JPS62254454A - 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、内部応力が小さく耐湿偉績性および耐熱衝
撃性に優れた封止用樹脂組成物で封止された半導体装置
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機
械的強度も高く、気密封止のため耐湿性にも優れており
、温度　、湿度に対して強く、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封止樹脂が主流にな
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、無機質充填剤としてのシリカ粉等の組成系で構成
されるものが、封止作業性（特にトランスファー成形作
業時の成形性）等に優れたもの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、最近では、半導体分野の技術革新によっ
て集積度の向上とともに素子サイズの大形化、配線の微
細化が進み、この種の封止用樹脂で半導体素子をモール
ドすると、従来殆ど問題にされていなかった樹脂の応力
により、パッシベーション膜や素子自体にクラックを生
じたり、アルミ配線にずれ等を生じるということがわか
ってきた。これは、素子自体の寸法が大きくなる程顕著
に現れる。したがって、今日では、この対策として、素
子に加わる応力の小さい樹脂（低応力樹脂）の開発が大
きな課題となっている。この目的達成の方法として、エ
ポキシ樹脂やフェノール樹脂自体を可撓化したり、可塑
剤を添加することが考えられる。しかし、このようにす
ることは、フェノール樹脂を硬化剤とするエポキシ樹脂
組成物では硬化樹脂のガラス転移点が降下し高温電気特
性が低下するため信頼性の点で問題がある。また、合成
ゴム等を添加して素子に加わる応力を小さくし、低応力
化を図ることも考えられるが、合成ゴムを添加すること
によって樹脂組成物の半導体素子およびリードフレーム
に対する密着性が低下し、耐湿性が悪くなり信頼性が低
下する。

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、超ＬＳＩ等の封正に充分
対応でき、低応力性、耐熱性、耐湿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。

〔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）および（Ｂ）成分を含有し、さらに（Ｃ）
および（Ｄ）成分の少なくとも一方を含有しているエポ
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。

（Ａ）エポキシ樹脂。

（Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂。

（Ｃ）下記の式（１）で表されるオルガノポリシロキサ
ンと下記の式（２）で表されるエポキシ樹脂との付加反
応生成物。

（余白） （Ｄ）下記の式（３）で表されるオルガノポリシロキサ
ンと下記の式（４）で表されるフェノール系化合物との
付加反応生成物。

なお、この発明において、付加反応生成物とは全て付加
反応したものに限らず、未反応原料を一部に含有してい
るものも含む意味で用いている。

すなわち、本発明者らは、封止材料であるエポキシ樹脂
組成物硬化体の低応力性を、高温電気特性や耐湿信幀性
を損なうことなく向上させるために鋭意研究を重ねた結
果、特定のオルガノポリシロキサンと特定のエポキシ樹
脂もしくはフェノール系化合物との付加反応生成物を添
加して得られるエポキシ樹脂組成物の硬化体が、低応力
性に優れ、かつ耐熱性、耐湿性においても高い信幀度を
示す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、ノボラック型フェノール樹脂（Ｂ成分）
とを用い、さらに２種類の付加反応生成物（Ｃ成分、Ｄ
成分）のいずれか一方もしくは双方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、タレゾールノボラック型
エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、
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、レゾルシン型エポキシ樹脂。

脂環式エポキシ樹脂、ヘテロ環式エポキシ樹脂等が好適
なエポキシ樹脂として使用可能である。

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
用いることが好結果をもたらす。

また、エポキシ樹脂としては、前記の各種エポキシ樹脂
のうち、ノボラック型エポキシ樹脂が特に好ましく、こ
のうち、フェノールノボラック型エポキシ樹脂としては
、通常エポキシ当ｆｉ１６０〜２５０、軟化点５０〜１
３０℃のものが用いられ、ク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。

上記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、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、０−
ク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、〇−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℃、フェノー
ル当量が７０〜１５０のものを用いることが好ましい。

上記Ｃ成分は、特定のオルガノポリシロキサンと特定の
エポキシ樹脂とを反応させて得られる特殊な付加反応生
成物である。

上記Ｃ成分の一構成成分である特定のオルガノポリシロ
キサンとしては、下記の一般式（１）で示されるポリシ
ロキサン骨格を有するオルガノポリシロキサンが用いら
れる。

上記一般式（１）で表される化合物の具体例として、２
価の置換基であるＲ１が、非置換もしくは置換アルキレ
ン基であるものや、 Ｈ であるものがあげられ、特に好適なのは後者である。こ
こで、非置換アルキレン基とはアルキレン基が全て炭素
原子および水素原子で構成されているものをいい、置換
アルキレン基とは上記非置換アルキレン基の水素原子を
置換基で置換したものをいう、具体的には、上記２価の
有機基Ｒ＋が、炭素数２〜１０の非置換アルキレン基や
上記式で表される化合物を使用することが好適である。

また、上記一般式（１）で表される化合物のうち、Ｒ１
はいずれもメチル基であるものが好適である。

上記式（１）のオルガノポリシロキサンは、分子量が５
００〜２００００のものが望ましく、そのなかでも特に
、５００〜５０００程度のものが好適に用いられる。５
００未満では低応力性に効果が少なく、２００００を超
えるとＣ成分の他の構成成分であるエポキシ樹脂との付
加反応性が悪くなるためである。

一方、上記Ｃ成分の他の構成成分である特定のエポキシ
樹脂としては、下記の一般式（２）で示されるエポキシ
樹脂が用いられる。

なお、上記式（２）において、繰返し単位数ｍを０−１
５個に限定するのは、つぎの理由による。

すなわち、繰返し単位数が１５個より多いと、得られる
エポキシ樹脂組成物硬化体において耐熱性が悪くなるか
らである。上記繰返し単位数ｍは０〜５個のものが特に
好適である。このようなエポキシ樹脂としては、油化シ
ェルエポキシ社製のエピコート８２８．エピコート１０
０１．エビコ−）１００４等があげられる。

上記特定のオルガノポリシロキサンと特定のエポキシ樹
脂とを付加反応させる際のオルガノポリシロキサンとエ
ポキシ樹脂との混合割合は、オルガノポリシロキサン中
のフェノール当量（イ）とエポキシ樹脂中のエポキシ当
ｉｔ（ロ）の当量比（イ）／（ロ）が３７１〜１／３に
なるように設定することが好適である。すなわち、この
範囲外では付加反応終了後に未反応のオルガノポリシロ
キサンあるいはエポキシ樹脂が多く残存することになり
、得られるエポキシ樹脂組成物硬化体の耐熱性が低下す
る傾向がみられるからである。

なお、上記付加反応を促進するために、通常、三級アミ
ン系触媒が用いられる。上記三級アミン系触媒としては
、例えば、Ｎ、Ｎ’　−ジメチルピペラジン、１．４−
ジアザビシクロ（２，２，２）オクタン（トリエチレン
ジアミン）、ピリジン、ピコリン、１．８−ジアザビシ
クロ（５，４゜０）ウンデセン−７、ベンジルジメチル
アミン、２−メチルイミダゾールをあげることができる
。

また、この発明に用いられるＤ成分は、特定のオルガノ
ポリシロキサンと特定のフェノール系化合物とを反応さ
せて得られる特殊な付加反応生成物である。

上記り成分の一構成成分である特定のオルガノポリシロ
キサンとしては、下記の一般式（３）％式％ で示されるポリシロキサン骨格を有するオルガノポリシ
ロキサンが用いられる。

上記一般式（３）で示される化合物のなかでも、２価の
置換基であるＲ４が、非置換もしくは置換アルキレン基
か、非置換もしくは置換フェニレン基であるものを使用
することが好適である。具体的には、上記２価の有機基
Ｒ４として、炭素数２〜１０の非置換アルキレン基を有
する化合物を使用することが好適である。また、上記一
般式（３）で表される化合物のうち、Ｒ３はいずれもメ
チル基であるものが好適である。

上記式（３）のオルガノポリシロキサンは、分子量が５
００〜２００００のものが望ましく、そのなかでも特に
、５００〜５ｏｏｏ程度のものが好適に用いられる。５
００未満では低応力性に効果が少なく、２００００を超
えるとＤ成分の他の構成成分であるフェノール系化合物
との付加反応性が悪くなるためである。

一方、上記り成分の他の構成成分である特定のフェノー
ル系化合物としては、下記・の一般式（４）で示される
フェノール系化合物が用いられる。

なお、上記式（４）において、繰返し単位の数ｐを０〜
１５個に限定するのは、つぎの理由による。すなわち、
繰返し単位の数が１５個より多いと、得られるエポキシ
樹脂組成物硬化体において耐熱性が悪くなるからである
。上記繰返し単位数ｐは０〜８個のものが特に好適であ
る。

上記特定のオルガノポリシロキサンと特定のフェノール
系化合物とを付加反応させる際のオルガノポリシロキサ
ンとフェノール系化合物との混合割合は、オルガノポリ
シロキサン中のエポキシ当・量（ハ）とフェノール系化
合物中のフェノール当量（ニ）の当量比（ハ）／（ニ）
が３／１〜ｌ／３になるように設定することが好適であ
る。すなわち、この範囲外では付加反応終了後に未反応
のオルガノポリシロキサンあるいはフェノール系化合物
が多く残存することになり、得られるエポキシ樹脂組成
物硬化体の耐熱性が低下する傾向がみられるからである
。

なお、上記付加反応を促進するために、通常、前記Ｃ成
分を得るときと同様、三級アミン系触媒が用いられる。

このようにして得られるＣ成分、Ｄ成分はエポキシ樹脂
組成物硬化体中での分散性がよいため、従来のものに比
べて機械的強度のばらつきが少ないものとなり低応力性
効果が発揮される。そして、用いるオルガノポリシロキ
サン、エポキシ樹脂、フェノール系化合物の骨格が、い
ずれも耐熱性に優れているため、耐熱信頼性も高いもの
となる、したがって、後述するように得られる半導体装
置の耐湿偉績性、耐熱信頼性を確保するのである。

これらＣ成分、Ｄ成分の付加反応生成物は、単独で用い
てもよいし併せて用いてもよい。

また、この発明では、上記Ａ成分、Ｂ成分、Ｃ成分、Ｄ
成分以外に必要に応じて硬化促進剤、無機質充填削、離
型剤等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−）リ　
（ジメチルアミノメチル）フェノール、２−メチルイミ
ダゾール等の三級アミン類をあげることができる。充填
剤としては、シリカ粉、アルミナ、炭酸カルシウム、石
英ガラス粉、珪石粉、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１ｗ１燃剤９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
いて、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、エポキシ樹脂（Ａ成分）、ノボラック
型フェノール樹脂（日成分）、付加反応生成物（Ｃ成分
、Ｄ成分の片方もしくは双方）、無機質充填剤、その他
の添加剤とを適宜配合し、この配合物をミキシングロー
ル機等の混練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。

このとき、上記付加反応生成物（Ｃ成分、Ｄ成分の片方
もしくは双方）の配合量は、エポキシ樹脂１００重量部
（以下「部」と略す）に対して３〜４０部用いることが
、得られる硬化体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量
に対して３０〜９０重量％となることが好ましい。

なお、上記エポキシ樹脂組成物の製法においては、付加
反応生成物を他の原料と同時に配合しているが、付加反
応生成物を用いて予めエポキシ樹脂（Ａ成分）あるいは
ノボラック型フェノール樹脂（Ｂ成分）を変性させてか
ら他の原料と配合してもよい。

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
、耐熱性、耐湿性に優れている。これはＣ成分、Ｄ成分
中のオルガノポリシロキサンから誘導されるＳｉ　−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と付加反応す
るエポキシ樹脂もしくはフェノール系化合物の前記のよ
うな特質により、エポキシ樹脂組成物硬化体の機械的強
度のばらつきが小さくな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、オルガノポリ
シロキサンと一定の化合物との付加反応性感物（Ｃ成分
、Ｄ成分の片方もしくは双方）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、耐湿信頼性、耐熱信頼性が高く、しかも
内部応力が小さく、信頼度の極めて高いものである。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１６ｍ
ｍ”以上、素子上のＡｌ配線の幅が２μ−以下の特殊な
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、これが大きな特徴である。

つぎに、実施例について説明する。

〈Ｃ成分の調製） まず、下記の第１表に示す特定のオルガノポリシロキサ
ンａ、ｂと特定のエポキシ樹脂ｃ、ｄとを準備した。

（余　　白　　） つぎに、攪拌機、温度計およびリフラックスコンデンサ
ーを備えたフラスコ中に、下記の第２表に示す割合で上
記ａ−，−ｄと１．４−ジオキサン（溶媒）と２−メチ
ルイミダゾール（触媒）とを入れ、１２時間加熱還流攪
拌して反応させたのち、溶媒を留去し、７種類の付加反
応生成物を得た。

（以下余白） くＤ成分の調製〉 下記の第３表に示す特定のオルガノポリシロキサンｅ、
ｆと特定のフェノール系化合物ｇとを準備し、上記Ｃ成
分と同様にしてＤ成分である３種類の付加反応生成物を
得た。各原料の配合を第４表に示す。

（以下余白） （変性フェノール樹脂の調製） このようにして得られたＣ成分およびＤ成分の付加反応
生成物とノボラック型フェノール樹脂（Ａ成分）とを第
５表に従って配合し、１７５℃で１〜５時間攪拌して１
１種類の変性フェノール樹脂（■〜■）を得た。

（以下余白） 〔実施例１〜１１〕 このようにして得られた変性フェノール樹脂（■〜■）
と他の原料とを第６表に従って配合し、ミキシングロー
ル機（ロール温度１００℃）で１０分間溶融混線を行い
冷却固化後粉砕し、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） 〔比較例〕 下記の第７表に示す原料を用い、これらの原料をミキシ
ングロール機で１０分間混練し、得られたシート状組成
物を用い、実施例１〜１１と同様にして粉末状のエポキ
シ樹脂組成物を得た。

＊１：第６表に同じ ＊２：第５表に同じ 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、曲げ弾性率、
ガラス転移温度、電圧印加状態におけるプレッシャー釜
による１０００時間の信頼テスト（以下ｒＰＣＢＴテス
ト」と略す）および−５０℃７３０分〜１５０℃／３０
分の２００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。その結果を下記の第８表に
示した。なお、ガラス転移温度（Ｔｇ）は粘弾性性質の
Ｔａｎδのピークを示す温度を示した。

（以下余白） 第８表の結果から、実施例品は比較例品に比べて低応力
性に優れており、しかもＰＣＲＴテストあるいはＴＣＴ
テストの成績が優秀で、耐湿性。

耐熱性にも優れていることがわかる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）下記の（Ａ）および（Ｂ）成分を含有し、さらに
   （Ｃ）および（Ｄ）成分の少なくとも一方を含有してい
   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。 （Ａ）エポキシ樹脂。 （Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂。 （Ｃ）下記の式（１）で表されるオルガノポリシロキサ
   ンと下記の式（２）で表される エポキシ樹脂との付加反応生成物。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・・・・（１） ▲数式、化学式、表等があります▼・・・・・・（２） 〔上記式（１）、（２）において、Ｒ＿１は２価の有機
   基、Ｒ＿２は炭素数３以下のアルキル基もしくはフェニ
   ル基であり相互に同一であつても異なつていてもよい。 Ｒ＿３は水素またはメチル基であり相互に同一であつて
   も異なつていてもよい。ｎは５〜２００の整数、ｍは０
   もしくは１〜１５の整数である。〕 （Ｄ）下記の式（３）で表されるオルガノポリシロキサ
   ンと下記の式（４）で表さ れるフェノール系化合物との付加反応 生成物。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（３） ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（４） 〔式（３）、（４）において、Ｒ＿４は２価の有機基、
   Ｒ＿５は炭素数３以下のアルキル基もしくはフェニル基
   であり相互に同一であつても異なつていてもよい。Ｒ＿
   ６は水素またはメチル基であり相互に同一であつても異
   なつていてもよい。ｌは５〜２００の整数、ｐは０もし
   くは１〜１５の整数である。〕