JP2523669B2 - 半導体装置 - Google Patents

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
ツクパツケージもしくはプラスチツクパツケージ等によ
り封止され半導体装置化されている。なかでも、上記セ
ラミツクパツケージは、構成材料そのものが耐熱性を有
し、しかも、透湿性が小さいうえに中空パツケージであ
るため、耐熱性、耐湿性に優れた封止が可能である。し
かし、構成材料が比較的高価であることと、量産性に劣
る欠点がある。したがつて、コスト，量産性の観点から
プラスチツクパツケージを用いた樹脂封止が主流になつ
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。最近
では、成形作業性、特に流れ性を考慮してエポキシ樹
脂，フエノール樹脂および球状シリカを含有したエポキ
シ樹脂組成物が使用されている。また、素子の高集積化
に基づく低応力性を考慮してエポキシ樹脂，フエノール
樹脂，通常の無機質充填剤（非球状）にオルガノポリシ
ロキサンを配合したものが開発されている。しかしなが
ら、前者によれば低応力性の要求に応えられず、後者は
流れ性が悪く、成形金型内での流動に際して無機質充填
剤の鋭角部分により半導体素子に応力がかかつてしまう
という欠点を有している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように、従来の２種類のエポキシ樹脂組成物で
は、流れ性等の成形性および低応力化の要求に充分応え
られず、信頼性に富んだ半導体装置が得られていないの
が実情である。

この発明は、このような実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、低応力性，耐熱性およ
び耐湿性等の特性に優れ信頼性の高い半導体装置を提供
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（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）および（Ｅ）
成分を含有し、かつ、上記（Ｃ）成分が上記（Ａ）およ
び（Ｂ）の少なくとも一方と予備反応しており、上記
（Ｄ成分）／（Ｅ成分）の重量比が15/85〜60/40に設定
され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）ノボラツク型フエノール樹脂。

（Ｃ）エポキシ基，アミノ基，水酸基，メルカプト基お
よびカルボキシル基からなる群から選ばれた少なくとも
一つの官能基を有するオルガノポリシロキサン。

（Ｄ）球状無定形シリカ粉末。

（Ｅ）非球状無定形シリカ粉末。

すなわち、本発明者らは、信頼性に優れた封止樹脂を
得るための一連の研究の過程で、無機質充填剤として球
状無定形シリカ粉末と非球状無定形シリカ粉末をある割
合で混合含有させ、さらに官能基を有したオルガノポリ
シロキサンを含有させた特殊なエポキシ樹脂組成物を用
いると、極めて優れた低応力性，耐湿性および成形作業
性が得られることを見いだしこの発明に到達した。

この発明は、エポキシ樹脂（Ａ成分）と、ノボラツク
型フエノール樹脂（Ｂ成分）と、エポキシ基，アミノ
基，水酸基，メルカプト基およびカルボキシル基からな
る群から選ばれた少なくとも一つの官能基を有するオル
ガノポリシロキサン（Ｃ成分）と、球状無定形シリカ粉
末（Ｄ成分）と、非球状無定形シリカ粉末（Ｅ成分）等
とを用いて得られるものであつて、通常、粉末状もしく
はそれを打錠したタブレツト状になつている。

このようなエポキシ樹脂組成物は、特に上記C,D,E成
分の使用により、信頼性の極めて優れたプラスチツクパ
ツケージになりうるものであり、その使用によつて信頼
度の高い半導体装置が得られるものである。

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、
ビスフエノール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，ビスフエノール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，ノボラツク型エポキシ樹脂等があげられ適宜選
択使用される。この中で特に好適なのはクレゾールノボ
ラツク型エポキシ樹脂であり、通常、エポキシ当量180
〜250,軟化点50〜130℃のものが用いられる。

上記Ａ成分のエポキシ樹脂とともに用いられるＢ成分
のノボラツク型フエノール樹脂は、１分子中に２個以上
の水酸基を有するものであつて上記エポキシ樹脂の硬化
剤として作用するものであり、フエノールノボラツク樹
脂、クレゾールノボラツク樹脂等が適宜に選択使用され
る。なかでも好適なのはフエノールノボラツク樹脂であ
り、通常、水酸基当量100〜130,軟化点60〜130℃のもの
が用いられる。

上記A,B成分とともに用いられるＣ成分のオルガノポ
リシロキサンは、エポキシ基，アミノ基，水酸基，メル
カプト基およびカルボキシル基からなる群から選ばれた
少なくとも一つの官能基を有するものである。すなわ
ち、官能基のないものを使用すると、成形性および捺印
性の低下を招くこととなるからである。上記官能基は、
オルガノポリシロキサン分子の末端に結合されていて
も、側鎖として結合していてもよい。上記オルガノポリ
シロキサンの上記官能基部分以外の化学構造は、ジメチ
ルポリシロキサンであることが好ましい。このものは、
その一部がメチル基に代えてフエニル基で置換されてい
るものであつてもよい。

上記官能基を有するオルガノポリシロキサンは、予め
Ａ成分のエポキシ樹脂およびＢ成分のノボラツク型フエ
ノール樹脂の少なくとも一方と反応させておくことが好
適であり、これにより、エポキシ樹脂組成物中に直径５
μｍ以下のシリコーンゴム状粒子を分散させたような状
態にすることが好ましい。このような粒子分散系にする
ためには、官能基を有するオルガノポリシロキサンの分
子量は1000〜100000が好適である。すなわち、分子量が
1000未満ではオルガノポリシロキサンが樹脂骨格中に溶
け込み、粒子としての形状をとらず可塑剤として作用
し、得られる半導体装置の耐湿信頼性に問題を生じさ
せ、100000を超えるとオルガノポリシロキサンが樹脂系
に対して親和性を示さなくなり樹脂との反応が困難とな
り、粒子形状を有した状態で樹脂中に分散できなくなる
傾向がみられるからである。なお、上記官能基を有する
オルガノポリシロキサンは単独でもしくは併せて用いて
もよい。このような官能基を有するオルガノポリシロキ
サンについて、官能基当たりの当量は、1000以上100000
以下であることが好ましい。これは上記分子量と同じ理
由によるものである。

上記A,B成分およびＣ成分とともに用いられるＤ成分
の球状無定形シリカ粉末は、ワーデルの球形度で0.5〜
1.0の球形度を有するものであり、溶融固化したインゴ
ツト状の無定形シリカを機械粉砕し、得られた機械粉砕
物中からワーデルの球形度で0.5〜1.0、好ましくは0.7
〜1.0の球形度を有するものを用いたり、インゴツト状
の無定形シリカを機械粉砕し、これを高熱で溶射して得
られた中から上記と同様の球形度を有するものを用い
る。

なお、上記ワーデルの球形度とは、粒子の球形度を、
（粒子の投影面積に等しい円の直径）／（粒子の投影像
に外接する最小円の直径）で測る指数であり、この指数
が1.0に近いほど真球体に近い粒子であることを意味す
る。

上記ワーデルの球形度が0.5未満になると、無定形シ
リカ粉末が異形状（角ばつた状態）になつて樹脂の流れ
を阻害するようになる。したがつて、球状無定形シリカ
粉末は、ワーデルの球形度で0.5〜1.0、好ましくは0.7
〜1.0の球形度を有することが必要である。

さらに、上記Ｄ成分の球状無定形シリカ粉末とともに
Ｅ成分の非球状無定形シリカ粉末が用いられる。このも
のは、上記Ｄ成分の球形のものよりも球形度が悪く鋭角
的になつている。このようにＤ成分およびＥ成分の充填
剤成分として、いずれも無定形シリカを選択したのは、
不純物が少ないことおよび線膨張係数が小さく耐熱性の
向上効果が得られることによる。

そして、上記球状無定形シリカ粉末（Ｄ）と非球状無
定形シリカ粉末（Ｅ）との重量比はD/E＝15/85〜60/40
に設定することが必要である。すなわち、球状無定形シ
リカ粉末が、球状と非球状の合計量中15重量％（以下
「％」と略す）未満では、エポキシ樹脂組成物の流れ性
が悪くなり、成形時に半導体素子のワイヤーが切断され
たりして得られる半導体装置中の不良率が高くなり、逆
に、60％を超えるとトランスフアー成形時に樹脂が流れ
過ぎてボイドが発生し得られる半導体装置の耐湿性等に
問題が生じるからである。

上記球状無定形シリカ粉末と非球状無定形シリカ粉末
の含有量は、エポキシ樹脂組成物全体の50〜85％に設定
するのが好ましい。すなわち、50％未満ではエポキシ樹
脂組成物にチキソトロピー性を付与しにくく、したがつ
て、成形作業性に支障を生じると同時に、熱膨張係数が
さほど低下せず耐熱応力性が不充分となり、逆に85％を
超えると上記と同様に成形作業時に問題が生じエポキシ
樹脂組成物の未充填部分が生じるからである。

上記球状無定形シリカおよび非球状無定形シリカ粉末
は、いずれも粒径が149μｍ以下であることが好まし
く、より好ましいのは平均粒径が16μｍ程度のものであ
る。すなわち、粒径が149μｍを超えると、得られる半
導体装置に、エポキシ樹脂組成物の未充填部分を生じて
不良品の発生率が高くなり、かつ成形作業性に問題が生
じる傾向がみられるからである。

さらに、この発明では、上記A,B,C,D成分およびＥ成
分以外に、必要に応じて硬化促進剤，離型剤，難燃剤お
よび顔料等を用いることができる。硬化促進剤としては
フエ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、トリエチレンジア
ミン、2,4,6−トリ（ジメチルアミノメチル）フエノー
ル、1,8−ジアザ−ビシクロ〔5,4,6〕ウンデセン等の三
級アミン類、２−メチルイミダゾール等のイミダゾール
類、トリフエニルホスフイン等のリン系化合物等をあげ
ることができる。上記硬化促進剤として例示した化合物
は、単独でもしくは併せて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、エポ
キシ樹脂（Ａ成分）またはノボラツク型フエノール樹脂
（Ｂ成分）とオルガノポリシロキサン（Ｃ成分）を撹拌
混合し予備反応させる。つぎに、この反応物と球状シリ
カ粉末（Ｄ成分）と非球状シリカ粉末（Ｅ成分）および
必要に応じて硬化促進剤，離型剤，難燃剤，顔料を配合
し、常法に準じてドライブレンド法、または溶融ブレン
ド法を適宜採用して混合，混練することにより製造する
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封止
は特に限定されるものではなく、例えば、トランスフア
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。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の半導体装置は、球状無定形
シリカ粉末（Ｄ成分）と非球状無定形シリカ粉末（Ｅ成
分）とが特定割合で配合され、さらに官能基を有する特
定のオルガノポリシロキサン（Ｃ成分）が配合されてい
る特殊なエポキシ樹脂組成物を用いて封止されており、
その封止プラスチツクパツケージが、従来のエポキシ樹
脂組成物製のものとは異なるため、低応力性に優れ、か
つ耐湿信頼性，耐熱信頼性等の信頼性が高いものであ
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1,2,,4,5、比較例2,3,〕 後記の第１表に従つて、撹拌機付セパラブルフラスコ
中でエポキシ樹脂を加熱し、この中にオルガノポリシロ
キサンを投入し170℃で４時間撹拌混合した。ついで、
得られた反応物に残りの各原料を配合し、ミキシングロ
ール機（ロール温度80〜100℃）で３分間溶融混練を行
い、冷却固化後粉砕を行つて目的とする微粉末状のエポ
キシ樹脂組成物を得た。

〔実施例3,6、比較例１〕 エポキシ樹脂に代えて、後記の第１表に示すフエノー
ル樹脂を用いた。それ以外は、実施例１と同様にして目
的とする微粉末状のエポキシ樹脂組成物を得た。

なお、上記実施例１〜６および比較例１〜３で用いた
オルガノポリシロキサンの構造，当量，平均分子量およ
び球状無定形シリカ粉末の球形度，平均粒径は、第２表
のとおりである。

〔比較例４〕 実施例１において、エポキシ樹脂とオルガノポリシロ
キサンを予備反応させなかつた。それ以外は、実施例１
と同様にして目的とする微粉末状のエポキシ樹脂組成物
を得た。

〔実施例５〕 実施例１において、シリカ粉末として非球状無定形シ
リカ粉末を用いず、すべて球状無定形シリカ粉末を用い
た。そして、上記エポキシ樹脂組成物中における球状無
定形シリカ粉末の配合量を300重量部（以下「部」と略
す）とした。それ以外は、実施例１と同様にして目的と
する微粉末状のエポキシ樹脂組成物を得た。

〔比較例６〕 実施例１において、シリカ粉末として球状無定形シリ
カ粉末を用いず、すべて非球状無定形シリカ粉末を用い
た。そして、上記エポキシ樹脂組成物中における非球状
無定形シリカ粉末の配合量を300部とした。それ以外
は、実施例１と同様にして目的とする微粉末状のエポキ
シ樹脂組成物を得た。

〔比較例７〕 実施例１において、球状無定形シリカ粉末の配合量を
30部に、また、非球状無定形シリカ粉末の配合量を270
部にそれぞれ変えた。それ以外は、実施例１と同様にし
て目的とする微粉末状のエポキシ樹脂組成物を得た。

〔比較例８〕 実施例１において、球状無定形シリカ粉末の配合量を
195部に、また、非球状無定形シリカ粉末の配合量を105
部にそれぞれ変えた。それ以外は、実施例１と同様にし
て目的とする微粉末状のエポキシ樹脂組成物を得た。

以上の実施例１〜６および比較例１〜８によつて得ら
れた微粉末のエポキシ樹脂組成物を用い、半導体素子を
トランスフアーモールド（180℃×２分）することによ
り42ピンDIPの半導体装置を得た。このようにして得ら
れた半導体装置を175℃で５時間ポストキユアした。こ
の半導体装置各50個を試料として用い、−80℃/5分〜15
0℃/5分の500回の温度サイクルテスト（シリコーンオイ
ルに浸漬）を行つた後、封止樹脂を取り除き半導体素子
表面のパツシベーシヨンクラツクの発生数を調べた。そ
の結果を成形時の封止樹脂の充填性とともに下記の第３
表に示した。

第３表の結果から、オルガノポリシロキサンによる予
備反応を行つていないものを用いた比較例品は、充填
性，耐熱衝撃性のいずれかが劣るのに対して、実施例品
は、双方ともに優れており、信頼性が向上していること
がわかる。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31 (56)参考文献 特開 昭62−7723（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−268750（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−151447（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−254619（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−63453（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−63450（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−50325（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−55025（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−164451（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−202622（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下記（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）およ
   び（Ｅ）成分を含有し、かつ、上記（Ｃ）成分が上記
   （Ａ）および（Ｂ）の少なくとも一方と予備反応してお
   り、上記（Ｄ成分）／（Ｅ成分）の重量比が15/85〜60/
   40に設定され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）ノボラツク型フエノール樹脂。 （Ｃ）エポキシ基，アミノ基，水酸基，メルカプト基お
   よびカルボキシル基からなる群から選ばれた少なくとも
   一つの官能基を有するオルガノポリシロキサン。 （Ｄ）球状無定形シリカ粉末。 （Ｅ）非球状無定形シリカ粉末。
2. 【請求項２】上記（Ｃ）成分であるオルガノポリシロキ
   サンの分子量が、1000〜100000である特許請求の範囲第
   １項記載の半導体装置。
3. 【請求項３】上記（Ｃ）成分であるオルガノポリシロキ
   サンの官能基当たりの当量が、1000〜100000である特許
   請求の範囲第１項または第２項記載の半導体装置。
4. 【請求項４】上記（Ｄ）成分である球状無定形シリカ粉
   末の球形度が、ワーデルの球形度で0.5〜1.0の球形度を
   有する特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに
   記載の半導体装置。
5. 【請求項５】上記（Ｄ）成分である球状無定形シリカ粉
   末、および（Ｅ）成分である非球状無定形シリカ粉末の
   粒径が、いずれも149μｍ以下である特許請求の範囲第
   １項ないし第４項のいずれかに記載の半導体装置。