JPH04155939A - 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］ 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〕

トランジスター、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子は、従来
から、セラミックパッケージ等によって封止され、半導
体装置化されていたが、最近では、コスト量産性の観点
から、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。この種の樹脂封止には、従来からエポキ
シ樹脂が使用されており良好な成績を収めている。しか
しながら、半導体分野の技術革新によって集積度の向上
とともに素子サイズの大形化、配線の微細化が進み、パ
ッケージも小形化、ｆｉ形化する傾向にあり、これに伴
って封止材料に対してより以上の信頼性（得られる半導
体装置の熱応力の低減、耐湿信顧性、耐熱衝撃試験に対
する信頼性等）の向上が要望されている。特に、近年、
半導体素子サイズはますます大形化する傾向にあり、半
導体封止樹脂の性能を評価する加速試験である熱サイク
ル試験（ＴＣＴテスト）に対するより以上の性能の向上
が要求されている。また、半導体パッケージの実装方法
として表面実装が主流となってきており、このため、半
導体パッケージが吸湿した状態において半田溶融液に浸
漬してもパッケージにクラックやふくれが発生しないと
いう特性も要求されている。

（発明が解決しようとする課題〕 このような要求に関して、従来からＴＣＴテストによっ
て評価される各特性の向上のために、例えばシリコーン
化合物を用いてエポキシ樹脂を変性して熱応力を低減さ
せることが検討されている。また、半田浸漬時の耐クラ
ツク性の向上のためにリードフレームと封止樹脂との密
着性を向上させる等が検討されているが、両者とも未だ
充分な効果は得られていないのが実情である。

このように、これまでの封止用エポキシ樹脂組成物では
、ＴＣＴテストの結果や半田浸漬時の耐クラツク性の両
特性が満足のいくものではない。

このため、上記技術革新による半導体素子サイズの大形
化や表面実装化に対応できるように、上記両特性の向上
が強く望まれている。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、Ｔ
ＣＴテストによって評価される各特性および半田浸漬時
の耐クラツク性の双方に優れた半導体装置の捷供をその
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）成分を含有し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）ナフトールから誘導される構造単位を１分子中に
１個以上含むノボラック型ポリグリシジルエーテル。

（Ｂ）フェノール樹脂。

（Ｃ）無機質充填剤。

〔作用〕

すなわち、本発明者らは、ＴＣＴテストによって評価さ
れる各特性および半田浸漬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。その結果、上
記のような特殊な骨格構造を有するノボラック型ポリグ
リシジルエーテルを用いると、ＴＣＴテストで評価され
る特性および半田浸漬時の耐クラツク特性の双方に優れ
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。

この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物は、特殊な骨
格構造を有するエポキシ樹脂（Ａ成分）と、フェノール
樹脂（Ｂ成分）と、無機質充填剤（Ｃ成分）とを用いて
得られるものであり、通常、粉末状あるいはこれを打錠
したタブレット状になっている。

上記特殊な骨格構造を有するエポキシ樹脂（Ａ成分）は
、ナフトールから誘導される構造単位を１分子中に１個
以上含むノボラック型ポリグリシジルエーテルであり、
このような特殊なノボラック型ポリグリシジルエーテル
は、例えば下記の一般式で表される。下記の一般式にお
いて、切り返し数ｎで示されるフェノール成分と、繰り
返し数ｍで示されるナフトール成分との縮合のＪＩｑ様
は、交互、ランダム、ブロック等特に問わないが、その
多くは交互縮合の態様になる。

上記一般式において、繰り返し数ｎとしては０≦ｎ≦１
０の範囲、繰り返し数ｍとしては１≦ｍ≦２０の範囲が
好ましく、しかもｎ＋ｍの値として２≦ｎ＋ｍ≦２０の
範囲が好ましい。そして、なかでもノボラック型ポリグ
リシジルエーテルとして、下記の構造式で表される３核
体のものを用いるのが好ましい。

１である。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
ヲこのノボラック型ポリグリシジルエーテルは、ナフト
ールとクレゾールをアルデヒド成分を用いてナフトール
−クレゾール重合体を作製し、これをエピクロルヒドリ
ンと反応させることにより得られる。上記ナフトール−
クレゾール重合体の重合度は２〜５の範囲が好ましい。

上記ナフトールとしては、α−ナフトールおよびβ−ナ
フトールの少なくとも一方があげられ、クレゾールとし
ては、ｐ−クレゾールおよび。−クレゾールの少なくと
も一方があげられる。また、上記アルデヒド成分として
は、ホルムアルデヒドがあげられるが、これに限定する
ものではなく、これ以外のアルデヒドを用いてもよい。

上記ナフトールとクレゾールの使用割合は、ナフトール
１モルに対してクレゾールを０．２〜２モルの割合に設
定するのが好ましく、特に好ましくは０．４〜０．６モ
ルである。

そして、上記ナフトールとクレゾールの組み合わせにお
いては、α−ナフトールとｐ−クレゾールの組み合わせ
が好適である。

上記フェノール樹脂（Ｂ成分）は、上記特殊な骨格構造
を有するエポキシ樹脂（Ａ成分）の硬化剤として作用す
るものであり、フェノールノボラック、タレゾールノボ
ラック樹脂等が好適に用いられる。これらノボラック樹
脂は、軟化温度が５０〜１１０°Ｃ１水酸基当量が７０
〜１５０のものを用いるのが好ましい。特に上記ノボラ
ック樹脂のなかでもフェノールノボラック樹脂を用いる
ことが好結果をもたらす。

上記特殊なエポキシ樹脂（Ａ成分）とフェノール樹脂（
Ｂ成分）との配合割合は、特殊なエポキシ樹脂中のエポ
キシ基１当量当たりフェノール樹脂中の水酸基が０．８
〜１．２当量となるように配合することが好ましい。

上記特殊なエポキシ樹脂（Ａ成分）およびフェノール樹
脂（Ｂ成分）とともに用いられる無機質充填剤（Ｃ成分
）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、例えば石英ガラス、タルク、シリカ粉末
およびアルミナ粉末等があげられる。なかでも、シリカ
粉末を用いるのが好適である。このような無機質充填剤
（Ｃ成分）の含有量は、例えばシリカ粉末を用いる場合
、エポキシ樹脂組成物全体の５０重量％（以下「％」と
略す）以上になるように設定するのが好適である。より
好適なのは７０％以上であり、特に好適なのは８０％以
上である。すなわち、無機質充填剤の含有量が５０％を
下回るとＴＣＴテストによって評価される特性および半
田浸漬時の耐クラツク性の向上効果が大幅に低下する傾
向がみられるからである。

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Ａ−Ｃ成分に加えて、内部応力の低減のためにシリ
コーン化合物を用いるのが好ましい。上記シリコーン化
合物としては、下記の一般式（１）および（ｎ）で表さ
れるもののの少なくとも一方があげられる。

（余　　白　　） このようなシリコーン化合物の配合量は、エポキシ樹脂
組成物全体の５％以下になるように設定するのが好まし
い、特に好ましくは０．５〜３％の範囲内である。

なお、この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物には、
上記各成分以外に必要に応じて、他の添加剤として硬化
促進剤である従来公知の三級アミン、四級アンモニウム
塩、イミダゾール類およびホウ素化合物等が適宜配合さ
れる。これらは単独でもしくは併せて用いられる。さら
に、三酸化アンチモン、リン系化合物等の難燃剤や顔料
、シランカップリング剤等のカップリング剤等を配合づ
ることかできる。

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することができる。

すなわち、まず上記Ａ−Ｃ成分、シリコーン化そ物およ
び他の添加剤を所定の割合で配合する。ていで、これら
配合物をミキシングロール機等の法練機にかけ、加熱状
態で溶融混練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、心事に応じて打錠するという一連の工
程を経ることによって目的とするエポキシ樹脂組成物を
製造することができる。また、各成分の配合に先立って
、シリコーン化合物を用いて上記Ａ成分またはＢ＄分を
変性し、この変性物と残りの成分を配合してもよい。

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
封止等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って行うことがで
きる。

このようにして得られる半導体装置は、前記時−殊な骨
格構造を有するエポキシ樹脂（Ａ成分）を含有するため
、ＴＣＴテストで評価される特性が向上し、また半田浸
漬時ムこおける優れた耐クラツク性を有している。

［発明の効果］ ；　　　以上のように、この発明の半導体装置は、特殊
１　　な骨格構造を有するエポキシ樹脂（Ａ成分）を含
む特殊なエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂封止さ１　　
れているため、ＴＣＴテストによって評価される特性が
向上し長寿命になる。また、吸湿後、半田浸漬時におい
てもパッケージクラックが生じない。特に、上記特殊な
エポキシ樹脂組成物による封止により、８ピン以上、特
に１６ピン以上の、もしくは半導体素子の長辺が４１１
ＩＩ１１以上の大形の半導体装置において、上記のよう
な高信鯨性が得られるようになり、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。

まず、実施例に先立って、下記の第１表に示すシリコー
ン化合物ａ　−ｆを準備した。

（以下余白） 〔実施例１〜２４、比較例１〜３〕 上記第１表に示したシリコーン化合物および下記の第２
表に示した各成分を、第２表に示す割合で配合し、ミキ
シングロール機（温度１００°Ｃ）で３分間溶融混練を
行った。つぎに、これを冷却固化した後、粉砕して目的
とする粉末状エポキシ樹脂組成物を得た。

（以下余白） 以上の実施例および比較例によって得られた粉末状エポ
キシ樹脂組成物を用い、半導体素子をトランスファー成
形（条件：１７５℃×２分、１７５°ＣＸ５時間後硬化
）することにより半導体装置を得た。このパッケージは
８０ビンＱＦＰ　（クワッドフラットパッケージ、サイ
ズ：２０Ｘ１４Ｘ２閣）であり、グイパッドサイズは８
Ｘ８ｍｍである。

このようにして得られた半導体装置について、−５０℃
１５分〜１５０℃１５分のサイクル数を変えてＴＣＴテ
ストを行いパッケージクラックの発生数を測定した。ま
た、８５℃／８５％ＲＨの恒温槽中に吸湿時間を変え放
置して吸湿させた後に、２６０°Ｃの半田溶融液に１０
秒間浸漬する試験を行い、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３表に示した。

（以下余白） 第３表の結果から、比較例品はＴＣＴテストではサイク
ル数が多くなるにつれてパッケージクラックが発生し、
また半田浸漬時の耐クラツク性テストでは吸湿時間が４
８時間で全てのパッケージにクラックが生じた。これに
対して、実施例品はＴＣＴテストおよび半田浸漬時の耐
クラツク性テストの両テストにおいて、比較例品に比べ
てクラックの発生数が少なかった。このことから、実施
例品はＴＣＴテスト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。

特許出願人　　日東電工株式会社 代理人　弁理士　西　藤　征　彦

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有しているエポキ
   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）ナフトールから誘導される構造単位を１分子中に
   １個以上含むノボラック型ポリ グリシジルエーテル。 （Ｂ）フェノール樹脂。 （Ｃ）無機質充填剤。
2. （２）下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有している半導体
   封止用エポキシ樹脂組成物。 （Ａ）ナフトールから誘導される構造単位を１分子中に
   １個以上含むノボラック型ポリ グリシジルエーテル。 （Ｂ）フェノール樹脂。 （Ｃ）無機質充填剤。