JP2534296B2 - 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〕

トランジスター,IC,LSI等の半導体素子は、従来セラ
ミツクパツケージ等により封止され、半導体装置化され
ていたが、最近では、コスト，量産性の観点より、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が使
用されており、良好な成績を収めている。しかしなが
ら、半導体分野の技術革新によつ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、パツケー
ジも小形化，薄形化する傾向にあり、これに伴つて封止
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，耐熱信頼性等）
の向上が要望されている。特に近年、チツプサイズは益
々大形化する傾向にあり、半導体封止樹脂の硬化温度か
ら室温に冷却する際にチツプと樹脂の線膨脹係数の違い
によつて発生する内部応力のより以上の低減が必要にな
つており、このために樹脂の線膨脹係数の低減が必要と
なる。この実現のためには充填剤を多量に含有させる必
要があるが、充填剤量が増加すると封止樹脂に必要な流
動特性が低下する。したがつて、その増加には限度があ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のように、これまでの封止用エポキシ樹脂組成物
は線膨脹係数を必要な程度に低下させようとすれば充填
剤量を増加させなければならないため、線膨張係数の低
下と流動特性の保持の両立が困難である。このため、内
部応力を必要なレベルまで低減することが事実上不可能
であつた。したがつて、それを用いた半導体装置の信頼
性にもおのずと限界があるため、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、
内部応力特性に優れた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〕

上記目的を達成するため、この発明の半導体装置は、
下記の（Ａ）〜（Ｅ）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）フエノール樹脂。

（Ｃ）ジヒドロキシジフエニルスルホン。

（Ｄ）シリコーン化合物。

（Ｅ）無機質充填剤。

〔作用〕

すなわち、本発明者らは、封止樹脂の線膨張係数を低
下させ内部応力を低減させるに際し、封止に用いるエポ
キシ樹脂組成物の流動特性を損なわないようにすること
を目的として一連の研究を重ねた。その結果、シリコー
ン化合物にジヒドロキシジフエニルスルホンを組み合わ
せて使用すると、封止用樹脂組成物の流動特性を損なう
ことなく内部応力の低減効果が得られることを見出しこ
の発明に到達した。すなわち、上記化合物の組み合わせ
により、封止樹脂の線膨張係数を低下させるため無機質
充填剤量を増量しても、封止用樹脂組成物の流動特性の
低下現象がみられなくなる。

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）とフエノール樹脂（Ｂ成分）と、ジヒドロ
キシジフエニルスルホン（Ｃ成分），シリコーン化合物
（Ｄ成分），無機質充填剤（Ｅ成分）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。

このような封止用エポキシ樹脂組成物（以下「封止樹
脂組成物」と略す）は、流動特性に優れ、しかも上記C,
D成分をＥ成分と併用することにより、封止樹脂の線膨
張係数の低下を実現して内部応力の低減に極めて優れた
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。

上記封止樹脂組成物の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、クレゾールノボラツク型、
フエノールノボラツク型やビスフエノール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
点が室温を越えており、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
当量160〜250,軟化点50〜130℃のものが用いられ、クレ
ゾールノボラツ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。

上記エポキシとともに用いられるＢ成分のフエノール
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、フエノールノボラツク，クレゾールノボラツク
等が好適に用いられる。これらのノボラツク樹脂は、軟
化点が60〜110℃，水酸基当量が110〜150のものを用い
ることが好ましい。特に上記ノボラツク樹脂の中でもク
レゾールノボラツクを用いることが好結果をもたらす。

上記Ａ成分のエポキシ樹脂とＢ成分のフエノール樹脂
との配合比は、上記エポキシ樹脂中のエポキシ基１当量
当たりフエノール樹脂中の水酸基が0.5〜1.0当量となる
ように配合することが好ましい。

上記Ｃ成分のジヒドロキシジフエニルスルホンは4,
4′−ジヒドロキシジフエニルスルホンと2,4′−ジヒド
ロキシジフエニルスルホンの異性体があり両成分が併存
しているが、通常、後者が前者よりも少ない状態となつ
ている。特に、後者がＣ成分全体の20重量％（以下
「％」と略す）以下になつているものを使用することが
効果の点で望ましい。このようなＣ成分のジヒドロキシ
ジフエニルスルホンの含有量は、封止樹脂組成物全体の
5.0％以下、好適には2.0〜4.0％の範囲内に設定するこ
とが望ましい。

また、上記Ｄ成分のシリコーン化合物としては、通
常、下記の一般式〔Ｉ〕および一般式〔II〕で表される
ものが使用される。

上記式〔Ｉ〕において、Ｒで示されるフエニル基は、
同じＲで示される他の成分要素であるメチル基とそれ自
体（フエニル基）との合計の０〜60％になるようにする
ことが望ましい。

上記Ｄ成分のシリコーン化合物の含有量は、上記式
〔Ｉ〕または式〔II〕のいずれか一方もしくは双方が封
止樹脂組成物全体の１〜７％を占めるように設定するこ
とが効果の点で好適である。

また、上記各成分とともに用いられるＥ成分の無機質
充填剤としては特に限定するものではなく、一般に用い
られているシリカ粉末，石英ガラス粉末，タルク，アル
ミナ粉末等が適宜に用いられる。なお、上記Ｅ成分の含
有量は、封止樹脂組成物全体の75％以上、好ましくは77
〜84％の範囲内に設定することが好ましい。

また、この発明では、上記各成分以外に必要に応じて
硬化促進剤，難燃剤，離型剤，カツプリング剤および顔
料等が用いられる。

硬化促進剤としては、三級アミン、四級アンモニウム
塩、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−ヘプタ
デシルイミダゾール、２−メチルイミダゾールのような
異環型イミダゾール化合等のイミダゾール類、1,8−ジ
アザ−ビシクロ（5,4,0）ウンデセン−７およびその
塩、トリフエニルホスフインのような有機第三ホスフイ
ン化合物およびホウ素化合物等をあげることができる。

難燃剤としては、カーボンブラツク，三酸化アンチモ
ン等をあげることができる。

また、難型剤としては、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
ルナバワツクス、モンタンワツクス等のワツクス類等を
用いることができる。

カツプリング剤としては、シランカツプリング剤等が
用いられる。

上記硬化促進剤，難燃剤，離型剤およびカツプリング
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。

この発明に用いられる封止樹脂組成物は、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）と、フエノール樹脂（Ｂ成分）と、ジ
ヒドロキシジフエニルスルホン（Ｃ成分）と、シリコー
ン化合物（Ｄ成分）と、無機質充填剤（Ｅ成分）を配合
し、必要に応じて硬化促進剤，難燃剤，顔料，カツプリ
ング剤等その他の添加剤を適宜配合する。そして、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
知の手段によつて粉砕し、必要に応じて打錠するという
一連の工程により製造することができる。

このような封止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、通常のトランスフアー
成形等の公知のモールド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、封止樹脂の線
膨脹係数が著しく低いため大型の半導体素子を封止して
もその発生内部応力が極めて低くなる。したがつて、信
頼性が著しく高くなる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の半導体装置は、ジヒドロキ
シジフエニルスルホンおよびシリコーン化合物を含む流
動特性のよい特殊な封止樹脂組成物を用いて封止されて
いるため、製造が容易であり、かつ上記特殊な封止樹脂
組成物による封止により、内部応力が小さくなつてい
る。したがつて、極めて高い信頼性を有している。特
に、上記特殊な封止樹脂組成物による封止により、大型
の半導体素子の封止に充分対応でき、高温下の厳しい条
件下に曝しても、高い信頼性が得られるようになる。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

〔実施例１〜６、比較例１〜２〕 まず後記の第１表に示す原料を準備した。

つぎに、上記原料と第２表に示す原料を同表に示す割
合で配合し、ミキシングロール機（ロール温度100℃）
で10間溶融混練を行い、冷却固化後シート状組成物を作
製した。つぎに、このシート状組成物を粉砕し、目的と
する粉末状のエポキシ樹脂組成物を得た。

つぎに、上記の実施例，比較例および従来例によつて
得られた粉末状のエポキシ樹脂組成物について流動性を
みるためスパイラルフロー試験を行うとともに、これを
用い半導体素子をトランスフアー成形してモールドする
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、−50℃
/5分−150℃/5分の2000回の温度サイクルテスト（以下
「TCTテスト」と略す）、線膨張係数の測定試験を行つ
た。その結果を上記スパイラルフロー試験の結果と併せ
て下記の第３表に示す。なお、室温〜ガラス転移温度Tg
の線膨張係数はTMA（Thermal mechanical analysis）に
よつて求めた。

第３表の結果から、実施例で用いる封止樹脂組成物
は、比較例および従来例で用いるものに比べて流動性に
富み、かつそれを用いて得られたプラスチツクパツケー
ジは線膨脹係数が小さく、また熱サイクル試験の結果が
よいことから、内部応力も小さいことがわかる。したが
つて、このような封止樹脂組成物で封止された半導体装
置は、極めて信頼性が高いことがわかる。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下記の（Ａ）〜（Ｅ）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）フエノール樹脂。 （Ｃ）ジヒドロキシジフエニルスルホン。 （Ｄ）シリコーン化合物。 （Ｅ）無機質充填剤。
2. 【請求項２】上記Ｃ成分の含有量がエポキシ樹脂組成物
   全体の５重量％以下である請求項１記載の半導体装置。
3. 【請求項３】上記Ｅ成分の含有量がエポキシ樹脂組成物
   全体の75重量％以上である請求項１または２記載の半導
   体装置。