JPH03232258A

JPH03232258A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH03232258A
Application number: JP16046590A
Authority: JP
Inventors: Tatsushi Ito; 達志伊藤; Kazuto Yamanaka; 山中　一人; Fujio Kitamura; 北村　富士夫; Kazuhiro Ikemura; 和弘池村; Minoru Nakao; 稔中尾; Hideto Kimura; 英人木村; Hideaki Taki; 多喜　秀彰
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1989-12-28
Filing date: 1990-06-19
Publication date: 1991-10-16

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、耐熱衝撃信軌性、耐半田クラック特性およ
び耐湿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〕

トランジスタ、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子は、外部環
境の保護の観点および素子のハンドリングを可能にする
観点から、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。

最近の半導体パッケージの傾向として、小形化、薄形化
に加えて高速化に対する要求から、１チツプ化も平行し
て進んでおり、表面実装化とともに１チツプの大形化が
進んでいる。このような状況から、半導体パッケージに
は、チップに対する熱応力の低減、耐半田クラック特性
の向上、耐湿性の向上等様々な課題が要求されている。

そして、寞際に、薄形パッケージにおいて、パッケージ
自体が吸湿している場合には、基板への半田実装時に水
分の蒸気圧によって、パッケージにクラックが発生する
という問題が生じる。また、大形表面実装デバイスにお
いては、冷熱サイクル試験時にダイパッドの形状に沿っ
てクラックが発生するという問題が生じる。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような対策左して、従来から、例えば■高温時の樹
脂強度を上げて耐半田クラック特性を向上させる、■パ
ッケージの吸水性を低下させることにより耐半田クラッ
ク特性を向上させる、■パッケージの対チップ、リード
フレームとの接着性を上げて耐半田クラック特性を向上
させる、■シリコーン変性樹脂を用いて低応力化を図り
、耐熱衝撃性を向上させるというような対策が単独でま
たは併せて行われてきた。

しかしながら、上記■〜■のような対策をもってしても
、半田浸漬時のクラック発生および冷熱サイクル試験時
のクラック発生という２つのクラック発生に対してのみ
でさえ満足できるものが得られていないのが現状である
。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、耐
熱衝撃信頼性および耐半田クラック特性の双方ならびに
耐湿信頼性等の特性にも優れた半導体装置の提供をその
目的とする。

〔課題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、
下記の特性（Ａ）および（Ｂ）を備えたエポキシ樹脂組
成物硬化体により半導体素子を封止するという構成をと
る。

（Ａ）硬化体中の無機質充填剤の含有容積割合が６０容
積％以上。

（０Ｂ）硬化体のガラス転移温度が１２５℃以下。

〔作用〕

すなわち、本発明者らは、耐冷熱サイクル試験衝撃クラ
ック性および耐半田クラック特性に優れた封止樹脂を得
るために一連の研究を重ねた。その過程で、パッケージ
に対して物性的解析を行った結果、■低温側での発生ス
トレス、対リードフレーム接着力および樹脂の強靭性を
上げることにより耐冷熱サイクル試験時の衝撃クラック
特性を向上させることができ、また■低吸湿性、高温時
の樹脂強度および弾性率を向上させることにより耐半田
クラック特性を向上させることができることを突き止め
た。そして、上記結果にもとづき、さらに研究を重ねた
結果、封止樹脂のガラス転移温度を特定温度以下に低下
させることにより低温側での発生応力を低減させ、かつ
無機質充填剤の高充填化を行うことにより吸水量の低減
と樹脂強度の向上を図ると、上記■および■のバランス
が極めてよくなり、耐熱衝撃信頼性および耐半田クラッ
ク特性の双方に優れ、かつ耐湿信頼性等の特性にも優れ
た封止樹脂が得られることを見出しこの発明に到達した
。

なお、上記ガラス転移温度は、ＴＭＡ　（Ｔｈｅｒｍ。

Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ）により得ら
れる熱膨張曲線の二次微分ピークの値である。

この発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂
と、硬化剤と、無機質充填剤とを用いて得られるもので
あって、通常、粉末状もしくはそれを打錠してタブレッ
ト状になっている。

上記エポキシ樹脂は、特に限定するものではなく、通常
用いられるものがあげられる。なかでも、例えばビフェ
ニル型エポキシ樹脂で、下記の一般式（１）で表される
ものが好適に用いられる。

このように、グリシジルエーテル基を有する芳香族環に
低級アルキル基を置換することにより得られるエポキシ
樹脂が撥水性を有するようになる。そして、上記一般式
（Ｉ）で表される特殊なエポキシ樹脂のみでエポキシ樹
脂組成物のエポキシ樹脂成分（エポキシ樹脂のみからな
り硬化剤成分を除く）を構成してもよいし、それ以外の
通常用いられるエポキシ樹脂と併用するようにしてもよ
い。前者の場合には、エポキシ樹脂成分の全体が上記一
般式（Ｉ）の特殊なエポキシ樹脂で構成され、後者の場
合にはエポキシ樹脂成分の一部が上記一般式（１）の特
殊なエポキシ樹脂で構成されることとなる。

上記通常用いられるエポキシ樹脂としては、クレゾール
ノボラック型、フェノールノボラック型ノボラックビス
Ａ型やビスフェノールＡ型等の各種エポキシ樹脂があげ
られる。上記ノボラック型エポキシ樹脂としては、通常
、エポキシ当量１５０〜２５０．軟化点５０〜１３０℃
のものが用いられ、タレゾールノボラック型エポキシ樹
脂としては、エポキシ当量１８０〜２１０．軟化点６０
〜１１０″Ｃのものが一般に用いられる。このように上
記（Ｉ）の特殊なエポキシ樹脂と通常のエポキシ樹脂の
両者を併用する場合には、上記一般式（１）で表される
エポキシ樹脂をエポキシ樹脂成分全体の５０重量％以上
に設定するのが好ましく、特に好ましくは６０重量％以
上である。

上記硬化剤としては、例えば下記の一般式（■）で表さ
れる特殊なフェノールアラルキル樹脂が用いられる。

上記一般式（ｎ）で表されるフェノールアラルキル樹脂
は、アラルキルエーテルとフェノールとをフリーゾルタ
ラフッ触媒で反応させることにより得られる。このよう
なフェノールアラルキル樹脂としては、特に、軟化点６
０〜１２０℃１水酸基当量１６０〜２００を有するもの
を用いるのが好ましい。なお、上記フェノールアラルキ
ル樹脂は、通常用いられるフェノール樹脂と併用しても
差し支えはない。上記通常用いられるフェノール樹脂と
しては１、クレゾールノボラック型、フェノールノボラ
ック型、ノボラックビスＡ型やビスフェノールＡ型等の
各種フェノール樹脂があげられる。これらフェノール樹
脂としては、水酸基当量９０〜１２０、軟化点６０〜１
４０　’Ｃのものが用いられる。上記フェノールアラル
キル樹脂と、このような通常のフェノール樹脂とを併用
する場合には、上記フェノールアラルキル樹脂を、フェ
ノールアラルキル樹脂と通常のフェノール樹脂の合計量
の５０重量％以上の割合になるように設定するのが好ま
しい。特に好ましいのは６０重量％以上である。

また、上記エポキシ樹脂、硬化剤とともに用いられる無
機質充填剤としては、例えば結晶性および溶融性シリカ
粉末等があげられ、破砕状および球状のものが用いられ
る。このような無機質充填剤の配合量は、エポキシ樹脂
組成物全体の７２〜９２重量％の範囲に設定するのが好
ましい。

なお、この発明に用いるエポキシ樹脂系組成物には、上
記エポキシ樹脂、硬化剤および無機質充填剤以外に、通
常、硬化促進剤、離型剤、難燃剤、カップリング剤等の
従来公知の添加剤が用いられる。

上記硬化促進剤としては、アミン系、リン系。

硼素系化合物があげられ、単独でもしくは併せて用いら
れる。

上記離型剤としては、高級脂肪酸、高級脂肪酸エステル
、高級脂肪酸カルシウム等の化合物があげられ、単独で
もしくは併せて用いられる。

上記難燃剤としては、ノボラック型ブロム化エポキシ樹
脂もしくはビスＡ型エポキシ樹脂、三酸化アンチモン等
の化合物が単独で併せて用いられる。

上記カップリング剤としては、グリシジルエーテルタイ
プ　アミンタイプ、チオシアンタイプウレアタイプ等の
メトキシないしエトキシシランがあげられ、単独でもし
くは併せて用いられる。

その使用方法としては、充填剤に対して、トライブレン
ドしたり、もしくは予備加熱反応させたり、さらには有
機成分原料に対する予備混合等自由である。

さらに、この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物には
、上記添加剤以外に、シリコーンオイルおよびシリコー
ンゴム、合成ゴム等のゴム成分を配合して低応力化を図
ったり、耐湿信頼性の向上を目的としてハイドロタルサ
イト等のイオントラップ剤を配合してもよい。

この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物は、例えば上
記各成分を用いてつぎのようにして製造することができ
る。すなわち、上記エポキシ樹脂、硬化剤および無機質
充填剤と、他の添加剤を適宜配合し混合して、ロール機
等の混練機により１２０℃で２分間混練する。そして、
これを室温に冷却した後、公知の手段によって粉砕し、
必要に応じて打錠するという一連の工程により製造する
ことができる。

この発明は、上記エポキシ樹脂組成物を用いて半導体素
子をモールドすることにより、このようなエポキシ樹脂
組成物を用いての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、上記のような特
性を有するエポキシ樹脂組成物硬化体により樹脂封止さ
れており、半導体素子が下記の物性（Ａ）および（Ｂ）
を満たす硬化体により封止されている。

（Ｂ）硬化体のガラス転移温度が１２５℃以下。

したがって、耐熱衝撃信転性および耐湿信頬性に優れ、
半田実装に際してもパッケージクラック等が生ずること
がない。

なお、上記無機質充填剤の含有容積割合（Ａ）の好適範
囲は６３容積％以上である。より詳しく述べると、上記
無機質充填剤の含有容積割合（Ａ）は、用いられる無機
質充填剤の平均粒径、形状等により微妙に変化する。例
えば、平均粒径１０〜３５μｍのものにおいて、破砕状
充填剤では６０〜７０容積％、特に好ましくは６３〜７
０容積％である。球状充填剤では６０〜８小容積％、特
に好ましくは７５〜８４容積％である。また、上記硬化
体中のガラス転移温度（Ｂ）もより好適な範囲があり、
それは１００〜１２５℃である。

ちなみに、この発明で用いるエポキシ樹脂組成物硬化体
のガラス転移温度と無機質充填剤の含有容積割合とで囲
われる範囲を、従来のエポキシ樹脂組成物のそれとを対
照して図面に示す。斜線部Ａがこの発明のエポキシ樹脂
組成物のそれである、斜線部Ｂは発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）等の封止に用いられる従来の光半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物のそれであり、斜線部Ｃは半導体素子のト
ランスファー成形に用いられる従来のエポキシ樹脂組成
物のそれである。上記図から明らかなように、この発明
で用いるエポキシ樹脂組成物では、そのガラス転移温度
と、無機質充填剤含有量で囲われる範囲が従来のものと
は全く異なっていることがわかる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の半導体装置は、特殊なエポキ
シ樹脂組成物によって半導体素子を樹脂封止して得られ
るものであり、半田実装や耐冷熱サイクル試験における
ような過酷な条件下においてもパッケージクラックを生
じることなく、かつ優れた耐湿信顛性等の特性を備えて
いる。特に、この発明は、薄形フラットパッケージの表
面実装等において高い信顧性を有し最適である。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

まず、実施例に先立、って下記の化合物を準備した。

（エポキシ樹脂成分）Ａ：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（軟化
点８０℃，エポキシ当量１９５）Ｂｏｏ−タレゾールノボラック型エポキシ樹脂（軟化点
８０℃，エポキシ当量１９５）（フェノール樹脂成分）Ｃ：フェノールアラルキル樹脂（軟化点７６℃１水酸基
当量１７５）Ｄ：フェノールノボラック樹脂（軟化点８０℃１水酸基
当１１０６）（無機質充填剤）Ｅ：溶融シリカ粉末（平均粒径１５μｍ、最大粒径１５
０μｍ、破砕状）Ｆ：溶融シリカ粉末（平均粒径２５μｍ、最大粒径１５
０μｍ７球状）（難燃剤）Ｇ：三酸化アンチモンＨコノボラック型ブロム化エポキシ樹脂（軟化点８０℃
，エポキシ当量２７５）（硬化促進剤）Ｉ：１．８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン
−７Ｊ：ポリエチレン系ワックス［実施例１〜４、比較例１〜４］上記各化合物Ａ−Ｊを用いて下記の第１表に示す割合で
配合し、ミキシングロール機にかけて１２０℃で２分間
混練し冷却したのち粉砕し、目的とする粉末のエポキシ
樹脂組成物を得た。

（以下余白）つぎに、実施例１〜４および比較例１〜４で得られた粉
末状のエポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子をトラン
スファー成形でモールドすることにより半導体装置を得
た。この半導体装置は、８０ビン四方向フラツトパツケ
ージ（ＱＦＰ）（２０ｍＸ１４ｍＩＩＩＸ厚み２．２５
ｍｍ）で、８鵬×８閣のダイボンドプレート、７゜５　
ｗｎ　Ｘ　７．５　ｍｍのチップサイズを有するもので
ある。このようにして得られた半導体装置について、−
６５℃１５分〜１５０℃１５分を５００回繰り返す冷熱
サイクル試験（ＴＣＴテスト）を行いパッケージクラッ
クの発生数を調べた。また、８５℃／８５％ＲＨで７２
時間吸湿した後、２６０℃で１０秒間半田浸漬を行った
場合のパッケージクラックの発生数を測定した。これら
の結果を下記の第２表に示す。また、上記半導体装置の
封止樹脂であるエポキシ樹脂組成物硬化体のガラス転移
温度および各成分の配合割合（容積比）を測定し下記の
第２表に併せて示した。

（余　　白　　）第２表の結果から、エポキシ樹脂組成物硬化体のガラス
転移温度が１２５℃以下で、しかも硬化体中の無機質充
填剤の含有割合が６０容積％以上の実施例品では、ＴＣ
Ｔテストおよび半田浸漬後の双方ともパッケージクラッ
クが殆ど発生していない。これに比べて、比較例品は全
てパッケージクランクが発生している。したがって、実
施例品は耐熱衝撃信鯨性、耐半田クラック特性に優れ、
高温時の低応力性等に優れていることがわかる。

【図面の簡単な説明】

図面はエポキシ樹脂組成物硬化体のガラス転移温度と無
機質充填剤の含有容積割合の関係を示す曲線図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）下記の特性（Ａ）および（Ｂ）を備えたエポキシ
樹脂組成物硬化体により半導体素子が封止されてなる半
導体装置。（Ａ）硬化体中の無機質充填剤の含有容積割合が６０容
積％以上。（Ｂ）硬化体のガラス転移温度が１２５℃以下。