JP2804327B2 - エポキシコンポジットを用いた樹脂封止半導体装置 - Google Patents
エポキシコンポジットを用いた樹脂封止半導体装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、高信頼性を有する液状エポキシコンポジッ
トを用いた樹脂封止半導体装置に関するものである。
トを用いた樹脂封止半導体装置に関するものである。
(従来の技術) IC、LSI、トランジスタ、ダイオード等の半導体装置
は、封止材料によって気密封止されている。また、エポ
キシ樹脂を用いたエポキシコンポジット封止材は、ガラ
ス、金属、セラミックスを用いた封止方式であるハーメ
チックシール方式に比べ、(1)低価格であること、
(2)大量生産が可能であること、等から半導体装置、
電子部品等の封止材として広く用いられている。そし
て、エポキシ樹脂の硬化剤としては一般的に、芳香族ア
ミン、酸無水物、フェノールノボラック樹脂等が用いら
れている。これらの硬化剤のうち、フェノールノボラッ
ク樹脂を硬化剤としたエポキシコンポジット封止材は、
他の硬化剤である酸無水物硬化剤やアミン硬化剤と比較
して、樹脂封止成形体である樹脂バルクの吸水率が下が
ることが報告されている。つまり、フェノールノボラッ
ク樹脂を硬化剤としたエポキシコンポジット封止材は耐
湿性に優れたものとされ、かつ安価であるので、半導体
封止材料として広く用いられていた。
は、封止材料によって気密封止されている。また、エポ
キシ樹脂を用いたエポキシコンポジット封止材は、ガラ
ス、金属、セラミックスを用いた封止方式であるハーメ
チックシール方式に比べ、(1)低価格であること、
(2)大量生産が可能であること、等から半導体装置、
電子部品等の封止材として広く用いられている。そし
て、エポキシ樹脂の硬化剤としては一般的に、芳香族ア
ミン、酸無水物、フェノールノボラック樹脂等が用いら
れている。これらの硬化剤のうち、フェノールノボラッ
ク樹脂を硬化剤としたエポキシコンポジット封止材は、
他の硬化剤である酸無水物硬化剤やアミン硬化剤と比較
して、樹脂封止成形体である樹脂バルクの吸水率が下が
ることが報告されている。つまり、フェノールノボラッ
ク樹脂を硬化剤としたエポキシコンポジット封止材は耐
湿性に優れたものとされ、かつ安価であるので、半導体
封止材料として広く用いられていた。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、フェノールノボラック樹脂を硬化剤と
したエポキシコンポジット封止材は、その信頼性におい
て、次のような欠点があった。即ち、最近の樹脂封止半
導体装置には高いレベルの信頼性が要求されているにも
かかわらず、高温・高湿という苛酷な条件の下において
は、半導体装置内に水分(湿気)が浸入することがあ
り、その信頼性に欠けるというものである。
したエポキシコンポジット封止材は、その信頼性におい
て、次のような欠点があった。即ち、最近の樹脂封止半
導体装置には高いレベルの信頼性が要求されているにも
かかわらず、高温・高湿という苛酷な条件の下において
は、半導体装置内に水分(湿気)が浸入することがあ
り、その信頼性に欠けるというものである。
このような、高温・高湿時における水分(湿気)に対
する信頼性低下の原因については、硬化剤としてのフェ
ノールノボラック樹脂を用いたエポキシコンポジット封
止材が成形硬化時に収縮するため、半導体素子に応力が
かかるという点が考えられる。そのため、高温・高湿下
で長時間、半導体装置を使用していると、樹脂にクラッ
クが生じたり、樹脂と素子表面との接着性に問題が生
じ、封止材を通って外部から水分(湿気)が浸透し、封
止された素子表面にまで達する。その結果、素子特性
(特に絶縁性)の低下、リーク電流の増加等の機能低
下、更には電極配線の腐食、断線等をもたらし、装置全
体の信頼性低下を引き起こすものであった。
する信頼性低下の原因については、硬化剤としてのフェ
ノールノボラック樹脂を用いたエポキシコンポジット封
止材が成形硬化時に収縮するため、半導体素子に応力が
かかるという点が考えられる。そのため、高温・高湿下
で長時間、半導体装置を使用していると、樹脂にクラッ
クが生じたり、樹脂と素子表面との接着性に問題が生
じ、封止材を通って外部から水分(湿気)が浸透し、封
止された素子表面にまで達する。その結果、素子特性
(特に絶縁性)の低下、リーク電流の増加等の機能低
下、更には電極配線の腐食、断線等をもたらし、装置全
体の信頼性低下を引き起こすものであった。
また、従来のフェノールノボラック樹脂を硬化剤とし
て用いたエポキシコンポジット封止材は固体状であるた
め、加熱溶融して用いなければならず、封止装置が大が
かりにならざるを得なかった。
て用いたエポキシコンポジット封止材は固体状であるた
め、加熱溶融して用いなければならず、封止装置が大が
かりにならざるを得なかった。
本発明は以上述べた、高温・高湿時における封止材中
への水分の浸透(吸水・透水)の問題を除去し、更に、
樹脂と素子表面間の接着性を向上させることにより、信
頼性の高い樹脂封止半導体装置を提供すること、及び封
止時に加熱溶融工程を行うことなく作業性の良好なエポ
キシコンポジットを用いた樹脂封止半導体装置を提供す
ることを目的とする。
への水分の浸透(吸水・透水)の問題を除去し、更に、
樹脂と素子表面間の接着性を向上させることにより、信
頼性の高い樹脂封止半導体装置を提供すること、及び封
止時に加熱溶融工程を行うことなく作業性の良好なエポ
キシコンポジットを用いた樹脂封止半導体装置を提供す
ることを目的とする。
(課題を解決するための手段) 本発明は、上記目的を達成するために、 (1)エポキシコンポジットを用いた樹脂封止半導体装
置において、エポキシコンポジットの組成が次の成分、
メトキシ基を含むシリコーン化合物によって予備反応さ
れたビスフェノールA型エポキシ樹脂と、フェノールノ
ボラック樹脂と、メトキシ基を含むシリコーン化合物
と、カルボキシル基又はアミノ基を有するシリコーン化
合物と、フィラーとを含むことを特徴とする。
置において、エポキシコンポジットの組成が次の成分、
メトキシ基を含むシリコーン化合物によって予備反応さ
れたビスフェノールA型エポキシ樹脂と、フェノールノ
ボラック樹脂と、メトキシ基を含むシリコーン化合物
と、カルボキシル基又はアミノ基を有するシリコーン化
合物と、フィラーとを含むことを特徴とする。
(2)上記(1)において、前記フィラーはシラン系カ
ップリング剤で処理されたものである。
ップリング剤で処理されたものである。
(3)上記(1)において、前記エポキシコンポジット
は溶剤を有し、かつ、液状であり、コーティングによっ
て形成されるようにしたものである。
は溶剤を有し、かつ、液状であり、コーティングによっ
て形成されるようにしたものである。
(4)上記(3)において、前記溶剤はジアセトンアル
コール及び/又は石油系芳香族炭化水素化合物である。
コール及び/又は石油系芳香族炭化水素化合物である。
(作用) 本発明によれば、上記したエポキシコンポジットを半
導体素子の封止材料として用いることにより、(1)樹
脂バルクの疎水化、(2)樹脂バルクと異種材(無機物
質、例えばチップやリードフレーム)の表面と接着性の
向上を図ることができる。その作用効果発現のメカニズ
ムについて、第1図に基づいて説明する。
導体素子の封止材料として用いることにより、(1)樹
脂バルクの疎水化、(2)樹脂バルクと異種材(無機物
質、例えばチップやリードフレーム)の表面と接着性の
向上を図ることができる。その作用効果発現のメカニズ
ムについて、第1図に基づいて説明する。
第1に、エポキシ樹脂(ビスフェノールA型エポキシ
樹脂)〔a〕とメトキシ基を含むシリコーン化合物
〔b〕を予備反応させておく。これにより、第1図に示
すように、ビスフェノールA型エポキシ樹脂〔a〕中の
ヒドロキシル基(−OH基)とメトキシ基を含むシリコー
ン化合物〔b〕中のメトキシ基(−OCH3基)との間で
〔c〕に示す脱メタノール反応を行い、水分(H2O)の
発生の原因となるエポキシ樹脂中の親水基である−OH基
を除く。それと同時に、エポキシ樹脂間の架橋剤として
も硬化を発現し、樹脂バルク中の滞留水分は少なくな
る。
樹脂)〔a〕とメトキシ基を含むシリコーン化合物
〔b〕を予備反応させておく。これにより、第1図に示
すように、ビスフェノールA型エポキシ樹脂〔a〕中の
ヒドロキシル基(−OH基)とメトキシ基を含むシリコー
ン化合物〔b〕中のメトキシ基(−OCH3基)との間で
〔c〕に示す脱メタノール反応を行い、水分(H2O)の
発生の原因となるエポキシ樹脂中の親水基である−OH基
を除く。それと同時に、エポキシ樹脂間の架橋剤として
も硬化を発現し、樹脂バルク中の滞留水分は少なくな
る。
第2に、フィラーの添加であり、これにより樹脂バル
クの疎水化、及び樹脂バルクの線膨張係数の低減が可能
となり、樹脂バルクと異種材(例えば、チップ、リード
フレーム)間に発生する剪断応力の低減が可能となる。
クの疎水化、及び樹脂バルクの線膨張係数の低減が可能
となり、樹脂バルクと異種材(例えば、チップ、リード
フレーム)間に発生する剪断応力の低減が可能となる。
第3に、メトキシ基を含むシリコーン化合物〔c〕及
びカルボキシル基、アミノ基を含むシリコーン化合物
〔d〕及び〔e〕により、樹脂バルクの弾性率の低減が
可能となり、第2項同様、剪断応力の低減にも有効であ
る。更に、メトキシ基を含むシリコーン化合物〔b〕は
無機質表面(例えば、素子チップ表面、リードフレーム
表面)に存在する−OH基と反応して〔f〕に示す強固な
化学結合を形成し、樹脂バルクと無機質表面との接着性
強化に寄与する。これらの総合的な硬化は異種界面にお
ける接着性の向上に最も有効な手法である。
びカルボキシル基、アミノ基を含むシリコーン化合物
〔d〕及び〔e〕により、樹脂バルクの弾性率の低減が
可能となり、第2項同様、剪断応力の低減にも有効であ
る。更に、メトキシ基を含むシリコーン化合物〔b〕は
無機質表面(例えば、素子チップ表面、リードフレーム
表面)に存在する−OH基と反応して〔f〕に示す強固な
化学結合を形成し、樹脂バルクと無機質表面との接着性
強化に寄与する。これらの総合的な硬化は異種界面にお
ける接着性の向上に最も有効な手法である。
(実施例) 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳
細に説明する。
細に説明する。
本発明の樹脂封止半導体装置は、好ましくは、第5図
に示す組成の液状エポキシコンポジットを半導体装置に
コーティングし、硬化させることによって得られる。
に示す組成の液状エポキシコンポジットを半導体装置に
コーティングし、硬化させることによって得られる。
第5図の組成において、マトリクス部中のカルボキシ
ル基又はアミノ基を含むシリコーン化合物を除いたエポ
キシコンポジットからの樹脂バルクのIRスペクトルを第
2図のaに示す。更にカルボキシル基又はアミノ基を含
むシリコーン化合物を加えた場合のIRスペクトルをbに
示す。また、bとaのIRの差スペクトルをcに示す。
ル基又はアミノ基を含むシリコーン化合物を除いたエポ
キシコンポジットからの樹脂バルクのIRスペクトルを第
2図のaに示す。更にカルボキシル基又はアミノ基を含
むシリコーン化合物を加えた場合のIRスペクトルをbに
示す。また、bとaのIRの差スペクトルをcに示す。
ここで、各組成物の比は第3図に示す硬化条件におい
てTG/DTA(熱分析)チャートに示された値をとるように
選ばれる。図中、TGは加熱重量減、DTAは反応するとき
に発生する反応熱を示している。
てTG/DTA(熱分析)チャートに示された値をとるように
選ばれる。図中、TGは加熱重量減、DTAは反応するとき
に発生する反応熱を示している。
更に、本発明による樹脂バルクの一般的特性を第6図
示す。
示す。
前述したように、上記組成による作用効果は、(1)
樹脂バルクの疎水化、(2)樹脂バルクと異種物質(無
機物質、例えばチップ、リード界面)との界面の接着性
の向上であり、これらの総合的な硬化は異種界面におけ
る接着性の向上に最も有効な手法である。
樹脂バルクの疎水化、(2)樹脂バルクと異種物質(無
機物質、例えばチップ、リード界面)との界面の接着性
の向上であり、これらの総合的な硬化は異種界面におけ
る接着性の向上に最も有効な手法である。
これにより、高温・高湿下において耐湿性の優れたパ
ッケージを得ることが可能となる。
ッケージを得ることが可能となる。
そして、本発明によれば、第6図に示すように、線膨
張係数α1は、例えば、1.2×10-5〔1/℃〕と極めて小
さく、曲げ弾性率は、1070kgf/mm2と小さい。因みに、
従来のもので、線膨張係数はせいぜい3.0×10-5〔1/
℃〕であった。
張係数α1は、例えば、1.2×10-5〔1/℃〕と極めて小
さく、曲げ弾性率は、1070kgf/mm2と小さい。因みに、
従来のもので、線膨張係数はせいぜい3.0×10-5〔1/
℃〕であった。
ここで、本手法により作成された液状エポキシコンポ
ジットを用いたICパッケージの耐湿信頼性について説明
する。
ジットを用いたICパッケージの耐湿信頼性について説明
する。
第7図に示す諸条件の液状エポキシコンポジット(A
〜E)をチップ表面のみに100〜200μmコーティング
し、高温・高湿下での不飽和試験(120℃、85%RH、バ
イアス10V印加)を行い、その耐湿性の比較を行った。
〜E)をチップ表面のみに100〜200μmコーティング
し、高温・高湿下での不飽和試験(120℃、85%RH、バ
イアス10V印加)を行い、その耐湿性の比較を行った。
第4図は、その結果を示すワイブルプロットであり、
図中、縦軸は累積不良率(%)を示し、横軸は試験時間
(Hr)を示す。
図中、縦軸は累積不良率(%)を示し、横軸は試験時間
(Hr)を示す。
ここで、液状エポキシコンポジットEは本発明に係る
物であり、その他の液状エポキシコンポジットA〜Dは
比較のためのものである(A,Bは従来品である)。この
図より明らかなように、本発明のEは、A,Bをはるかに
しのぐ耐湿性の向上が確認された。
物であり、その他の液状エポキシコンポジットA〜Dは
比較のためのものである(A,Bは従来品である)。この
図より明らかなように、本発明のEは、A,Bをはるかに
しのぐ耐湿性の向上が確認された。
また、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、
これらを本発明の範囲から排除するものではない。
く、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、
これらを本発明の範囲から排除するものではない。
(発明の効果) 以上、詳細に説明したように、本発明によれば、フェ
ノールノボラック樹脂を硬化剤として用いた液状エポキ
シコンポジット封止剤の特徴は、特に、 (1)メトキシ基を含むシリコーン化合物を用いた、 (2)球状フィラー及びカルボキシル基、アミノ基を含
むシリコーン化合物を添加剤として用いた、 (3)溶剤にジアセトンアルコールと石油系芳香族炭化
水素化合物を用いた点にあり、このような封止材を用い
ることにより、半導体装置を高温・高湿下で使用して
も、外部から樹脂バルクへの水分の浸透は抑制され、長
時間使用しても不良発生の累積不良率を長時間にわたり
低く抑えることができると共に、耐湿信頼性を向上させ
ることができる。
ノールノボラック樹脂を硬化剤として用いた液状エポキ
シコンポジット封止剤の特徴は、特に、 (1)メトキシ基を含むシリコーン化合物を用いた、 (2)球状フィラー及びカルボキシル基、アミノ基を含
むシリコーン化合物を添加剤として用いた、 (3)溶剤にジアセトンアルコールと石油系芳香族炭化
水素化合物を用いた点にあり、このような封止材を用い
ることにより、半導体装置を高温・高湿下で使用して
も、外部から樹脂バルクへの水分の浸透は抑制され、長
時間使用しても不良発生の累積不良率を長時間にわたり
低く抑えることができると共に、耐湿信頼性を向上させ
ることができる。
また、加熱溶融工程をしなくても済むため、成形作業
性が良好であり、樹脂バルクにボイドの発生をなくすこ
とができる。
性が良好であり、樹脂バルクにボイドの発生をなくすこ
とができる。
第1図は本発明に係るビスフェノールA型エポキシ樹脂
と架橋剤との架橋反応を示す図、第2図は樹脂バルクの
赤外線吸収スペクトルを示す図、第3図はエポキシコン
ポジットの加熱減重量比を示す図、第4図は高温・高湿
での耐湿試験結果を示す図、第5図は本発明の組成物の
組成比とその重量比を示す図、第6図は本発明の組成物
の特性を示す図、第7図は各種の組成物の組成を示す図
である。
と架橋剤との架橋反応を示す図、第2図は樹脂バルクの
赤外線吸収スペクトルを示す図、第3図はエポキシコン
ポジットの加熱減重量比を示す図、第4図は高温・高湿
での耐湿試験結果を示す図、第5図は本発明の組成物の
組成比とその重量比を示す図、第6図は本発明の組成物
の特性を示す図、第7図は各種の組成物の組成を示す図
である。
Claims (4)
- 【請求項1】エポキシコンポジットを用いた樹脂封止半
導体装置において、エポキシコンポジットの組成が次の
成分、 (イ)メトキシ基を含むシリコーン化合物によって予備
反応されたビスフェノールA型エポキシ樹脂と、 (ロ)フェノールノボラック樹脂と、 (ハ)メトキシ基を含むシリコーン化合物と、 (ニ)カルボキシル基又はアミノ基を有するシリコーン
化合物と、 (ホ)フィラーと、 を含むことを特徴とするエポキシコンポジットを用いた
樹脂封止半導体装置。 - 【請求項2】前記フィラーはシラン系カップリング剤で
処理されたものである請求項1記載のエポキシコンポジ
ットを用いた樹脂封止半導体装置。 - 【請求項3】前記エポキシコンポジットは溶剤を有し、
かつ、液状であり、コーティングによって形成されるこ
とを特徴とする請求項1記載のエポキシコンポジットを
用いた樹脂封止半導体装置。 - 【請求項4】前記溶剤はジアセトンアルコール及び/又
は石油系芳香族炭化水素化合物である請求項3項記載の
エポキシコンポジットを用いた樹脂半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1338197A JP2804327B2 (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | エポキシコンポジットを用いた樹脂封止半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1338197A JP2804327B2 (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | エポキシコンポジットを用いた樹脂封止半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03201466A JPH03201466A (ja) | 1991-09-03 |
JP2804327B2 true JP2804327B2 (ja) | 1998-09-24 |
Family
ID=18315844
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1338197A Expired - Fee Related JP2804327B2 (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | エポキシコンポジットを用いた樹脂封止半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2804327B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8436042B2 (en) | 2005-11-22 | 2013-05-07 | Segetis, Inc. | Adducts of levulinic derivatives with epoxidized fatty acid esters and uses thereof |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63245948A (ja) * | 1987-03-31 | 1988-10-13 | Nitto Electric Ind Co Ltd | 半導体装置 |
-
1989
- 1989-12-28 JP JP1338197A patent/JP2804327B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8436042B2 (en) | 2005-11-22 | 2013-05-07 | Segetis, Inc. | Adducts of levulinic derivatives with epoxidized fatty acid esters and uses thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH03201466A (ja) | 1991-09-03 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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