JPS63148663A

JPS63148663A - 半導体装置

Info

Publication number: JPS63148663A
Application number: JP29619586A
Authority: JP
Inventors: Shinjiro Uenishi; 上西　伸二郎; Yoshinobu Nakamura; 吉伸中村; Teruo Kunishi; 国司　輝夫; Fujio Kitamura; 北村　富士夫
Original assignee: Nitto Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1986-12-11
Filing date: 1986-12-11
Publication date: 1988-06-21

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、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
進剤としての２−メチルイミダゾール、弾性補強用併用
樹脂としての末端カルボン酸ブタジェン−アクリロニト
リル共重合体、無機充填剤としての溶融シリカ等の組成
系で構成されるものが、封止作業性（特にトランスファ
ー成形時の作業性）等に優れたものとして賞月されてい
る。

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、超ＬＳＩ等
の半導体素子の封止材料としては、充分に満足できるも
のではない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このため、本発明者らは、超ＬＳＩ等の封止に充分対応
でき、低応力性、耐熱性、耐湿性に優れた半導体装置を
提供するため、特に、エポキシ基を有するシリコーン化
合物とポリエポキシ化合物とポリアミンとの反応生成物
をエポキシ樹脂組成物中に含有させると、上記反応生成
物の作用によって、低応力性、耐熱性および耐湿性に優
れた樹脂封止がなされ、信頬度の高い半導体装置を提供
しうろことを見いだし、すでに特許出願（昭和６０年１
０月２８日出願、特願昭６Ｏ−２４２４６４）している
。しかし、その後の研究の過程で、上記反応生成物はエ
ポキシ樹脂に対して相溶性がやや悪いため、上記反応生
成物が封止樹脂中に均一に分散せず、したがって、熱衝
撃試験のサイクル数をさらに増やすと、パッケージクラ
ックが発生することが明らかになり、低応力性の改善が
必要となった。

この発明は、先願（特願昭６Ｏ−２４２４６４）の改善
を図り、低応力性をさらに向上させ、信幀度の一層高い
半導体装置の提供をその目的とする。

〔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）〜（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）ノボラック型フェノール樹脂。

（Ｃ）エポキシ基を有するシリコーン化合物とポリエポ
キシ化合物と一層モノアミン化合物との反応生成物。

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、エポキシ基を有するシリコーン化合物とポリエポキ
シ化合物と一層モノアミン化合物の反応生成物（Ｃ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Ｃ成分において
、先願のポリアミンに代えて一層モノアミン化合物を用
いているため、得られる反応生成物がエポキシ樹脂に対
して相溶性がよくなり、その結果、反応生成物が均一に
分散した封止樹脂を形成しうる。したがって、苛酷な使
用条件下においても満足しうる耐湿性を備えており、信
幀度の一層向上した半導体装置を実現しうるようになる
。

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ビビス
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
１６０〜２１０．軟化点５０〜１３０°Ｃのものが用い
られ、タレゾールノボラック型エボキシ樹脂としては、
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共に用いられる、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、なかでも、軟化点が５０〜１３
０℃、好ましくは７０〜９０℃、水酸基当量が１００〜
１３０のものを用いることが好ましい。

上記エポキシ樹脂組成物中のＡ成分であるエポキシ樹脂
とＢ成分であるノボラック型フェノール樹脂との配合比
は、上記エポキシ樹脂中のエポキシ基と上記フェノール
樹脂中の水酸基の当量比が０．８〜１．２となるように
配合することが好適である。この当量比が１に近いほど
好結果が得られる。

また、上記エポキシ樹脂およびノボラック型フェノール
樹脂と共に用いられるＣ成分は、先に述べたように、エ
ポキシ基を有するシリコーン化合物とポリエポキシ化合
物と一級モノアミン化合物から得られる反応生成物であ
り、特に耐熱衝撃性の改善５内部応力の低減効果に優れ
、その結果、封止樹脂の熱衝撃、熱応力等に基づく微細
な割れ、剥＃（水分侵入路となる）の発生が防止され、
大きな熱衝撃等を繰り返し受ける等の苛酷な使用条件下
における耐湿信頼性の改善に優れた効果を奏する。

ここで、上記エポキシ基を有するシリコーン化合物（以
下「シリコーン化合物」という）としては、エポキシ当
量が１００〜５００００．Ｓｉ含有率が１〜３５重量％
（以下「％」と略す）で、かつ末端あるいは側鎖の少な
くとも一方に１〜１０個のエポキシ基を有するものを用
いることが好ましい。なかでも特に好適なのは、側鎖あ
るいは末端に１〜６個のエポキシ基を有し、エポキシ当
量が１００〜１２０００．Ｓｔ含有量が３〜３３％のも
のである。

また、上記ポリエポキシ化合物としては、通常、エポキ
シ当量が１００〜１５００のビスフェノールＡ型のエポ
キシ樹脂が使用されるが、これに限定されるわけではな
く、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂あるいは他の多官
能エポキシ樹脂を広く用いることができる。

さらに、−級モノアミン化合物としては、分子内に一級
アミノ基を１個有するもので、分子量が４０〜３００の
ものを用いることが好ましい。特に、上記−級アミノ基
が、エポキシ基との反応性が大であり、したがって、他
の樹脂成分原料と相溶性の大きなものを使用することが
好ましい。−級モノアミン化合物の代表例としては、エ
タノールアミン（β−アミノエチルアルコール）があげ
られる。

上記反応生成物であるＣ成分の含有量は、上記Ａ、Ｂ、
Ｃ成分の合計量の５０％以下、好ましくは５〜３０％に
設定することが好適である。Ｃ成分の含有量が５０％を
超えると、封止樹脂の樹脂強度に著しい低下傾向がみら
れるようになるからである。

なお、この発明に用いる、エポキシ樹脂組成物の上記Ｃ
成分は、Ｂ成分であるノボラック型フェノール樹脂と反
応した状態、あるいは独立した状態、さらにはこれらが
混合した状態のいずれの状態でも含有される。

また、この発明では、上記Ａ成分、Ｂ成分およびＣ成分
以外に必要に応じて硬化促進剤、充填剤、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
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、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。

。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、まず前記
Ｃ成分であるシリコーン化合物とポリエポキシ化合物と
一級モノアミン化合物の反応生成物によって、Ｂ成分で
あるノボラック型フェノール樹脂を変性する。そして、
得られた変性物とエポキシ樹脂（Ａ成分）を必須成分と
し、硬化促進剤、ｌ！ｉ型剤および充填剤を適宜配合し
常法に準じて、トライブレンド法または溶融ブレンド法
を採用して混合、混練するということにより製造するこ
とができる。上記ノボラック型フェノール樹脂を変性す
る方法としては、■はじめにシリコーン化合物とポリエ
ポキシ化合物と一層モノアミン化合物を１７０℃で０．
５〜５時間、加熱、攪拌混合することにより反応生成物
をつくり、これを溶融ノボラック型フェノール樹脂とと
もに１７０℃で０．５〜５時間攪拌、混合する方法と、
■ノボラック型フェノール樹脂中に、シリコーン化合物
とポリエポキシ化合物と一層モノアミン化合物を加え、
１７０℃で０．５〜５時間攪拌、混合する方法のいずれ
によってもよい。

また、この発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、つぎの
ようにして製造することもできる。すなわち、前記製法
のように、Ｃ成分とＢ成分から一貫変性フエノール樹脂
をつくったのち、これを他の成分と混合、混練するので
はなく、最初からＣ成分である反応生成物を、エポキシ
樹脂（Ａ成分）ノボラック型フェノール樹脂（Ｂ成分）
および必要に応じて配合される硬化促進剤、離型剤およ
び充填剤とともに上述と同様な方法で混合、混練するこ
とにより製造することもできる。

なお、上記エポキシ樹脂組成物中における上記Ｃ成分の
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。

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、低応力性、耐熱
性、耐湿性に優れており、熱衝撃試験における耐パッケ
ージクラック性が著しく改善されている。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の半導体装置は、シリコーン化
合物とポリエポキシ化合物と一層モノアミン化合物の反
応生成物（Ｃ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、内部応力が小さく耐熱信幀性が高く、特に、苛酷な
使用条件下における耐湿信頬性が先願に比べて一層高く
なっている。そして、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１６ｆ１２以上、素子上のＡＪ配線の幅が２
μｍ以下の特殊な半導体装置において、上記のような高
信幀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、Ｃ成分用の原料としてシリコーン化合物とポリエ
ポキシ化合物を準備した。それらの構造とエポキシ当量
は第１表のとおりである。

（以下余白）つぎに、下記の第２表に示す割合で各成分原料を５００
　ｍ　ｌの丸底フラスコに入れ、１７５℃で１〜５時間
攪拌を行い、シリコーン化合物とポリ呈ポキシ化合物と
ｍｍモノアミン化合物との反応生成物（Ｃ成分）ｔ１〜
７を得た。このようにして得られた反応生成物隘１〜７
を、後記の第３表に示す配合で１７５℃においてフェノ
ール樹脂に加え約２時間攪拌して、隘１〜８および魚１
０の変性フェノール樹脂を製造するとともに、阻９に示
すように、フェノール樹脂とポリエポキシ化合物および
シリコーン化合物ならびにエタノールアミンを１７５℃
で１〜５時間攪拌することにより変性フェノール樹脂を
得た。

（以下余白）（以下余白）〔実施例１〜１０〕このようにして得られたＣ成分の反応生成分および変性
フェノール樹脂と他の原料とを第４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）〔比較例１〜３〕下記の第５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（ロール温度１００℃）で１０分間混練し
、得られたシート状組成物を用い、実施例１〜１０と同
様にして粉末状のエポキシ樹脂組成物を得た。

＊、５：第３衣に回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時間の信顛テスト（以下ｒＰＣＢＴテス
ト」と略す）および−５０℃／３０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６表
に示した。

（以下余白）第６表の結果から、実施別品は、ＰＣＢＴテストあるい
はＴＣＴテストの成績が比較例１．２品に比べて著しく
優れていることがわかる。特に、エポキシ基を有するシ
リコーン化合物として、疎水性のシリコーン化合物（例
えば前記第１表のシリコーン化合物ａ、ｂ、ｄ）を用い
、かつロール混練前に、シリコーン化合物とポリエポキ
シ化合物と一層モノアミン化合物の反応生成物（Ｃ成分
）でノボラック型フェノール樹脂を予め変性する場合（
実施例３〜９）にＰＣＢＴテストにおける′　　不良率
０．ＴＣＴテストにおける不良率Ｏという極めて優れた
結果が得られた。また、比較例３は本願の先願に係るも
のであって、曲げ弾性率、ガラス転移温度、ＰＣＲＴテ
ストの成績は、実施別品と同様優れているが、ＴＣＴテ
スト３００回という苛酷な条件下ではクラックが発生し
ており、この点において実施別品と差があることがわか
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）ノボラツク型フェノール樹脂。（Ｃ）エポキシ基を有するシリコーン化合物とポリエポ
キシ化合物と一級モノアミン化合物との反応生成物。
（２）（Ａ）成分であるエポキシ樹脂と（Ｂ）成分であ
るノボラック型フェノール樹脂の相互の含有割合が、エ
ポキシ樹脂中のエポキシ基１当量に対するノボラック型
フェノール樹脂中の水酸基の当量比が０．８〜１．２に
なるように設定されている特許請求の範囲第１項記載の
半導体装置。
（３）上記（Ｃ）成分の含有割合が、上記（Ａ）、（Ｂ
）、（Ｃ）成分の合計重量の５０重量％以下に設定され
ている特許請求の範囲第１項または第２項記載の半導体
装置。