JPH04199857A

JPH04199857A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH04199857A
Application number: JP33663290A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Tanigawa; 聡谷川; Kiyoshi Saito; 潔斉藤
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: 2013-10-08
Also published as: JP2807341B2

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］本発明は、信頼性、特に耐熱性、耐湿信顧性に優れた半
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
、保存性や力学物性において信頼性の高いセラミックパ
ッケージ等によって半導体装置化されていた。しかしな
がら、最近では、コストや量産性などの問題点からプラ
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、特にエポキシ樹脂がよく用
いられており、良好な成績を収めている。

ところで、現在のような情報産業の発達、半導体分野の
技術革新に伴う集積度の向上によって、素子サイズの大
形化、配線の微細化が進とともに、パッケージも小形化
、薄形化する傾向にある。

また、これに伴って、封止材料に対してこれまでより以
上の信頼性（得られる半導体装置の耐熱性、熱応力の低
減、耐湿信転性、耐熱衝撃試験に対する信頼性など）の
向上が強く要求されている。

特に、加速試験である熱サイクル試験（ＴＣＴテスト）
により評価される半導体封止樹脂の耐熱・耐湿性の向上
が要求されている。

また、装置の小形化に伴い、半導体パッケージの基板へ
の実装方法も従来の挿入実装型から表面実装型が主流に
なってきている。しかしながら、表面実装法によってパ
ッケージを実装する場合、実装時にパッケージ全体が高
温にさらされるために、吸湿したパッケージにおいても
クラックやふくれが発生しないといった特性が要求され
ている。

この点に関して、従来よりパッケージの耐熱性や耐湿信
顧性などの諸特性の向上のために、エポキシ樹脂中への
無機質充填剤の導入やシリコーン化合物によるエポキシ
樹脂の変性により熱応力を低減させることが検討されて
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、パッケージの諸特性を向上させるために
各種の改良が行われているが、これまでの封止用エポキ
シ樹脂組成物は、それらの耐熱・耐湿性にもとづく半田
浸漬時の耐パッケージクラック性、耐久性などが充分で
なかった。このために、半導体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、信
頼性、特に耐熱、耐湿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、本発明の半導体装置は、下
記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を必須成分としたエポキシ樹脂
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）下記の一般式（１）で表されるポリグリシジルエ
ーテルおよび一般式（ＩＩ）で表されるポリグリシジル
エーテルの少なくとも一方。

（Ｂ）下記の一般式（、Ｉ［Ｉ）で表されるフェノ−゛
　ル誘導体および一般式（ＩＶ）で表されるフェノール
誘導体の少なくとも一方。

（Ｃ）　　無機質充填剤。

上記（−Ａ）〜（Ｃ）成分に、さらに（’Ｄ−）成分と
して下記の一般式（Ｖ）で表されるシリコーン化合物お
よび一般式（’ＶＩ）で表されるシリコーン化合物の少
なくとも−゛方を含有させることにより、さらに特性向
上が期待できる半導体装置を得ることができる。

〔作用］本発明者らは、パッケージの耐熱性、耐湿信軌性を向上
させるために一連の研究を行ってきた。

特に、ＴＣＴテストで評価されるパッケージの緒特性（
例えば、耐久性や耐パッケージクラック性）から、半導
体装置の耐熱・耐湿性について検討してきた。その結果
、ナフトール骨格を有するエポキシ化合物、ナフトール
骨格を有するフェノール樹脂および特定量に設定した無
機質充填剤を必須成分とする樹脂組成物で樹脂封止され
た半導体装置が優れた耐熱・耐湿特性を発揮することを
見いだし、本発明を完成するに至った。

本発明の半導体装置に用いるエポキシ樹脂組成物は、新
規エポキシ樹脂（Ａ成分）、新規フェノール樹脂（Ｂ成
分）、無機質充填剤（Ｃ成分）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。また、上記Ａ−Ｃ成分とともに、さら
にシリコーン化合物（Ｄ成分）を用いることにより一層
耐熱・耐湿特性に優れたものが得られる。

上記した新規エポキシ樹脂（Ａ成分）としては、前記一
般式（Ｉ）および（ｎ）で表されるポリグリシジルエー
テルがあげられ、単独でもしくは併せて用いられる。前
記一般式、（Ｉ）および（■）において、繰り返し数ａ
およびＣで示されるフェノール成分と、繰り返し数すお
よびｄで示されるナフトール成分との縮合態様は、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。そして、上記ポリグリシジルエー
テルは、例えば、特開昭５９−２３００１７号公報、特
開昭６２−２５１１６号公報に記載された方法により作
製される。すなわち、ナフトール（あるいはジナフトー
ル）とクレゾール（あるいはフェノール）を酸性触媒下
においてアルデヒドと反応させることにより合成される
フェノール誘導体を、塩基性触媒下においてエピクロル
ヒドリンと反応させることにより得られる。具体的には
、１−ナフトール（あるいは、２−ナフトール）とクレ
ゾールを前者１モルに対して後者０．２〜２．０モル共
線合させることが好ましく、特に０．４〜０．６モルが
好ましい。また、この共縮合において、１−ナフトール
とｐ−クレゾールの組み合わせが最適であり、その化学
構造を下記の式（■）に示す。特に縮合度は２〜５が好
ましい。あるいは、１，６−ジナフトール（あるいは２
，７−ジナフトール）とクレゾールを前者１モルに対し
て後者０〜１．０モル共線合させることが好ましい。

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
しての新規フェノール樹脂としては、前記一般式（Ｉ［
）および（ｍＶ）で表されるフェノール誘導体があげら
れ、単独でもしくは併せて用いられる。前記一般式（Ｉ
Ｉ［）および（ＩＶ）において、上記新規のエポキシ樹
脂と同様、フェノール成分と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。そして、上記フェノ
ール誘導体は、前記エポキシ樹脂と同様に、−船釣には
、ナフトール（あるいはジナフトール）とクレゾール（
あるいはフェノール）を酸性触媒下においてアルデヒド
と反応させることにより合成される。具体的には、１−
ナフトール（あるいは２−ナフトール）とクレゾールを
前者１モルに対して後者０．２〜２．０モルの割合で共
縮合させることが好ましく、特に０．４〜０．６モルが
好ましい。また、この共縮合組成において、１−ナフト
ールとＰ−クレゾールの組み合わせが最適であり、この
組み合わせにより得られる縮合物の化学構造を下記の式
（■）に示す。特に縮合度は２〜５が好ましい。あるい
は、１，６−ジナフトール（あるいは２．７−ジナフト
ール）とクレゾールを前者１モルに対して後者０〜１．
０モル共線合させることが好ましい。

上記Ａ成分のエポキシ樹脂とＢ成分のフェノール樹脂と
の配合比は、エポキシ樹脂中のエポキシ基１当量あたり
フェノール樹脂中の水酸基が０．８〜１，２当量になる
ように配合することが好ましい。

上記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
ック粉末などがあげられる。特に、シリカ粉末が好適で
ある。このような無機質充填剤の含有量は、用いる充填
剤の種類により異なるが、シリカ粉末の場合、通常エポ
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く、特に好ましくは８０％以
上である。

さらに、上記エポキシ樹脂、フェノール樹脂。

無機質充填剤に加えて、さらにＤ成分のシリコーン化合
物を用いると一層効果的である。上記シリコーン化合物
としては前記一般式（Ｖ）および（■）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
設定するのが好ましい。特に好ましくは０．５〜３．０
％の範囲内である。なお、上記式（Ｖ）および（ＶＩ）
式で示された化合物中のＡで示された官能基の一部、あ
るいは全てをエポキシ樹脂組成物中のグリシジルエーテ
ル基、あるいはフェノール樹脂中の水酸基と反応させる
ことが好ましい。

また、本発明に用いられるエポキシ樹脂組成物には、上
記（Ａ）〜（Ｄ）成分以外に必要に応して硬化促進剤と
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
系化合物などの難燃剤や、カーボンブラックや酸化チタ
ンなどの顔料、パラフィンや脂肪族エステルなどの離型
剤、シランカップリング剖などのカップリング剤を用い
ることができる。

本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、（Ａ）
〜（Ｃ）成分と必要に応じて硬化促進剤、難燃剤、顔料
１Ｍ型剤およびカップリング剤を所定の割合で配合する
。ついで、これらの混合物をミキシングロール機なとの
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。さらに、上記（Ａ）〜
（Ｃ）成分とともに、（Ｄ）成分のシリコーン化合物を
用いる場合は、単に（Ａ）〜（Ｃ）成分とともに配合し
、その後は上記と同様にすることにより得られる。また
は、Ａ成分の新規エポキシ樹脂、Ｂ成分の新規フェノー
ル樹脂と予備混合することにより反応させて変性物を作
製し、ついで残りの成分を配合することによりエポキシ
樹脂組成物を得ることもできる。

このようなエポキシ樹脂組成物を用いて、半導体封止す
る方法は、特に限定するものではなく、通常のトランス
ファー成形など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、本発明の半導体装置は、ナフトール骨格
を含む新規エポキシ樹脂（Ａ成分）と、同じくナフトー
ル骨格を含む新規フェノール樹脂（Ｂ成分）を特徴とす
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、従来使用されているタレゾールノボラック型エポ
キシ樹脂組成物に比較して、耐熱・耐湿信転性が向上す
る。特に、上記特殊なエポキシ樹脂組成物による封正に
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［Ｉ［Ｉｎ以上の大形の半導体装置に
おいて、上記のような高信頼性が得られるようになるも
のであり、これが大きな特徴である。

さらに、シリコーン化合物（Ｄ成分）を加えることによ
り一層優れた耐熱・耐湿信軌性が得られるようになる。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

〔実施例１〜２２、比較例１〜３〕（Ａ）エポキシ樹脂は下記に示した３種類を用いた。

■　１−ナフトールとｐ−クレゾール（モル比：２／１
）のノボラック型エポキシ樹脂。

しく下記式（ＩＸ）参照）。　　　　　　　　　」■　
２−ナフトールと０−クレゾール（モル比：３５／６５
）のノボラック型エポキシ樹脂■　１，６−ジナフトー
ルのノボラック型エポキシ樹脂。

（Ｂ）硬化剤には、下記に示した３種類のフェノール樹
脂を用いた。

■　上記エポキシ樹脂■中のグリシジル基が、水酸基に
置き換えられたノボラック型フェノール樹脂。

なお、これらのエポキシ樹脂およびフェノール樹脂の化
学構造および繰り返し単位成分は、下記に示したもので
ある。

Ｈ３これらのエポキシ樹脂およびフェノール樹脂を適宜選択
し、第１表（単位二重置部）に従って各原料を配合して
、ミキシングロール機（温度１００°Ｃ）で３分間溶融
混練を行い、これを室温に冷却した後、粉砕機によって
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た。なお、実施例
および比較例で用いたシリコーン化合物は下記式（ＸＩ
［）、　　（ＸＩＩ［）に示したものである。このシリ
コーン化合物を導入する場合は、混線前、予め硬化剤で
あるフェノール樹脂と上記シリコーン化合物を溶融状１
！（１７５°Ｃ）で反応させて変性フェノール樹脂を作
製し、この変性フェノール樹脂と残りの各原料を配合し
た。

（以下余白） υ （以下余白）以上の実施例および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時間の後硬化）
することにより半導体装置を得た。このパッケージは８
０ピンＱＦＰ　（フォードフラットパッケージ、サイズ
：２０Ｘ１４Ｘ２ｍｍ）であり、ダイパッドサイズは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°Ｃ１５分のＴＣＴテストを行った（
Ｍ　Ｉ　Ｌ−３ＴＤ−８８３Ｃ規格に準する）。また、
８５°Ｃ／８５％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。その結果を第２表に示した。

（以下余白）第２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。また、シ
リコーン化合物を添加することにより、さらに特性の向
上が認められた。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有してなるエポキ
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 ）で表されるポリグリシジル
エーテルおよび一般式（II）で表されるポリグリシジル
エーテルの少なくとも一方。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（ I ） ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（II）〔上記式（ I ）および（II）において、Ｘは−Ｈある
いは−ＣＨ＿３、Ｒはグリシジル基、ａは０〜５０の整
数、ｂは１〜５０の整数、ｃは０〜５０の整数、ｄは１
〜５０の整数である。ただし、上記式（ I ）において
、末端ＣおよびＤは▲数式、化学式、表等があります▼
あるいは▲数式、化学式、表等があります▼で互いに同
じであつても異なつてもよい。また、上記式（II）にお
いて、末端ＥおよびＦは ▲数式、化学式、表等があります▼あるいは▲数式、化
学式、表等があります▼で互いに同じであつても異なつ
てもよい。〕（Ｂ）下記の一般式（III）で表されるフェノール誘導
体および一般式（IV）で表されるフェノール誘導体の少なくとも一方。 ▲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）〔上記式（III）および（IV）において、Ｘは−Ｈある
いは−ＣＨ＿３、ａは０〜５０の整数、ｂは１〜５０の
整数、ｃは０〜５０の整数、ｄは１〜５０の整数である
。ただし、上記式（III）において、末端ＧおよびＨは
▲数式、化学式、表等があります▼あるいは▲数式、化
学式、表等があります▼で互いに同じであつても異なつ
てもよい。また、上記式（IV）において末端ＩおよびＪ
は ▲数式、化学式、表等があります▼あるいは▲数式、化
学式、表等があります▼で互いに同じであつても異なつ
てもよい。〕（Ｃ）無機質充填剤。
（２）請求項（１）記載の（Ａ）〜（Ｃ）成分とともに
、さらに（Ｄ）成分として下記の一般式（Ｖ）で表され
るシリコーン化合物および一般式（VI）で表されるシリ
コーン化合物の少なくとも一方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。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（Ｖ） ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（VI）〔上記式（Ｖ）および（VI）において、Ｒ＿２はメチル
基、Ｒ＿１は▲数式、化学式、表等があります▼（ただ
しｋ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。〕
（３）下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有してなる半導体
封止用エポキシ樹脂組成物。（Ａ）前記の一般式（ I ）で表されるポリグリシジル
エーテルおよび一般式（II）で表されるポリグリシジル
エーテルの少なくとも一方。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（ I ） ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（II）〔上記式（ I ）および（II）において、Ｘは−Ｈある
いは−ＣＨ＿３、Ｒはグリシジル基、ａは０〜５０の整
数、ｂは１〜５０の整数、ｃは０〜５０の整数、ｄは１
〜５０の整数である。ただし、上記式（ I ）において
、末端ＣおよびＤは▲数式、化学式、表等があります▼
あるいは▲数式、化学式、表等があります▼で互いに同
じであつても異なつてもよい。また、上記式（II）にお
いて、末端ＥおよびＦは ▲数式、化学式、表等があります▼あるいは▲数式、化
学式、表等があります▼で互いに同じであつても異なつ
てもよい。〕（Ｂ）下記の一般式（III）で表されるフェノール誘導
体および一般式（IV）で表されるフェノール誘導体の少
なくとも一方。 ▲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）〔上記式（III）および（IV）において、Ｘは−Ｈある
いは−ＣＨ＿３、ａは０〜５０の整数、ｂは１〜５０の
整数、ｃは０〜５０の整数、ｄは１〜５０の整数である
。ただし、上記式（III）において、末端ＧおよびＨは
▲数式、化学式、表等があります▼あるいは▲数式、化
学式、表等があります▼で互いに同じであつても異なつ
てもよい。また、上記式（IV）において末端ＩおよびＪ
は ▲数式、化学式、表等があります▼あるいは▲数式、化
学式、表等があります▼で互いに同じであつても異なつ
てもよい。〕（Ｃ）無機質充填剤。
（４）請求項（３）記載の（Ａ）〜（Ｃ）成分とともに
、さらに（Ｄ）成分として前記の一般式（Ｖ）で表され
るシリコーン化合物および一般式（VI）で表されるシリ
コーン化合物の少なくとも一方を含有してなる半導体封
止用エポキシ樹脂組成物。▲数式、化学式、表等があり
ます▼・・・（Ｖ） ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（VI）〔上記式（Ｖ）および（VI）において、Ｒ＿２はメチル
基、Ｒ＿１は▲数式、化学式、表等があります▼（ただ
しｋ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。〕