JPH11269350A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高周波に対応した比誘電率が低減されたエポキ
シ樹脂組成物により樹脂封止された半導体装置を提供す
る。 【解決手段】フッ素樹脂粉末をエポキシ樹脂組成物全体
の１０〜８０重量％の割合で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た半導体装置であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、比誘電率が著しく
低減された低誘電率のエポキシ樹脂組成物により半導体
素子が樹脂封止された半導体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子をトランスファー
成形により樹脂モールドししてなる樹脂封止型の半導体
装置は、信頼性，量産性，低価格等の点で優れているこ
とからセラミック封止型半導体装置とともに広く用いら
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、近年、マイ
クロプロセッサ等の半導体素子の高機能化，高性能化の
ために動作周波数が一段と上昇する傾向にある。また、
情報通信関連分野のなかでも、携帯電話，ＰＨＳ等の小
型電子装置においてはその周波数帯域に関してギガヘル
ツに近い周波数帯域が使用されるようになってきてお
り、さらに２桁ギガヘルツ帯域を使用する通信も開発が
進められている。このように、半導体の高周波化が進む
なかで、高信頼性が要求される半導体装置に関しては、
現在、高周波特性に優れたセラミック封止型の半導体装
置が多く採用されているが、一方で量産性や各種信頼性
に優れた低価格の樹脂封止型の半導体装置の採用が考え
られている。このことから、樹脂封止型半導体装置に用
いられるモールド用の低誘電率のエポキシ樹脂組成物の
開発が要求されている。

【０００４】本発明は、このような事情に鑑みなされた
ものであって、半導体素子の高周波化が進む状況のなか
で、高周波に対応した比誘電率が低減されたエポキシ樹
脂組成物により樹脂封止された半導体装置の提供をその
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の半導体装置は、フッ素樹脂粉末をエポキシ
樹脂組成物全体の１０〜８０重量％の割合で含有してい
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。

【０００６】本発明者らは、高周波特性に優れた樹脂封
止型の半導体装置を得るために、樹脂封止に用いられる
エポキシ樹脂組成物を中心に一連の研究を重ねた。そし
て、エポキシ樹脂組成物の硬化体の比誘電率の低減を目
的に研究を重ねた結果、エポキシ樹脂組成物にフッ素樹
脂粉末を特定の割合で配合すると、上記目的が達成され
ることを見いだし本発明に到達した。すなわち、従来か
ら、特開昭５５−５９２８号公報，特開昭５８−６８９
５５号公報および特開昭５９−１４９０３８号公報等に
みられるように、半導体封止用に、フッ素樹脂系粉末を
配合したエポキシ樹脂組成物が提案されているが、従来
のものはいずれもそのフッ素樹脂粉末の使用目的が本発
明とは異なることから、その配合量は極少量であって、
従来のような使用では本発明の目的を達成することは到
底できず、本発明はこのような従来のものとは全く異な
る観点から見出されたものである。

【０００７】そして、上記フッ素樹脂粉末のなかでも、
ポリテトラフルオロエチレンは、融点が３２０〜３３０
℃と最も耐熱性が高く、しかも他のフッ素樹脂と比較す
れば溶融粘度が極めて高いため、形状安定性に優れ、エ
ポキシ樹脂組成物の充填剤として好適である。

【０００８】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施の形態につ
いて詳しく説明する。

【０００９】本発明に用いられるエポキシ樹脂組成物
は、エポキシ樹脂と、硬化剤成分であるフェノール樹脂
とを用いて得ることができ、通常、粉末状あるいはこれ
を打錠したタブレット状になっている。または、樹脂組
成物を溶融混練した後、略円柱状等の顆粒体に成形した
顆粒状等になっている。

【００１０】上記エポキシ樹脂としては、常温で固体で
あれば特に限定するものではなく従来公知のもの、例え
ば、ビフェニル型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック
型エポキシ樹脂等があげられる。なかでも、溶融粘度が
小さくとれ、充填剤配合後に低溶融粘度となるという観
点から、具体的に、エポキシ当量１５０〜２３０ｇ／ｅ
ｑで融点６０〜１６０℃の結晶性ビフェニル型エポキシ
樹脂が好ましく用いられる。

【００１１】上記フェノール樹脂としては、フェノール
ノボラック、クレゾールノボラック、ビスフェノールＡ
型ノボラック、ナフトールノボラックおよびフェノール
アラルキル樹脂等があげられ、特に低粘度のものを用い
ることが好ましい。なかでも、水酸基当量が８０〜３０
０ｇ／ｅｑで、軟化点が１２０℃以下のものを用いるこ
とが好ましい。特に好ましくは、水酸基当量１００〜２
５０ｇ／ｅｑで、軟化点６０〜１１０℃である。そし
て、上記エポキシ樹脂としてビフェニル型エポキシ樹脂
を用いる場合には、その硬化剤としてフェノールアラル
キル樹脂を用いることが好ましい。

【００１２】上記エポキシ樹脂とフェノール樹脂の配合
割合は、エポキシ樹脂中のエポキシ基１当量に対してフ
ェノール樹脂中の水酸基当量を０．５〜１．６の範囲に
設定することが好ましい。より好ましくは０．８〜１．
２の範囲に設定することである。

【００１３】また、通常、半導体封止用のエポキシ樹脂
組成物には、上記エポキシ樹脂およびフェノール樹脂と
ともに無機質充填剤を用いてもよい。この無機質充填剤
としては、従来から用いられている各種無機質充填剤、
例えば、シリカ粉末，タンカル，チタン白等があげられ
る。なかでも、球状シリカ粉末，摩砕処理シリカ粉末，
破砕状シリカ粉末が好ましく用いられ、特に溶融球状シ
リカ粉末を用いることが好ましい。そして、上記無機質
充填剤としては、最大粒径が１００μｍ以下のものを用
いることが好ましい。また、上記最大粒径とともに、平
均粒径が１〜２０μｍのものを用いることが好ましい。

【００１４】上記無機質充填剤の含有割合は、エポキシ
樹脂組成物全体の０〜６０重量％の範囲に設定すること
が好ましい。より好ましくは０〜３０重量％であり、特
に好ましくは０〜２０重量％である。すなわち、無機質
充填剤の含有量が６０重量％を超えると、封止用樹脂の
溶融粘度が高くなることから充填性が悪くなるからであ
る。

【００１５】そして、本発明に用いられるエポキシ樹脂
組成物には、フッ素樹脂粉末が用いられ、このフッ素樹
脂粉末としては、最大粒径が２００μｍ以下で、融点が
２００℃以上のものが用いられる。より好ましくは融点
が１００℃以上である。また、上記最大粒径とともに、
平均粒径が１〜５０μｍのものを用いることが好まし
く、特に好ましくは平均粒径が５〜４０μｍである。ま
た、上記フッ素樹脂粉末としては、このフッ素樹脂粉末
を熱処理して融着凝集させた二次粒子体を含む。そし
て、上記フッ素樹脂粉末としては、ポリテトラフルオロ
エチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パー
フルオロアルコキシコポリマー（ＰＦＡ）、テトラフル
オロエチレン−ヘキサフルオロプロピレンコポリマー
（ＦＥＰ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴ
ＦＥ）、テトラフルオロエチレン−エチレンコポリマー
（ＥＴＦＥ）等のフッ素樹脂粉末があげられる。なかで
も、フッ素含有率が最大であるＰＴＦＥ樹脂粉末を用い
ることが、高温での形状安定性という観点から特に好ま
しい。

【００１６】上記フッ素樹脂粉末の含有量は、エポキシ
樹脂組成物全体の１０〜８０重量％の範囲に設定する必
要がある。より好ましくは２０〜７５重量％であり、特
に好ましくは４０〜７０重量％である。すなわち、フッ
素樹脂粉末の含有量が１０重量％未満のように少な過ぎ
ると、エポキシ樹脂組成物硬化体自体の比誘電率の低減
効果が不充分であり、８０重量％を超えて多過ぎると、
低圧トランスファー成形時の溶融粘度が高くなり過ぎる
からである。

【００１７】なお、本発明に用いられエポキシ樹脂組成
物には、上記エポキシ樹脂，フェノール樹脂，無機質充
填剤およびフッ素樹脂粉末以外に、必要に応じて、硬化
促進剤，低応力化剤，顔料，離型剤，難燃剤，カップリ
ング剤等各種の添加剤を適宜に配合することができる。

【００１８】上記硬化促進剤としては、従来公知のも
の、例えば、１，８−ジアザ−ビシクロ（５，４，０）
ウンデセン−７、トリエチレンジアミン等の三級アミノ
類、２−メチルイミダゾール等のイミダゾール類、トリ
フェニルホスフィン、テトラフェニルホスホニウムテト
ラフェニルボレート等のリン系硬化促進剤等があげられ
る。

【００１９】上記低応力化剤としては、側鎖エチレング
ライコールタイプジメチルシロキサン等のシリコーン化
合物，アクリロニトリル−ブタジエンゴム等があげられ
る。

【００２０】上記顔料としては、カーボンブラック、酸
化チタン等があげられる。また、上記離型剤としては、
ポリエチレンワックス、カルナバワックス、脂肪酸塩等
があげられる。さらに、上記難燃剤としては、ブロム化
エポキシ樹脂等があげられ、これに三酸化アンチモン等
の難燃助剤等が用いられる。

【００２１】また、上記カップリング剤としては、γ−
グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β−（３，
４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラ
ン等のシランカップリング剤等があげられる。

【００２２】本発明に用いられる上記エポキシ樹脂組成
物は、例えばつぎのようにして得ることができる。すな
わち、エポキシ樹脂，フェノール樹脂，無機質充填剤お
よびフッ素樹脂粉末、ならびに、上記硬化促進剤，離型
剤，顔料等の他の添加剤を所定量配合し、熱ロールやエ
クストルーダー、ニーダー等を用い充分に溶融分散によ
り混合した後、冷却して粉砕し、場合によりタブレット
状に圧縮成形することにより得ることができる。

【００２３】このようにして得られるエポキシ樹脂組成
物を用いての半導体素子の封止方法は、特に限定するも
のではなく、通常の低圧トランスファー成形等の公知の
成形方法によって行うことができる。

【００２４】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。

【００２５】まず、下記に示す各材料を準備した。 〔エポキシ樹脂ａ〕ｏ−クレゾールノボラックエポキシ
樹脂（エポキシ当量１９５）

【００２６】〔エポキシ樹脂ｂ〕３，３′，５，５′−
テトラメチルビフェニルジグリシジルエーテル（エポキ
シ当量１９２）

【００２７】〔フェノール樹脂ｃ〕フェノールノボラッ
ク樹脂（水酸基当量１０６）

【００２８】〔フェノール樹脂ｄ〕フェノールアラルキ
ル樹脂（水酸基当量１７０）

【００２９】〔シリカ粉末〕溶融球状シリカ粉末（平均
粒径１５μｍ）

【００３０】〔リン系硬化促進剤〕トリフェニルホスフ
ィン

【００３１】〔難燃剤〕臭素化フェノールノボラックエ
ポキシ樹脂（エポキシ当量２８０）

【００３２】〔難燃助剤〕三酸化アンチモン

【００３３】〔離型剤〕カルナバワックス

【００３４】〔顔料〕カーボンブラック

【００３５】〔シランカップリング剤〕β−（３，４−
エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン

【００３６】〔ＰＴＦＥ粉末α〕平均粒径０．３μｍ，
最大粒径２００μｍ以下，真比重約２．２，融点３２０
℃

【００３７】〔ＰＴＦＥ粉末β〕上記ＰＴＦＥ粉末αを
用い、これを熱処理して一次粒子を平均粒径が７μｍま
で融着凝集させた二次粒子体

【００３８】〔ＰＴＦＥ粉末γ〕上記ＰＴＦＥ粉末αを
用い、これを熱処理して一次粒子を平均粒径が３０μｍ
まで融着凝集させた二次粒子体

【００３９】

【実施例１〜１３、比較例１〜８】上記各成分を、下記
の表１〜表３に示す割合にて配合し、１１０〜１２０℃
に熱した熱ロールで５分間溶融混練して、冷却した後粉
砕して１０メッシュパスのエポキシ樹脂組成物粉末を得
た。

【００４０】

【表１】

【００４１】

【表２】

【００４２】

【表３】

【００４３】このようにして得られたエポキシ樹脂組成
物粉末を用いて、成形圧力７０ｋｇ／ｃｍ² 、金型温度
１７５℃、成形時間２分間の条件でトランスファー成形
した後、後硬化を１７５℃で５時間実施することによ
り、厚さ３ｍｍ×直径５０ｍｍの円盤状硬化体を作製し
た。そして、銀ペーストにより主電極の直径３０ｍｍ，
ガード電極の直径３２ｍｍ，対抗電極の直径４５ｍｍの
銀電極を作製した後、測定周波数１ＭＨｚ，温度２５℃
で上記硬化体の静電容量とコンダクタンス値を測定して
比誘電率を算出した。その結果を後記の表４〜表６に示
す。

【００４４】また、上記エポキシ樹脂組成物粉末を用い
て、４２アロイリードフレームに市販のエポキシ銀ペー
ストでダイボンドされた、アルミニウム配線を表面に施
したシリコンチップ（ＴＥＧ）を、トランスファー成形
（条件：金型温度１７５±５℃、注入圧力７０±５ｋｇ
／ｃｍ² ）した後、後硬化を１７５℃で５時間実施する
ことにより、１６ピンデュアルインラインパッケージ
（１６ｐｉｎＤＩＰ）型樹脂モールドパッケージ半導体
装置を作製した。この半導体装置を、１２１℃×２気圧
の水蒸気密閉容器中に所定時間（２００時間，５００時
間，１５００時間）放置して耐湿性試験を行った。そし
て、シリコンチップ上のアルミニウム配線抵抗が１００
Ω以上の場合を不良として評価することとし、耐湿性試
験に投入した全パッケージ数に対する不良発生パッケー
ジ数を計数した。その結果を後記の表４〜表６に示す。

【００４５】さらに、上記エポキシ樹脂組成物粉末を用
いて流動性の評価を行った。すなわち、まず、エポキシ
樹脂組成物粉末を用いて、タブレット状（直径２４．５
ｍｍ×厚み２０ｍｍ）に予備成形した。このタブレット
を予め規定温度（１７５±５℃）に加熱した渦巻状のス
パイラルフロー用金型のポットの奥まで挿入し、型締め
して型締め圧力を２１０±１０ｋｇ／ｃｍ² まで上げ
た。つぎに、型締め圧力が２１０±１０ｋｇ／ｃｍ² に
達した時点で、プランジャーでエポキシ樹脂組成物を注
入し、注入圧力７０±５ｋｇ／ｃｍ² に到達した後、１
分５０秒間注入圧力をかけた。ついで、トランスファー
成形機のプランジャー圧力を抜き、さらに型締め圧を抜
いて金型を開いた。そして、成形物の渦巻長さを最小
２．５ｍｍまで測定してスパイラルフロー値とした（Ｅ
ＭＭＩ １−６６に準ずる）。その結果を後記の表４〜
表６に示す。

【００４６】

【表４】

【００４７】

【表５】

【００４８】

【表６】

【００４９】上記表４〜表６の結果から、実施例品の比
誘電率は比較例品のものと比べても低く、比誘電率の低
減効果は明らかである。さらに、実施例品のスパイラル
フロー値は適正な値であり流動性に関しては問題はなか
った。さらに、耐湿性試験では、２００時間，５００時
間および１５００時間のいずれの所定時間の放置後にお
いも不良パッケージが発生せず、耐湿信頼性においても
優れたものであることがわかる。

【００５０】これに対して、ＰＴＦＥ粉末を配合しなか
った比較例１〜２品は耐湿性試験に関しては問題なく耐
湿信頼性に優れたものであったが、比誘電率が高く、さ
らに金型内でのウスバリが多発した。また、ＰＴＦＥ粉
末の含有量が１０重量％未満である比較例３，４品で
は、上記比較例１，２品と同様、耐湿信頼性に優れたも
のであったが、比誘電率の低減効果が得られず、比誘電
率が高かった。また、比較例５，６品に関しては、スパ
イラルフロー値が極端に低く、成形性に劣っており、実
際、硬化体および半導体パッケージを成形することがで
きなかった。さらに、残りの比較例品である比較例７，
８品に関しても、同様に硬化体および半導体パッケージ
を成形することができなかった。

【００５１】

【発明の効果】以上、本発明の半導体装置は、フッ素樹
脂粉末を特定の割合で含有するエポキシ樹脂組成物によ
り樹脂封止されたものである。このように、樹脂封止に
用いられるエポキシ樹脂組成物が、著しく比誘電率が低
減された低誘電率のエポキシ樹脂組成物であるため、こ
のエポキシ樹脂組成物の硬化体により樹脂封止された半
導体装置は、優れた耐湿信頼性と成形性とともに、高周
波特性にも優れたものである。

【００５２】このようなことから、本発明の半導体装置
は、従来からの特徴である、各種信頼性，量産性に優
れ、低価格であるという点に加えて、高周波化に対応し
た樹脂封止型半導体装置であり、従来のセラミック封止
型半導体装置に代わるものであるといえる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フッ素樹脂粉末をエポキシ樹脂組成物全
   体の１０〜８０重量％の割合で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。
2. 【請求項２】 上記フッ素樹脂がポリテトラフルオロエ
   チレンである請求項１記載の半導体装置。
3. 【請求項３】 フッ素樹脂粉末をエポキシ樹脂組成物全
   体の１０〜８０重量％の割合で含有してなる半導体封止
   用エポキシ樹脂組成物。