JPH02140959A - 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、流動性に優れた封止樹脂により封止された
半導体装置に関するものである。

〔従来の技術〕

ダイオード、トランジスタ、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素
子は、通常、エポキシ樹脂を主成分とした封止樹脂によ
り樹脂封止され、半導体装置化されている。上記エポキ
シ樹脂は、電気特性２機械特性、耐薬品性等に優れてお
り、かつ安価で経済性にも優れていることから、信軌性
の高い絶縁材料として半導体装置の封止等に広く利用さ
れている。

また、上記エポキシ樹脂を主成分とする封止樹脂の適用
範囲も、メモリー、マイコン等のＶＬＳ■まで拡大され
、封−止樹脂に対する要求も年を追うごとに厳しくなっ
てきている。最近では、集積度の向上とともに、素子サ
イズの大形化が進む反面、パッケージ形状の小形化、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、従来以上に冷熱サイクルテス
トにおける封止材料の耐クラツク性が要求されるように
なっている。そして、上記要求に対して従来から、封止
樹脂の低線膨張係数化のために無機質充填剤の配合量を
増加する方法や、低弾性化のため封止樹脂に可撓性を付
与する方法等が検討されている。

（発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、上記のような方法を用いて封止樹脂を作
製した場合、得られる封止樹脂はいくつかの問題点を有
している。例えば、封止樹脂の低線膨張係数化を図るた
め無機質充填剤の配合量を増加する方法では、従来から
用いられている破砕状の無機質充填剤を封止樹脂に多量
に配合すると、封止樹脂が低線膨張係数化され、この封
止樹脂により樹脂封止された半導体装置の冷熱サイクル
テストにおける耐クラツク性は向上する。しかし、封止
樹脂の流動性が著しく低下し半導体素子の封止時にボイ
ドおよび未充填部分が生じたり、ボンディングワイヤー
の断線が生じたりする。また、封止樹脂に可撓性を付与
するため、封止樹脂中にエラストマーを含有させる方法
では、可撓性は付与されるが、樹脂強度が小さ（なると
いう欠点がある。このように、従来の方法では満足すべ
き結果が得られていないのが実情である。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、封
止樹脂にボイドや未充填部分がなく、かつ耐冷熱サイク
ル特性に優れている半導体装置の提供をその目的とする
。

ｃ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）〜（Ｄ）成分を含有す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）臭素化エポキシ樹脂。

（Ｄ）平均粒径が５〜２５μ■、最大粒径が９６μｍ以
下、比表面積が１〜３０ポ／ｇの球状の無機質充填剤。

〔作用〕

すなわち、本発明者は、ボイドや未充填部分の発生を防
止し、かつ低応力化（線膨張係数の低下）を実現するた
めの一連の研究の過程で、無機質充填剤の粒子形状およ
び粒径等によってモールド成形時のエポキシ樹脂組成物
の流動性が変化することに着目し、これを中心に研究を
重ねた。その結果、無機質充填剤として特定の粒径およ
び比表面積を有する球形状のものを用いるとともに臭素
化エポキシ樹脂を併用すると、エポキシ樹脂組成物の流
動性が向上すると同時にその硬化物の線膨張係数が低減
するのを突き止め、これを使用すると、ボイドや未充填
部分の発生が防止されると同時に低応力化も実現できる
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、エポキシ樹脂
（Ａ成分）と、フェノール樹脂（Ｂ成分）と、臭素化エ
ポキシ樹脂（Ｃ成分）と、特定の無機質充填剤（Ｄ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としては、特に制限する
ものではな（、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、
クレゾールノボラック型エボキシ樹脂、ビスフェノール
Ａ型エポキシ樹脂等従来より用いられている各種のエポ
キシ樹脂があげられる。これらのエポキシ樹脂は単独で
用いてもよいし、併用してもよい。

上記エポキシ樹脂の中でも好適なエポキシ樹脂としては
、エポキシ当量１７０〜３００のノボラック型エポキシ
樹脂であり、例えばフェノールノボラック型エポキシ樹
脂、タレゾールノボラック型エポキシ樹脂等があげられ
る。

上記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
樹脂、タレゾールノボラック樹脂等が好適に用いられる
。これらのフェノール樹脂は、軟化点が５０〜１１０℃
、水酸基当量が７０〜１５０であることが好ましい。

上記のようなエポキシ樹脂およびフェノール樹脂は片方
または双方が、下記の一般式（Ｉ）で表されるオルガノ
ポリシロキサンと反応しているものを用いることが好ま
しい。このような変性エポキシ樹脂あるいは変性フェノ
ール樹脂を単独でもしくは併用することによって、耐ク
ラツク性、耐ヒートサイクル性が一層向上する。この場
合、上記オルガノポリシロキサンの使用量は、エポキシ
樹脂組成物中の有機成分総量に対して、オルガノポリシ
ロキサンが１〜５０重量％（以下「％」と略す）になる
よう設定することが好適であり、より好適なのは５〜３
０％である。すなわち、上記オルガノポリシロキサンの
含有量が１％を下回ると充分な低応力効果がみられなく
なり、逆に５０％を上回ると樹脂強度の低下現象がみら
れるからである。

上記Ｃ成分の臭素化エポキシ樹脂は、特に制限するもの
ではなく、タレゾールノボラック型臭素化エポキシ樹脂
、フェノールノボラック型臭素化エポキシ樹脂、ビスフ
ェノール型エポキシ樹脂等があげられる。特に、上記臭
素化エポキシ樹脂のなかでも、エポキシ当量が２５０〜
３５０のフェノールノボラック型臭素化エポキシ樹脂を
使用することが好結果をもたらす。

上記エポキシ樹脂（臭素化エポキシ樹脂を含む）とフェ
ノール樹脂との相互の使用割合は、エポキシ樹脂のエポ
キシ当量と、フェノール樹脂の水酸基当量との関係から
適宜に選択されるが、エポキシ基に対するフェノール性
水酸基の水酸基の当量比が、０．５〜１．５の範囲にな
るよう設定することが好ましい。すなわち、当量比が上
記範囲を外れると、エポキシ樹脂組成物の硬化性が劣る
傾向がみられるようになるからである。

上記り成分の特定の無機質充填剤としては、平均粒径が
５〜２５μｍ、最大粒径が９６μｌ以下、比表面積が１
〜３０ｍ２／ｇの球状のものを用いる必要がある。すな
わち、上記平均粒径が２５μｍを超えると冷熱サイクル
試験時における耐クラツク性が低下し、５μｍを下回る
とエポキシ樹脂組成物の流動性が低下するという問題が
生じるからである。また、上記最大粒径が９６μｍを超
えると、成形時におけるばりが長くなり、成形作業性に
支障が生じるからである。さらに、上記比表面積が１〜
３０ｒｒｒ／ｇを超えると、やはりエポキシ樹脂組成物
の成形時における作業性が低下し、ワイヤー断線、エポ
キシ樹脂組成物の未充填部分が生じ問題を生じる傾向が
みられるからである。

なお、上記平均粒径は、グラヌロメーター（Ｇｒａｎｕ
ｌｏｍｅｔｅｒ）モデル７１５型〈シーラス（ＣＩＬＡ
Ｓ）社製〉を用いて測定した重量平均粒径である。そし
て、上記比表面積は、カンタ−ソープ表面積測定装置（
湯浅アイオニクス社製）を用い、ＢＥＴ法により測定し
た値である。このような無機質充填剤としては、溶融シ
リカ、結晶性シリカ。

タルク、アルミナ、ガラス等があげられる。特に、冷熱
サイクル試験時の耐クラツク性や耐湿信頬性等を考慮す
ると、溶融シリカ、結晶性シリカを用いることが好適で
ある。

なお、上記「球状」とは、ワーデルの球形度で０．７〜
！、０の球形度を有するものである。なお、上記ワーデ
ルの球形度（化学工学便覧、丸善株式会社発行参照）と
は、粒子の球形度を、（粒子の投影面積に等しい円の直
径）／（粒子の投影像に外接する最小円の直径）で測る
指数で、この指数が１．０に近いほど真球体に近い粒子
であることを意味する。すなわち、上記無機質充填剤の
形状は、真球体でなければならない必要はないが、角状
を有する形状（角ばった状態）のものでなければよい。

このような無機質充填剤の配合量は、エポキシ樹脂組成
物全体中に６０〜９０％になるように設定することが好
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Ａ−Ｄ成分以外にも、必要に応じて従来より用いら
れているその他の添加剤が含有される。

上記その他の添加剤としては、例えば硬化促進剤２離型
剤６着色剤、シランカップリング剤等があげられる。

上記硬化促進剤としては、三級アミン、四級アンモニウ
ム塩、イミダゾール、有機リン系化合物および桓つ素化
合物等があげられる。これらの化合物は単独でもしくは
併せて用いられる。

上記離型剤としては、従来公知のステアリン酸カルナバ
ワックス、モンタンワックス等のワックス類を用いるこ
とができる。

この発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、例えはつぎの
ようにして製造することができる。すなわち、上記Ａ−
Ｄ成分ならびに上記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
手段により粉砕し、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、特に制限するものではなく、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、その封止樹脂に
、ボイドや未充填部分、ワイヤー断線等が生じていない
ため、性能的に問題がなく、また耐冷熱サイクル特性に
優れた安定性を示している。

〔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
特定の形状を有する無機質充填剤を含有するエポキシ樹
脂組成物を用いて封止されているため、製造過程におい
て生じるボイドや未充填部分、ワイヤー断線等に起因す
る性能の低下が生じず良好な特性を備えている。さらに
、耐冷熱サイクル特性においても優れた信鎖性を有して
いる。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

まず、下記の第１表に示す溶融シリカ粉末を準備した。

つぎに、上記溶融シリカ粉末を用いて、下記の第２表に
示すような原料を準備し、これら原料を第２表に示す割
合で配合し、ミキシングロール機で混練して冷却粉砕し
た後、目的とするエポキシ樹脂組成物を得た。なお、第
２表に示したシリコーンは下記の構造式で表されるもの
を用いた。

（以下余白） 〔実施例１〜６、比較例１．２〕 以 下 余 白 このようにして得られたエポキシ樹脂組成物の流動特性
、成形性、硬化物特性を調べ後記の第３表に示した。ま
た、半導体素子を樹脂封止して半導体装置を組み立て耐
クラツク性を調べ後記の第３表に併せて示した。

なお、第３表において、各特性の評価は下記に示す方法
により測定し行った。

■　スパイラルフロー 得られたエポキシ樹脂組成物の粉末２０ｇを用いてＥＭ
ＭＬ−１−６６に準じた金型により、金型温度１７５°
Ｃ，プランジャー圧カフ０ｋｇ／＋ｎａ＋”で成形した
ときの流れ値を測定した。

■　ぼり特性 ２０μｍ以下の所定厚みのスリットを有する金型を用い
、温度１７５“Ｃ±３°Ｃ２注入圧７０注入圧７０ｋ成
／ｃｔで成形した後、流動長さを測定した。

■　線膨張係数 温度１７５　’Ｃ±３°Ｃ１注入圧７０ｋ注入圧７０性
時間硬化させたテストピースを作製し、これをＴＭＡ（
理学電機社製）にて測定した。

■　曲げ弾性率 上記線膨張係数と同様の条件で成形を行った後、テンシ
ロン万能試験機（東洋ボールドウィン社製）にて測定し
た。

■　温度サイクルテスト（ＴＣＴテスト）による耐クラ
ツク性 作製した半導体装置を、−５０°Ｃ１５分〜１５０°Ｃ
１５分のＴＣＴテストを２００回繰り返した後、半導体
装置のクラック発生数を数えた。

（以下余白） 第３表の結果から、比較例１品は耐クラツク性は良好で
あるが流動性に問題があり、比較例２品は流動性および
耐クラツク性の双方に問題がある。その点、実施測高は
流動性および耐クラツク性の双方に優れている。

特許出願人　　日東電工株式会社 代理人　弁理士　西　藤　征　彦

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）下記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有するエポキシ樹
   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）臭素化エポキシ樹脂。 （Ｄ）平均粒径が５〜２５μｍ、最大粒径が９６μｍ以
   下、比表面積が１〜３０ｍ＾２／ｇの球状の無機質充填
   剤。
2. （２）上記Ａ成分のエポキシ樹脂およびＢ成分のフェノ
   ール樹脂の少なくとも一方が下記の一般式（Ｉ）で表さ
   れるオルガノポリシロキサンと反応しているものである
   請求項（１）記載の半導体装置。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（Ｉ） 式（Ｉ）中、Ｒは一価の有機基であり、相 互に同じであつても異なつていてもよい。 ただし、１分子中において、上記Ｒのうち少なくとも２
   個はアミノ基置換有機基、エポキシ基置換有機基、水酸
   基置換有機基、ビニル基置換有機基、メルカプト基置換
   有機基およびカルボキシル基置換有機基なる群がら選択
   された基である、ｍは０〜５００の整数である（３）下
   記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有する半導体封止用エポキ
   シ樹脂組成物。 （Ａ）エポキシ樹脂。 （Ｂ）フェノール樹脂。 （Ｃ）臭素化エポキシ樹脂。 （Ｄ）平均粒径が５〜２５μｍ、最大粒径が９６μｍ以
   下、比表面積が１〜３０ｍ＾２／ｇの球状の無機質充填
   剤。