JPH02133947A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 二の発明は、信転性、捺印性およびパッケージの外観に
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
ラミックパッケージもしくはプラスチックパッケージ等
により封止され、半導体装置化されている。上記セラミ
ックパッケージは、構成材料そのものが耐熱性を有し、
気密性にも優れているため、温度、湿度に対して強く、
しかも中空パッケージのため内部の半導体素子への損傷
もなく信鯨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ックパッケー
ジを用いた樹脂封止が主流になっている。さらに、この
種の樹脂封止は、従来からエポキシ樹脂組成物によるト
ランスファーモールドで行われており、モールド時の作
業性、量産性やモールド後の信鯨性の点において良好な
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１分子中に２個以上のエポキシ基を含有するノボラ
ック型エポキシ樹脂、硬化剤として１分子中に２個以上
のフェノール性水酸基を含有するノボラック樹脂、硬化
促進剤、充填剤および離型剤を必須成分とし、必要に応
じて顔料、難燃剤およびシランカップリング剤を含有し
たものががあげられる。

〔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、パッケージ形状の小形化、薄
形化が進むようになっており、これに伴って、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っている。これまでの封
止用エポキシ樹脂組成物では、例えば８ピン以上、特に
１６ピン以上のような大形半導体装置の封止材料として
は、素子に加わる収縮応力が大きくなりすぎて、耐熱衝
撃性の低下や残留応力の増加を招（傾向がある。

これらの欠点は、特に冷熱試験を行うと顕著に判明する
。すなわち、上記従来の大形半導体装置について冷熱試
験を行うと、封止樹脂や素子の保護膜であるパッシベー
ション膜に水分浸入路となるクラックが発生する。この
ように冷熱試験でクラックを生じるような装置は、通常
の使用状態においてもクラックを生じやすいものであり
、耐湿性等の緒特性が劣り、半導体装置としての信転性
にいまひとつ欠ける。

このため、封止樹脂にシリコーンオイルを添加して低応
力化を図ること等が検討されているが、シリコーンオイ
ルを添加すると、得られる半導体装置のパッケージ表面
に染み状の汚れが発生したり、封止樹脂部にマーク表示
をする場合の捺印性が悪くなる等の問題が生じる。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、低
応力性、パッケージ外観性、捺印性および耐湿性に著し
く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）〜（Ｆ）成分を含み、Ｆ成分の含有量がＦ
／　（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｆ）＝０．１〜５重景％の範囲に設
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）ノボラック型エポキシ樹脂。

（Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂。

（Ｃ）シリコーンオイル。

（Ｄ）硬化促進剤。

（Ｅ）充填剤。

（Ｆ）炭素数２２個以上の長鎖脂肪酸と脂肪族ポリアミ
ンとを縮合させたポリアミド化合物（Ｘ）と、高級脂肪
酸、その金属塩およびそのエステル化合物の少なくとも
１つからなる化合物（Ｙ）とからなり、上記ＸおよびＹ
の重量基準の混合割合Ｘ／（Ｘ　＋　Ｙ）が１０〜９０
重景％になるように設定されている離型剤。

〔作用〕

すなわち、本発明者らは、低応力性、バッケージ外観性
、捺印性および耐湿性に優れたエポキシ樹脂組成物を得
るため一連の研究を重ねる過程で、低応力性を付与する
ために樹脂組成物に配合されるシリコーンオイルが半導
体装置のパッケージ外観性および捺印性の低下を招いて
いることに着目し、シリコーンオイルを配合しても上記
のような特性低下を防止することができるものの開発を
検討した。そして、その開発研究において、エポキシ樹
脂組成物に添加する離型剤に着目し、それを中心にさら
に研究を重ねた結果、離型剤として特殊な化合物を特定
の割合で用いると、低応力性および耐湿性に優れ、かつ
パッケージ外観性、捺印性に優れた半導体装置が得られ
ることを見出しこの発明に到達した。

この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物は、ノボラッ
ク型エポキシ樹脂（Ａ成分）と、ノボラック型フェノー
ル樹脂（Ｂ成分）と、シリコーンオイル（Ｃ成分）と、
硬化促進剤（Ｄ成分）と、充填剤（Ｅ成分）と、特定の
離型剤（Ｆ成分）とを用いて得られるものであり、通常
、粉末状もしくはそれを打錠したタブレット状になって
いる。

上記エポキシ樹脂組成物のＡ成分となるノボラック型エ
ポキシ樹脂としては、タレゾールノボラック、フェノー
ルノボラックあるいはビスフェノールＡ型ノボラック樹
脂等をグリシジルエーテル化したものがあげられる。こ
のようなノボラッ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６０〜１３０°Ｃの
ものが一般的にあげられる。また、必要に応じて上記エ
ポキシ樹脂とビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフ
ェノール１ｌｔＦ型エポキシ樹脂、レゾルシン型エポキ
シ樹脂および脂環式エポキシ樹脂等を併用しても差し支
えない。

上記Ｂ成分のノボラック型フェノール樹脂は、上記Ａ成
分のノボラック型エポキシ樹脂の硬化剤として作用する
ものであり、１分子中に２個以上のフェノール性水酸基
を含有するものである。例えば、フェノールノボラック
、タレゾールノボラック、ビスフェノールＡ型ノボラッ
ク樹脂等があげられ、特に、軟化点５０〜１３０°Ｃの
ものが好ましい。

上記Ａ成分のノボラック型エポキシ樹脂とＢ成分のノボ
ラック型フェノール樹脂との配合比は、上記エポキシ樹
脂中のエポキシ基１当量当たりノボラック型フェノール
樹脂中の水酸基が０．５〜２゜０となるように配合する
ことが好適である。

上記Ｃ成分のシリコーンオイルは、封止樹脂の内部応力
の低減に作用するものであり、分子量が１００以上１０
００００以下のもので、主鎖骨格の化学構造がポリジメ
チルシロキサンや、一部または全部がアリール基に置換
されたポリシロキサンまたはこれらの混合物が好ましい
。さらには、上記Ａ成分のエポキシ樹脂およびＢ成分の
ノボラック樹脂の少なくとも一方と付加反応性を有する
ことが好ましく、上記付加反応性を有するためには、エ
ポキシ基、アミノ基、水酸基、メルカプト基、カルボキ
シル基等の官能基の少なくとも一つ以上を分子末端ある
いは側鎖に有しているものが好ましい。上記Ｃ成分の含
有割合は、Ｃ成分／（Ａ成分子Ｂ成分十Ｃ成分）が１〜
２０重景％（以下［％ｊと略す）の範囲になるように設
定するのが好ましい。上記範囲内で用いることにより、
封止樹脂に低応力性等の効果を付与することができる。

上記り成分の硬化促進剤としては、イミダゾール類、イ
ミダシリン類、ジアザビシクロアルケン類、脂肪族アミ
ン類および芳香族アミン類等の窒素原子含有化合物、ト
リアリールホスフィン、モノアルキルジアリールホスフ
ィン、テトラアリールホスホニウムテトラアリルボレー
ト等のホスホニウム塩、さらにはトリアリールホスフィ
ントリアリールボロン錯体等のリン化合物、アルミニウ
ムトリアセチルアセトナート等の金属錯体があげられる
。

上記Ｅ成分の充填剤としては、平均粒径が３゜μＩ以下
の溶融性シリカあるいは結晶性シリカを用いることが好
適である。さらに、２００メツシユ以下の粒度の粗粒を
除いたものを用いるのが好ましい。そして、上記充填剤
の形状としては、球状および破砕により得られる角状の
もの等必要に応じて適宜選択することができる。また、
充填剤中に含まれるウラン、トリウム等の放射性元素、
アルカリ金属、アルカリ土金属およびそれらイオン、さ
らにはハロゲンイオン等の不純物の含有量は、できるだ
け少ない方が好ましく、その許容量は各種半導体装置に
より決定される。なお、上記シリカ以外の充填剤として
、タルク、アルミナ。

硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、ケイ
酸カルシウム、ガラス等の粉末および繊維状物があげら
れる。さらに、粉末および繊維状物があげられる。さら
に、有機物の充填剤として、ケブラー、炭素繊維等を用
いることもできる。これらは、単独でもしくは併せて用
いられる。上記Ｅ成分の充填剤の配合量は、例えばトラ
ンスファー成形により半導体封止がなされる場合におい
て、エポキシ樹脂組成物全体の８０体積％以下であるこ
とが好ましい、すなわち、充填剤の配合量が８０体積％
を超えると、トランスファー成形時においてボンディン
グワイヤーの断線や金型充填時において未充填部分が生
じるからである。

上記Ｆ成分である特定の離型剤は、炭素数２２個以上の
長鎖脂肪酸と脂肪族ポリアミンとを縮合させたポリアミ
ド化合物（Ｘ）と、高級脂肪酸。

その金属塩およびそのエステル化合物の少なくとも１つ
からなる化合物（Ｙ）とからなるものである。なお、炭
素数２２個以上の長鎖脂肪酸と脂肪族ポリアミンとを縮
合させたポリアミド化合物（Ｘ）または高級脂肪酸、そ
の金属塩およびそのエステル化合物の少なくとも１つか
らなる化合物（Ｙ）のいずれか一方を単独で用いた場合
には、この発明の効果（良好なパッケージの外観性、捺
印性）は得られない。さらに、炭素数が２２個未満の脂
肪族を用いた場合も同様である。上記炭素数２２個以上
の長鎖脂肪酸としては、ベヘニン酸。

モンタン酸等があげられる。また、上記脂肪族ポリアミ
ンとしては、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、
ジエチレントリアミン等があげられる。一方、上記高級
脂肪酸としては、ラウリン酸ステアリン酸、ベヘニン酸
およびモンタン酸等があげられ、その金属塩としては、
カルシウム塩、亜鉛塩、アルミニウム塩、マグネシウム
塩およびナトリウム塩等があげられる。そして、上記エ
ステル化合物としては、前述の高級脂肪酸とラウリルア
ルコール、ステアリルアルコール、ベベニルアルコール
等の高級脂肪族アルコールとのエステル化合物や、高級
脂肪酸とエチレングリコール１．３−ブタンジオールお
よびグリセリン等のポリオールとのエステル化合物があ
げられる。上記ポリアミド化合物（Ｘ）の配合量は、離
型剤全体の配合量（ｘ十ｙ）に対して１０〜９０％の割
合に設定する必要がある。すなわち、上記範囲外である
と、良好なパッケージ外観性および優れた捺印性が得ら
れないからである。なお、Ｆ成分である離型剤の配合量
は、Ａ成分、Ｂ成分、Ｃ成分およびＦ成分の総量に対し
て０．１〜５％の範囲になるように設定する必要がある
。すなわち、Ｆ成分の配合量が０゜１％未満では成形時
の離型性に問題が生じ、逆に５％を超えるとパッケージ
の外観性および捺印性に問題が生じるからである。

また、この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物には、
上記各成分以外に必要に応じて、カーボンブラック、チ
タン白等の顔料や染料等の着色剤、ブロム化エポキシ樹
脂等のブロム化合物や酸化アンチモン等の難燃剤、さら
にはシランカップリング剤やチタネート系カップリング
剤等の充填剤表面処理剤を適宜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、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、予めＣ成
分のシリコーンオイルをＡ成分のノボラック型エポキシ
樹脂およびＢ成分のノボラック型フェノール樹脂の少な
くとも一方と付加反応させる。また、Ｄ成分の硬化促進
剤およびＦ成分の離型剤の配合量は、通常、極微量であ
るため、Ａ成分のノボラック型エポキシ樹脂あるいはＢ
成分のノボラック型フェノール樹脂に予め溶融混合して
おくのが好ましい。つぎに、上記各成分を配合し、これ
を温度８０〜１２０°Ｃにおいてロール機またはニーダ
等を用いて混練する。なお、混練する前に固形物の粉砕
や全成分のトライブレンドを行うことが好ましい。そし
て、全成分を混練し冷却して後粉砕し、粒状またはタブ
レット状に打錠することにより製造することができる。

このようなエポキシ樹脂組成物を用いての半導体装置の
封止は特に限定されるものではなく、通常の方法、例え
ば、トランスファー成形等の公知の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、エポキシ樹脂組
成物中に含まれるシリコーンオイル（Ｃ成分）および特
定の離型剤（Ｆ成分）の作用により、低応力性、耐湿性
に優れ、なおかつパッケージ表面の外観性、捺印性にも
優れている。

（発明の効果） 以上のように、この発明の半導体装置は、シリコーンオ
イル（Ｃ成分）および特定の離型剤（Ｆ成分）とを含む
特殊なエポキシ樹脂組成物を用いて封止されているため
、優れた低応力性、耐湿性を備え、しかも、パッケージ
表面の外観性および捺印性にも優れている。特に、上記
特殊なエポキシ樹脂組成物による封止により、例えば８
ビン以上、特に１６ピン以上の大形の半導体装置におい
て、上記のような高信頬性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〕 撹？’１４ｍ　（−ｆセパラブルフラスコに０−タレゾ
ールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当１２２０、
軟化点８０’Ｃ）５６重量部（以下「部」と略す）を添
加して加熱溶融し、これに両末端アミノプロピルポリジ
メチルシロキサン（アミン当量１００００）１５部を投
入し、１７０°Ｃで４時間撹拌混合した。得られた変性
化合物の全量とフェノールノボラック樹脂（水酸基当量
１１０．軟化点８０°Ｃ）２８部、溶融性シリカ粉末３
４５部、カーボンブラック２部、シランカップリング剤
（日本ユニカー製、Ａ−１８６）２部、硬化促進剤（２
４，６−）リスジメチルアミノメチルフェノール）０．
４５部および離型剤として、モンタン酸とエチレンジア
ミンとの縮合物であるモンタン酸エチレンジアミンとモ
ンタン酸を各々１部ずつ添加して、８０〜！　２０　”
Ｃの熱ロールで３分間溶融混練して冷却した後、粉砕し
ｌＯメツシュパス粉末とし、半導体封止用エポキシ樹脂
組成物を得た。

（実施例２，４、比較例１，２） 後記の第１表に示す割合で各原料を用い、シリコーンオ
イルおよび離型剤を後記の第２表および第３表に示す化
合物に代えた。それ以外は実施例１と同様にして目的と
する半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。

〔実施例３，５、比較例３，４．５） 第１表に示すフェノールノボラック樹脂およびシリコー
ンオイルを同表に示す割合で撹拌機付セパラブルフラス
コ中に配合して溶融混合し、これに第１表に示す割合で
硬化促進剤を添加し、１７０°Ｃで４時間撹拌混合した
。得られた変性化合物の全量と第１表に示す他の原料を
同表に示す割合で配合し８０〜！　２０　’Ｃの熱ロー
ル機で３分間溶融混練して冷却した後粉砕し、１ｏメツ
シュパス粉体とし半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得
た。

〔比較例６〕 シリコーンオイルを用いなかった。それ以外は実施例１
と同様にして半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。

（以下余白） つぎに、以上の実施例および比較例によって得られた粉
末状のエポキシ樹脂組成物を用い、パッケージ表面の外
観および捺印性を調べるため、４８個取り金型で４２ビ
ンＤＩＰを連続で１００シヨツト成形した。モールドは
、高周波加熱装置を用いて９０′Ｃに予め熱したタブレ
ットを１７５°Ｃの金型に注入時間２０秒で注入し、成
形時間２分で成形する低圧トランスファー成形法を用い
た。

このようにして得られた中から１００シヨツトロの４２
ピンＤＩＰのパッケージ表面にボンマークＣ銀を捺印し
、１７５°Ｃで５時間ポストキュアした後、トリクロロ
エチレンを染み込ませた綿棒で荷重５００ｇをかけ、完
全にボンマークＣ銀が消えるまでの往復回数を求めて評
価し後記の第４表に示した。

また、耐熱衝撃試験は、耐熱衝撃試験用素子を上記と同
様の低圧１−ランスファー成形法によりモールドした後
１７５°Ｃで５時間ポストキュアしてものを４０個用意
した。この試料を１５０“Ｃと８０　”Ｃのシリコーン
オイルに５分間毎に交互に浸漬することを５００サイク
ル行い、その後パフケージを発煙硝酸で加熱溶融して除
去し、素子表面の保護膜である窒化珪素膜にクラックの
認められたものの個数を調べ評価し後記の第４表に示し
た。

そして、パッケージ表面の外観は、前記の１００シヨツ
ト目のパッケージについて、パッケージ表面の染み、汚
れ等の状態を良好な状態から５４．３，２．１と５段階
評価で評価し後記の第４表に併せて示した。

（以下余白） 第−一一土−−−表 手続補正書旧発）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）下記の（Ａ）〜（Ｆ）成分を含み、Ｆ成分の含有
   量がＦ／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｆ）＝０．１〜５重量％の範囲
   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）ノボラック型エポキシ樹脂。 （Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂。 （Ｃ）シリコーンオイル。 （Ｄ）硬化促進剤。 （Ｅ）充填剤。 （Ｆ）炭素数２２個以上の長鎖脂肪酸と脂肪族ポリアミ
   ンとを縮合させたポリアミド化 合物（Ｘ）と、高級脂肪酸、その金属塩 およびそのエステル化合物の少なくとも １つからなる化合物（Ｙ）とからなり、 上記ＸおよびＹの重量基準の混合割合Ｘ ／（Ｘ＋Ｙ）が１０〜９０重量％になるように設定され
   ている離型剤。
2. （２）下記の（Ａ）〜（Ｆ）成分を含み、Ｆ成分の含有
   量がＦ／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｆ）＝０．１〜５重量％の範囲
   に設定されている半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 （Ａ）ノボラック型エポキシ樹脂。 （Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂。 （Ｃ）シリコーンオイル。 （Ｄ）硬化促進剤。 （Ｅ）充填剤。 （Ｆ）炭素数２２個以上の長鎖脂肪酸と脂肪族ポリアミ
   ンとを縮合させたポリアミド化 合物（Ｘ）と、高級脂肪酸、その金属塩 およびそのエステル化合物の少なくとも １つからなる化合物（Ｙ）とからなり、 上記ＸおよびＹの重量基準の混合割合Ｘ ／（Ｘ＋Ｙ）が１０〜９０重量％になるように設定され
   ている離型剤。