型汚染、汚染物の
成形品表面に対する転写現象が生しなくなる。　特に前
記式（１）で表されるポリプロピレンオキサイド変性オ
ルガノシロキサン重合体は、重合度（ａ＋ｂ＋ｃ）は５
以上で３００以下に設定する必要がある。すなわち、重
合度が５より小さいと低応力化の効果が小さくなり、逆
に３００を超えるとフェノール樹脂またはエポキシ樹脂
との相溶性が低下するからである。また、繰り返し数ａ
、ｂ、ｃの合計量に対するエポキシ基含有−価炭化水素
結合部分の繰り返し数すの割合は、０．０１≦□≦０．
２ａ＋ｂ＋ｃに設定することが必要である。すなわち、この割合が０
．０１より小さくなると成形物表面にブルーミング現象
が起こる。逆に、０．１を超えると樹脂成分との均一反
応が不可能になったり、エポキシ樹脂組成物の流動性を
低下させたりするからである。また、上記ポリプロピレ
ンオキサイド変性オルガノシロキサン重合体の基本骨格
に結合しているポリプロピレンオキサイド残基（Ｙ）の
量は、前記式（１）で表されるポリプロピレンオキサイ
ド変性オルガノシロキサン重合体の全体に対して３０〜
８０％に設定する必要がある。すなわち、上記ノ量が３
０％未満になると上記ポリプロピレンオキサイド変性オ
ルガノシロキサン重合体と樹脂成分との相溶性が小さく
なり、逆に８０％を超えるとポリプロピレンオキサイド
変性オルガノシロキサン重合体中の上記シロキサン骨格
が発揮する低応力化効果が損なわれるようになるからで
ある。

上記のようなポリプロピレンオキサイド変性オルカリシ
ロキサン重合体の使用量は、エポキシ樹脂組成物の有機
成分（エポキシ樹脂組成物より無機質充填剤を除いたも
の）の５〜５０％になるように設定することが好ましい
。より好ましいのは５〜３０％である。すなわち、上記
ポリプロピレンオキサイド変性オルガノシロキサン重合
体の含有量が５％未満になると低応力効果が不充分にな
り、３０％を超えると封止樹脂の機械的強度が大幅に低
下する傾向がみられるからである。

また、この発明では、上記の各成分以外に必要に応じて
硬化促進剤、充填剤、離型剤等を用いることができる。

硬化促進剤としては、フェノール硬化エポキシ樹脂の硬
化反応の触媒となるものは全て用いることができ、例え
ば、２，４．６−トリ（ジメチルアミノメチル）フェノ
ール、２−メチルイミダヅール等をあげることができる
。充填剤としては、石英ガラス粉、珪石粉、タルク等を
用いることができ、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、カルナバワックス。

モンタンワックス等のワックス類等を用いることができ
る。

この発明に用い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、まず上記
ノボラック型フェノール樹脂を溶融させ、これに硬化促
進剤とポリプロピレンオキサイド変性オルガノシロキサ
ン重合体とを加え、０．５〜６時間加熱攪拌し、上記ノ
ボラック型フェノール樹脂を変性する。つぎに、このよ
うにして得られた変性ノボラック型フェノール樹脂と、
エポキシ樹脂と、必要に応じて無機質充填剤、離型剤等
とを配合し常法に従ってトライブレンドまたは溶融ブレ
ンドにより混合、混練して製造することができる。また
ポリプロピレンオキサイド変性オルガノシロキサン重合
体を上記のようにノボラック型フェノール樹脂と予備反
応させずに添加するようにしてもよい。

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、通常の方法、例えば
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、プルーミング現象を生じないため、金型、
成形品双方の汚れが極めて少なくなり、５００ショット
以上の連続成形が可能になる。

このようにして得られる半導体装置は、極めて低応力性
、耐熱性、耐湿性に優れている。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の半導体装置は、ポリプロピレ
ンオキサイド変性オルガノシロキサン重合体を用いた特
殊なエポキシ樹脂組成形で樹脂封止されており、内部応
力が小さく耐湿信頼性、耐熱信頼性に著しく優れている
。しかも樹脂封止に際して、ブルーミング現象が生じず
、封止樹脂の表面状態が良好である。特に、上記特殊な
エポキシ樹脂組成物による封止により、超ＬＳＩ等の封
正に充分対応でき、素子サイズが１６ｍｍ”以上、素子
上のＡＩ配線の幅が２μｍ以下の特殊な半導体装置にお
いて、上記のような高信頼度が得られるようになるので
あり、これが大きな特徴である。

つぎに、実施例について説明する。

まず、使用する原料として数種類のポリプロピレンオキ
サイド変性オルガノシロキサン重合体を準備した。これ
を第１表に示す。

（以下余白）上記ポリプロピレンオキサイド変性オルガノシロキサン
重合体のうち、Ｎｏ、　１〜３が本願発明に用いるもの
であり、Ｎｏ、　４が従来から用いられてきた、不純分
としての遊離ポリプロピレンオキサイドを含有するポリ
プロピレンオキサイド変性オルガノシロキサン重合体で
ある。

つぎに上記のポリプロピレンオキサイド変性オルガノシ
ロキサン重合体とノボラック型フェノール樹脂と反応促
進剤として２−メチルイミダゾールとを第２表に示す割
合で配合し、１５０°Ｃで２時間攪拌混合して変性フェ
ノール樹脂１〜５をつくった。

第１表　　　　　　　（重量部）＊フェノール当量　１１０．軟化点８０°Ｃ〔実施例１
〜６〕以上のようにして得られた変性フェノール樹脂および他
の原料を第３表に従って配合し、ミキシングロール機（
ロール温度１００’Ｃ）で１ｏ分間溶融混練を行い、冷
却固化後粉砕し、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）策主表　　　　　　（重量部）〔比較例１〜２〕第１表に示したポリプロピレンオキサイド変性オルガノ
シロキサン重合体Ｎｏ、　４を用い、他の材料と第４表
に従って配合し、１５０°Ｃで２°時間溶融混合して変
性フェノール樹脂６を得た。

つぎにこれと下記の第５表に示した原料を用い、実施例
１〜５と同様にしてミキシングロール機（ロール温度１
００°Ｃ）で１０分間混練し、エポキシ樹脂組成物を得
た。

（以下余白）囲しＬ表、　　　（重量部）気立表　　　（重量部）以上の実施例および比較例によって得られた粉末状のエ
ポキシ樹脂組成物を用い、トランスファー成形によって
半導体素子をモールドとして半導体装置をつくるととも
に、試験用硬化体をつくった。

このようにして得られた半導体装置および試験用の硬化
体について、曲げ強度１曲げ弾性率、ガラス転移温度を
測定した。また電圧印加状態におけるプレッシャー釜に
よる１０００時間の信頼テスト（以下ｒＰＣＢＴテスト
」と略す）および−５０℃／３０分〜１５０″Ｃ／３０
分の２００回の温度サイクルテスト（以下ｒＴＣＴテス
ト」と略す）の測定も行った。

さらに金型汚れ（成形特表面の汚れ）を試験するため、
連続成形を行ってそれらに対する汚れが顕著に現れるよ
うになったショツト数を求め、以上の試験成績を第６表
に示した。

（以下余白）第６表の結果から実施例品は、ＰＣＢＴテストおよびＴ
ＣＴテストの結果から従来のポリプロピレンオキサイド
変性品と遜色のない耐湿信頼性および内部応力の低減効
果を示し、かつ連続成形による金型汚れおよび成形品表
面の汚れが極めて少ないことがわかる。

特許出願人　　　日東電気工業株式会社代理人　　　弁
理士　　西　胚　征　彦平叙と十甫正ぜＦ（自発）１．事件の表示ＩＷ廿Ｉ］６２潤乳′「願第３０１１０８号２、発明の
名称半導体装置３、補正をする昔事件との関係　　特許出願人住　所　　大阪府茨木市−口、冴責１丁目１番２吋名　
称　　（３９６）日東電気工業株式会社代表者　　鎌　
居　　五　　朗明　　細　　書６、補正の内容（１）明細書第１１頁第４行目、「杆状」とあるを「打
錠」と訂正する。

（２）明細書第１８頁の表を別紙製付表のとおり訂正す
る。

７、　添付書類の目録

Claims

【特許請求の範囲】

（１）エポキシ樹脂、フェノール樹脂および下記の精製
法ＡまたはＢで精製され、遊離ポリプロピレンオキサイ
ド含有量が３重量％以下になつている下記式（１）のポ
リプロピレンオキサイド変性オルガノシロキサン重合体
が用いられているエポキシ樹脂組成物で半導体素子を封
止してなる半導体装置。 ▲数式、化学式、表等があります▼……（１）〔式（１）においてＲはアルキル基または一価の芳香族
炭化水素、Ｘはエポキシ基含有一価炭化水素基、Ｙはポ
リプロピレンオキサイド残基、ＺはＲ、Ｙから選択され
る基である。また繰り返し数ｃに係る繰り返し単位部分
におけるＹの重量は化合物全体の３０〜８０重量％であ
り、繰り返し数ａ〜ｃは以下の条件を満たす１以上の整
数である。５≦ａ＋ｂ＋ｃ≦３０００．０１≦ｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ）≦０．２〕（Ａ）ポリプロピレンオキサイドを不純物として含む不
純ポリプロピレンオキサイド変性オルガノシロキサン重
合体を、ポリプロピレンオキサイド変性オルガノシロキ
サン重合体および水の双方に対する溶解性を備えた有機
溶剤に溶解し、両者を溶解した有機溶解液に対して水を
徐々に添加しポリプロピレンオキサイド変性オルガノシ
ロキサン重合体のみを析出分離する。（Ｂ）ポリプロピレングライコール変性オルガノシロキ
サン重合体および水の双方に対する溶解性を備えた有機
溶剤に水を所定量添加し、これを抽出用溶媒として用い
、ポリプロピレンオキサイドを不純分として含む不純ポ
リプロピレンオキサイド変性オルガノシロキサン重合体
の抽出を行い、上記不純ポリプロピレンオキサイド変性
オルガノシロキサン重合体中の不純ポリプロピレンオキ
サイドのみを抽出用溶媒の有機溶媒相に溶解させ除去す
る。
（２）ポリプロピレンオキサイド変性オルガノシロキサ
ン重合体が、遊離ポリプロピレンオキサイドを含有しな
いものである特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。