JP2703733B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2703733B2
JP2703733B2 JP7057735A JP5773595A JP2703733B2 JP 2703733 B2 JP2703733 B2 JP 2703733B2 JP 7057735 A JP7057735 A JP 7057735A JP 5773595 A JP5773595 A JP 5773595A JP 2703733 B2 JP2703733 B2 JP 2703733B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】この発明は、低応力性に優れた封
止樹脂を備え、信頼性が極めて向上している半導体装置
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、機械的強度,耐湿性の点からセラミックスや樹
脂を用いて封止されている。このうちセラミックスパッ
ケージは耐湿性,熱放散性が良好なため、信頼性の極め
て高い封止が可能であり、それによって高度な信頼性を
有する半導体装置を得ることができる。しかしながら、
セラミックス材料が高価であり、また量産性に劣る欠点
があるため最近では樹脂による半導体素子の封止が主流
を占めている。 【0003】それらの樹脂のなかでもエポキシ樹脂組成
物が賞用されているが、DRAM,MPUに代表される
半導体素子の高集積化,大型化に伴い、半導体装置の使
用時に発生する熱による障害および半導体素子に加えら
れる熱応力が大きくなってきていて、半導体素子のパッ
シベーション膜にクラックが発生したりアルミ配線が変
形したりする不良が発生し易い状態になっており、半導
体装置の信頼性という点で不安がある。このため、上記
封止樹脂の熱伝導性の向上ならびに熱応力の低減につい
て強い要請があり、そのような樹脂の開発が特に望まれ
ている。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】上記のような要望に応
えて、低応力半導体封止用エポキシ樹脂組成物として
は、エポキシ樹脂,ノボラック型フェノール樹脂硬化
剤,離型剤および低応力化剤としてのゴム成分等を配合
したエポキシ樹脂組成物が広く用いられている。しかし
ながら、このような低応力エポキシ樹脂組成物を用い、
トランスファー成形して得られる半導体装置は、上記樹
脂封止形半導体装置に要求される低応力性の要請を満た
さず、満足すべき低応力性を備えていない。また、上記
のようなエポキシ樹脂組成物を用いてトランスファー成
形する場合において、ゴム等の柔軟性のある低力化剤
が、成形される半導体装置の表面から脱離して金型汚れ
の原因になるという難点も生じている。他方、本願発明
における(A)成分の合成に用いると同様のジメチルシ
ロキサンを用い、これとノボラック型エポキシ樹脂とを
メチルエチルケトン(MEK)中で、予め反応させて所
謂シリコーンゲル粒子をつくり、これを低応力化剤とし
てエポキシ樹脂組成物中に配合するという技術が、先行
発明中に実施例として記載されている(特開昭58−2
1417号公報)。ところが、このようにして得られ
る、シリコーンゲル粒子を配合したエポキシ樹脂組成物
においては、シリコーンゲル粒子は粒子状でそれぞれ独
立して遊離状態で存在しているため、トランスファー成
形時において、やはりシリコーンゲルが脱離し、金型汚
れを引き起こすという難点を生じている。 【0005】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、製造の際に金型汚れ等を生じることなく、し
かも低応力性に優れていて、信頼性の高い半導体装置の
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、エポキシ樹脂,フェノー
ルノボラック樹脂および無機質充填剤を必須成分とする
エポキシ樹脂組成物であって、下記の(A)成分を含有
するとともに、無機質充填剤として球状フィラーを含有
するエポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子が封止され
てなるという構成をとる。 (A)エポキシ樹脂中に、末端にアミノプロピル基を有
する分子量1284〜1950のジメチルシロキサンを
添加し反応させることにより得られる、上記エポキシ樹
脂からなる母相中に上記ジメチルシロキサンが母相のエ
ポキシ樹脂と化学結合した状態で分散している反応生成
物。 【0007】すなわち、本発明者は、上記先行発明(特
開昭58−21417号参照)を基礎に一連の研究を重
ねた結果、先行発明で用いたと同様のジメチルシロキサ
ンをノボラック型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂中に添
加配合して反応させると、上記エポキシ樹脂を母相と
し、その母相中でジメチルシロキサンが1〜10μmの
シリコーンゲル粒子をつくり、かつその生成シリコーン
ゲル粒子が、母相となるエポキシ樹脂と化学結合した状
態で分散している所謂、海−島構造になることを突き止
めた。そして、このような海−島構造をもつ変性エポキ
シ樹脂を、エポキシ樹脂組成物に用いるエポキシ樹脂の
少なくとも一部に代えて使用すると、金型汚れの発生が
防止されるようになり、しかも低応力性も実現されるよ
うになることを見いだ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、
上記変性エポキシ樹脂を(A)成分として含有するもの
である。 【0009】上記(A)成分は、例えば、ノボラック型
エポキシ樹脂と、末端にアミノプロピル基を有する分子
量1284〜1950のジメチルシロキサンであって下
記の一般式(1)で表されるようなものとを用いて得ら
れる。 【0010】 【化1】【0011】上記のジメチルシロキサンと反応させるエ
ポキシ樹脂は、特に限定するものではないが、エポキシ
当量190〜210のノボラック型エポキシ樹脂、特に
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂を用いると好結果
が得られるようになる。しかし、ビスフェノールノボラ
ック型エポキシ樹脂等も使用可能である。そして、この
ようなエポキシ樹脂と上記ジメチルシロキサンとを反応
させるに際し、ノボラック型エポキシ樹脂等のエポキシ
樹脂75重量部(以下「部」と略す)と上記ジメチルシ
ロキサン25部とを予備反応させることにより、エポキ
シ樹脂母相中に粒子径1〜10μmのシリコーンゴムの
分散した海−島構造をもつ変性エポキシ樹脂が得られる
ようになる。これについて、より詳しく説明すると、例
えば、160〜180℃に溶融したo−クレゾールノボ
ラック型エポキシ樹脂に、上記ジメチルシロキサンを先
に述べた割合で添加し、2〜6時間ディスパー形の分散
機等を用いて分散混合し反応させることにより得ること
ができる。上記母相となるエポキシ樹脂とジメチルシロ
キサンの割合は、先に述べた割合に限定されるものては
なく、前者60〜90部に対して、後者は40〜10部
の割合になる範囲内であれば自由に選択することができ
る。特に好適なのは、後者が25〜10部の割合であ
る。以上の範囲内であれば、エポキシ樹脂母相中にシリ
コーンゴムが分散した海−島構造をもつ変性エポキシ樹
脂が得られるようになる。 【0012】上記のようにして得られた(A)成分の変
性エポキシ樹脂は、エポキシ樹脂組成物に通常用いられ
る変性されていないエポキシ樹脂の全部に代えて用いて
もよいし、その一部に代えて用いてもよい。一部に代え
て用いるときには、その割合を85〜70重量%(以下
「%」と略す)程度にすることが好適である。この場
合、変性エポキシ樹脂と変性されていないエポキシ樹脂
とは、相互に同種であってもよいし異種であってもよ
い。そして、このような変性エポキシ樹脂は、エポキシ
樹脂組成物全体中の10〜15%になるように設定する
ことが低応力性等の観点から好ましい。 【0013】なお、上記変性エポキシ樹脂と変性されて
いないエポキシ樹脂とを併用する場合において、変性さ
れていないエポキシ樹脂は特に限定するものではない
が、エポキシ当量190〜210のノボラック型エポキ
シ樹脂を用いることが好ましい。 【0014】上記変性エポキシ樹脂,変性されていない
エポキシ樹脂の硬化剤としては、軟化点が70℃以上の
フェノールノボラック樹脂,クレゾールノボラック樹脂
が用いられる。なお、上記フェノール樹脂硬化剤と、上
記変性エポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂全体との配合割
合は、エポキシ当量/水酸基当量が0.9〜1.2の範
囲内になるように設定することが好適である。この当量
比が1に近い程好結果が得られる。 【0015】また、この発明に用いるエポキシ樹脂組成
物には、上記の成分原料以外に無機質充填剤が用いられ
る。このような無機質充填剤は、粒径100μm以下の
球状(長径a,短径b、b/a=0.5〜1.0)のフ
ィラーを用いることが好ましい。使用割合は、樹脂総量
に対して重量基準で2.0〜2.5倍程度になるように
することが好ましい。上記の球状フィラーの材質は特に
限定するものではないが、一般に、球状のシリカ粉末が
用いられる。このような粒径100μm以下の球状フィ
ラーを用いることにより、低応力効果が増大すると同時
に、無機質充填剤に起因する半導体素子のパッシベーシ
ョン膜の損傷が防止されるようになる。 【0016】また、この発明に用いるエポキシ樹脂組成
物には、任意成分として有機窒素化合物を用いることが
できる。このような有機窒素化合物は、下記の一般式
(2)で表されるものであり、このような有機窒素化合
物をエポキシ樹脂組成物全体の0.21〜0.16%の
割合で配合すると、これがエポキシ樹脂の硬化触媒とし
ての作用を発揮するようになり、耐水性の高い封止樹脂
が得られるようになる。 【0017】 【化2】 【0018】なお、この発明に用いるエポキシ樹脂組成
物には、離型剤としての長鎖脂肪酸の金属塩ワックスや
着色剤等、通常エポキシ樹脂組成物に用いられる添加剤
が必要に応じて配合される。この発明で用いるエポキシ
樹脂組成物は、上記の原料を用い従来公知の方法で製造
できるものであり、例えば前記原料をドライブレンドま
たは溶融混合のいずれかの方法で均一に分散混合して粉
砕し、必要に応じて打錠するということにより得ること
ができる。 【0019】このようにして得られたエポキシ樹脂組成
物を用いての半導体素子の封止は、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成形により行う
ことができ、それによってこの発明の半導体装置が得ら
れるようになる。 【0020】このようにしてトランスファー成形等のモ
ールド成形を行う場合、上記エポキシ樹脂組成物は、ジ
メチルシロキサンが母相のエポキシ樹脂と化学結合した
状態になっているため脱離せず、したがって、金型汚れ
が生じない。 【0021】 【発明の効果】以上のように、この発明の半導体装置
は、上記のような樹脂封止に際して、金型汚れを招か
ず、しかも(A)成分の変性樹脂の作用によって、封止
樹脂が優れた低応力性を備えており、それによって高い
信頼度を有している。すなわち、この発明によれば、半
導体素子として高集積化,大型化されているものに対し
ても充分対応でき、半導体素子のパッシベーション膜に
対するクラックやアルミ配線等の変形等の発生を防止す
ることができる。 【0022】つぎに、実施例について比較例と併せて詳
しく説明する。 【0023】 【実施例1〜2】まず、o−クレゾールノボラックエポ
キシ樹脂75部を160〜180℃に溶融し、これに前
記一般式(1)で表されるジメチルポリシロキサンをエ
ポキシ樹脂75部に対し、分子量1500程度のジメチ
ルポリシロキサン25部の割合になるように添加した。
その状態で160〜180℃の温度において分散機を用
い3時間撹拌混合し、反応生成物を冷却したのち粉砕し
て変性樹脂をつくった。これを変性樹脂aとする。つぎ
に、この変性樹脂aと、後記の表1に示す原料を同表に
示す割合で配合し、80℃に加熱したミキシングロール
機に掛けて10分間混練したのちシート状に形成した。
ついで、このシート状体を冷却粉砕しエポキシ樹脂組成
物粉末をつくった。 【0024】 【比較例1】先行発明(特開昭58−21417号)の
実施例と同様にしてシリコーンゲル粒子をつくり、これ
をエポキシ樹脂組成物中に同様の割合で配合し変性樹脂
bをつくった。この変性樹脂bを変性樹脂aに代えて用
いた以外は、前記実施例と同様にしてエポキシ樹脂組成
物粉末をつくった。 【0025】 【比較例2】変性樹脂aに代えて、フェノールノボラッ
クエポキシ樹脂を用いた。それ以外は、前記実施例と同
様にしてエポキシ樹脂組成物粉末をつくった。 【0026】 【表1】【0027】以上の実施例および比較例で得られたエポ
キシ樹脂組成物粉末を用い、つぎのような試験を行い半
導体装置の性能を評価した。 【0028】 【表2】 【0029】 【表3】【0030】パッケージクラック発生率の測定と同様な
成形条件で42pin DIPパッケージをつくり、これを
−80℃と200℃の2分サイクルによる熱衝撃性テス
トを行い、Alスライド量(アルミ配線のスライド量)
を測定した。搭載したチップサイズは6.0×3.0×
0.43tであり、Alのスライド量は上記熱衝撃性テ
スト終了後、熱発煙硝酸でパッケージを解体し、電子顕
微鏡を用いてスライド量を測定することによって行っ
た。 【0031】 【表4】 【0032】 【表5】 【0033】上記表2〜表5から明らかなように、上記
実施例に係る成形材料で樹脂封止された半導体装置は、
その封止樹脂が、低熱応力性に優れているため、パッケ
ージクラック,Alスライド量,パッシベーションクラ
ック数が少なく、しかもトランスファーモールド成形に
対して、金型汚れを生じないことがわかる。
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 23/31

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.エポキシ樹脂,フェノールノボラック樹脂および無
    機質充填剤を必須成分とするエポキシ樹脂組成物であっ
    て、下記の(A)成分を含有するとともに、無機質充填
    剤として球状フィラーを含有するエポキシ樹脂組成物を
    用いて半導体素子が封止されてなることを特徴とする半
    導体装置。(A)エポキシ樹脂中に、末端にアミノプロ
    ピル基を有する分子量1284〜1950のジメチルシ
    ロキサンを添加し反応させることにより得られる、上記
    エポキシ樹脂からなる母相中に上記ジメチルシロキサン
    が母相のエポキシ樹脂と化学結合した状態で分散してい
    る反応生成物。2. (A)成分が、上記ノボラック型エポキシ樹脂7
    5重量部に対して上記末端アミノプロピル基含有ジメチ
    ルシロキサン25重量部の割合で反応させた反応生成物
    である請求項1記載の半導体装置。3. (A)成分が、エポキシ樹脂組成物中に10〜1
    5重量%含有されている請求項1または2記載の半導体
    装置。4. 無機質充填剤が球状溶融シリカである請求項1〜
    3のいずれか一項に記載の半導体装置。 5. 無機質充填剤が、粒径100μm以下の球状溶融
    フィラーである請求項1〜4のいずれか一項に記載の半
    導体装置。 6. 任意成分として、有機窒素化合物が含有されてい
    請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体装置。
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