JPH02224360A

JPH02224360A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH02224360A
Application number: JP4789389A
Authority: JP
Inventors: Masato Noro; 野呂　真人; Kazuhiko Mogami; 最上　和彦
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1989-02-27
Filing date: 1989-02-27
Publication date: 1990-09-06

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〕この発明は、信頼性に優れた半導体装置に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

一般に、プリント基板等の基板上に実装される半導体素
子、例えば、トランジスタ、’ＩＣ，ＬＳＩ等は、それ
自身および導通用のワイヤー等を外気から遮断するため
ならびに外力からこれらを保護するため、封止材料によ
って封止されている。

このような封止材料としては、非導電性であるエポキシ
樹脂を粉末状にしそれをペレット状にしたものがよく知
られており、このようなペレットを用い、半導体素子を
封止することが行われている。上記封止方法としては、
例えば、■基板上に搭載されている半導体素子上に上記
ベレットを載置して、これを加熱し溶融流動させて加熱
硬化させ封止する、■基板上の半導体素子の周囲に封止
枠体を取り付け、この封止枠体で囲われた内部で上記ペ
レットを溶融流動させ硬化させて封止する、■半導体素
子の周囲の基板の部分に樹脂を枠状に転写印刷し、この
転写印刷した枠内で上記ペレットを溶融流動させ硬化さ
せて封止することが行われている。

ところで、最近では、電子機器分野において、電子部品
の薄形化や小形化への傾向、集積度の増加等に伴い上記
封止材料の特性に対する要求は一段と厳しくなってきて
いる。例えば、上記封止材料であるエポキシ樹脂組成物
の一層の高純度化とともに電気特性、素子に対する物理
ストレスを軽減するための低応力化、熱サイクルや熱衝
撃に対する耐クラツク特性等の向上が求められている。

一方、封止材料に用いられるエポキシ樹脂は液体から固
体まで種々の形態を有しており、それと併用する硬化剤
の種類の選択によって変化に冨んだ硬化物物性を発現で
きることから広範囲の分野で使用されている。上記エポ
キシ樹脂の中でも上記の要求を満たすものとしては、固
形ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、ノボラッ
ク型等のエポキシ樹脂があげられる。

（発明が解決しようとする問題点〕しかしながら、このようなエポキシ樹脂は、−般にある
程度大きな分子量を有しているため、溶融粘度が高く、
半導体素子の封止材料に用いた場合、被封止物である半
導体素子との濡れ性、充填性に劣り、封止材料としては
不適当である。そこで、上記溶融粘度を低下させる目的
で分子量を小さくすることが考えられるが、分子量を小
さくした場合、融点が低下しエポキシ樹脂を主成分とす
る封止材料の粉体化が困難になる。また、上記固形ビス
フェノールＡ型およびビスフェノールＦ型エポキシ樹脂
は官能基であるエポキシ基間の鎖長が長いために硬化物
の架橋密度が低くなり、液状のエポキシ樹脂に比べて耐
熱性に劣る欠点があり、さらに固形ノボラック型エポキ
シ樹脂では密着性が不充分である。

なお、上記にあげたエポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂と
して低分子量で溶融粘度が低くかつ常温で固形のトリス
グリシジルイソシアヌレートが知られているが、これは
密着性が著しく劣るという欠点を有している。また、液
状のエポキシ樹脂を粉体化して使用する場合は、粉体化
のために半硬化させる必要があり、これによって分子量
が増大して溶融粘度が高くなり、これに基づく封止応力
の上昇に伴いチップ割れ、基板の反り等の問題が生じる
。さらに、半導体素子に対する応力を低減させる目的で
充填剤の含有量を増加させ線膨張率の低減を図っている
が、このように充填剤の含有量が増加すると樹脂組成物
の溶融粘度が高（なり、その結果、半導体封止の分野に
おいて重要な特性である流動性が著しく低下するという
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、封
止樹脂に未充填部分等がなく、かつ低応力性に優れた半
導体装置の提供をその目的とする。

７〔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）〜（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６０〜８０重量％となるよ
うに設定されているエポキシ樹脂組成物を用いて厚み０
．１　ｍｍ以上の絶縁基板上に搭載されている面積１０
〜２５０ｍｍ”の半導体素子を封止するという構成をと
る。

、（Ａ）結晶性エポキシ樹脂。

（Ｂ）硬化剤。

（Ｃ）無機質充填剤。

〔作用〕

すなわち、本発明者らは、上記の目的を達成するために
一連の研究を重ねた結果、エポキシ樹脂として従来のエ
ポキシ樹脂とは異なる結晶性エポキシ樹脂を用い、これ
に無機質充填剤を特定量配合すると、流動性に冨み、溶
融粘度が低（、チップに加わる応力の低減ができ、しか
も粉体化可能で、耐熱性、密着性等の緒特性に優れたエ
ポキシ樹脂組成物が得られることを突き止めた。そして
、特に、上記エポキシ樹脂組成物を用い、特定の厚みの
絶縁基板上に搭載されている特定の大きさの半導体素子
を封止すると、優れた信鎖性を有する半導体装置が得ら
れることを見出しこの発明に到達した。

この発明の半導体装置は、特定の厚み絶縁基板上に搭載
されている比較的大きな半導体素子と、これを封止する
特殊なエポキシ樹脂組成物とを用いて得られる。

上記特定の厚みの絶縁基板上に搭載されている比較的大
きな半導体素子としては、厚み０．１　ｔｍ以上の絶縁
基板上に搭載されている面積１０〜２５０ｍｍ”の半導
体素子が用いられる。上記半導体素子の形状は、通常、
正方形または長方形であり、長方形の場合は、長辺の長
さが短辺の長さの約３倍以内に設定されるのが一般的で
ある。

上記特殊なエポキシ樹脂組成物は、結晶性エポキシ樹脂
（Ａ成分）と、硬化剤（Ｂ成分）と、無機質充填剤（Ｃ
成分）とを用いて得られるものであって、通常、粉末状
もしくはタブレット状になっている。

上記Ａ成分の結晶性エポキシ樹脂は、融点が５０〜１５
０°Ｃの固体の結晶性エポキシ樹脂である。なお、ここ
で上記結晶性エポキシ樹脂とは、Ｘ線回折により多数の
結晶のピークが表れる固形エポキシ樹脂であって、物理
的にはシャープな融点を示しかつ溶融時には分子間相互
作用が殆ど無くなるため極端に粘度が低下する性質を有
しているものをいう。特に、この発明に用いられる結晶
性エポキシ樹脂としては、その融点よりも２０°Ｃ高い
温度での溶融粘度が０．５〜２ポイズ以下である結晶性
エポキシ樹脂を用いることが好ましい。具体的には、４
，４′−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３
′、５．５’　−テトラメチルビフェニル、ジグリシジ
ルテレフタレート、ジグリシジルハイドロキノン等があ
げられる。さらに、詳しく述べると、下記の一般式（１
）で表されるジグリシジルハイドロキノンがあげられる
。

この発明に用いるジグリシジルハイドロキノンとしては
、通常、上記一般式（Ｉ）において繰り返し単位数ｎ＝
ｏの化合物であって、結晶性を有するものが用いられる
。また、上記一般式（１）において繰り返し単位数ｎが
１〜５程度の化合物や、末端がエポキシ化されていない
化合物を、Ａ成分全体の２０重量％（以下「％」と略す
）以下、好ましくは５％以下含有するようにしてもよい
。

特に好ましい結晶性エポキシ樹脂としては、下記の一般
式（Ｉ［）で表されるものがあげられる。

上記一般式（Ｉ［）において、ＲがＣＨ，である結晶性
エポキシ樹脂の場合は融点が１０５°Ｃであり、これを
溶融した場合、例えば１５０°Ｃで０．０２ポイズ以上
となり非常に低い粘度を示す。

この発明においてエポキシ樹脂組成物に用いられる結晶
性エポキシ樹脂としては、前述のとおりその融点が５０
〜１５０°Ｃ１特に好ましくは８０〜１２０°Ｃのもの
を用いるのが好適である。すなわち、融点が５０°Ｃ未
満では目的の粉体エポキシ樹脂組成物がブロッキングを
生じ易く、逆に１５０°Ｃよりも高くなると作業性が悪
くなる傾向を生ずるようになるからである。

なお、この発明に用いるエポキシ樹脂組成物には、前記
一般式（１）および（Ｉｆ）で示されるような結晶性エ
ポキシ樹脂とともに必要に応じて、他のエポキシ樹脂、
例えばビスフェノールＡ型。

ビスフェノールＦ型、ノボラック型等を併用することも
できる。このような上記他のエポキシ樹脂の配合割合は
、使用目的に応じて全エポキシ樹脂成分（結晶性エポキ
シ樹脂＋他のエポキシ樹脂）中５０％以下に設定するの
が好適である。

上記Ａ成分とともに用いられるＢ成分の硬化剤としては
、従来公知のエポキシ樹脂用硬化剤があげられる。特に
好適なものとしては、芳香族アミン、ジシアンジアミド
、イミダゾール類、イミダプリン、ヒドラジド誘導体等
のアミン系硬化剤、ノボラック型フェノール樹脂等のフ
ェノール系水酸基を有する化合物、酸無水物等の酸系硬
化剤があげられ、５０°Ｃ以上の融点を有するものが最
適である。上記Ｂ成分である硬化剤は、単独でもしくは
併せて用いることができる。

上記Ａ成分の結晶性エポキシ樹脂とＢ成分の硬化剤との
配合比は、Ｂ成分が通常の硬化剤の場合は上記結晶性エ
ポキシ樹脂中のエポキシ基１当量当たり硬化剤の官能基
が０．５〜１．５当量となるように配合するのが好まし
いが、Ｂ成分の硬化剤が触媒的硬化剤の場合は結晶性エ
ポキシ樹脂１００重量部（以下「部」と略す）に対して
硬化剤が０゜３〜５部の範囲になるように設定するのが
好適である。なお、上記通常の硬化剤は、前述の酸無水
物、フェノール系水酸基を有する化合物、芳香族アミン
のことをいい、上記触媒的硬化剤は、前述のイミダゾー
ル、イミダシリンのことをいう。

上記Ａ成分およびＢ成分とともに用いられるＣ成分の無
機質充填剤としては、シリカ粉末、アルミナ、三酸化ア
ンチモン、タルク、炭酸カルシウム、チタンホワイト　
クレー、アスベスト、マイカ、べんがら、ガラス繊維、
炭素繊維等があげられ、単独でもしくは併せて用いられ
る。特に好適なのは、シリカ粉末、アルミナである。こ
のような上記Ｃ成分の無機質充填剤の配合量は、エポキ
シ樹脂組成物全体の６０〜８０％の範囲になるように設
定する必要がある。すなわち、上記Ｃ成分の無機質充填
剤の含有量が６０％を下回ると線膨張係数が高くなり、
例えば、半導体素子を樹脂封止した後の封止樹脂にクラ
ックが発生したり、半導体素子を搭載している基板が反
ったりする問題が生じ、逆に６０％を上回るとエポキシ
樹脂組成物の流動性が低下し、その結果、例えば、樹脂
組成物をペレット状化して素子上に載置し自重封止によ
り素子を封止するような場合の封止材料に適さなくなる
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硬化促進剤９着色剤、シ
ランカップリング剤等を適宜添加配合することもできる
。

上記硬化促進剤としては、従来公知のものを全て用いる
ことができ、例えば、フェノール系水酸基を有する化合
物や酸無水物の硬化剤に対する硬化促進剤としては、イ
ミダゾール、ジシアンジアミド、イミダシリン、ベンジ
ルジメチルアミン等の三級アミン等があげられ、芳香族
アミン硬化剤に対する硬化促進剤として番ヨ、イミダゾ
ール等の塩基性化合物、三フッ化ホウ素およびその誘導
体等があげられる。なお、上記硬化促進剤の配合量はＢ
成分の硬化剤の種類や使用目的等に応じて適宜選択され
るが、通常、エポキシ樹脂１００部に対して０．３〜２
部になるように設定することが好ましい。

上記着色剤としては、カーボンブラック、べんがら等が
あげられ、単独でもしくは併せて用いられる。

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される。すなわち、結晶性エポキシ
樹脂（Ａ成分）と硬化剤（Ｂ成分）と無機質充填剤（Ｃ
成分）および必要に応じて硬化促進剤１着色剤、シラン
カップリング剤を配合する。そして、これを、常法に準
じて乾式混合法や溶融混合法等の公知の手段を適宜採用
して混合、混練し、粉砕および分級するという一連の工
程により目的とするエポキシ樹脂組成物を得ることがで
きる。なお、上記粉砕して得られるエポキシ樹脂組成物
の粒度としては、３０メツシユを通過する程度のものが
好ましい。

このようなエポキシ樹脂組成物を用いての上記特定の絶
縁基板上に搭載されている比較的大きな半導体素子の封
止は特に限定するものではなく、通常のトランスファー
成形等の公知のモールド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
成物中に含有される結晶性エポキシ樹脂（Ａ成分）およ
び特定の含有割合の無機質充填剤（Ｃ成分）の作用によ
り、封止樹脂の溶融時の粘度が低く流動性に優れている
ため、特定厚みの絶縁基板上に搭載された比較的大きな
半導体素子を封止する際にも、封止対象中に未充填部分
等が生じない。また、その封止に際し、上記結晶性エポ
キシ樹脂が加熱により速やかに溶融することから、チッ
プに加わる封止応力が小さくなり、チップ割れ、基板反
り等が生じなくなる。しかも、封止樹脂自体が低応力性
、耐熱性および密着性に優れているため、半導体装置が
高信頼性のものとなる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の半導体装置では、特定厚みの
基板に搭載された比較的大きな半導体素子が、結晶性エ
ポキシ樹脂を主成分とし、かつ無機質充填剤を所定量含
む特殊なエポキシ樹脂組成物により樹脂封止されている
ため、上記半導体素子は比較的大きいにもかかわらず良
好な状態で封止されている。したがって、この発明の半
導体装置は、高信頼性のものとなる。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

溶融混合を経て冷却固化した後粉砕を行い目的とする粉
末状のエポキシ樹脂組成物を得た。

（以下余白）〔実施例１〜３、比較例１〜４］後記の第１表にしたがって、各原料を配合し、つぎに、
上記実施例および比較例によって得られたエポキシ樹脂
組成物の初期特性、エポキシ樹脂組成物の硬化物特性を
調べた。さらに、エポキシ樹脂組成物を用いて半導体素
子を樹脂封止したときの特性（素子サイズとクラック発
生数の関係、基板の厚みと反り具合との関係）を調べた
。その結果を後記の第２表に示した。なお、上記エポキ
シ樹脂組成物の初期特性である流動性は、粉末状のエポ
キシ樹脂組成物３００■を直径１０鵬のベレットに圧縮
成形し、これをガラス板上に載置し１５０°Ｃで完全硬
化させたときの流れ面積（Ｍ２）を測定した。また、基
板の反り具合は、＆に示すように、水平面上に反った基
板１を凹部を下にして置き、水平面から基板１との最大
距離値ｔを測定し記した。

（以下余白）第２表の結果から、実施例で得たエポキシ樹脂組成物は
比較例で得たエポキシ樹脂組成物に比べて初期特性であ
る流展面積が大きい。しかも、エポキシ樹脂組成物の硬
化物特性である曲げ強度。

曲げ弾性率、線膨張係数において優れた値を示しており
、封止樹脂等に用いた場合、信頼性の貰いものであるこ
とがわかる。また、上記エポキシ樹脂組成物を用いて半
導体素子を封止したところ、実施測高は比較測高に比べ
てクラックの発生数および基板の反り具合の双方におい
てその値が小さく信頼性が著しく向上したものであった
。

【図面の簡単な説明】

図面はエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂封止した際の絶
縁基板の反りの測定方法の説明図である。特許出願人　　日東電工株式会社代理人　弁理士　西　藤　征　彦

Claims

【特許請求の範囲】

（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６０〜８０重量％に
設定されているエポキシ樹脂組成物を用いて厚み０．１
ｍｍ以上の絶縁基板上に搭載されている面積１０〜２５
０ｍｍ＾２の半導体素子を封止してなる半導体装置。（Ａ）結晶性エポキシ樹脂。（Ｂ）硬化剤。（Ｃ）無機質充填剤。
（２）Ａ成分の結晶性エポキシ樹脂が４、４′−ビス（
２、３−エポキシプロポキシ）−３、３′、５、５′−
テトラメチルビフェニルである請求項（１）記載の半導
体装置。
（３）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６０〜８０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）結晶性エポキシ樹脂。（Ｂ）硬化剤。（Ｃ）無機質充填剤。