JPH05198702A

JPH05198702A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH05198702A
Application number: JP5799791A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Nakamura; 吉伸中村; 司 ▲吉▼田; Tsukasa Yoshida; Shinya Akizuki; 伸也秋月
Original assignee: Dai Ichi Kogyo Seiyaku Co Ltd; Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp; DKS Co Ltd
Priority date: 1991-02-27
Filing date: 1991-02-27
Publication date: 1993-08-06

Abstract

(57)【要約】〔構成〕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樹脂封止してい
る。（Ａ）ジヒドロキシナフタリン骨格を１分子中に１個以
上含むノボラツク型ポリグリシジルエーテル。（Ｂ）硬化剤。（Ｃ）無機質充填材。〔効果〕熱サイクルテストによつて評価される特性が
向上し装置が長寿命になる。また、パツケージの吸湿
後、半田浸漬時においてもパツケージクラツクが生じな
い。このような樹脂封止は、特に大形の半導体装置にお
いて、有用であり、高信頼性が得られるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、信頼性に優れた半導
体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】トランジスター，ＩＣ，ＬＳＩ等の半導
体素子は、従来から、セラミツクパツケージ等によつて
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、プラスチツクパツケージを用い
た樹脂封止が主流になつている。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
よつ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、パツケージも小形化，薄形化する傾向
にあり、これに伴つて封止材料に対してより以上の信頼
性（得られる半導体装置の熱応力の低減，耐湿信頼性，
耐熱衝撃試験に対する信頼性等）の向上が要望されてい
る。特に、近年、半導体素子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）に対するより
以上の性能の向上が要求されている。また、半導体パツ
ケージの実装方法として表面実装が主流となつてきてお
り、このため、半導体パツケージが吸湿した状態におい
て半田溶融液に浸漬してもパツケージにクラツクやふく
れが発生しないという特性も要求されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような要求に関し
て、従来からＴＣＴテストによつて評価される各特性の
向上のために、例えばシリコーン化合物を用いてエポキ
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
いる。また、半田浸漬時の耐クラツク性の向上のために
リードフレームと封止樹脂との密着性を向上させる等が
検討されているが、両者とも未だ充分な効果は得られて
いないのが実情である。

【０００４】このように、これまでの封止用エポキシ樹
脂組成物では、ＴＣＴテストの結果や半田浸漬時の耐ク
ラツク性の両特性が満足のいくものではない。このた
め、上記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、上記両特性の向上が強く
望まれている。

【０００５】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、ＴＣＴテストによつて評価される各特性およ
び半田浸漬時の耐クラツク性の双方に優れた半導体装置
の提供をその目的とする。

【０００６】

【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）ジヒドロキシナフタリン骨格を１分子中に１個以
上含むノボラツク型ポリグリシジルエーテル。（Ｂ）硬化剤。（Ｃ）無機質充填剤。

【０００７】

【作用】すなわち、本発明者らは、ＴＣＴテストによつ
て評価される各特性および半田浸漬時の耐クラツク性に
優れた封止樹脂を得るために一連の研究を重ねた。その
結果、上記のような特殊な骨格構造を有するノボラツク
型ポリグリシジルエーテルを用いると、ＴＣＴテストで
評価される特性および半田浸漬時の耐クラツク特性の双
方に優れた封止樹脂が得られることを見出し、この発明
に到達した。

【０００８】つぎに、この発明について詳しく説明す
る。

【０００９】この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物
は、特殊な骨格構造を有するエポキシ樹脂（Ａ成分）
と、硬化剤（Ｂ成分）と、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、粉末状あるいはこれ
を打錠したタブレツト状になつている。

【００１０】上記特殊な骨格構造を有するエポキシ樹脂
（Ａ成分）としては、例えば下記の一般式（１）で表さ
れる繰り返し単位を主成分とするノボラツク型ポリグリ
シジルエーテルがあげられる。下記の一般式（１）にお
いて、繰り返し数ｎで示されるフエノール成分と、繰り
返し数ｍで示されるジヒドロキシナフタリン成分との縮
合の態様は、交互，ランダム，ブロツク等特に問わない
が、その多くは交互縮合の態様になる。なお、上記ジヒ
ドロキシナフタリン成分のうち、ジヒドロキシナフタリ
ン部分を、この発明では「ジヒドロキシナフタリン骨
格」という。

【００１１】

【化１】

【００１２】〔上記式（１）において、ＸはＨまたはＣ
Ｈ₃で、Ｒはグリシジル基である。〕

【００１３】なお、上記一般式（１）において、繰り返
し数ｍで示されるジヒドロキシナフタリン成分は、下記
の構造式（ａ）および（ｂ）の双方を含む趣旨である。

【００１４】

【化２】

【００１５】

【化３】

【００１６】上記一般式（１）において、繰り返し数ｎ
としては０≦ｎ≦１０の範囲、繰り返し数ｍとしては１
≦ｍ≦２０の範囲が好ましく、しかもｎ＋ｍの値として
２≦ｎ＋ｍ≦２０の範囲が好ましい。そして、なかでも
ノボラツク型ポリグリシジルエーテルとして、下記の構
造式（２）で表される３核体のもの、あるいは上記一般
式（１）においてｎ＝０のもの、すなわち下記の一般式
（３）で表されるものを用いるのが好ましい。

【００１７】

【化４】

【００１８】

【化５】

【００１９】〔上記式（２）および（３）において、Ｒ
はグリシジル基である。〕

【００２０】このノボラツク型ポリグリシジルエーテル
は、ジヒドロキシナフタリンとクレゾールをアルデヒド
成分を介してジヒドロキシナフタリン−クレゾール重合
体を作製し、これをエピクロルヒドリンと反応させるこ
とにより得られる。上記ジヒドロキシナフタリン−クレ
ゾール重合体の重合度は２〜５の範囲が好ましい。上記
ジヒドロキシナフタリンとしては、１，６−ジヒドロキ
シナフタリンおよび２，７−ジヒドロキシナフタリンの
少なくとも一方があげられ、クレゾールとしては、ｐ−
クレゾールおよびｏ−クレゾールの少なくとも一方があ
げられる。また、上記アルデヒド成分としては、ホルム
アルデヒドがあげられるが、これに限定するものではな
く、これ以外のアルデヒドを用いてもよい。上記ジヒド
ロキシナフタリンとクレゾールの使用割合は、ジヒドロ
キシナフタリン１モルに対してクレゾールを０．２〜２
モルの割合に設定するのが好ましく、特に好ましくは
０．４〜０．６モルである。そして、上記ジヒドロキシ
ナフタリンナフトールとクレゾールの組み合わせにおい
ては、１，６−ジヒドロキシナフタリンとｐ−クレゾー
ルの組み合わせが好適である。

【００２１】上記硬化剤（Ｂ成分）は、上記特殊な骨格
構造を有するエポキシ樹脂（Ａ成分）の硬化剤として作
用するものであり、フエノールノボラツク，クレゾール
ノボラツク樹脂等が好適に用いられる。これらノボラツ
ク樹脂は、軟化温度が５０〜１１０℃，水酸基当量が７
０〜１５０のものを用いるのが好ましい。特に上記ノボ
ラツク樹脂のなかでもフエノールノボラツク樹脂を用い
ることが好結果をもたらす。

【００２２】さらに、上記フエノール樹脂以外に、下記
の一般式（４）で表される繰り返し単位を主成分とする
ノボラツク硬化剤を用いるのが特に好適である。

【００２３】

【化６】

【００２４】〔上記式（４）において、ＸはＨまたはＣ
Ｈ₃である。〕

【００２５】そして、上記一般式（４）において、繰り
返し単位数ｍとしては２≦ｍ≦５０の範囲が好ましい。
なかでも、上記一般式（４）で表される硬化剤として、
ＸがＨである、すなわち下記の構造式で表されるものを
用いるのが好ましい。

【００２６】

【化７】

【００２７】このようなノボラツク型硬化剤は、例え
ば、フエノール性化合物とキシレンを縮合することによ
り得られる。上記ノボラツク型硬化剤の縮合度は２〜１
００の範囲が好ましい。特に好ましくは２〜５０であ
る。上記フエノール性化合物としては、フエノール，ク
レゾール等があげられる。また、上記キシレンとして
は、ｐ−キシレンおよびｏ−キシレンがあげられ、特に
好適なのはｐ−キシレンである。このようにして得られ
るノボラツク型硬化剤としては、水酸基当量１７０〜２
００で、軟化点６０〜１５０℃のものが好ましい。

【００２８】上記特殊なエポキシ樹脂（Ａ成分）と硬化
剤（Ｂ成分）との配合割合は、特殊なエポキシ樹脂中の
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。

【００２９】上記特殊なエポキシ樹脂（Ａ成分）および
硬化剤（Ｂ成分）とともに用いられる無機質充填剤（Ｃ
成分）としては、特に限定するものではなく、従来公知
のものが用いられ、例えば石英ガラス，タルク，シリカ
粉末およびアルミナ粉末等があげられる。なかでも、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（Ｃ成分）の含有量は、例えばシリカ粉末を用いる
場合、エポキシ樹脂組成物全体の５０重量％（以下
「％」と略す）以上になるように設定するのが好適であ
る。より好適なのは７０％以上であり、特に好適なのは
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ＴＣＴテストによつて評価される特性
および半田浸漬時の耐クラツク性の向上効果が大幅に低
下する傾向がみられるからである。

【００３０】また、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成分に加えて、内部応力の低減
のためにシリコーン化合物を用いるのが好ましい。上記
シリコーン化合物としては、下記の一般式（５）および
（６）で表されるもののの少なくとも一方があげられ
る。

【００３１】

【化８】

【００３２】このようなシリコーン化合物の配合量は、
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％の範囲内
である。

【００３３】なお、この発明に用いられるエポキシ樹脂
組成物には、上記各成分以外に必要に応じて、他の添加
剤として硬化促進剤である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
が適宜配合される。これらは単独でもしくは併せて用い
られる。さらに、三酸化アンチモン，リン系化合物等の
難燃剤や顔料、シランカツプリング剤等のカツプリング
剤等を配合することができる。

【００３４】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、まず上記Ａ〜Ｃ成分，シリコーン化合物および
他の添加剤を所定の割合で配合する。ついで、これら配
合物をミキシングロール機等の混練機にかけ、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
よつて粉砕し、必要に応じて打錠するという一連の工程
を経ることによつて目的とするエポキシ樹脂組成物を製
造することができる。また、各成分の配合に先立つて、
シリコーン化合物を用いて上記Ａ成分またはＢ成分を変
性し、この変性物と残りの成分を配合してもよい。

【００３５】このようなエポキシ樹脂組成物を用いての
半導体素子の封止等は特に限定するものではなく、通常
のトランスフアー成形等の公知のモールド方法によつて
行うことができる。

【００３６】このようにして得られる半導体装置は、前
記特殊な骨格構造を有するエポキシ樹脂（Ａ成分）を含
有するため、ＴＣＴテストで評価される特性が向上し、
また半田浸漬時における優れた耐クラツク性を有してい
る。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、この発明の半導体装置
は、特殊な骨格構造を有するエポキシ樹脂（Ａ成分）を
含む特殊なエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂封止されて
いるため、ＴＣＴテストによつて評価される特性が向上
し長寿命になる。また、吸湿後、半田浸漬時においても
パツケージクラツクが生じない。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１
６ピン以上の、もしくは半導体素子の長辺が４mm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
られるようになり、これが大きな特徴である。

【００３８】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。

【００３９】まず、実施例に先立つて、下記に示す６種
類のシリコーン化合物ａ〜ｆを準備した。

【００４０】〔シリコーン化合物ａ〕

【化９】エポキシ当量：１８００

【００４１】〔シリコーン化合物ｂ〕

【化１０】エポキシ当量３０００

【００４２】〔シリコーン化合物ｃ〕

【化１１】エポキシ当量１００００

【００４３】〔シリコーン化合物ｄ〕

【化１２】エポキシ当量７０００

【００４４】〔シリコーン化合物ｅ〕

【化１３】アミン当量３８００

【００４５】〔シリコーン化合物ｆ〕

【化１４】カルボキシル当量３３００

【００４６】なお、上記シリコーン化合物ａ〜ｆにおい
て、ｎの値は、シリコーン化合物ａでは４０、シリコー
ン化合物ｂでは６０、シリコーン化合物ｃでは９、シリ
コーン化合物ｄでは２９、シリコーン化合物ｆでは８７
である。ｍの値は、シリコーン化合物ｃでは９である。
Ｘの値は、シリコーン化合物ｃでは１５６、シリコーン
化合物ｄでは１５２、シリコーン化合物ｅでは１４８で
ある。Ｙの値は、シリコーン化合物ｃでは２、シリコー
ン化合物ｄでは３、シリコーン化合物ｅでは３である。
Ｚの値は、シリコーン化合物ｃでは４、シリコーン化合
物ｄでは５である。

【００４７】

【実施例１〜１８】上記シリコーン化合物ａ〜ｆおよび
下記の表１〜表３に示した各成分を、同表に示す割合で
配合し、ミキシングロール機（温度１００℃）で３分間
溶融混練を行つた。つぎに、これを冷却固化した後、粉
砕して目的とする粉末状エポキシ樹脂組成物を得た。

【００４８】なお、下記の表１〜表３中のエポキシ樹脂
Ａは１，６−ジヒドロキシナフタリンとｐ−クレゾール
（モル比２／１）のホルムアルデヒド縮合によるノボラ
ツク型ポリグリシジルエーテル（エポキシ当量１６５，
軟化点１０５℃）、エポキシ樹脂Ｂは２，７−ジヒドロ
キシナフタリンとｏ−クレゾール（モル比２／３）のホ
ルムアルデヒド縮合によるノボラツク型ポリグリシジル
エーテル（エポキシ当量１９８，軟化点９８℃）、エポ
キシ樹脂Ｃは１，６−ジヒドロキシナフタリンのホルム
アルデヒド縮合によるノボラツク型ポリグリシジルエー
テル（エポキシ当量１６０，軟化点１１２℃）、エポキ
シ樹脂Ｄはｏ−クレゾールノボラツク型エポキシ樹脂
（エポキシ当量１９５，軟化点８０℃）を用い、フエノ
ール樹脂としてフエノールノボラツク樹脂（水酸基当量
１０５，軟化点８０℃）を用いた。

【００４９】

【表１】

【００５０】

【表２】

【００５１】

【表３】

【００５２】

【実施例１９〜４０】硬化剤成分として、特殊なノボラ
ツク型硬化剤を用い、下記の表４〜表７に示した各成分
を、同表に示す割合で配合した。それ以外は実施例１と
同様にして目的とする粉末状エポキシ樹脂組成物を得
た。

【００５３】なお、下記の表４〜表７中のエポキシ樹脂
Ａは１，６−ジヒドロキシナフタリンとｐ−クレゾール
（モル比２／１）のホルムアルデヒド縮合によるノボラ
ツク型ポリグリシジルエーテル（エポキシ当量１６５，
軟化点１０５℃）、エポキシ樹脂Ｂは２，７−ジヒドロ
キシナフタリンとｏ−クレゾール（モル比２／３）のホ
ルムアルデヒド縮合によるノボラツク型ポリグリシジル
エーテル（エポキシ当量１９８，軟化点９８℃）、エポ
キシ樹脂Ｃは１，６−ジヒドロキシナフタリンのホルム
アルデヒド縮合によるノボラツク型ポリグリシジルエー
テル（エポキシ当量１６０，軟化点１１２℃）、エポキ
シ樹脂Ｄはｏ−クレゾールノボラツク型エポキシ樹脂
（エポキシ当量１９５，軟化点８０℃）を用い、フエノ
ール樹脂Ａとしてフエノールとｐ−キシレンを成分と
し、組成比１／１で縮合したフエノール−ｐ−キシレン
共縮合体（水酸基当量１８０，軟化点８５℃）、フエノ
ール樹脂Ｂとしてフエノールとｏ−キシレンを成分と
し、組成比１／１で縮合したフエノール−ｏ−キシレン
共縮合体（水酸基当量１７８，軟化点８３℃）、フエノ
ール樹脂Ｃとしてクレゾールとｐ−キシレンを成分と
し、組成比１／１で縮合したクレゾール−ｐ−キシレン
共縮合体（水酸基当量１９８，軟化点９５℃）、フエノ
ール樹脂Ｄとしてクレゾールとｏ−キシレンを成分と
し、組成比１／１で縮合したクレゾール−ｏ−キシレン
共縮合体（水酸基当量１９６，軟化点９５℃）を用い
た。

【００５４】

【表４】

【００５５】

【表５】

【００５６】

【表６】

【００５７】

【表７】

【００５８】

【比較例１〜３】特殊なエポキシ樹脂の代わりに従来用
いられているｏ−クレゾールノボラツク型エポキシ樹脂
（エポキシ当量１９５、軟化点８０℃）を、また硬化剤
としてフエノール樹脂〔フエノールノボラツク樹脂（水
酸基当量１０５，軟化点８０℃）〕を用い、下記の表８
に示した各成分を、同表に示す割合で配合した。それ以
外は実施例１と同様にして目的とする粉末状エポキシ樹
脂組成物を得た。

【００５９】

【表８】

【００６０】以上の実施例および比較例によつて得られ
た粉末状エポキシ樹脂組成物を用い、半導体素子をトラ
ンスフアー成形（条件：１７５℃×２分，１７５℃×５
時間後硬化）することにより半導体装置を得た。このパ
ツケージは８０ピンＱＦＰ（クワツドフラツトパツケー
ジ，サイズ：２０×１４×２mm）であり、ダイパツドサ
イズは８×８mmである。

【００６１】このようにして得られた半導体装置につい
て、−５０℃／５分〜１５０℃／５分のサイクル数を変
えてＴＣＴテストを行いパツケージクラツクの発生数を
測定した。また、８５℃／８５％ＲＨの恒温槽中に吸湿
時間を変え放置して吸湿させた後に、２６０℃の半田溶
融液に１０秒間浸漬する試験を行い、パツケージクラツ
クの発生数を測定した。これらの結果を下記の表９〜表
１３に示した。

【００６２】

【表９】

【００６３】

【表１０】

【００６４】

【表１１】

【００６５】

【表１２】

【００６６】

【表１３】

【００６７】上記表９〜表１３の結果から、比較例品は
ＴＣＴテストではサイクル数が多くなるにつれてパツケ
ージクラツクが発生し、また半田浸漬時の耐クラツク性
テストでは吸湿時間が４８時間で全てのパツケージにク
ラツクが生じた。これに対して、実施例品はＴＣＴテス
トおよび半田浸漬時の耐クラツク性テストの両テストに
おいて、比較例品に比べてクラツクの発生数が少なかつ
た。このことから、実施例品はＴＣＴテストおよび半田
浸漬時の耐クラツク性に優れていることがわかる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者秋月伸也大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号日東電工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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）ジヒドロキシナフタリン骨格を１分子中に１個以
上含むノボラツク型ポリグリシジルエーテル。（Ｂ）硬化剤。（Ｃ）無機質充填剤。
【請求項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）ジヒドロキシナフタリン骨格を１分子中に１個以
上含むノボラツク型ポリグリシジルエーテル。（Ｂ）硬化剤。（Ｃ）無機質充填剤。