JP3002652B2 - 面付実装型樹脂封止半導体装置およびその製造法 - Google Patents
面付実装型樹脂封止半導体装置およびその製造法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、新規な面付実装型
樹脂封止半導体装置及びその製造法に関する。 【０００２】 【従来の技術】トランジスタ，ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体
装置の外装には、金属，ガラス，セラミックス等を用い
るハーメチック封止型と、エポキシ樹脂を主として用い
る樹脂封止型の二種類がある。 【０００３】前者は気密性に優れているが非常に高価で
ある。後者は大量生産ができるために安価に製造するこ
とが可能である。そのため、現在では半導体製品の８０
％以上が、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いてトラ
ンスファ成形された樹脂封止型になっている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】半導体素子は集積度が
年々向上し、それに伴ってチップサイズの大型化，配線
の微細化，多層化等が進んでいる。一方、実装の高密度
化とパッケージサイズの小型薄型化により、パッケージ
形状も従来のＤＩＬＰ（Dual in Line PlasticPackag
e）からＦＰＰ(Flat Plastic Package)，ＳＯＰ(Small
Outline Package)，ＰＬＣＣ(Plastic Leaded Chip Car
rier）等、ピン挿入実装型から面付実装型に移行してい
る。 【０００５】このように集積度の向上，パッケージサイ
ズや形状，実装方式等の変換に伴い、素子の微細化，パ
ッケージの封止樹脂層の薄肉化が進んでいる。そのた
め、封止品に熱的ストレスが加わると半導体装置を構成
する封止樹脂，リードフレーム，チップ等の線膨張係数
の違いによって発生する熱応力により、封止樹脂層やチ
ップのパッシベーション膜にクラッチが生じたり、チッ
プ表面の配線の切断，短絡，位置ズレ等が起こり易く、
素子特性の変動や信頼性低下が問題になっている。 【０００６】さらにこれらの問題は、パッケージの実装
方式がピン挿入型から面付型に移行し、そして、面付型
においては更に従来よりも高い温度に晒されることも加
えて前述の点がますます重要な課題となっている。 【０００７】樹脂封止型半導体に発生する熱応力は、各
構成材料の線膨張係数の違いによって発生する。そこ
で、各構成材料中、特に、封止樹脂の線膨張係数を小さ
くすることができれば、熱応力を大幅に低減することが
できる。 【０００８】一般に、封止樹脂は線膨張係数の低減を目
的として、樹脂よりも線膨張係数の小さい無機質充填材
が配合されている。従って、線膨張係数を小さくするに
は、充填材の配合量を増せばよい。しかし、充填材の配
合量を増すと樹脂組成物の粘度が上昇し、流動性が低下
するため封止作業が困難になる。 【０００９】そのため、特定の粒度分布を持つ無機充填
材を用い、樹脂組成物の粘度上昇や流動性低下をあまり
起こさずに充填材の配合量を増す方法が提案（特許第85
5789号）されている。 【００１０】しかし、こうした手法を用いても、樹脂封
止型半導体の大部分に用いられているフェノール硬化型
エポキシ樹脂組成物は、ベース樹脂の粘度が高く、充填
材の配合量を増して線膨張係数の大幅な低減を図るには
限界があった。その理由は、従来、角ばった充填材を使
用していたため、充填材が嵩張り樹脂組成物の粘度上昇
や流動性の低下が起こり易かったものと思われる。 【００１１】その対策として、例えば、特公昭60−2650
5 号公報に記載されているように、球形の充填材を用い
る方法が提案されているが、素子の高集積化，パッケー
ジの小型薄型化に十分対応し得る封止用樹脂組成物は得
られなかった。 【００１２】また、樹脂封止した半導体素子に加わる熱
応力は、封止樹脂の弾性率やガラス転移温度を下げるこ
とによっても低減させることが可能である。しかし、樹
脂組成物のガラス転移温度を上げると、一般に高温の電
気特性や耐湿性等が低下し、半導体装置にとって好まし
くない結果を招く。 【００１３】そこで、アイ・イー・イー・イー、トラン
ザクションズ オン コンポーネンツ、ハイブリッド、
アンド マニュファクチュアリング テクノロジー、シ
ーエッチ エム ティー８、第４号（１９８５年）第４
８６〜４８９頁〔IEEE，Transactions on Components,
Hybrids,and Manufacturing Technology，CHMT−８，Ｎ
o.４，Ｄec.(１９８５）ｐｐ４８６−４８９〕に示され
ているように、ベース樹脂中にシリコーンゴムやポリブ
タジエンゴムのようなゴム成分を配合し、硬化樹脂を海
島構造化して弾性率を小さくすることが行われている。 【００１４】この方法は、樹脂の熱応力を小さくする効
果はあるが、線膨張係数の違いを減らす効果はほとんど
なく、本質的な熱応力低減の対策にはならない。こうし
た状況下で、熱応力の発生がより小さい面付実装型樹脂
封止半導体装置が強く望まれている。 【００１５】本発明の目的は、線膨張係数と弾性率が小
さく、半導体素子に加わる熱応力を軽減し、耐クラック
性及び接続信頼性に優れた面付実装型樹脂封止半導体装
置及びその製造法を提供することにある。 【００１６】 【課題を解決するための手段】本発明は、樹脂及び８０
重量％以上の球形石英粉を含む組成物により封止され、
前記樹脂はエポキシ樹脂を主とし、シリコーン重合体を
前記エポキシ樹脂100重量部当り１０重量部以下（但
し、０重量部を含まず）含む樹脂からなることを特徴と
する面付実装型樹脂封止半導体装置にある。 【００１７】更に、本発明は、樹脂及び８０重量％以上
の球形石英粉を含む組成物を用いてトランスファ成形法
により半導体素子を封止硬化する面付実装型樹脂封止半
導体装置の製造法において、前記樹脂はエポキシ樹脂を
主とし、シリコーン重合体を前記エポキシ樹脂１００重
量部当り１０重量部以下（但し、０重量部を含まず）含
む樹脂からなることを特徴とする。 【００１８】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。 【００１９】本発明の要旨は、前述の如く、常温で固体
のエポキシ樹脂、該エポキシ樹脂の変性剤であるシリコ
ーン重合体および充填材として球形石英粉を配合した樹
脂組成物が用いられ、前記球形石英粉は溶融して球形化
した溶融石英粉であること、更にその樹脂組成物を用い
てトランスファ成形法により半導体素子を封止硬化する
ことを特徴とする面付実装型樹脂封止半導体装置及びそ
の製造法にある。 【００２０】その好ましい実施の形態は以下の通りであ
る。 【００２１】球状石英粉はその９０重量％以上が０.５
〜１００μｍの粒径を有すること、その粒度分布がＲＲ
Ｓ粒度線図で表示した場合に直線で、その勾配ｎが０.
６〜０.９５ であること、前記樹脂組成物の大気中での
焼成残渣（ＳｉＯ2 成分）が８０重量％以上であるこ
と、封止硬化物の線膨張係数が１.３×１０-5／℃ 以下
であることが好ましい。 【００２２】ここで、ＲＲＳ粒度線図とは、Rosin−Ram
mlerの式に従う粒度分布を表わす粒度線図（日本粉体工
業協会頒布：粉体工学ハンドブック５１〜５３頁）のこ
とである。 【００２３】 【数１】 Ｒ(Ｄｐ)＝１００exp(−ｂ・Ｄｐn) …〔１〕 〔但し、Ｒ(Ｄｐ)：最大粒径から粒径Ｄｐまでの累積重
量％，Ｄｐ：粒径，ｂおよびｎ：定数〕 ＲＲＳ粒度線図における勾配ｎとは、ＲＲＳ粒度線図の
最大粒径からの累積重量％が、２５％と７５％の二点を
結んだ直線で代表されるRosin−Rammlerの式のｎの値の
ことを云う。 【００２４】充填材の原石を微粉砕した場合の粒度分布
は、Rosin−Rammlerの式と一致し、この式に基づく粒度
分布を表わすＲＲＳ粒度線図では、ほぼ直線を示すとさ
れている。 【００２５】本発明者らは、各種充填材の粒度分布を測
定したところ、特別のふるい分けをしない限り、いずれ
の充填材もその９０重量％以上がＲＲＳ粒度線図で、ほ
ぼ、直線性を示し、上式によく適合することを確認して
いる。 【００２６】本発明で用いる球状の溶融石英粉は、例え
ば、特開昭59−59737 号公報に記載されているように、
予め所定の粒度分布に粉砕した溶融石英粉を、プロパ
ン，ブタン，アセチレン，水素などの可燃性ガスを燃料
とする溶射装置から発生させた高温火炎中に一定量ずつ
供給して溶融して球形化し、冷却したものである。上記
の溶融石英はそれ自身の線膨張係数が比較的小さく、イ
オン性不純物も極めて少ないので、半導体素子封止用樹
脂組成物材料として適している。 【００２７】球状石英粉の９０重量％以上を粒径０.５
〜１００μｍの範囲とすることの好ましい理由は、０.
５μｍ 未満の微粒子が多くなると、樹脂組成物のチク
ソトロピック性が大きくなり、粘度上昇や流動性が低下
すること、また、１００μｍを超える粒子が多くなると
封止する際に、半導体素子のＡｕ線を変形，切断した
り、粗い粒子が金型中で目詰りを起こして、樹脂の充填
不良等が発生するためである。 【００２８】次に、ＲＲＳ粒度線図で示す勾配ｎを０.
６〜０.９５とすることの好ましい理由は、ｎが０.９５
より大きくなると充填材の嵩張りが大きくなり、樹脂
組成物の粘度上昇や流動性の低下が起こる。そこで、ｎ
はできるだけ小さい値が望ましいが、本発明において充
填材の９０％以上が０.５ 〜１００μｍの粒径範囲にあ
ることが望ましく、ｎ値０.６ と云うのは、この条件内
でとり得る最小の値である。 【００２９】本発明で用いるシリコーン重合体は、アミ
ノ基，カルボキシル基，エポキシ基，水酸基，ピリミジ
ン基等の官能基を末端あるいは側鎖に持つポリジメチル
シロキサンである。 【００３０】前記の常温で固体のエポキシ樹脂は、半導
体封止用材料として一般に用いられているクレゾールノ
ボラック型エポキシ樹脂，フェノールノボラック型エポ
キシ樹脂，ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂等を指し、
硬化剤としてフェノールノボラックやクレゾールノボラ
ック等のノボラック樹脂，無水ピロメリット酸や無水ベ
ンゾフェノン等の酸無水物等を用い、さらに硬化促進
剤，可撓化剤，カップリング剤，着色剤，難燃化剤，離
型剤等を必要に応じて配合することができる。 【００３１】このエポキシ樹脂組成物は、各素材を７０
〜１００℃に加熱した二軸ロールや抽出機で混練し、ト
ランスファプレスで金型温度１６０〜１９０℃，成形圧
力３０〜１００kg／ cm2 ，硬化時間１〜３分で成形す
ることができる。 【００３２】常温で固体のエポキシ樹脂に充填材として
その９０重量％以上が粒径０.５ 〜１００μｍの範囲内
にあって、しかも、その粒度分布をＲＲＳ粒度線図で表
示した場合にその勾配ｎが０.６〜０.９５の範囲で直線
性を示す球形の溶融石英粉と、変性剤としてシリコーン
重合体を配合し、その配合量が充填材とシリコーン重合
体を合せたＳｉＯ2 成分〔特開昭53−123457号および高
分子論文集：第４１巻，第１０号（１９８４年１０月）
などに記載されている方法に準じ、樹脂組成物または硬
化物の大気中焼成後の残渣量〕が、樹脂組成物全体に対
し８０重量％以上の樹脂組成物は、ＳｉＯ2 成分が多い
にもかかわらず、比較的低粘度で流動性に優れ、しか
も、硬化物の線膨張係数が１.３×１０-5／℃ 以下と小
さく、弾性率も小さい。 【００３３】従って、封止時の半導体素子のＡｕボンデ
ィングワイヤの変形，断線が少なく、線膨張係数の差に
基づく熱応力が小さいために、耐温度サイクル性，耐熱
性，耐湿性等が良好である。 【００３４】充填材としての石英粉は溶融することによ
り球形化した球状石英粉を用いたことにより、嵩張りが
小さくなり高充填化し易い。さらに、半導体素子の封止
の際、充填材の角部が素子を損傷して素子特性に悪影響
を及ぼすのを防ぐことができる。さらに、シリコーン重
合体を配合したことにより弾性率を小さくすることがで
き、線膨張係数の違いによって生じる熱応力をより小さ
くすることができる。以下、本発明を実施例により具体
的に説明する。 【００３５】〔実施例１，２および比較例１〜３〕 図１に示す各種の充填材を用い、表１に示すエポキシ樹
脂組成物を約８０℃に加熱した二軸ロールで約１０分間
混練した。 【００３６】得られた各組成物について１８０℃におけ
るゲル化時間，高化式フローテスターを用いた１８０℃
における最低溶融粘度（７min ）、及び、流動性の尺度
としてＥＭＭＩ−１−６６に準じ、金型温度１８０℃，
成形圧力７０kg／cm2 ，成形時間１.５ 分でスパイラル
フロー（ＳＦ）を測定した。結果を表１に示す。 【００３７】本発明の球状充填材を用いた組成物は、角
状の充填材を用いた組成物とゲル化時間はほとんど同じ
でも、溶融粘度が極めて低く、また、流動性も大きい。
さらに、ＲＲＳ粒度線図で表示した勾配ｎが小さな値の
充填材を配合した組成物ほど溶融粘度が低く流動性が大
きいことが明らかである。しかし、図３に示すように、
ｎ値が０.６ より小さくなると、溶融粘度が急激に上昇
するので好ましくない。 【００３８】 【表１】 【００３９】〔実施例３，４および比較例４〜６〕 充填材として図１に示す球状充填材（球−１）を用い、
実施例１と同様にして、充填材とシリコーン重合体とを
合せたＳｉＯ2 成分（大気中８００℃，５時間焼成後の
残渣量）が７０，７５，８０，８５重量％、及びシリコ
ーン重合体を含まずＳｉＯ2 成分が８０重量％の樹脂組
成物をそれぞれ作成した。 【００４０】これらの樹脂組成物を用いてトランスファ
成形し、１８０℃／６時間の後硬化を行って線膨張係
数，曲げ弾性率，ガラス転移温度を測定した。 【００４１】また、図２に示すような金属円筒１をモー
ルドした場合に円筒に加わる熱応力を、円筒内側に貼り
付けたストレインゲージ２によって測定した。 【００４２】さらにまた、表面にアルミニウムのジグザ
グ配線を形成した半導体素子を封止し、−５５℃／３０
分⇔＋１５０℃／３０分の冷熱サイクル試験を行い、封
止樹脂層の耐クラック性，リード・金ワイヤボンディン
グ，アルミニウム配線の接続信頼性（抵抗値が５０％以
上変化した場合を不良と判定）を評価した。これらの結
果を表２に示す。 【００４３】表２より、シリコーン重合体を含みＳｉＯ
2 成分が８０重量％以上の組成物は、線膨張係数が１.
３×１０-5／℃ 以下と小さく、弾性率の増加も少な
い。従ってインサートに生じる熱応力も小さいことが分
かる。 【００４４】本実施例のような樹脂組成物を用いた樹脂
封止型半導体装置特に、性能に対する要求の厳しい面付
実装型においては、厳しい条件での冷熱サイクル試験の
ような熱衝撃が加えられても耐クラック性や高配線密度
に対する接続信頼性が極めて優れていることが明らかで
ある。 【００４５】 【表２】【００４６】 【発明の効果】本発明によれば、用いられる半導体封止
用樹脂組成物が、流動性に優れ、硬化後の線膨張係数が
小さく、弾性率も小さいので、半導体素子との線膨張係
数の差によって生じる熱応力を小さくすることができ、
耐クラック性及び接続信頼性に優れた面付実装型樹脂封
止半導体装置が得られる優れた効果を有する。
樹脂封止半導体装置及びその製造法に関する。 【０００２】 【従来の技術】トランジスタ，ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体
装置の外装には、金属，ガラス，セラミックス等を用い
るハーメチック封止型と、エポキシ樹脂を主として用い
る樹脂封止型の二種類がある。 【０００３】前者は気密性に優れているが非常に高価で
ある。後者は大量生産ができるために安価に製造するこ
とが可能である。そのため、現在では半導体製品の８０
％以上が、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いてトラ
ンスファ成形された樹脂封止型になっている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】半導体素子は集積度が
年々向上し、それに伴ってチップサイズの大型化，配線
の微細化，多層化等が進んでいる。一方、実装の高密度
化とパッケージサイズの小型薄型化により、パッケージ
形状も従来のＤＩＬＰ（Dual in Line PlasticPackag
e）からＦＰＰ(Flat Plastic Package)，ＳＯＰ(Small
Outline Package)，ＰＬＣＣ(Plastic Leaded Chip Car
rier）等、ピン挿入実装型から面付実装型に移行してい
る。 【０００５】このように集積度の向上，パッケージサイ
ズや形状，実装方式等の変換に伴い、素子の微細化，パ
ッケージの封止樹脂層の薄肉化が進んでいる。そのた
め、封止品に熱的ストレスが加わると半導体装置を構成
する封止樹脂，リードフレーム，チップ等の線膨張係数
の違いによって発生する熱応力により、封止樹脂層やチ
ップのパッシベーション膜にクラッチが生じたり、チッ
プ表面の配線の切断，短絡，位置ズレ等が起こり易く、
素子特性の変動や信頼性低下が問題になっている。 【０００６】さらにこれらの問題は、パッケージの実装
方式がピン挿入型から面付型に移行し、そして、面付型
においては更に従来よりも高い温度に晒されることも加
えて前述の点がますます重要な課題となっている。 【０００７】樹脂封止型半導体に発生する熱応力は、各
構成材料の線膨張係数の違いによって発生する。そこ
で、各構成材料中、特に、封止樹脂の線膨張係数を小さ
くすることができれば、熱応力を大幅に低減することが
できる。 【０００８】一般に、封止樹脂は線膨張係数の低減を目
的として、樹脂よりも線膨張係数の小さい無機質充填材
が配合されている。従って、線膨張係数を小さくするに
は、充填材の配合量を増せばよい。しかし、充填材の配
合量を増すと樹脂組成物の粘度が上昇し、流動性が低下
するため封止作業が困難になる。 【０００９】そのため、特定の粒度分布を持つ無機充填
材を用い、樹脂組成物の粘度上昇や流動性低下をあまり
起こさずに充填材の配合量を増す方法が提案（特許第85
5789号）されている。 【００１０】しかし、こうした手法を用いても、樹脂封
止型半導体の大部分に用いられているフェノール硬化型
エポキシ樹脂組成物は、ベース樹脂の粘度が高く、充填
材の配合量を増して線膨張係数の大幅な低減を図るには
限界があった。その理由は、従来、角ばった充填材を使
用していたため、充填材が嵩張り樹脂組成物の粘度上昇
や流動性の低下が起こり易かったものと思われる。 【００１１】その対策として、例えば、特公昭60−2650
5 号公報に記載されているように、球形の充填材を用い
る方法が提案されているが、素子の高集積化，パッケー
ジの小型薄型化に十分対応し得る封止用樹脂組成物は得
られなかった。 【００１２】また、樹脂封止した半導体素子に加わる熱
応力は、封止樹脂の弾性率やガラス転移温度を下げるこ
とによっても低減させることが可能である。しかし、樹
脂組成物のガラス転移温度を上げると、一般に高温の電
気特性や耐湿性等が低下し、半導体装置にとって好まし
くない結果を招く。 【００１３】そこで、アイ・イー・イー・イー、トラン
ザクションズ オン コンポーネンツ、ハイブリッド、
アンド マニュファクチュアリング テクノロジー、シ
ーエッチ エム ティー８、第４号（１９８５年）第４
８６〜４８９頁〔IEEE，Transactions on Components,
Hybrids,and Manufacturing Technology，CHMT−８，Ｎ
o.４，Ｄec.(１９８５）ｐｐ４８６−４８９〕に示され
ているように、ベース樹脂中にシリコーンゴムやポリブ
タジエンゴムのようなゴム成分を配合し、硬化樹脂を海
島構造化して弾性率を小さくすることが行われている。 【００１４】この方法は、樹脂の熱応力を小さくする効
果はあるが、線膨張係数の違いを減らす効果はほとんど
なく、本質的な熱応力低減の対策にはならない。こうし
た状況下で、熱応力の発生がより小さい面付実装型樹脂
封止半導体装置が強く望まれている。 【００１５】本発明の目的は、線膨張係数と弾性率が小
さく、半導体素子に加わる熱応力を軽減し、耐クラック
性及び接続信頼性に優れた面付実装型樹脂封止半導体装
置及びその製造法を提供することにある。 【００１６】 【課題を解決するための手段】本発明は、樹脂及び８０
重量％以上の球形石英粉を含む組成物により封止され、
前記樹脂はエポキシ樹脂を主とし、シリコーン重合体を
前記エポキシ樹脂100重量部当り１０重量部以下（但
し、０重量部を含まず）含む樹脂からなることを特徴と
する面付実装型樹脂封止半導体装置にある。 【００１７】更に、本発明は、樹脂及び８０重量％以上
の球形石英粉を含む組成物を用いてトランスファ成形法
により半導体素子を封止硬化する面付実装型樹脂封止半
導体装置の製造法において、前記樹脂はエポキシ樹脂を
主とし、シリコーン重合体を前記エポキシ樹脂１００重
量部当り１０重量部以下（但し、０重量部を含まず）含
む樹脂からなることを特徴とする。 【００１８】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。 【００１９】本発明の要旨は、前述の如く、常温で固体
のエポキシ樹脂、該エポキシ樹脂の変性剤であるシリコ
ーン重合体および充填材として球形石英粉を配合した樹
脂組成物が用いられ、前記球形石英粉は溶融して球形化
した溶融石英粉であること、更にその樹脂組成物を用い
てトランスファ成形法により半導体素子を封止硬化する
ことを特徴とする面付実装型樹脂封止半導体装置及びそ
の製造法にある。 【００２０】その好ましい実施の形態は以下の通りであ
る。 【００２１】球状石英粉はその９０重量％以上が０.５
〜１００μｍの粒径を有すること、その粒度分布がＲＲ
Ｓ粒度線図で表示した場合に直線で、その勾配ｎが０.
６〜０.９５ であること、前記樹脂組成物の大気中での
焼成残渣（ＳｉＯ2 成分）が８０重量％以上であるこ
と、封止硬化物の線膨張係数が１.３×１０-5／℃ 以下
であることが好ましい。 【００２２】ここで、ＲＲＳ粒度線図とは、Rosin−Ram
mlerの式に従う粒度分布を表わす粒度線図（日本粉体工
業協会頒布：粉体工学ハンドブック５１〜５３頁）のこ
とである。 【００２３】 【数１】 Ｒ(Ｄｐ)＝１００exp(−ｂ・Ｄｐn) …〔１〕 〔但し、Ｒ(Ｄｐ)：最大粒径から粒径Ｄｐまでの累積重
量％，Ｄｐ：粒径，ｂおよびｎ：定数〕 ＲＲＳ粒度線図における勾配ｎとは、ＲＲＳ粒度線図の
最大粒径からの累積重量％が、２５％と７５％の二点を
結んだ直線で代表されるRosin−Rammlerの式のｎの値の
ことを云う。 【００２４】充填材の原石を微粉砕した場合の粒度分布
は、Rosin−Rammlerの式と一致し、この式に基づく粒度
分布を表わすＲＲＳ粒度線図では、ほぼ直線を示すとさ
れている。 【００２５】本発明者らは、各種充填材の粒度分布を測
定したところ、特別のふるい分けをしない限り、いずれ
の充填材もその９０重量％以上がＲＲＳ粒度線図で、ほ
ぼ、直線性を示し、上式によく適合することを確認して
いる。 【００２６】本発明で用いる球状の溶融石英粉は、例え
ば、特開昭59−59737 号公報に記載されているように、
予め所定の粒度分布に粉砕した溶融石英粉を、プロパ
ン，ブタン，アセチレン，水素などの可燃性ガスを燃料
とする溶射装置から発生させた高温火炎中に一定量ずつ
供給して溶融して球形化し、冷却したものである。上記
の溶融石英はそれ自身の線膨張係数が比較的小さく、イ
オン性不純物も極めて少ないので、半導体素子封止用樹
脂組成物材料として適している。 【００２７】球状石英粉の９０重量％以上を粒径０.５
〜１００μｍの範囲とすることの好ましい理由は、０.
５μｍ 未満の微粒子が多くなると、樹脂組成物のチク
ソトロピック性が大きくなり、粘度上昇や流動性が低下
すること、また、１００μｍを超える粒子が多くなると
封止する際に、半導体素子のＡｕ線を変形，切断した
り、粗い粒子が金型中で目詰りを起こして、樹脂の充填
不良等が発生するためである。 【００２８】次に、ＲＲＳ粒度線図で示す勾配ｎを０.
６〜０.９５とすることの好ましい理由は、ｎが０.９５
より大きくなると充填材の嵩張りが大きくなり、樹脂
組成物の粘度上昇や流動性の低下が起こる。そこで、ｎ
はできるだけ小さい値が望ましいが、本発明において充
填材の９０％以上が０.５ 〜１００μｍの粒径範囲にあ
ることが望ましく、ｎ値０.６ と云うのは、この条件内
でとり得る最小の値である。 【００２９】本発明で用いるシリコーン重合体は、アミ
ノ基，カルボキシル基，エポキシ基，水酸基，ピリミジ
ン基等の官能基を末端あるいは側鎖に持つポリジメチル
シロキサンである。 【００３０】前記の常温で固体のエポキシ樹脂は、半導
体封止用材料として一般に用いられているクレゾールノ
ボラック型エポキシ樹脂，フェノールノボラック型エポ
キシ樹脂，ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂等を指し、
硬化剤としてフェノールノボラックやクレゾールノボラ
ック等のノボラック樹脂，無水ピロメリット酸や無水ベ
ンゾフェノン等の酸無水物等を用い、さらに硬化促進
剤，可撓化剤，カップリング剤，着色剤，難燃化剤，離
型剤等を必要に応じて配合することができる。 【００３１】このエポキシ樹脂組成物は、各素材を７０
〜１００℃に加熱した二軸ロールや抽出機で混練し、ト
ランスファプレスで金型温度１６０〜１９０℃，成形圧
力３０〜１００kg／ cm2 ，硬化時間１〜３分で成形す
ることができる。 【００３２】常温で固体のエポキシ樹脂に充填材として
その９０重量％以上が粒径０.５ 〜１００μｍの範囲内
にあって、しかも、その粒度分布をＲＲＳ粒度線図で表
示した場合にその勾配ｎが０.６〜０.９５の範囲で直線
性を示す球形の溶融石英粉と、変性剤としてシリコーン
重合体を配合し、その配合量が充填材とシリコーン重合
体を合せたＳｉＯ2 成分〔特開昭53−123457号および高
分子論文集：第４１巻，第１０号（１９８４年１０月）
などに記載されている方法に準じ、樹脂組成物または硬
化物の大気中焼成後の残渣量〕が、樹脂組成物全体に対
し８０重量％以上の樹脂組成物は、ＳｉＯ2 成分が多い
にもかかわらず、比較的低粘度で流動性に優れ、しか
も、硬化物の線膨張係数が１.３×１０-5／℃ 以下と小
さく、弾性率も小さい。 【００３３】従って、封止時の半導体素子のＡｕボンデ
ィングワイヤの変形，断線が少なく、線膨張係数の差に
基づく熱応力が小さいために、耐温度サイクル性，耐熱
性，耐湿性等が良好である。 【００３４】充填材としての石英粉は溶融することによ
り球形化した球状石英粉を用いたことにより、嵩張りが
小さくなり高充填化し易い。さらに、半導体素子の封止
の際、充填材の角部が素子を損傷して素子特性に悪影響
を及ぼすのを防ぐことができる。さらに、シリコーン重
合体を配合したことにより弾性率を小さくすることがで
き、線膨張係数の違いによって生じる熱応力をより小さ
くすることができる。以下、本発明を実施例により具体
的に説明する。 【００３５】〔実施例１，２および比較例１〜３〕 図１に示す各種の充填材を用い、表１に示すエポキシ樹
脂組成物を約８０℃に加熱した二軸ロールで約１０分間
混練した。 【００３６】得られた各組成物について１８０℃におけ
るゲル化時間，高化式フローテスターを用いた１８０℃
における最低溶融粘度（７min ）、及び、流動性の尺度
としてＥＭＭＩ−１−６６に準じ、金型温度１８０℃，
成形圧力７０kg／cm2 ，成形時間１.５ 分でスパイラル
フロー（ＳＦ）を測定した。結果を表１に示す。 【００３７】本発明の球状充填材を用いた組成物は、角
状の充填材を用いた組成物とゲル化時間はほとんど同じ
でも、溶融粘度が極めて低く、また、流動性も大きい。
さらに、ＲＲＳ粒度線図で表示した勾配ｎが小さな値の
充填材を配合した組成物ほど溶融粘度が低く流動性が大
きいことが明らかである。しかし、図３に示すように、
ｎ値が０.６ より小さくなると、溶融粘度が急激に上昇
するので好ましくない。 【００３８】 【表１】 【００３９】〔実施例３，４および比較例４〜６〕 充填材として図１に示す球状充填材（球−１）を用い、
実施例１と同様にして、充填材とシリコーン重合体とを
合せたＳｉＯ2 成分（大気中８００℃，５時間焼成後の
残渣量）が７０，７５，８０，８５重量％、及びシリコ
ーン重合体を含まずＳｉＯ2 成分が８０重量％の樹脂組
成物をそれぞれ作成した。 【００４０】これらの樹脂組成物を用いてトランスファ
成形し、１８０℃／６時間の後硬化を行って線膨張係
数，曲げ弾性率，ガラス転移温度を測定した。 【００４１】また、図２に示すような金属円筒１をモー
ルドした場合に円筒に加わる熱応力を、円筒内側に貼り
付けたストレインゲージ２によって測定した。 【００４２】さらにまた、表面にアルミニウムのジグザ
グ配線を形成した半導体素子を封止し、−５５℃／３０
分⇔＋１５０℃／３０分の冷熱サイクル試験を行い、封
止樹脂層の耐クラック性，リード・金ワイヤボンディン
グ，アルミニウム配線の接続信頼性（抵抗値が５０％以
上変化した場合を不良と判定）を評価した。これらの結
果を表２に示す。 【００４３】表２より、シリコーン重合体を含みＳｉＯ
2 成分が８０重量％以上の組成物は、線膨張係数が１.
３×１０-5／℃ 以下と小さく、弾性率の増加も少な
い。従ってインサートに生じる熱応力も小さいことが分
かる。 【００４４】本実施例のような樹脂組成物を用いた樹脂
封止型半導体装置特に、性能に対する要求の厳しい面付
実装型においては、厳しい条件での冷熱サイクル試験の
ような熱衝撃が加えられても耐クラック性や高配線密度
に対する接続信頼性が極めて優れていることが明らかで
ある。 【００４５】 【表２】【００４６】 【発明の効果】本発明によれば、用いられる半導体封止
用樹脂組成物が、流動性に優れ、硬化後の線膨張係数が
小さく、弾性率も小さいので、半導体素子との線膨張係
数の差によって生じる熱応力を小さくすることができ、
耐クラック性及び接続信頼性に優れた面付実装型樹脂封
止半導体装置が得られる優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】充填材の粒度分布特性図である。
【図２】熱応力測定装置の模式断面図である。
【図３】充填材のｎ値と樹脂組成物の溶融粘度との関係
を示すグラフである。 【符号の説明】 １…金属円筒、２…ストレンゲージ、３…熱電対、４…
樹脂硬化物。
を示すグラフである。 【符号の説明】 １…金属円筒、２…ストレンゲージ、３…熱電対、４…
樹脂硬化物。
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭61−12051（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−138740（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 23/28
C08G 59/18
C08K 7/18
C08L 63/00
H01L 23/30
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．樹脂及び８０重量％以上の球形石英粉を含む組成物
により封止され、前記樹脂はエポキシ樹脂を主とし、シ
リコーン重合体を前記エポキシ樹脂１００重量部当り１
０重量部以下（但し、０重量部を含まず）含む樹脂から
なることを特徴とする面付実装型樹脂封止半導体装置。 ２．前記球形石英粉の９０重量％以上が０.５ 〜１００
μｍの粒径を有することを特徴とする請求項１に記載の
面付実装型樹脂封止半導体装置。 ３．前記球形石英粉が石英粉を溶融して球形化した溶融
球形石英粉であることを特徴とする請求項１又は２に記
載の面付実装型樹脂封止半導体装置。 ４．樹脂及び８０重量％以上の球形石英粉を含む組成物
を用いてトランスファ成形法により半導体素子を封止硬
化する面付実装型樹脂封止半導体装置の製造法におい
て、前記樹脂はエポキシ樹脂を主とし、シリコーン重合
体を前記エポキシ樹脂１００重量部当り１０重量部以下
（但し、０重量部を含まず）含む樹脂からなることを特
徴とする面付実装型樹脂封止半導体装置の製造法。 ５．前記球形石英粉の９０重量％以上が０.５ 〜１００
μｍの粒径を有することを特徴とする請求項４に記載の
面付実装型樹脂封止半導体装置の製造法。 ６．前記球形石英粉が石英粉を溶融して球形化した溶融
球形石英粉であることを特徴とする請求項４又は５に記
載の面付実装型樹脂封止半導体装置の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9165711A JP3002652B2 (ja) | 1997-06-23 | 1997-06-23 | 面付実装型樹脂封止半導体装置およびその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9165711A JP3002652B2 (ja) | 1997-06-23 | 1997-06-23 | 面付実装型樹脂封止半導体装置およびその製造法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6094720A Division JP2702401B2 (ja) | 1994-05-09 | 1994-05-09 | 樹脂封止型半導体装置とその製法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10360277A Division JP3127146B2 (ja) | 1998-12-18 | 1998-12-18 | 樹脂封止型半導体装置およびその製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1065068A JPH1065068A (ja) | 1998-03-06 |
| JP3002652B2 true JP3002652B2 (ja) | 2000-01-24 |
Family
ID=15817615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9165711A Expired - Lifetime JP3002652B2 (ja) | 1997-06-23 | 1997-06-23 | 面付実装型樹脂封止半導体装置およびその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3002652B2 (ja) |
-
1997
- 1997-06-23 JP JP9165711A patent/JP3002652B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1065068A (ja) | 1998-03-06 |
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