JPH0567704A - 半導体装置 - Google Patents

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）ナフタリン環を含む特殊な骨格構造のノボラツク
型ポリグリシジルエーテル。 （Ｂ）特殊なノボラツク型フエノール樹脂。 （Ｃ）無機質充填剤。 【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、上記のようなエポキシ樹脂組成物を用いての樹脂
封止は、大形の半導体装置において、高信頼性が得られ
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、特に耐熱
性，耐湿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、保存性や力学物性において信頼性の高
いセラミツクパツケージ等によつて半導体装置化されて
いた。しかしながら、最近では、コストや量産性などの
問題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、特にエポキ
シ樹脂がよく用いられており、良好な成績を収めてい
る。

【０００３】ところで、現在のような情報産業の発達、
半導体分野の技術革新にともなう集積度の向上によつ
て、素子サイズの大形化，配線の微細化が進むととも
に、パツケージも小形化、薄形化する傾向にある。ま
た、これにともなつて、封止材料に対してこれまでより
以上の信頼性（得られる半導体装置の耐熱性，熱応力の
低減，耐湿信頼性，耐熱衝撃試験に対する信頼性など）
の向上が強く要求されている。

【０００４】また、装置の小形化にともない、基板に対
する半導体パツケージの実装方法も従来の挿入実装型か
ら表面実装型が主流になつてきている。しかしながら、
表面実装法によつてパツケージを実装する場合、実装時
に、半田浸漬によつてパツケージ全体が高温にさらされ
る。そのため、吸湿したパツケージでもクラツクやふく
れが発生しないといつた特性が要求されている。

【０００５】この点に関して、従来よりパツケージの耐
熱性や耐湿信頼性などの諸特性の向上のために、エポキ
シ樹脂中へ無機質充填剤を導入することや、シリコーン
化合物によるエポキシ樹脂の変性により熱応力を低減す
ることが検討されてきたが、その効果はいまだ充分では
ない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、パツケー
ジの諸特性を向上させるために各種の改良が行われてい
るが、これまでの封止用エポキシ樹脂組成物では、上記
のように、半田浸漬時の耐パツケージクラツク性、耐久
性などは充分ではない。このため、最近では、半導体革
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、上記の両特性を向上させることが強く望
まれている。

【０００７】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、信頼性、特に耐熱，耐湿性に優れた半導体装
置の提供をその目的とする。

【０００８】

【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
分を含有してな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。

【０００９】（Ａ）下記の一般式（１）で表されるジヒ
ドロキシナフタリンと、下記の一般式（２）で表される
アルデヒド類とを縮合反応させて得られたノボラツク型
樹脂をグリシジル化してなるエポキシ樹脂。

【００１０】

【化１３】

【００１１】

【化１４】 〔上記式（２）において、Ｒ′は水素原子，炭素数１０
以下のアルキル基，フエニル基またはハロゲン含有フエ
ニル基である。〕

【００１２】（Ｂ）下記の一般式（３）で表されるフエ
ノール誘導体，一般式（４）で表されるフエノール誘導
体、および一般式（５）で表されるフエノール誘導体の
少なくとも一つ。

【００１３】

【化１５】

【００１４】

【化１６】

【００１５】

【化１７】 〔上記式（３），（４），（５）において、ｎは１〜５
０の整数である。〕

【００１６】（Ｃ）無機質充填剤。

【００１７】

【作用】本発明者らは、パツケージの耐熱性，耐湿信頼
性を向上させるために一連の研究を行つてきた。特に、
熱サイクルテスト（ＴＣＴテスト）で評価されるパツケ
ージの諸特性（例えば、耐久性や耐パツケージクラツク
性）から、半導体装置の耐熱，耐湿性について検討して
きた。その結果、ナフタリン骨格を有する特殊なエポキ
シ樹脂を用い、これと特殊なフエノール誘導体からなる
硬化剤とを組み合わせると、優れた耐熱，耐湿特性を有
する封止樹脂が得られることを見いだし、この発明に到
達した。

【００１８】つぎに、この発明について詳しく説明す
る。

【００１９】この発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、
ジヒドロキシナフタリンとアルデヒド類とを縮合反応さ
せて得られたノボラツク型樹脂をグリシジル化してなる
特殊なエポキシ樹脂（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。

【００２０】上記（Ａ成分）の特殊なエポキシ樹脂は、
前記一般式（１）で表されるジヒドロキシナフタリンと
一般式（２）で表されるアルデヒド類とを酸性触媒下に
おいて縮合反応させて得られたノボラツク型樹脂を塩基
性触媒下においてエピクロルヒドリン等と反応させグリ
シジル化することによつて得られる。このようなエポキ
シ樹脂の一例を下記の式（６′）で示す。

【００２１】

【化１８】 〔上記式（６′）において、Ｒ′は水素原子，炭素数１
０以下のアルキル基，フエニル基，ハロゲン含有フエニ
ル基、Ｒはグリシジル基、ｎは０または１以上の整数で
ある。〕

【００２２】具体的には、上記式（６′）においてＲ′
が水素である化合物が好適に用いられる。

【００２３】なお、上記のような一般式（６′）で表さ
れる特殊な骨格構造を有するエポキシ樹脂以外に、通常
用いられるエポキシ樹脂を上記特殊な骨格構造を有する
エポキシ樹脂と併用しても差し支えはない。このような
エポキシ樹脂としては、フエノールノボラツク型エポキ
シ樹脂，クレゾールノボラツク型エポキシ樹脂があげら
れる。

【００２４】上記（Ｂ成分）は、上記一般式（６′）で
表されるような特殊なエポキシ樹脂（Ａ成分）の硬化剤
として作用するものであり、前記一般式（３）〜（５）
で表されるフエノール誘導体があげられ、単独でもしく
は併せて用いられる。なお、上記一般式（４）で表され
るフエノール誘導体のうち、その繰り返し数ｎで示され
る部分は、下記の式（ａ）および（ｂ）の双方を含む趣
旨である。さらに、上記一般式（４）で表されるフエノ
ール誘導体の左右両末端のナフタリン環の部分は、下記
の式（ｃ）および（ｄ）の双方を含む趣旨である。

【００２５】

【化１９】

【００２６】

【化２０】

【００２７】

【化２１】

【００２８】

【化２２】

【００２９】なお、前記（Ａ）成分のエポキシ樹脂の合
成に際して、ジヒドロキシナフタリンとアルデヒド類と
の組み合わせにおいては、１，６−ジヒドロキシナフタ
リンとホルムアルデヒドの組み合わせが好適である。そ
して、得られたエポキシ樹脂の重合度はｎが２〜５の範
囲に設定されていることが好適である。

【００３０】また、上記（Ｂ）成分のフエノール誘導体
は、前記一般式（３）〜（５）で表されるものであり、
これらのものはｎが１〜４の範囲内のものを用いるのが
好ましい。このようなフエノール誘導体は、一般に軟化
点が６０〜１２０℃、水酸基当量が１４０〜２８０の範
囲内になる。なお、上記一般式（３）〜（５）で表され
るフエノール誘導体以外に、エポキシ樹脂の硬化剤とし
て用いられる通常のフエノール樹脂、例えば、フエノー
ルノボラツク，クレゾールノボラツク樹脂等を上記フエ
ノール誘導体と併用してもよい。

【００３１】上記（Ａ）成分の特殊骨格構造のエポキシ
樹脂（通常のエポキシ樹脂と併用する場合はこれも含め
る）と（Ｂ）成分のフエノール誘導体（通常のフエノー
ル樹脂と併用する場合はこれも含める）との配合比は、
エポキシ樹脂中のエポキシ基１当量当たり、フエノール
誘導体中の水酸基が０．８〜１．２当量になるように配
合することが好ましい。

【００３２】上記特殊骨格構造のエポキシ樹脂（Ａ成
分）および特殊な硬化剤（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、通常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
ブラツク粉末などがあげられ、単独でもしくは併せて用
いられる。特にシリカ粉末が好適である。このような無
機質充填剤の含有量は、用いる充填剤の種類により異な
るが、シリカ粉末を用いる場合、一般に、エポキシ樹脂
樹脂組成物全体の５０重量％（以下「％」と略す）以上
に設定される。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、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見られるか
らである。

【００３３】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
力の低減のために必要に応じてシリコーン化合物が用い
られる。このようなシリコーン化合物として、下記の一
般式（６）および（７）で表されるものがあげられ、単
独でもしくは併せて用いられる。

【００３４】

【化２３】

【００３５】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％の範囲内である。なお、上記シリコーン化
合物を用いる場合には、上記式（６）および（７）で表
される化合物においてＡで示された官能基の一部あるい
は全てが、上記（Ａ）成分のエポキシ樹脂のグリシジル
エーテル基ないしは（Ｂ成分）のフエノール誘導体の水
酸基と反応するように設定することが好適である。

【００３６】また、この発明に用いられるエポキシ樹脂
組成物には、上記各成分以外に、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，リン系化合物などの難燃剤や、カーボンブラツクや
酸化チタンなどの顔料、パラフインや脂肪族エステルな
どの離型剤、シランカツプリング剤などのカツプリング
剤を適宜選択して用いることができる。

【００３７】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、上記の（Ａ）〜（Ｃ）成分と、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
を適宜選択して配合する。ついで、これらの混合物を、
ミキシングロール機などの混練機を用い加熱状態で溶融
混練し、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製造することができ
る。さらに、上記（Ａ）〜（Ｃ）成分とともに、（Ｄ）
成分のシリコーン化合物を用いる場合には、上記（Ａ）
〜（Ｃ）成分とともに上記（Ｄ）成分を単に配合し、上
記と同様な作業を得ることによつて製造することができ
る。または、上記（Ａ）成分のエポキシ樹脂ないしは
（Ｂ）成分のフエノール樹脂と、上記（Ｄ）成分のシリ
コーン化合物とを予備混合することにより予め反応させ
て変性物をつくり、ついで、これに、残つた他の成分原
料を添加することにより製造することもできる。

【００３８】このようなエポキシ樹脂組成物を用いて、
半導体を封止する方法は、特に限定するものではなく、
通常のトランスフアー成形などの公知のモールド方法に
よつて行うことができる。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、この発明の半導体装置
は、ナフタリン環を含む特殊骨格構造のエポキシ樹脂
（Ａ成分）と、特殊なフエノール誘導体（Ｂ成分）とを
有効成分とする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、従来から使用されているクレゾールノ
ボラツク型エポキシ樹脂組成物で封止されたものに比べ
て、耐熱，耐湿信頼性が大幅に向上している。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るものであり、これが大き
な特徴である。さらに、シリコーン化合物（Ｄ成分）を
用いることにより一層優れた耐熱および耐湿信頼性が得
られるようになる。

【００４０】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。

【００４１】まず、実施例に先立つて下記に示す３種類
のノボラツク型ポリグリシジルエーテル（エポキシ樹
脂）ａ〜ｃと１種類の通常のエポキシ樹脂ｄを準備し
た。

【００４２】［エポキシ樹脂ａ］

【００４３】

【化２４】 〔上記式（９）において、Ｒ₁ はグリシジル基であ
る。〕 エポキシ当量；１４０，軟化点；９０℃

【００４４】［エポキシ樹脂ｂ］

【００４５】

【化２５】 〔上記式（１０）において、Ｒ₁ はグリシジル基であ
る。〕 エポキシ当量；１７７，軟化点；９０℃

【００４６】［エポキシ樹脂ｃ］

【００４７】

【化２６】 〔上記式（１１）において、ｎ＝３、Ｒ₁ はグリシジル
基である。〕 エポキシ当量；１４２，軟化点；９３℃

【００４８】［エポキシ樹脂ｄ］

【００４９】

【化２７】 〔上記式（１１′）において、ｎ＝２、Ｒ₁ はグリシジ
ル基である。〕 エポキシ当量；１９５，軟化点；６９℃

【００５０】つぎに、硬化剤として下記の３種類の特殊
なフエノール誘導体（フエノール樹脂）ａ〜ｃと１種類
の通常のフエノール樹脂ｄを準備した。

【００５１】［フエノール樹脂ａ］下記の一般式（１
２）で表されるノボラツク型フエノール樹脂。

【００５２】

【化２８】 水酸基当量；１７６，軟化点；７６℃

【００５３】［フエノール樹脂ｂ］下記の一般式（１
３）で表されるノボラツク型フエノール樹脂。

【００５４】

【化２９】

【００５５】（なお、繰り返し数ｎにおいて、ナフタリ
ン環から引き出される結合手は、先に述べたように両結
合手が二つの環から別々に延びている場合と一つの環か
ら延びている場合の双方を示している。） 水酸基当量；２０７，軟化点；８９℃

【００５６】［フエノール樹脂ｃ］下記の一般式（１
４）で表されるノボラツク型フエノール樹脂。

【００５７】

【化３０】 水酸基当量；１７８，軟化点；９３℃

【００５８】［フエノール樹脂ｄ］

【００５９】

【化３１】 〔上記式（１４′）において、ｎ＝２である。〕 水酸基当量１０７，軟化点；８０℃

【００６０】

【実施例１〜１０，比較例１〜３】上記エポキシ樹脂ａ
〜ｄ，フエノール樹脂ａ〜ｄおよび下記の表１および表
２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、これを室温に冷却して固化した後、粉砕機
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た。

【００６１】

【表１】

【００６２】

【表２】

【００６３】なお、上記表１および表２におけるシリコ
ーン化合物は下記の式（１５）に示したものである。

【００６４】

【化３２】

【００６５】また、上記シリコーン化合物を用いる場合
は、各成分原料の混練前に、予め硬化剤であるフエノー
ル樹脂とシリコーン化合物とを溶融状態（１７５℃）で
反応させて変性フエノール樹脂を作製し、この変性フエ
ノール樹脂と残りの各成分原料を配合し、上記と同様な
工程を経由してエポキシ樹脂組成物を製造した。

【００６６】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、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（クオードフラツトパツケージ、２
０×１４×２mm）であり、ダイパツドサイズは８×８mm
である。

【００６７】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ＴＣＴテストを
行い（ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３Ｃ規格に準ずる）、パツ
ケージクラツクの発生数を測定した。また、８５℃／８
５％相対湿度の恒温槽中に放置して吸湿させた後に、２
６０℃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
表３および表４に示した。

【００６８】

【表３】

【００６９】

【表４】

【００７０】表３および表４の結果から、実施例品のＴ
ＣＴテストおよび半田溶融液への浸漬時の耐クラツク性
が比較例となる従来品と比べて著しく優れていることが
明らかであることがわかる。また、シリコーン化合物を
添加することによりさらに特性が向上していることが認
められる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有してな
   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）下記の一般式（１）で表されるジヒドロキシナフ
   タリンと、下記の一般式（２）で表されるアルデヒド類
   とを縮合反応させて得られたノボラツク型樹脂をグリシ
   ジル化してなるエポキシ樹脂。 【化１】 【化２】 〔上記式（２）において、Ｒ′は水素原子，炭素数１０
   以下のアルキル基，フエニル基またはハロゲン含有フエ
   ニル基である。〕 （Ｂ）下記の一般式（３）で表されるフエノール誘導
   体，一般式（４）で表されるフエノール誘導体、および
   一般式（５）で表されるフエノール誘導体の少なくとも
   一つ。 【化３】 【化４】 【化５】 〔上記式（３），（４），（５）において、ｎは１〜５
   ０の整数である。〕 （Ｃ）無機質充填剤。
2. 【請求項２】 上記エポキシ樹脂組成物が、上記（Ａ）
   〜（Ｃ）成分に加えて下記の（Ｄ）成分を含有している
   請求項１記載の半導体装置。 （Ｄ）下記の一般式（６）で表されるシリコーン化合物
   および一般式（７）で表されるシリコーン化合物の少な
   くとも一つ。 【化６】
3. 【請求項３】 下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有してな
   る半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 （Ａ）下記の一般式（１）で表されるジヒドロキシナフ
   タリンと、下記の一般式（２）で表されるアルデヒド類
   とを縮合反応させて得られたノボラツク型樹脂をグリシ
   ジル化してなるエポキシ樹脂。 【化７】 【化８】 〔上記式（２）において、Ｒ′は水素原子，炭素数１０
   以下のアルキル基，フエニル基またはハロゲン含有フエ
   ニル基である。〕 （Ｂ）下記の一般式（３）で表されるフエノール誘導
   体，一般式（４）で表されるフエノール誘導体、および
   一般式（５）で表されるフエノール誘導体の少なくとも
   一つ。 【化９】 【化１０】 【化１１】 〔上記式（３），（４），（５）において、ｎは１〜５
   ０の整数である。〕 （Ｃ）無機質充填剤。
4. 【請求項４】 上記（Ａ）〜（Ｃ）成分に加えて下記の
   （Ｄ）成分を含有している請求項３記載の半導体封止用
   エポキシ樹脂組成物。 （Ｄ）下記の一般式（６）で表されるシリコーン化合物
   および一般式（７）で表されるシリコーン化合物の少な
   くとも一つ。 【化１２】