JP3127146B2 - 樹脂封止型半導体装置およびその製法 - Google Patents
樹脂封止型半導体装置およびその製法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、樹脂封止型半導体
装置およびその製法に関する。 【０００２】 【従来の技術】トラジスタ，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（Sma
ll OutlinePackage），ＰＬＣＣ（Plastic Leaded Chip
Carrier）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，実装方式等の変遷に伴い、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クが生じたり、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、従来よりも高い
温度に晒されるために、ますます重要な課題となってい
る。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。 【０００７】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。 【０００８】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。 【０００９】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。 【００１０】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。 【００１１】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下げると、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。 【００１２】そこで、アイ・イー・イー・イー、トラン
ザクション 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 テイ−８、第４号（１９８５年）第４
８６〜４８９頁〔IEEE,Transactions on Components,Hy
brids,and Manufacturing Technology，CHMT−8.No.4 D
ec.(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。 【００１３】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半導体封止用エ
ポキシ樹脂組成物が強く望まれている。 【００１４】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の小さい信頼性に優れ
た樹脂封止型半導体装置およびその製法を提供すること
にある。 【００１５】 【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た
樹脂封止型半導体装置において、前記樹脂はエポキシ樹
脂を主とし、エポキシ変性ポリジメチルシロキサンを含
む樹脂からなり、前記球形石英粉の９０重量％以上が0.
5〜１００μｍの粒径を有し、その粒度分布はＲＲＳ粒
度線図における最大粒径からの累積重量％で表示した直
線で示され、該直線は前記累積重量％において内挿によ
って求められる２５％と７５％の二点を通る勾配ｎが
０.６０〜０.９５であることを特徴とする。又、本発明
は、上述の樹脂及び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
封止硬化する樹脂封止型半導体装置の製造法にある。前
記樹脂組成物は大気中での焼成残渣（ＳｉＯ2 成分）が
８０重量％以上で、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。 【００１６】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。 【００１７】 【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ｎは直線における勾配を示すも
のであり、ＲＲＳ粒度線図の最大粒径からの累積重量％
が、２５％と７５％の二点を通り、それらの前後の多数
の各点を平均的な直線で結んで得られるRosin−Rammler
の式のｎの値のことをいう。 【００１８】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。 【００１９】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。 【００２０】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。 【００２１】充填材の９０重量％以上が粒径０.５ 〜１
００μｍの範囲に限定する理由は、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。また、１０
０μｍ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。 【００２２】次に、ＲＲＳ粒度線図で示す勾配ｎを０.
６〜０.９５とするのは、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 というのは、この条件内でとり得る最小の値
である。 【００２３】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た樹脂封止型半導体
装置において、前記樹脂はエポキシ樹脂を主とし、エポ
キシ変性ポリジメチルシロキサンを含む樹脂からなり、
前記球形石英粉はその９０重量％以上が０.５ 〜１００
μｍの粒径を有し、かつ前記石英粉の粒径が１０μｍ以
下のものが前記石英粉全体の過半数を占めることを特徴
とし、前述と同様にトランスファ成形法により得られる
ものである。 【００２４】本発明で用いるシリコーン重合体は末端あ
るいは側鎖に持つエポキシ変性ポリジメチルシロキサン
である。 【００２５】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。 【００２６】本発明は、前述したエポキシ樹脂組成物に
係る各素材を７０〜１００℃に加熱した二軸ロールや押
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分で成形することにより半導体素子を樹脂にて封止す
ることができる。 【００２７】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、変性剤としての前述のシ
ロキサンとを配合することにより、樹脂組成物全体に対
し８０重量％以上とする球形石英粉量が多いにもかかわ
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。 【００２８】従って、封止時の半導体素子のＡｕボンデ
イングワイヤの変形，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。 【００２９】充填材として石英粉を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、かさばりが
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。 【００３０】 【発明の実施の形態】本発明を実施例により具体的に説
明する。 【００３１】〔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。図１に示すように、実施例１及び２の球形石
英粉は粒径１０μｍ以下のものが過半数を有するもので
ある。 【００３２】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。 【００３３】図３は、溶融粘度（ポイズ）とＲＲＳ粒度
線図のｎ値との関係を示す線図である。表１及び図３に
示すように本発明の球状充填材を用いた樹脂組成物は、
角状の充填材を用いた組成物とゲル時間はほとんど同じ
でも、特にｎ値が０．６０〜０．９５で溶融粘度が極め
て低く、また、流動性も大きいことが分かる。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大きいことが明らかであ
る。また、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。 【００３４】図１及び図３に示すｎ値は累積重量（％）
において２５％と７５％とを通るこれらの累積重量％の
前後の値を多数プロットしてそのプロットを平均的な直
線によって結んで得られたものである。 【００３５】更に、図１に示す球―１（実施例１）及び
球―２（実施例２）に示す様に、各々の充填材は粒径１
０μｍ以下のものが実施例１では石英粉全体の７５重量
％及び実施例２では５５重量％を有し、前述の様に粘度
の低い極めて流動性が高いものであることが明らかであ
る。 【００３６】 【表１】【００３７】〔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。 【００３８】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。 【００３９】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。 【００４０】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・金ワイヤボンデイン
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。 【００４１】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。 【００４２】本実施例のような樹脂組成物を用いた樹脂
封止型半導体装置は、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配線の接続信頼性が極め
て優れている。 【００４３】 【表２】【００４４】 【発明の効果】本発明の半導体封止用樹脂組成物は、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、信頼性に優れた樹脂
封止型半導体装置を提供することができる。
装置およびその製法に関する。 【０００２】 【従来の技術】トラジスタ，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（Sma
ll OutlinePackage），ＰＬＣＣ（Plastic Leaded Chip
Carrier）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，実装方式等の変遷に伴い、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クが生じたり、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、従来よりも高い
温度に晒されるために、ますます重要な課題となってい
る。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。 【０００７】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。 【０００８】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。 【０００９】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。 【００１０】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。 【００１１】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下げると、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。 【００１２】そこで、アイ・イー・イー・イー、トラン
ザクション 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 テイ−８、第４号（１９８５年）第４
８６〜４８９頁〔IEEE,Transactions on Components,Hy
brids,and Manufacturing Technology，CHMT−8.No.4 D
ec.(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。 【００１３】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半導体封止用エ
ポキシ樹脂組成物が強く望まれている。 【００１４】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の小さい信頼性に優れ
た樹脂封止型半導体装置およびその製法を提供すること
にある。 【００１５】 【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た
樹脂封止型半導体装置において、前記樹脂はエポキシ樹
脂を主とし、エポキシ変性ポリジメチルシロキサンを含
む樹脂からなり、前記球形石英粉の９０重量％以上が0.
5〜１００μｍの粒径を有し、その粒度分布はＲＲＳ粒
度線図における最大粒径からの累積重量％で表示した直
線で示され、該直線は前記累積重量％において内挿によ
って求められる２５％と７５％の二点を通る勾配ｎが
０.６０〜０.９５であることを特徴とする。又、本発明
は、上述の樹脂及び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
封止硬化する樹脂封止型半導体装置の製造法にある。前
記樹脂組成物は大気中での焼成残渣（ＳｉＯ2 成分）が
８０重量％以上で、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。 【００１６】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。 【００１７】 【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ｎは直線における勾配を示すも
のであり、ＲＲＳ粒度線図の最大粒径からの累積重量％
が、２５％と７５％の二点を通り、それらの前後の多数
の各点を平均的な直線で結んで得られるRosin−Rammler
の式のｎの値のことをいう。 【００１８】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。 【００１９】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。 【００２０】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。 【００２１】充填材の９０重量％以上が粒径０.５ 〜１
００μｍの範囲に限定する理由は、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。また、１０
０μｍ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。 【００２２】次に、ＲＲＳ粒度線図で示す勾配ｎを０.
６〜０.９５とするのは、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 というのは、この条件内でとり得る最小の値
である。 【００２３】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た樹脂封止型半導体
装置において、前記樹脂はエポキシ樹脂を主とし、エポ
キシ変性ポリジメチルシロキサンを含む樹脂からなり、
前記球形石英粉はその９０重量％以上が０.５ 〜１００
μｍの粒径を有し、かつ前記石英粉の粒径が１０μｍ以
下のものが前記石英粉全体の過半数を占めることを特徴
とし、前述と同様にトランスファ成形法により得られる
ものである。 【００２４】本発明で用いるシリコーン重合体は末端あ
るいは側鎖に持つエポキシ変性ポリジメチルシロキサン
である。 【００２５】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。 【００２６】本発明は、前述したエポキシ樹脂組成物に
係る各素材を７０〜１００℃に加熱した二軸ロールや押
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分で成形することにより半導体素子を樹脂にて封止す
ることができる。 【００２７】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、変性剤としての前述のシ
ロキサンとを配合することにより、樹脂組成物全体に対
し８０重量％以上とする球形石英粉量が多いにもかかわ
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。 【００２８】従って、封止時の半導体素子のＡｕボンデ
イングワイヤの変形，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。 【００２９】充填材として石英粉を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、かさばりが
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。 【００３０】 【発明の実施の形態】本発明を実施例により具体的に説
明する。 【００３１】〔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。図１に示すように、実施例１及び２の球形石
英粉は粒径１０μｍ以下のものが過半数を有するもので
ある。 【００３２】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。 【００３３】図３は、溶融粘度（ポイズ）とＲＲＳ粒度
線図のｎ値との関係を示す線図である。表１及び図３に
示すように本発明の球状充填材を用いた樹脂組成物は、
角状の充填材を用いた組成物とゲル時間はほとんど同じ
でも、特にｎ値が０．６０〜０．９５で溶融粘度が極め
て低く、また、流動性も大きいことが分かる。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大きいことが明らかであ
る。また、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。 【００３４】図１及び図３に示すｎ値は累積重量（％）
において２５％と７５％とを通るこれらの累積重量％の
前後の値を多数プロットしてそのプロットを平均的な直
線によって結んで得られたものである。 【００３５】更に、図１に示す球―１（実施例１）及び
球―２（実施例２）に示す様に、各々の充填材は粒径１
０μｍ以下のものが実施例１では石英粉全体の７５重量
％及び実施例２では５５重量％を有し、前述の様に粘度
の低い極めて流動性が高いものであることが明らかであ
る。 【００３６】 【表１】【００３７】〔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。 【００３８】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。 【００３９】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。 【００４０】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・金ワイヤボンデイン
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。 【００４１】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。 【００４２】本実施例のような樹脂組成物を用いた樹脂
封止型半導体装置は、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配線の接続信頼性が極め
て優れている。 【００４３】 【表２】【００４４】 【発明の効果】本発明の半導体封止用樹脂組成物は、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、信頼性に優れた樹脂
封止型半導体装置を提供することができる。
【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60−69129（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−64145（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−113642（ＪＰ，Ａ)
特開 昭53−123457（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−171750（ＪＰ，Ａ)
特開 昭53−64266（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 23/29,23/31
C08L 63/00
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
により封止された樹脂封止型半導体装置において、前記
樹脂はエポキシ樹脂を主とし、エポキシ変性ポリジメチ
ルシロキサンを含む樹脂からなり、前記球形石英粉の９
０重量％以上が0.5〜１００μｍの粒径を有し、その粒
度分布はＲＲＳ粒度線図における最大粒径からの累積重
量％で表示した直線で示され、該直線は前記累積重量％
において内挿によって求められる２５％と７５％の二点
を通る勾配ｎが０.６０〜０.９５であることを特徴とす
る樹脂封止型半導体装置。 ２．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
化する樹脂封止型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、エポキシ変性ポリジメチル
シロキサンを含む樹脂からなり、前記球形石英粉はその
９０重量％以上が０.５ 〜１００μｍの粒径を有し、そ
の粒度分布はＲＲＳ粒度線図における最大粒径からの累
積重量％で表示した直線で示され、該直線は前記累積重
量％において内挿によって求められる２５％と７５％の
二点を通る勾配ｎが０.６０〜０.９５であることを特徴
とする樹脂封止型半導体装置の製法。 ３．樹脂及び８０重量％以上の球形石英粉を含む組成物
により封止された樹脂封止型半導体装置において、前記
樹脂はエポキシ樹脂を主とし、エポキシ変性ポリジメチ
ルシロキサンを含む樹脂からなり、前記球形石英粉はそ
の９０重量％以上が０.５ 〜１００μｍの粒径を有し、
かつ前記石英粉の粒径が１０μｍ以下のものが前記石英
粉全体の過半数を有することを特徴とする樹脂封止型半
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
化する樹脂封止型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、エポキシ変性ポリジメチル
シロキサンを含む樹脂からなり、前記球形石英粉はその
９０重量％以上で０.５ 〜１００μｍの粒径を有し、か
つ前記石英粉の粒径が１０μｍ以下のものが前記石英粉
全体の過半数を有することを特徴とする樹脂封止型半導
体装置の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10360277A 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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10360277A 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 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9165711A Division 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 Child Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000226244A Division JP3249957B2 (ja) | 2000-07-27 | 2000-07-27 | 面付実装型樹脂封止半導体装置 |
| JP2000226245A Division JP3249958B2 (ja) | 2000-07-27 | 2000-07-27 | 面付実装型樹脂封止半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11274379A JPH11274379A (ja) | 1999-10-08 |
| JP3127146B2 true JP3127146B2 (ja) | 2001-01-22 |
Family
ID=18468702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10360277A Expired - Lifetime 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 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3127146B2 (ja) |
-
1998
- 1998-12-18 JP JP10360277A patent/JP3127146B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11274379A (ja) | 1999-10-08 |
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|---|---|---|---|
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