JPS62128162A

JPS62128162A - 半導体装置

Info

Publication number: JPS62128162A
Application number: JP60269131A
Authority: JP
Inventors: Toku Nagasawa; 徳長沢; Kazuo Iko; 伊香　和夫
Original assignee: Nitto Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1985-11-28
Filing date: 1985-11-28
Publication date: 1987-06-10
Anticipated expiration: 2009-10-19
Also published as: JPH0682764B2

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、信頼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、湿度に対して強く、
しかも中空パッケージのため機械的強度も高く信頼性の
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。

上記エポキシ樹脂組成物としては、特に、０−クレゾー
ルノボラックエポキシ樹脂と、硬化剤としてのフェノー
ルノボラック樹脂、その他、硬化促進剤としての第三級
アミン化合物、無機充填剤としての溶融シリカ等で構成
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）に優れているとして貫層されている。

〔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、例えば８ピ
ン以上特に１６ビン以上のような大形半導体装置の封止
材料としては、素子に加わる収縮応力が大きくなりすぎ
て、耐熱衝撃性の低下や残留応力の増加を招く傾向があ
る。

これらの欠点は、特に冷熱試験を行うと顕著に判明する
。すなわち、上記従来の大形半導体装置について冷熱試
験を行うと、封止樹脂や素子の保護膜であるパッシベー
ション膜に水分侵入路となるクラックが発生する。この
ように冷熱試験でクラックを生じるような装置は、通常
の使用状態においてもクラックを生じやすいものであり
、耐湿性等の諸特性が劣り、半導体装置としての信頼性
にいまひとつ欠ける。

このため、封止樹脂にシリコーンオイルを添加して低応
力化を図ること等が提案されているが、シリコーンオイ
ルを添加すると、得られる半導体装置の封止樹脂部にマ
ーク表示をする場合の捺印性が悪くなる等の問題が生じ
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として特殊な成分組
成のものを用いることにより、大形半導体装置等の封止
に充分対応でき、低応力性、捺印性、耐湿性等の特性に
著しく優れた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。

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）硬化剤。

（Ｃ）つぎの弐で示されるシリコーンパウダー　〇（ＲＳｉ０３ｙ□）、ｌ〔但し、Ｒは一価の有機基である。〕（Ｄ）エポキシ基、アミノ基、水酸基、メルカプト基お
よびカルボキシル基からなる群から選ばれた少なくとも一つの官能基を有するシリコーンオイル。

すなわち、本発明者らは、半導体装置の捺印性を阻害す
ることなく低応力性の向上を図るために、特にエポキシ
樹脂組成物に使用するシリコーン系材料を中心に一連の
研究を重ねた結果、一般式（ＲＳｉＯ３７□）、、で示
されるシリコーンパウダーと、特定のシリコーンオイル
を併用すると、所期の目的を達成しうろことを見いだし
この発明に到達したのである。

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、硬化剤（Ｂ成分）と、上記一般式で示さ
れるシリコーンパウダー（Ｃ成分）と、特定のシリコー
ンオイル（Ｄ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。

このようなエポキシ樹脂組成物は、特に上記Ｃ成分の使
用により、低応力性、捺印性および耐湿性に優れたプラ
スチックパッケージになりうるちのであり、信頼度の高
い半導体装置を実現しうるのである。

上記エポキシ樹脂組成物のＡ成分となるエポキシ樹脂は
、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い。すなわち、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
のエポキシ樹脂が好適であり、その他、ビスフェノール
Ａのジグリシジルエーテルやその多量体であるエピビス
型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、し
　　′ゾルシン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂等
も好適なエポキシ樹脂として使用可能である。

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５０〜１３０℃のものが用いら
れ、このうち、タレヅ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６０〜１
）０℃のものが一般に用いられる。また、フェノールノ
ボラック型エポキシ樹脂としては、エポキシ当量１６０
〜２００°Ｃ１軟化点６０〜１）０℃のものが一般に用
いられる。

上記エポキシ樹脂と共に用いられるＢ成分の硬化剤とし
てはノボラック型フェノール樹脂、酸無水物またはアミ
ンを好適な例としてあげることができ、これらは単独で
、あるいは併用して使用できる。

上記ノボラック型フェノール樹脂としては、フェノール
、クレゾール、ビスフェノールＡ等のフェノール類とホ
ルアルデヒド等のアルデヒド類を酸性触媒下で縮合する
ことにより得られるフェノールノボラック樹脂、クレゾ
ールノボラック樹脂、ビスフェノールＡノボラック樹脂
等をあげることができ、特に軟化点５０−１３０℃のも
のが好ましい。

上記酸無水物としては、無水フタル酸、無水マレイン酸
、無水メチルテトラヒドロフタル酸、無水テトラヒドロ
フタル酸、無水トリメリット酸、無水メチルエンドメチ
レンテトラヒドロフタル酸、シクロヘキサン−１，２−
ジカルボン酸無水物、シクロヘキサン−３，４−ジカル
ボン酸無水物、トリメリット酸無水物のエチレングリコ
ールエステル等をあげることができる。

またアミンとしては、ｍ−フェニレンジアミン、ｐ−フ
ェニレンジアミン、４．４°　−ジアミノジフェニルメ
タン、４，４゛　−ジアミノジフェニルスルフィド、１
．５−ジアミノナフタリン、２．４−ビス（β−アミノ
−１−ブチル）トルエン、ビス（ｐ−β−アミノ−１−
ブチルフェニル）エーテル、ビス（ｐ−β−メチル−〇
−アミノフェニル）ベンゼン、■、３−ジアミノー４−
イソプロピルベンゼン、ｍ−キシリレンジアミン、ｐ−
キシリレンジアミン、２．４−ジアミノトルエン、２，
６−ジアミノトルエン、ビス（４−アミノシクロヘキシ
ル）メタン、３−メチルへブタメチレンジアミン、４，
４−ジメチルへブタメチレンジアミン、オクタメチレン
ジアミン、２，５−ジメチルへキサメチレンジアミン、
２，５−ジメチルへブタメチレンジアミン、３−メチル
へブタメチレンジアミン、１，４−シクロヘキサンジア
ミン等をあげることができる。

この発明に用いるＣ成分のシリコーンパウダーは、従来
知られている線状高分子、あるいはゴム状であるシリコ
ーンゴム、さらにはシリコーンオイル等のシリコーン化
合物とは異なり、一般式（ＲＳｉＯ＊ｚ□）、、で示さ
れるところの、緻密な三次元網目構造を有するオルガノ
ポリシロキサンの粉体である。すなわち、このシリコー
ンパウダーは、例えば下記の構造（以下余白）を有し、点線で囲まれた部分を繰り返し単位とするもの
である。

このシリコーンパウダーは、粒径が小さければ小さい程
耐熱衝撃性および残留応力の低下に対してより好ましい
効果を与えるため、この観点から少なくとも２００μｍ
以下の粒径のものを使用することが好ましい。特に、こ
のことは、この発明のエポキシ樹脂組成物をトランスフ
ァーモールドに供する場合におけるゲート詰まり等の問
題の点からもいいうろことであり、粒径は小さければ小
さい程よい。

また、このシリコーンパウダーの粒子形状は球状である
方が分散性に優れ、前記半導体装置の耐熱衝撃性および
残留応力の低下に対しより有効性をもつため好ましい。

なお、前記のシリコーンパウダーの式において、すでに
述べたようにＲは一価の有機基であるが、それを具体的
に例示すると、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチ
ル基、シクロアルキル基等のアルキル基、ビニル基、ア
リル基等のアルケニル基、フェニル基、キシリル基等の
アリール基、フェニルエチル基等のアラルキル基、ある
いはエポキシ基、アミン基、水酸基、カルボキシル基、
カルボン酸エステル基もしくはメルカプト基を有する一
価の有機置換基があげられる。

この発明に用いるシリコーンパウダーは、Ｒが上記有機
基のいずれか１種のみであるホモポリマーによるもので
あっても、またＲが上記有機置換基の２種以上であるコ
ポリマーによるものであってもよい。

また、この発明に用いるＤ成分のシリコーンオイルは、
エポキシ樹脂、硬化剤のような樹脂系の変性剤としての
作用を有するものであってエポキシ基、アミノ基、水酸
基、メルカプト基、カルボキシル基からなる群から選ば
れた少なくとも一つの官能基を有するシリコーンオイル
より構成される。このオイルは単独で用いてもよいし、
数種を併用してもよい。そして、官能基以外の部分の化
学構造は、ポリジメチルシロキサンが好ましいが、一部
がメチル基に代えてフェニル基で置換されていてもよい
。

上記官能基は、シリコーン分子末端に結合していても、
側鎖として結合していてもよい。

このようなシリコーンオイルの分子量は、１００以上１
ｏｏｏｏｏ以下が好ましい。すなわち、分子量が１００
未満ではシリコーン分子が、硬化樹脂の骨格の可塑剤と
して作用して半導体装置の信頼性を低下させ、逆に、分
子量が１０００００を超えると、シリコーン分子が樹脂
系に対して親和性を示さず、実質的に樹脂系と化学反応
、すなわち、変性することが困難となり、この発明の効
果が小さくなる。

また、官能基当たりの当量は１００以上１０００００以
下であることが好ましい。これは上記と同じ理由による
ものである。

なお、この発明のシリコーンオイルは予めＡ成分である
°エポキシ樹脂およびＢ成分である硬化剤の少なくとも
一方と反応させてから他の原料と混合することが好まし
い。

また、この発明では、上記Ａ成分、Ｂ成分、Ｃ成分およ
びＤ成分以外に必要に応じて硬化促進剤、充填剤、離型
剤等のその他の原料を用いることができる。硬化促進剤
としては、フェノール硬化エポキシ樹脂の硬化反応の触
媒となるものは全て用いることができ、例えば、２，４
．６−１−リ　（ジメチルアミノメチル）フェノール、
２−メチルイミダゾール、トリフェニルホスフィン等を
あげることができる。充填剤としては、石英ガラス粉珪
石粉、タルク等を用いることができる。離型剤としては
、従来公知のステアリン酸、パルミチン酸等の長鎖カル
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、エステ
ル系ワックス類等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、例えばＢ成分
である硬化促進剤としてノボラック型フェノール樹脂あ
るいは酸無水物を用いた場合、つぎのようにして製造す
ることができる。すなわち、まず前記エポキシ樹脂（Ａ
成分）と硬化剤（Ｂ成分）の少なくとも一方をシリコー
ンオイル（Ｄ成分）で変性し、この変性物とシリコーン
パウダー　（Ｃ成分）および必要に応じて硬化促進剤、
離型剤、充填剤等のその他の原料を混合し、８０〜１２
０℃で数分間混練することにより製造することができる
。なお、硬化促進剤を用いる場合には、通常、得られる
エポキシ樹脂組成物の１５０℃でのゲル化時間が３０〜
９０秒となるようにその添加量を調整して使用すること
が行われる。一方、硬化剤としてアミン系硬化剤を用い
たときは、シリコーンパウダーをエポキシ樹脂あるいは
該硬化剤と前もって溶融混練後、微粉砕しておき、全成
分をトライブレンドするのが好ましい。

この発明において、上記硬化剤（Ｂ成分）の含有量は、
エポキシ樹脂（Ａ成分）を硬化させることができる充分
な量、すなわち、前記エポキシ樹脂の１エポキシ当量当
たり、０．４〜２．０当量、好ましくは０．６〜１．５
当量用いることが好ましい。

より具体的には、前記エポキシ樹脂の１エポキシ当量に
対して硬化剤としてノボラック型フェノール樹脂を用い
た場合には、０．５〜２．０当量、好ましくは０．８〜
１．５当量、また硬化剤として酸無水物を使用した場合
では０．４〜１．２当量、好ましくは０．６〜１．０当
量、さらに硬化剤としてアミンを用いた場合には０．５
〜２．０当量、好ましくは０゜８〜１．５当量とするこ
とが望ましい。

また、シリコーンパウダー（Ｃ成分）の含有量は、エポ
キシ樹脂組成物全体に対して２重世％（以下「％」と略
す）以上で、かつ無機成分と合わせた添加量が８０％以
下になることが好ましい。

すなわち、２％未満では低応力性を改良するためにシリ
コーンオイルを多く添加しなければならなくなり得られ
る半導体装置の捺印性が悪くなるからである。また、シ
リコーンパウダーと無機成分の合計添加量が８０％を超
えると封止樹脂組成物の分散性や流動性に問題が生じ、
得られる半導体装置が封止樹脂未充填のため欠陥品とな
るからである。

さらに、シリコーンオイル（Ｄ成分）の含有量は、硬化
促進剤や充填剤等の添加成分を除いたエポキシ樹脂組成
物（Ａ成分子Ｂ成分十〇成分十〇成分）に対して１５％
以下とすることが好ましい。１５％を超えると、得られ
る半導体装置の捺印性に問題が生じやすいからである。

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、極めて低応力性
、捺印性、耐湿性に優れている。

Ｃ発明の効果〕以上のように、この発明の半導体装置は、シリコーンパ
ウダー（Ｃ成分）とシリコーンオイル（Ｄ成分）を含む
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バフケージが、従来のエポキシ樹脂
組成物製のものとは異なるため、捺印性を確保したまま
で低応力化が実現されており、耐湿性に優れ、信顛度が
高（なっている。特に、上記特殊なエポキシ樹脂組成物
による封正により、超ＬＳＩ等の封正に充分対応でき、
素子サイズが１６１）１）２以上の大形半導体装置にお
いて、上記のような高信頼度が得られるようになるので
あり、これが最大の特徴である。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

まず、つぎのようにしてエポキシ樹脂組成物をつくった
。

〔実施例１〕攪拌機付セパラブルフラスコ中で０−クレゾールノボラ
ックエポキシ樹脂（エポキシ当量２２０、軟化点８０℃
）５６重量部（以下「部」と略す）を加熱溶融し、この
中に両末端アミノプロピルポリジメチルシロキサン（ア
ミン当量１００００）１５部を投入し、１７０℃で４時
間攪拌用合した。得られた変性物の全量とフェノールノ
ボラックエポキシ樹脂（水酸基当量１）０．軟化点８０
℃）２８部、　　（Ｃｔｌ＋Ｓｉ：＋ｚ□）、％で表さ
れるオルガノシリコーンパウダー（平均粒径５０μ）５
０部、溶融性シリカ粉末３４５部、シランカップリング
剤（日本ユニカー社製、Ａ−１８６）２部、カーボンブ
ラック２部、硬化促進剤（２，４，６−ドリスジメチル
アミノメチルフエノール）０．４５部および離型剤カル
ナバワックス２．５部を８０〜１００℃の熱ロールで３
分間溶融混練して冷却したのち粉砕し、１０メツシュパ
ス粉体とし、半導体素子封止用のエポキシ樹脂組成物を
得た。

〔実施例２．　４．　６］後記の第１表に示す配合で各原料を用い、シリコーンパ
ウダーとシリコーンオイルの種類を代えた。それ以外は
全て実施例１と同様にして目的とするエポキシ樹脂組成
物を得た。なお、用いたシリコーンパウダーの種類を第
２表に、シリコーンオイルの種類を第３表に示した。

Ｃ実施例３，５、比較例１〜３〕第１表に示す量のフェノール樹脂およびシリコーンオイ
ルを攪拌機付セパラブルフラスコ中で溶融混合し、この
中に第１表に示す量の硬化促進剤を添加し、１７０℃で
４時間攪拌混合した。得られた変性物の全量と第１表に
示す他の原料を８０〜１００℃の熱ロールで３分間溶融
混練して冷却したのち粉砕し、１０メツシュパス粉体と
し、半導体素子封止用のエポキシ樹脂組成物を得た。用
いたシリコーンパウダーとシリコーンオイルの種類を第
２表、第３表に示した。

（以下余白）第　　１　　表（以下余白）第　　２　　表（以下余白）第　　３　　表（以下余白）つぎに、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、充填性と捺印性を調
べるため、４８個取り金型で４２ピンＤＩＰを成形した
。モールドは、低圧トランスファー成形法を用いた。す
なわち、高周波加熱装置を用いて９０℃に予め熱したタ
ブレットを１７５℃の金型に設定注入時間２０秒で注入
し、成形時間２分で成形した。

このようにして得られた４２ピンＤＩＰの成形物表面に
ボンマークＣ２Ｍを捺印し、１７５℃で５時間ポストキ
ュアしたのち、トリクロロエチレンをしみ込ませた綿棒
で荷重５００ｇをかけ、完全に消えるまでの往復回数を
求めて評価した。

耐熱衝撃試験は、耐熱衝撃試験用素子を同様にしてモー
ルドしたのち１７５°Ｃで５時間ポストキュアしたもの
を４０個用意した。この試料を１５０℃と一８０℃のシ
リコ“−ンオイルに５分間ごとに交互に浸漬することを
５００サイクル行い、その後パッケージを発煙硝酸によ
って加熱溶解除去し、素子表面の保護膜である窒化珪素
膜にクラックの認められたものの個数を求めて評価した
。その結果を下記の第４表に示した。

第４表の結果から、実施測高は耐熱衝撃性、充填性、捺
印性の全てに優れており、バランスのとれた信頼性の高
い半導体装置を実現しうろことがわかる。

これに対し、比較別品は、シリコーンパウダーを入れな
いものは捺印性が悪く、シリコーンオイルを入れないも
のは充填性が悪く、両方とも入れないものは耐熱衝撃性
が悪い。

Claims

【特許請求の範囲】

（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）硬化剤。（Ｃ）つぎの式で示されるシリコーンパウダー。（ＲＳｉＯ＿３＿／＿２）＿ｎ〔但し、Ｒは一価の有機基である、〕（Ｄ）エポキシ基、アミノ基、水酸基、メルカプト基お
よびカルボキシル基からなる群から選ばれた少なくとも一つの官能基を有するシリコーンオイル。