JPH05206325A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH05206325A
JPH05206325A JP1074192A JP1074192A JPH05206325A JP H05206325 A JPH05206325 A JP H05206325A JP 1074192 A JP1074192 A JP 1074192A JP 1074192 A JP1074192 A JP 1074192A JP H05206325 A JPH05206325 A JP H05206325A
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JP
Japan
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resin
resin composition
filler
semiconductor device
dielectric constant
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JP1074192A
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English (en)
Inventor
Hiroyoshi Kokado
博義 小角
Teruo Kitamura
輝夫 北村
Toshiaki Ishii
利昭 石井
Hiroyuki Hozoji
裕之 宝蔵寺
Masaji Ogata
正次 尾形
Masanori Segawa
正則 瀬川
Kuniyuki Eguchi
州志 江口
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】樹脂成分と気体あるいは気体含有充填剤からな
る樹脂組成物、及び樹脂組成物で封止または誘電率を大
幅に低下させる。 【構成】熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂と気体から
成る樹脂組成物において、気体を体積分率で5〜90%
含有させる。気体は単独あるいは充填剤を介して含有さ
れていても良い。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体用樹脂組成物に
係り、特に、低誘電率材料及びその材料を用いた半導体
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】衛星放送は電波の出力が約100W程度
で、しかも、衛星1個で日本全土をカバーできる非常に
優れた伝送媒体であり、高品位テレビジョン,文字放
送,ファクシミリ放送等次代の情報伝送媒体を担うもの
として期待されている。一方、超高速コンピュータや高
速信号処理システム実現に向けて、とりわけGaAsに
おける電子の高速性を利用したナノストラクチュアデバ
イス開発が活発化している。
【0003】これらに適した半導体装置の1種である高
電子移動度トランジスタ(HEMT;High Electron Mo
bility Transistor)は、約10年前に発表された低雑音
特性を有する増幅器であり、衛星放送から発射される微
弱な電波を受信する受信機の増幅器や、電波天文分野で
遠い宇宙から届く微弱なミリ波の信号観測にも威力を発
揮している。更には、新世代の高速LSIとしても期待
されている。
【0004】従来、このような要求にたいして、高電子
移動度トランジスタはチップ及びリード線を空気を含有
した中空のセラミック製函体で内包し、且つ、函体に蓋
をした密閉構造を呈している。したがって、高電子移動
度トランジスタのチップ及びリード線は低誘電率素材
(誘電率は空気=1.0,セラミック=2.0)に内包さ
れているため、電気的特性や耐環境性に優れている。そ
の反面、函体と蓋がセラミック製であること及びその函
体と蓋とを接着する工程がある事などから、量産性がな
いのが最大の欠点になっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このような情勢下で電
気特性、特に誘電率を損なうことなく、量産性を向上さ
せるには、半導体素子及びリード線等を樹脂組成物で封
止するか、あるいは樹脂組成物で密閉構造の函体を造り
それらを内包することによる。しかし、従来の樹脂組成
物では誘電率が高くそのままでは実用出来ないが、樹脂
内に空気を含有させることにより可能となる。必要によ
っては、上述によって得られた半導体装置の外側を金
属,セラミックあるいは熱,光,水等により強い樹脂を
用いることにより、一層耐久性が向上する。
【0006】本発明の目的は、誘電率が低く、成形性が
良く、しかも量産性に極めて優れている樹脂組成物と、
その樹脂組成物を用いた半導体装置を提供することにあ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】発明者らは、各種樹脂組
成物の電気的特性,成形性,量産性等について鋭意検討
した結果、本発明に到達した。本発明の要旨は、 (1)樹脂成分と気体とを含む樹脂組成物において、5
0℃,1MHz〜50GHzにおける前記樹脂組成物の
誘電率は3.5 以下である。前記樹脂組成物中の気体含
有量は体積分率で5%〜85%である。気体の体積分率
が5%以下では誘電率の低下が少なく、また、85%以
上では前記樹脂組成物の機械的強度が弱く、いずれも実
用には供さない。気体は特に限定するものではなく具体
的には、例えば、アルゴン,空気,酸素,窒素,二酸化
炭素,二酸化硫黄,ヘリュウム,ヘキサン,ブタン,水
蒸気,フロロカーボン等を挙げることが出来、必要に応
じて併用することが出来る。
【0008】(2)前記気体が空気であることを特徴と
する低誘電率樹脂組成物。
【0009】(3)樹脂成分と充填剤とを含む樹脂組成
物において、充填剤は空気を含有し、50℃,1MHz
〜50GHzにおける前記樹脂組成物の誘電率が3.5
以下である。前記充填剤の大きさについては特に限定す
るものではないが、好ましくは1〜200μmである。
また、前記充填剤中に含有されている空気は体積分率で
5〜85%内が好適であり、5%以下では誘電率が所望
の値まで低下せず、また、85%以上では充填剤の機械
的強度が著しく低下し、やはり実用には供さない。
【0010】(4)上記(3)記載の充填剤は無機質系
バルーンであり、例えば、シリカバルーン,シラスバル
ーンなど挙げることが出来るが、特に成分を限定するも
のではない。また、これらバルーンは必要に応じて2種
以上併用することが出来る。
【0011】(5)上記(3)記載の充填剤は無機質系
バルーンであり、例えば、ポリエチレン,ポリプロピレ
ン,ポリスチレン,ポリウレタンなど挙げることが出来
るが、特に成分を限定するものではない。また、これら
バルーンは必要に応じて2種以上を併用することが出来
る。
【0012】(6)樹脂成分はエポキシ樹脂,シリコー
ン樹脂,ポリイミド樹脂,不飽和ポリエステル樹脂から
選ばれる熱硬化性樹脂である。
【0013】エポキシ樹脂は特に限定するものではな
く、例えば、ビスフェノールA,ビスフェノールF,レ
ゾルシノール,フェノールノボラック,クレゾールノボ
ラック等のフェノール類のグリシジルエーテル、また、
ブタンジオール,ポリエチレングリコール,ポリプロピ
レングリコール等のアルコール類のグリシジルエーテ
ル,フタル酸,イソフタル酸,テレフタル酸,テトラヒ
ドロフタル酸等のカルボン酸類のグリシジルエステル,
アニリン,イソシアヌール酸等の窒素原子に結合した活
性水素をグリシジル基で置換したもの等のグリシジル型
エポキシ樹脂,分子内のオレフィン結合を過酸等でエポ
キシ化して得られる、いわゆる、脂環型エポキシド等が
挙げられる。なかでもエポキシ当量180〜205のo
−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂がガラス転移温
度など耐熱性を損なうこと無く耐熱衝撃性を向上させる
ことが出来て好適である。
【0014】上記エポキシ樹脂は従来から公知の硬化
剤,硬化促進剤を併用することが出来るが、硬化剤とし
て、ノボラック型フェノール樹脂,ノボラック型クレゾ
ール樹脂等のフェノール樹脂,テトラヒドロ無水フタル
酸,無水ピロメット酸などの酸無水物,ジアミノジフェ
ニルメタン,ジアミノジフェニルスルフォン等のアミン
類,アジピン酸ジヒドラジド,イソフタル酸ジヒドラジ
ド,イソフタル酸ジヒドラジド等の二塩基酸ジヒドラジ
ド類などを用いることが出来る。
【0015】更に、硬化促進剤としては、例えば、2メ
チルイミダゾール,2エチル−4−メチルイミダゾール
等のイミダゾール類,ベンジルジメチルアミン,ジアサ
ビシクロウンデンセン等の三級アミン類,トリブチルホ
スフィンやトチフェニルホスフィン等の有機リン化合
物,テトラフェニルフォスフォニウム−テトラフェニル
ボレートのどのリン−ホウ素化合物を用いることが好ま
しい。
【0016】本発明には着色剤,離形剤,難燃剤,カッ
プリング剤等を必要に応じて用いることが出来る。本発
明の樹脂組成物の製造法は、ミキシングロールや押出し
機を用いた溶融混合法、あるいは樹脂組成物と溶剤から
成る溶液として用いるのが好適である。
【0017】(6)半導体素子はリードフレームあるい
はリード線と電気的に接続され、少なくとも素子の回路
形成面が該樹脂組成物で封止されているか、あるいは/
または少なくとも素子全体が該樹脂組成物の函体で保護
されている樹脂封止型半導体装置。
【0018】函体本体の空気含有量は体積分率で5%〜
90%が好適であり、5%以下では所望の誘電率が得ら
れない。90%以上では函体自体の機械的強度が著しく
低下し、実用には供さない。函体の形状は特に限定する
ものではない。また、函体内には半導体素子やリード線
等の他に、誘電率が空気などの気体が含有されているこ
とが望ましい。
【0019】
【作用】樹脂の誘電率改質剤として、気体を含有させる
事により樹脂組成物の誘電率を小さくすることが出来、
気体の含有量、すなわち、体積分率が大きいほど誘電率
を小さくできる。気体は単独状態で樹脂中に含有されて
いてもよく、あるいは充填剤を介して含有されても良
い。樹脂に充填剤を含有した樹脂組成物は弾性率,耐熱
性等が向上し、実用範囲は一層拡大する。
【0020】
【実施例】以下、本発明を実施例により更に具体的に説
明する。
【0021】〈実施例1〜5及び比較例1〜2〉誘電率
の改質剤として無機質系の充填剤としてシリカバルーン
(太平洋建設工業、容積比重0.19g/cm3,平均粒
径250μm,球体殻厚さ3〜6μm)を用い、表1に
示すエポキシ樹脂組成物を約150℃のガラス整ビーカ
内で約5分間混合撹拌した。
【0022】
【表1】
【0023】得られた樹脂組成物を用いてトランスファ
成形して得た円板状の試験片を用い、50℃,10GH
zにおける誘電率を測定した。結果を図1に示す。図よ
り明らかなように、充填剤の体積分率が大きくなるにつ
れて誘電率は小さくなる。しかし、シリカバルーンの体
積分率が90%になると、成形性が著しく低下して良好
な成形品が得られない。
【0024】〈実施例6〜10及び比較例3〉実施例1
〜5で加熱混合して得られた樹脂組成物をアセトンに溶
解させた溶液を造った。GaAs素子を用いた高電子移
動度トランジスタに、溶液を塗布して厚さ約10mmの保
護膜を形成した。それを約60℃で3時間乾燥して溶剤
を除去した。得られた高電子移動度トランジスタの雑音
指数は0.8dB〜0.6dBの範囲であった。また、実
施例1の樹脂組成物からシリカバルーンだけを除いた組
成物にアセトンを加えて溶解させた溶液を造った。その
溶液を用いて実施例6と同様にして高電子移動度トラン
ジスタを造った。得られた高電子移動度トランジスタの
雑音指数は1.0 である。
【0025】〈実施例11〉ポリエチレン70g,スチ
レンモノマ30g,過酸化ベンゾイル1gをフラスコに
入れ、ブタンガスを流しながら2時間撹拌する。濾過し
て膨閏したポリエチレンを取り出し、それをオートクレ
ーブに入れ150℃で5時間加熱する。得られたポリエ
チレン発泡体はブタンの体積分率が55%である。発泡
体を直径2cm,深さ2cmに内部を切り抜き、その内に実
施例6で用いたと同様のGaAs素子を用いた高電子移
動度トランジスタを組込んだ。その後、発泡体で蓋を造
り高電子移動度トランジスタを密閉した。得られた高電
子移動度トランジスタの雑音指数は0.7dB であっ
た。
【0026】〈比較例4〉メルトインデックス5.0 の
ポリエチレンを用い、実施例3と同様に射出成形機で厚
さが約1mmの円筒径な成形品と、厚さ約1mmの円筒用蓋
を造った。その円筒内に実施例6で用いたと同様のGa
As素子を用いた高電子移動度トランジスタを取付けた
あとに、超音波で円筒用蓋を融着させ固定した。得られ
た高電子移動度トランジスタの雑音指数は0.9dB で
ある。
【0027】
【発明の効果】本発明の樹脂組成物は誘電率を大幅に小
さくすることが出来る。また、樹脂組成物を用いた高電
子移動度トランジスタの雑音指数も大幅に改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】充填量内に含まれている気体を気体換算したと
きの体積分率に対して50℃,10GHzにおける誘電
率を表す特性図。
【図2】シリカバルーン含有樹脂組成物をGaAs素子
にコーテングして造った高電子移動度トランジスタの断
面図。
【符号の説明】
A…実施例、B,C…比較例、1…GaAs素子、2…
リード線、3…ゲート電極、4…コーテング樹脂。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宝蔵寺 裕之 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 尾形 正次 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 瀬川 正則 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 江口 州志 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】樹脂成分と気体とを含む樹脂組成物におい
    て、50℃,1MHz〜50GHzにおける前記樹脂組
    成物の誘電率は3.5 以下である低誘電率樹脂組成物
    で、少なくとも半導体素子を保護した構造を呈している
    ことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記気体は空気である
    半導体装置。
  3. 【請求項3】樹脂成分と充填剤とを含む樹脂組成物にお
    いて、前記充填剤は空気を含有し50℃,1MHz〜5
    0GHzにおける前記樹脂組成物の誘電率が3.5 以下
    である低誘電率樹脂組成物で、少なくとも半導体素子を
    保護した構造を呈していることを特徴とする半導体装
    置。
  4. 【請求項4】請求項1において、前記充填剤は、無機質
    系バルーンである半導体装置。
  5. 【請求項5】請求項1において、前記充填剤は、有機高
    分子系のバルーンである半導体装置。
  6. 【請求項6】請求項1において、樹脂成分はエポキシ樹
    脂,ウレタン樹脂,シリコーン樹脂,ポリイミド樹脂,
    不飽和ポリエステル樹脂から選ばれる熱硬化樹脂である
    低誘電率樹脂組成物で、少なくとも半導体素子を保護し
    た構造を呈している半導体装置。
  7. 【請求項7】半導体素子はリードフレームあるいはリー
    ド線と電気的に接続され、少なくとも素子の回路形成面
    が該樹脂組成物で封止されているか、あるいは/または
    少なくとも素子全体が前記樹脂組成物の函体で保護され
    ていることを特徴とする半導体装置。
JP1074192A 1992-01-24 1992-01-24 半導体装置 Pending JPH05206325A (ja)

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