JP2923386B2

JP2923386B2 - 半導体装置

Info

Publication number: JP2923386B2
Application number: JP32096091A
Authority: JP
Inventors: 富士夫北村; 徳長沢
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1991-11-08
Filing date: 1991-11-08
Publication date: 1999-07-26
Anticipated expiration: 2014-07-26
Also published as: JPH05136296A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、信頼性、特に耐湿信
頼性に優れ、かつ成形作業性の良好なエポキシ樹脂組成
物を用い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、耐透湿性にも優れているため、温度，湿
度に対して強く、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
の種のプラスチツクパツケージ材料には、従来からエポ
キシ樹脂組成物が用いられている。上記エポキシ樹脂組
成物は、電気的特性，機械特性，耐薬品性等に優れてい
るため、信頼性が高く半導体装置の樹脂封止に広く用い
られている。このようなエポキシ樹脂組成物としては、
特に、ｏ−クレゾールノボラツクエポキシ樹脂と、硬化
剤としてのフエノールノボラツク樹脂、その他の添加剤
として三級アミン等の硬化促進剤、溶融シリカ等の無機
質充填剤等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）に優れているとして賞用され
ている。

【０００３】

【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、これに伴つて封止材料に対してより以上の信頼
性の向上が要望されている。すなわち、従来からのエポ
キシ樹脂組成物を用いて樹脂封止された半導体装置は、
現在要求されている信頼性レベルのなかでも、特に耐湿
信頼性に劣つており、素子上のアルミ配線および電極等
の腐食を主体として不良を発生している。そして、上記
耐湿信頼性を向上させるため、封止材料の低吸湿化を図
ることが考えられ、例えば従来の封止材料の主成分であ
るエポキシ樹脂の分子骨格に、アルキル基等の置換基を
導入することが試みられている。しかし、このようなエ
ポキシ樹脂を用いても満足のいく耐湿信頼性を得るのは
困難であり、耐湿信頼性の向上が望まれている。

【０００４】また、半導体素子の樹脂封止時に素子とリ
ードとを結ぶボンデイングワイヤの破損を防止するため
に、比較的高いスパイラルフロー値を有するエポキシ樹
脂組成物が要求されている。しかし、スパイラルフロー
値があまりに高すぎる、つまり流動性が高くなりすぎる
と、金型の合わせ目等の微小な隙間から樹脂が流れ出て
バリを生じ作業性を著しく低下させ、また半導体部品の
リード線上に発生したバリは除去が困難であり、半田付
け時に半田不良を生じるという問題が発生する。したが
つて、単にスパイラルフロー値を満足させるだけでは不
充分で、スパイラルフロー値を満足させなおかつバリの
発生の抑制されたバリ特性に優れたものであることが必
要である。

【０００５】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、耐湿信頼性に優れ、かつ成形作業性に優れた
半導体装置の提供をその目的とする。

【０００６】

【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）〜（Ｃ）成
分を含み、（Ｃ）成分の含有量がエポキシ樹脂組成物全
体の６０〜９０重量％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）下記の一般式（１）で表されるビフエニル型エポ
キシ樹脂。

【化３】〔上記式（１）において、Ｒは水素原子またはメチル基
である。また、ｎは０または正の整数である。〕（Ｂ）硬化剤。（Ｃ）粒子径１４９μｍ以上のものが０．５重量％以
下、粒子径４４μｍ以下のものが６０重量％以上、粒子
径５μｍ以下のものが２０〜４５重量％であつて、かつ
メジアン径が５μｍを超え２５μｍ以下である粒度分布
を有するシリカ粉末。

【０００７】

【作用】すなわち、本発明者らは、耐湿性かつ成形作業
性に優れた封止樹脂を得るために一連の研究を重ねた。
その結果、上記特定のビフエニル型エポキシ樹脂と特定
の粒子径分布を有するシリカ粉末を特定の含有割合で用
いると、バリの発生が抑制され成形作業性が優れた、か
つ封止樹脂の低吸湿化がなされ、高い耐湿信頼性か得ら
れることを見出しこの発明に到達した。

【０００８】つぎに、この発明を詳しく説明する。

【０００９】この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物
は、特定のビフエニル型エポキシ樹脂（Ａ成分）と、硬
化剤（Ｂ成分）と、特定の粒子径分布を有するシリカ粉
末（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。

【００１０】上記特定のビフエニル型エポキシ樹脂（Ａ
成分）は、下記の一般式（１）で表されるもので、４，
４′−ジヒドロキシビフエニルまたは４，４′−ジヒド
ロキシ−３，３′，５，５′−テトラメチルビフエニル
と、エピハロヒドリンとを反応させることにより得られ
る。

【００１１】

【化４】〔上記式（１）において、Ｒは水素原子またはメチル基
である。また、ｎは０または正の整数である。〕

【００１２】そして、上記特定のビフエニル型エポキシ
樹脂としては、エポキシ当量１５０〜６００、好ましく
は１５０〜４６０、軟化点６０〜１５０℃、好ましくは
７０〜１３０℃のものを用いるのが好ましい。また、上
記特定のビフエニル型エポキシ樹脂は、それ自身でエポ
キシ樹脂成分を構成してもよいし、それ以外の通常用い
られるエポキシ樹脂と併用するようにしてもよい。前者
の場合には、Ａ成分の全部が上記一般式（１）の特定の
ビフエニル型エポキシ樹脂で構成され、後者の場合に
は、Ａ成分の一部が上記一般式（１）の特定のビフエニ
ル型エポキシ樹脂で構成されることとなる。上記通常用
いられるエポキシ樹脂としては、例えばビスフエノール
Ａ型エポキシ樹脂，フエノールノボラツク型エポキシ樹
脂，クレゾールノボラツク型エポキシ樹脂等があげられ
る。このようなエポキシ樹脂のなかでもエポキシ当量１
００〜３００、軟化点５０〜１３０℃のものが好適に用
いられる。

【００１３】このように両者を併用する場合には、上記
一般式（１）で表される特定のビフエニル型エポキシ樹
脂をエポキシ樹脂成分全体の５０重量％（以下「％」と
略す）以上に設定することが好ましい。

【００１４】さらに、これらエポキシ樹脂〔一般式
（１）で表される特定のビフエニル型エポキシ樹脂およ
び通常用いられるエポキシ樹脂〕としては、イオン性不
純物および加水分解性イオンが少ないほど好ましく、具
体的には遊離のナトリウムイオン，塩素イオンの濃度が
各５ppm 以下および加水分解性塩素イオンの濃度が６０
０ppm 以下のものを用いるのが好ましい。

【００１５】上記硬化剤（Ｂ成分）は、エポキシ樹脂成
分の硬化剤として作用するものであり、特に限定するも
のではなく、従来公知のもの、例えばフエノールノボラ
ツク樹脂，下記の一般式（２）で表されるフエノール樹
脂，アミン類，酸無水物類等エポキシ樹脂と架橋する全
てのものがあげられる。

【００１６】

【化５】〔上記式（２）において、ｍは０または正の整数であ
る。〕

【００１７】上記エポキシ樹脂成分と硬化剤との配合割
合は、機械的強度，耐湿性の観点から、エポキシ樹脂に
対する硬化剤の化学的当量比が０．５〜２．０となるよ
うに配合することが好ましい。より好ましくは０．８〜
１．２である。

【００１８】上記特定の粒子径分布を有するシリカ粉末
（Ｃ成分）としては、溶融シリカ粉末および結晶性シリ
カ粉末が用いられる。そして、粒子径１４９μｍ以上の
ものが０．５％以下、粒子径４４μｍ（３５０メツシ
ユ）以下のものが６０％以上、粒子径５μｍ以下のもの
が２０〜４５％であつて、かつメジアン径（平均粒子
径）が５μｍを超え２５μｍ以下である粒度分布を有す
る必要がある。すなわち、粒子径が１４９μｍ以上のも
のが０．５％を超えると、樹脂封止の際に金型ゲート部
の目詰まりを起こし、その結果、未充填部分が生じ完全
な樹脂封止が困難となる。また、粒子径４４μｍ以下の
ものが６０％未満の場合、粒子径５μｍ以下のものが２
０％未満かもしくは４５％を超える場合、さらにメジア
ン径が５μｍを超え２５μｍ以下の範囲外では、いずれ
もスパイラルフロー値が低くなり、バリ特性が悪化する
からである。

【００１９】そして、上記特定の粒子径分布を有するシ
リカ粉末（Ｃ成分）の含有量は、エポキシ樹脂組成物中
６０〜９０％の範囲内に設定する必要がある。すなわ
ち、含有量が６０％未満では封止材料であるエポキシ樹
脂組成物の熱膨張率が大きくなり、半導体成形品のリー
ドと封止樹脂との間のはがれ現象によつて耐湿性が低下
する。また、９０％を超えると最適粒度分布のものを選
択しても、スパイラルフロー値が低くなり、成形時に未
充填部分が生じたり、半導体素子とリードとを結ぶボン
デイングワイヤを変形させたり切断する危険性が生じる
からである。

【００２０】なお、この発明に用いられるエポキシ樹脂
組成物には、必要に応じて上記エポキシ樹脂成分，硬化
剤（Ｂ成分）および特定の粒子径分布を有するシリカ粉
末（Ｃ成分）以外に、硬化促進剤，表面処理剤，顔料，
難燃剤等のその他の添加剤が用いられる。

【００２１】上記硬化促進剤としては、イミダゾール
類，三級アミン類，有機リン化合物，アルミニウム化合
物，チタン化合物等があげられる。

【００２２】この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、上記エポキシ樹脂成分，硬化剤成分，特定の粒
子径分布を有するシリカ粉末および必要に応じて上記そ
の他の添加剤等を配合し、例えばミキサーによつて充分
混合する。この後、熱ロール機による溶融混合処理また
はニーダー等による混合処理を行い、さらに必要に応じ
て打錠するという一連の工程により製造することができ
る。

【００２３】このようなエポキシ樹脂組成物を用いての
半導体装置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は、エ
ポキシ樹脂組成物中に含まれる前記一般式（１）で表さ
れる特定のビフエニル型エポキシ樹脂（Ａ成分）および
特定の粒子径分布を有するシリカ粉末（Ｃ成分）の作用
により、優れた耐湿性とバリ特性により成形作業性とを
有している。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、この発明の半導体装置
は、前記一般式（１）で表されるビフエニル型エポキシ
樹脂（Ａ成分）と、特定の粒子径分布を有するシリカ粉
末（Ｃ成分）を特定の割合で含有する特殊なエポキシ樹
脂組成物を用いて半導体素子を樹脂封止して構成されて
いるため、優れた耐湿信頼性と成形作業性を備えてい
る。

【００２６】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。

【００２７】まず、実施例に先立つて、２種類のシリカ
粉末ａおよびｂを準備した。そして、図１に示すよう
に、上記シリカ粉末ａおよびｂについて、横軸に粒子径
（μｍ）を、縦軸に通過累積分布（％）をとり、横軸を
対数目盛りで表した粒度分布曲線を示した。図におい
て、曲線１はシリカ粉末ａ（粒子径４４μｍ以下が９５
％、５μｍ以下が５３％、メジアン径が４．５μｍの溶
融シリカ粉末）であつてこの比較例に用いるシリカ粉末
である。また、曲線２はシリカ粉末ｂ（粒子径４４μｍ
以下が９５％、５μｍ以下が３０％、メジアン径が１０
μｍの溶融シリカ粉末）であつてこの発明に適用できる
シリカ粉末である。なお、シリカ粉末ａおよびｂの双方
とも粒子径１４９μｍ以上のものは０．５％以下であ
る。

【００２８】

【実施例１〜７、比較例１〜２】下記の表１および表２
に示す各成分を同表に示す割合で配合し、この配合物を
加熱ロール機（ロール温度１００℃）で５分間溶融混練
した。その後、冷却粉砕し粉末状のエポキシ樹脂組成物
を得た。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】このようにして得られた実施例品および比
較例品のスパイラルフロー値、バリ特性およびその硬化
物特性として吸水率およびガラス転移温度を調べ評価
し、その結果を後記の表３および表４に示した。また、
半導体装置の耐湿信頼性を評価するために耐湿試験用デ
バイスを組み立て上記エポキシ樹脂組成物を用いて樹脂
封止した後、得られた半導体装置について半田浸漬後プ
レツシヤークツカーテスト（ＰＣＴテスト）を行つた。
その結果を後記の表３および表４に示した。なお、上記
特性は下記に示す条件等で行い測定した。

【００３２】〔スパイラルフロー値〕スパイラルフロー金型を用いて、ＥＭＭＩ（エポキシ
モールデイングマテリアルインステイテユート、ソ
サイエテイオブプラスチツクインダストリー）に
準拠して測定した。

【００３３】〔バリ特性〕１０μｍおよび５０μｍのクリアランスのバリ評価用金
型を用いて成形したときのバリ長さを測定した。

【００３４】〔吸水率〕直径５０mm×厚み１mmの円板をトランスフアーモールド
により成形し、これを８５℃×８５％ＲＨの恒温恒湿槽
の中で３００時間放置したときの重量変化より算出し
た。

【００３５】〔ガラス転移温度〕サーマルメカニカルアナリシス（ＴＭＡ）装置を用いて
測定した。

【００３６】〔半田後のＰＣＴテスト〕耐湿試験用の半導体装置を、８５℃×８５％ＲＨで７２
時間吸湿後、２６０℃半田浴に１０秒浸漬させた。この
後、プレツシヤー釜（１２１℃×２atm ×１００％Ｒ
Ｈ）による３００時間の信頼性テストを行い、導通不良
となつた個数（１０個中）を示した。

【００３７】

【表３】

【００３８】

【表４】

【００３９】上記表３および表４の結果から、比較例１
品はスパイラルフロー値が低くしかもバリ長さ値が高
い。また、比較例２品はバリ長さ値は低いものの吸水率
が高く全ての半導体装置が導通不良となつた。これに対
して、実施例品は全てスパイラルフロー値は高くバリ長
さ値が低い。しかも、低吸水率で不良発生数も少ない。
このことから、実施例品は優れた耐湿信頼性および成形
作業性を備えていることがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】シリカ粉末の粒子径と通過累積分布との関係を
表した粒度分布曲線図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 23/28 - 23/30 B29C 45/02 C08G 59/20 C08K 3/36

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含み、
（Ｃ）成分の含有量がエポキシ樹脂組成物全体の６０〜
９０重量％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）下記の一般式（１）で表されるビフエニル型エポ
キシ樹脂。【化１】〔上記式（１）において、Ｒは水素原子またはメチル基
である。また、ｎは０または正の整数である。〕（Ｂ）硬化剤。（Ｃ）粒子径１４９μｍ以上のものが０．５重量％以
下、粒子径４４μｍ以下のものが６０重量％以上、粒子
径５μｍ以下のものが２０〜４５重量％であつて、かつ
メジアン径が５μｍを超え２５μｍ以下である粒度分布
を有するシリカ粉末。
【請求項２】下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含み、
（Ｃ）成分の含有量がエポキシ樹脂組成物全体の６０〜
９０重量％に設定されている半導体封止用エポキシ樹脂
組成物。（Ａ）下記の一般式（１）で表されるビフエニル型エポ
キシ樹脂。【化２】〔上記式（１）において、Ｒは水素原子またはメチル基
である。また、ｎは０または正の整数である。〕（Ｂ）硬化剤。（Ｃ）粒子径１４９μｍ以上のものが０．５重量％以
下、粒子径４４μｍ以下のものが６０重量％以上、粒子
径５μｍ以下のものが２０〜４５重量％であつて、かつ
メジアン径が５μｍを超え２５μｍ以下である粒度分布
を有するシリカ粉末。