JPH04320359A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、弾性率，熱膨張係数が
小さいために発生する熱応力が低く、さらに、接着性に
優れ、温度サイクル試験，耐湿性試験等の各種信頼性に
優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体封止用エポキシ樹脂組成物の熱応
力を低減するため、熱膨張係数の小さい充填剤を添加し
て封止用樹脂の熱膨張係数を小さくする方法と、特開昭
６１−４７２１号公報に記載のようにゴム成分を添加す
ることによって弾性率を小さくする方法が知られている
。しかし、熱膨張係数を小さくするために充填剤の添加
量を増加してゆくと、弾性率が高くなったり、封止樹脂
と半導体素子、リード等との接着性が低下するという欠
点があり充填剤の添加量にも限界があった。又、後者の
ようにゴム成分を添加することにより弾性率を小さくし
ても、接着性も低下するという問題があり熱応力の低減
と樹脂の接着性の確保の両立は困難であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】エポキシ樹脂組成物は
、一般に、誘電特性，体積抵抗率等の電気特性，曲げ強
度，衝撃強度等の機械特性に優れているため、現在、半
導体封止用として広く使用されている。しかし、半導体
素子封止用に使用した場合、素子に大きな機械的ストレ
スを与える。このため、素子が正常に機能しなかったり
、素子の一部が破壊されたり、素子表面に形成されてい
るパッシベーション膜にクラックが生じたり、半田実装
等の際に封止樹脂に割れが発生し信頼性を低下させる原
因となっている。このような機械的ストレスが生じる原
因の一つに半導体素子と封止材料の熱膨張係数や成形後
の収縮率の違いが掲げられる。半導体素子は、熱膨張係
数や収縮率が非常に小さいが樹脂のそれは大きな値を示
す。両者の熱膨張係数や収縮率の違いが封止工程、ポス
トキュア、あるいは、その後の様々な熱履歴を経ること
により半導体素子およびその他の構造材料に大きな熱応
力を与える原因となっている。さらに、半導体素子は集
積度の向上、多機能化に伴い素子寸法の大型化、配線の
微細化，多層化，多ピン化が進んでいる。また、パッケ
ージは、今後、さらに小型，薄型化の傾向にあり封止樹
脂層は益々薄肉化が進んでおり熱応力を低下させること
が強く望まれている。

【０００４】樹脂によって封止された半導体素子に加わ
る熱応力は、封止樹脂と半導体素子の熱膨張係数の差と
樹脂の弾性率及び、封止樹脂が硬化して熱応力が発生し
始める樹脂のガラス転移温度と室温までの温度差の積に
比例する。従って、熱応力を低下させるには（ｉ）封止
樹脂のガラス転移温度を下げる。（ｉｉ）封止樹脂の熱
膨張係数を小さくする。（ｉｉｉ）　封止樹脂の弾性率
を小さくするという手法が考えられる。

【０００５】しかし、封止樹脂のガラス転移温度を下げ
る方法は耐熱性，耐湿性が低下し半導体装置の信頼性を
損なうため半導体素子封止用樹脂には適していない。ま
た、封止樹脂の熱膨張係数を小さくする目的で熱膨張係
数の小さい無機質充填剤を添加する方法が良く知られて
いる。しかし、充填剤を多量に添加すると半導体装置を
構成する半導体素子、リード等と封止樹脂との接着性が
低下し、耐湿性や実装時の信頼性が低下するという問題
が生じる。

【０００６】さらに、封止樹脂の弾性率を小さくする手
法としては、末端にカルボキシ基をもつブタジエン−ア
クリロニトリル共重合物，アミノ基，エポキシ基，カル
ボキシ基をもったポリジメチルシロキサン等の可撓性付
与剤を添加して弾性率を低下する方法が知られているが
、弾性率の低下と同時に樹脂の接着性も低下するため、
これら可撓性付与剤の添加量にも限界がある。

【０００７】今後、さらに小型薄型多ピンの半導体装置
の信頼性を向上させるには、耐熱性，耐湿性，接着性を
低下させずに熱応力を低減させる必要がある。

【０００８】本発明の目的は、半導体封止用として有用
なエポキシ樹脂組成物に関し、ガラス転移温度は従来の
エポキシ樹脂硬化物と同等であり、弾性率，熱膨張係数
が小さく、接着力が高い半導体封止用エポキシ樹脂組成
物を与えることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、エポキシ樹
脂に接着性を与える変性剤を添加することにより達成で
きると思われる。そこで、本発明者等は、半導体封止用
エポキシ樹脂に各種変性剤を添加した場合における変性
剤の化学構造や、添加量と硬化物の諸特性との関係につ
いて検討を行なった。

【００１０】その結果、エポキシ樹脂に各種官能基をも
つシリコーン重合体を添加することによって硬化物の諸
特性が大きく変化し、特に官能基として、ポリオキシレ
ンアルコール基とアミノ基あるいはカルボキシ基のいず
れかをもつシリコーン重合体を添加した場合、樹脂の接
着性を低下させずに弾性率の低減が可能となることを見
出した。

【００１１】本発明に用いるシリコーン重合体分子量五
千以上十万以下が好ましく、そのうち一万以上五万以下
の分子量のシリコーン重合体を用いた場合上記効果が特
に大きい。

【００１２】これら、シリコーン重合体中のポリエーテ
ル含有量は、２０％以上５０％以下が望ましい。ポリエ
ーテル含有量がこれより少なくなるとエポキシ樹脂との
相溶性が低下しエポキシ樹脂表面にシリコーン重合物が
分離しやすくなり接着性が低下する。一方、ポリエーテ
ル含有量が５０％より多くなるとエポキシ樹脂の吸湿率
が大きくなり、半導体封止用として用いた場合、半導体
装置の耐湿信頼性が低下する。

【００１３】これらシリコーン重合体は、エポキシ樹脂
１００重量部に対して２〜６０重量部となるように添加
することができるが、特に耐熱性，耐湿性，機械的性質
等が良好な範囲としては、５〜５０重量部添加すること
が好ましい。

【００１４】本発明に用いるエポキシ樹脂とは、現在、
半導体封止用材料として一般に用いられているクレゾー
ルノボラック型エポキシ樹脂，フェノールノボラック型
エポキシ樹脂，ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂，ビフ
ェニル骨格をもつエポキシ樹脂等に、硬化剤としてフェ
ノールノボラックやクレゾールノボラック等のノボラッ
ク樹脂，無水ピロメリット酸や無水ベンゾフェノン等の
酸無水物，フェノールとアラキルエーテルの縮合物等を
用い、さらに充填剤，硬化促進剤，カップリング剤，着
色剤等を配合し、さらにこれらをジアセトンアルコール
，トルエン，Ｎ−メチルピロリドン，ジエチレングリコ
ールモノアルキルエーテル等の有機溶剤に溶解，分散さ
せた組成物である。このエポキシ樹脂は、三本ロール，
らいかい機等を用いて作製することができ、半導体の封
止工程は通常の液状樹脂を用いた場合と同様シリンジ等
を用いて塗布し、温風乾燥炉等で硬化することができる
。

【００１５】

【作用】エポキシ樹脂に分子量が五千以上十万以下、ポ
リエーテル含有量がシリコーン重合体の２０％以上５０
％以下でアミノ基あるいはカルボキシ基を有する変性剤
を添加することによって、硬化物の弾性率を低減させ、
接着性を向上することができる。ここで、ポリエーテル
基はエポキシ樹脂とシリコーン重合体の相溶性を向上さ
せる。また、アミノ基あるいはカルボキシ基はエポキシ
樹脂と反応して樹脂の硬化状態を変える。これにより柔
らかいゴム粒子として分散したシリコーン重合体はエポ
キシ樹脂と相互作用を起こしやすくなり、硬化物の弾性
率を低減させ接着力を向上させることができる。それに
より、封止，ポストキュア、あるいはその後の様々な熱
履歴を経ることによって生じる熱応力，応力集中を低減
させ、温度サイクル性，耐湿性，耐熱性等の信頼性を向
上させることができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
る。

【００１７】〈実施例１〜１０及び比較例１〜１７〉変
性剤として表１に示す各種シリコーン重合体をもち、表
２に示す組成の液状エポキシ樹脂組成物を三本ロールを
用いて混練し、得られた組成物を８０℃／１時間，１５
０℃／２時間の乾燥，硬化を行ない、熱膨張係数，弾性
率，アルミピール試験を行なった。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】結果を表３ないし表５に示す。

【００２１】

【表３】

【００２２】

【表４】

【００２３】

【表５】

【００２４】表５に示したようにポリオキシレンアルコ
ールとカルボキシ基あるいはアミノ基をもつポリジメチ
ルシロキサン（実施例１〜１０）をエポキシ樹脂変性剤
として用いた場合、変性剤を添加しないもの（実施例１
７）に比べてアルミピール強度が大きくなり接着性が向
上したことが分かる。一方、ポリオキシレンアルコール
を持たないポリジメチルシロキサンを変性剤として配合
した場合（比較例６〜８，１１〜１３，１６）に接着性
はほとんど向上しない。シリコーン変性剤の種類とアル
ミピール強度の関係を図１に示す。また、これに用いた
記号の説明を表６に示した。

【００２５】

【表６】

【００２６】図１，表６からも実施例１〜１０で用いた
ポリオキシレンアルコールとカルボキシ基あるいはアミ
ノ基をもつポリジメチルシロキサンがエポキシ樹脂の接
着性向上効果が大きいことがわかる。

【００２７】さらに、これらのうち実施例１，３，５，
６，８，１０、比較例３，７，１０，１２，１６，１７
をインナーリード幅１００μｍ，インナーリード厚３５
μｍ，素子寸法４×８ｍｍのテープキャリア型半導体の
素子表面をレジン厚約１５０μｍとなるようにポッティ
ングし、約１５０℃で１２０分の硬化を行なった。その
後、−５５℃／１０分⇔１５０℃／１０分の温度サイク
ル試験を行ない配線間の接続信頼性（抵抗値が５０％以
上変化した場合を不良と判定）およびレジンの耐クラッ
ク信頼性を評価した。結果を表７に示す。

【００２８】

【表７】

【００２９】これより熱膨張係数、弾性率が小さく接着
性に優れた樹脂組成物を用いてポッティングを行なった
テープキャリア型半導体装置は冷熱サイクル試験のよう
な熱衝撃を加えた場合の耐クラック性や配線の接続信頼
性が極めて良いことが分かる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば半導体封止用樹脂組成物
の線膨張係数、弾性率を小さくし接着性を向上すること
で半導体装置の各構成材料の線膨張係数の差によって生
じる熱応力や応力集中を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】シリコーン変化剤の種類とアルミピール強度の
関係の説明図。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】硬化物の物性が、熱膨張係数１．７×１０
   −５／℃　以下、弾性率１２ＧＰａ以下、アルミニウム
   〜樹脂間のピール接着力が３００ｇ／ｃｍ以上となるよ
   うな液状エポキシ樹脂組成物及び前記液状エポキシ樹脂
   組成物を半導体素子の少なくとも一部に被覆し、加熱硬
   化した被覆層を設けたことを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】液状エポキシ樹脂組成物が、エポキシ樹脂
   ，硬化剤，硬化促進剤、次式 【化１】 （ｌ，ｍ，ｎは整数で７０＜ｌ＋ｍ＋ｎ＜１５００、ｘ
   ，ｙは０から５の自然数、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３はアルキル
   鎖、Ｘ１はポリオキシレンアルコール、Ｘ２はＮＨ２あ
   るいはＣＯＯＨ）で示されるシリコーン骨格をもつ変性
   剤，充填剤，有機溶剤を主たる成分とすることを特徴と
   する半導体装置。
3. 【請求項３】請求項１において、前記変性剤はシリコー
   ン化合物とエポキシ樹脂からなるブロック共重合体であ
   る半導体装置。
4. 【請求項４】請求項１において、前記変性剤は分子量が
   五千以上十万以下、ポリエーテル含有量がシリコーン化
   合物の２０％以上５０％以下のシリコーン化合物からな
   るブロック共重合体である半導体装置。