JP2774792B2 - 半導体装置の製造方法 - 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、内部応力が小さ
く、耐熱性，電気特性等に優れた封止樹脂で封止されて
いる半導体装置の製造方法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、一般に、エポキシ樹脂組成物を用いて封止さ
れ、半導体装置化されている。上記エポキシ樹脂は、そ
の電気特性，耐湿性，接着性等が良好であることから、
上記樹脂封止に用いら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って、素
子サイズの大形化，配線の微細化が進む反面、パッケー
ジが小形化，薄形化する傾向にあるため、これに伴い、
エポキシ樹脂組成物硬化体からなる封止樹脂に対して内
部応力等の低減が求められている。すなわち、これまで
のエポキシ樹脂，硬化剤，無機質充填剤を主成分とする
エポキシ樹脂組成物では、上記半導体分野の技術革新に
対応できにくく、したがって、パッシベーション膜や素
子のクラック，配線のずれ等の新たな問題が生じてい
る。このような問題を解決するため、エポキシ樹脂組成
物中に、ポリジメチルシロキサン等のシリコーン化合物
を混合し、封止樹脂の低応力化を進めることが行われて
いる。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ポ
リジメチルシロキサン等のシリコーン化合物を混合した
エポキシ樹脂組成物においても、硬化反応促進のため、
硬化促進剤として、三級アミン，芳香族アミンや四級ア
ンモニウム塩等が配合されている。これらのアミン化合
物系の硬化促進剤は、添加量の増加に比例して硬化促進
作用を向上させることができるが、その使用により未反
応成分の金型への付着が生じ成形性の悪化の問題や、フ
ェノール系化合物とエポキシ樹脂との反応生成物の熱時
硬度，強度の不充分さの問題、さらには生成硬化物の耐
熱性，電気特性の低下の問題等を生じる。 【０００４】硬化促進剤としては、上記のようなアミン
化合物系のもの以外に、トリフェニルホスフィン等の有
機ホスフィン化合物も存在しており、これを使用する
と、フェノール系化合物とエポキシ樹脂との反応生成物
の熱時硬度，強度等の向上がみられ、硬化物の耐熱性，
電気特性等の向上効果がもたらされるようになる。しか
しながら、このものを用いると、上記シリコーン化合物
の低応力作用が低下し、またバリが発生しやすい等の欠
点が生じている。 【０００５】このように、従来の技術では、上記のよう
な問題を生じさせることなく、内部応力を低減させるこ
とが極めて困難であり、その解決が望まれている。 【０００６】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，電気特性等の特性を低下させること
なく、封止樹脂の内部応力を低減することをその目的と
する。 【０００７】 【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の製造方法は、下記の（Ａ）
〜（Ｄ）成分を含有し、硬化促進剤としてアミン化合物
と有機ホスフィン化合物と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）塩素イオン含有量１０ＰＰＭ以下、加水分解性塩
素含有量０．１重量％以下のエポキシ樹脂。 （Ｂ）フェノール樹脂。 （Ｃ）エポキシ基をもつポリオルガノシロキサン。 （Ｄ）無機質充填剤。 【０００８】すなわち、本発明者らは、上記の目的を達
成するため、一連の研究を重ねた結果、シリコーン化合
物として、特にフェノール樹脂と反応しうるようエポキ
シ基をもつポリオルガノシロキサンを用い、かつ硬化促
進剤としてアミン化合物と有機ホスフィン化合物とを併
用すると、耐熱性，電気特性等を低下させることなく封
止樹脂の内部応力を低減させうることを見いだしこの発
明に到達した。 【０００９】 【発明の実施の形態】つぎに、発明の実施の形態を説明
する。 【００１０】この発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、
塩素イオン含有量１０ＰＰＭ以下、加水分解性塩素含有
量０．１重量％以下のエポキシ樹脂（Ａ成分）とフェノ
ール樹脂（Ｂ成分）とエポキシ基をもつポリオルガノシ
ロキサン（Ｃ成分）と無機質充填剤（Ｄ成分）を用い、
さらに硬化促進剤としてアミン化合物と有機ホスフィン
化合物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】上記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、フェノール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，ビスフェノ
ールＡ型エポキシ樹脂等、従来から用いられている各種
のエポキシ樹脂があげられる。これらのエポキシ樹脂は
単独で用いてもよいし併用してもよい。 【００１２】上記エポキシ樹脂の中でも好適なエポキシ
樹脂としては、エポキシ当量１７０〜３００の、ノボラ
ック型エポキシ樹脂であり、例えば、フェノールノボラ
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，ハロゲン化フェノールノボラック型エポキシ樹脂
等があげられる。これらのエポキシ樹脂における塩素イ
オンの含有量は、１０ｐｐｍ以下，加水分解性塩素の含
有量は０．１重量％（以下「％」と略す）以下に設定す
ることが好ましい。これらの含有量が、上記の範囲を外
れると、腐蝕による素子の不良を発生しやすくなる傾向
がみられるからである。 【００１３】上記Ｂ成分のフェノール樹脂は、上記エポ
キシ樹脂の硬化剤として作用するものであり、フェノー
ルノボラック樹脂，クレゾールノボラック樹脂，エチル
フェノールノボラック樹脂等が好適に用いられる。これ
らのフェノール樹脂は、軟化点が５０〜１１０℃，水酸
基当量が７０〜１５０であることが好ましい。上記フェ
ノール樹脂は単独で用いてもよいし２種以上を併用して
もよい。 【００１４】上記フェノール樹脂とエポキシ樹脂との相
互の使用割合は、エポキシ樹脂のエポキシ当量との関係
から適宜に選択されるが、エポキシ基に対するフェノー
ル性水酸基の当量比が０．５〜１．５の範囲内に設定す
ることが好ましい。当量比が上記の範囲を外れると、得
られるエポキシ樹脂組成物硬化体の耐湿性が低下する傾
向がみられるからである。 【００１５】上記Ｃ成分のエポキシ基をもつポリオルガ
ノシロキサンは特に制限するものではなく、市販されて
いる一般のエポキシ変性型のシリコーンを使用すること
ができる。この配合量は、エポキシ樹脂およびフェノー
ル樹脂の総量に対して、通常、０．０１〜２０％に設定
される。配合量が０．０１％未満になると、低応力化効
果が極めて小さくなり、逆に２０％を超えると、耐湿性
の低下や成形性の悪化の問題を生じやすくなるからであ
る。 【００１６】上記Ｄ成分の無機質充填剤も特に制限する
ものではなく、一般に用いられている石英ガラス粉末，
シリカ粉末，タルク粉末，アルミナ粉末，珪酸カルシウ
ム粉末，炭酸カルシウム粉末，マグネシア粉末等があげ
られ、単独でもしくは併せて用いられる。無機質充填剤
の配合量は、使用するエポキシ樹脂，フェノール樹脂等
の種類によって適宜選択する必要がある。例えば、トラ
ンスファー成形に使用する場合には、エポキシ樹脂およ
びフェノール樹脂の総量に対し、重量比で１．５〜４倍
程度になるように設定することが好ましい。また、その
粒径は適宜選択されるが、粒子の粗いものと細かいもの
とを組み合わて使用することにより、成形性の改善効果
が得られるようになる。 【００１７】また、硬化促進剤として使用するアミン化
合物も特に制限するものではなく、従来からエポキシ樹
脂の硬化促進剤として用いられているものを適宜選択使
用することができる。これらのアミン化合物としては、
例えば、２−メチルイミダゾール，２−フェニルイミダ
ゾール，２−エチル−４−メチルイミダゾール，テトラ
メチルヘキサンジアミン，トリエチレンジアミン，トリ
スジメチルアミノメチルフェノール，ジアザビシクロウ
ンデセン，ベンジルジメチルアミン等があげられ、単独
でもしくは併せて用いられる。 【００１８】また、上記アミン化合物と併用する有機ホ
スフィン化合物も特に制限するものではなく、従来から
エポキシ樹脂の硬化促進剤として使用されているものを
適宜選択使用することができる。有機ホスフィン化合物
としては、例えば、トリフェニルホスフィン，トリブチ
ルホスフィン，メチルジフェニルホスフィン等があげら
れ、単独でもしくは併せて用いられる。 【００１９】上記アミン化合物と上記ホスフィン化合物
との相互の使用割合は、重量基準でアミン化合物１に対
して有機ホスフィン化合物が０．１〜５になるように設
定することが好ましい。０．１未満になると、成形時に
おいて金型汚れが発生しやすく、また、フェノール系化
合物とエポキシ樹脂との反応生成物の熱時硬度，強度が
低下する傾向がみられるようになる。また、５を超える
と、低応力化効果が小さくなり、バリも発生しやすくな
る傾向がみられるからである。 【００２０】この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物
には、上記Ａ〜Ｄ成分およびアミン化合物，有機ホスフ
ィン化合物が含有されるものであり、さらに必要に応じ
て、従来から用いられている各種の添加剤が必要に応じ
て含有される。 【００２１】上記各種の添加剤としては、例えば、天然
ワックス類，合成ワックス類，直鎖脂肪酸の金属塩，酸
アミド類等の離型剤、塩素化パラフィン，ブロムベンゼ
ン，三酸化アンチモン等の難燃剤、カーボンブラック等
の着色剤およびシランカップリング剤等があげられる。 【００２２】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〜Ｄ成分ならびにアミン化合物，有機ホス
フィン化合物を、また場合により、上記その他の添加剤
を適宜配合し、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って粉砕し、必要に応じ
て打錠するという一連の工程により、目的とするエポキ
シ樹脂組成物を得ることができる。このエポキシ樹脂組
成物は、フェノール系化合物とエポキシ樹脂との反応生
成物の熱時硬度，強度等の低下が殆ど生じないととも
に、金型に対する付着も生じず、しかも硬化物の内部応
力が小さくなる。 【００２３】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
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。 【００２４】このようにして得られる半導体装置の製造
方法は、上記エポキシ樹脂組成物の硬化により生成する
封止樹脂が内部応力が小さく、耐熱性および電気的特性
に富んでいるため信頼性が高い。 【００２５】 【発明の効果】この発明の半導体装置の製造方法は、上
記のような特殊なエポキシ樹脂組成物を用いており、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
製のものと異なることとなるため、得られる半導体装置
は極めて内部応力が低くなり、しかも耐熱性，電気的特
性等も低下しない。したがって、信頼性が極めて高いも
のとなる。特に、上記特殊なエポキシ樹脂組成物による
封止により、８ピン以上、特に１６ピン以上、もしくは
チップの長辺が４ｍｍ以上の大形の半導体装置におい
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。 【００２６】つぎに、この発明の実施例を比較例と併せ
て説明する。 【００２７】 【実施例１〜３、比較例１，２】エポキシ樹脂として、
エポキシ当量２００のクレゾールノボラック型エポキシ
樹脂（エポキシ樹脂Ａ）およびエポキシ当量２８５の臭
素化エポキシノボラック樹脂（エポキシ樹脂Ｂ）を準備
した。また、フェノール樹脂として、分子量７００のフ
ェノールノボラック樹脂を準備すると同時に、エポキシ
基をもつポリオルガノシロキサンとして、エポキシ当量
５０００のエポキシ変性シリコーンを準備した。さら
に、無機質充填剤としてはシリカ粉末を準備し、アミン
化合物として、２−メチルイミダゾールを準備した。ま
た、有機ホスフィン化合物としてはトリフェニルホスフ
ィンを準備し、その他の添加剤として三酸化アンチモン
（難燃剤），ステアリン酸（離型剤），カーボンブラッ
ク（着色剤），シランカップリング剤を準備した。 【００２８】これらの原料を後記の表１に示すように配
合し、ミキシングロール機にかけて１００℃で１０分間
混練しシート状組成物を得た。ついで、得られたシート
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。 【００２９】 【表１】 【００３０】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の硬化物特性を調べて下
記の表２および表３に示した。 【００３１】 【表２】 【００３２】 【表３】【００３３】上記表２および表３において、スパイラル
フローはＥＭＭＩ−６６、ゲルタイムはＪＩＳ−Ｋ−５
９６６に準拠して測定した。また、熱時硬度はショア硬
度計タイプＤを用い、成形後１０秒以内に測定した。曲
げ弾性率，曲げ強度はテンシロン万能試験機（東洋ボー
ルドウイン社製）で測定した。さらに、熱膨脹係数，ガ
ラス転移温度はＴＭＡ（理学電気社製）で測定し、金型
汚れ，バリは目視で判定した。また、体積抵抗率はＪＩ
Ｓ−Ｋ−６９１１に準拠して試験を行った。さらに、ピ
エゾ応力は上記粉末状のエポキシ樹脂組成物を用い、半
導体装置をトランスファー成形でモールドすることによ
り半導体装置化し、これを対象としてピエゾ抵抗による
内部応力を求めた。 【００３４】上記表２および表３から、実施例に用いる
エポキシ樹脂組成物はフェノール系化合物とエポキシ樹
脂との反応生成物における反応性がよいため、金型汚
れ，バリ等の問題がなく、熱時硬度，強度が適正で成形
上の問題を生じない。そのうえ、硬化物のガラス転移温
度が適正であるとともにその他の特性にも優れており、
しかも内部応力が小さい。したがって、これを封止樹脂
に用いた半導体装置は、極めて信頼性が高くなる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 23/31 //(Ｃ０８Ｌ 63/00 83:04） (56)参考文献 特開 昭60−55025（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−58425（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−65023（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−206824（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−12724（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−81426（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C08l 63/00 - 63/10 C08G 59/50 - 59/62 H01L 23/29

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．下記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有し、硬化促進剤と
   してアミン化合物と有機ホスフィン化合物とを含有する
   エポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止すること
   を特徴とする半導体装置の製造方法。 （Ａ）塩素イオン含有量１０ＰＰＭ以下、加水分解性塩
   素含有量０．１重量％以下のエポキシ樹脂。 （Ｂ）フェノール樹脂。 （Ｃ）エポキシ基をもつポリオルガノシロキサン。 （Ｄ）無機質充填剤。２． アミン化合物と有機ホスフィン化合物との配合割
   合が、アミン化合物１重量部に対して、有機ホスフィン
   化合物が０．１〜５重量部の配合割合である請求項１記
   載の半導体装置の製造方法。 ３． ８ピン以上、もしくはチップの長辺が４ｍｍ以上
   の半導体素子を封止することを特徴とする請求項１記載
   の半導体装置の製造方法。