JPH0291966A - 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、信鯨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（、
しかも中空パッケージのため機械的強度も高く信鎖性の
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、無機質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。

〔発明が解決しようとする問題点〕

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。これまでの封
止用エポキシ樹脂組成物では、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体
素子の封止材料としては充分優れているが、超し３１等
の半導体素子の封止材料としては、充分に満足できるも
のではない。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、他
の信幀性（耐湿信鯨性、耐熱信転性、耐衝撃信鯨性）を
低下させることなく、かつ内部応力特性に優れた半導体
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）結晶性エポキシ樹脂。

（Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂。

（Ｃ）オルガノポリシロキサン。

〔作用〕

すなわち、本発明者らは、他の信鯨性（耐湿信鯨性、耐
熱信幀性、耐衝撃信顧性）を損なうことなく封止樹脂の
低応力化を実現させることを目的として一連の研究を重
ねた。その結果、結晶性エポキシ樹脂という特殊なエポ
キシ樹脂（Ａ成分）とオルガノポリシロキサン（Ｃ成分
）とを用いると、他の信鯨性を損なうことなく内部応力
の低減効果が得られ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、結晶性エポキ
シ樹脂（Ａ成分）とノボラック型フェノール樹脂（Ｂ成
分）とオルガノポリシロキサン（Ｃ成分）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打錠
したタブレット状になっている。

上記Ａ成分の結晶性エポキシ樹脂としては、下記の一般
式（１）で表される４、４′−ビス（２３−エポキシプ
ロポキシ）−３，３′、５．５’−テトラメチルビフエ
ニルを用いることが好ましい。

〔式（Ｉ）において、ＲはＨまたはＣＨ，である。〕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な（なるため極端に粘度が低下す
る性質を有するものである。

また、この発明において上記Ａ成分の結晶性エポキシ樹
脂以外に通常用いられるエポキシ樹脂を用いることがで
きる。上記通常用いられるエポキシ樹脂としては、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（、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高結果
をもたらす、また、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５０〜１
３０℃のものが用いられ、タレゾールノボラック型エポ
キシ樹脂としては、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。この場合
、上記Ａ成分の結晶性エポキシ樹脂の含有割合は、通常
のエポキシ樹脂９１０重量％（以下ｒ％」と略す）以上
に設定することが好適である。

上記Ａ成分の結晶性エポキシ樹脂とともに用いられるＢ
成分のノボラック型フェノール樹脂は、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、０−タレゾールノボラック、ｍ−クレゾールノボラ
ック、ｐ−タレゾールノボラック、Ｏ−エチルフェノー
ルノボラック、ｍ−エチルフェノールノボラック、ｐ−
エチルフェノールノボラック等が好適に用いられる。こ
れらノボラック樹脂は、軟化点が５０〜１１０″Ｃ１水
酸基当量が１００〜１５０のものを用いることが好まし
い。

この発明における上記Ａ成分とＢ成分の配合割合は、結
晶性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１当量に対するフェノール樹脂の水酸基当量が０．８
〜１．２の範囲になるように設定することが好ましい。

上記Ａ成分の結晶性エポキシ樹脂、Ｂ成分のノボラック
型フェノール樹脂樹脂とともに用いられるＣ成分のオル
ガノポリシロキサンとしては、下記の一般式（ＩＩ）で
表されるポリシロキサン骨格を有するものを用いるのが
好ましい。

上記オルガノポリシロキサンは、少なくともＡ成分の結
晶性エポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂およびＢ成分ノボ
ラック型フェノール樹脂の少なくとも一方と反応させる
と、低応力性において良好な結果が得られるようになる
。また、上記オルガノポリシロキサンは、シロキサン結
合部にフェニル基またはアルアルキル基が結合されてい
るのが特徴である。なお、上記オルガノポリシロキサン
のなかでも、特に、２価の有機基であるＲ２が炭素数２
〜１０のアルキレン基やフェニレン基、または炭素数７
〜１５のアラルキレン基である化合物を用いることが好
ましい、このようなオルガノポリシロキサンは、分子量
が５００〜４００００のものを用いることが好ましく、
特に好適なのは分子量５００〜３００００のものである
。すなわち、分子量が５００未満では封止樹脂の低応力
効果が不充分であり、４００００を超えると少なくとも
上記Ａ成分の結晶性エポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂と
の反応性が悪くなるという傾向がみられるからである。

上記Ｃ成分はエポキシ樹脂組成物の硬化体中での分散性
がよいため、従来のものに比べて硬化体が機械的強度の
ばらつきの極めて小さいものとなり、かつ低応力のもの
となる。

なお、この発明では、上記Ａ成分、Ｂ成分、Ｃ成分以外
に必要に応じて硬化促進剤、無機質充填剤、離型剤等を
用いることができる。

上記硬化促進剤としては、フェノール硬化エポキシ樹脂
における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、三級アミン類、イミダゾール類、リン化
合物等をあげることができる。

上記無機質充填剤としては、シリカ、アルミナ、炭酸カ
ルシウム、石英ガラス、珪石、タルク。

クレー、酸化ジルコニウム、ケイ酸ジルコニウム、酸化
ベリリウム等の粉末を用いることができる。

上記離型剤としては、従来公知のステアリン酸、パルチ
ミ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。

さらに、カップリング剤、難燃剤２着色剤等の通常用い
られる添加剤も添加することができる。

この発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、上記原料を用
い、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、結晶性エポキシ樹脂（Ａ成分）のみある
いは通常のエポキシ樹脂に結晶性エポキシ樹脂が含有さ
れたもの、ノボラック型フェノール樹脂（Ｂ成分）、オ
ルガノポリシロキサン（Ｃ成分）および無機質充填剤な
らびにその他の添加剤を適宜配合し、この配合物をミキ
シングロール機等の混線機にかけて加熱状態で混練して
半硬化状の樹脂組成物とし、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。また、オルガノポリシロキサン（Ｃ成
分）と結晶性エポキシ樹脂または通常のエポキシ樹脂に
結晶性エポキシ樹脂が含有されたもの、もしくはオルガ
ノポリシロキサンとフェノール樹脂（Ｂ成分）を予め公
知の方法、例えば溶融混合または溶媒中で加熱すること
により上記２成分系を反応させ、この反応生成物と他の
原料を用い前記と同様の製法に従って、エポキシ樹脂組
成物を得ることもできる。

このとき、上記オルガノポリシロキサン（Ｃ成分）の配
合量は、結晶性エポキシ樹脂または通常のエポキシ樹脂
に結晶性エポキシ樹脂が含有されたものおよびフェノー
ル樹脂の少なくとも一方１００重量部（以下「部」と略
す）に対して３〜４０部用いることが、得られる樹脂硬
化物の低応力性の点から好ましく、また、上記無機質充
填剤の配合量は、エポキシ樹脂組成物全体に対して、３
０〜９０％の範囲に設定することが好ましい。

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
ことができる。

このようにして得られる半導体装置は、低応力性に優れ
、かつ高い信鯨性を示す。これは上記Ｃ成分中のオルガ
ノポリシロキサンから誘導される５ｉ−０−Ｓｉ結合部
分が、硬化樹脂の分子骨格中に導入されており、しかも
上記オルガノポリシロキサンのエポキシ樹脂中への分散
性が優れているため、エポキシ樹脂組成物硬化体からな
る封止樹脂の機械的強度のばらつきが小さくなることと
、上記Ａ成分中の結晶性エポキシ樹脂の溶融粘度が低い
ため封止樹脂とリードフレームとの密着性が向上しかつ
結晶性エポキシ樹脂自体が疎水特性を有しているためと
考えられる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の半導体装置は、特殊なエポキ
シ樹脂である結晶性エポキシ樹脂およびオルガノポリシ
ロキサンを含有する特殊なエポキシ樹脂組成物を用いて
封止されており、その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は異なるため、内
部応力が小さく信頼度の高いものである。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
の封止に充分対応でき、素子サイズが１６ａｎ”以上、
素子上のＡ２配線の幅が２μｌ以下の特殊な半導体装置
において、上記のような高信鯨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、実施例について比較例と併せて説明する。

〔実施例１〜９、比較例１〜３〕 後記の第１表に示すような３種類のオルガノポリシロキ
サンａ　”−ｃを用意した。

（以下余白） つぎに、後記の第２表に示す割合の原料を用い、これら
の原料をミキシングロール機（ロール温度１００″Ｃ）
で１０分間溶融混練を行い冷却した後粉砕し、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） 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、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電圧印加状態に
おけるプレッシャー釜による２０００時間の信顛性テス
ト（以下「ＰＣＢＴテスト」と略す）、−５０℃／３０
分〜１５０℃／３０分の５００回の温度サイクルテスト
（以下ｒＴＣＴテスト」と略す）の測定を行った。その
結果を第３表に示した。

（以下余白） 第３表の結果から、実施別品は、ＰＣＢＴテストおよび
ＴＣＴテストの双方において比較別品に比べて優れた結
果が得られており、高度な信鯨性を備えていることがわ
かる。

特許出願人　　日東電工株式会社 代理人　弁理士　西　藤　征　彦 第−−ぶＬ−一表

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）下記の（Ａ）〜（Ｃ）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）結晶性エポキシ樹脂。 （Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂。 （Ｃ）オルガノポリシロキサン。 （２）Ａ成分の結晶性エポキシ樹脂が下記の一般式（
   I ）で表される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
   ルであり、Ａ成分の結晶性エポキシ樹脂以外のエポキシ
   樹脂中に１０重量％以上含有されている請求項（１）記
   載の半導体装置。 ▲数式、化学式、表等があります▼…（ I ） 〔式（ I ）において、ＲはＨまたはＣＨ＿３である。
   〕（３）Ｃ成分のオルガノポリシロキサンが下記の一般
   式（II）で表されるものであり、上記Ｃ成分のオルガノ
   ポリシロキサンが少なくともＡ成分の結晶性エポキシ樹
   脂を含むエポキシ樹脂およびＢ成分のノボラック型フェ
   ノール樹脂の少なくとも一方と反応している請求項（１
   ）または（２）記載の半導体装置。 ▲数式、化学式、表等があります▼…（II） 上記式（II）において、Ｒ＿１はＨまたは１価の有機基
   、Ｒ＿２は２価の有機基、Ｒ＿３はフェニル基またはア
   ルアルキル基であり、ｍ＋ｎは５〜２００の整数、ｍ／
   ｎは２０〜３である。 （４）下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有する半導体封止
   用エポキシ樹脂組成物。 （Ａ）結晶性エポキシ樹脂。 （Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂。 （Ｃ）オルガノポリシロキサン。