JPH0372660A

JPH0372660A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH0372660A
Application number: JP20892989A
Authority: JP
Inventors: Kazuto Yamanaka; 山中　一人; Masahito Shimizu; 雅人清水; Tsutomu Nishioka; 務西岡
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1989-08-11
Filing date: 1989-08-11
Publication date: 1991-03-27

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樹脂封止さ
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９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、信頼性
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ＶＬＳＩ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、Ｉｌ
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課題〕

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
用いられている球状シリカ（平均粒径１６μｍ）と破砕
状のシリカ（特に粒径は限定しない）の混合物を封止樹
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し、成形時
のワイヤー断線も生じない。しかし、上記樹脂組成物の
硬化物の曲げ強度が低下するという問題が生じる。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
、樹脂強度が小さく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
ル特性に優れた半導体装置の提供をその目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を遠戚するため、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）エポキシ樹脂。

（Ｂ）フェノール樹脂。

（Ｃ）下記の（ａ）および（ｂ）成分からなる無機質充
填剤であって、上記（ａ）成分が無機質充填剤全体の５
０〜９０重量％を占め（ｂ）成分が残部を占めるように
設定されている無機質充填剤。

（ａ）平均粒径が２５〜４０μｍ、最大粒径が１２８μ
ｍ以下の球状の無機質充填剤。

（ｂ）平均粒径が３〜１０μｍ、最大粒径が６４μｍ以
下の破砕状の無機質充填剤。

〔作用〕

すなわち、本発明者らは、球状無機質充填剤を含有した
エポキシ樹脂組成物の流動性およびその硬化物の曲げ強
度の低下を防止し、かつ低応力化（線膨張係数および弾
性率の低下）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とその混合割合等によ
って成形時のエポキシ樹脂組成物の流動性およびその硬
化物の曲げ強度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粗粒子と
微粒子の２種類のもの、すなわち上記粗粒子として球状
のものを、また微粒子として破砕状のものを用い、両者
を特定の比率で混合したものを配合すると、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曲げ
強度の低下が防止されるのを突き止めた。さらに、これ
をエポキシ樹脂およびフェノール樹脂の片方もしくは双
方が特定のオルガノポリシロキサンと反応している系に
用いると低応力化を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、特定の無
機質充填剤（Ｃ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
ものではなく、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、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°
Ｃ９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（１）％式％）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。すなわち、上記オルガノポリ
シロキサンとエポキシ樹脂もトくはフェノール樹脂の少
なくとも一方を予め公知の方法、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成分を反応させエポキ
シ樹脂組成物の原料とすることができる。また、上記の
ように予め反応させるのではなく、この発明に用いるエ
ポキシ樹脂組成物の必須成分および任意成分の配合時に
上記オルガノポリシロキサンを同時に配合することによ
って、エポキシ樹脂およびフェノール樹脂の片方または
双方とオルガノポリシロキサンとを反応させ変性エポキ
シ樹脂および変性フェノール樹脂の少なくとも一方をエ
ポキシ樹脂組成物中に存在させることができる。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５〜３０％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ＡＪｉ分のエポキシ樹脂とＢ成分のフェノール樹脂
との相互の使用割合は、エポキシ樹脂の工０ポキン当量と、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Ａ成分のエポキシ樹脂、Ｂ成分のフェノール樹脂と
ともに用いるＣ成分の特定の無機質充填剤としては、下
記に示す（ａ）および（ｂ）成分が用いられる。

中）平均粒径が３〜１０μｍ、最大粒径が６４μｍ以下
の破砕状の無機質充填剤。

ただし、上記平均粒径は、グラヌロメーター（Ｇｒａｎ
ｕｌｏｍｅｔｅｒ）モデル７１５型〈シーラス（ＣＩＬ
ＡＳ）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−ソープ表面積測定袋Ｗ
（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。

また、上記「球状」とは、ワーデルの球形度で０．７〜
１．０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。

すなわち、上記（ａ）成分において、平均粒径が４０μ
ｍを超えると冷熱サイクルテスト時における耐クラツク
性が低下し、２５μｍを下回るとエポキシ樹脂組成物の
流動性およびその硬化物の曲げ強度が低下するからであ
る。さらに、最大粒径が１２０μｍを超えると成形特に
おけるパリが長くなり成形作業性が低下してしまう。ま
た、上記（ｂ）成分において、平均粒径が３〜１０μｍ
の範囲を１２外れると、エポキシ樹脂組成物の流動性、成形性および
硬化物の曲げ強度が低下し、さらに、最大粒径が６４μ
ｍを超えると、成形特におけるパリが長くなり成形作業
性が低下してしまう。

そして、上記（ａ）成分と（ｂ）成分の混合割合は、上
記（ａ）成分が無機質充填剤全体〔（ａ）成分十（ｂ）
成分〕の５０〜９０％に設定する必要がある。すなわち
、上記混合割合において、無機質充填剤全体の（ａ）成
分の含有量が９０％を超えると、冷熱サイクルテスト時
における耐クラツク性が低下し、逆に５０％未満である
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。

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頼性等
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。

上記Ｃ成分の特定の無機質充填剤の配合量は、Ａ成分の
エポキシ樹脂に対して７０〜８０％の範囲に設定するの
が好ましい。さらに、このような無機質充填剤の配合量
は、エポキシ樹脂Ｍ或物全体の６０〜９０％になるよう
に設定することが好適である。

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−Ｃ戒分成分にも、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、離型
剤９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ホウ素化
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−
Ｃｔｃ分ならびに上記その他の添加３４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。この場合、上記配合に
先立ってエポキシ樹脂（Ａ成分）もしくはフェノール樹
脂（Ｂ成分）と前記一般式（１）で表されるオルガノポ
リシロキサンとを予備溶融混合反応させて用いてもよい
。

このようなエポキシ樹脂組成物を用いての半導体阻止の
樹脂は、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たとができ
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ず、硬化
物が曲げ強度に優れているため、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、その硬化物が曲
げ強度に優れ、かつ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頼性を有している。

つぎに、実施例について比較例と併セて説１９ｊする。

まず、実施例に先立って下記の第１表に示す溶融シリカ
粉末を準備した。

（以下余白）５６〔実施例１〜８、比較例１〜４〕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。

　７８１９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／鵬２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°Ｃ９注入圧７０ｋｇ／ｃ＋ｆｌ
の成形条件で成形した後、流動長さを測定した。

■　線膨張係数温度１７５°Ｃ±３゛Ｃ１注入圧７０ｋｇ／ｅｔ＆、注
入時間３分の成形条件で成形した後、１７５°Ｃで５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。

■　曲げ強度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。

■　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）０１第３表の結果から、比較例２〜４品は耐クラツク性は良
好であるが流動性または曲げ強度に問題があり、比較例
１品は流動性および曲げ強度は良好であるが、耐クラツ
ク性に問題がある。その点、実施例品は流動性１曲げ強
度および耐クラツク性の全てに優れていることがわかる
。

Claims

【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）エポキシ樹脂。（Ｂ）フェノール樹脂。（Ｃ）下記の（ａ）および（ｂ）成分からなる無機質充
填剤であつて、上記（ａ）成分が無機質充填剤全体の５
０〜９０重量％を占め（ｂ）成分が残部を占めるように
設定されている無機質充填剤。（ａ）平均粒径が２５〜４０μｍ、最大粒径が１２８μ
ｍ以下の球状の無機質充填剤。（ｂ）平均粒径が３〜１０μｍ、最大粒径が６４μｍ以
下の破砕状の無機質充填剤。
（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か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）〜
（Ｃ）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）下記の（ａ）および（ｂ）成分からなる無機質充
填剤であつて、上記（ａ）成分が無機質充填剤全体の５
０〜９０重量％を占め（ｂ）成分が残部を占めるように
設定されている無機質充填剤。（ａ）平均粒径が２５〜４０μｍ、最大粒径が１２８μ
ｍ以下の球状の無機質充填剤。（ｂ）平均粒径が３〜１０μｍ、最大粒径が６４μｍ以
下の破砕状の無機質充填剤。