JPS6263453A - 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、信鎖性の優耗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、
耐透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。

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
れに伴って封止材料に対してより以上の信頼性（得られ
る半導体装置の内部応力。

耐湿信頼性、耐衝撃信頼性、耐熱信顧性等）の向上が要
望されており、特に半導体封止用樹脂に対して、直接モ
ードルしても半導体素子に加わる応力が小さいという特
性が強く要求されている。半導体封止用樹脂としては、
エポキシ樹脂、ノボラック型フェノール樹脂２、無機質
充填剤を主成分とし、さらに硬化促進剤２着色剤、離型
剤を含むエポキシ樹脂組成物が賞用されている。

しかしながら、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り樹脂の応
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。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のように、これまでの封止用樹脂は、半導体素子に
対する応力の点でいまひとつ満足しうるちのではなく、
上記技術革新による素子サイズの大形化等に対応できる
ように、より以上の特性向上が強く望まれている。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、信
頼性を損なうことなく封止樹脂を低応力化し、それによ
って半導体装置の大形化に対応しうるようにすることを
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
）、　　（Ｄ）および（Ｅ）成分からなる群から選択さ
れた少なくとも一つの成分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）フェノール樹脂。

（Ｃ）分子内に少なくとも１個の第一級または第二級ア
ミノ基を有するポリジメチ ルシロキサンオリゴマー。

（Ｄ＞分子内に少なくとも１個の第一級または第二級ア
ミノ基を有するポリジメチ ルシロキサンオリゴマーと、下記の一 般式（１）で表されるモノエポキシ化 合物との付加反応生成物。

（Ｅ）分子内に少なくとも１個の第一級または第二級ア
ミノ、基を有するポリジメチルシロキサンオリゴマーと
、上記の一 般式（１）で表されるモノエポキシ化 合物と、ビスフェノールＡ型エポキシ 樹脂との付加反応生成物。

この発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、上記のように
、エポキシ樹脂（Ａ成分）と、フエノ−ル樹脂（Ｂ成分
）と、さらに上記Ｃ，ＤおよびＥ成分からなる群から選
択された少なくとも一つの成分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。なお、上記「オリゴマー」とは、二
量体も含む意味で用いている。

上記Ａ成分となるエポキシ樹脂は、特に制限するもので
はなく、ク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好結果をもたらす。ノボラック型
エポキシ樹脂としては、通常エポキシ当ｆｆ１１６０〜
２５０．軟化点５０〜１３０℃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
１−ｉｓｏ〜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共に用いられる、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、０−クレゾールノボ
ラック、ｍ−クレゾールノボラック、ｐ−クレゾールノ
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℃、水酸基当量が７０〜１５０の
ものを用いることが好ましい。

上記Ｃ成分の、分子内に少なくとも１個のアミノ基を有
するポリジメチルシロキサンオリゴマーとしては、例え
ば模式的に下記の（イ）弐で表される分子鎖の両末端が
第一級アミノ基になっているものや、模式的に下記の（
ロ）式で表されるペンダントとしてアミノ基が含まれて
いるものをあげることができる。

（以下余白） １１□Ｎ　　　　　　Ｎｌ２ これらのポリジメチルシロキサンオリゴマーは、分子量
、粘度等に関係なく、一般に使用されているものを広く
用いることができる。その−例として、下記の一般式（
ハ）で表されるものがあげられる。

ほかに、好適なものとして、ポリジメチルシロキサンオ
リゴマーのメチル基を部分的に下記の置換基で置換した
ペンダント型のものがあげられる。

〔ただし、Ｘ、／ｙ　＝３／　１〜５００／１）上記ポ
リジメチルシロキサンオリゴマー（Ｃ成分）においては
、分子内に存在するアミノ基がエポキシ基と反応しやす
いため、Ｃ成分はＡ成分およびＢ成分と混合されてエポ
キシ樹脂組成物となり樹脂封止したとき、エポキシ基間
に固定化される。したがって、フリーの状態で存在しエ
ポキシ樹脂硬化物の電気特性を低下させるというような
ことがない。

このようなポリジメチルシロキサンオリゴマーは、公知
の方法で得ることができる。例えば、前記の一般式（ハ
）式で表されるタイプのものは、アミノプロピル末端ジ
シロキサン（化学構造式は後記の式（１）の通り）を用
意し、環状テトラジメチルシロキサン（後記の式（■）
）の平衡化重合により、アミノプロピル（第一級アミン
）末端ポリジメチルシロキサンオリゴマー（後記の式（
％式％ Ｈｆｆ ＣＨ。

また、前記の一般式（ニ）式で表されるタイプのものも
、公知の方法で得ることができる。

これらのポリジメチルシロキサンオリゴマーの合成方法
については多くの文献に述べであるが、代表的なものと
して、Ｒ，Ｓ、バウアー（Ｒ，Ｓ、Ｂａｕｅｒ）編エポ
キシレジンケミストリーｎ、ＡＣＳシンポジウムシリー
ズ、　ＡＣ３（１９８３）　Ｐ２１〜５４　（Ｅｐｏｘ
ｙ　ＲｅｓｉｎＣｈｅｍｉｓｔｒｙ　ＩＩ、ＡＣ５Ｓｙ
ｍｐｏｓｉｕｍ−５ｅｒｆｅｓ）があり、詳細に解説さ
れている。

なお、この発明において、Ｃ成分のポリジメチルシロキ
サンオリゴマーとしては、前記式（Ｉ）で表されるアミ
ノプロピル末端ジシロキサンをそのまま用いることも当
然のことながら可能である。

このようなポリジメチルシロキサンオリゴマーは、数平
均分子囲が１５０００以下が望ましい。

上記り成分の、付加反応生成物は、上記Ｃ成分と、前記
一般式（Ｉ）で表されるモノエポキシ化合物との付加反
応生成物によって得られるものである。Ｃ成分について
はすでに述べた通りであり、モノエポキシ化合物につい
ては、例えば下記の化合物を代表例としてあげることが
できる。フェノキシエチルグリシジルエーテル、フェノ
キシテトラエトキシエチルグリシジルエーテル、フェノ
キシペンタエトキシエチルグリシジルエーテル１ｎ−ブ
トキシペンタエトキシエチルグリシジルエーテル。上記
Ｃ成分とモノエポキシ化合物との付加反応は、従来公知
の方法に従い両者を混合し所定の温度に加熱することに
より行うことができる。すなわち、反応温度は、一般に
５０〜２００℃、より好ましくは８０〜１８０℃であり
、反応時間は数分から数十時間の範囲で反応成分に応じ
て適宜に選択して行う。この場合、Ｃ成分であるポリジ
メチルシロキサンオリゴマーと、モノエポキシ化合物と
の相互の割合は、〔モノエポキシ化合Ｔｈ中のエポキシ
基の当量〕／〔ポリジメチルシロキサンのアミノ基の水
素の当量〕比が０．１　／　１〜１／１となるように設
定することが好ましい。すなわち、当世比が０．１　／
　１より小さいとエポキシ樹脂との混合１分散性が充分
でなくなり、反対に当量比が１／１より大きいとエポキ
シ基が過剰になり硬化樹脂の耐熱性が低下するからであ
る。

上記Ｅ成分の、付加反応生成物は、前記ポリジメチルシ
ロキサンオリゴマー（Ｃ成分）と、モノエポキシ化合物
と、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂との付加反応によ
って得られるものである。

上記ポリジメチルシロキサンオリゴマーとモノエポキシ
化合物は、すでに説明した通りであり、また、ビスフェ
ノールＡ型エポキシ樹脂は従来公知のものが用いられ、
付加反応も前記り成分と全く同様にして行われる。この
場合、上記３種の原料の配合割合は、〔モノエポキシ化
合物中のエポキシ基の当量〕＋〔ビスフェノールＡ型エ
ポキシ樹脂中のエポキシ基の当量〕／〔ポリジメチルシ
ロキサンオリゴマー中のアミノ基の水素の当量〕比がｏ
、　ｌ　／　ｉ〜１／１となるように設定することが好
ましい。すなわち、当量比が０．１　／　１より小さい
と、後述のエポキシ樹脂との混合１分散性が充分でなく
なり、反対に当量比が１／１より大きいと、エポキシ基
が過剰にな、り樹脂の耐熱性が低下するからである。

上記ポリジメチルシロキサンオリゴマー（Ｃ成分）は、
充填成分を除いたエポキシ樹脂組成物〔Ａ＋Ｂ＋　（Ｃ
，Ｄ、Ｅの少なくとも一つ）〕中に０．５〜５０重景％
（以下「％」と略す）含有されるように設定することが
望ましい。すなわち、含有量が上記の範囲を外れると、
充分な低応力化効果が得られず、半導体装置の耐湿信幀
性、電気特性等が低下する傾向がみられるようになるか
らである。

また、上記り成分の、付加反応生成物は、Ａ成分である
エポキシ樹脂１００重量部（以下「部」と略す）に対し
て３〜３０部用いることが、低応力化に対する効果の点
で好ましい。同じく、上記Ｅ成分の、付加反応生成物も
、Ａ成分であるエポキシ樹脂１００部に対して３〜３０
部用いることが、低応力化に対する効果の点で好ましい
。

なお、上記の原料外に、必要に応じて、硬化促進剤が用
いられる。上記硬化促進剤としては、下記の三級アミン
、四級アンモニウム塩、イミダゾール類およびホウ素化
合物を好適な例としてあげることができ、これらを単独
でもしくは併せて用いることができる。

三級アミン トリエタノールアミン、テトラメチルヘキサンジアミン
、トリエチレンジアミン、ジメチルアニリン、ジメチル
アミノエタノール、ジエチルアミノエタノール、２，４
．６−）ＩＪス（ジメチルアミノメチル）フェノール、
Ｎ、Ｎｏ−ジメチルピペラジン、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−（ジメチルアミノメ
チル）フェノール 四級アンモニウム塩 ドデシルトリメチルアンモニウムクロライド、セチルト
リメチルアンモニウムクロライド、ベンジルジメチルテ
トラデシルアンモニウムクロライド、ステアリルトリメ
チルアンモニウムクロライド イミダゾール類 ２−メチルイミダゾール、２−ウンデシルイミダゾール
、２−エチルイミダゾール、１−ベンジル−２−メチル
イミダゾール、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミ
ダゾールホウ素化合物、リン化合物 テトラフェニルボロン塩類、例えばトリエチレンアミン
テトラフェニルボレート、Ｎ−メチルモルホリンテトラ
フェニルボレート、テトラホスホニウムテトラフェニル
ボレート、トリフェニルホスフィン また、必要に応じて、上記の原料以外に、無機質充填材
、三酸化アンチモン、リン系化合物等の難燃剤や顔料、
シランカップリング剤等のカップリング剤、あるいはス
テアリン酸やその金属塩。

ワックス等の離型剤を用いることができる。上記無機質
充填材としては特に限定するものではな（、一般に用い
られる石英ガラス粉末、タルク、シリカ粉末、アルミナ
粉末、クレー、炭酸カルシウム、酸化ジルコニウム、珪
酸ジルコニウム、酸化ベリリウム等が適宜に用いられる
。

この発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、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、前記Ａ−
Ｅ成分と、場合により無機質充填剤、顔料、カップリン
グ剤等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練機にかけて加熱状態で混練して
溶融混合し、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
。

なお、Ｃ−Ｅ成分については、これらの全てをエポキシ
樹脂組成物に配合する必要はなく、■Ｃ成分、Ｄ成分、
Ｅ成分のいずれか一つ、もしくは■Ｃ＋Ｄ成分、Ｃ＋Ｅ
成分、Ｄ→Ｅ成分等の組み合わせで配合することができ
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、上記エポキシ樹
脂組成物の硬化体が、内部応力が低いため、極めて電気
特性および低応力性に優れたものとなる。この低応力性
は、上記Ｃ成分、Ｄ成分。

Ｅ成分を構成するポリジメチルシロキサンオリゴマーか
ら誘導される５ｉ−０−５ｉ結合部分が、硬化樹脂の分
子骨格中に導入されることにもとづくと考えられる。

〔発明の効果〕 この発明の半導体装置は、分子内に少なくとも１個の第
一級または第二級アミノ基を有するポリジメチルシロキ
サンオリゴマーおよび／またはその付加反応生成物を含
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、内部応力が小さく、
また電気特性等が高く、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、８ビン以上特に１６ピン以」＝、もしくはチップの
長辺が４鶴以上の大形の半導体装置において、上記のよ
うな高信虻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。

まず、以下のようにしてＣ〜Ｅ成分を準備した。

くＣ成分の準備〉 Ｃ成分として第１表に示す６種類のポリジメチルシロキ
サンオリゴマーを準備し７た。

（以下余白） くＤ成分の準備〉 攪拌機、温度計、リフラックスコンデンサーを備えたフ
ラスコ中に、上記Ｃ■を１００部とフェノキシテトラエ
トキシエチルグリシジルエーテル１０部とを投入し、窒
素ガス気流下１５０°Ｃで８時間反応を進めることによ
り付加反応生成物である透明な高粘度液体Ｄ■を得た。

また、上記Ｃ■に代えてＣ■を用い、Ｃ■を１００部と
フェノキシジェトキシエチルグリう／ジルエーテル１５
部とを投入し、窒素ガス気流下・ジオキサンを還流しな
がら、１５０℃で２０時間反応を進め、他の付加反応生
成物である透明な高粘度液体Ｄ■を得た。

さらに、上記Ｃ■に代え、てＣ■を用い、Ｃ■を１００
部とフェノキシジェトキシエチルグリシジルエーテル２
０部とを投入し、窒素ガス気流下１５０℃で１０時間反
応を進め、さらに他の付加反応生成物である透明な高粘
度液体Ｄ■を得た。

くＥ成分の準備〉 上記Ｄ■の作製と全く同様にして付加反応生成物Ｄ１を
得たのち、この反応生成物にエピコート８２８　（シェ
ル化学社’ＪＪ　、　　ビスフェノールＡ型エポキシ樹
脂、エポキシ当量１８４〜１９４）２；９部を添加し、
さらに１５０°Ｃで５時間反応を進め、粘稠な付加反応
生成物Ｅ■を得た。

また、上記Ｄ■の作製と全く同様にして付加反応生成物
Ｄ３を得たのち、この反応生成物にエピコート１００４
　　（シェル化学社製、ビスフェノールＡ型エポキシ樹
脂、エポキシ当量８７５〜９７５）１０部を添加し、さ
らに１５０℃で５時間反応を進め、他の付加反応生成物
Ｅ■を得た。

〔実施例１〜１５〕 上記のようにして半歯したＣ〜Ｅ成分を用い、つぎのよ
うにしてエポキシ樹脂組成物をつくった。すなわち、エ
ポキシ櫂脂を１５０〜１６０℃に加熱した攪拌ミキサー
に入れて溶融し、これに後記の第２表に従い、上記Ｃ−
Ｅ成分を添加し、６０分間撹拌した。そして、この混融
物をバット等に取り出し冷却固化した後、１１１以下の
粒子に粉砕し、ついでこの粉砕物と他の原料を第２表に
従つて配合し、ミキシングロール機（ロール温度８０〜
９０℃）で１０分間溶融混練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） 〔従来例〕 下記の第３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１〜１４と同様にして粉末状のエポキ
シ樹脂組成物を得た。

＊１　、　＊２　：第２表と同じ 以上の実施例および従来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、ピエゾ抵抗に
よる内部応力２曲げ弾性率、−５０°ｃ１５分〜１５０
℃１５分の２０００回の温度サイクルテスト（以下ｒＴ
ＣＴテスト」と略す）等の測定を行った。その結果を下
記の第４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４表の結果から、実施測高は従来品に比べてそのプラ
スチックパッケージの内部応力が小さく、ＴＣＴテスト
による結果も良好であることがわかる。

なお、実施測高であるエポキシ樹脂組成物中におけるポ
リジメチルシロキサンオリゴマーの存在は赤外吸収スペ
クトル法（ＩＲ）による分析で確認することができる。

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）、（Ｄ）および（Ｅ）成分からなる群から選択
   された少なくとも一つの成分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）フェノール樹脂。 （Ｃ）分子内に少なくとも１個の第一級または第二級ア
   ミノ基を有するポリジメチ ルシロキサンオリゴマー。 （Ｄ）分子内に少なくとも１個の第一級または第二級ア
   ミノ基を有するポリジメチ ルシロキサンオリゴマーと、下記の一 般式（１）で表されるモノエポキシ化 合物との付加反応生成物。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（１） 式（１）において、Ｒはアルキル基もし くはアリール基を示し、ｎは１〜１０の 整数を示す。 （Ｅ）分子内に少なくとも１個の第一級または第二級ア
   ミノ基を有するポリジメチ ルシロキサンオリゴマーと、上記の一 般式（１）で表されるモノエポキシ化 合物と、ビスフェノールＡ型エポキシ 樹脂との付加反応生成物。