JP2698761B2

JP2698761B2 - 半導体装置

Info

Publication number: JP2698761B2
Application number: JP27261994A
Authority: JP
Inventors: 雅人清水; 準一安達; 務西岡; 一人山中; 整石坂
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1994-11-07
Filing date: 1994-11-07
Publication date: 1998-01-19
Anticipated expiration: 2013-01-19
Also published as: JPH07165882A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、信頼性に優れた半導
体装置に関するものである。

【０００２】

【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。

【０００３】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エン−
アクリロニトリル共重合体、無機質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
て賞用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】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。

【０００５】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、耐熱性，耐湿性および低応力性に優れた半導
体装置の提供をその目的とする。

【０００６】

【課題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）下記の一般式（１）で表される結晶性エポキシ樹
脂が１０重量％以上含有されているエポキシ樹脂。

【化５】（Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂。（Ｃ）下記の一般式（２）で表されるシリコーン化合
物。

【化６】

【０００７】

【作用】すなわち、本発明者らは、上記エポキシ樹脂組
成物硬化物からなる封止樹脂の耐熱性，耐湿性および低
応力性を向上させることを目的として一連の研究を重ね
た。その結果、従来から用いられている通常のエポキシ
樹脂に代えて前記一般式（１）で表される特殊な結晶性
エポキシ樹脂を単独で用いるか、または通常のエポキシ
樹脂に特定の割合で上記特殊なエポキシ樹脂を加えて主
剤成分として用い、さらに特殊なシリコーン化合物を含
有したものを用いると耐熱性，耐湿性および低応力性に
優れた封止樹脂が得られるようになることを見出しこの
発明に到達した。

【０００８】この発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、
前記一般式（１）で表される特殊な結晶性エポキシ樹脂
が特定の割合で含有されているエポキシ樹脂（Ａ成分）
と、ノボラック型フェノール樹脂（Ｂ成分）と、特殊な
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。

【０００９】上記Ａ成分となるエポキシ樹脂としては、
下記の一般式（１）で表される結晶性エポキシ樹脂が通
常のエポキシ樹脂中１０重量％（以下「％」と略す）以
上含有されているものが用いられる。

【００１０】

【化７】

【００１１】なお、ここでいう「結晶性エポキシ樹脂」
とは、Ｘ線回折により多数の結晶のピークが表れる固形
エポキシ樹脂であって、物理的にはシャープな融点を示
しかつ溶融時には分子間相互作用が殆どなくなるため極
端に粘度が低下する性質を有するものである。

【００１２】上記通常のエポキシ樹脂は、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、
特に限定するものではない。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、例えばノボラック型エポキシ樹脂，クレゾールノボ
ラック型エポキシ樹脂等が好適に用いられ、その他のビ
スフェノールＡ型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。
上記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℃のものが
用いられ、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。

【００１３】上記Ｂ成分のノボラック型フェノール樹脂
は、上記Ａ成分である特殊な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５０〜１３０
℃、好ましくは７０〜９０℃、水酸基当量が１００〜１
３０のものを用いることが好ましい。

【００１４】上記エポキシ樹脂組成物中のＡ成分である
特殊なエポキシ樹脂と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。

【００１５】上記Ａ成分およびＢ成分とともに用いられ
るＣ成分の特定のシリコーン化合物は、下記の一般式
（２）で表される構造を有するものである。

【００１６】

【化８】

【００１７】上記Ｃ成分のシリコーン化合物を用いるこ
とにより得られる封止樹脂は、特に耐湿性，耐熱衝撃
性，内部応力の低減効果に優れ、その結果、封止樹脂の
熱衝撃および熱応力に起因する微細な割れ，剥離（これ
が水分の浸入路となる）の発生が防止される。そして、
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。

【００１８】このようなＣ成分のシリコーン化合物の含
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。

【００１９】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、Ａ成分である特殊なエポキシ樹脂
もしくは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。

【００２０】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。

【００２１】上記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。

【００２２】上記充填剤としては、石英ガラス粉，珪石
粉，タルク等を用いることができる。

【００２３】上記離型剤としては、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。

【００２４】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、上記Ａ〜Ｃ成分原料ならびに必要に応じて上記その
他の添加剤を適宜配合する。そして、この混合物をミキ
シングロール機等の混練機にかけ加熱状態で溶融混合
し、これを室温に冷却したのち公知の手段により粉砕
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。この場合、上記配合に先立って特殊
なエポキシ樹脂（Ａ成分）もしくはノボラック型フェノ
ール樹脂（Ｂ成分）とシリコーン化合物（Ｃ成分）とを
予備溶融混合して用いてもよい。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、この発明の半導体装置
は、特殊なエポキシ樹脂が特定の割合に含有されている
エポキシ樹脂（Ａ成分）と、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
小さく耐熱信頼性が高く、特に、苛酷な使用条件下にお
ける耐湿信頼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１
６ｍｍ²以上、素子上のアルミニウム配線の幅が２μｍ
以下の特殊な半導体装置において、上記のような高信頼
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。

【００２８】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。

【００２９】

【実施例１〜３】下記の表１に示すシリコーン化合物を
準備した。

【００３０】

【表１】

【００３１】つぎに、上記シリコーン化合物を用い、さ
らに下記の表２に示すような原料を準備し、上記原料を
同表に示す割合で配合し、ミキシングロール機（温度１
００℃）で１０分間混練して冷却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。

【００３２】

【表２】

【００３３】

【比較例１〜３】下記の表３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１〜３と同様にして粉末状のエポキシ樹脂組成物を得
た。

【００３４】

【表３】

【００３５】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、
電圧印加状態におけるプレッシャー釜による１０００時
間の信頼性テスト（以下「ＰＣＢＴテスト」と略す）お
よび−５０℃／３０分〜１５０℃／３０分の３００回の
温度サイクルテスト（以下「ＴＣＴテスト」と略す）の
測定を行った。その結果を下記の表４に示した。

【００３６】

【表４】

【００３７】表４の結果から、比較例品はＰＣＢＴテス
トおよびＴＣＴテストの双方においていずれも不良品お
よびクラックが発生した。これに対して、全ての実施例
品はＰＣＢＴテストおよびＴＣＴテストの双方の信頼性
評価テストにおいて、不良品およびクラックが全く発生
せず、良好な結果が得られた。このことから、この発明
での封止材料を用いた実施例品は内部応力が小さくかつ
耐湿信頼性が著しく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 (72)発明者山中一人大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号日東電工株式会社内 (72)発明者石坂整大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号日東電工株式会社内 (56)参考文献特開平２−91966（ＪＰ，Ａ) 特公平７−76258（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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）下記の一般式（１）で表される結晶性エポキシ樹
脂が１０重量％以上含有されているエポキシ樹脂。【化１】（Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂。（Ｃ）下記の一般式（２）で表されるシリコーン化合
物。【化２】
【請求項２】Ａ成分のエポキシ樹脂と、Ｂ成分のノボ
ラック型フェノール樹脂との相互の含有割合は、エポキ
シ樹脂中のエポキシ基１当量に対してノボラック型フェ
ノール樹脂中の水酸基の当量比が０．８〜１．２の範囲
内になるよう設定されている請求項１記載の半導体装
置。
【請求項３】Ｃ成分のシリコーン化合物の含有割合
が、エポキシ樹脂組成物中のＡ成分であるエポキシ樹
脂，Ｂ成分であるノボラック型フェノール樹脂およびＣ
成分であるシリコーン化合物の合計量に対して、５０重
量％以下に設定されている請求項１または２記載の半導
体装置。
【請求項４】上記半導体素子サイズが１６ｍｍ ² 以上
で、半導体素子上のアルミニウム配線の幅が２μｍ以下
である請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装
置。
【請求項５】下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含む半導体
封止用エポキシ樹脂組成物。（Ａ）下記の一般式（１）で表される結晶性エポキシ樹
脂が１０重量％以上含有されているエポキシ樹脂。【化３】（Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂。（Ｃ）下記の一般式（２）で表されるシリコーン化合
物。【化４】