JPH04199855A

JPH04199855A - 半導体装置およびそれに用いる半導体封止用エポキシ樹脂組成物

Info

Publication number: JPH04199855A
Application number: JP33663090A
Authority: JP
Inventors: Shinya Akizuki; 伸也秋月
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1990-11-29
Filing date: 1990-11-29
Publication date: 1992-07-21
Anticipated expiration: 2014-01-27
Also published as: JP2851699B2

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、信軌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
共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顛性（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
軌性等）の向上が要求されている。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
脂の性能評価用゛の加速試験である熱サイクル試Ｘ１（
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、このために半導体パッ
ケージを吸湿させた上で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が要
求されている。

これに関して、従来から、ＴＣＴテストで評価される各
特性の向上のためにシリコーン化合物でエポキシ樹脂を
変性して熱応力を低減させることが検討されており、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
ームとの密着性の向上環が検討されてきたが、その効果
はいまだ充分でない。

〔発明が解決しようとする課題。〕

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の特
性が充分ではなかった。このために上記の技術革新によ
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テストで評価される各特性の向上および半田溶融液
浸漬時の耐タラ・ンク性に優れた半導体装置の提供−を
目的とする。　″　“　　　・−〔課−を解決するため
の手段］　　−”　−−下“記め目的を達成するため、
本発明は、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してなる半
導体装置を第１の要旨とし、（Ａ）下記の（イ）および（ロ）の少なくとも一方。

（イ）１分子中に有橋炭化水素化合物基を１個以上含み
、下記の一般式（Ｉ）で表される有橋炭化水素化合初度性フェノール樹脂のグリシジルエーテル化物からなるエポキシ樹脂。

（ロ）、上記（イ）以外のエポキシ樹脂。

（Ｂ）下記の（ハ）および（ニ）の少な（とも２．′＝
方くただしくＡ）成分・が上記（口、−）のみから−な
るときには、（Ｂ）成分は少なくとも（ハ）からなる）（ハ）１分子中に有橋炭化水素化合物基を１個以上含み
、下記の一般式（ ■）で表される有橋炭化水素化合初度性フェノール樹脂。

（ニ）上記（ハ）以外のフェノール樹脂。

（Ｃ）無機質充填剤。

上記（Ａ）〜（Ｃ）成分に加えて、下記の一般式（Ｉｎ
）で表されるシリコーン化合物および一般式（ＩＶ）で
表されるシリコーン化合物の少なくとも一方を含むエポ
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
体装置を第２の要旨とする。

（余　　白　　）〔作用〕本発明者らは、ＴＣＴテストで評価される各特性の向上
および半田溶融液に浸漬した際の′耐り、ラック性の向
上を実現するために一連の研究を重ねた。その結果、上
記一般式（Ｉ）赫よび（ＩＩ）で表されるような特殊骨
格構造を有するエポキシ樹脂およびフェノール樹脂を用
いると、さらにこれら特殊な樹脂と前記一般式（ＩＩＩ
）および（■゛）で表される特殊なシリコーン化合物を
併用すると、ＴＣＴテストおよび吸湿後の半田溶融液に
浸漬した際の耐クラツク性の双方に優れるようになるこ
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。

この発明の半導体装置に用いるエポキシ樹脂組成物は、
Ａ成分を構成するエポキシ樹脂と、Ｂ成分を構成するフ
ェノール樹脂との組み合わせにより、つぎの４種類の態
様がある。

第１の態様は、新規エポキシ樹脂〈一般式（Ｉ）〉と、
通常のフェノール樹脂との組み合わせであり、第２の態
様は、通常のエポキシ樹脂と新規フェノール樹脂く一般
式（■）〉の組み合わせであり、第３の態様は、上記新
規エポキシ樹脂と上記新規フェノール樹脂の組み合わせ
であり、第４の態様は、上記新規エポキシ樹脂および新
規フェノール樹脂の片方または双方と、通常のエポキシ
樹脂または通常のフェノール樹脂との組み合わせである
。また、これら４種類の態様に、前記一般式（ＩＩ［）
および（ＩＶ）で表される特殊なシリコーン化合物の組
み合わせもあげられる。これらは、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。

まず、上記第１の態様について説明する。

上記第１の態様において用いられ・るＡ成分を構成する
新規エポキシ樹脂は、前記一般式（１）で表され、１分
子中に有橋炭化水素化合物基を１個以上含む有橋炭化水
素化合物変性フェノール樹脂をグリシジルエーテル化し
たものである。上記有橋炭化水素化合物変性フェノール
樹脂は、例えばフェノールとジシクロペンタジェン等の
有橋炭化水素ジエン化合物を酸性触媒にて共重合させる
ことにより作製される。このようにして、有橋炭・化水
素化合物を１個以上含む有橋炭化水素化合物変性フェノ
ール樹脂が作製される。上記有橋炭化水素化合物基とし
ては、ビシクロ（２，２，１）へブタン基、ビシクロ（
３，２’、１）オクタン基等の二環系架橋化合物基や、
トリシクロＣ５，１゜１．０２・６）デカン基等の二環
系架橋化合物基等があげられる。そして、これをグリシ
ジルエーテル化することにより得られる。・上記反応に
おいて、縮合度は４〜６が望ましい。− 上記新規エポキシ樹脂とともに用いられる通常のフェノ
ール樹脂としては、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、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あげられる。これらノ
ボラック樹脂は、軟化点が５０〜１１０°Ｃ２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なかでもタレゾールノボラックを
用いることが好結果をもたらす。

上記新規エポキシ樹脂と通常のフェノール樹脂の配合比
は、上記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
に配合することが望ましい。

上記新規エポキシ樹脂９適常のフェノール樹脂とともに
用いられるＣ成分の無機質充填剤は、特に限定するもの
ではなく、一般に用いられている石英ガラス粉末、タル
ク、シリカ粉末、アルミナ粉末、炭酸カルシウム、カー
ボンブラック粉末等があげられる。特にシリカ粉末を用
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
％以上に設定するのが好ましい。特に好ましくは８０％
以上である。すなわち、シリカ粉末の含有量が５０％を
下回ると充填剤を含有した効果が大幅に低下する傾向が
みられるからである。

つぎに、上記第２の態様について説明する。

上記第２の態様に用いられる通常のエポキシ樹脂は、特
に限定するものではなく、従来公知のものが用いられる
。例えば、ビスフェノールＡ型。

フェノールノボラック型、クレゾールノボラック型等が
あげられる。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。

上記フェノールノボラック型エポキシ樹肥と７では、通
常、エポキシ当１ｉ１６０〜２５０．軟化点５０〜１３
０°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６０〜１１０　”Ｃのものが一般に用いられる。

上記通常のエポキシ樹脂とともに用いられる新規フェノ
ール樹脂は、前記一般式（ｎ）で表され、１分子中に有
橋炭化水素化合物基を１個以上含む有橋炭化水素化合物
変性フェノール樹脂を骨格とするものであり、縮合度は
４〜６が望ましい。

このような新規フェノール樹脂は上記第１の態様におい
て用いられる新規エポキシ樹脂のグリシジルエーテル化
するまえのフェノール樹脂の作製と同様にして得られる
。

上記通常のエポキシ樹脂と新規フェノール樹脂との配合
比も、前記第１の態様と同様、上記通常のエポキシ樹脂
中のエポキシ基１当量当たり新規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。

また、上記通常のエポキシ樹脂および新規フェノール樹
脂とともに用いられる無機質充填剤も、前記第１のＬｑ
様と同様のものがあげられ、配合量も同様の割合に設定
することが好適である。

つぎに、上記第３の態様について説明する。

上記第３の態様は新規エポキシ樹脂と新規フェノール樹
脂の組み合わせであり、上記新規エポキシ樹脂、新規フ
ェノールさらにＣ成分の無機質充填剤とも、前記第１の
態様および第２の態様で用いられるものと同様のものが
あげられる。

さらに、上記第４の態様について説明する。

上記第４の態様は、新規エポキシ樹脂および新規フェノ
ール樹脂の片方または双方と、通常のエポキシ樹脂また
は通常のフェノール樹脂との組み合わせである。この場
合の通常のエポキシ樹脂またはフェノール樹脂の配合割
合は、それぞれエポキシ樹脂成分全体またはフェノール
樹脂成分全体の５０重量％（以下「％」と略す）未満に
設定することが好ましい。

そして、上記エポキシ樹脂成分およびフェノール樹脂成
分とともに用いられる無機質充填剤としては、上記第１
〜第３の態様で用いられるものと同様のものがあげられ
る。

さらに、前記第１〜第４の態様において用いられるエポ
キシ樹脂成分、フェノール樹脂成分および無機質充填剤
に加えて、特殊なシリコーン化合物を用いてもよい。上
記特殊なシリコーン化合物としでは、下記の一般式（Ｉ
ＩＩ）および（ＩＶ）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。

このようなシリコーン化合物の配合量は、シリコーン化
合物がエポキシ樹脂組成物全体の５％以下になるように
設定されるのが好ましい。特に好ましいのは０．５〜３
．０％の範囲内である。すなわち、シリコーン化合物の
配合量が５％を超えると耐熱性等の特性が低下する傾向
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、
上記第１〜第４の態様で用いられるエポキシ樹脂成分、
フェノール樹脂成分、無機質充填剤およびシリコーン化
合物以外に、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、二酸化アンチモン、リン系化合物等の難燃剤や
、カーボンブラックや酸化チタン等の顔料、パラフィン
や脂肪族エステル等の離型剤、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。

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、第１〜第４の態様で用いられるエポキシ樹脂
、フェノール樹脂および無機質充填剤、さらにこれらに
加えてシリコーン化合物、そして必要に応じて硬化促進
剤、難燃剤、顔料１Ｍ型剤およびシランカップリング剤
を所定の割合で配合する。ついで、これらの混合物をミ
キシングロール機等の混練機を用いて加熱状態で溶融混
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、必要に応じて打錠するという一連の工程によっ
て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、半導体素子を
封止する方法は、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。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の半導体装置は、有橋炭化水素
化合物基を含む新規エポキシ樹脂および有橋炭化水素化
合物基を含む新規フェノール樹脂の少なくとも一方を含
有する特殊なエポキシ樹脂組成物を用いて封止されてい
るために、ＴＣＴテストで評価される特性が向上して長
寿命になる。

また、吸湿後、半田溶融液に浸漬した場合においてもパ
ッケージクラックが発生しにくい。さらに、上記エポキ
シ樹脂組成物に特殊なシリコーン化合物〔前記一般式（
ＩＩＩ）および式（■）〕を併用すると一層効果の向上
が図れる。このことにより、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ピン以上
の、もしくは半導体素子の長辺が４薗以上の大形の半導
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、実施例を比較例と併せて説明する。

エポキシ樹脂組成物の作製に先立って、下記の第１表に
示すシリコーン化合物を準備した。

（以下余白）〔実施例１〜２７、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
表に示す各原料を、同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分間溶融混線を行い
、冷却固化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、比較例によって得られたエポキシ樹脂組
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ピン
四方向フラツトパツケージ（８０ｐｉｎＱＦＰ、サイズ
：２０Ｘ１４Ｘ２聰）であり、グイパッドサイズは８×
８−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°Ｃ１５分のＴＣＴテストを行った。

また、８５°Ｃ／８５％ＲＨの相対湿度の恒温槽中に放
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った。

この結果を下記の第３表に示した。

（以下余白）第３表の結果から、実施測高のＴＣＴテストおよび半田
溶融液への浸漬時の耐クラツク性が比較例の従来品に比
べて著しく優れていることが明らかである。

特許出願人　　日東電工株式会社代理人　弁理士　西　藤　征　彦

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）下記の（イ）および（ロ）の少なくとも一方。（イ）１分子中に有橋炭化水素化合物基を１個以上含み、下記の一般式（ I ）で表される有橋炭化水素化合物変性フェノール樹脂のグリシジルエーテル化物からなるエポキシ樹脂。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（ I ）〔式（ I ）において、Ｒは有橋炭化水素化合物基であ
り、ｎは０〜３００の整数である。〕（ロ）上記（イ）以外のエポキシ樹脂。（Ｂ）下記の（ハ）および（ニ）の少なくとも一方［た
だし（Ａ）成分が上記（ロ）のみからなるときには、（Ｂ）成分は少なくとも（ハ）からなる］（ハ）１分子中に有橋炭化水素化合物基を１個以上含み、下記の一般式（ II）で表される有橋炭化水素化合物変性フェノール樹脂。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（II）〔式（II）において、Ｒは有橋炭化水素化合物基であり
、ｎは０〜３００の整数である。〕（ニ）上記（ハ）以外のフェノール樹脂。（Ｃ）無機質充填剤。
（２）請求項（１）記載の（Ａ）〜（Ｃ）成分に加えて
、下記の一般式（III）で表されるシリコーン化合物お
よび一般式（IV）で表されるシリコーン化合物の少なく
とも一方を含む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。▲数式、化学式、表等があ
ります▼・・・（III） ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（IV）式（III）および（IV）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、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。