JPH0582675A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 下記の（Ａ）〜（Ｄ）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樹脂封止する。 （Ａ）少なくとも下記の構造式（１）で表される繰り返
し単位を含むエポキシ樹脂。 【化１】 （Ｂ）フエノール樹脂。 （Ｃ）無機質充填剤。 （Ｄ）硬化促進剤。 【効果】 半田付け工程等の急激な温度変化による熱ス
トレスを受けたときの耐クラツク性に優れ、特に表面実
装パツケージに搭載される高集積大形半導体素子等に対
して高い信頼性を付与することができる。

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、特に耐熱衝
撃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封止
樹脂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（半導
体装置の熱応力の低減，耐湿信頼性，耐熱衝撃性等に関
して）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（Ｔ
ＣＴテスト）に対するより以上の耐熱信頼性が要求され
ている。また、半導体パツケージの実装方法として表面
実装が主流になつてきており、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
ージにクラツクや膨れが発生しないという特性が要求さ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来よ
りクレゾールノボラツク型エポキシ樹脂とノボラツク型
フエノール樹脂を含有するエポキシ樹脂組成物を使用し
て、耐熱衝撃性の向上が検討されてきたが、その効果が
未だ充分ではない。

【０００４】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、耐熱衝撃信頼性に優れた半導体装置の提供を
その目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明野半導体装置は、下記の（Ａ）〜（Ｄ）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。

【０００６】（Ａ）少なくとも下記の構造式（１）で表
される繰り返し単位を含むエポキシ樹脂。

【化３】 （Ｂ）フエノール樹脂。 （Ｃ）無機質充填剤。 （Ｄ）硬化促進剤。

【０００７】

【作用】すなわち、本発明者らは、耐熱衝撃性に優れた
封止樹脂を得るために一連の研究を重ねた。その結果、
上記構造式（１）で表される繰り返し単位を主成分とす
る特殊なエポキシ樹脂を用いると、優れた耐熱衝撃性が
得られることを見出しこの発明に到達した。

【０００８】つぎに、この発明を詳しく説明する。

【０００９】この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物
は、特殊なエポキシ樹脂（Ａ成分）と、フエノール樹脂
（Ｂ成分）と、無機質充填剤（Ｃ成分）と、硬化促進剤
（Ｄ成分）とを用いて得られるものであつて、通常、粉
末状もしくはそれを打錠したタブレツト状になつてい
る。

【００１０】上記特殊なエポキシ樹脂（Ａ成分）として
は、少なくとも下記の構造式（１）で表される繰り返し
単位を含むエポキシ樹脂があげられる。

【００１１】

【化４】

【００１２】上記特殊なエポキシ樹脂（Ａ成分）は、分
子中に耐水性を示すビスナフタレン環を有する耐水性エ
ポキシ樹脂であり、このエポキシ樹脂を用いることによ
り、従来では得ることができなかつた耐熱衝撃性に優れ
たエポキシ樹脂組成物が得られる。このような特殊なエ
ポキシ樹脂としては、具体的には下記の一般式（２）お
よび（３）で表されるエポキシ樹脂等があげられる。

【００１３】

【化５】

【００１４】

【化６】

【００１５】上記一般式（２）および（３）で表される
エポキシ樹脂において、式中の繰り返し数ｍ，ｎは０〜
５の範囲のものを用いるのが好ましい。すなわち、繰り
返し数ｍ，ｎの値が５を超えると、得られるエポキシ樹
脂組成物の流動性が低下し、成形性が悪くなる傾向がみ
られるからである。

【００１６】上記一般式（２）で表されるノボラツク型
エポキシ樹脂は、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、酸性触媒（例えばシユウ酸等）を
ホルマリンに溶解した液を加熱溶融したフエノール（ま
たはクレゾール）およびビナフトールに加え、さらに３
０分から２時間後、塩酸を加えて数十分加熱した後冷却
する。ついで、１１０〜１２０℃で２〜３時間脱水し、
さらに未反応モノマーを減圧蒸留，分別沈澱法等で除去
し、上記一般式（２）で表されるノボラツク型エポキシ
樹脂の前駆体のビナフトール含有化合物を得る。このビ
ナフトール含有化合物と、過剰のエピクロルヒドリンと
を８０〜１３０℃で溶融混合し、塩化テトラメチルアン
モニウム存在下で付加反応させ、ビナフトール含有化合
物の水酸基にエピクロルヒドリンが付加したα−クロル
ヒドリン体を作製する。つぎに、この反応生成物である
α−クロルヒドリン体に水酸化ナトリウム等のアルカリ
を添加し、７０〜１２０℃で約３〜１２時間閉環反応を
行い、最後に精製することにより上記一般式（２）で表
されるノボラツク型エポキシ樹脂を製造することができ
る。

【００１７】また、上記一般式（３）で表されるエポキ
シ樹脂は、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、ビナフトールを加熱溶融し、これに酸性
触媒（例えばルイス酸等）を添加して均一に溶解した
後、８０〜２２０℃で１〜１０時間かけてビシクロペン
タジエンを滴下し、その後１〜１０時間反応させる。つ
いで、未反応モノマーを減圧蒸留，分別沈澱法等で除去
し、一般式（３）で表されるエポキシ樹脂の前駆体のビ
ナフトール含有化合物を得る。このビナフトール含有化
合物と、過剰のエピクロルヒドリンとを７０〜１２０℃
で溶融混合し、塩化テトラメチルアンモニウム存在下で
付加反応させ、ビナフトール含有化合物の水酸基にエピ
クロルヒドリンが付加したα−クロルヒドリン体を作製
する。つぎに、この反応生成物であるα−クロルヒドリ
ン体に水酸化ナトリウム等のアルカリを添加し、６０〜
１２０℃で約３〜１２時間閉環反応を行い、最後に精製
することにより上記一般式（３）で表されるエポキシ樹
脂を製造することができる。

【００１８】上記特殊なエポキシ樹脂（Ａ成分）は、そ
れ自体でエポキシ樹脂主剤成分を構成してもよいし、通
常用いられるその他のエポキシ樹脂と併用してもよい。
上記通常用いられるその他のエポキシ樹脂としては、フ
エノール樹脂と硬化反応するエポキシ樹脂全般があげら
れ、例えば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等があげられる。この
ように、上記特殊なエポキシ樹脂と通常用いられるエポ
キシ樹脂の両者を併用する場合における両者の配合割合
は、特殊なエポキシ樹脂を総エポキシ樹脂中３０重量％
（以下「％」と略す）以上に設定するのが好ましく、特
に好ましくは６０％以上である。すなわち、特殊なエポ
キシ樹脂の配合量が３０％未満では、耐水性の向上がみ
られず、その結果耐熱衝撃性の向上効果が不充分となる
傾向がみられる。

【００１９】上記特殊なエポキシ樹脂（Ａ成分）ととも
に用いられるフエノール樹脂（Ｂ成分）としては、エポ
キシ樹脂の硬化剤として作用するもので、フエノール性
水酸基を有するもの全般があげられる。例えば、ビスフ
エノール樹脂，ノボラツク型フエノール樹脂，ノボラツ
ク型クレゾール樹脂等があげられ、単独でもしくは併せ
て用いられる。

【００２０】上記特殊なエポキシ樹脂（Ａ成分）とフエ
ノール樹脂（Ｂ成分）との配合割合は、得られるエポキ
シ樹脂組成物の硬化性と耐熱衝撃性のバランスから特殊
なエポキシ樹脂１モルに対してフエノール樹脂を０．８
〜１．１モルに設定するのが好ましい。

【００２１】上記特殊なエポキシ樹脂（Ａ成分）および
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）は、特に限定するものではなく、従来公
知のものがあげられ、例えば石英ガラス粉末，タルク，
炭素繊維，シリカ粉末およびアルミナ粉末等があげられ
る。特に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、無機質充填剤の
種類により適宜設定されるが、一般にシリカ粉末の場合
では、エポキシ樹脂組成物全体の５０％以上に設定する
のが好ましく、特に好ましくは７０％以上である。

【００２２】上記特殊なエポキシ樹脂（Ａ成分），フエ
ノール樹脂（Ｂ成分）および無機質充填剤（Ｃ成分）と
ともに用いられる硬化促進剤（Ｄ成分）としては、エポ
キシ基とフエノール性水酸基との反応を促進するもので
あれば特に限定するものではなく、一般に封止材料に使
用されているもので、例えば２−メチルイミダゾール等
のイミダゾール類、ジメチルベンジルアミン，ジアザビ
シクロウンデセン等の三級アミン類、トリフエニルホス
フイン等の有機ホスフイン化合物等があげられ、単独で
もしくは併せて用いられる。このような硬化促進剤の配
合量は、上記特殊なエポキシ樹脂（Ａ成分）とフエノー
ル樹脂（Ｂ成分）の合計量の１．５％以内に設定するの
が好ましく、特に好ましくは０．５〜１．５％である。

【００２３】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〜Ｄ成分以外に必要に応じて低応力
材，離型剤，難燃剤，着色剤およびカツプリング剤等を
用いることができる。上記低応力材としては、一般にシ
リコーンオイル，シリコーンゴムおよびオレフインゴム
等があげられる。上記離型剤としては、高級脂肪族パラ
フイン，高級脂肪族エステル，天然ワツクス，合成ワツ
クス等があげられる。上記難燃剤としては、ブロム化エ
ポキシ樹脂，三酸化アンチモン，ヘキサブロモベンゼン
およびリン系化合物等があげられる。上記着色剤として
は、カーボンブラツク等があげられる。また、カツプリ
ング剤としては、シラン系，チタネート系，アルミ系カ
ツプリング剤等があげられる。

【００２４】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Ａ〜Ｄ成分および必要に応じて低応力材，
離型剤，難燃剤，着色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、この混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
室温に冷却する。そして、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。

【００２５】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り行
うことができる。また、このエポキシ樹脂組成物は、上
記のように半導体素子の封止に限定するものではなく、
電子部品等の封止，被覆，絶縁等にも適用することがで
きる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、この発明の半導体装置
は、少なくとも前記構造式（１）で表される繰り返し単
位を含む特殊なエポキシ樹脂（Ａ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構成され
ているため、半田付け工程による急激な温度変化による
熱ストレスを受けたときの耐クラツク性に優れている。
特に、表面実装パツケージに搭載される高集積大形半導
体素子のような高い信頼性が要求される製品において好
適である。

【００２７】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。

【００２８】

【実施例１〜６、比較例】下記の表１に示す各成分を同
表に示す割合にしたがつて配合した。ついで、これをミ
キシングロール機（温度１１０℃）で５分間溶融混練を
行い、冷却固化後粉砕して目的とする粉末状のエポキシ
樹脂組成物を得た。

【００２９】

【表１】

【００３０】このようにして得られた実施例および比較
例の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作製した。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、２０×１４×厚み２mm）であり、ダイパツドサイズ
は８×８mmである。

【００３１】このようにして得られた半導体装置につい
て、ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３Ｃに準じるＴＣＴテストお
よび半田試験を行つた。上記ＴＣＴテストは、上記パツ
ケージを用い、サイクル数を１０００，２０００および
３０００と変えて−５０℃／５分〜１５０℃／５分の繰
り返し試験である。また、上記半田試験は、ＴＣＴテス
トと同様のパツケージを８５℃／８５％ＲＨ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秒間浸漬したときのクラツクの発生数を測定
評価する試験である。これらの結果を下記の表２に示し
た。

【００３２】

【表２】

【００３３】上記表２の結果から、全ての実施例品のＴ
ＣＴテストにおける耐熱衝撃性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。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記の（Ａ）〜（Ｄ）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）少なくとも下記の構造式（１）で表される繰り返
   し単位を含むエポキシ樹脂。 【化１】 （Ｂ）フエノール樹脂。 （Ｃ）無機質充填剤。 （Ｄ）硬化促進剤。
2. 【請求項２】 下記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有する半
   導体封止用エポキシ樹脂組成物。 （Ａ）少なくとも下記の構造式（１）で表される繰り返
   し単位を含むエポキシ樹脂。 【化２】 （Ｂ）フエノール樹脂。 （Ｃ）無機質充填剤。 （Ｄ）硬化促進剤。