JPH01286346A - 半導体装置 - Google Patents

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、信頼性に優れた半導体装置に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

トランジスター、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子は、従来
セラミックパッケージ等により封止され、半導体装置化
されていたが、最近では、コスト、Ｎ産性の観点から、
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
が使用されており良好な成績を収めている。しかしなが
ら、半導体分野の技術革新によって集積度の向上ととも
に素子サイズの大形化、配線の微細化が進み、パッケー
ジも小形化、薄形化する傾向にあり、これに伴って封止
材料に対してより以上の信頼性（得られる半導体装置の
内部応力の低減、耐湿信頼性、耐衝撃信鎖性、耐熱信頼
性等）の向上が要望されている。特に近年、チップサイ
ズは益々大形化する傾向にあり、半導体封止樹脂の性能
を評価する加速試験である熱サイクル試験（ＴＣＴテス
ト）に対するより以上の性能が要求されている。また、
半導体の実装法として表面実装が主流となってきており
、このために半導体パッケージを吸湿させたうえで半田
槽に浸漬してもパッケージにクラックやふくれが発生し
ないという特性が要求されている。これに関して従来か
らＴＣＴテストで表される各特性の向上のためにゴムで
変性して熱応力を低減させることが検討されており、ま
た半田浸漬時の対クラック性向上のためにリードフレー
ムとの密着性の向上等が検討されてきたが、その効果は
いまだ充分ではない。

［発明が解決しようとする問題点〕 上記のように、これまでの封止剤エポキシ樹脂組成物は
ＴＣＴテストの結果や半田浸漬時の耐クラツク性等の特
性が充分ではなかった。このため、上記技術革新による
素子サイズの大形化や表面実装に対応できるように、上
記の両特性の向上が強く望まれている。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、Ｔ
ＣＴテストで表される各特性の向上およ、び半田浸漬時
の耐クラツク性に優れた半導体装置の提供を目的とする
。

〔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、
下記の（Ａ）〜（Ｅ）成分を含み、（Ｄ）成分の含有量
がエポキシ樹脂組成物全体の５Ｎ量％以下に設定され、
（Ｅ）成分の含有量がエポキシ樹脂組成物全体の５０重
量％以上に設定されているエポキシ樹脂組成物を用いて
半導体素子を封止するという構成をとる。

（Ａ）エポキシ樹脂。

（Ｂ）フェノール樹脂。

（Ｃ）熱可塑性樹脂。

（Ｄ）下記の一般式（１）で表されるシリコーン化合物
および一般式（ＩＩ）で表されるシリコーン化合物の少
な（とも一方。

（以下余白） （Ｅ）無機質充填剤。

〔作用〕

すなわち、本発明者らは、ＴＣＴテストで表される各特
性の向上および半田浸漬時の耐クラツク性を実現するた
め、一連の研究を重ねた。その結果、封止用樹脂組成物
に、熱可塑性樹脂と、前記一般式（１）および式（ＩＩ
）で表される特殊なシリコーン化合物とを併用し、かつ
無機質充填剤量を特定量に設定し、それを用いて得られ
る半導体装置が、ＴＣＴテストおよび半田浸漬時の耐ク
ラツク性の双方に優れるようになることを見出しこの発
明に到達した。

この発明の半導体装置に用いるエポキシ樹脂組成物は、
エポキシ樹脂（Ａ成分）と、フェノール樹脂（Ｂ成分）
と、熱可塑性樹脂（Ｃ成分）と、前記一般式（１）およ
び式（ＩＩ）で表されるシリコーン化合物（Ｄ成分）と
、無機質充填剤（Ｅ成分）とを用いて得られるものであ
り、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。

上記Ａ成分となるエポキシ樹脂は、特に制限するもので
はなく、タレゾールノボラック型、フェノールノボラッ
ク型やビスフェノールＡ型等、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エポキシ樹脂があげら
れる。これらの樹脂の中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。ノボラック型エポキ
シ樹脂としては、通常、エポキシ当量１６０〜２５０、
軟化点５０〜１３０　’Ｃのものが用いられ、クレゾー
ルノボラック型エポキシ樹脂としては、エポキシ当量１
８０〜２１０、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Ｂ成分のフェノー
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、フェノールノボラック、クレゾールノボラッ
ク等が好適に用いられる。

これらのノボラック樹脂は、軟化点が５０〜１１０°Ｃ
１水酸基当量が７０〜１５０のものを用いることが好ま
しい。特に上記ノボラック樹脂の中でもタレゾールノボ
ラックを用いることが好結果をもたらす。

上記Ａ成分のエポキシ樹脂とＢ成分のフェノール樹脂と
の配合比は、上記エポキシ樹脂中のエポキシ基１当量当
たりフェノール樹脂中の水酸基が０．８〜１．２当量と
なるように配合することか好ましい。

上記エポキシ樹脂、フェノール樹脂と共に用いられるＣ
成分の熱可塑性樹脂としては、メククリル酸エステル、
スチレンおよびその置換体、エチレン、プロピレン等の
オレフィン、ビニル−ｔｅｒｔ−ブチルエーテル等のエ
ーテルＬ塩化ビニル、テトラフルオロエチレン、トリフ
ルオロエチレン、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン等の
フッ素化合物、アクリロニトリル、メタクリロニトリル
等の窒素含有物、さらに、ビニルカルバゾール、ビニル
ホルマール、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ビニル
イソブチラール、ビニルアルコール、カーボネート、ｏ
−、ｍ−、ｐ−ビニルベンジルアルコールのエチレンテ
レフタレート、ビニルピロリドン等のポリマーないしは
共重合体があげられる。また、その他各種ナイロン等も
併用される。特に好適なものは、ポリメタクリル酸メチ
ル、ポリスチレンおよびこれらの併用物である。

これらは、他の成分原料を混合する時に添加すればよい
。この熱可塑性樹脂の分散状態が得られる半導体封止パ
ッケージの信頬性向上に大きく影響する。この分散状態
の制御および熱可塑性樹脂を有効に作用させる観点から
熱可塑性樹脂は微粒子状であることが好ましい。このよ
うな微粒子はその粒径を０．０５〜１０μｍに設定する
と特に有効である。

上記微粒子を作製する方法は各種存在するが、例えば、
乳化重合による作製方法があげられる。

すなわち、界面活性剤を用いずに水媒体で重合を行い、
乾燥させて粉末状の熱可塑性樹脂を得るという方法があ
げられる。具体的には、ポリメタクリル酸メチルをシー
ドエマルジョンとして系にスチレンモノマーを重合中に
滴下すると、図面に示すような、ポリメタクリル酸メチ
ル／ポリスチレンエマルジョン粒子１が得られる。この
粒子は、ポリメタクリル酸メチルが核を形成しその外周
面にポリスチレンの突起が形成され、さらにその外表面
をポリメタクリル酸メチルの薄い皮膜が被覆していると
いうような構造になっている。このような外表面に突起
を有する熱可塑性樹脂粒子を用いることにより、ＴＣＴ
テストにおける信頬性および半田浸漬時の耐クラツク性
が大幅に向上するようになる。なお、このようなＣ成分
の熱可塑性樹脂の配合量は、エポキシ樹脂組成物全体の
５重量％（以下「％」と略す）以下に設定することが好
ましい。より好ましいのは０．２〜２．０％の範囲内で
ある。すなわち、Ｃ成分の熱可塑性樹脂の配合量が５％
を超えるとエポキシ樹脂組成物の成形性が悪くなる傾向
がみられるからである。

上記エポキシ樹脂、フェノール樹脂、熱可塑性樹脂と共
に用いられるＤ成分のシリコーン化合物としては、下記
の一般式（Ｉ）および式（ＩＩ）で表されるものがあげ
られ、単独でもしくは併せて用いられる。

このようなシリコーン化合物の配合量は、シリコーン化
合物がエポキシ樹脂組成物全体の５％以下になるように
設定される。好ましいのは、０．５〜３．０％の範囲内
である。

上記エポキシ樹脂、フェノール樹脂、熱可塑性樹脂およ
びシリコーン化合物と共に用いられるＥ成分の無機質充
填剤は、特に限定するものではなく、一般に用いられて
いる石英ガラス粉末、タルク、シリカ粉末およびアルミ
ナ粉末等があげられる。このような無機質充填剤の含有
量は、エポキシ樹脂組成物全体の５０％以上に設定する
必要がある。好ましくは７０％以上、より好ましくは８
０％以上である。すなわち、無機質充填剤の含有量が５
０％を下回ると、効果が大幅に低下するようになるから
である。

なお、この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物には、
上記Ａ成分、Ｂ成分、Ｃ成分、Ｄ成分およびＥ成分以外
に必要に応じて硬化促進剤として従来公知の三級アミン
、四級アンモニウム塩、イミダゾール類およびホウ素化
合物を単独でもしくは併せて用いることができる。さら
に、三酸化アンチモン、リン系化合物等の難燃剤や顔料
、シランカップリング剤等のカップリング剤を用いるこ
とができる。

この発明に用いられ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、エポキシ樹脂（Ａ成分）、フェノール樹脂（
Ｂ成分）、熱可塑性樹脂（Ｃ成分）、シリコーン化合物
（Ｄ成分）、無機質充填剤（Ｅ成分）および必要に応じ
て硬化促進剤、難燃剤、顔料およびカップリング剤を所
定の割合で配合する。

ついで、これら混合物をミキシングロール機等の混練機
に掛は加熱状態で混練して溶融混合し、これを室温に冷
却した後、公知の手段によって粉砕し、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。

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、通常のトランスファ
ー成形等の公知のモールド法により行うことができる。

このようにして得られる半導体装置は、エポキシ樹脂組
成物中に含まれる熱可塑性樹脂（Ｃ成分）およびシリコ
ーン化合物（Ｄ成分）の作用により、封止樹脂の特性が
向上し、半田実装に際しても、パッケージクラック等が
生ずることがない。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の半導体装置は、熱可塑性樹脂
（Ｃ成分）とシリコーン化合物（Ｄ成分）を含む特殊な
エポキシ樹脂組成物を用いて封止されているため、ＴＣ
Ｔテストで表される特性が向上していて長寿命になる。

また、半田実装におけるような過酷な条件下においても
パッケージクラックが生ずることがない。特に、上記特
殊なエポキシ樹脂組成物による封止により、８ピン以上
、特に１６ビン以上もしくはチップの長辺が４閣以上の
大形の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１牧である
。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

〈熱可塑性樹脂微粒子の作製〉 下記の第１表に示す割合で各原料を配合し、窒素気流下
において乳化重合を行い、Ａ、Ｂ、Ｃの３種類の熱可塑
性樹脂微粒子を作製した。なお、微粒子の乾燥は温度６
０〜７０°Ｃ下の熱風乾燥皿中で行った。

（以下余白） ■−一」−一一麦 （重量部） 得られた３種類の乾燥粉末のうち、Ａ、８粒子は共に粒
径が約０．５μｍの球状粒子であるが、Ｃ粒子は粒径０
．５μｍで表面に金平糖状の凸部を有している。

〔実施例１〜１６、比較例１〜３〕 上記熱可塑性樹脂微粒子で得られた３種類の微粒子を用
いて、後記の第２表に従って、各原料を配合し、ミキシ
ングロール機（ロール温度１００’Ｃ）で３分間溶融混
練を行い、冷却固化後粉砕を行って目的とする微粉末状
のエポキシ樹脂組成物を得た。

なお、上記実施例および比較例で用いたシリコーン化合
物ａ　−ｒは、第３表の通りである。

（以下余白） 以上の実施例および比較例によって得られた微粉末状の
エポキシ樹脂組成物を用い、半導体素子をトランスファ
ー成形（条件：１７５°ＣＸ２分。

１７５　’ＣＸ　５時間後硬化）することにより半導体
装置を得た。この半導体装置は、８０ビンＱＦＰ（２０
ｍｍＸ２０ｍｍ、厚み２　ｍｍ　）のものであり、９゜
５　Ｘ　９．５益のグイパッドサイズ、９Ｘ９ｍＩｎ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半導体装置について、−５０°
Ｃ１５分〜１５０’Ｃ１５分の１０００サイクルテスト
、２０００サイクルテスト、３０００サイクルテスト、
８５”Ｃ×８５％ＲＨの恒温槽中に放置する吸湿条件（
放置時間＝２５時間、５０時間、−７５時間）、温度２
６０　’Ｃで１０秒間半田浴浸漬する試験を行った。そ
の結果は第４表のとおりである。

（以下余白） 第４表の結果から、実施測高はＴＣＴテストおよび半田
浸漬時の耐クラツク性テストの成績がよ（、信頬性が比
較測高に比べて著しく向上していることがわかる。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明に用いられる熱可塑性樹脂である粒子の外
観図である。 １・・・ポリメタクリル酸メチル／ポリスチレンエマル
ジョン粒子 特許出願人　　日東電気工業株式会社 代理人　　弁理士　　西　藤　征　彦

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）下記の（Ａ）〜（Ｅ）成分を含み、（Ｄ）成分の
   含有量がエポキシ樹脂組成物全体の５重量％以下に設定
   され、（Ｅ）成分の含有量がエポキシ樹脂組成物全体の
   ５０重量％以上に設定されているエポキシ樹脂組成物を
   用いて半導体素子を封止してなる半導体装置。 （Ａ）エポキシ樹脂。 （Ｂ）フェノール樹脂。 （Ｃ）熱可塑性樹脂。 （Ｄ）下記の一般式（Ｉ）で表されるシリコーン化合物
   および一般式（II）で表される シリコーン化合物の少なくとも一方。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（ I ） ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（II） 上記式（ I ）および式（II）において、Ｒ はメチル基、Ｒ＿１は（ＣＨ＿２）ｌ（ただしｌ＝１〜
   ３の整数）、Ａはアミノ基、エポキシ基、カルボキシル
   基、水酸基またはシクロヘキセンオキサイド基、ｍは１
   〜３００の整数でｎは０または１〜３００の整数（ただ
   しｍ＋ｎ＝１〜５００の整数）、ｘは１０〜３００の整
   数である。 （Ｅ）無機質充填剤。
2. （２）Ｃ成分である熱可塑性樹脂が粒子状であり、その
   外周面に突起を有している請求項（１）記載の半導体装
   置。
3. （３）Ｃ成分である熱可塑性樹脂がスチレン−アクリル
   酸系である請求項（１）または（２）記載の半導体装置
   。