JPS6345843A - 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、耐湿信頼性等の特性に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、Ｏ−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
ルノボラック樹脂等、その他、硬化促進剤としての第三
級アミン、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賞用されている。

〔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ピ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
ション膜に水分浸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
、耐湿性等の緒特性が劣り、半導体装置としての信頼性
にいまひとつ欠ける。

このような欠点を解消するため、封止樹脂にポリブタジ
ェンやシリコーンオイル等の液状ゴムを添加して硬化樹
脂マトリックス中に液状ゴムのドメインを形成し、低応
力化を図ることが提案されており、耐湿性等の観点から
シリコーンオイルが多用されている。しかしながら、一
般に、シリコーンオイルを添加すると、得られる半導体
装置の捺印性が悪くなったり、成形作業時に金型汚れが
多くなって製品の外観が悪くなるという難点を生じてい
る。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、耐
湿信頼性等の特性に優れ、しかも捺印性の低下や外観悪
化の生じていな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、
エポキシ樹脂および硬化剤を主要成分とし、下記の２種
類のポリシロキサン（シリコーン：ｔイル）（Ａ）、　
　（Ｂ）の反応生成物であるポリシロキサンゴムを含有
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）相互間で付加もしくは付加縮合反応し少なくとも
一方がエポキシ基および／または硬化剤と付加もしくは
付加縮合反応する２種類の官能基のうちの一方の官能基
を含有するポリシロキサンであって、下記の一般式（１
）で表される繰返し単位を主体とするポリシロキサン。

（Ｂ）上記２種類の官能基のうちの他方の官能基を含有
するポリシロキサンであって上記の一般式ＣＩ）で表さ
れる繰返し単位を主体とするポリシロキサン。

すなわち、本発明者は、上記シリコーンオイルの使用に
よる欠点を解消するため研究を重ねた結果、上記特定の
官能基を有する２種類のポリシロキサンを混合し、その
２種類の官能基との反応により生成するポリシロキサン
ゴムをエポキシ樹脂組成物中に含有させると、そのポリ
シロキサンゴムの有する低応力効果により信鯨性の向上
が実現されると同時に、上記ポリシロキサンゴムがマト
リックス樹脂成分と反応し、マトリックス樹脂との親和
性が高まってこれまでのように捺印性の低下や成形作業
時における金型汚れ等を生じなくなるということを見い
だしこの発明に到達した。

この発明で用いるエポキシ樹脂組成物は、上記の２種類
のポリシロキサン（Ａ）、　　（Ｂ）の反応生成物であ
るポリシロキサンゴムとエポキシ樹脂と硬化剤とを用い
て得られる。

上記ポリシロキサンゴムは予め合成し、エポキシ樹脂組
成物の配合時に混合してもよく、また、マトリックス樹
脂成分であるエポキシ樹脂または硬化剤を反応溶媒とし
、そのなかで上記２種類のポリシロキサン（Ａ）、（Ｂ
）を反応させることにより合成してもよい。後者のよう
にするとポリシロキサンゴムとマトリックス樹脂との界
面の結合性が向上し、得られる半導体装置の耐熱衝撃性
が向上するようになるため好ましい。

上記の２種類のポリシロキサン（Ａ）、　　（Ｂ）のう
ちの（Ａ）は、相互間で付加もしくは付加縮合反応する
２種類の官能基のうちの一方の官能基を含有するもので
あって、上記一般式（１，’）で表される繰返し単位を
主体とするポリシロキサンである。ここで主体とすると
は実質的に上記一般式（１）で表される繰返し単位でポ
リシロキサンが構成されるという意味である。また、ポ
リシロキサン（Ｂ）は上記２種類の官能基のうちの他方
の官能基を含有するポリシロキサンであって、上記ポリ
シロキサン（Ａ）と同様、上記一般式（１）で表される
繰返し単位を主体とするものである。

そして、上記２種類の官能基のうちの少なくとも一方に
はマトリックス樹脂成分、すなわち、エポキシ樹脂成分
あるいは硬化剤成分と反応するものが選ばれる。これに
より生成ポリシロキサンゴムとマトリックス樹脂との界
面が良く結合し、低応力性、耐熱衝撃性の向上効果が実
現されるようになる。

上記のような２種類のポリシロキサン（Ａ）。

（Ｂ）は、ゴム質となる必要があり、そのため、互いに
付加反応あるいは付加縮合反応によってゴム化する官能
基を有するのである。その官能基として、一方がエポキ
シ基、他方はアミノ基、カルボキシル基およびメルカプ
ト基から選択される少なくとも１種の官能基があげられ
る。この場合、上記ポリシロキサン（Ａ＞、　　（Ｂ）
は官能基当たりの下記の繰返し単位においてｎが５以上
であればその効果を実現しうる。

また、官能基は、ポリシロキサンの末端に存在しても側
鎖として存在してもかまわない。官能基とシリコーン原
子との間は通常アルキレン結合で結合されているがこれ
に限定するものではない。

上記２種類のポリシロキサン（Ａ）、　　（Ｂ）におけ
る一方の官能基と他方の官能基との当量比は０．２〜５
．０が好ましく、より好ましいのは０．５〜２．０であ
る。

上記ポリシロキサン（Ａ）、　　（Ｂ）を反応させてポ
リシロキサンゴムにする方法は、予めポリシロキサンゴ
ムを合成するかマトリックス樹脂成分中で合成するかに
かかわらず、ポリシロキサン同士を予め均一に混合して
おくことが好ましい。ポリシロキサンを反応させてゴム
化する際の温度は１００〜２５０℃の温度に設定するこ
とが好適であり、より好適なのは１５０〜２００℃であ
る。

このようにして合成されたポリシロキサンゴムのエポキ
シ樹脂組成物中における含有量は、エポキシ樹脂組成物
中のエポキシ樹脂、硬化剤およびポリシロキサンゴムの
合計量の５重量％（以下「％」と略す）以上で２５％以
下に設定することが好ましい。すなわち、５％未満では
顕著な低応力性が得られず、逆に２５％を超えるとパッ
ケージ強度が弱くなり、取り扱い上問題を生じるからで
ある。上記ポリシロキサンゴムはエポキシ樹脂組成物中
に分散含有されるのであり、その粒径が小さいほど耐熱
衝撃性および残留応力の低下に対して好ましい効果を与
える。この場合、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観点か
ら粒径は２００μｍ以下に設定することが好ましい。

上記ポリシロキサンゴムを分散含存させるエポキシ樹脂
組成物の主要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
脂が好適に使用できるのであり、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
１６０〜２５０．軟化点５０〜１３０℃のものが用いら
れ、このうち、タレゾールノボラック型エポキシ樹脂と
しては、エポキシ当量１８０〜２１０．軟化点６０〜１
１０℃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、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、タレゾ
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、１，３−ジアミノ−
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−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。

また、この発明では、上記原料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、エポキシ樹脂の硬化反
応の触媒となるものを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、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、珪砂粉、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、硬化
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、前記エポキシ樹脂と硬化剤の少なく
とも一方を加熱溶融した中に、予め混合した互いに反応
性を有する官能基をもつ少な（とも２種以上のポリシロ
キサン（シリコーンオイル）、例えば、エポキシ基含有
ジメチルポリシロキサンとアミノ基含有ポリジメチルシ
ロキサンを滴下しながら加熱攪拌を行い、反応終了後に
冷却し、ポリシロキサンゴム（シリコーンゴム）含有の
エポキシ樹脂あるいは硬化剤を得る。ついで、このもの
と、エポキシ樹脂および硬化剤の他方と、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
、８０〜１２０℃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℃におけるゲ
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。なお、硬化剤としてアミ
ン系硬化剤を用いるときは、シリコーンゴムをエポキシ
樹脂あるいは該硬化剤中で前もって合成した後、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、上記硬化剤の含有量は、エポキシ樹
脂を固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。

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９表面外観性に優れている。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の半導体装置は、マトリックス
樹脂と界面での結合性を有する三次元架橋したポリシロ
キサンゴム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、捺印
性や連続生産時の表面外観性を確保したままで低応力化
が実現されている。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１６ｍ”以上の大形半導体装置において
も、上記のように捺印性や連続生産時の表面外観性を損
なうことなく高信顛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。

〔実施例１〕 攪拌機付きセパラブルフラスコ中で０−タレゾールノボ
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、予め室温で均一混合した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）５部
と両末端グリシジルプロピルポリジメチルシロキサン（
エポキシ当量１００００）１０部との混合物を攪拌しな
がら滴下し、滴下後、２００℃で１０時間攪拌した。得
られた内容物の全景とフェノールノボラック樹脂（水酸
基当量１１０．軟化点８０℃）２８部、溶融性シリカ粉
末２５７部、シランカップリング剤（Ａ−１８６，日本
ユニーカー社製）２部、硬化促進剤（２，４，６−）リ
スジメチルアミノメチルフェノール）０．４５部および
離型剤（カルナバワックス）２．５部を８０〜１００℃
の熱口−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、半導体封止用のエポキシ樹
脂組成物を得た。そして、これを用い下記のようにして
半導体装置を製造した。

〔実施例２〕 側鎖アミノプロピルポリジメチルシロキサン（アミン３
１２００９分子量３０００）１２部と末端グリシジルプ
ロピルポリジメチルシロキサン（エポキシ当１５００）
１２部とを均一に予備混合した。０−タレゾールノボラ
ックエポキシ樹脂（エポキシ当ｆｆ１２３０．軟化点７
５℃）５０部をフラスコ中にて加熱溶融し、デイスパー
にて攪拌混合しながら光の予備混合物を滴下し、滴下後
１８０℃で１０時間攪拌した。得られた内容物全量とフ
ェノールノボラック樹脂（水酸基当ｉｔｌ　１０゜軟化
点８０℃）２５部を使用する以外は実施例１と同様にし
てエポキシ樹脂組成物を得た。

〔実施例３〕 側鎖にグリシジルプロピルおよびポリプロピレングライ
コールを有するポリジメチルシロキサン（エポキシ当Ｉ
Ｉ　０００．グライコール含有量５０％）２．５部と末
端メルカプトプロピルポリジメチルフェニルシロキサン
（メチル／フェニル比率＝２０／１．メルカプト当ｆｆ
１５０００）２．５部を均一に予備混合した。フェノー
ルノボラック樹脂（水酸基当量１１０．軟化点８０ｔ）
３４部をフラスコ中にて加熱溶融し、デイスパーにて攪
拌混合しながら、先の予備混合物を滴下し、滴下後１７
０℃で１２時間攪拌した。得られた内容物全量とＯ−タ
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℃）６８部を使用する以外は実施例１と同
様にしてエポキシ樹脂組成物を得た。

〔実施例４〕 側鎖グリシジルプロビルポリジメチルシロキサン（エホ
キシ当１２００．分子量３０００）５部と末端カルボキ
シプロピルポリメチルフェニルシロキサン（メチル／フ
ェニル比率＝　１０／１．カルボキシル当１６００）１
０部とを均一に予備混合した。その後の工程は実施例１
と同様にしてエポキシ樹脂組成物を得た。

〔実施例５〕 末端アミノプロピルポリジメチルシロキサン（アミン当
１５０００）１０部と、末端グリシジルプロピルポリジ
メチルシロキサン（エポキシ当量５００）２部とを均一
に混合し窒素気流下２６０℃で２０時間加熱し、ゴム状
物質を得た。得られたゴム状物質の全量と０−タレゾー
ルノボラックエポキシ樹脂（エポキシ当ｆｉ２２０．軟
化点８０℃）６０部、フェノールノボラック樹脂（水酸
基当量１１０．軟化点８０℃）３０部、溶融性シリカ粉
末２６０部、シランカップリング剤（Ａ−１８６、日本
ユニカー社ｖｇ）２部、カーボンブラック２部、硬化促
進剤（２，４，６−）リスジメチルアミノメチルフェノ
ール）０．４５部および離型剤（カルナバワックス）２
．５部を８０〜１００ｔ’の熱ロールで３分間混練した
。つぎに、これを冷却した後粉砕し、１０メツシュパス
粉体とし、半導体封止用のエポキシ樹脂組成物を得た。

〔比較例１〕 実施例１において、アミノプロピルポリジメチルシロキ
サンを１５部とし、グリシジルプロピルポリジメチルシ
ロキサンを使用しないで、反応温度を１７０℃とする以
外は実施例１と同様にした。

〔比較例２〕 ポリジメチルシロキサンを使用せず、エポキシ樹脂との
予備反応を行わない以外は実施例１と同様にした。

〈半導体装置の製造〉 上記粉末状のエポキシ樹脂組成物を用い、表面外観と捺
印性を調べるため、４８個取りの金型で４２ピンＤＩＰ
を連続で３００シヨツト成形した。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の成形物を下記
のような試験（表面外観性、捺印性、耐熱衝撃性）に供
した。すなわち、表面外観性は成形物に対する目視判定
で行い、捺印性は成形物の表面にボンマークＣ銀を捺印
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。

また、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℃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℃
のシリコーンオイルに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。

以上の試験の結果を下記の第１表にまとめて示した。

（以下余白） 第一一」−一一聚 以上のように、実施別品は耐熱衝撃性２表面外観性、捺
印性の全てに優れており、バランスのとれた信鯨性の高
い半導体装置であることがわかる。

手続補正書鳴発 昭和６１年１０月　３日 １．１１牛の耘 昭和６１刷翁犠藻１８９４０６号 ２、発明の名称 半導体装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　ガ斯成和旧１蒲１丁目１番２号 名　称　　（３９６）日東電気工業株式会社イ豐者鎌居
五朗 な　　　し ７、補正の内容 （１）　　明細書第７頁第９行目、「親和性が高まって
これまでのように」とあるを「親和性が高まることと、
上記シロキサンゴムが固形状であることからこれまでの
ように」と訂正する。

（２）　　明細書第１９頁第１３行目、「合しながら光
の予備混合物を」とあるを「合しながら先の予備混合物
を」と訂正する。

８、添付書類の目録

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）エポキシ樹脂および硬化剤を主要成分とし、下記
   の２種類のポリシロキサン（Ａ）、（Ｂ）の反応生成物
   であるポリシロキサンゴム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）相互間で付加もしくは付加縮合反応し少なくとも
   一方がエポキシ樹脂および／ま たは硬化剤と付加もしくは付加縮合反応 する２種類の官能基のうちの一方の官能 基を含有するポリシロキサンであつて、 下記の一般式（ I ）で表される繰返し単 位を主体とするポリシロキサン。 ▲数式、化学式、表等があります▼……（ I ） Ｒはアルキル基もしくはアリール基で あり、相互に同じであつても異なつてい てもよい。 （Ｂ）上記２種類の官能基のうちの他方の官能基を含有
   するポリシロキサンであつて上 記の一般式（ I ）で表される繰返し単位 を主体とするポリシロキサン。
2. （２）一方の官能基がエポキシ基であり、他方の官能基
   がアミノ基、カルボキシル基およびメルカプト基から選
   択された少なくとも一つの官能基である特許請求の範囲
   第１項記載の半導体装置。