JPH04155941A - 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
、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とな
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、薄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、耐湿信転性、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
導体素子サイズは益々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
もパッケージにタラツクや膨れが発生しないという特性
も要求されるようになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記要求に対して、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シリコーン化合物を用い
てエポキシ樹脂を変性し、それにより熱応力を低減させ
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こと等も検
討されているが、両方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材料では、
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、上記両特性を向上させることが強く望まれて
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テストにより評価される各特性の向上および半田浸
漬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。

〔課題を解決しようとする手段〕

上記の目的を解決するための、この発明の半導体装置は
、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するという構成をとる。

（Ａ）エポキシ樹脂。

（Ｂ）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ナフトール−フェノール共縮
合体。

（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
れる各特性が優れているとともに、半田浸漬時の耐クラ
ツク性にも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、特殊なノボラック型硬化剤を用いると
、ＴＣＴテストで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封止樹脂が得られることを
見出しこの発明に到達した。

つぎに、この発明の詳細な説明する。

この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物は、エポキシ
樹脂（Ａ成分）と、特殊なノボラック型硬化剤（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。

上記エポキシ樹脂（Ａ成分）としては、２個以上のエポ
キシ基を有するものであれば特に分子量、分子構造等に
制限するものではな〈従来公知のものが用いられる。例
えば、ビスフェノールＡ型、フェノールノボラック型、
タレゾールノボラック型等が用いられる。これら樹脂の
なかでも融点が室温を超えており、室温下では固形状も
しくは高粘度の溶液状を呈するものが好結果をもたらす
。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１６０〜２５０、軟化点５０〜１３０°Ｃ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６０〜１１
０°Ｃのものが一般に用いられる 上記特殊なノボラック型硬化剤（Ｂ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
ボラック型ナフトール−フェノール共縮合体であり、下
記の一般式（１）で表される。下記の一般式（１）にお
いて、繰り返し数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態様は、
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（１）において、繰り返し数ｎとしてはＯ≦
ｎ≦１０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、なかでも上記一般式（
Ｉ）で表されるノボラック型硬化剤として、下記の構造
式で表される３核体のものが好ましい。

このような特殊なノボラック型硬化剤は、例えば、ナフ
トールとフェノール成分をアルデヒド成分を介して反応
させ縮合させることにより得られる。上記ノボラック型
硬化剤の縮合度は２〜５の範囲に設定するのが好ましい
。上記ナフトールとしては、α−ナフトール、β−ナフ
トールがあげられる。また、上記フェノール成分には、
フェノールのみならずクレゾールも含まれる。そして、
上記クレゾールとしては、ｐ−クレゾール、　　０−ク
レゾールがあげられる。さらに、上記アルデヒド成分と
しては、ホルムアルデヒドが好適にあげられるが、これ
に限定するものではなく、これ以外の他のアルデヒド成
分を用いてもよい。上記ナフトールとフェノール成分の
使用割合は、ナフトール１モルに対してフェノール成分
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＋−−ルとフェノール成分の組み合わせにおいて、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。

上記エポキシ樹脂（Ａ成分）と特殊な硬化剤（Ｂ成分）
との相互の配合割合は、上記エポキシ樹脂中のエポキシ
基１当量当たり硬化剤中の水酸基が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Ａ成分および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、例えば石英ガラス粉末、タル
ク、シリカ粉末およびアルミナ粉末等があげられる。特
に好適なのはシリカ粉末である。このような無機質充填
剤の含有量は、シリカ粉末の場合、エポキシ樹脂組成物
全体の５０重量％（以下「％」と略す）以上に設定する
のが好ましい。特に好ましくは７０％以上であり、さら
に好ましくは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テストによる各特
性の向上および半田浸漬時の体クラック性の向上効果が
大幅に低下するからである。

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（ＩＩ）および（ＩＩＩ）
で表されるものがあげられ、単独でもしくは併用される
。

は、その配合量は、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す
ることができる。

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、場合によって、シリコ
ーン化合物および他の添加剤を用い、これらを所定の割
合で配合する。ついで、これら配合物をミキシングロー
ル機等の混練機にかけ、加熱状態で溶融混練して室温に
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、前記シリコーン化合物を用い
て上記Ａ成分またはＢ成分を変性し、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、特殊なノボラッ
ク型硬化剤（Ｂ成分）を含むエポキシ樹脂組成物を用い
ていることから、ＴＣＴテストで評価される特性が向上
し、また半田浸漬時に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、特殊なノボラ
ック型硬化剤（Ｂ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
後の半田浸漬時においてもパッケージクラックが生しな
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４■以上の大形の半導体装置において、
上記のような高信顧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１〜２６、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℃）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°ＣＸ２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：２０Ｘ１４Ｘ２ｍ）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°
Ｃ１５分〜１５０℃７５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°Ｃ／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、比較別品は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時間で全てパッケージにクラックが生じた。これに対
して、実施別品は、ＴＣＴテストおよび半田浸漬時の両
テストにおいて、比較例に比べて耐クラツク性テストの
発生数が少なかった。このことから、実施別品はＴＣＴ
テストおよび半田浸漬時の耐クラツク性の双方に優れて
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 (1)

1. 【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）エポキシ樹脂。 （Ｂ）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ナフ トール−フェノール共縮合体。 （Ｃ）無機質充填剤。 （２）上記（Ａ）〜（Ｃ）成分とともに下記の一般式（
   II）および（III）で表されるシリコーン化合物の少な
   くとも一方が含有されている請求項（１）記載の半導体
   装置。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（II） ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（III） ［上記一般式（II）および（III）において、Ｒはメチ
   ル基、Ｒ＿１は▲数式、化学式、表等があります▼（た
   だし、ｌは １〜３の整数）、Ａはアミノ基、エポキシ基、カルボキ
   シル基、水酸基またはシクロヘキセンオキサイド基であ
   り、ｍは１〜３００の整数でｎは０または１〜３００の
   整数（ただしｍ＋ｎ＝１〜５００の整数）、ｘは１０〜
   ３００の整数である。］（３）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）エポキシ樹脂。 （Ｂ）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ナフ トール−フェノール共縮合体。 （Ｃ）無機質充填剤。 （４）上記（Ａ）〜（Ｃ）成分とともに下記の一般式（
   II）および（III）で表されるシリコーン化合物の少な
   くとも一方が含有されている請求項（３）記載の半導体
   封止用エポキシ樹脂組成物。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（II） ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（III） ［上記一般式（II）および（III）において、Ｒはメチ
   ル基、Ｒ＿１は▲数式、化学式、表等があります▼（た
   だし、ｌは １〜３の整数）、Ａはアミノ基、エポキシ基、カルボキ
   シル基、水酸基またはシクロヘキセンオキサイド基であ
   り、ｍは１〜３００の整数でｎは０または１〜３００の
   整数（ただしｍ＋ｎ＝１〜５００の整数）、ｘは１０〜
   ３００の整数である。］