JPH02101762A - 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、信顧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、
耐透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（信鯨性
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。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
軌性（得られる半導体装置の内部応力、耐湿信鯨性、耐
衝撃信鯨性、耐熱信鯨性等）の向上が要望されている。

特に半導体封止に用いるエポキシ樹脂組成物は、硬化温
度から室温に冷却する過程で、収縮に基づくかなりの内
部応力を発生し、上記信軌性を低下させるため、このよ
うな内部応力を低減させる改善が望まれている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のように、これまでの封止用エポキシ樹脂組成物は
、硬化温度から室温に冷却する過程で、収縮に基づくか
なりの内部応力を発生していた。

この内部応力低減のために、ゴム粒子の添加、液状エラ
ストマーによる変性等が行われてきたが、エポキシ樹脂
マトリックス中に、かかるゴム粒子のドメインが多量に
存在することによりエポキシ樹脂組成物の流動性が減じ
る等の欠点も併発した。また、かなり多量に存在する硬
化促進剤は、上記のようにエポキシ樹脂硬化物の電気絶
縁性に悪影響をおよぼしていた。このように従来の封止
用エポキシ樹脂組成物は、緒特性がいまひとつ満足しう
るものではなく、それを用いた半導体装置の信軌性にも
限界があり、上記技術革新による素子サイズの大形化等
に対応できるようにより以上の特性向上が強く望まれて
いる。

このような要請に応える目的で、封止用エポキシ樹脂組
成物中に多量に含有されるシリカを合成ゴムで被覆しこ
の合成ゴム被覆シリカを充填剤として使用する提案がな
された（特開昭６０−１８８４１８号）。この提案法に
よれば、合成ゴム使用による流動性の低下を抑制しなが
ら、シリカとマトリックス樹脂との界面に存在する合成
ゴム層によって内部応力の低減効果を得ることができる
、しかし、この提案法は、単に内部応力の低減効果を奏
するのみであって、上記硬化促進剤に起因する電気特性
等の改善はなされていす、しかも上記合成ゴム被覆シリ
カの製造上ならびに使用上の制約等の問題を有していた
。すなわち、上記合成ゴムは、シランカップリング剤の
バインダ作用によってシリカの外周に付着されており、
このような構造のものをつくるためには、上記シランカ
ップリング剤としてシリカと合成ゴム双方に反応する官
能基を有するものを使用し、また合成ゴムとしても上記
シランカップリング剤の官能基と反応する官能基を有す
るものを使用する必要がある。

ところが、上記のような原料は比較的特殊な部類に属す
るものであって使用原料に制約を受けるうえ、それを用
いての合成ゴム被覆シリカの製造は煩雑である。しかも
得られる合成ゴム被覆シリカは上記成分を構成要素とし
ており、広い範囲のエポキシ樹脂組成物に適用できない
という難点を有している。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、樹
脂封止に用いるエポキシ樹脂組成物において、内部応力
を低減させるようにし、優れた信転性を有する半導体装
置を提供することをその目的とするものである。

〔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）、（Ｂ）および（Ｃ）成分を含有している
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）下記の一般式（１）で表されるポリジメチルシロ
キサン主体の被覆層により 粒子表面が被覆されているシリカ充填 剤。

〔作用〕

すなわち、この発明は、上記特殊なポリジメチルシロキ
サン主体の被覆層により粒子表面が被覆されている特殊
なシリカをＣ成分として使用するものであり、このシリ
カは上記合成ゴム被覆シリカのようにバインダを用いて
被覆層をシリカ表面に結合する必要がな（、したがって
、原料の選択の自由度が広く製造が容易であり、またバ
インダ成分等を含んでいず広範囲のエポキシ樹脂組成物
に適用可能である。その結果、この発明によれば、半導
体装置製造に際して工程の複雑化を招くことがなく、し
かも、上記Ｃ成分の特殊シリカ充填剤の使用により内部
応力の低減効果を実現でき、それによって半導体装置の
信鯨性の大幅な向上を実現しうるようになる。

この発明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、特殊なポ
リジメチルシロキサン主体の被覆層により粒子表面が被
覆されている特殊シリカ充填剤（Ｃ成分）等を用いて得
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、ク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のエポキシ樹脂があげ
られる。これらの樹脂のなかでも、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１６０〜２５
０．軟化点５０〜１３０°Ｃのものが用いられ、タレゾ
ールノボラック型エポキシ樹脂とじては、エポキシ当量
１８０〜２１０．軟化点６０〜１１０℃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、タレゾールノボラ
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°Ｃ２水酸基当量が７０〜１５
０のものを用いることが好ましい。特に上記ノボラック
樹脂のなか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Ｃ成分は、下記の一般式（１）で表されるポリジメ
チルシロキサン主体の被覆層により被覆されている特殊
なシリカ充填剤である。

ここで主体とは、被覆層の全体が、主体となる付加反応
生成物で構成されている場合も含める趣旨である。

上記Ｃ成分に用いられるポリジメチルシロキサンは、通
常のポリジメチルシロキサンの分子鎖両末端および側鎖
のうちの少なくとも側鎖に、エポキシ基、ポリアルキレ
ングライコール鎖またはトリアルコキシ基が導入された
ものである。上記導入されるポリアルキレングライコー
ル鎖は、２種以上のアルキレングライコールの共重合体
からなるものでもよい。

上記のような、Ｃ成分に用いる特殊なポリジメチルシロ
キサンは、数平均分子量が３００００以下であることが
望ましく、より望ましいのは２００００以下であり、最
も好適なのは１５０００以下である。

また、エポキシ基が導入された場合の上記ポリジメチル
シロキサンのエポキシ当量は２０００〜１８０００であ
ることが望ましく、ポリアルキレングライコール鎖が導
入された場合の上記ポリジメチルシロキサンのポリアル
キレングライコール含有量は、分子全体の１５〜９０重
量％であることが望ましい。

この発明で用いるＣ成分は前記のような特殊なポリジメ
チルシロキサンでシリカ表面を被覆することにより得ら
れるものであり、被覆されるシリカは特に限定するもの
でなく、結晶質シリカ（結晶シリカ）および非晶質シリ
カ（溶融シリカ）のいずれをも用いることができる。こ
れらのシリカは、平均粒径が５〜８０μｍで１００μｍ
以上の大粒径粒子を含まないことが好適である。

上記特殊なポリジメチルシロキサンによるシリカの被覆
は、上記ポリジメチルシロキサンとシリカとをトルエン
等の有機溶媒を媒体として混合し、これを濾過したのち
、減圧乾燥することにより行うことができる。この場合
、上記ポリジメチルシロキサンは、その分子鎖の両末端
および側鎖のうちの少な（とも側鎖に、エポキシ基、ポ
リアルキレングライコール鎖またはトリアルコキシ基が
導入されていて、それによってシリカ表面に対する接着
性が著しく向上しており、シランカップリング剤等のバ
インダ成分を何ら用いることなくシリカに接着し、シリ
カ表面を好適に被覆する。

なお、この発明において、シリカが上記反応生成物に被
覆されていることは、ベンゼン−水系における生成物の
偏在能（相互作用簡易判別法）により明らかにすること
ができる。つまり、この方法において、被覆されていな
いシリカは通常水相に偏在するが、この発明の被覆シリ
カはベンゼン相に偏在する。なお、この評価方法は、す
でに確立されている〔松本恒隆他、第７回複合材料シン
ポジウム発表報文集、２６１　（１９７４））。

このようにポリジメチルシロキサンの分子鎖の両末端お
よび側鎖のうちの少なくとも側鎖に、エポキシ基、ポリ
アルキレングライコール鎖またはトリアルコキシ基が導
入すると、特にシリカ表面に対する接着性が著しく向上
するのであり、この現象は本発明者らが研究の過程で初
めて見いだしたものであって、それにより極めて広範囲
のエポキシ樹脂組成物に適用して応力低減効果、電気特
性改善効果を奏する上記反応生成物被覆シリカが簡易に
得られるようになったのである。これがこの発明の最大
の特徴である。

上記シリカの表面を被覆している特殊なポリジメチルシ
ロキサン主体の被覆層は、ポリジメチルシロキサン部分
の作用により硬化後の段階で内部応力の緩和作用を発揮
するものであり、それによって信転性の高い半導体装置
の実現をもたらすのである。すなわち、上記特殊なポリ
ジメチルシロキサンに導入されうるエポキシ基は、マト
リックスのエポキシ基（エポキシ樹脂）あるいは水酸基
（フェノール樹脂）と反応しやすく、また、同じくポリ
ジメチルシロキサンに導入されうるポリアルキレングラ
イコール鎖またはトリアルコキシ基はその構造上シリカ
との親和性が高いためにシリカとマトリックスのエポキ
シ樹脂との界面に強固に固定される。したがって、上記
特殊なポリジメチルシロキサン部分は極めて安定に存在
し、かつ上記のように優れた応力緩和作用を発揮する。

なお、上記シリカ粒子の被覆層は上記特殊なポリジメチ
ルシロキサン（反応生成物）を主体とするものであり、
場合によっては、上記反応生成物とともに過酸化物を併
用してもよい。

上記のようなポリジメチルシロキサン（反応生成物）と
ともに使用される過酸化物としては、ベンゾイルパーオ
キシド、Ｐ−クロロベンゾイルパーオキシド、２，４−
ジクロロベンゾイルパーオキシド、オプリリルパーオキ
シド、ラウロイルパーオキシド、アセチルパーオキシド
、シクロヘキセンパーオキシド、ヒドロキシへブチルバ
ーオキシド、ｔｅｒ　ｔ−ブチルパーベンゾエート、ｔ
ｅｒ　ｔ−ブチルパーアセテート、ｔｅｒｔ−ブチルオ
クトエート、ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシイソブチレー
ト、ジーｔｅｒ　ｔ−ブチルパーフタレート等をあげる
ことができる。

上記のような過酸化物を上記ポリジメチルシロキサンと
併用するときには、過酸化物の作用で、シリカ粒子表面
に付着した上記ポリジメチルシロキサンが重合し、早期
に粒子表面の被覆が完了するという効果が得られるよう
になる。

このように過酸化物と上記ポリジメチルシロキサンとを
併用する場合には、過酸化物の使用量は上記ポリジメチ
ルシロキサンに対して０．０１〜１重量部の割合になる
ように設定することが好結果をもたらす。

そして、上記特殊なポリジメチルシロキサン単独ないし
はこれと過酸化物との混合物は、充填剤成分を除いたエ
ポキシ樹脂組成物（Ａ＋Ｂ）中に５〜４０重量％（以下
ｒ％」と略す）含有されるように設定することが好まし
く、また、充填剤に対して０．１〜１５％含有されるよ
うに設定することが好ましい。すなわち、含有量が上記
の範囲を外れると、得られる半導体装置の信顛性が低下
する（川向がみられ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は必要に
応じて上記Ａ成分ないしＣ成分以外に硬化促進剤が用い
られる。

上記硬化促進剤としては、下記の三級アミン。

四級アンモニウム塩、イミダゾール類およびホウ素化合
物を好適な例としてあげることができ、これらを単独で
もしくは併せて用いることができる。

三級アミン トリエタノールアミン、テトラメチルヘキサンジアミン
、トリエチレンジアミン、ジメチルアニリン、ジメチル
アミノエタノール、ジエチルアミノエタノール、２，４
．６−１−リス（ジメチルアミノメチル）フェノール、
ＮＮ′−ジメチルピペラジン、ピリジン、ピコリン、１
．８−ジアザ−ビシクロ（５，４０）ウンデセン−７、
ベンジルジメチルアミン、２−（ジメチルアミノ）メチ
ルフェノール 四級アンモニウム塩 ドデシルトリメチルアンモニウムクロライド、セチルト
リメチルアンモニウムクロライド、ベンジルジメチルテ
トラデシルアンモニウムクロライド、ステアリルトリメ
チルアンモニウムクロライド イミダゾール類 ２−メチルイミダゾール、２−ウンデシルイミダゾール
、２−エチルイミダゾール、１−ベンジル−２−メチル
イミダゾール、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミ
ダゾールホウ素化合物 テトラフェニルボロン塩類、例えばトリエチレンアミン
テトラフェニルボレート、Ｎ−メチルモルホリンテトラ
フェニルボレートまた、必要に応じて、この発明のエポ
キシ樹脂組成物には、さらに、無機質充填材、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。

上記無機質充填材としては特に限定するものではなく、
−ｉに用いられる石英ガラス粉末、タルク、シリカ粉末
、アルミナ粉末等が適宜に用いられる。

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することができる。

すなわち、上記（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）成分を、ま
た場合により顔料、カップリング剤等その他の添加剤を
適宜配合し、この混合物をミキシングロール機等の混練
機にがけ加熱状態で混練して溶融混合し、これを室温に
冷却したのち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（、通常のトランスファ
ー成形等の公知のモールド方法により行うことができる
。

このようにして得られる半導体装置は、上記エポキシ樹
脂組成物中に、充填剤／エポキシマトリックス界面に発
生する内部応力を緩和する物質を有しているため、極め
て低応力性に優れ、耐湿借問性に優れたものとなる。

〔発明の効果〕

この発明の半導体装置は、上記のような特殊なシリカ充
填剤を含有する特殊なエポキシ樹脂組成物であって、封
止樹脂中における上記特殊なシリカ充填剤の内部応力緩
和作用により封止プラスチックパッケージが従来のエポ
キシ樹脂組成物製のものと異なるため、極めて内部応力
が低くなっている。したがって、耐湿信顛性、耐熱信転
性が高く、信頼性の極めて高いものとなっている。特に
、上記特殊なエポキシ樹脂組成物による封止により、８
ビン以上特に１６ピン以上、もしくはチップの長辺が４
　ｍｍ以上の大形の半導体装置において、上記のような
高信耗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。そのうえ、上記シリカ充填剤には特殊なバ
インダ等の特殊成分が用いられていす、広い範囲のエポ
キシ樹脂に適用可能であり、また製造も簡単であるため
、半導体装置の製造に特別な工程を加える必要がなく、
半導体装置の製造の複雑化を招くこともない。

つぎに、実施例について説明する。

〔実施例１〜７］ まず、第１表に示す８％ｇの７種類のポリジメチルシロ
キサンを用意した。

（以下余白） つぎに、上記ポリジメチルシロキサンとシリカを下記の
第２表に示すような割合で用いて、上記ポリジメチルシ
ロキサンの３０重量％トルエン溶液とシリカとを重量比
２：１で混合し、両成分を反応させたのち濾過した。さ
らに減圧乾燥して溶剤を飛散させたのち、１５０°Ｃで
２時間加熱することにより粒子表面が上記ポリジメチル
シロキサンで被覆された被覆シリカを得た。

つぎに、上記のようにして得られた被覆シリカを用い、
これと第２表に示す原料を配合し、ミキシングロール機
に掛けて１００°Ｃで１０分間混練し、シート状組成物
を得た。ついで得られたシート状組成物を粉砕し目的と
する粉末状のエポキシ樹脂組成物を得た。

また、従来例として下記の第２表に示す原料を同表に示
すような割合で用い、粉末状エポキシ樹脂組成物をつく
った。

（以下余白） 以上の実施例および従来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、半導体素子をトランスファー
成形でモールドすることにより半導体装置を得た。

このようにして得られた半導体装置について、曲げ弾性
率、電圧印加状態におけるプレッシャー釜による１００
０時間の信頼性テスト（以下「ＰＣＢＴテスト」と略す
）−５０°Ｃ１５分〜１５０°Ｃ１５分の２０００回の
温度サイクルテスト（以下ｒＴＣＴテスト」と略す）等
の測定を行った。

その結果を下記の第３表に示した。なお、ガラス転移温
度（Ｔｇ）は、粘弾性性質のＴａｎδのピークを示す温
度を示した。

（以下余白） 第３表の結果から、 実施別品は、 従来測高に比 べて耐湿信φ貫性。

耐熱信頼性および低応力性に優 れていることがわかる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）下記の（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）成分を含有し
   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）下記の一般式（１）で表されるポリジメチルシロ
   キサン主体の被覆層により 粒子表面が被覆されているシリカ充填 剤。 ▲数式、化学式、表等があります▼…（１） 〔上記の式において、Ａ＿１およびＡ＿４は、▲数式、
   化学式、表等があります▼ （ただし、ＲはＣＨ＿３ 、Ｈもしくは▲数式、化学式、表等があります▼であり
   、ｎ、ｍは正の整数である）、▲数式、化学式、表等が
   あります▼（ただし、Ｒは ＣＨ＿３もしくはＣ＿２Ｈ＿５であり、ｌは正の整数で
   ある）または−ＣＨ＿３であり、相互に同じであっても
   異なっていてもよい。また、Ａ＿２、Ａ＿３は、 ▲数式、化学式、表等があります▼ （ただし、Ｒ、ｎ 、ｍは上記と同じ）または▲数式、化学式、表等があり
   ます▼（Ｒ はＣＨ＿３もしくはＣ＿２Ｈ＿５であり、ｌは正の整数
   である）であり、相互に同じであっても異なっていても
   よい。ｘ、ｙおよびｚは正の整数である。〕（２）請求
   項（１）記載の（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）成分を含有
   する半導体封止用エポキシ樹脂組成物。