JP2710921B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】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。 【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。 【０００３】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、その他、硬化促進剤と
しての第三級アミン化合物，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。 【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、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。 【０００５】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侵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、耐湿性等の諸特性が劣り、半導体装置と
しての信頼性にいまひとつ欠ける。 【０００６】このため，封止樹脂にシリコーンオイルを
添加して低応力化を図ること等が提案されているが、シ
リコーンオイルを添加すると、得られる半導体装置の封
止樹脂部にマーク表示をする場合の捺印性が悪くなる等
の問題が生じる。 【０００７】この発明は、このような事情に鑑みなされ
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、大形半導体
装置等の封止に充分対応でき、低応力性，捺印性，耐湿
性等の特性に著しく優れた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。 【０００８】 【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）〜（Ｄ）成
分を含有し、かつ上記（Ｃ）成分の含有量が全体に対し
１．６７重量％以上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）硬化剤。 （Ｃ）つぎの式で示されるシリコーンパウダー。 【化２】（RSiO_3/2)_n 〔但し、Ｒは一価の有機基である。〕 （Ｄ）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シリコーンオイル。 【０００９】 【発明の実施の形態】すなわち、本発明者らは、半導体
装置の捺印性を阻害することなく低応力性の向上を図る
ために、特にエポキシ樹脂組成物に使用するシリコーン
系材料を中心に一連の研究を重ねた結果、一般式（RSiO
_3/2)_n で示されるシリコーンパウダーと、特定のシリコ
ーンオイルを併用すると、所期の目的を達成しうること
を見いだしこの発明に到達したのである。 【００１０】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、硬化剤（Ｂ成分）と、上記
一般式で示されるシリコーンパウダー（Ｃ成分）と、特
定のシリコーンオイル（Ｄ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。 【００１１】このようなエポキシ樹脂組成物は、特に上
記Ｃ成分の使用により、低応力性，捺印性および耐湿性
に優れたプラスチックパッケージになりうるものであ
り、信頼度の高い半導体装置を実現しうるのである。 【００１２】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、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が好適であり、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。 【００１３】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、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。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。 【００１４】上記エポキシ樹脂と共に用いられるＢ成分
の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、あるいは併用して使用できる。 【００１５】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，ク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。 【００１６】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。 【００１７】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−ｏ−アミノフェニル）ベンゼン、１，３−ジアミ
ノ−４−イソブロピルベンゼン、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−メチルヘプタメチレンジアミ
ン、４，４−ジメチルヘプタメチレンジアミン、オクタ
メチレンジアミン、２，５−ジメチルヘキサメチレンジ
アミン、２，５−ジメチルヘプタメチレンジアミン、３
−メチルヘプ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。 【００１８】この発明に用いるＣ成分のシリコーンパウ
ダーは、従来知られている線状高分子、あるいはゴム状
であるシリコーンゴム、さらにはシリコーンオイル等の
シリコーン化合物とは異なり、一般式(RSiO_3/2)_n で示
されるところの、緻密な三次元網目構造を有するオルガ
ノポリシロキサンの粉体である。すなわち、このシリコ
ーンパウダーは、例えば下記の構造を有し、点線で囲ま
れた部分を繰り返し単位とするものである。 【００１９】 【化３】 【００２０】このシリコーンパウダーは、粒径が小さけ
れば小さい程耐熱衝撃性および残留応力の低下に対して
より好ましい効果を与えるため、この観点から少なくと
も２００μｍ以下の粒径のものを使用することが好まし
い。特に、このことは、この発明の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
詰まり等の問題の点からもいいうることであり、粒径は
小さければ小さい程よい。 【００２１】また、このシリコーンパウダーの粒子形状
は球状である方が分散性に優れ、前記半導体装置の耐熱
衝撃性および残留応力の低下に対しより有効性をもつた
め好ましい。 【００２２】なお、前記のシリコーンパウダーの式にお
いて、すでに述べたようにＲは一価の有機基であるが、
それを具体的に例示すると、メチル基，エチル基，プロ
ピル基，ブチル基，シクロアルキル基等のアルキル基、
ビニル基，アリル基等のアルケニル基、フェニル基，キ
シリル基等のアリール基、フェニルエチル基等のアラル
キル基、あるいはエポキシ基、アミノ基、水酸基、カル
ボキシル基、カルボン酸エステル基もしくはメルカプト
基を有する一価の有機置換基があげられる。 【００２３】この発明に用いるシリコーンパウダーは、
Ｒが上記有機基のいずれか１種のみであるホモポリマー
によるものであっても、またＲが上記有機置換基の２種
以上であるコポリマーによるものであってもよい。 【００２４】また、この発明に用いるＤ成分のシリコー
ンオイルは、エポキシ樹脂，硬化剤のような樹脂系の変
性剤としての作用を有するものであってエポキシ基、ア
ミノ基、水酸基、メルカプト基、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シリ
コーンオイルより構成される。このオイルは単独で用い
てもよいし、数種を併用してもよい。そして、官能基以
外の部分の化学構造は、ポリジメチルシロキサンが好ま
しいが、一部がメチル基に代えてフェニル基で置換され
ていてもよい。 【００２５】上記官能基は、シリコーン分子末端に結合
していても、側鎖として結合していてもよい。 【００２６】このようなシリコーンオイルの分子量は、
１００以上１０００００以下が好ましい。すなわち、分
子量が１００未満ではシリコーン分子が、硬化樹脂の骨
格の可塑剤として作用して半導体装置の信頼性を低下さ
せ、逆に、分子量が１０００００を超えると、シリコー
ン分子が樹脂系に対して親和性を示さず、実質的に樹脂
系と化学反応、すなわち、変性することが困難となり、
この発明の効果が小さくなる。 【００２７】また、官能基当たりの当量は１００以上１
０００００以下であることが好ましい。これは上記と同
じ理由によるものである。 【００２８】なお、この発明のシリコーンオイルは予め
Ａ成分であるエポキシ樹脂およびＢ成分である硬化剤の
少なくとも一方と反応させてから他の原料と混合するこ
とが好ましい。 【００２９】また、この発明では、上記Ａ成分，Ｂ成
分，Ｃ成分およびＤ成分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、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，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，珪石粉，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
ナバワックス，エステル系ワックス類等を用いることが
できる。 【００３０】この発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、
例えばＢ成分である硬化促進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（Ａ成分）と硬化剤（Ｂ成分）の少なくとも一
方をシリコーンオイル（Ｄ成分）で変性し、この変性物
とシリコーンパウダー（Ｃ成分）および必要に応じて硬
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℃でのゲル化
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。一方、硬化剤としてアミン系
硬化剤を用いたときは、シリコーンパウダーをエポキシ
樹脂あるいは該硬化剤と前もって溶融混練後、微粉砕し
ておき、全成分をドライブレンドするのが好ましい。 【００３１】この発明において、上記硬化剤（Ｂ成分）
の含有量は、エポキシ樹脂（Ａ成分）を硬化させること
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。 【００３２】また、シリコーンパウダー（Ｃ成分）の含
有量は、エポキシ樹脂組成物全体に対して１．６７重量
％以上、なかでも２重量％（以下「％」と略す）以上
で、かつ無機成分と合わせた添加量が８０％以下になる
ことが好ましい。すなわち、少なすぎると、低応力性を
改良するためにシリコーンオイルを多く添加しなければ
ならなくなり得られる半導体装置の捺印性が悪くなるお
それがあるからである。また、シリコーンパウダーと無
機成分の合計添加量が８０％を超えると封止樹脂組成物
の分散性や流動性に問題が生じ、得られる半導体装置が
封止樹脂未充填のため欠陥品となりやすくなるからであ
る。 【００３３】さらに、シリコーンオイル（Ｄ成分）の含
有量は、硬化促進剤や充填剤等の添加成分を除いたエポ
キシ樹脂組成物（Ａ成分＋Ｂ成分＋Ｃ成分＋Ｄ成分）に
対して１５％以下とすることが好ましい。１５％を超え
ると、得られる半導体装置の捺印性に問題が生じやすい
からである。 【００３４】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。 【００３５】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，耐湿性に優れている。 【００３６】 【発明の効果】以上のように、この発明の半導体装置
は、特定割合のシリコーンパウダー（Ｃ成分）と、シリ
コーンオイル（Ｄ成分）と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、捺印性を確保したままで低応力化が実現され
ており、耐湿性に優れ、信頼度が高くなっている。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
ｍ² 以上の大形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、これが最大の特徴
である。 【００３７】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。 【００３８】まず、つぎのようにしてエポキシ樹脂組成
物をつくった。 【００３９】 【実施例１】撹拌機付セパラブルフラスコ中でｏ−クレ
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）１５部を投入し、１
７０℃で４時間撹拌混合した。得られた変性物の全量と
フェノールノボラックエポキシ樹脂（水酸基当量１１
０，軟化点８０℃）２８部，（CH₃Si_3/2)_n で表される
オルガノシリコーンパウダー（平均粒径５０μ）５０
部、溶融性シリカ粉末３４５部、シランカップリング剤
（日本ユニカー社製，Ａ−１８６）２部、カーボンブラ
ック２部、硬化促進剤（２，４，６−トリスジメチルア
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℃の熱ロールで３分
間溶融混練して冷却したのち粉砕し、１０メッシュパス
粉体とし、半導体素子封止用のエポキシ樹脂組成物を得
た。 【００４０】 【実施例２，４，６】後記の表１に示す配合で各原料を
用い、シリコーンパウダーとシリコーンオイルの種類を
代えた。それ以外は全て実施例１と同様にして目的とす
るエポキシ樹脂組成物を得た。なお、用いたシリコーン
パウダーの種類を表２に、シリコーンオイルの種類を表
３に示した。 【００４１】 【実施例３，５、比較例１〜３】表１に示す量のフェノ
ール樹脂およびシリコーンオイルを撹拌機付セパラブル
フラスコ中で溶融混合し、この中に表１に示す量の硬化
促進剤を添加し、１７０℃で４時間撹拌混合した。得ら
れた変性物の全量と表１に示す他の原料を８０〜１００
℃の熱ロールで３分間溶融混練して冷却したのち粉砕
し、１０メッシュパス粉体とし、半導体素子封止用のエ
ポキシ樹脂組成物を得た。用いたシリコーンパウダーと
シリコーンオイルの種類を表２，表３に示した。 【００４２】 【表１】 【００４３】 【表２】 【００４４】 【表３】【００４５】つぎに、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、充填性
と捺印性を調べるため、４８個取り金型で４２ピンＤＩ
Ｐを成形した。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℃の金型に設定注入時間
２０秒で注入し、成形時間２分で成形した。 【００４６】このようにして得られた４２ピンＤＩＰの
成形物表面にボンマーク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。 【００４７】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−
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。その結果を下記の表４に示した。 【００４８】 【表４】 【００４９】表４の結果から、実施例品は耐熱衝撃性，
充填性，捺印性の全てに優れており、バランスのとれた
信頼性の高い半導体装置を実現しうることがわかる。 【００５０】これに対し、比較例品は、シリコーンパウ
ダーを入れないものは捺印性が悪く、シリコーンオイル
を入れないものは充填性が悪く、両方とも入れないもの
は耐熱衝撃性が悪い。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−50325（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−79245（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−219218（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−81333（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−159754（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−88099（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．下記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有し、かつ上記
   （Ｃ）成分の含有量が全体に対し１．６７重量％以上に
   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）硬化剤。 （Ｃ）つぎの式で示されるシリコーンパウダー。 【化１】（RSiO_3/2)_n 〔但し、Ｒは一価の有機基である。〕 （Ｄ）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シリコーンオイル。２．上記（Ｃ）成分の含有量が全体に対し２重量％以上
   に設定されている請求項１記載の半導体装置。