JPH02101761A

JPH02101761A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH02101761A
Application number: JP25451288A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Mogami; 最上　和彦; Masato Noro; 野呂　真人
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1988-10-08
Filing date: 1988-10-08
Publication date: 1990-04-13

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］一般に、プリント基板等の基板上に実装される半導体素
子、例えば、トランジスタ、　　ＩＣ，ＬＳＩ等はそれ
自身および導通用のワイヤー等を保護するため、封止材
料によって封止されている。このような封止材料として
は、非導電性であるエポキシ樹脂を粉末状にしそれをペ
レット状にしたものがよく知られており、このようなペ
レットを用いボッティングを利用して半導体素子を封止
することが行われている。封止方法としては、例えば、
■上記ペレットを溶融させ、これを基板上に搭載されて
いる半導体素子上に流下して被覆し、樹脂組成物の広が
りはその樹脂自体の粘性を利用して阻止する、■基板上
の半導体素子の周囲に封止枠体を取り付け、この封止枠
体で囲われた内部に上記ベレットの溶融物を流下する、
■半導体素子の周囲の基板の部分に樹脂を枠状に転写印
刷し、この転写印刷した枠状の内部に上記ペレットの溶
融物を流下することが行われている。

ところで、最近では、電子機器分野において、電子部品
の薄形化や小形化への傾向、集積度の増加等に伴い上記
封止材料の特性に対する要求は一段と厳しくなってきて
いる。特に、ＩＣカードに関しては、その厚みが可及的
薄形、好ましくは０゜８■以下にするように定められて
おり、ＩＣを封止する樹脂組成物の厚みにも規制が加え
られている。このような状況の中で、ＩＣカードのＩＣ
を封止する樹脂に要求されている項目特性として、（ａ
）流動性が良好で未充填部分が生じないこと、（ｂ）溶
融粘度が低くボンディングワイヤの変形が生じないこと
、（ｃ）　Ｉ　Ｃチップに対する応力が小さいこと等成
形性に関して問題の生じないことがあげられる。一方、
封止材料に用いられるエポキシ樹脂は液体から固体まで
種々の形態を有しており、それと併用する硬化剤の種類
の選択によって変化に富んだ硬化物物性を発現できるこ
とから広範囲の分野で使用されている。上記エポキシ樹
脂の中でも上記の要求を満たすものとしては、固形ビス
フェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、ノボラック型等
のエポキシ樹脂があげられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら゛、このようなエポキシ樹脂は一般にある
程度大きな分子量を有しているため、溶融粘度が高く、
半導体素子の封止材料に用いた場合被封止物である半導
体素子との濡れ性、充填性に劣り、封止材料としては不
適当である。そこで、上記溶融粘度を低下すべく分子量
を小さくすることが考えられるが、分子量を小さ（した
場合融点が低下しエポキシ樹脂を主成分とする封止材料
の粉体化が困難になる。また、上記固形ビスフェノール
Ａ型およびビスフェノールＦ型エポキシ樹脂は官能基で
あるエポキシ基間の鎖長が長いために硬化物の架橋密度
が低くなり、液状のエポキシ樹脂に比べて耐熱性に劣る
欠点があり、さらに固形ノボラック型エポキシ樹脂では
密着性が不充分である。

なお、上記にあげたエポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂と
して低分子量で溶融粘度が低くかつ常温で固形のトリス
グリシジルイソシアヌレートが知られているが、これは
密着性が著しく劣るという欠点を有している。また、液
状のエポキシ樹脂を粉体化して使用する場合は、粉体化
のために半硬化させる必要があり、これによって分子量
が増大して溶融粘度が高くなるという問題がある。さら
に、半導体素子に対する応力を低減する目的で充填剤の
含有量を増加させ線膨張率の低減を図っているが、この
ように充填剤の含有量が増加すると樹脂組成物の溶融粘
度が高（なり、その結果流動性が悪化し樹脂封止した際
に未充填部分が形成されたり、ボンディングワイヤが変
形する等の問題が生じ、薄形化に用いられる封止材料と
しては不向きである。特に、ＩＣカードにおけるＩＣの
樹脂封止においては流動性が悪いため、図面に示すよう
に、ＩＣ２が搭載されているガラスエポキシ基板１を封
止材料４で封止した場合、ガラスエポキシ基板１の上面
１ａから山なり状に封止材料４がはみ出してしまう。し
たがって、このはみ出して盛り上がった部分を何らかの
方法で研磨しているのが現状である。図において、３は
ボンディングワイヤである。このように、従来は、薄形
化。

小形化傾向にあるＩＣカードの封止樹脂に要求される特
性である、■流動性に富むこと、■溶融粘度の低いこと
、■チップに対する応力を低くできることを満足させよ
うとすると、封止樹脂の粉体化が困難となったり、耐熱
性が低下したり、密着性が不充分となったりするため、
ＩＣカード封止樹脂として満足すべき特性を有するもの
が存在しないのが実情であり、ＩＣカードの薄形化、小
形化の要求に充分応えていない。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、薄
形化、小形化が可能で、しかも高信軌性を備えた半導体
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、
下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含み、（Ｃ）成分の含有量
がエポキシ樹脂組成物全体の４０〜６０重量％となるよ
う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）結晶性エポキシ樹脂。

（Ｂ）硬化剤。

（Ｃ）無機質充填剤。

〔作用〕

すなわち、本発明者らは、上記の目的を達成するために
一連の研究を重ねた結果、エポキシ樹脂として従来のエ
ポキシ樹脂とは異なる結晶性エポキシ樹脂を用い、これ
に硬化剤を特定量配合すると、流動性に冨み、溶融粘度
が低（、チップに対する応力を低くでき、しかも粉体化
可能で、耐熱性、密着性等の緒特性に優れたエポキシ樹
脂組成物が得られることを突き止め、これをＩＣチップ
等の半導体素子の封止に用いると、半導体装置の信頼性
を損なうことなく、薄形化、小形化が可能になることを
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、
結晶性エポキシ樹脂（Ａ成分）と、硬化剤（Ｂ成分）と
、無機質充填剤（Ｃ成分）とを用いて得られる。

上記Ａ成分の結晶性エポキシ樹脂は、融点が５０〜１５
０°Ｃの固体の結晶性エポキシ樹脂であり、従来この種
の分野で使用されている結晶性エポキシ樹脂が用いられ
る。なお、ここでいう結晶性エポキシ樹脂とは、Ｘ線回
折により多数の結晶のピークが表れる固形エポキシ樹脂
であって、物理的にはシャープな融点を示しかつ溶融時
には分子間相互作用が殆ど無くなるため極端に粘度が低
下する性質を有しているものをいう。特に、この発明に
おいて用いられる結晶性エポキシ樹脂としては、その融
点よりも２０゛Ｃ高い温度での溶融粘度が０．５〜２ボ
イズ以下である結晶性エポキシ樹脂を用いることが好ま
しい。具体的には、４，４′−ビス（２，３−エポキシ
プロポキシｉ３，３′、５．５’−テトラメチルビフェ
ニル、ジグリシジルテレフタレート、ジグリシジルハイ
ドロキノン等があげられる。さらに、詳しく述べると、
下記の一般式（Ｉ）で表されるジグリシジルハイドロキ
ノンがあげられる。

この発明に用いるジグリシジルハイドロキノンとしては
、通常、上記一般式（１）において繰り返し単位数０＝
０の化合物であって、結晶性を有するものを用いる。ま
た、上記一般式（Ｉ）において繰り返し単位数ｎが１〜
５程度の化合物や、末端がエポキシ化されていない化合
物を、Ａ成分全体の２０重量％（以下「％」と略す）以
下、好ましくは５％以下含有するようにしてもよい。特
に好ましい結晶性エポキシ樹脂としては、下記の一般式
（ｎ）で表されるものがあげられる。

しである。　　　　　　　　　　　　　　　　　　リ上
記一般式（ＩＩ）において、ＲがＣＨ，である結晶性エ
ポキシ樹脂の場合は融点が１０５°Ｃであり、これを溶
融した場合、例えば１５０°Ｃで０．０２）ボイズ以上
となり非常に低い粘度を示す。

この発明のエポキシ樹脂組成物に用いられる結晶性エポ
キシ樹脂としては、前述のとおりその融点が５０〜１５
０°Ｃ１特に好ましくは８０〜１２０℃のものを用いる
のが好適である。すなわち、融点が５０°Ｃ未満では目
的の粉体エポキシ樹脂組成物がブロッキングを生じ易く
、逆に１５０　’Ｃよりも高くなると作業性が悪くなる
傾向を生ずるようになるからである。

なお、この発明に用いるエポキシ樹脂組成物において、
前記一般式（１）および（ＩＩ）で示されるような結晶
性エポキシ樹脂とともに必要に応じて、他のエポキシ樹
脂、例えばビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、
ノボラック型等を併用することもできる。このような上
記他のエポキシ樹脂の配合割合は、使用目的に応じて全
エポキシ樹脂成分（結晶性エポキシ樹脂＋他のエポキシ
樹脂）中５０％以下に設定するのが好適である。

上記Ａ成分とともに用いられるＢ成分の硬化剤としては
、従来公知のエポキシ樹脂用硬化剤があげられる。特に
好適なものとしては、芳香族アミン、ジシアンジアミド
、イミダゾール類、イミダシリン、ヒドラジド誘導体等
のアミン系硬化剤、ノボラック型フェノール樹脂等のフ
ェノール系水酸基を有する化合物、酸無水物等の酸系硬
化剤があげられ、５０°Ｃの融点を有するものが最適で
ある。上記Ｂ成分である硬化剤は、単独でもしくは併せ
て用いることができる。

上記Ａ成分の結晶性エポキシ樹脂とＢ成分の硬化剤との
配合比は、Ｂ成分が通常の硬化剤の場合は上記結晶性エ
ポキシ樹脂中のエポキシ基１当量当たり硬化剤の官能基
が０．５〜１．５当量となるように配合するのが好まし
いが、Ｂ成分の硬化剤が触媒的硬化剤の場合は結晶性エ
ポキシ樹脂１００重量部（以下「部」と略す）に対して
硬化剤が０゜３〜５部の範囲になるように設定するのが
好適である。なお、上記通常の硬化剤は、前述の酸無水
物、フェノール系水酸基を有する化合物、芳香族アミン
をさし、上記触媒的硬化剤は、前述のイミダゾール、イ
ミダシリンをさす。

上記Ａ成分およびＢ成分とともに用いられるＣ成分の無
機質充填剤としては、シリカ粉末、アルミナ、三酸化ア
ンチモン、タルク、炭酸カルシウム、チタンホワイト、
クレー、アスベスト、マイカ、べんがら、ガラス繊維、
炭素繊維等があげられ、単独でもしくは併せて用いられ
る。特に好適なのは、シリカ粉末、アルミナである。こ
のような上記Ｃ成分の無機質充填剤の配合量は、エポキ
シ樹脂組成物全体の４０〜６０％の範囲になるように設
定する必要がある。すなわち、上記Ｃ成分の無機質充填
剤の含有量が４０％を下回ると線膨張係数が高くなり、
半導体素子の樹脂封止後の耐ヒートサイクルテストおよ
び耐プレツシヤ−クツカー試験（ＰＣＴテスト）特性の
低下を招き、逆に６０％を上回るとエポキシ樹脂組成物
の流動性が悪くなり、その結果、半導体素子の樹脂封止
において未充填部分が生じたり、封止後、図面に示すよ
うに、封止樹脂４のガラスエポキシ基板１からはみ出す
部分が多くなり、その結果、従来と同様にはみ出した樹
脂部分を研磨するという煩雑な工程を経なければならず
実用的でないからである。さらに、上記Ｃ成分の無機質
充填剤としては、平均粒径２０〜４０μｍのものを用い
ることが効果の点で好ましい。

また、この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物には、
上記各成分以外に必要に応じて硬化促進剤１着色剤、シ
ランカップリング剤等を適宜添加配合することができる
。

上記硬化促進剤としては、従来公知のものを全て用いる
ことができ、例えば、フェノール性水酸基を有する化合
物や酸無水物の硬化剤に対する硬化促進剤としては、イ
ミダゾール、ジシアンジアミド、イミダシリン、ベンジ
ルジメチルアミン等の三級アミン等があげられ、芳香族
アミン硬化剤に対する硬化促進剤としては、イミダゾー
ル等の塩基性化合物、三フッ化ホウ素およびその誘導体
等があげられる。また、上記硬化促進剤の配合量は硬化
剤の種類や使用目的等に応じて適宜選択されるが、通常
、エポキシ樹脂１００部に対して０゜３〜２部になるよ
うに設定することが好ましい。

上記着色剤としては、カーボンブラック、べんがら等が
あげられ、単独でもしくは併せて用いられる。

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される。すなわち、結晶性エポキシ
樹脂（Ａ成分）と硬化剤（Ｂ成分）と無機質充填剤（Ｃ
成分）および必要に応じて硬化促進剤２着色剤、シラン
カップリング剤を配合する。そして、これを、常法に準
じて乾式混合法や溶融混合法等の公知の手段を適宜採用
して混合、混練し、粉砕および分級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。なお、上記粉砕されたエポキシ樹脂組成物の粒度
としては、３０メツシユを通過する程度のものが好まし
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
成物中に含有される結晶性エポキシ樹脂（Ａ成分）およ
び特定の含有割合の無機質充填剤（Ｃ成分）の作用によ
り、封止樹脂の溶融時の粘度が低く流動性に優れている
ため、未充填部分等が生じず、かつ低応力、耐熱性およ
び密着性に優れている。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の半導体装置は、上記のような
結晶性エポキシ樹脂および特定の含有割合に設定されて
いる無機質充填剤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、優れた低応力性、耐熱性およ
び密着性を有している。しかも、封止樹脂の溶融粘度が
低く流動性に優れているため、樹脂封止の際に未充填部
分等が生じることもない。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

〔実施例１〜３、比較例１〜４〕後記の第１表にしたがって、各原料を配合し、溶融混合
を経て冷却固化後粉砕を行い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）つぎに、上記実施例および比較例によって得られたエポ
キシ樹脂組成物の初期特性、エポキシ樹脂組成物の硬化
物特性を調べた。その結果を後記の第２表に示した。

（以下余白）第２表の結果から、実施例で得たエポキシ樹脂組成物は
比較例で得たエポキシ樹脂組成物に比べて初期特性であ
る粘度が低（かつ流展面積が大きい。しかも、エポキシ
樹脂組成物の硬化物特性である曲げ強度１曲げ弾性率、
線膨張係数、不純物イオン濃度において優れた値を示し
ており、封止樹脂等に用いた場合、信軌性の高いもので
あることがわかる。また、上記エポキシ樹脂組成物を用
いて半導体素子を封止したところ、実施別品は比較別品
に比べて信幀性が著しく向上したものであった。

【図面の簡単な説明】

図面はガラスエポキシ基板を用いてＩＣを樹脂封止した
装置の縦断面図である。特許出願人　　日東電工株式会社代理人　弁理士　西　藤　征　彦

Claims

【特許請求の範囲】

（１）下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含み、（Ｃ）成分の
含有量がエポキシ樹脂組成物全体の４０〜６０重量％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）結晶性エポキシ樹脂。（Ｂ）硬化剤。（Ｃ）無機質充填剤。
（２）Ａ成分の結晶性エポキシ樹脂が４、４′−ビス（
２、３−エポキシプロポキシ）−３、３′、５、５′−
テトラメチルビフェニルである請求項（１）記載の半導
体装置。
（３）下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含み、（Ｃ）成分の
含有量がエポキシ樹脂組成物全体の４０〜６０重量％に
設定されている半導体封止用エポキシ樹脂組成物。（Ａ）結晶性エポキシ樹脂。（Ｂ）硬化剤。（Ｃ）無機質充填剤。