JPH0438856A

JPH0438856A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH0438856A
Application number: JP14521590A
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: 1990-06-01
Filing date: 1990-06-01
Publication date: 1992-02-10
Anticipated expiration: 2013-07-09
Also published as: JP2773955B2

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、信転性に優れた半導体装１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転
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、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、パッケージが小
形化、薄形化する傾向にあり、これにともなって封止材
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。

耐湿信転性、耐衝撃信顧性、耐熱信転性等）の向上が要
望されている。特に、近年、素子（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を
評価する加速試験である熱サイクル試験（ＴＣＴテスト
）に対する一層優れた性能が要求されている。また、半
導体装置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膨れが発生し
ないという特性も要求されている。これらに対応するた
め、ＴＣＴテストで表される各特性の向上を目的として
封止樹脂をゴム変性して熱応力を低減させたり、また半
田浸漬時の耐クラツク性の向上を目的として封止樹脂と
リードフレームとの密着性を向上させること等が検討さ
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題〕

このように、各種の改良が図られてはいるが、依然とし
て封止用エポキシ樹脂組成物のＴＣＴテストの向上効果
や半田浸漬時の耐クラツク性等の向上効果が充分ではな
い。このため、先に述べたような技術革新による素子サ
イズの大形化や表面実装は対応できるように、上記両特
性を実際に向上しうる技術の開発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および半田浸漬時の
耐クラツク性の向上が現実に実現されている半導体装置
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の球状シワ力（Ｘ）と
アミノシランカップリング則で表面被覆処理された平均
粒径０．１〜ＩＯμｍの破砕シリカ（Ｙ）とからなる無
機質充填剤であって、上記ＸおよびＹの重量基準の混合
割合Ｘ／Ｙが９／１〜１／１になるように設定されてい
る無機質充填剤。

〔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現実
に実現するため、一連の研究を重ねた。その結果、無機
質充填剤が上記特性に大きく影響を及ぼすことを突き止
め、さらに研究を重ねた結果、無機質充填剤として上記
（Ｃ）成分を用いると、ＴＣＴテストで表される各特性
および半田浸漬時の耐クラツク性が実際に大幅に向上す
ることを見出しこの発明に到達した。

この発明に用いられ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、特殊な配合比
率の無機質充填剤（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。

上記エポキシ樹脂（Ａ成分）としては、特に制限するも
のではなく、ノボラック型、ク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°Ｃのものが用
いられ、ク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。

上記エポキシ樹脂（Ａ成分）とともに用いられる硬化剤
（Ｂ成分）としては、フェノールノボラック、クレゾー
ルノボラック等が好適に用いられる。これらノボラック
樹脂は、軟化点が５０〜１１０°Ｃ１水酸基当量が７０
〜１５０のものを用いるのが好ましい。特に、上記ノボ
ラック樹脂のなか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。

上記エポキシ樹脂（Ａ成分）と硬化剤（Ｂ成分）との配
合割合は、上記エポキシ樹脂のエポキシ基１当量当たり
硬化剤中の水酸基が０．８〜１．２当量となるように配
合することが好ましい。

上記エポキシ樹脂（Ａ成分）および硬化剤（Ｂ成分）と
ともに用いられる特殊な無機質充填剤（Ｃ成分）は、平
均粒径が２０〜７０ＩＪｍの球状シリカと、平均粒径が
０．１〜１０μｍの破砕シリカとの混合物からなる。し
かも、上記２種類のシリカ粉末のうち破砕シリカはその
表面がアミノシランカップリング剤で被覆処理されてい
る。

一般に、破壊靭性値と曲げ強度がエポキシ樹脂組成物の
ＴＣＴテストや半田クラック性の物性指標として用いら
れており、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０本発明者らは
、無機質充填剤がＴＣＴテストおよび半田クラック性に
大きな影響を及ぼすと着想し、無機質充填剤の粒子サイ
ズを中心に上記物性指標への影響を調べた。その結果、
粒径が大きいほど破壊靭性値は高く、粒径が小さいほど
曲げ強度が高いことを見出した。特に、無機質充填剤の
なかでも破砕シリカの場合、粒径が大きい粒子では、粒
子自身の破壊のため曲げ強度が低下する。このため、本
発明者らは破壊靭性値と曲げ強度の双方を向上させるた
めに粒径の大きな球状シリカと粒径の小さい破砕シリカ
を用い、さらにエポキシ樹脂との接着性を高めて曲げ強
度を向上させるために、アミノシランカップリング剤を
用い粒径の小さい破砕シリカの表面を被覆処理すること
が有効との着想の下に、さらに研究を重ねた。その結果
、上記のようにすることにより、ＴＣＴテストや半田実
装時のクラック発生を現実に抑制でき、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がクラックの
進行を止めその拡張を防止しうるようになるのである。

さらに、上記球状シリカ（Ｘ）と表面をアミノシランカ
ップリング剤で被覆処理された破砕シリカ（Ｙ）の配合
割合は、重量比でＸ：Ｙ＝９：１〜１：１の範囲内に設
定する必要がある。また、上記アミノシランカップリン
グ剤の使用量は、破砕シリカに対して０．１〜２重量％
（以下「％」と略す）の範囲内に設定するのが好ましい
。

そして、上記特殊な無機質充填剤（Ｃ成分）の含有量は
、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。さらに好末しくは７０％以上、特に好ましく
は８０％以上である。すなわち、無機質充填剤の含有量
が５０％を下回ると、半田浸漬時の耐クラツク性の向上
等の効果が大幅に低下するからである。

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−Ｃ成分以外に、必要に応じて硬化促進剤、難燃
剤、顔料およびシランカップリング剤等のカップリング
剤を適宜用いることができる。

上記硬化促進剤としては、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等
があげられ、単独でもしくは併せて用いられる。

上記難燃剤としては、三酸化アンチモン、リン系化合物
等があげられる。

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、まず、アミノシランカップリング剤と特定の
粒径を有する破砕シリカを混合撹拌して破砕シリカ表面
を被覆処理する。つぎに、上記表面処理された破砕シリ
カおよび球状シリカ（Ｃ成分）と、エポキシ樹脂（Ａ成
分）と、硬化剤（Ｂ成分）と、さらに必要に応じて硬化
促進剤、難燃剤、顔料、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方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
成物中に含まれる平均粒径の大きな球状シリカとアミノ
シランカップリング剤により表面処理された平均粒径の
小さな破砕シリカ（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（球状シリカおよび破砕シ
リカ）のうち、破砕シリカがアミノシランカップリング
剤で表面処理されている所定比率で混合された無機質充
填剤（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（
例えば、耐熱信軌性、耐衝撃信軌性等）が向上していて
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
。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ピン以上、特に１６ビン以上もしくはチップの長
辺が４［＋［［１１以上の大形の半導体装置において、
上記のような高信転性が得られるのであり、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。

〔実施例１〜７、比較例１．２〕下記の第１表にしたがって、破砕シリカにアミノシラン
カップリング剤を同表に示す割合で配合し、混合撹拌し
て破砕シリカを表面処理した。ついで、上記表面処理さ
れた破砕シリカと、同表に示す残りの各原料を同表に示
す割合で配合し、ミキシングロール機（ロール温度１０
０″Ｃ）で３分間溶融混練を行い、冷却固化後粉砕する
ことにより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℃１５分のＴＣＴテスト、８
５°Ｃ×８５％ＲＨの恒温槽中に放置して吸湿させ、温
度２６０°Ｃで１０秒間半田浴に浸漬する試験を行い、
各クラック発生数を測定した。また、ＡＳＴＭＥ３９９
−８１に基づいて破壊靭性試験を行い破壊靭性値を求め
た。また、併せて曲げ強度を測定し７た。そして、その
結果を、第２表に示した。

（以下余白）第２表の結果から、実施例品は曲げ強度が高く、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に
優れている。このことから、実施例品は比較測高に比べ
て信転性が著しく向上していることがわかる。

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）エポキシ樹脂。（Ｂ）硬化剤。（Ｃ）平均粒径が２０〜７０μｍの球状シリカ（Ｘ）と
アミノシランカップリング剤で表面被覆処理された平均
粒径０．１〜１０μｍの破砕シリカ（Ｙ）とからなる無
機質充填剤であつて、上記ＸおよびＹの重量基準の混合
割合Ｘ／Ｙが９／１〜１／１になるように設定されてい
る無機質充填剤。
（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の球状シリカ（Ｘ）と
アミノシランカップリング剤で表面被覆処理された平均
粒径０．１〜１０μｍの破砕シリカ（Ｙ）とからなる無
機質充填剤であつて、上記ＸおよびＹの重量基準の混合
割合Ｘ／Ｙが９／１〜１／１になるように設定されてい
る無機質充填剤。