JP2859640B2

JP2859640B2 - 半導体装置

Info

Publication number: JP2859640B2
Application number: JP1127461A
Authority: JP
Inventors: 準一安達; 雅人清水
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1989-05-19
Filing date: 1989-05-19
Publication date: 1999-02-17
Anticipated expiration: 2014-02-17
Also published as: JPH02305455A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕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。

〔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
ツクパツケージもしくはプラスチツクパツケージ等によ
り封止され、半導体装置化されている。上記セラミツク
パツケージは、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
も中空パツ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、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。

上記エポキシ樹脂組成物としては、特に、エポキシ樹
脂と、硬化剤としてのフエノール樹脂と、その他、硬化
促進剤としての２−メチルイミダゾール，弾性補強用併
用樹脂としての末端カルボン酸ブタジエン−アクリロニ
トリル共重合体，無機質充填剤としての溶融シリカ等の
組成系で構成されるものが、封止作業性（特にトランス
フアー成形時の作業性）等に優れたものとして賞用され
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、半導体分野の技術確信はめざましく、
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、パツケージ形状の小形
化，薄形化が進むようになつており、これに伴つて、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つている。例え
ば、従来エポキシ樹脂組成物では粘度が高いため、リー
ドフレームとの密着性に劣り、その結果、耐湿性が低下
してしまう。このように、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、超LSI等の半導体素子の封止材料
としては、充分に満足できるものではない。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、
他の信頼性（耐湿信頼性，耐熱信頼性，耐衝撃信頼性）
を低下させることなく、かつ内部応力特性に優れた半導
体装置の提供をその目的とする。

〔問題点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）〜（Ｃ）成分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）結晶性エポキシ樹脂。

（Ｂ）ノボラツク型フエノール樹脂。

（Ｃ）下記の一般式（II）で表される片末端ジメチルポ
リシロキサン。

〔作用〕すなわち、本発明者らは、他の信頼性（耐湿信頼性，
耐熱信頼性，耐衝撃信頼性）を損なうことなく封止樹脂
の低応力化および封止に用いられる樹脂組成物の低粘度
化を実現させることを目的として一種の研究を重ねた。
その結果、結晶性エポキシ樹脂という特殊なエポキシ樹
脂（Ａ成分）と特定の片末端ジメチルポリシロキサン
（Ｃ成分）とを併用すると、他の信頼性を損なうことな
く内部応力の低減効果および低粘度化が得られることを
見出しこの発明に到達した。

この発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、結晶性エポ
キシ樹脂（Ａ成分）とノボラツク型フエノール樹脂（Ｂ
成分）と特性の片末端ジメチルポリシロキサン（Ｃ成
分）とを用いて得られるものであつて、通常、粉末状も
しくはそれを打錠したタブレツト状になつている。

上記Ａ成分の結晶性エポキシ樹脂としては、下記の一
般式（Ｉ）で表される4,4′−ビス（2,3−エポキシプロ
ポキシ）−3,3′,5,5′−テトラメチルビフエニルを用
いることが好ましい。

〔式（Ｉ）において、ＲはＨまたはCH₃である。〕な
お、ここでいう結晶性エポキシ樹脂とは、Ｘ線回折によ
り多数の結晶のピークが表れる固形エポキシ樹脂であつ
て、物理的にはシヤープな融点を示し、かつ溶融時には
分子間相互作用が殆どなくなるため極端に粘度が低下す
る性質を有するものである。

また、この発明において上記Ａ成分の結晶性エポキシ
樹脂以外に通常用いられるエポキシ樹脂を用いることが
できる。上記通常用いられるエポキシ樹脂としては、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く、クレゾールノボラ
ツク型，フエノールノボラツク型やビスフエノールＡ型
等、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あげられる。これらの樹脂のな
かでも、融点が室温を超えており、室温下では固形状も
しくは高粘度の溶液状を呈するものを用いることが高結
果をもたらす。また、ノボラツ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、クレゾールノボラツ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。この場合、上記Ａ成分の結晶性エ
ポキシ樹脂の含有割合は、通常のエポキシ樹脂中10重量
％（以下「％」と略す）以上に設定することが好適であ
る。

上記Ａ成分の結晶性エポキシ樹脂とともに用いられる
Ｂ成分のノボラツク型フエノール樹脂は、エポキシ樹脂
で硬化剤として作用するものであり、フエノールノボラ
ツク,o−クレゾールノボラツク,m−クレゾールノボラツ
ク,p−クレゾールノボラツク,o−エチルフエノールノボ
ラツク,m−エチルフエノールノボラツク,p−エチルフエ
ノールノボラツク等が好適に用いられる。これらノボラ
ツク樹脂は、軟化点が50〜110℃，水酸基当量が100〜15
0のものを用いることが好ましい。

この発明における上記Ａ成分とＢ成分の配合割合は、
結晶性エポキシ樹脂のエポキシ当量と、フエノール樹脂
の水酸基当量との関係から適宜に選択されるが、エポキ
シ基１当量に対するフエノール樹脂の水酸基当量が0.8
〜1.2の範囲になるように設定することが好ましい。

上記Ａ成分の結晶性エポキシ樹脂,B成分のノボラツク
型フエノール樹脂樹脂とともに用いられるＣ成分の片末
端ジメチルポリシロキサンとしては、下記の一般式（I
I）で表されるポリシロキサン骨格を有するものが用い
られる。

上記片末端ジメチルポリシロキサンは、少なくともＡ
成分の結晶性エポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂およびＢ
成分ノボラツク型フエノール樹脂の少なくとも一方と反
応させると、低応力性において良好な結果が得られるよ
うになる。このような片末端ジメチルポリシロキサン
は、分子量が500〜40000のものを用いることが好まし
く、特に好適なのは分子量500〜30000のものである。す
なわち、分子量が500未満では封止樹脂の低応力効果が
不充分であり、40000を超えると少なくとも上記Ａ成分
の結晶性エポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂との反応性が
悪くなるという傾向がみられるからである。

そして、上記片末端ジメチルポリシロキサン（Ｃ成
分）の配合量は、結晶性エポキシ樹脂または通常のエポ
キシ樹脂に結晶性エポキシ樹脂が含有されたものおよび
フエノール樹脂の少なくとも一方100重量部（以下
「部」と略す）に対して３〜40部用いることが、得られ
る樹脂硬化物の低応力性の観点から好ましい。

上記Ｃ成分はエポキシ樹脂組成物の硬化体中での分散
性がよいため、従来のものに比べて硬化体が機械強度の
ばらつきの極めて小さいものとなり、かつ低応力性に優
れたものとなる。

なお、この発明では、上記Ａ成分,B成分,C成分以外に
必要に応じて硬化促進剤，無機質充填剤，離型剤等を用
いることができる。

上記硬化促進剤としては、フエノール硬化エポキシ樹
脂における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、三級アミン類，イミダゾール類，リン
化合物等をあげることができる。

上記無機質充填剤としては、シリカ，アルミナ，炭酸
カルシウム，石英ガラス，珪石，タルク，クレー，酸化
ジルコニウム，ケイ酸ジルコニウム，酸化ベリリウム等
の粉末を用いることができる。上記無機質充填剤の配合
量は、エポキシ樹脂組成物全体に対して、30〜90％の範
囲に設定することが好ましい。

上記離型剤としては、従来公知のステアリン酸，パル
チミ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
ナバワツクス、モンタンワツクス等のワツクス類等を用
いることができる。

さらに、カツプリング剤，難燃剤，着色剤等の通常用
いられる添加剤も添加することができる。

この発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、上記原料を
用い、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、まず、結晶性エポキシ樹脂（Ａ成分）のみあ
るいは通常のエポキシ樹脂に結晶性エポキシ樹脂が含有
されたもの，ノボラツク型フエノール樹脂（Ｂ成分），
片末端ジメチルポリシロキサン（Ｃ成分）および無機質
充填剤ならびにその他の添加剤を適宜配合し、この配合
物をミキシングロール機等の混練機にかけて加熱状態で
混練して半硬化状の樹脂組成物とし、これを室温に冷却
したのち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り目的とするエポキシ樹脂組
成物を得ることができる。また、片末端ジメチルポリシ
ロキサン（Ｃ成分）と結晶性エポキシ樹脂または通常の
エポキシ樹脂に結晶性エポキシ樹脂が含有されたもの、
もしくは片末端ジメチルポリシロキサンとフエノール樹
脂（Ｂ成分）を予め公知の方法、例えば溶融混合または
溶媒中で加熱することにより上記２成分系を反応させ、
この反応生成物と他の原料を用い前記と同様の製法に従
って、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
ばトランスフア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。

このようにして得られる半導体装置は、低応力性に優
れ、かつ高い信頼性を示す。これは上記Ｃ成分中の片末
端ジメチルポリシロキサンから誘導されるSi-O-Si結合
部分が、硬化樹脂の分子骨格中に導入されており、しか
も上記片末端ジメチルポリシロキサンのエポキシ樹脂中
への分散性が優れているため、エポキシ樹脂組成物硬化
体からなる封止樹脂の機械的強度のばらつきが小さくな
ることと、上記Ａ成分中の結晶性エポキシ樹脂の溶融粘
度が低く、かつ片末端がジメチルポリシロキサンが片末
端にしか官能基を有していないため、エポキシ樹脂ある
いはフエノール樹脂との網目構造をとらない。このた
め、封止に用いるエポキシ樹脂組成物の粘度が低下し、
その結果、封止樹脂とリードフレームとの密着性が向上
しかつ結晶性エポキシ樹脂自体が疎水特性を有している
ためと考えられる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の半導体装置は、特殊なエポ
キシ樹脂である結晶性エポキシ樹脂および片末端ジメチ
ルポリシロキサンを含有する特殊なエポキシ樹脂組成物
を用いて封止されており、その封止プラスチツクパツケ
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、内部応力が小さく信頼度の高いものである。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16mm²以
上、素子上のAl配線の幅が２μｍ以下の特殊な半導体装
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。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

〔実施例１〜９、比較例１〜３〕後記の第１表に示すような３種類の片末端ジメチルポ
リシロキサンａ〜ｃを用意した。

つぎに、後記の第２表に示す割合の原料を用い、これ
らの原料をミキサングロール機（ロール温度100℃）で1
0分間溶融混練を行い冷却した後粉砕し、目的とする粉
末状のエポキシ樹脂組成物を得た。

以上の実施例および比較例によつて得られた粉末状の
エポキシ樹脂組成物を用い、半導体素子をトランスフア
ー成形でモールドすることにより半導体装置を得た。こ
のようにして得られた半導体装置について電圧印加状態
におけるプレツシヤー釜による2500時間の信頼性テスト
（以下「PCBTテスト」と略す），−50℃/30分〜150℃/3
0分の800回の温度サイクルテスト（以下「TCTテスト」
と略す）の測定を行った。その結果を第３表に示した。

第３表の結果から、実施例品は、PCBTテストおよびTC
Tテストの双方にいおて比較例品に比べて優れた結果が
得られており、高度な信頼性を備えていることがわか
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 23/29,23/31 C08G 59/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有するエポ
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。（Ａ）結晶性エポキシ樹脂。（Ｂ）ノボラツク型フエノール樹脂。（Ｃ）下記の一般式（II）で表される片末端ジメチルポ
リシロキサン。
【請求項２】Ａ成分の結晶性エポキシ樹脂が下記の一般
式（Ｉ）で表される4,4′−ビス（2,3−エポキシプロポ
キシ）−3,3′,5,5′−テトラメチルビフエニルであ
り、Ａ成分の結晶性エポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂中
に10重量％以上含有されている請求項（１）記載の半導
体装置。〔式（Ｉ）において、ＲはＨまたはCH₃である。〕
【請求項３】Ｃ成分の片末端ジメチルポリシロキサン
が、少なくともＡ成分の結晶性エポキシ樹脂を含むエポ
キシ樹脂およびＢ成分のノボラツク型フエノール樹脂の
少なくとも一方と反応している請求項（１）または
（２）記載の半導体装置。
【請求項４】上記片末端ジメチルポリシロキサンの分子
量が、500〜40000である請求項（１）〜（３）のいずれ
か一項に記載の半導体装置。
【請求項５】上記半導体素子サイズが16mm²以上で、半
導体素子上のアルミニウム配線の幅が２μｍ以下である
請求項（１）〜（４）のいずれか一項に記載の半導体装
置。
【請求項６】下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有する半導
体封止用エポキシ樹脂組成物。（Ａ）結晶性エポキシ樹脂。（Ｂ）ノボラツク型フエノール樹脂。（Ｃ）下記の一般式（II）で表される片末端ジメチルポ
リシロキサン。