【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、エポキシ樹脂組成物に
よって封止されてなる樹脂封止型半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】以前より、半導体素子の封止樹脂として
はエポキシ樹脂組成物が広く利用されており、その硬化
物は耐湿性、高温電気特性、成形性などに優れているた
め、モールド用樹脂の主流となっている。ところで、近
年の半導体素子の高集積化に伴って、半導体素子上の各
機能単位の細密化、半導体素子ペレット自体の大型化が
急速に進んでいる。このような半導体素子ペレットの変
化により、これまでの封止樹脂では耐熱衝撃性などの要
求を満足できなくなりつつある。
【０００３】すなわち、この系統の樹脂組成物を用いて
大型でかつ微細な表面構造を有するペレットを封止する
と、ペレット表面のアルミニウム配線パターンを保護す
るためのリンケイ酸ガラス膜や窒化ケイ素膜に割れを生
じたり、封止樹脂にクラックを生じたりする。特に、冷
熱サイクル試験を実施した場合にその傾向が非常に大き
い。その結果、半導体装置の外観不良や信頼性の低下を
招いている。
【０００４】また、半導体装置を表面実装する場合、基
板に半田付けをする際、装置全体が２００ 〜２６０
℃の高温雰囲気中に５〜９０秒程度さらされるという過
酷な熱衝撃を受ける。この際、パッケージ内部に取り込
まれた水分の気化が主な原因となり、やはり封止樹脂の
クラックを生じることがある。
【０００５】これらの対策としては、熱衝撃を受けた場
合の耐クラック性に優れた低応力の封止樹脂の開発が活
発に行なわれている。従来、封止樹脂の内部応力の低減
には、樹脂組成物中へのシリコーンオイルやシリコーン
ゴムの配合が有効であることが知られているが、シリコ
ーンオイルを樹脂組成物配合時に単に配合しただけでは
、前記シリコーンオイルが成形時あるいは硬化時にブリ
ードオフするため、外観の不良や成形金型の汚れが発生
することが多い。またシリコーンゴムを配合した場合は
樹脂組成物の溶融粘度が増大するので、封止樹脂の成形
性の低下や、得られる硬化物の外観不良といった不具合
を生じる。
【０００６】さらに特開昭６３−２４５４２６号等では
、０．１５〜３．００重量％のシリコーンゴムによって
表面処理されたシリカを無機充填剤として用いることに
より、封止樹脂の内部応力を低減せしめる技術が開示さ
れている。しかしながらこのような封止樹脂では、前述
したような樹脂組成物の溶融粘度の増大はそれ程問題と
はならないものの、封止樹脂の内部応力の低減効果も小
さい。
さらに、前記封止樹脂によって封止されてなる樹脂封止
型半導体装置においては、内部封入物（インサート）と
封止樹脂との密着性も不充分であり、一層の耐熱衝撃性
の向上が求められていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、近年
の半導体素子の高集積化に伴い、従来の封止樹脂によっ
て封止された半導体装置では、耐熱衝撃性等を満足でき
なくなりつつある。
【０００８】本発明は、このような問題を解決して、封
止樹脂の応力が小さく、封止樹脂とインサートとの密着
性も良好で、耐熱衝撃性、耐湿性等の極めて優れた樹脂
封止型半導体装置を提供することを目的としている。
［発明の構成］
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明の樹脂封
止型半導体装置は、
（ａ）分子中に２個以上のエポキシ基を有するエポキシ
樹脂
（ｂ）硬化剤
（ｃ）メチルメタクリレート−ブタジエン−スチレン共
重合体
（ｄ）重量比で３０％以上９５％以下のシリカを含有す
るシリコーンゴム粉末
（ｅ）シリカ粉末
【００１０】を必須成分とするエポキシ樹脂組成物によ
って半導体素子が封止されてなるものであり、前記エポ
キシ樹脂組成物において、重量比で３０％以上９５％以
下のシリカを含有するシリコーンゴム粉末が配合されて
いることを特徴としている。以下、本発明を更に詳細に
説明する。
【００１１】本発明において、エポキシ樹脂組成物の第
１の必須成分である上記（ａ）成分としては、分子中に
２個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂であればい
かなるものであってもよいが、耐熱性を考慮すると、エ
ポキシ当量が２５０ 以下のエポキシ樹脂が好ましい。
このようなエポキシ樹脂を具体的に例示すると、例えば
フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボ
ラック型エポキシ樹脂、ナフトールタイプのノボラック
型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡのノボラック型エポ
キシ樹脂、フェノール又はアルキルフェノール類とヒド
ロキシベンズアルデヒドとの縮合物をエポキシ化して得
られるトリス（ヒドロキシフェニル）アルカンベースの
エポキシ化物、テトラ（ヒドロキシフェニル）アルカン
のエポキシ化物、２，２′，４，４′−テトラグリシド
キシベンゾフェノン、パラアミノフェノールのトリグリ
シジルエーテル、ポリアリルグリシジルエーテル、１，
３，５−トリグリシジルエーテルベンゼン、２，２′，
４，４′−テトラグリシドキシビフェニル、４，４′−
ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３′，５，
５′−テトラメチルビフェニルのエポキシ化物等が挙げ
られる。これらのエポキシ樹脂のうち、１種又は２種以
上が用いられる。
【００１２】本発明で用いられる上記エポキシ樹脂は、
半導体素子のワイヤ等金属材料の腐食を抑制するために
、塩素イオンの含有量が１０ｐｐｍ 以下であることが
好ましく、また加水分解性塩素の含有量が０．１ 重量
％以下であることが好ましい。
【００１３】本発明において、エポキシ樹脂組成物の第
２の必須成分である上記（ｂ）成分としては、フェノー
ル樹脂、有機酸無水物、アミン類等一般にエポキシ樹脂
の硬化剤として知られているものであれば特に限定され
ず使用できるが、なかでもフェノール樹脂が最も好まし
い。このようなフェノール樹脂を具体的に例示すると、
フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂
、ｔｅｒｔ−ブチルフェノールノボラック樹脂、ノニル
フェノールノボラック樹脂、ビスフェノールＦのノボラ
ック樹脂、ビスフェノールＡのノボラック樹脂、ナフト
ールのノボラック樹脂等ノボラック型フェノール樹脂、
ポリパラオキシスチレン等のポリオキシスチレン、２，
２′−ジメトキシ−ｐ−キシレンとフェノールモノマー
との縮合重合化合物等のフェノールアラルキル樹脂、又
は以下の構造式で示されるトリス（ヒドロキシフェニル
）アルカンベースの化合物等が挙げられる。
【００１４】
【化１】
【００１５】（式中、Ｒ１ ，Ｒ２ は水素原子又は炭
素数１〜２０のアルキル基を表わし、それらの基は同一
でもそれぞれ異なっていてもよい。Ｒ３ は単結合、又
はメチレン、エチレンなどのアルキレン基を表わす。）
これらのフェノール樹脂のうち１種又は２種以上が使用
される。
【００１６】上記硬化剤の配合量は、耐熱性、機械的性
質、耐湿性の観点から、化学当量でエポキシ樹脂１に対
して０．５ 〜１．５ 、特に０．８〜１．２ の範囲
にあることが好ましい。
【００１７】本発明において、エポキシ樹脂組成物の第
３の必須成分である上記（ｃ）成分は、通常ＭＢＳ樹脂
と称されるビニル共重合タイプのゴム粉末であり、例え
ばラテックス状のスチレン・ブタジエンゴム、ポリブタ
ジエンゴム等に、メチルメタクリレートとスチレンを主
成分とするモノマーをグラフト重合することにより製造
される。このようなメチルメタクリレート−ブタジエン
−スチレン共重合体の具体例としては、Ｂ−２２（鐘淵
化学工業（株）、ＳＢＲ成分約４５％）、Ｂ−２８（鐘
淵化学工業（株）、ＳＢＲ成分約４５％）、Ｂ−５６（
鐘淵化学工業（株）、ＳＢＲ成分約６５％）、６８Ｋ４
（日本合成ゴム（株）、ＳＢＲ成分約５５％）、ＢＴＡ
７３１ （呉羽化学工業（株））、ＢＴＡ７５１ （呉
羽化学工業（株））、ＫＣＡ５０１ （呉羽化学工業（
株））等が挙げられる。
【００１８】これらのメチルメタクリレート−ブタジエ
ン−スチレン共重合体のうちでも、ブタジエン組成が７
０重量％以下、メチルメタクリレート組成が１５重量％
以上のものが好ましい。これはこの範囲外では成形品の
外観が損なわれるためである。
【００１９】本発明で用いられる上記メチルメタクリレ
ート−ブタジエン−スチレン共重合体は、エポキシ樹脂
組成物中に均一に分散されるためには、平均粒径が１０
０ μｍ以下の粒子又は粉末の形態で配合されることが
好ましく、その添加量は樹脂組成物中０．１ 〜１０重
量％であることが好ましい。添加量が０．１ 重量％未
満だと、充分な耐熱衝撃性を得ることができず、成形時
に生じるバリも長くなるおそれがある。逆に１０重量％
を越えると、樹脂組成物の溶融粘度が高くなり成形性に
劣る。さらに、より好ましいメチルメタクリレート−ブ
タジエン−スチレン共重合体の添加量は０．２ 〜５重
量％である。
【００２０】また、本発明において硬化剤としてフェノ
ール樹脂を用いる場合、上記メチルメタクリレート−ブ
タジエン−スチレン共重合体を予め加熱溶融したフェノ
ール樹脂に添加し、適当な方法で攪拌、混合することに
より、メチルメタクリレート−ブタジエン−スチレン共
重合体を樹脂組成物中に均一に分散でき、封止樹脂によ
り良好な機械的強度を付与することができる。このとき
の攪拌、混合の方法としては、フラスコ内での混合羽根
による攪拌、万能混合機による攪拌、溶融釜内でのホモ
ジナイザーによる方法等がある。
【００２１】本発明において、エポキシ樹脂組成物の第
４の必須成分である上記（ｄ）成分は、シリコーンゴム
粉末中に３０重量％以上９５重量％以下のシリカが含有
されていればいかなるものであってもよく、例えば、シ
リカ粒子の表面にシリコーンゴムをコーティングしたも
の、微細なシリカ粒子がシリコーンゴム中に分散されて
いるもの等が挙げられる。シリカの含有量が上記範囲内
に限定される理由は、シリカの含有量がこの範囲外であ
ると、封止樹脂の機械的強度を損なうことなく有効に耐
熱衝撃性の向上を達成することが困難となるからである
。
【００２２】本発明で用いられるシリカを含有するシリ
コーンゴム粉末は、最大粒径が７５μｍ 以下であるこ
とが好ましい。これは、係るシリコーンゴム粉末の粒径
が７５μｍを越えると、シリコーンゴム粉末が半導体素
子表面に接触したとき局部的に大きい応力を与え、半導
体素子の誤動作を引き起こすおそれがあるからである。
また、シリコーンゴム粉末中に含有されるシリカの粒径
については、シリコーンゴム粉末の粒径７５μｍ 以下
に抑えることができるものであれば特に限定されない。
例えば、ヒュームドシリカのように ｍμｍ オーダー
の微粒子をシリコーンゴム中に分散させてもよいし、数
１０μｍ 程度のシリカ粒子の表面にシリコーンゴムを
コーティングしてもよい。
【００２３】また本発明では、シリカを含有するシリコ
ーンゴム粉末の添加方法としては、充填剤のシリカ粉末
とともにカップリング剤で処理した後に樹脂成分と混合
してもよいが、前記メチルメタクリレート−ブタジエン
−スチレン共重合体と同様に扱うことがより好ましい。
すなわち硬化剤としてフェノール樹脂を用いる場合、ま
ず係るフェノール樹脂と混合し、而る後に樹脂組成物中
に配合することにより、得られた封止樹脂の機械的強度
を高めることができる。
【００２４】本発明において、前記シリカを含有するシ
リコーンゴム粉末の望ましい配合量は、シリカの含有量
に応じて変化するが、シリコーンゴム成分の量をエポキ
シ樹脂組成物中の０．１ 〜５重量％とすることが好ま
しい。さらに、このシリコーン成分と前述したメチルメ
タクリレート−ブタジエン−スチレン共重合体の合計量
を、樹脂組成物の０．２ 〜１０重量％とすることがよ
り好ましい。この理由は、これらの合計量が０．２ 重
量％未満だと、内部応力の低減が小さく、充分な耐熱衝
撃性を得られなくなるおそれがある。逆に、１０重量％
を越えると封止樹脂の機械的強度の低下が大きくなる。
また、前記シリコーンゴム成分の量が０．１ 重量％未
満のときは封止樹脂の内部応力の低減が小さいうえ、封
止樹脂とインサートとの密着性も不充分となるおそれが
あり、５重量％を越えるときは、封止樹脂の成形性が劣
り、しかも機械的強度の低下が大きいからである。
【００２５】本発明で必須成分として用いられるメチル
メタクリレート−ブタジエン−スチレン共重合体及びシ
リカを含有するシリコーンゴム粉末は、いずれも樹脂組
成物の弾性率を下げ、封止樹脂の内部応力の低減に寄与
するものである。また、特に前者は封止樹脂の成形時に
生じるバリを抑え、作業性を高める作用を有しており、
後者は封止樹脂とインサートとの密着性向上に有効な成
分である。従って、これらの必須成分のうちメチルメタ
クリレート−ブタジエン−スチレン共重合体のみを用い
た場合には、封止樹脂とインサートとの充分な密着性が
得られず、さらに樹脂組成物の溶融粘度が高くなり成形
性が低下する。一方、シリカを含有するシリコーンゴム
粉末のみを用いた場合には、封止樹脂成形時に生じるバ
リが長くなり、作業性が劣る。すなわち本発明では、メ
チルメタクリレート−ブタジエン−スチレン共重合体及
びシリカを含有するシリコーンゴムを併用することによ
り、はじめてバランスのとれた樹脂組成物を得ることが
できる。
【００２６】本発明において、エポキシ樹脂組成物の第
５の必須成分である上記（ｅ）成分としては、溶融シリ
カ、結晶性シリカ等、通常封止樹脂の充填剤として用い
られるものであれば、いかなるものも許容される。ただ
し、シリカ粉末の形状が破砕状である場合、シリカ粉末
の粒径が大きいと、シリカ粉末の鋭角部が半導体素子表
面に接触して局部的に大きな応力を与え、これに起因し
て半導体素子の誤動作を引き起こすおそれがある。また
粒径の大きいシリカ粉末が存在すると、成形時に係るシ
リカ粉末が金型のゲート部をふさぎ、成形性に支障をき
たすおそれもある。従って、シリカ粉末の最大粒径は７
５μｍ 以下であることが好ましい。さらに、ソフトエ
ラー防止の観点から、全シリカ粉末中のＵの合計含有量
が０．５ｐｐｂ以下であることが好ましい。
【００２７】本発明で用いられる上記シリカ粉末の好ま
しい配合量は、シリコーンゴム粉末に含有されるシリカ
と併せてシリカが樹脂組成物中で５０〜９５重量％より
好ましくは６５〜９０重量％となる量である。何となれ
ば、シリカが５０重量％未満であると、樹脂組成物の熱
膨張係数が大きく耐熱衝撃性の優れた樹脂封止型半導体
装置が得られなくなり、逆に９５重量％を越えると、樹
脂組成物の溶融粘度が増大し、封止樹脂の成形性が低下
するおそれがあるからである。一般にエポキシ樹脂組成
物において、シリカは樹脂組成物の熱膨張係数を調整す
る作用を備えているが、本発明では、前記シリカを含有
するシリコーン粉末及びシリカ粉末を併用することによ
って、耐熱衝撃性に優れ、かつ封止樹脂の機械的強度も
良好な樹脂封止型半導体装置が実現される。
【００２８】また本発明においては、上記（ａ）〜（ｅ
）の必須成分以外に、硬化促進剤をエポキシ樹脂組成物
中に配合することが好ましい。このような硬化促進剤と
しては、エポキシ樹脂と硬化剤との反応を促進するもの
であればいかなるものでもよく、具体的には、２−メチ
ルイミダゾール、２，４−ジメチルイミダゾール、２−
エチル−４−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダ
ゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、２−
ヘプタデシルイミダゾール等のイミダゾール化合物；ト
リエチルアミン、ベンジルジメチルアミン、α−メチル
ベンジルメチルジアミン、２−（ジメチルアミノメチル
）フェノール、２，４，６−トリス（ジメチルアミノメ
チル）フェノール等の第３アミン化合物；トリフェニル
ホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリブチ
ルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン等の有機ホ
スフィン化合物；ジアザビシクロウンデセン等が挙げら
れる。これらの硬化促進剤のうち１種又は２種以上が用
いられる。
【００２９】硬化促進剤は種類により活性が異なるため
、その添加量は一概には決められないが、エポキシ樹脂
と硬化剤との総量に対して０．１ 〜５重量％の範囲で
あることが好ましい。これは、０．１ 重量％未満では
、硬化を充分に促進することができず、一方５重量％を
越えると、樹脂組成物の耐湿性を低下させる傾向がある
からである。
【００３０】さらに本発明では、前記各成分のほかにも
、必要に応じて、シラン系、ボラン系、チタネート系等
のカップリング剤；リン化合物、臭素、塩素等を含む難
燃剤；カーボンブラック等の顔料／染料；天然ワックス
、合成ワックス、直鎖脂肪酸の金属塩等の離型剤等を配
合してもよい。また、特に高い耐湿性の要求される場合
には、各種のイオン捕捉剤の添加が有効である。イオン
捕捉剤の具体例としては、ＤＨＴ−４Ａ（協和化学製）
、ＩＸＥ−６００ （東亜合成製）等が挙げられる。
【００３１】本発明に係る樹脂組成物は、前述した各成
分を、加熱ロール、ニーダーあるいは押出機によって溶
融混練したり、微粉砕可能な特殊混合機によって混合し
たり、これらの各方法の適宜な組み合わせで容易に製造
することができる。
【００３２】本発明の樹脂封止型半導体装置は、前記樹
脂組成物を用い、半導体素子を樹脂封止することにより
製造される。この場合、最も一般的には低圧トランスフ
ァー成形が用いられるが、インジェクション成形、圧縮
成形、注型などによっても封止することができる。封止
後の加熱硬化は１５０ ℃以上の温度で行なうことが望
ましい。なお、本発明において樹脂封止物によって封止
される半導体素子は特に限定されない。
【００３３】
【実施例】以下に、本発明の実施例を詳細に説明する。
実施例１〜９及び比較例１〜５
【００３４】まず、表１及び表２に示す各成分が同表に
示す割合で配合されてなるエポキシ樹脂組成物を、以下
のようにして調製した（表中の配合量は重量部を示す）
。すなわち、初めにヘンシェルミキサー中で充填剤のシ
リカ粉末及びシリカを含有するシリコーンゴム粉末をシ
ランカップリング剤で処理し、次いで他の成分を配合し
て６０〜１１０ ℃の加熱ロールで混練し冷却した後粉
砕することにより、前記エポキシ樹脂組成物を得た。こ
のとき、メチルメタクリレート−ブタジエン−スチレン
共重合体は、あらかじめ硬化剤のフェノール樹脂中に分
散させて用い、比較例２で配合したシリカを含有しない
シリコーンゴム粉末は、各実施例におけるシリカを含有
するシリコーンゴム粉末と同様に扱った。なお、表１に
示した各成分としては、それぞれ以下に示すものを用い
た。
【００３５】
エポキシ樹脂；オルトクレゾールノボラック型エポ
キシ樹脂 （主剤） （ＥＳＣＮ−１９５
ＸＬ，住友化学工業製、エポキシ当量１９７ ）
臭素化エポキシ樹脂；ビスフェノールＡ型臭素化エポキ
シ樹脂 （難燃剤）
（ＡＥＲ−７５５ ，旭化成製、エ
ポキシ当量４６０ ） フェノール樹脂；フェノール
ノボラック樹脂
（硬化剤）
（ＢＲＧ−５５７ ，昭和高分子製、当量１０４ ）
トリフェニルホスフィン；（ＰＰ−３６０ ，ケーア
イ化成製） （硬
化促進剤）
【００３６】
シリカを含有するシリコーンゴム粉末Ａ；シリコー
ンゴム２重量部中にヒュー
ムドシリカ１重量部を分散、平均粒
径３μｍ
〃 Ｂ；シ
リコーンゴム１重量部中にヒュー
ムドシリカ１重量部を分散、平均粒
径３μｍ
〃
Ｃ；シリコーンゴム１重量部中にヒュー
ムドシリカ２重量部を分散、平均粒
径３μｍ
〃
Ｄ；シリコーンゴム１重量部中にヒュー
ムドシリカ２重量部を分散、平
均粒
径１０μｍ
〃
Ｅ；破砕状シリカ９重量部にシリコーン
ゴム１重量部をコーテ
ィング、平均
粒径１５
μｍ
〃
Ｆ；破砕状シリカ４９重量部にシ
リコーン
ゴム１重量部
をコーティング、平均
粒径１５μｍ シリカを含有しないシリコーンゴム
粉末；平均粒径３μｍ
【００３７】
メチルメタクリレート−ブタジエン−スチレン共重
合体；ＭＢＳ樹脂粉末
（ＢＴＡ７３１ ，呉羽化
学工業製） カルナバワックス；（カルナバ１
号，荒川林産化学製） （離型剤）
三酸化アンチモン；（三国製練製） （難燃助剤
）
カーボンブラック；（ＣＢ＃３０，三菱油化製）
（顔料）
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン；（
Ａ−１８７ ， （シ
ランカップリング剤）
日本ユニカー製） 溶融シリカＡ；破砕状
シリカ（平均粒径１５μｍ ） （充填剤）
溶融シリカＢ；球状シリカ（平均粒径１５μｍ ）
（充填剤）
次いで、これらのエポキシ樹脂組成物についてそれぞれ
下記のような評価試験を行なった。
［１］高化式フローテスターを用い、１７５ ℃におけ
る溶融粘度を測定して流動性を評価した。
［２］各エポキシ樹脂組成物を用い、１７５ ℃，３分
の条件でトランスファー成形により試験片を作成し、１
８０ ℃で８時間アフターキュアした。
【００３８】このとき、金型に設けた１０μｍ のスリ
ットに出るパリの長さを同時に測定した。さらにこれら
の試験片について、熱膨張係数、曲げ弾性率、曲げ強度
、及びフレーム材である銅合金との接着強度を測定した
。
【００３９】［３］耐熱衝撃性を調べるために以下の冷
熱サイクル試験（ＴＣＴ試験）を行なった。すなわち、
各エポキシ樹脂組成物を用い、大型の耐熱性試験用デバ
イス（８ｍｍ×８ｍｍ）を封止した後、−６５℃→室温
→１５０ ℃を１サイクルとする冷熱サイクルを５０〜
４００ サイクル繰り返し、デバイスの動作特性チェッ
クにより不良発生率を調べた。
【００４０】［４］耐半田浸漬性を調べるために、以下
のプレッシャークッカー試験（ＰＣＴ試験）を行なった
。すなわち、各エポキシ樹脂組成物を用い、１７５ ℃
，３分の条件で評価用素子を封止し、１８０ ℃で８時
間のアフターキュアを行なった。次いで、８５℃、相対
湿度８５％の雰囲気中に７２時間放置して吸湿処理を行
なった後、これを２６０ ℃の半田浴に５秒間浸漬した
。この時点でパッケージのクラック発生率を調べた。更
に、この半田浸漬パッケージをプレッシャークッカー内
で１２７ ℃の飽和水蒸気雰囲気中に１００ 〜４００
時間放置し、不良（リーク不良、オープン不良）発生
率を調べ耐湿性を評価した。以上の測定結果を表３及び
表４にまとめて示す。
【００４１】
【表１】
【００４２】
【表２】
【００４３】
【表３】
【００４４】
【表４】
【００４５】表３から明らかなように、実施例１〜９に
おいては、樹脂組成物の弾性率の低減、インサートとの
密着性の向上が達成されている。さらに、溶融粘度が小
さく成形性に優れ、機械的強度も良好であり、かつＴＣ
Ｔ試験、ＰＣＴ試験による不良発生もほとんど無く、優
れた耐熱衝撃性、耐湿性が得られていることがわかる。
【００４６】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の樹脂封止
型半導体装置においては、半導体素子の封止用材料であ
るエポキシ樹脂組成物の弾性率が小さく、低応力の封止
樹脂によって半導体素子が封止されている。さらに、前
記封止樹脂とインサートとの密着性も良好で耐熱衝撃性
に極めて優れ、また表面実装を行なってもその後の耐湿
性は良好であり、非常に高い信頼性を有するものである
。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] [0001] The present invention relates to a resin-sealed semiconductor device sealed with an epoxy resin composition. [0002] Epoxy resin compositions have long been widely used as encapsulating resins for semiconductor devices, and their cured products have excellent moisture resistance, high-temperature electrical properties, moldability, etc. It has become the mainstream resin for molds. Incidentally, as semiconductor devices have become highly integrated in recent years, each functional unit on the semiconductor device has become finer and the size of the semiconductor device pellet itself has rapidly increased. Due to such changes in semiconductor element pellets, conventional sealing resins are no longer able to satisfy requirements such as thermal shock resistance. That is, when this type of resin composition is used to seal a large pellet with a fine surface structure, the phosphosilicate glass film or silicon nitride film that protects the aluminum wiring pattern on the pellet surface cracks. or cause cracks in the sealing resin. This tendency is particularly significant when a thermal cycle test is performed. As a result, the appearance of the semiconductor device is poor and reliability is lowered. [0004] Furthermore, when surface-mounting a semiconductor device, when soldering it to a board, the entire device has a heat resistance of 200 to 260
They undergo severe thermal shock by being exposed to a high-temperature atmosphere at ℃ for about 5 to 90 seconds. At this time, the main cause is vaporization of moisture taken into the package, which may also cause cracks in the sealing resin. As a countermeasure to these problems, active efforts are being made to develop low-stress sealing resins that have excellent crack resistance when subjected to thermal shock. Conventionally, it has been known that incorporating silicone oil or silicone rubber into the resin composition is effective in reducing the internal stress of the sealing resin. In this case, the silicone oil bleeds off during molding or curing, often resulting in poor appearance and staining of the mold. Furthermore, when silicone rubber is blended, the melt viscosity of the resin composition increases, resulting in problems such as decreased moldability of the sealing resin and poor appearance of the resulting cured product. Further, in JP-A No. 63-245426, the internal stress of the sealing resin is reduced by using silica surface-treated with 0.15 to 3.00% by weight of silicone rubber as an inorganic filler. The technology has been disclosed. However, with such a sealing resin, although the increase in the melt viscosity of the resin composition as described above is not so problematic, the effect of reducing the internal stress of the sealing resin is also small. Furthermore, in resin-sealed semiconductor devices sealed with the above-mentioned sealing resin, the adhesion between the internal filler (insert) and the sealing resin is insufficient, and further improvement in thermal shock resistance is required. It was getting worse. [0007] As mentioned above, as semiconductor devices have become highly integrated in recent years, semiconductor devices encapsulated with conventional encapsulation resins are no longer able to satisfy thermal shock resistance, etc. It's coming. The present invention solves these problems and provides a resin seal with low stress in the sealing resin, good adhesion between the sealing resin and the insert, and excellent thermal shock resistance and moisture resistance. The purpose is to provide a static semiconductor device. [Structure of the Invention] [Means and Effects for Solving the Problems] The resin-sealed semiconductor device of the present invention comprises: (a) an epoxy resin having two or more epoxy groups in the molecule; (b) curing; (c) methyl methacrylate-butadiene-styrene copolymer (d) silicone rubber powder containing 30% to 95% silica by weight (e) silica powder An epoxy resin composition containing as an essential component The epoxy resin composition is characterized in that a silicone rubber powder containing 30% or more and 95% or less of silica by weight is blended. The present invention will be explained in more detail below. In the present invention, the component (a), which is the first essential component of the epoxy resin composition, may be any epoxy resin having two or more epoxy groups in the molecule. However, in consideration of heat resistance, an epoxy resin having an epoxy equivalent of 250 or less is preferable. Specific examples of such epoxy resins include phenol novolac type epoxy resins, cresol novolac type epoxy resins, naphthol type novolac type epoxy resins, bisphenol A novolac type epoxy resins, and combinations of phenol or alkylphenols and hydroxybenzaldehyde. Tris(hydroxyphenyl)alkane-based epoxidized products obtained by epoxidizing condensates, epoxidized products of tetra(hydroxyphenyl)alkanes, 2,2',4,4'-tetraglycidoxybenzophenone, triglycidyl of para-aminophenol Ether, polyallyl glycidyl ether, 1,
3,5-triglycidyl etherbenzene, 2,2',
4,4'-tetraglycidoxybiphenyl, 4,4'-
Bis(2,3-epoxypropoxy)-3,3',5,
Examples include epoxidized products of 5'-tetramethylbiphenyl. One or more of these epoxy resins may be used. [0012] The above epoxy resin used in the present invention is
In order to suppress corrosion of metal materials such as wires of semiconductor devices, the content of chlorine ions is preferably 10 ppm or less, and the content of hydrolyzable chlorine is preferably 0.1% by weight or less. In the present invention, the component (b), which is the second essential component of the epoxy resin composition, includes those generally known as curing agents for epoxy resins, such as phenol resins, organic acid anhydrides, and amines. Although any resin can be used without particular limitation, phenolic resin is most preferred. Specific examples of such phenolic resins include:
Novolac-type phenolic resins such as phenol novolak resin, cresol novolac resin, tert-butylphenol novolak resin, nonylphenol novolak resin, bisphenol F novolak resin, bisphenol A novolak resin, naphthol novolak resin,
Polyoxystyrene such as polyparaoxystyrene, 2,
Examples include phenol aralkyl resins such as condensation polymerization compounds of 2'-dimethoxy-p-xylene and phenol monomers, and tris(hydroxyphenyl)alkane-based compounds represented by the following structural formula. [0014] [0015] (In the formula, R1 and R2 represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and these groups may be the same or different. R3 is a single bond, Or represents an alkylene group such as methylene or ethylene.)
One or more of these phenolic resins may be used. From the viewpoint of heat resistance, mechanical properties, and moisture resistance, the amount of the curing agent blended is 0.5 to 1.5, particularly 0.8 to 1.2, based on 1 part of the epoxy resin in terms of chemical equivalent. Preferably within this range. In the present invention, the above component (c), which is the third essential component of the epoxy resin composition, is a vinyl copolymer type rubber powder usually called MBS resin, such as latex styrene-butadiene. It is manufactured by graft polymerizing monomers whose main components are methyl methacrylate and styrene onto rubber, polybutadiene rubber, etc. Specific examples of such methyl methacrylate-butadiene-styrene copolymers include B-22 (Kanebuchi Chemical Co., Ltd., SBR component approximately 45%), B-28 (Kanebuchi Chemical Co., Ltd., SBR component approximately 45%), B-56 (
Kanebuchi Chemical Industry Co., Ltd., SBR content approximately 65%), 68K4
(Japan Synthetic Rubber Co., Ltd., SBR content approximately 55%), BTA
731 (Kureha Chemical Industry Co., Ltd.), BTA751 (Kureha Chemical Industry Co., Ltd.), KCA501 (Kureha Chemical Industry Co., Ltd.)
Co., Ltd.)), etc. Among these methyl methacrylate-butadiene-styrene copolymers, those with a butadiene composition of 7
0% by weight or less, methyl methacrylate composition is 15% by weight
The above are preferred. This is because outside this range, the appearance of the molded product will be impaired. In order for the methyl methacrylate-butadiene-styrene copolymer used in the present invention to be uniformly dispersed in the epoxy resin composition, the average particle size must be 10.
It is preferably blended in the form of particles or powder with a size of 0 μm or less, and the amount added is preferably 0.1 to 10% by weight in the resin composition. If the amount added is less than 0.1% by weight, sufficient thermal shock resistance may not be obtained and burrs generated during molding may become longer. Conversely, 10% by weight
If it exceeds this, the melt viscosity of the resin composition will increase and the moldability will be poor. Furthermore, the amount of the methyl methacrylate-butadiene-styrene copolymer added is more preferably 0.2 to 5% by weight. [0020] When using a phenolic resin as a curing agent in the present invention, the methyl methacrylate-butadiene-styrene copolymer is added to the phenol resin which has been heated and melted in advance, and the mixture is stirred and mixed in an appropriate manner. The methacrylate-butadiene-styrene copolymer can be uniformly dispersed in the resin composition, and better mechanical strength can be imparted to the sealing resin. Stirring and mixing methods at this time include stirring using a mixing blade within a flask, stirring using a universal mixer, and using a homogenizer within a melting pot. In the present invention, the above-mentioned component (d), which is the fourth essential component of the epoxy resin composition, can be any substance as long as the silicone rubber powder contains 30% by weight or more and 95% by weight or less of silica. For example, the surface of silica particles may be coated with silicone rubber, or fine silica particles may be dispersed in silicone rubber. The reason why the silica content is limited to the above range is that if the silica content is outside this range, it is not possible to effectively improve the thermal shock resistance without impairing the mechanical strength of the sealing resin. This is because it becomes difficult. The silica-containing silicone rubber powder used in the present invention preferably has a maximum particle size of 75 μm or less. This is because if the particle size of the silicone rubber powder exceeds 75 μm, when the silicone rubber powder comes into contact with the surface of a semiconductor element, it will apply a large stress locally, which may cause malfunction of the semiconductor element. Further, the particle size of the silica contained in the silicone rubber powder is not particularly limited as long as the particle size of the silicone rubber powder can be suppressed to 75 μm or less. For example, fine particles on the order of mμm, such as fumed silica, may be dispersed in silicone rubber, or the surface of silica particles on the order of several tens of μm may be coated with silicone rubber. In the present invention, the silicone rubber powder containing silica may be added by treating it with a coupling agent together with the silica powder as a filler and then mixing it with the resin component. It is more preferable to treat it in the same way as a styrene copolymer. That is, when using a phenolic resin as a curing agent, the mechanical strength of the resulting sealing resin can be increased by first mixing it with the phenolic resin and then incorporating it into the resin composition. In the present invention, the desirable blending amount of the silicone rubber powder containing silica varies depending on the silica content, but the amount of the silicone rubber component is 0.1 to 5% by weight in the epoxy resin composition. % is preferable. Furthermore, it is more preferable that the total amount of this silicone component and the aforementioned methyl methacrylate-butadiene-styrene copolymer be 0.2 to 10% by weight of the resin composition. The reason for this is that if the total amount of these is less than 0.2% by weight, the reduction in internal stress will be small and there is a risk that sufficient thermal shock resistance will not be obtained. Conversely, 10% by weight
If it exceeds this, the mechanical strength of the sealing resin will decrease significantly. Furthermore, when the amount of the silicone rubber component is less than 0.1% by weight, the reduction in internal stress of the sealing resin is small, and the adhesion between the sealing resin and the insert may be insufficient. %, the moldability of the sealing resin is poor and the mechanical strength is greatly reduced. The methyl methacrylate-butadiene-styrene copolymer and silica-containing silicone rubber powder used as essential components in the present invention both lower the elastic modulus of the resin composition and reduce the internal stress of the sealing resin. It is something that contributes. In addition, the former in particular has the effect of suppressing burrs that occur during molding of the sealing resin and improving workability.
The latter is an effective component for improving the adhesion between the sealing resin and the insert. Therefore, if only methyl methacrylate-butadiene-styrene copolymer is used among these essential components, sufficient adhesion between the sealing resin and the insert cannot be obtained, and the melt viscosity of the resin composition is high. This results in a decrease in moldability. On the other hand, when only silicone rubber powder containing silica is used, burrs generated during molding of the sealing resin become long, resulting in poor workability. That is, in the present invention, a well-balanced resin composition can only be obtained by using a methyl methacrylate-butadiene-styrene copolymer and a silicone rubber containing silica together. In the present invention, the above component (e), which is the fifth essential component of the epoxy resin composition, may be any of those commonly used as fillers for sealing resins, such as fused silica and crystalline silica. Anything is acceptable. However, if the shape of the silica powder is crushed, and the particle size of the silica powder is large, the sharp edges of the silica powder will come into contact with the surface of the semiconductor element and apply a large stress locally, resulting in damage to the semiconductor element. may cause malfunction. Furthermore, if silica powder with a large particle size is present, the silica powder used during molding may block the gate portion of the mold, which may impede moldability. Therefore, the maximum particle size of silica powder is 7
The thickness is preferably 5 μm or less. Furthermore, from the viewpoint of preventing soft errors, it is preferable that the total content of U in all the silica powders is 0.5 ppb or less. [0027] The preferred blending amount of the silica powder used in the present invention is such that, together with the silica contained in the silicone rubber powder, the silica in the resin composition is 50 to 95% by weight, more preferably 65 to 90% by weight. It is quantity. If the silica content is less than 50% by weight, the coefficient of thermal expansion of the resin composition is large, making it impossible to obtain a resin-sealed semiconductor device with excellent thermal shock resistance.On the other hand, if the silica content exceeds 95% by weight, the resin This is because the melt viscosity of the composition increases and the moldability of the sealing resin may decrease. Generally, in epoxy resin compositions, silica has the effect of adjusting the thermal expansion coefficient of the resin composition, but in the present invention, by using a silicone powder containing the silica and silica powder together, thermal shock resistance is improved. A resin-sealed semiconductor device with excellent mechanical strength of the sealing resin can be realized. Further, in the present invention, the above (a) to (e)
) In addition to the essential components, it is preferable to incorporate a curing accelerator into the epoxy resin composition. Any curing accelerator may be used as long as it promotes the reaction between the epoxy resin and the curing agent, and specific examples include 2-methylimidazole, 2,4-dimethylimidazole, and 2-methylimidazole.
Ethyl-4-methylimidazole, 2-phenylimidazole, 2-phenyl-4-methylimidazole, 2-
Imidazole compounds such as heptadecylimidazole; tertiary amine compounds such as triethylamine, benzyldimethylamine, α-methylbenzylmethyldiamine, 2-(dimethylaminomethyl)phenol, 2,4,6-tris(dimethylaminomethyl)phenol; Organic phosphine compounds such as triphenylphosphine, tricyclohexylphosphine, tributylphosphine, and methyldiphenylphosphine; diazabicycloundecene, and the like. One or more types of these curing accelerators may be used. [0029] Since the activity of the curing accelerator varies depending on the type, the amount added cannot be determined unconditionally, but it is preferably in the range of 0.1 to 5% by weight based on the total amount of the epoxy resin and curing agent. preferable. This is because if the amount is less than 0.1% by weight, curing cannot be sufficiently promoted, whereas if it exceeds 5% by weight, there is a tendency for the moisture resistance of the resin composition to decrease. Furthermore, in the present invention, in addition to the above-mentioned components, coupling agents such as silane, borane, and titanate; flame retardants containing phosphorus compounds, bromine, chlorine, etc.; carbon black, etc. Pigments/dyes; release agents such as natural waxes, synthetic waxes, and metal salts of straight chain fatty acids may also be blended. Furthermore, when particularly high moisture resistance is required, it is effective to add various ion scavengers. A specific example of the ion scavenger is DHT-4A (manufactured by Kyowa Chemical Co., Ltd.)
, IXE-600 (manufactured by Toagosei), and the like. The resin composition according to the present invention can be prepared by melt-kneading the above-mentioned components using a heated roll, kneader or extruder, or by mixing them using a special mixer capable of pulverizing them, or by using any of these methods as appropriate. It can be easily manufactured by combining them. The resin-sealed semiconductor device of the present invention is manufactured by resin-sealing a semiconductor element using the resin composition. In this case, low-pressure transfer molding is most commonly used, but sealing can also be achieved by injection molding, compression molding, casting, or the like. It is desirable that heat curing after sealing be performed at a temperature of 150° C. or higher. Note that in the present invention, the semiconductor element sealed with the resin sealant is not particularly limited. [Examples] Examples of the present invention will be explained in detail below. Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 5 First, epoxy resin compositions containing the components shown in Tables 1 and 2 in the proportions shown in the same tables were prepared as follows ( (The amounts in the table indicate parts by weight)
. That is, first, silica powder as a filler and silicone rubber powder containing silica were treated with a silane coupling agent in a Henschel mixer, and then other components were blended, kneaded with heated rolls at 60 to 110 °C, and cooled. By post-pulverizing, the epoxy resin composition was obtained. At this time, the methyl methacrylate-butadiene-styrene copolymer was used after being dispersed in the phenol resin as a curing agent, and the silica-free silicone rubber powder blended in Comparative Example 2 was the same as the silica-containing silicone rubber powder in each example. It was treated in the same way as silicone rubber powder. In addition, as each component shown in Table 1, those shown below were used. Epoxy resin; orthocresol novolac type epoxy resin (base resin) (ESCN-195
XL, manufactured by Sumitomo Chemical, epoxy equivalent weight 197)
Brominated epoxy resin; Bisphenol A type brominated epoxy resin (flame retardant)
(AER-755, manufactured by Asahi Kasei, epoxy equivalent: 460) Phenol resin; Phenol novolak resin
(hardening agent)
(BRG-557, manufactured by Showa Kobunshi, equivalent weight 104)
Triphenylphosphine; (PP-360, manufactured by K.I. Kasei Co., Ltd.) (hardening accelerator) Silicone rubber powder A containing silica;
Disperse 1 part by weight of Mudosilica, average particles
Diameter 3μm
〃B: 1 part by weight of silicone rubber contains
Disperse 1 part by weight of Mudosilica, average particles
Diameter 3μm
〃
C; Hue in 1 part by weight of silicone rubber
2 parts by weight of Mudosilica dispersed, average particles
Diameter 3μm
〃
D; Hue in 1 part by weight of silicone rubber
2 parts by weight of Mudosilica dispersed, average particles
Diameter 10μm
〃
E: 9 parts by weight of crushed silica and silicone
Coating 1 part by weight of rubber, average
Particle size 15
μm
〃
F: 49 parts by weight of crushed silica and silicone
Coating 1 part by weight of rubber, average
Particle size: 15 μm Silica-free silicone rubber powder; Average particle size: 3 μm Methyl methacrylate-butadiene-styrene copolymer; MBS resin powder
(BTA731, Kureha
(Manufactured by Gaku Kogyo) Carnauba wax; (Carnauba 1
No., manufactured by Arakawa Hayashi Chemical) (Mold release agent) Antimony trioxide; (Mikuni Seiring) (Flame retardant aid) Carbon black; (CB#30, manufactured by Mitsubishi Yuka)
(Pigment) γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane; (
A-187, (silane coupling agent)
(manufactured by Nippon Unicar) Fused silica A: crushed silica (average particle size 15 μm) (filler) Fused silica B: spherical silica (average particle size 15 μm)
(Filler) Next, the following evaluation tests were conducted on each of these epoxy resin compositions. [1] Melt viscosity at 175° C. was measured using a Koka type flow tester to evaluate fluidity. [2] Using each epoxy resin composition, test pieces were created by transfer molding at 175°C for 3 minutes.
After-curing was carried out at 80° C. for 8 hours. [0038] At this time, the length of the slit extending from the 10 μm slit provided in the mold was measured at the same time. Further, for these test pieces, the thermal expansion coefficient, flexural modulus, flexural strength, and adhesive strength with the copper alloy that is the frame material were measured. [3] In order to investigate thermal shock resistance, the following thermal cycle test (TCT test) was conducted. That is,
After sealing a large heat resistance test device (8 mm x 8 mm) using each epoxy resin composition, it was subjected to a cooling/heating cycle of -65°C → room temperature → 150°C for 50 to 50 minutes.
The failure rate was investigated by repeating 400 cycles and checking the operating characteristics of the device. [4] In order to examine the solder immersion resistance, the following pressure cooker test (PCT test) was conducted. That is, each epoxy resin composition was used at 175°C.
The evaluation element was sealed under conditions of , 3 minutes, and after-cured at 180° C. for 8 hours. Next, it was left in an atmosphere of 85° C. and 85% relative humidity for 72 hours to perform a moisture absorption treatment, and then immersed in a solder bath at 260° C. for 5 seconds. At this point, the crack occurrence rate of the package was investigated. Furthermore, this solder immersion package was placed in a pressure cooker at 127°C in a saturated steam atmosphere at 100 to 400°C.
The moisture resistance was evaluated by leaving it for a while and checking the incidence of defects (leak defects, open defects). The above measurement results are summarized in Tables 3 and 4. [Table 1] [Table 2] [Table 2] [Table 3] [Table 4] [0045] As is clear from Table 3, in Examples 1 to 9, the resin composition A reduction in the elastic modulus of the material and an improvement in adhesion to the insert have been achieved. Furthermore, it has low melt viscosity, excellent moldability, good mechanical strength, and TC
It can be seen that there were almost no defects in the T test and PCT test, and excellent thermal shock resistance and moisture resistance were obtained. Effects of the Invention As described in detail above, in the resin-sealed semiconductor device of the present invention, the epoxy resin composition, which is the material for encapsulating the semiconductor element, has a small elastic modulus and a low-stress seal. The semiconductor element is sealed with a sealing resin. Furthermore, the adhesiveness between the sealing resin and the insert is good, and the thermal shock resistance is extremely excellent.Even after surface mounting, the subsequent moisture resistance is good, and it has very high reliability.