JPH04119656A

JPH04119656A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH04119656A
Application number: JP24074790A
Authority: JP
Inventors: Minoru Nakao; 稔中尾; Tsutomu Nishioka; 務西岡; Kazuhiro Ikemura; 和弘池村; Kazumasa Igarashi; 一雅五十嵐; Hideto Kimura; 英人木村; Fujio Kitamura; 北村　富士夫
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1990-09-10
Filing date: 1990-09-10
Publication date: 1992-04-21

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、成形作業性、高温雰囲気下での保存信鯨性
および半田実装時の耐クラツク性等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
、耐透湿性にも優れているため、湿度、温度に対して強
く、信顛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。この種のプラス
チックパッケージ材料には、従来からエポキシ樹脂組成
物が用いられている。上記エポキシ樹脂組成物は、電気
的特性２機械特性、耐薬品性等に優れているため信顧性
が高く、半導体装置の樹脂封止に広く用いられている。

このようなエポキシ樹脂組成物としては、特に、０−タ
レゾールノボラック型エポキシ樹脂と、硬化剤であるフ
ェノールノボラック樹脂、その他、添加剤である三級ア
ミン等の硬化促進剤、充填剤であるシリカ粉末等で構成
されるものが封止作業性（特にトランスファー成形時の
作業性）に優れているとして貫用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、半導体分野の技術革新はめざましく、最
近では素子の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、封止材料に対してよ
り以上の特性の向上が望まれている。すなわち、従来か
らのエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂封止された半導体
装置は、パッケージが吸湿しやす（、半田実装時に水分
の蒸気圧により、ふくれやクラックを生じるという問題
があった。また、近年、自動車等の野外使用機器におい
ても、半導体装置が大量に使用されるようになってきて
いる。このような冑景から、今まで以上の耐熱性、特に
従来では問題にならなかった高温度での保存信幀性が、
多くの半導体装置に要求されている。

これらの問題のうち、パッケージクシツクに対しては、
エポキシ樹脂組成物の低吸湿化を図ることが考えられ、
例えば、従来の封止材料の主成分であるエポキシ樹脂の
分子骨格に、アルキル基等の置換基を導入することや、
下記の一般式（ＩＩ）で表されるビフェニル骨格を有す
るエポキシ樹脂の利用等が試みられている。

しかし、未だ満足するものが得られていないのが実情で
ある。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、成
形作業性、耐熱性および半田実装時の耐クラツク性に優
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、
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１００重量部に対して０．０５〜
０．２５重量部になるよう設定されているという構成を
とる。

（Ａ）下記の一般式（１）で表されるエポキシ樹脂。

（Ｂ）硬化剤。

（Ｃ）イオン捕捉剤。

〔作用〕

すなわち、本発明者らは、成形作業性に優れ、しかも耐
熱性および半田実装時の耐クラツク性に優れた封止樹脂
を得るために一連の研究を重ねた。その研究の過程で、
高温雰囲気下での保存信転性の低下の原因がエポキシ樹
脂組成物中に含有される難燃剤のハロゲン化エポキシ樹
脂であることから、この高温保存信顧性低下の対策とし
て、イオン捕捉剤をエポキシ樹脂組成物中に添加するこ
とを想起した。しかし、上記のようにビフェニル骨格を
有するエポキシ樹脂およびイオン捕捉剤を単にそのまま
組み合わせたエポキシ樹脂組成物を用いると、上記両者
の相溶性の低下によって、金型上にイオン捕捉剤を主成
分とする樹脂混合物が大量に析出するため、モールド金
型の汚れや離型性不良の発生という問題が生じることが
わかった。そこで、さらに一連の研究を重ねた結果、エ
ポキシ樹脂として特定のものを用いるとともに、成分原
料として用いるイオン捕捉剤の含有量をエポキシ樹脂組
成物全体の特定範囲内に設定すると、金型汚れおよび離
型性不良といった問題を生じることがなく、しかも耐熱
性および半田実装時の耐クラツク性に優れたエポキシ樹
脂組成物が得られることを見出しこの発明に到達した。

つぎに、この発明について詳細に説明する。

この発明に用いられる半導体封止用エポキシ樹脂組成物
は、前記一般式（１）で表される特殊なエポキシ樹脂（
Ａ成分）と、硬化剤（Ｂ成分）と、イオン捕捉剤（Ｃ成
分）とを用いて得られるものであって、通常、粉末状も
しくはそれを打錠したタブレット状になっている。

上記特殊なエポキシ樹脂（Ａ成分）は、ビフェニル型エ
ポキシ樹脂であり、下記の一般式（Ｉ）で表される。

このように、グリシジル基を有するビフェニル骨格に低
級アルキル基を付加したものは、撥水性を有するように
なる。

上記硬化剤（Ｂ成分）は、一般式（１）で表される特殊
なエポキシ樹脂（Ａ成分）の硬化剤として作用するもの
であり、例えばフェノールノボラック、タレゾールノボ
ラック等のフェノール樹脂等があげられ、特にノボラッ
ク型フェノール樹脂を用いるのが好ましい。そして、こ
れらフェノール樹脂としては、軟化点が５０〜１１０’
Ｃ，水酸基当量７０〜１５０のものを用いることが好ま
しい上記特殊なエポキシ樹脂（Ａ成分）と硬化剤（Ｂ成分）
の配合割合は、特殊なエポキシ樹脂中のエポキシ基１当
量に対して硬化剤成分中の水酸基が０．５〜２．０当量
となるように配合することが好適である。より好適なの
は、０．８〜１．２当量である。

上記特殊なエポキシ樹脂（Ａ成分）および硬化剤（Ｂ成
分）とともに用いられるイオン捕捉剤（Ｃ成分）として
は、ハイドロタルサイ）ｌ化合物等一般に用いられる無
機質イオン捕捉剤があげられる。そして、上記イオン捕
捉剤（Ｃ成分）の含有割合は、エポキシ樹脂組成物１０
０重量部（以下「部」と略す）に対して０．０５〜０．
２５部の割合に設定するのが好ましい。より好ましくは
０．１〜０，２部である。すなわち、イオン捕捉剤の含
有割合が０．０５部を下回るとエポキシ樹脂組成物中に
存在する遊離イオンの充分な捕捉効果が得られにくく、
逆に０．２５部を上回ると金型汚れおよび離型性不良が
生じ成形作業性が低下する恐れがあるからである。

また、この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物には、
上記特殊なエポキシ樹脂（Ａ成分）、硬化剤（Ｂ成分）
およびイオン捕捉剤（Ｃ成分）とともに、一般に、無機
質充填剤が用いられる。上記無機質充填剤としては、通
常、シリカ粉末があげられる。また、上記シリカ粉末以
外に、結晶性および溶融性フィラー、アルミナ粉末、炭
化珪素粉末等を用いることもできる。この無機質充填剤
の含有量は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体の７
０〜８０重量％の範囲内に設定することが好ましい。

なお、この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物には、
上記各成分以外に硬化促進剤、カップリング剤、難燃剤
、ワックス等が、必要に応じて通宜配合される。

上記硬化促進剤としては、特に限定するものではな〈従
来公知のものが用いられる。例えば、アミン系、リン系
、ホウ素系等があげられ、単独でもしくは併せて用いら
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、チオシアンタイプ等のメトキシある
いはエトキシシラン等があげられ、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、ブロム化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂等のブロ
ム化エポキシ樹脂、三酸化アンチモン、五酸化アンチモ
ン等の酸化アンチモン等があげられ、これらは単独でも
しくは併せて用いられる。

上記ワックスとしては、特に限定するものではなく、従
来公知のものが用いられ、例えば高級脂肪酸、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、上記各成
分を用いて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、上記各成分を適宜に配合し予備混合した
後、ミキシングロール機等の混練機にかけて加熱状態で
溶融混合する。そして、この混合物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、前記−般式（Ｉ
）で表される特殊なエポキシ樹脂（Ａ成分）と、イオン
捕捉剤（Ｃ成分）の作用により、耐熱性に優れ低吸湿化
が実現されており、またこれを用いて半田実装を行う際
にパッケージクラック等が生ずることがない。また、こ
のエポキシ樹脂組成物を用い、トランスファー成形によ
り半導体装置をモールド成形する際、封止樹脂がモール
ド金型に付着したりするがことなく、容易かつ確実に離
型できるようになる。

（発明の効果〕以上のように、この発明の半導体装置は、前記のような
特殊なエポキシ樹脂と特定量のイオン捕捉剤とを含有す
るエポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を樹脂封止し
て構成されているため、低吸湿化が図られ優れた耐熱性
を有している。したがって、半田実装におけるような過
酷な条件下においてもパッケージクラックを生ずること
がなく、高温雰囲気下での保存安定性に優れ、しかも耐
湿信顛性に優れたものが得られる。さらに、トランスフ
ァー成形時において、モールド金型の汚れが生じず、離
型性に優れており、高い信顧性を備えている。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

〔実施例１〜６、比較例１〜５〕下記の第１表に示す各原料を同表に示す割合で配合し、
この配合物を９０〜１１０°Ｃに加熱したロール混練機
にかけて３分間溶融混合した。ついで、この溶融混合物
を冷却した後粉砕し、さらに打錠することによりタブレ
ット状のエポキシ樹脂組成物を得た。

（以下余白）上記実施例および比較例のタブレット状のエポキシ樹脂
組成物の耐熱性等を評価するため、このエポキシ樹脂組
成物を用い、金線をワイヤーボンドした半導体素子をト
ランスファーモールドにて成形し半導体装置を作製した
。この半導体装置は８０ビンクワツドフラツトパツケー
ジ（８０ｐｉｎ−ＱＦＰ）（２０ｍｍＸ１４ｍｍｘ厚み
２．２圓）で６ｍｍＸ６ａｍ＋のチップを有するもので
ある。

このようにして作製された半導体装置について１０個を
２２０°Ｃのオーブン内に５０時間放置し、金線とチッ
プ上のアルミ配線の合金発生数を確認した。合金の発生
数は、半導体装置を発煙硝酸により開封して、金線の接
合部分を観察し不良発生数を確認した。なお、ここで金
とアルミの合金が形成されると、半導体装置としての信
顛性が低下することになる。また、上記の半導体装置２
０個を、８５°Ｃ／８５％ＲＨの恒温恒湿器内で７２時
間保管し、つぎに２６０°Ｃの溶融半田浴に１０秒間浸
漬して、パッケージクラックの発生数をカウントした。

さらに、タブレット状のエポキシ樹脂組成物を用い、離
型性を評価した。上記離型性の評価方法は、つぎのよう
にして行った。すなわち、第１図に示すように、上型１
．モールド型５の形成された中型２および下型３の三段
からなる離型荷重測定用金型４を準備し、上記中型２の
モールド型５の内面を洗浄液で洗浄した後、モールド型
５内にタブレット状エポキシ樹脂組成物を充填しトラン
スファー成形によりエポキシ樹脂組成物硬化体を作製し
た。図において、９は樹脂組成物を封入するための充填
穴である。つぎに、第２図に示すように、中型２のみを
取り出した。なお、モールド成形された硬化体７は、上
面の直径が２０＋＋ｏｎ、下面の直径が１８．５　ｍｍ
で高さ２０口の円錐台形状を有するものである。そして
、第３図に示すように、中型２を上下に反転させ、これ
をプッシュプルゲージ６で矢印六方向に硬化体７を押し
て、中型２内から硬化体７を離型させた。この中型２か
ら硬化体７が離型したときの荷重を測定しこの値を用い
て離型性を評価した。図において、８は支持フレームで
ある。さらに、連続１０ショット離型したあとのモール
ド型５内の汚れを目視判定した。その判定結果を、○・
・・汚れ無し。

△・・・汚れ有り、×・・・汚れがひどいの三段階で評
価した。つぎに、エポキシ樹脂組成物硬化体を用いて、
このガラス転移温度を熱機械分析により測定し、またＪ
　ＩＳ−に−６９１１に準じて曲げ強度を測定した。以
上の高温放置不良発生数、成形性試験（Ｍ型荷重、金型
汚れ）、半田クラック発生数、−膜特性（曲げ強度、ガ
ラス転移温度）の結果を下記の第２表に示した。

（以下余白）上記第２表の結果から、比較例１品は高温雰囲気下での
不良は生じなかったが金型汚れが生じ、クラックも多く
発生した。また、比較例２品は離型荷重の値が高く金型
汚れも生じた。比較例３品は高温雰囲気下で不良が多く
生じた。このように比較別品は高温雰囲気下での保存安
定性、成形性、半田浸漬信軌性のいずれかが劣っている
。これに対して、実施例品は全てに高い評価が得られた
。このことから、実施例品は成形性、高温雰囲気下での
信軌性および半田浸漬時の耐クラツク性に優れているこ
とがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は離型性評価に用いる成形用金型の縦断面図、第
２図はその成形用金型によりモールド成形した後の中型
の斜視図、第３図は第２図の中型を用いての離型荷重の
測定状態を示す説明図である。特許出願人　　日東電工株式会社代理人　弁理士　西　藤　征　彦第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有するエポキシ樹
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）下記の一般式（ I ）で表されるエポキシ樹脂。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（ I ）〔上記式（ I ）において、Ｒ＿１〜Ｒ＿４は炭素数１
〜４のアルキル基であり、互いに同じであつても異なつ
ていてもよい。〕（Ｂ）硬化剤。（Ｃ）イオン捕捉剤。
（２）（Ｃ）成分のイオン捕捉剤の含有量が、エポキシ
樹脂組成物１００重量部に対して０．０５〜０．２５重
量部の範囲に設定されている請求項（１）記載の半導体
装置。
（３）（Ｃ）成分のイオン捕捉剤がハイドロタルサイト
類化合物である請求項（１）または（２）記載の半導体
装置。
（４）下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有する半導体封止
用エポキシ樹脂組成物。（Ａ）下記の一般式（Ｉ）で表されるエポキシ樹脂。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（ I ）〔上記式（ I ）において、Ｒ＿１〜Ｒ＿４は炭素数１
〜４のアルキル基であり、互いに同じであつても異なつ
ていてもよい。〕（Ｂ）硬化剤。（Ｃ）イオン捕捉剤。