JPH0567701A

JPH0567701A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH0567701A
Application number: JP12260791A
Authority: JP
Inventors: Shinya Akizuki; 伸也秋月; Yoshinobu Nakamura; 吉伸中村; Satoshi Tanigawa; 聡谷川; 司 ▲吉▼田; Tsukasa Yoshida
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1991-04-24
Filing date: 1991-04-24
Publication date: 1993-03-19
Anticipated expiration: 2014-06-14
Also published as: JP2904610B2

Abstract

(57)【要約】【構成】下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有するエポキ
シ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止している。（Ａ）エポキシ樹脂。（Ｂ）下記の一般式（１）で表されるフエノール樹脂お
よび（２）で表されるフエノール樹脂の少なくとも一
方。【化１】【化２】〔上記一般式（１）および（２）において、Ｒは水素原
子または炭素数６以下のアルキル基であり、相互に同じ
であつても異なつていてもよい。〕（Ｃ）無機質充填剤。【効果】ＴＣＴテストで評価される特性が向上して長
寿命になる。また、半田溶融液に浸漬した場合において
もパツケージクラツクの発生が抑制される。

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益々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
めに半導体パツケージを吸湿させたうえで半田溶融液に
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
という特性が要求されている。

【０００３】これに関して、従来からＴＣＴテストで評
価される各特性の向上のためにシリコーン化合物でエポ
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
ており、また半田浸漬時の耐クラツク性の向上のために
リードフレームとの密着性の向上等が検討されてきた
が、その効果は未だ充分ではない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、これま
での封止用エポキシ樹脂組成物はＴＣＴテストの結果や
半田浸漬時の耐クラツク性の特性が充分でなかつた。こ
のために、上記の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テストで評価される各特性の向上およ
び半田溶融液に浸漬時の耐クラツク性に優れた半導体装
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、この発明は半導体装置は、下記の（Ａ）〜（Ｃ）成
分を含有す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）下記の一般式（１）で表されるフエノール樹脂お
よび（２）で表されるフエノール樹脂の少なくとも一
方。

【化９】

【化１０】〔上記式（１）および（２）において、Ｒは水素原子ま
たは炭素数６以下のアルキル基であり、相互に同じであ
つても異なつていてもよい。〕（Ｃ）無機質充填剤。

【０００７】

【作用】すなわち、本発明者らは、ＴＣＴテストで評価
される各特性の向上および半田溶融液に浸漬した際の耐
クラツク性の向上を実現するために一連の研究を重ね
た。その結果、上記一般式（１）で表される特殊な骨格
構造を有するフエノール樹脂を用いると、得られる半導
体装置が、ＴＣＴテストおよび吸水後に半田溶融液に浸
漬した際の耐クラツク性の双方に優れるようになること
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半導体装置は、エポ
キシ樹脂（Ａ成分）と、特殊なフエノール樹脂（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、粉末状もしくはこれを打錠したタブレ
ツト状になつている。

【００１０】上記エポキシ樹脂（Ａ成分）としては、少
なくとも２個以上のエポキシ基を有するものであれば特
に分子量、構造等に制限を有するものではなく、例え
ば、ビスフエノールＡ型，フエノールノボラツク型，ク
レゾールノボラツク型エポキシ樹脂等があげられる。こ
れら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
と好結果をもたらす。上記フエノールノボラツク型エポ
キシ樹脂としては、エポキシ当量１６０〜２５０、軟化
点５０〜１３０℃のものが用いられ、また上記クレゾー
ルノボラツク型エポキシ樹脂としては、エポキシ当量１
８０〜２１０、軟化点６０〜１１０℃のものが一般に用
いられる。

【００１１】上記エポキシ樹脂（Ａ成分）とともに用い
られる特殊なフエノール樹脂（Ｂ成分）は、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、下記
の一般式（１）で表されるフエノール樹脂および（２）
で表されるフエノール樹脂の片方もしくは双方が用いら
れる。

【００１２】

【化１１】

【化１２】〔上記式（１）および（２）において、Ｒは水素原子ま
たは炭素数６以下のアルキル基であり、同じであつても
異なつていてもよい。〕

【００１３】なかでも、置換基Ｒは上記のように水素原
子または炭素数６以下のアルキル基であるが、好ましく
は水素原子またはメチル基であつて、これらは相互に同
じであつても異なつていてもよい。

【００１４】そして、フエノール樹脂成分として、上記
一般式（１）および（２）で表される特殊なフエノール
樹脂以外に通常用いられるフエノール樹脂、例えばフエ
ノールノボラツク樹脂等を併用することも可能である。
上記通常用いられるフエノール樹脂を併用する場合に
は、フエノール樹脂成分全体の５０重量％（以下「％」
と略す）以下に設定するのが好ましい。

【００１５】上記エポキシ樹脂（Ａ成分）と特殊なフエ
ノール樹脂（Ｂ成分）との配合割合は、エポキシ樹脂
（Ａ成分）中のエポキシ基１当量あたりフエノール樹脂
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。

【００１６】上記エポキシ樹脂（Ａ成分）および特殊な
フエノール樹脂（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、
一般に用いられている石英ガラス粉末，タルク，シリカ
粉末，アルミナ粉末，炭酸カルシウム，カーボンブラツ
ク粉末等があげられる。特にシリカ粉末が好適である。
このような無機質充填剤（Ｃ成分）の含有量は、例えば
シリカ粉末の場合、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。特に好ましくは８０％以上
である。すなわち、含有量が５０％を下回ると、充填剤
としての効果が大幅に低下する傾向がみられるからであ
る。

【００１７】また、上記エポキシ樹脂（Ａ成分），特殊
なフエノール樹脂（Ｂ成分）および無機質充填剤（Ｃ成
分）とともに、下記の一般式（３）で表されるシリコー
ン化合物および（４）で表されるシリコーン化合物を用
いてもよい。これらは単独でもしくは併せて用いられ
る。

【００１８】

【化１３】

【００１９】

【化１４】

【００２０】〔上記式（３）および（４）において、Ｒ
はメチル基、Ｒ₁は（ＣＨ₂）_L（ただしＬは１〜３の
整数）、Ａはアミノ基，エポキシ基，カルボキシル基，
水酸基またはシクロヘキセンオキサイド基、ｍは１〜３
００の整数でｎは０または１〜３００の整数（ただしｍ
＋ｎ＝１〜５００の整数）、Ｘは１０〜３００の整数で
ある。〕

【００２１】このようなシリコーン化合物の配合量は、
シリコーン化合物が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
０．５〜３．０％の範囲内である。すなわち、配合量が
５％以上では耐熱性等の特性か低下する傾向がみられる
からである。

【００２２】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成分およびシリコーン化合物以
外に必要に応じて、硬化促進剤として従来公知の三級ア
ミン，四級アンモニウム塩，イミダゾール類およびホウ
素化合物を単独でもしくは併せて用いることができる。
さらに、三酸化アンチモン，リン系化合物等の難燃剤
や、カーボンブラツクや酸化チタン等の顔料、パラフイ
ンや脂肪族エステル等の離型剤、シランカツプリング剤
等のカツプリング剤を用いることができる。

【００２３】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、Ａ〜Ｃ成分、またはこれらとシリコーン化合物
および必要に応じて硬化促進剤，難燃剤，顔料，離型剤
およびカツプリング剤を所定の割合で配合する。つい
で、これらの混合物をミキシングロール基等の混練機を
用いて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
という一連の工程によつて目的とするエポキシ樹脂組成
物を得ることができる。

【００２４】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。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、この発明の半導体装置
は、特殊なフエノール樹脂（Ｂ成分）を含有する特殊な
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テストで評価される特性が向上して長寿命にな
る。また、吸湿後、半田溶融液に浸漬した場合において
もパツケージクラツクの発生が抑制される。さらに、こ
のような特殊なエポキシ樹脂組成物にシリコーン化合物
を併用すると一層効果的である。したがつて、このよう
なエポキシ樹脂組成物を用いての封止により、８ピン以
上、特に１６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
信頼性か得られるようになり、これが大きな特徴であ
る。

【００２６】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。

【００２７】まず、実施例に先立つて、下記に示す３種
類のエポキシ樹脂Ａ〜Ｃ、３種類のフエノール樹脂Ｄ〜
Ｆ、さらに６種類のシリコーン化合物ａ〜ｆを準備し
た。

【００２８】〔エポキシ樹脂Ａ〕

【化１５】エポキシ当量（ｇ／ｅｑ）：１９６、軟化点（℃）：６
９〔エポキシ樹脂Ｂ〕

【化１６】エポキシ当量（ｇ／ｅｑ）：２４０、軟化点（℃）：７
９〔エポキシ樹脂Ｃ〕

【化１７】エポキシ当量（ｇ／ｅｑ）：２２５、軟化点（℃）：９
６

【００２９】なお、上記エポキシ樹脂Ａ〜Ｃの構造式
中、Ｇは下記の式である。

【化１８】

【００３０】〔フエノール樹脂Ｄ〕

【化１９】水酸基当量（ｇ／ｅｑ）：２３０、軟化点（℃）：７１〔フエノール樹脂Ｅ〕

【化２０】水酸基当量（ｇ／ｅｑ）：１９６、軟化点（℃）：７５〔フエノール樹脂Ｆ〕

【化２１】水酸基当量（ｇ／ｅｑ）：１０６、軟化点（℃）：８０

【００３１】〔シリコーン化合物ａ〕

【化２２】エポキシ当量（ｇ／ｅｑ）：１８００〔シリコーン化合物ｂ〕

【化２３】エポキシ当量（ｇ／ｅｑ）：３０００〔シリコーン化合物ｃ〕

【化２４】エポキシ当量（ｇ／ｅｑ）：１００００〔シリコーン化合物ｄ〕

【化２５】エポキシ当量（ｇ／ｅｑ）：７０００〔シリコーン化合物ｅ〕

【化２６】アミン当量：３８００〔シリコーン化合物ｆ〕

【化２７】カルボキシル当量：３３００

【００３２】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。

【００３３】

【実施例１〜４３】上記エポキシ樹脂Ａ〜Ｃ、フエノー
ル樹脂Ｄ〜Ｆおよびシリコーン化合物ａ〜ｆを用いて、
これら各成分を後記の表１〜表７にしたがつて配合し、
ミキシングロール機（温度１００℃）で３分間溶融混練
を行い、冷却固化した。この後、粉砕し目的とする粉末
状エポキシ樹脂組成物を得た。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】

【表３】

【００３７】

【表４】

【００３８】

【表５】

【００３９】

【表６】

【００４０】

【表７】

【比較例１〜３】下記の表８に示す各成分を用いた。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。

【００４１】

【表８】

【００４２】以上の実施例および比較例によつて得られ
たエポキシ樹脂組成物を用いて、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ピン四方向フラツトパツケージ（ＱＦＰ）
（サイズ：２０×１４×厚み２mm）であり、ダイパツド
サイズは８×８mmである。

【００４３】このようにして得られた半導体装置につい
て、−５０℃／５分（液相）〜１５０℃／５分（液相）
のＴＣＴテストを行つた。また、８５℃／８５％相対湿
度の恒温槽中に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つた。この結果を
下記の表９〜表１６に示した。

【００４４】

【表９】

【００４５】

【表１０】

【００４６】

【表１１】

【００４７】

【表１２】

【００４８】

【表１３】

【００４９】

【表１４】

【００５０】

【表１５】

【００５１】

【表１６】

【００５２】上記表９〜表１６の結果から、実施例品の
ＴＣＴテストおよび半田溶融液への浸漬時の耐クラツク
性が比較例品に比べて著しく優れていることがわかる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０８Ｌ 63/00 ＮＫＢ 8416−4Ｊ (72)発明者 ▲吉▼田司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）成分を含有するエ
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）下記の一般式（１）で表されるフエノール樹脂お
よび（２）で表されるフエノール樹脂の少なくとも一
方。【化１】【化２】〔上記式（１）および（２）において、Ｒは水素原子ま
たは炭素数６以下のアルキル基であり、相互に同じであ
つても異なつていてもよい。〕（Ｃ）無機質充填剤。
【請求項２】上記（Ａ）〜（Ｃ）成分とともに下記の
一般式（３）で表されるシリコーン化合物および（４）
で表されるシリコーン化合物の少なくとも一方が含有さ
れている請求項１記載の半導体装置。【化３】【化４】〔上記式（３）および（４）において、Ｒはメチル基、
Ｒ₁は（ＣＨ₂）_L（ただしＬは１〜３の整数）、Ａは
アミノ基，エポキシ基，カルボキシル基，水酸基または
シクロヘキセンオキサイド基、ｍは１〜３００の整数で
ｎは０または１〜３００の整数（ただしｍ＋ｎ＝１〜５
００の整数）、Ｘは１０〜３００の整数である。〕
【請求項３】下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有する半
導体封止用エポキシ樹脂組成物。（Ａ）エポキシ樹脂。（Ｂ）下記の一般式（１）で表されるフエノール樹脂お
よび（２）で表されるフエノール樹脂の少なくとも一
方。【化５】【化６】〔上記式（１）および（２）において、Ｒは水素原子ま
たは炭素数６以下のアルキル基であり、相互に同じであ
つても異なつていてもよい。〕（Ｃ）無機質充填剤。
【請求項４】上記（Ａ）〜（Ｃ）成分とともに下記の
一般式（３）および（４）で表されるシリコーン化合物
の少なくとも一方が含有されている請求項３記載の半導
体封止用エポキシ樹脂組成物。【化７】【化８】〔上記式（３）および（４）において、Ｒはメチル基、
Ｒ₁は（ＣＨ₂）_L（ただしＬは１〜３の整数）、Ａは
アミノ基，エポキシ基，カルボキシル基，水酸基または
シクロヘキセンオキサイド基、ｍは１〜３００の整数で
ｎは０または１〜３００の整数（ただしｍ＋ｎ＝１〜５
００の整数）、Ｘは１０〜３００の整数である。〕