JP3249957B2 - 面付実装型樹脂封止半導体装置 - Google Patents
面付実装型樹脂封止半導体装置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樹脂組成物に関する。 【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。 【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。 【００１３】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。 【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半導体封止用エ
ポキシ樹脂組成物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の小さい信頼性に優れ
た面付実装型樹脂封止半導体装置及びその樹脂組成物を
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、エポキシ樹脂
と球形石英粉とを含む樹脂組成物により封止され、前記
球形石英粉の９０重量％以上が粒径０.５ 〜１００μｍ
の間に有り、前記樹脂組成物はＳｉＯ２成分が前記樹脂
組成物全体に対して８０重量％以上であり、且つ前記樹
脂組成物の硬化前の１８０℃における最低溶融粘度が３
００ポイズ以下であること、又前記球形石英粉はその９
０重量％以上が粒径０.５ 〜１００μｍの間に有り、Ｒ
ＲＳ粒度線図で表してほぼ直線で示される分布を有し、
前記樹脂組成物はＳｉＯ２成分が前記樹脂組成物全体に
対して８０重量％以上であり、且つ前記樹脂組成物の硬
化前の１８０℃における最低溶融粘度が３００ポイズ以
下であ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、前記樹脂組成物がその硬
化前の１８０℃における最低溶融粘度が３００ポイズ以
下及び金型温度１８０℃、成形圧力７０kg/cm2及び成形
時間１．５分におけるスパイラルフローが４３．１８ｃ
ｍ（１７インチ）以上あるであ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。 【００１８】前記石英粉の粒度分布は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、前記石英粉は溶融して球形化した
球形石英粉を有すること、前記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が封止されていること
が好ましい。 【００１９】又、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。 【００２０】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。 【００２１】 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〕 【００２２】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Ro
sin−Rammlerの式のｎの値のことをいう。 【００２３】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。 【００２４】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。 【００２５】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。 【００２６】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。 【００２７】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重量％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。 【００２８】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。 【００２９】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。 【００３０】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。 【００３１】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。 【００３２】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。 【００３３】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。 【００３４】 【発明の実施の形態】〔実施例１〜５〕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８
０℃に加熱した二軸ロールで約１０分間混練した。 【００３５】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。 【００３６】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。尚、白丸印のもの
はシリコーン重合体を含むもの、黒丸印のものはシリコ
ーン重合体を含まないものである。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化時間はほとんど同じで
も、溶融粘度はシリコーン重合体を含むものはｎ値２．
５の実施例３が３００ポイズと角状充填材を用いたそれ
より極めて小さく、流動性も大きいことが分かる。又、
シリコーン重合体を含まないものは、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
低く流動性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。 【００３７】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。 【００３８】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、又、粒径２０μ
ｍ以下のものが実施例１では石英粉全体の８０重量％以
上及び実施例２では６０重量％以上を有し、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。 【００３９】 【表１】〔実施例６〜９及び比較例１〕充填材として図１に示す
球状充填材（球−１）を用い、実施例１〜５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７０，７
５，８０，８５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。 【００４３】表２より、本発明の石英粉が７５重量％以
上の組成物は、線膨張係数が１.８×１０-5／℃ 以下と
比較例１より小さく、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。特に、
ＳｉＯ2 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。又、シリコーン重合体を含みＳｉＯ2 成分が８
０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く、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面付
実装型樹脂封止半導体装置は、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。 【００４５】 【表２】【００４６】 【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、信頼性に優れた面付
実装型樹脂封止半導体装置を得ることができる。
樹脂封止半導体装置及びその樹脂組成物に関する。 【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。 【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。 【００１３】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。 【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半導体封止用エ
ポキシ樹脂組成物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の小さい信頼性に優れ
た面付実装型樹脂封止半導体装置及びその樹脂組成物を
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、エポキシ樹脂
と球形石英粉とを含む樹脂組成物により封止され、前記
球形石英粉の９０重量％以上が粒径０.５ 〜１００μｍ
の間に有り、前記樹脂組成物はＳｉＯ２成分が前記樹脂
組成物全体に対して８０重量％以上であり、且つ前記樹
脂組成物の硬化前の１８０℃における最低溶融粘度が３
００ポイズ以下であること、又前記球形石英粉はその９
０重量％以上が粒径０.５ 〜１００μｍの間に有り、Ｒ
ＲＳ粒度線図で表してほぼ直線で示される分布を有し、
前記樹脂組成物はＳｉＯ２成分が前記樹脂組成物全体に
対して８０重量％以上であり、且つ前記樹脂組成物の硬
化前の１８０℃における最低溶融粘度が３００ポイズ以
下であ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、前記樹脂組成物がその硬
化前の１８０℃における最低溶融粘度が３００ポイズ以
下及び金型温度１８０℃、成形圧力７０kg/cm2及び成形
時間１．５分におけるスパイラルフローが４３．１８ｃ
ｍ（１７インチ）以上あるであ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。 【００１８】前記石英粉の粒度分布は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、前記石英粉は溶融して球形化した
球形石英粉を有すること、前記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が封止されていること
が好ましい。 【００１９】又、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。 【００２０】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。 【００２１】 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〕 【００２２】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Ro
sin−Rammlerの式のｎの値のことをいう。 【００２３】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。 【００２４】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。 【００２５】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。 【００２６】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。 【００２７】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重量％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。 【００２８】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。 【００２９】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。 【００３０】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。 【００３１】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。 【００３２】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。 【００３３】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。 【００３４】 【発明の実施の形態】〔実施例１〜５〕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８
０℃に加熱した二軸ロールで約１０分間混練した。 【００３５】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。 【００３６】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。尚、白丸印のもの
はシリコーン重合体を含むもの、黒丸印のものはシリコ
ーン重合体を含まないものである。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化時間はほとんど同じで
も、溶融粘度はシリコーン重合体を含むものはｎ値２．
５の実施例３が３００ポイズと角状充填材を用いたそれ
より極めて小さく、流動性も大きいことが分かる。又、
シリコーン重合体を含まないものは、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
低く流動性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。 【００３７】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。 【００３８】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、又、粒径２０μ
ｍ以下のものが実施例１では石英粉全体の８０重量％以
上及び実施例２では６０重量％以上を有し、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。 【００３９】 【表１】〔実施例６〜９及び比較例１〕充填材として図１に示す
球状充填材（球−１）を用い、実施例１〜５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７０，７
５，８０，８５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。 【００４３】表２より、本発明の石英粉が７５重量％以
上の組成物は、線膨張係数が１.８×１０-5／℃ 以下と
比較例１より小さく、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。特に、
ＳｉＯ2 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。又、シリコーン重合体を含みＳｉＯ2 成分が８
０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く、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面付
実装型樹脂封止半導体装置は、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。 【００４５】 【表２】【００４６】 【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、信頼性に優れた面付
実装型樹脂封止半導体装置を得ることができる。
【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。
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フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭61−97322（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−274379（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−12051（ＪＰ，Ａ)
特許3002652（ＪＰ，Ｂ２)
特許2702401（ＪＰ，Ｂ２)
特許2649632（ＪＰ，Ｂ２)
特公 平５−54865（ＪＰ，Ｂ２)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C08L 63/00 - 63/10
C08K 3/34
H01L 23/29
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．エポキシ樹脂と球形石英粉とを含む樹脂組成物によ
り封止され、前記球形石英粉はその９０重量％以上が粒
径０.５ 〜１００μｍの間に有り、前記樹脂組成物はＳ
ｉＯ２成分が前記樹脂組成物全体に対して８０重量％以
上であり、且つ前記樹脂組成物の硬化前の１８０℃にお
ける最低溶融粘度が３００ポイズ以下であることを特徴
とする面付実装型樹脂封止半導体装置。 ２．エポキシ樹脂と球形石英粉とを含む樹脂組成物によ
り封止され、前記球形石英粉はその９０重量％以上が粒
径０.５ 〜１００μｍの間に有り、ＲＲＳ粒度線図で表
してほぼ直線で示される分布を有し、前記樹脂組成物は
ＳｉＯ２成分が前記樹脂組成物全体に対して８０重量％
以上であり、且つ前記樹脂組成物の硬化前の１８０℃に
おける最低溶融粘度が３００ポイズ以下であることを特
徴とする面付実装型樹脂封止半導体装置。 ３．エポキシ樹脂と球形石英粉とを含む樹脂組成物によ
り封止され、前記球形石英粉はその９０重量％以上が粒
径０.５ 〜１００μｍの間に有り、前記樹脂組成物はＳ
ｉＯ２成分が前記樹脂組成物全体に対して８０重量％以
上であり、且つ前記樹脂組成物の硬化前の１８０℃にお
ける最低溶融粘度が３００ポイズ以下及び金型温度１８
０℃、成形圧力７０kg/cm2及び成形時間１．５分におけ
るスパイラルフローが４３．１８ｃｍ（１７インチ）以
上であることを特徴とする面付実装型樹脂封止半導体装
置。 ４．エポキシ樹脂と球形石英粉とを含む樹脂組成物によ
り封止され、前記球形石英粉はその９０重量％以上が粒
径０.５ 〜１００μｍの間に有り、ＲＲＳ粒度線図で表
してほぼ直線で示される分布を有し、前記樹脂組成物は
ＳｉＯ２成分が前記樹脂組成物全体に対して８０重量％
以上であり、且つ前記樹脂組成物の硬化前の１８０℃に
おける最低溶融粘度が３００ポイズ以下及び金型温度１
８０℃、成形圧力７０kg/cm2及び成形時間１．５分にお
けるスパイラルフローが４３．１８ｃｍ（１７インチ）
以上であることを特徴とする面付実装型樹脂封止半導体
装置。 ５．前記球形石英粉の粒度分布は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０.６０〜０.９
５であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記
載の面付実装型樹脂封止半導体装置。 ６．前記石英粉は溶融して球形化した球形石英粉を有す
ることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の面
付実装型樹脂封止半導体装置。 ７．前記樹脂組成物を用いてトランスファ成形法により
半導体素子が封止されていることを特徴とする請求項１
〜６のいずれかに記載の面付実装型樹脂封止半導体装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000226244A JP3249957B2 (ja) | 2000-07-27 | 2000-07-27 | 面付実装型樹脂封止半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000226244A JP3249957B2 (ja) | 2000-07-27 | 2000-07-27 | 面付実装型樹脂封止半導体装置 |
Related Parent 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 |
|---|---|
| JP2001081289A JP2001081289A (ja) | 2001-03-27 |
| JP3249957B2 true JP3249957B2 (ja) | 2002-01-28 |
Family
ID=18719895
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000226244A Expired - Lifetime JP3249957B2 (ja) | 2000-07-27 | 2000-07-27 | 面付実装型樹脂封止半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3249957B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6486074B2 (ja) * | 2013-12-20 | 2019-03-20 | キヤノン株式会社 | 樹脂成形方法および液体吐出ヘッドの製造方法 |
-
2000
- 2000-07-27 JP JP2000226244A patent/JP3249957B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001081289A (ja) | 2001-03-27 |
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