JP2807341B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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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、信頼性、特に耐熱性,耐湿信頼性に優れた
半導体装置に関するものである。
〔従来の技術〕
トランジスター,IC,LSI等の半導体素子は、従来、保
存性や力学物性において信頼性の高いセラミツクパツケ
ージ等によつて半導体装置化されていた。しかしなが
ら、最近では、コストや量産性などの問題点からプラス
チツクパツケージを用いた樹脂封止が主流になつてい
る。この種の樹脂封止には、特にエポキシ樹脂がよく用
いられており、良好な成績を収めている。
ところで、現在のような情報産業の発達,半導体分野
の技術革新に伴う集積度の向上によつて、素子サイズの
大形化,配線の微細化が進とともに、パツケージも小形
化,薄形化する傾向にある。また、これに伴つて、封止
材料に対してこれまでより以上の信頼性(得られる半導
体装置の耐熱性,熱応力の低減,耐湿信頼性,耐熱衝撃
試験に対する信頼性など)の向上が強く要求されてい
る。特に、加速試験である熱サイクル試験(TCTテス
ト)により評価される半導体封止樹脂の耐熱・耐湿性の
向上が要求されている。
また、装置の小形化に伴い、半導体パツケージの基板
への実装方法も従来の挿入実装型から表面実装型が主流
になつてきている。しかしながら、表面実装法によつて
パツケージを実装する場合、実装時にパツケージ全体が
高温にさらされるために、吸湿したパツケージにおいて
もクラツクやふくれが発生しないといつた特性が要求さ
れている。
この点に関して、従来よりパツケージの耐熱性や耐湿
信頼性などの諸特性の向上のために、エポキシ樹脂中へ
の無機質充填剤の導入やシリコーン化合物によるエポキ
シ樹脂の変性により熱応力を低減させることが検討され
てきたが、その効果はいまだ充分でない。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記のように、パツケージの諸特性を向上させるため
に各種の改良が行われているか、これまでの封止用エポ
キシ樹脂組成物は、それらの耐熱・耐湿性にもとづく半
田浸漬時の耐パツケージクラツク性,耐久性などが充分
でなかつた。このために、半導体革新による半導体素子
サイズの大形化や表面実装化に対応できるように、上記
の両特性を向上させることが強く望まれている。
この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、
信頼性、特に耐熱,耐湿性に優れた半導体装置の提供を
その目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記の目的を達成するため、本発明の半導体装置は、
下記の(A)〜(C)成分を必須成分としたエポキシ樹
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(I)で表されるポリグリシジルエ
ーテルおよび一般式(II)で表されるポリグリシジルエ
ーテルの少なくとも一方。
(B)下記の一般式(III)で表されるフエノール誘導
体および一般式(IV)で表されるフエノール誘導体の少
なくとも一方。
(C)無機質充填剤。
上記(A)〜(C)成分に、さらに(D)成分として
下記の一般式(V)で表されるシリコーン化合物および
一般式(VI)で表されるシリコーン化合物の少なくとも
一方を含有させることにより、さらに特性向上が期待で
きる半導体装置を得ることができる。
〔作用〕 本発明者らは、パツケージの耐熱性,耐湿信頼性を向
上させるために一連の研究を行つてきた。特に、TCTテ
ストで評価されるパツケージの諸特性(例えば、耐久性
や耐パツケージクラツク性)から、半導体装置の耐熱・
耐湿性について検討してきた。その結果、ナフトール骨
格を有するエポキシ化合物,ナフトール骨格を有するフ
エノール樹脂および特定量に設定した無機質充填剤を必
須成分とする樹脂組成物で樹脂封止された半導体装置が
優れた耐熱・耐湿特性を発揮することを見いだし、本発
明を完成するに至つた。
本発明の半導体装置に用いるエポキシ樹脂組成物は、
新規エポキシ樹脂(A成分)、新規フエノール樹脂(B
成分)、無機質充填剤(C成分)を用いて得られるもの
であり、通常、粉末状あるいはこれを打錠したタブレツ
ト状になつている。また、上記A〜C成分とともに、さ
らにシリコーン化合物(D成分)を用いることにより一
層耐熱・耐湿特性に優れたものが得られる。
上記した新規エポキシ樹脂(A成分)としては、前記
一般式(I)および(II)で表されるポリグリシジルエ
ーテルがあげられ、単独でもしくは併せて用いられる。
前記一般式(I)および(II)において、繰り返し数a
およびcで示されるフエノール成分と、繰り返し数bお
よびdで示されるナフトール成分との縮合態様は、交
互,ランダム,ブロツク等特に問わないが、その多くは
交互縮合の態様になる。そして、上記ポリグリシジルエ
ーテルは、例えば、特開昭59-230017号公報,特開昭62-
25116号公報に記載された方法により作製される。すな
わち、ナフトール(あるいはジナフトール)とクレゾー
ル(あるいはフエノール)を酸性触媒下においてアルデ
ヒドと反応させることにより合成されるフエノール誘導
体を、塩基性触媒下においてエピクロルヒドリンと反応
させることにより得られる。具体的には、1−ナフトー
ル(あるいは、2−ナフトール)とクレゾールを前者1
モルに対して後者0.2〜2.0モル共縮合させることが好ま
しく、特に0.4〜0.6モルが好ましい。また、この共縮合
において、1−ナフトールとp−クレゾールの組み合わ
せが最適であり、その化学構造を下記の式(VII)に示
す。特に縮合度は2〜5が好ましい。あるいは、1,6−
ジナフトール(あるいは2,7−ジナフトール)とクレゾ
ールを前者1モルに対して後者0〜1.0モル共縮合させ
ることが好ましい。
上記エポキシ樹脂とともに用いられるB成分の硬化剤
としての新規フエノール樹脂としては、前記一般式(II
I)および(IV)で表されるフエノール誘導体があげら
れ、単独でもしくは併せて用いられる。前記一般式(II
I)および(IV)において、上記新規のエポキシ樹脂と
同様、フエノール成分とナフトール成分との縮合の態様
は、交互,ランダム,ブロツク等特に問わないが、その
多くは交互縮合の態様になる。そして、上記フエノール
誘導体は、前記エポキシ樹脂と同様に、一般的には、ナ
フトール(あるいはジナフトール)とクレゾール(ある
いはフエノール)を酸性触媒下においてアルデヒドと反
応させることにより合成される。具体的には、1−ナフ
トール(あるいは2−ナフトール)とクレゾールを前者
1モルに対して後者0.2〜2.0モルの割合で共縮合させる
ことが好ましく、特に0.4〜0.6モルが好ましい。また、
この共縮合組成において、1−ナフトールとp−クレゾ
ールの組み合わせが最適であり、この組み合わせにより
得られる縮合物の化学構造を下記の式(VIII)に示す。
特に縮合度は2〜5が好ましい。あるいは、1,6−ジナ
フトール(あるいは2,7−ジナフトール)とクレゾール
を前者1モルに対して後者0〜1.0モル共縮合させるこ
とが好ましい。
上記A成分のエポキシ樹脂とB成分のフエノール樹脂
との配合比は、エポキシ樹脂中のエポキシ基1当量あた
りフエノール樹脂中の水酸基が0.8〜1.2当量になるよう
に配合することが好ましい。
上記C成分の無機質充填剤は特に限定するものではな
く、一般に用いられている石英ガラス粉末,タルク,シ
リカ粉末,アルミナ粉末,炭酸カルシウム,カーボンブ
ラツク粉末などがあげられる。特に、シリカ粉末が好適
である。このような無機質充填剤の含有量は、用いる充
填剤の種類により異なるが、シリカ粉末の場合、通常エ
ポキシ樹脂組成物全体の50重量%(以下「%」と略す)
以上に設定するのが好ましく、特に好ましくは80%以上
である。
さらに、上記エポキシ樹脂,フエノール樹脂,無機質
充填剤に加えて、さらにD成分のシリコーン化合物を用
いると一層効果的である。上記シリコーン化合物として
は前記一般式(V)および(VI)で表されるものがあげ
られ、単独でもしくは併せて用いられる。
このようなシリコーン化合物の配合量は、シリコーン
化合物がエポキシ樹脂組成物全体の5%以下になるよう
に設定するのが好ましい。特に好ましくは0.5〜3.0%の
範囲内である。なお、上記式(V)および(VI)式で示
された化合物中のAで示された官能基の一部、あるいは
全てをエポキシ樹脂組成物のグリシジルエーテル基、あ
るいはフエノール樹脂中の水酸基と反応させることが好
ましい。
また、本発明に用いられるエポキシ樹脂組成物には、
上記(A)〜(D)成分以外に必要に応じて硬化促進剤
として従来公知の三級アミン,四級アンモニウム塩,イ
ミダゾール類およびホウ素化合物を単独でもしくは併せ
て用いることができる。さらに、三酸化アンチモン,リ
ン系化合物などの難燃剤や、カーボンブラツクや酸化チ
タンなどの顔料、パラフインや脂肪族エステルなどの離
型剤、シランカツプリング剤などのカツプリング剤を用
いることができる。
本発明に用いられ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、
(A)〜(C)成分と必要に応じて硬化促進剤,難燃
剤,顔料,離型剤およびカツプリング剤を所定の割合で
配合する。ついで、これらの混合物をミキシングロール
機などの混練機を用いて加熱状態で溶融混練して、これ
を室温に冷却した後、公知の手段によつて粉砕し、必要
に応じて打錠するという一連の工程によつて目的とする
エポキシ樹脂組成物を得ることができる。さらに、上記
(A)〜(C)成分とともに、(D)成分のシリコーン
化合物を用いる場合は、単に(A)〜(C)成分ととも
に配合し、その後は上記と同様にすることにより得られ
る。または、A成分の新規エポキシ樹脂,B成分の新規フ
エノール樹脂と予備混合することにより反応させて変性
物を作製し、ついで残りの成分を配合することによりエ
ポキシ樹脂組成物を得ることもできる。
このようなエポキシ樹脂組成物を用いて、半導体封止
する方法は、特に限定するものではなく、通常のトラン
スフアー成形などの公知のモールド方法によつて行うこ
とができる。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明の半導体装置は、ナフトール骨
格を含む新規エポキシ樹脂(A成分)と、同じくナフト
ール骨格を含む新規フエノール樹脂(B成分)を成分と
する特殊なエポキシ樹脂組成物を用いて封止されている
ために、従来使用されているクレゾールノボラツク型エ
ポキシ樹脂組成物に比較して、耐熱・耐湿信頼性が向上
する。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ピン以上の、もしくは半導
体素子の長辺が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性が得られるようになるものであ
り、これが大きな特徴である。さらに、シリコーン化合
物(D成分)を加えることにより一層優れた耐熱・耐湿
信頼性が得られるようになる。
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
〔実施例1〜22、比較例1〜3〕 (A)エポキシ樹脂は下記に示した3種類を用いた。
1−ナフトールとp−クレゾール(モル比:2/1)のノ
ボラツク型エポキシ樹脂。
2−ナフトールとo−クレゾール(モル比:35/65)の
ノボラツク型エポキシ樹脂。
1,6−ジナフトールのノボラツク型エポキシ樹脂。
(B)硬化剤には、下記に示した3種類のフエノール樹
脂を用いた。
上記エポキシ樹脂中のグリシジル基が、水酸基に置
き換えられたノボラツク型フエノール樹脂。
上記エポキシ樹脂中のグリシジル基が、水酸基に置
き換えられたノボラツク型フエノール樹脂。
上記エポキシ樹脂中のグリシジル基が、水酸基に置
き換えられたノボラツク型フエノール樹脂。
なお、これらのエポキシ樹脂およびフエノール樹脂の
化学構造および繰り返し単位成分は、下記に示したもの
である。
これらのエポキシ樹脂およびフエノール樹脂を適宜選
択し、第1表(単位:重量部)に従つて各原料を配合し
て、ミキシングロール機(温度100℃)で3分間溶融混
練を行い、これを室温に冷却した後、粉砕機によつて粉
砕し、必要に応じて打錠するという一連の工程によつて
目的とするエポキシ樹脂組成物を得た。なお、実施例お
よび比較例で用いたシリコーン化合物は下記式(XI
I),(XIII)に示したものである。このシリコーン化
合物を導入する場合は、混練前、予め硬化剤であるフエ
ノール樹脂と上記シリコーン化合物を溶融状態(175
℃)で反応させて変性フエノール樹脂を作製し、この変
性フエノール樹脂と残りの各原料を配合した。
以上の実施例および比較例によつて得られたエポキシ
樹脂組成物を用い、半導体素子をトランスフアー成形
(条件:175℃×2分、175℃×5時間の後硬化)するこ
とにより半導体装置を得た。このパツケージは80ピンQF
P(クオードフラツトパツケージ、サイズ:20×14×2m
m)であり、ダイパツドサイズは8×8mmである。
このようにして得られた半導体装置について、−50℃
/5分〜150℃/5分のTCTテストを行つた(MIL-STD-883C規
格に準ずる)。また、85℃/85%相対湿度の恒温槽中に
放置して吸湿させた後に、260℃の半田溶融液に10秒間
浸漬する試験を行つた。その結果を第2表に示した。
第2表の結果から、実施例品のTCTテストおよび半田
溶融液への浸漬時の耐クラツク性が、比較例の従来品に
比べて著しく優れていることが明らかである。また、シ
リコーン化合物を添加することにより、さらに特性の向
上が認められた。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 23/28 - 23/30 C08G 59/24 - 59/62 C08L 63/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記の(A)〜(C)成分を含有してなる
    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(I)で表されるポリグリシジルエ
    ーテルおよび一般式(II)で表されるポリグリシジルエ
    ーテルの少なくとも一方。 (B)下記の一般式(III)で表されるフエノール誘導
    体および一般式(IV)で表されるフエノール誘導体の少
    なくとも一方。 (C)無機質充填剤。
  2. 【請求項2】請求項(1)記載の(A)〜(C)成分と
    ともに、さらに(D)成分として下記の一般式(V)で
    表されるシリコーン化合物および一般式(VI)で表され
    るシリコーン化合物の少なくとも一方を含有するエポキ
    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。
  3. 【請求項3】下記の(A)〜(C)成分を含有してなる
    半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 (A)前記の一般式(I)で表されるポリグリシジルエ
    ーテルおよび一般式(II)で表されるポリグリシジルエ
    ーテルの少なくとも一方。 (B)下記の一般式(III)で表されるフエノール誘導
    体および一般式(IV)で表されるフエノール誘導体の少
    なくとも一方。 (C)無機質充填剤。
  4. 【請求項4】請求項(3)記載の(A)〜(C)成分と
    ともに、さらに(D)成分として前記の一般式(V)で
    表されるシリコーン化合物および一般式(VI)で表され
    るシリコーン化合物の少なくとも一方を含有してなる半
    導体封止用エポキシ樹脂組成物。
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