JPS63148665A - 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、信軌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ツクパッケージ等
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、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。

〔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。特に、これま
での封止用エポキシ樹脂組成物は、硬化温度から室温に
冷却される過程で、収縮に基づくかなりの内部応力を発
生し、それによってパッケージやパッシベーションにク
ラックが入る等の不都合が生じるようになっている。

このため、最近では、封止樹脂の内部応力を低減する目
的でシリコーン化合物をエポキシ樹脂組成物中に含有さ
せる方法が検討されている。そのなかでも、特にシリコ
ーン化合物とマトリックス樹脂となるエポキシ樹脂との
相溶性９反応性の観点から、エポキシ基を有する有機基
およびポリアルキレンオキサイド残基を含有するシリコ
ーン化金物を用いると、優れた低応力化効果が得られる
ようになることが明らかにされている（特開昭６１−７
３７２・５号）。ところが、上記のようなシリコーン化
合物を含有させたエポキシ樹脂組成物で半導体素子を樹
脂封止すると、トランスファー成形等による樹脂封止時
に成形品（封止樹脂）の表面に上記シリコーン化合物が
滲み出す（以下「ブルーミング現象」と称する）。その
ため、連続成形すると、成形金型の金型面が著しく汚染
するのみならず、その汚染された成形金型を用いて形成
された成形品の表面に汚れが付着し外観が著しく悪くな
る。さらに上記のようなシリコーン化合物を含有させた
エポキシ樹脂組成物で樹脂封止する際には、封止樹脂の
機械的強度が低下するという問題も生じる。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、内
部応力が小さくて耐熱信転性、耐湿信頼性が高く、しか
も封止樹脂の表面状態が良好な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）下記の式（１）で表されるシリコーン化合物。

すなわち、この発明の半導体装置は、先願（特開昭６１
−７３７２５号）に使用されているシリコーン化合物を
さらに改良し、樹脂成分との相溶性が大きなポリアルキ
レンオキサイド残基部分に反応基であるエポキシ基を導
入したシリコーン化合物を用い、これを含有するエポキ
シ樹脂組成物によって樹脂封止されているため、樹脂封
止に際して上記シリコーン化合物のブルーミング現象が
殆ど生じていず、またそれに基づく封止樹脂の機械的強
度の低下も殆ど生じていない。したがって、封止樹脂の
表面状態が良好であり、かつ強度低下も生じていない。

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、前記の式（１）で表されるシリコーン化合物（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。

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ノボ
ラック型エポキシ樹脂等、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、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１７０〜２１Ｏ９軟化点５０〜１３０℃
のものが用いられ、特に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、なかでも、軟化点が５０〜１
３０℃、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
樹脂とともに用いられるＣ成分は、前記式（１）で表さ
れるものであって、特に内部応力の低減に優れた効果を
奏し、しかも先に述べたように樹脂封止の際にブルーミ
ング現象を生じず、また封止樹脂の機械的強度の低下を
少なくせしめる。すなわち、前記の式（１）において、
Ｙ、　Ｙｏのポリアルキレンオキサイド残基は、ポリエ
チレンオキサイド残基、ポリプロピレンオキサイド残基
、エチレン−プロピレンオキサイド共重合体残基に代表
されるものであってフェノール樹脂やエポキシ樹脂に対
する相溶性が極めて大きい。そして、上記重合度（ａ＋
ｂ＋ｃ＋ｄ）は５以上で３００以下の範囲内に設定され
る。すなわち、重合度が５より小さいと低応力化の効果
が小さくなり、３００を超えるとフェノール樹脂（Ｂ成
分）あるいはエポキシ樹脂（Ａ成分）との相溶性が低下
するからである。また繰返し数の合計に対するエポキシ
基含有ポリアルキレンオキサイド残基結合部分の繰返し
数ｄの割合は、 に設定することが必要である。またエポキシ基含有−価
炭化水素基結合部分の繰返し数すと先に述べたエポキシ
基含有ポリアルキレンオキサイド残基結合部分の繰返し
数ｄとの合計量は、に設定することが必要である。すな
わち、上記式（２）、　　（３）において、上記ｄおよ
びｂ＋ｄの値が、繰返し数の合計（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）に
対して０．０１より小さくなると、式（１）で表される
シリコーン化合物と樹脂成分との反応性が小さくなるた
め、成形品表面に対するシリコーン化合物のブルーミン
グ現象が生起し、また封止樹脂の機械的強度の低下を招
来する。逆に０．５を超えると、樹脂成分との均一反応
が不可能になったり、エポキシ樹脂組成物の流動性を低
下させたりするからである。さらにポリアルキレンオキ
サイド残基（Ｙ＋Ｙ’）の量は、前記式（１）で表され
るシリコーン化合物の全体に対して３０〜８０重量％（
以下「％」と略す）に設定する必要がある。すなわち、
上記の量が３０％未満になると上記シリコーン化合物と
樹脂成分との相溶性が小さくなり、逆に８０％を超える
とシリコーン化合物中の上記シロキサン骨格が発揮する
低応力化が損なわれるようになるからである。

上記のようなＣ成分のシリコーン化合物の使用量はエポ
キシ樹脂組成物の有機成分（エポキシ樹脂組成物より無
機質充填剤を除いたもの）の５〜５０％になるように設
定することが好ましい。より好ましいのは５〜３０％で
ある。すなわち、上記シリコーン化合物の含有量が５％
未満になると低応力化効果が不充分になり、３０％を超
えると封止樹脂の機械的強度が大幅に低下する傾向がみ
られるからである。

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−トリ　（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、離型剤としては
、従来公知のステアリン酸、バ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、まず上記
Ｂ成分のフェノール樹脂を溶融させ、これに硬化促進剤
と上記Ｃ成分のシリコーン化合物とを加え、０．５〜６
時間加熱攪拌し、上記ノボラック型フェノール樹脂を変
性する。つぎに、このようにして得られた変性ノボラッ
ク型フェノール樹脂と、Ａ成分のシリコーン化合物と、
必要に応じて無機質充填剤、離型剤等とを配合し常法に
従ってトライブレンドまたは溶融ブレンドにより混合、
混練して製造することができる。

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、この際シリコーン化合物のブルーミング現
象を生じないため、金型、成形品双方の汚れが極めて少
なくなり、５００ショット以上の連続成形が可能になる
。

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、耐湿性に優れており、プラスチックパッケー
ジ（封止樹脂）の機械的強度も大である。

〔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（Ｃ成分）を含む特殊なエポキシ樹脂組成物を用い
て樹脂封止されており、内部応力が小さく耐湿信頬性、
耐熱信顛性に著しく優れている。しかも樹脂封止に際し
て、上記エポキシ樹脂組成物からシリコーン化合物が浮
き出すというブルーミング現象が生じていす、またそれ
に基づく封止樹脂の機械的強度の低下が少ないため、封
止樹脂の表面状態が良好であり、かつ機械的強度も優れ
ている。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１６ｆｌ”以上、素子上のＡＩ配線の幅が２μｍ以
下の特殊な半導体装置において、上記のような高信顛度
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、使用する原料として数種類のシリコーン化合物を
準備した。これを第１表に示す。

（以下余白） 上記シリコーン化合物のうち、隘１および３のものは先
願（特開昭６１−７３７２５号）で使用されているもの
であり、それ以外のものが本願発明に用いるＣ成分のシ
リコーン化合物である。

つぎに上記のシリコーン化合物とノボラック型フェノー
ル樹脂（Ｂ成分）と反応促進剤として２−メチルイミダ
ゾールとを第２表に示す割合で配合し１５０℃で２時間
攪拌混合して変性フェノール樹脂１〜６をつくった。

（以下余白） ＊：フェノール当量１１０．軟化点８０’Ｃ（以下余白
） 〔実施例１〜６〕 以上のようにして得られた変性フェノール樹脂および他
の原料を餉３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。

エポ千シ臼重１９０．軟化点８０℃ 〔比較例１〜３〕 第１表に示したシリコーン化合物１１ｈｌ、　！ｌｈ３
を用い、他の、原料と第４表に従って配合し１５０℃で
２時間混合して変性フェノール樹脂７．８を得た。

つぎに、これと、下記の第５表に示した原料を用い、実
施例１〜６と同様にしてミキシングロール機（ロール温
度１００℃）で１０分間混練しエポキシ樹脂組成物を得
た。

（以下余白） 第−一」Ｌ−一表 （重量部） 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、トランスファー成形によって
半導体素子をモールドして半導体装置をつくるとともに
、試験用硬化物をつくった。

このようにして得られた半導体装置および試験用の硬化
物について、曲げ強度２曲げ弾性率、ガラス転移温度を
測定した。また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℃／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）の測定も行った。

さらに金型汚れ（成形特表面の汚れ）を試験するため、
連続成形を行ってそれらに対する汚れが顕著に現れるよ
うになったショツト数を求めると同時に、ブルーミング
現象を測定するため、金型の下面にフェロタイプ板をセ
ットし１００シヨツトの成形を行った後フェロタイプ板
に付着したシリコーン化合物の量を反射型のＦＴＩＲの
゛スペクトルにおける１　２５５ｃｎ−’　（Ｓｉ　　
ＣＨｉに基づく吸収）の吸光度により評価した。以上の
試験成績を第６表に併せて示した。

（以下余白） 第６表の結果から、実施別品は、いずれもＰＣＢＴテス
トの結果から、耐湿性が先願品（特開昭６１−７３７２
５号）である比較例１．２品と同等かそれ以上のレベル
であり、またＴＣＴテストの結果も先願品と同様であり
、先願品と比較しても内部応力の低減効果に遜色がない
ことがわかる。そのうえ、曲げ強度は、先願品に比べて
著しく向上していて従来品である比較例３品と殆ど同程
度になっている。なお実施例では、先願（比較例１．２
）と比較してフェロタイプ後に付着するシリコーン化合
物の量が著しく小さく、それに対応して連続成形におけ
る金型汚れ、成形品表面の汚れが極めて少ないことがわ
かる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （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）ノボラック型フェノール樹脂。 （Ｃ）下記の式（１）で表されるシリコーン化合物。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（１） 〔式（１）において、Ｒは水素、アルキル基または一価
   の芳香族炭化水素基、Ｘはエポキシ基含有一価炭化水素
   基、Ｙはポリアルキレンオキサイド残基、Ｙ’はエポキ
   シ基含有ポリアルキレンオキサイド残基、ＺはＲ、Ｘ、
   ＹおよびＹ’から選択される基、ａ、ｄは１以上の整数
   、ｂ、ｃは０または１以上の整数である、ただし、 ５≦ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ≦３００、 ０．０１≦ｄ／ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ≦０．５、 ０．０１≦ｂ＋ｄ／ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ≦０．５であり、繰
   返し数ｃに係る繰返し単位部分におけるＹの重量と繰返
   し数ｄに係る繰返し単位部分におけるＹ’の重量との合
   計量は全体の３０〜８０重量％である。〕