JPH0366151A

JPH0366151A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH0366151A
Application number: JP20346989A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Asao; 朝尾　浩幸; Batsu Hirose; 閥広瀬; Tomohiro Taruno; 友浩樽野
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1989-08-04
Filing date: 1989-08-04
Publication date: 1991-03-20

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、耐湿信頼性および耐熱衝撃信頼性に優れた
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、通常、
エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を主成分とした半導体封
止用樹脂組成物により樹脂封止され、半導体装置化され
ている。上記半導体封止用樹脂組成物には、従来から、
破砕状および球状等の各種形状を有する無機質充填剤が
樹脂組成物全体の５０〜７５体積％（ｇ４，７〜８４．
６重量％）含有されている。

ところで、最近のＩＣ，ＬＳＩ等の高集積化、薄形化の
動向に伴い、半導体装置の実装方式が従来の挿入実装か
ら強烈な熱衝撃を受ける表面実装に変遷してきており、
その結果、封止樹脂の特性として、従来の流動性、パリ
性能等に加え、例えば半田浸漬時における高い耐クラッ
ク性、耐湿性が要求されている。このような諸特性を向
上させるには、樹脂封止に用いられる熱硬化性樹脂組成
物の配合原料である無機質充填剤の含有率を上げること
が必要である。

〔発明が解決しようとする課題〕

そして、実用に供しうる優れた半田浸漬時の耐熱衝撃性
１機械強度、流動性等の諸特性を実現するために、無機
質充填剤の粒度分布に関して様々な提案がなされている
が、無機質充填剤を全配合物中の７６体積％（８５，３
重量％）以下の割合で配合して得られる熱硬化性樹脂組
成物では上記諸特性を満足させられるものではなかった
。例えば、無機質充填剤の配合割合が全配合物中７５重
量％（特開昭５４−１４１５６９号）および８０重量％
（特開昭５５−２９５３２号、同５６−１０９４７号、
同５Ｂ−１３８７４０号、同６０−２１０６４３号）に
なると、トランスファー成形時において流動性が低下し
実用に供さない。なお、上記配合割合を体積割合に換算
すると、７５重量％は６２体積％、８０重量％は６９体
積％程度となる。すなわち、無機質充填剤として破砕状
および球状の各種形状を有するものが用いられているが
、配合されている無機質充填剤を組成物から取り出して
無機質充填剤単独での充填率を測定すると、通常、５０
〜６５体積％程度の充填率であり、空気が３５〜５０体
積％含有されている。このように、無機質充填剤自身の
充填率が低いため、配合物中の無機質充填剤の配合割合
を増加して、見掛は上の配合割合を７０体積％（８１，
１重量％）以上に設定しても樹脂成分が無機質充填剤の
空隙（ボイド）を埋め尽くすことができず、多くのボイ
ドが混入することになる。例えば、半田浸漬時において
封止樹脂中に上記ボイドに起因するクラックが発生する
。また、このように低充填率の無機質充填剤を用いた封
止樹脂では、耐クラツク性の低下のみならずパリ特性や
流動性といった酸形性等の特性の低下がみられる。さら
に、高粘度かつ低強度等実用に供する諸特性が得られな
い。このように、半導体装置における上記耐熱衝撃信頼
性および耐湿信頼性等の諸特性を向上させるためには、
無機質充填剤単独の充填率を向上させて、熱硬化性樹脂
組成物中の無機質充填剤の含有割合を上げたものを用い
ると効果的であるが、このような半導体封止用樹脂組成
物は未だ開発されていないのが実情である。

この発明は、このような実情に鑑みなされたもので、耐
湿信頼性、耐熱衝撃信頼性および機械強度に優れた半導
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、
無機質充填剤を含む熱硬化性樹脂組成物によって半導体
素子を被覆モールドしてなる半導体装置において、上記
無機質充填剤が、最大粒径が２００μｍ以下であって、
ワーデルの球形度で０．７〜１．０の球形度を有する球
状の無機質充填剤を８０重置方以上含有し、全体の粒度
構成が下記の（ａ）〜（ｉ）に設定されているという構
成をとる。

（ａ）　１μｍ以上６μｍ未満の粒度のものが１００重
量部。

（ｈ）６μｍ以上１２μｍ未満の粒度のものが１５〜１
００重量部。

（ｃ）　１２μｍ以上２４μｍ未満の粒度のものが２０
〜１２５重量部。

（ｄ）２４μｍ以上４８μｍ未満の粒度のものが９０〜
２９０重量部。

（ｅ）４８μｍ以上６４μｍ未満の粒度のものが３５〜
１４０重量部。

（ｆ）６４μｍ以上９６μｍ未満の粒度のものが５０〜
２５０重量部。

（濁９６μｍ以上１２８μｍ未満の粒度のものが１０〜
８０重量部。

（ｈ）１２８μｍ以上１７０μｍ未満の粒度のものが０
．３〜４０重量部。

（ｉ）１μｍ未満の粒度のものが２５重量部以下。

〔作用〕

すなわち、本発明者らは、半田浸漬時の耐湿性、耐熱衝
撃性および機械的強度に優れた封止樹脂を得るための一
連の研究の過程で、樹脂封止に用いられる熱硬化性樹脂
組成物中の無機質充填剤の配合割合を増加させると上記
特性を有する封止樹脂が得られることに着目し、これを
中心に研究を重ねた。その結果、無機質充填剤としてワ
ーデルの球形度で０．７〜１．０の球形度を有する球状
のものを８０重量％以上使用し、かつ上記粒度構成を有
するものを用いると、無機質充填剤自身を最密充填でき
、その結果、無機質充填剤の配合量を従来より多く配合
できるため、このような熱硬化性樹脂組成物を使用する
と、所期の目的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、■最大粒径が２００μｍ以下
であって、■ワーデルの球形度で０゜７〜１．０の球形
度を有する球状の無機質充填剤を８０重量％以上含有し
、かつ■全体の粒度構成が特定のものに設定されている
特殊な無機質充填剤を含む熱硬化性樹脂組成物を用いて
得られる。

上記■〜■の特徴を有する特殊な無機質充填剤としては
、シリカ粉末、アルミナ粉末等があげられる。

そして、上記■のワーデルの球形度で０．７〜１．０の
球形度を有する球状の無機質充填剤とは、粒子の球形度
を（粒子の投影面積に等しい円の直径）／（粒子の投影
像に外接する最小円の直径）で測る指数が０．７〜１．
０の値を有する無機質充填剤で、この指数が１．０に近
いほど真球体に近い粒子であることを意味する。そして
、このような球状の無機質充填剤を、無機質充填剤全体
の８０重量％以上含有することにより無機質充填剤自身
を８３体積％以上に最密充填することができ、その結果
、熱硬化性樹脂組成物の硬化物の耐湿性、耐熱衝撃性等
の向上効果が得られるようになる。

０また、上記■の無機質充填剤全体の粒度分布は、下記の
（ａ）〜（ｉ）に示すような構成に設定されている。

（ａ）１μｍ以上６μｍ未満の粒度のものが１００重量
部。

（ｂ）６μｍ以上１２μｍ未満の粒度のものが１５〜１
００重量部。

（ｈＨ２Ｂμｍ以上１７０　μｍ未満の粒度のものが０
．３〜４０重量部。

（ｉ）１μｍ未満のね度のものが２５重量部以下。

すなわち、ワーデルの球形度が０．７未満のものを無機
質充填剤全体の２０重量％を超えて含有させるか、また
は粒度構成を上記の（ａ）〜（ｉ）に示す構成の範囲外
に設定すると、無機質充填剤単独での充填率が低下し、
熱硬化性樹脂組成物中の無機質充填剤の配合量を例えば
７６体積％以上に設定しても流動性が低下（高粘度化）
シ威形が困難となる。また、成形可能であっても、成形
物中に多くのボイドが発生し低強度のものしか得られな
い。さらに、最大粒径が２００μｍを超えると、半導体
素子とリード線との結線部分が変形、断線する場合が生
じる。

上記特殊な無機質充填剤の含有量は、熱硬化性組成物全
体の８５〜９４重量％の範囲に設定するのが好ましい。

すなわち、無機質充填剤全体の含有量が８５重量％未満
になると、封止樹脂の耐湿性および耐熱衝撃性の向上効
果が得られず、逆に９４重量％を超えると熱硬化性樹脂
組成物の流動性が低下するからである。

１２上記のような特殊な無機質充填剤とともに使用される熱
硬化性樹脂は、特に限定するものではなく、従来公知の
ものが使用される。なかでも、エポキシ樹脂が好適に用
いられ、特に、タレゾールノボラックエポキシ樹脂、ビ
スフェノールエポキシ樹脂等があげられる。

上記熱硬化性樹脂のなかでもエポキシ樹脂を用いる際の
硬化剤としては、フェノール樹脂。

各種アミン類等およびこれらの混合物が好適に用いられ
る。

なお、この発明で用いる熱硬化性樹脂組成物には、上記
熱硬化性樹脂、硬化剤および特定の無機質充填剤に加え
、通常、イごダゾール類および１，８−ジアザビシクロ
（５，４，Ｏ）ウンデセン−Ｔ　（ＤＢＵ）等の硬化促
進剤、二酸化アンチモン等の難燃剤、シランカップリン
グ剤等のカップリング剤、Ｒ料、カルナバワックス等の
離型剤およびその他の添加剤が適宜配合される。

この発明の熱硬化性樹脂組成物は、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、熱硬化性樹脂ン
硬化剤、特定の無機質充填剤およびその他の添加剤を適
宜配合し、加圧ニーダ−等の混練機に掛け、加熱状態で
混練して　−溶融混合し、これを室温に冷却した後公知
の手段により粉砕し、必要に応じて打錠するという一連
の工程を経由させることにより目的とする熱硬化性樹脂
組成物を得ることができる。

このような熱硬化性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、樹脂封止に用い
られる熱硬化性樹脂組成物に含有される無機質充填剤が
特殊な構成になっており、無機質充填剤自身が最密充填
（充填率８３体積％以上）の状態で含有されるため、熱
硬化性樹脂組成物中に、従来に比べてより多く存在させ
ることができる。したがって、樹脂酸分の吸湿を抑制す
ることができ、また熱硬化性樹脂組成３４物の硬化物の熱膨張係数が半導体素子のそれと近似する
ため、例えば半田浸漬時における優れた耐湿信頼性、耐
熱衝撃信頼性を備えている。

また、封止樹脂の機械強度も向上し、優れた信頼性を備
えている。さらに、無機質充填剤を多く含有することで
、樹脂成分の配合量を少なくすることができ、半導体装
置の樹脂封止時における製造原料費も安価ですむ。

〔発明の゛効果〕

以上のように、この発明の半導体装置は、前記特殊な無
機質充填剤を含有する熱硬化性樹脂組成物を用いて樹脂
封止されており、無機質充填剤自身が最密充填された状
態で封止樹脂中に多く存在している。したがって、この
封止樹脂が優れた耐湿性、耐熱衝撃性および機械強度を
有し、半導体装置自身が優れた耐湿信頼性および耐熱衝
撃信頼性を有する。例えば半田浸漬のような過酷な条件
下においても高い信頼性を有している。また、上記無機
質充填剤の含有量を多くして樹脂成分の配合量を抑える
ことができるため、半導体装置の製造費用が安価ですむ
という利点を有する。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

〔実施例１〜４、比較例１，２〕まず、下記の第１表に示す形状および粒度構成を有する
特定のシリカ粉末を準備した。

（以下余白）５６つぎに、クレゾールノボラックエポキシ樹脂（軟化点６
２°Ｃ，エポキシ当量２２０）４５．４部、臭化フェノ
ールノボラックエポキシ樹脂（軟化点８０°Ｃ，エポキ
シ当量２７０）５．１部、フェノール樹脂（硬化剤）２
５．３部、カルナバワックス１．５部、シランカップリ
ング剤１．５部、カーボンブラック０．５部、三酸化ア
ンチモン５．１部、ＤＢＵ　（硬化促進剤）０．５部、
エポキシシリコーン１０．１部、無機質充填剤として上
記の第１表に示すシリカ粉末７００部を配合し、温度８
０〜１００°Ｃの加圧ニーダ−により混練した後、冷却
し粉砕することにより目的とする粉末状のエポキシ樹脂
組成物を得た。なお、エポキシ樹脂組成物全体に対する
シリカ粉末の含有割合は８８重量％（８０体積％）であ
る。

〔実施例５〜７〕実施例１で用いたシリカ粉末を使用し、エポキシ樹脂組
成物全体に対するシリカ粉末の含有割合を下記の第２表
に示す割合に変えた。それ以外は実施例１と同様にして
目的とする粉末状のエポキシ樹脂組成物を得た。

〔比較例３〜５〕比較例２で用いたシリカ粉末を使用し、エポキシ樹脂組
成物に対するシリカ粉末の含有割合を下記の第２表に示
す割合に変えた。それ以外は比較例２と同様にして目的
とする粉末状のエポキシ樹脂組成物を得た。

（以下余白）８９このようにして得られた実施例および比較例のエポキシ
樹脂組成物を用いて成形性（溶融粘度、パリ長）を調べ
、その結果を下記の第３表に示した。また、上記エポキ
シ樹脂組成物を用いて半導体素子を樹脂封止して半導体
装置を作製し、この半導体装置の耐クラック性、耐湿性
、＊形性（溶融粘度、パリ長）を調べ、その結果を下記
の第３表に併せて示した。なお、上記特性の測定方法を
下記に示す。

〈耐クラツク性〉３０°Ｃと２００　’Ｃ各３０分間の冷熱サイクルテス
トでのクラック発生数を示した。

〈耐湿性〉８５°Ｃ×８５％ＲＨ恒温槽に投入した後のクラック発
生数を示した。

く溶融粘度〉１７５°Ｃでの高化式フローテスターを用いて測定した
。

くバリ長〉厚み１０μｍのスリットから流出したパリ長１さをノギスで測定した。

（以下余白）２第３表の結果から、実施測高は比較例に比べて、成形性
、耐クラック性および耐湿性の全てにおいて優れている
。これらから、実施測高は耐湿信頼性、耐熱衝撃性等に
優れていることがわかる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）無機質充填剤を含む熱硬化性樹脂組成物によつて
半導体素子を被覆モールドしてなる半導体装置において
、上記無機質充填剤が、最大粒径が２００μｍ以下であ
つて、ワーデルの球形度で０．７〜１．０の球形度を有
する球状の無機質充填剤を８０重量％以上含有し、全体
の粒度構成が下記の（ａ）〜（ｉ）に設定されているこ
とを特徴とする半導体装置。（ａ）１μｍ以上６μｍ未満の粒度のものが１００重量
部。（ｂ）６μｍ以上１２μｍ未満の粒度のものが１５〜１
００重量部。（ｃ）１２μｍ以上２４μｍ未満の粒度のものが２０〜
１２５重量部。（ｄ）２４μｍ以上４８μｍ未満の粒度のものが９０〜
２９０重量部。（ｅ）４８μｍ以上６４μｍ未満の粒度のものが３５〜
１４０重量部。（ｆ）６４μｍ以上９６μｍ未満の粒度のものが５０〜
２５０重量部。（ｇ）９６μｍ以上１２８μｍ未満の粒度のものが１０
〜８０重量部。（ｈ）１２８μｍ以上１７０μｍ未満の粒度のものが０
．３〜４０重量部。（ｉ）１μｍ未満の粒度のものが２５重量部以下。
（２）無機質充填剤の含有量が、熱硬化性樹脂組成物全
体の８５〜９４重量％である請求項（１）記載の半導体
装置。
（３）無機質充填剤がシリカ粉末、アルミナ粉末である
請求項（１）または（２）記載の半導体装置。
（４）熱硬化性樹脂組成物がエポキシ樹脂組成物である
請求項（１）ないし（３）のいずれか一項に記載の半導
体装置。
（５）無機質充填剤を含む半導体封止用熱硬化性樹脂組
成物において、上記無機質充填剤が、最大粒径が２００
μｍであつて、ワーデルの球形度で０．７〜１．０の球
形度を有する球状の無機質充填剤を８０重量％以上含有
し、全体の粒度構成が下記の（ａ）〜（ｉ）に設定され
ている半導体封止用熱硬化性樹脂組成物。（ａ）１μｍ以上６μｍ未満の粒度のものが１００重量
部。（ｂ）６μｍ以上１２μｍ未満の粒度のものが１５〜１
００重量部。（ｃ）１２μｍ以上２４μｍ未満の粒度のものが２０〜
１２５重量部。（ｄ）２４μｍ以上４８μｍ未満の粒度のものが９０〜
２９０重量部。（ｅ）４８μｍ以上６４μｍ未満の粒度のものが３５〜
１４０重量部。（ｆ）６４μｍ以上９６μｍ未満の粒度のものが５０〜
２５０重量部。（ｇ）９６μｍ以上１２８μｍ未満の粒度のものが１０
〜８０重量部。（ｈ）１２８μｍ以上１７０μｍ未満の粒度のものが０
．３〜４０重量部。（ｉ）１μｍ未満の粒度のものが２５重量部以下。