JPH04188857A

JPH04188857A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH04188857A
Application number: JP31957290A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Yamaguchi; 美穂山口; Yoshinobu Nakamura; 吉伸中村; Kiyoshi Saito; 潔斉藤
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1990-11-22
Filing date: 1990-11-22
Publication date: 1992-07-07

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、信骸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、
耐浸透性にも優れているため、温度、湿度に対して強く
、しかも中空パッケージのため機械的強度も高く信頼性
の高い封止が可能である。しかしながら、構成材料は比
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きている。この種の樹脂封止には
、従来からエポキシ樹脂組成物が使用されており、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
、パッケージを小形化、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鯨性（得られる半
導体装置の内部応力。

耐湿信頼性、耐衝撃信転性、耐熱信輔性等）の向上が要
望されている。特に、近年、チップ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評価用の加
速試験である熱サイクル試験（ＴＣＴテスト）に対する
より以上の性能が要求されている。また、半導体の実装
法として表面実装が主流となってきており、このために
半導体パッケージを吸湿させたうえで半田槽に浸漬して
も、パッケージにクラックやふくれが発生しないという
特性が要求されている。これに関して従来からＴＣＴテ
ストで表される各特性の向上のためにゴムで変性して熱
応力を低減させることが検討されており、また半田浸漬
時の耐クラツク性向上のためにリードフレームとの密着
性の向上環が検討されてきたが、その効果は未だ充分で
はない。

［発明が解決しようとする課Ｂ］上記のように、これまでの封止用エポキシ樹脂組成物は
ＴＣＴテストの結果や半田浸漬時の耐クラツク性等の特
性が充分ではなかった。このため、上記技術革新による
素子サイズの大形化や表面実装に対応できるように、上
記の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テストで表される各特性の向上、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）エポキシ樹脂。

（Ｂ）硬化剤。

（Ｃ）平均粒径が２０〜７０μｍのシリカ（Ｘ）と、１
次粒子の平均粒径が０．０１〜１μｍで２次粒子の平均
粒径が１〜１０μｍの表面凹凸シリカ（Ｙ）とからなり
、上記ＸおよびＹの重量基準の混合割合Ｘ／Ｙが９５１
５〜７５／２５になるように設定されている無機質充填
材。

〔作用〕

すなわち、本発明者らは、ＴＣＴテストで表される各特
性の向上および半田浸漬時の耐クラツク性の向上を実現
するため、一連の研究を重ねた。

その結果、封止用樹脂組成物として、前記（Ｃ）成分の
ように、平均粒径（２次粒子）の小さい表面凹凸シリカ
と、平均粒径の大きい通常のシリカを混合したものを用
い、これで樹脂封止すると、得られる半導体装置が、Ｔ
ＣＴテストおよび半田浸漬時の耐クラツク性の双方に優
れるようになることを見いだし、この発明に到達した。

つぎに、この発明の詳細な説明する。

この発明の半導体装置に用いるエポキシ樹脂組成物は、
エポキシ樹脂（Ａ成分）と、硬化剤（Ｂ成分）と、特殊
な無機充填材（Ｃ成分）とを用いて得られるものであり
、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Ａ成分となるエポキシ樹脂は、特に制限するもので
はなく、タレゾールノボラック型、フェノールノボラッ
ク型やビスフェノールＡ型等、従来から半導体装置の封
止樹脂として用いられている各種エポキシ樹脂があげら
れる。これらの樹脂のなかでも融点が室温を越えており
、室温下では固形状もしくは高粘度の溶液状を呈するも
のを用いることが好結果をもたらす。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℃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１８
０〜２１０．軟化点６０〜１１Ｏ″Ｃのものが一般に用
いられる。

上記エポキシ樹脂とともに用いられるＢ成分の硬化剤と
しては、フェノールノボラック、タレゾールノボラック
等が好適に用いられる。これらのノボラック樹脂は軟化
点が５０〜１１０°Ｃ１水酸基当量が７０〜１５０のも
のを用いることが好ましい。特に上記ノボラック樹脂の
中でもクレゾールノボラックを用いることが好結果をも
たらす。

上記Ａ成分のエポキシ樹脂とＢ成分の硬化剤との配合比
は、上記エポキシ樹脂中のエポキシ基１当量に対して硬
化剤の水酸基が０．８〜１．２当量となるように配合す
ることが好ましい。

上記エポキシ樹脂、硬化剤とともに用いられるＣ成分の
特殊な無機質充填材は、平均粒径が２０〜７０μｍの通
常用いられるシリカと、１次粒子の平均粒径が０．０１
〜１μｍで、２次粒子の平均粒径が１〜１０μｍの表面
凹凸シリカを含んだものである。上記通常用いられるシ
リカとしては、従来公知のものであれば特に限定するも
のではなく、例えば溶融シリカ等が好適に用いられる。

上記表面凹凸シリカは、平均粒径０．０１〜１μｍの粒
子（１次粒子）が集合した平均粒径１〜１０μｍ（２次
粒子）の集合体である。このようなシリカとしては、例
えば破砕状シリカ等があげられる。

通常、エポキシ樹脂組成物のＴＣＴテストや半田クラン
ク性の材料物性として、破壊靭性値と曲げ強度が用いら
れている。上記破壊靭性値はクラックを有する脆性材料
の破壊に対する粘り強さを示すものであり、曲げ強度は
クラックの起こり易さを示すものである。本発明者らは
、無機質充填剤の粒子サイズにおける両者の物性への影
響を中心に研究したところ、粒子サイズによるこれらの
物性への影響をみると、粒子サイズが大きいほど破壊靭
性値は高く、粒子サイズが小さいほど曲げ強度が高くな
るということを突き止めた。特に、破砕フィラーの場合
、大きな粒子では、粒子自身の破壊のため封止樹脂の曲
げ強度が低下してしまう。そこで、本発明者らは、破壊
靭性値と曲げ強度の両方を向上させるために、粒子サイ
ズの大きなシリカと、粒子サイズが小さく樹脂が凹凸部
分に入り込むアンカー（投錨）効果が期待される表面凹
凸シリカを選択し、これらを組み合わせて用いることを
着想し実験を行った。その結果、上記の構成によってＴ
ＣＴテストや半田実装時のクラック発生が抑制され、ま
たパッケージ内に微少クラックが発生しても上記シリカ
の含有によりそのクラックの進行が抑制されるという効
果が得られるようになった。

上記通常用いられるシリカ（Ｘ）と表面凹凸シリカ（Ｙ
）の相互の混合割合は、Ｘ＋Ｙ＝　１００を基準とする
重量比で、Ｘ／Ｙ＝９５１５〜７５／２５の割合に設定
する必要がある。すなわち、Ｘが９５を上回る（Ｙが５
を下回る）と、表面凹凸シリカによるクラック進行抑制
効果が低下し、逆にＸが７５を下回る（Ｙが２５を上回
る）と、エポキシ樹脂組成物の粘度が著しく上昇するが
らである。このような特殊な無機質充填材の配合は、エ
ポキシ樹脂組成物全体の５０％以上に設定するのが好ま
しい。より好ましくは、７０％以上で、特に好ましくは
８０％以上である。すなわち、無機質充填材の含有量が
５０％を下回ると、ＴＣＴテストや耐半田クラック性の
向上効果が大幅に低下する傾向がみられるからである。

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Ａ成分、Ｂ成分およびＣ成分以外に必要に応じて硬
化促進剤として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を単独でもし
くは併せて用いることができる。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を用いることができる。

また、この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物中に、
シリコーン化合物を添加して変性を行うと、さらに効果
的である。変性に用いられるシリコーン化合物としては
、例えば下記の一般式（■）および式（ｎ）で表される
ものがあげられ、単独でもしくは併せて用いられる。

（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、好ましいのは０．５〜３．０％の範囲内で
ある。

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、エポキシ樹脂（Ａ成分）、硬化剤（Ｂ成分）
、特殊な無機充填材（Ｃ成分）および必要に応じてシリ
コーン化合物、硬化促進剤、難燃剤、Ｒ料およびカップ
リング剤を所定の割合で配合する。ついで、これら混合
物をミキシングロール機等の混練機に掛は加熱状態で混
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
工程により目的とするエポキシ樹脂組成物を得ることが
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、エポキシ樹脂組
成物中に含まれる粒径の大きなシリカと粒径の小さな表
面凹凸シリカ（Ｃ成分）の作用により、封止樹脂の特性
が向上し、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。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の半導体装置は、粒子サイズと
形状の異なる２種類のシリカを特定の割合で含有する無
機質充填材（Ｃ成分）を含む特殊なエポキシ樹脂組成物
を用いて封止されているため、ＴＣＴテストで表される
特性が向上して長寿命になる。また、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が生
ずることがない。かつ封止樹脂が高熱伝導性を備えてい
る。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ビン以上、特に１６ビン以上もしくはチップの
長辺が４ｍ以上の大形の半導体装置において、上記のよ
うな高信顧度が得られるようになるのであり、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１〜１０、比較例１〜５〕上記第１表に示すシリコーン化合物ａ　−ｆおよび下記
の第２表に示す各成分を第２表に示す配合割合に従って
配合し、ミキシングロール機（ロール温度１００°Ｃ）
で３分間溶融混練を行い、冷却固化後粉砕を行って目的
とする微粉末状の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微粉末状の
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。

このようにして得られた半導体装置について、＝５０°
Ｃ１５分〜１５０°Ｃ１５分のＴＣＴテスト、８５°Ｃ
×８５％ＲＨの恒温槽中に放置する吸湿条件、温度２６
０　’Ｃで１０秒間半田浴浸漬する試験を行った。また
、ＡＳＴＭＥ３９９−８１にもとづいて破壊靭性試験を
行い破壊靭性試験値を求めた。その結果は、第３表のと
おりである。

（以下余白）第３表の結果から、実施別品はＴＣＴテストおよび半田
浸漬時の耐クラツク性テストの成績がよ（、信顛性が比
較別品に比べて著しく向上していることがわかる。

Claims

【特許請求の範囲】

（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）エポキシ樹脂。（Ｂ）硬化剤。（Ｃ）平均粒径が２０〜７０μｍのシリカ（Ｘ）と、１
次粒子の平均粒径が０．０１〜１ μｍで２次粒子の平均粒径が１〜１０μ ｍの表面凹凸シリカ（Ｙ）とからなり、上記ＸおよびＹの重量基準の混合割合Ｘ／Ｙが９５／５〜７５／２５になるように設定されている無機質充填材。
（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）エポキシ樹脂。（Ｂ）硬化剤。（Ｃ）平均粒径が２０〜７０μｍのシリカ（Ｘ）と、１
次粒子の平均粒径が０．０１〜１ μｍで２次粒子の平均粒径が１〜１０μ ｍの表面凹凸シリカ（Ｙ）を含み、上記ＸおよびＹの重量基準の混合割合Ｘ／Ｙが９５／５〜７５／２５になるように設定されている無機質充填材。