JPH06128355A

JPH06128355A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH06128355A
Application number: JP13826191A
Authority: JP
Inventors: Masaomi Harada; 正臣原田; Shinya Akizuki; 伸也秋月; Kiyoshi Saito; 斉藤　　潔
Original assignee: Dai Ichi Kogyo Seiyaku Co Ltd; Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp; DKS Co Ltd
Priority date: 1991-05-13
Filing date: 1991-05-13
Publication date: 1994-05-10

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】熱サイクルテストで評価される各特性の向上
および半田溶融液浸漬時の耐クラツク性に優れた半導体
装置を提供する。【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封止する。（Ａ）下記の（イ）および（ロ）の少なくとも一方。（イ）次式等のフェノール（誘導体）とナフトアルデヒ
ド（誘導体）を酸性触媒にて付加縮合させたものをグリ
シジルエーテル化し得られる、エポキシ樹脂。（ロ）上記（イ）以外のエポキシ樹脂。（Ｂ）下記の（ハ）および（ニ）の少なくとも一方〔た
だし（Ａ）成分が上記（ロ）のみからなるときは、
（Ｂ）成分は少なくとも（ハ）からなる〕。（ハ）次式等のフェノール（誘導体）とナフトアルデヒ
ド（誘導体）を酸性触媒にて付加縮合させて得られる、
フエノール樹脂。

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
積度の向上と共に素子サイズの大型化、配線の微細化が
進み、パツケージも小形化、薄型化する傾向にあり、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）の向上が要求されている。特に近
年、半導体素子サイズは益々大型化する傾向にあり、半
導体封止樹脂の性能評価用の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上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。しかしながら、従来より使用されて
きたクレゾールノボラツク型エポキシ樹脂とノボラツク
型フエノール樹脂系を含有するエポキシ樹脂組成物で
は、熱サイクル試験や半田浸漬時の耐クラツク性の効果
が充分ではなかつた。

【０００３】

【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
型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。

【０００４】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
び半田溶融液浸漬時の耐クラツク性に優れた半導体装置
の提供を目的とする。

【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、この発明の半導体装置は、下記の（Ａ）〜（Ｃ）成
分を必須成分とした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）下記の（イ）および（ロ）の少なくとも一方。（イ）下記の一般式（１）で表されるエポキシ樹脂。

【化５】（ロ）上記（イ）以外のエポキシ樹脂。（Ｂ）下記の（ハ）および（ニ）の少なくとも一方〔た
だし（Ａ）成分が上記（ロ）のみからなるときは、
（Ｂ）成分は少なくとも（ハ）からなる〕。（ハ）下記の一般式（２）で表されるフエノール樹脂。

【化６】（ニ）上記（ハ）以外のフエノール樹脂。（Ｃ）無機質充填剤。

【０００６】

【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）および（２）で表せる
ような特殊な骨格構造を有する樹脂を用いて得られる半
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
を見いだしこの発明に到達した。

【０００７】つぎに、この発明を詳細に説明する。

【０００８】この発明の半導体装置に用いるエポキシ樹
脂組成物は、Ａ成分を構成するエポキシ樹脂と、Ｂ成分
を構成するフエノール樹脂との組み合わせにより、つぎ
の４種類の態様がある。

【０００９】第１の態様は、新規エポキシ樹脂〔一般式
（１）〕と、通常のフエノール樹脂との組み合わせであ
り、第２の態様は、通常のエポキシ樹脂と新規フエノー
ル樹脂〔一般式（２）〕の組み合わせであり、第３の態
様は、上記新規エポキシ樹脂と上記新規フエノール樹脂
の組み合わせであり、第４の態様は、上記新規エポキシ
樹脂および新規フエノール樹脂の片方または双方と、通
常のエポキシ樹脂または通常のフエノール樹脂との組み
合わせである。このような組み合わせからなるこの発明
のエポキシ樹脂組成物は、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】まず、上記第１の態様について説明する。

【００１１】上記第１の態様において用いられるＡ成分
を構成する新規エポキシ樹脂は、前記一般式（１）で表
されるポリグリシジルエーテルである。上記新規エポキ
シ樹脂は、フエノールまたはフエノール誘導体とナフト
アルデヒドまたはナフトアルデヒド誘導体を酸性触媒に
て付加縮合させたものをグリシジルエーテル化し得られ
る。上記反応において縮合度は２〜６が好ましい。そし
て、前記一般式（１）において、繰り返し数ｎは０〜１
が特に好ましい。

【００１２】上記新規エポキシ樹脂とともに用いられる
通常のフエノール樹脂としては、特に限定するものでは
なく従来公知のものが用いられる。例えば、フエノール
ノボラツク，クレゾールノボラツク等が好適にあげられ
る。これらのノボラツク樹脂は、軟化点が５０〜１１０
℃、水酸基当量が７０〜１５０のものを用いることが好
ましい。特に上記ノボラツク樹脂の中でもクレゾールノ
ボラツクを用いることが好結果をもたらす。

【００１３】上記新規エポキシ樹脂と通常のフエノール
樹脂の配合比は、上記エポキシ樹脂中のエポキシ基１当
量当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望ましい。

【００１４】上記新規エポキシ樹脂、通常のフエノール
樹脂とともに用いられるＣ成分の無機質充填剤は、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
リカ粉末を用いるのが好適である。このような無機質充
填剤の含有量は、シリカ粉末の場合、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、シリカ粉末の含有量が５０％を下回ると充填剤
を含有した効果が大幅に低下する傾向がみられるからで
ある。

【００１５】つぎに、上記第２の態様について説明す
る。

【００１６】上記第２の態様に用いられる通常のエポキ
シ樹脂は、特に限定するものではなく、従来公知のもの
が用いられる。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等があげられ
る。これらの樹脂の中でも融点が室温を越えており、室
温下では固型状もしくは高粘土の溶液状を呈するものが
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、通常、エポキシ当量１６０〜２５０、
軟化点５０〜１３０℃のものが用いられ、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１８０
〜２１０、軟化点６０〜１１０℃のものが一般に用いら
れる。

【００１７】上記通常のエポキシ樹脂とともに用いられ
る新規フエノール樹脂は、前記一般式（２）で表され、
縮合度は２〜６が好ましい。このような新規フエノール
樹脂は上記第１の態様において用いられる新規エポキシ
樹脂のグリシジルエーテル化するまえのフエノール樹脂
の作製と同様にして得られる。そして、前記一般式
（２）において、繰り返し数ｎは０〜１が特に好まし
い。

【００１８】上記通常のエポキシ樹脂と新規フエノール
樹脂との配合比も、前記第１の態様と同様、上記通常の
エポキシ樹脂中のエポキシ基１当量当たり新規フエノー
ル樹脂中の水酸基が０．８〜１．２当量となるように配
合することが望ましい。

【００１９】また、上記通常のエポキシ樹脂および新規
フエノール樹脂とともに用いられる無機質充填剤も、前
記第１の態様と同様のものがあげられ、配合量も同様の
割合に設定することが好適である。

【００２０】つぎに、上記第３の態様について説明す
る。

【００２１】上記第３の態様は新規エポキシ樹脂と新規
フエノール樹脂の組み合わせであり、上記新規エポキシ
樹脂、新規フエノール樹脂さらにＣ成分の無機質充填剤
とも、前記第１の態様および第２の態様で用いられるも
のと同様のものがあげられる。

【００２２】さらに、上記第４の態様について説明す
る。

【００２３】上記第４の態様は、新規エポキシ樹脂およ
び新規フエノール樹脂の片方または双方と、通常のエポ
キシ樹脂または通常のフエノール樹脂との組み合わせで
ある。この場合の通常のエポキシ樹脂または通常のフエ
ノール樹脂の配合割合は、それぞれエポキシ樹脂成分全
体またはフエノール樹脂成分全体の５０％未満に設定す
ることが好ましい。

【００２４】そして、上記エポキシ樹脂成分およびフエ
ノール樹脂とともに用いられる無機質充填剤としては、
上記第１〜第２の態様で用いられるものと同様のものが
あげられる。

【００２５】なお、この発明に用いられるエポキシ樹脂
組成物には、上記第１〜第４の態様で用いられるエポキ
シ樹脂成分，フエノール樹脂成分，無機質充填剤以外
に、必要に応じて低応力剤として、一般にシリコーンゴ
ムやオレフインゴムなどが用いられ、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。

【００２６】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、第１〜第４の態様で用いられるエポキシ樹脂，
フエノール樹脂および無機質充填剤、さらにこれらに加
えてシリコーン化合物、そして必要に応じて硬化促進
剤，難燃剤，顔料，離型剤およびシランカツプリング剤
を所定の割合で配合する。ついで、これらの混合物をミ
キシングロール機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。

【００２７】このようなエポキシ樹脂組成物を用いて、
半導体素子を封止する方法は、特に限定するものでな
く、通常のトランスフアー成型等の公知のモールド方法
によつて行うことができる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、この発明の半導体装置
は、上記新規エポキシ樹脂、新規フエノール樹脂の少な
くとも一方を含有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に、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が発生し
にくい。このことにより、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以上の大型半導体
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。

【００２９】つぎに、実施例を比較例と併せて説明す
る。

【００３０】エポキシ樹脂組成物の作製に先立つて、下
記に示すエポキシ樹脂Ａおよびエポキシ樹脂Ｂ、フエノ
ール樹脂Ｃおよびフエノール樹脂Ｄを準備した。

【００３１】〔新規エポキシ樹脂Ａ〕

【化７】エポキシ当量：２２３ｇ／eq、軟化点７１℃、繰り返し
数ｎ＝０〜１

【００３２】〔エポキシ樹脂Ｂ〕

【化８】エポキシ当量：１９６ｇ／eq、軟化点６９℃、繰り返し
数ｎ＝１〜４

【００３３】〔フエノール樹脂Ｃ〕

【化９】水酸基当量：１３９ｇ／eq、軟化点１２０℃、繰り返し
数ｎ＝０〜１

【００３４】〔フエノール樹脂Ｄ〕

【化１０】水酸基当量：１０６ｇ／eq、軟化点８０℃、繰り返し数
ｎ＝１〜４

【００３５】

【実施例１〜１０、比較例】下記の表１および表２に示
す各原料を、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分間溶融混練を行い、冷却固
化後粉砕して目的とする粉末状エポキシ樹脂樹脂組成物
を得た。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】以上の実施例、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
成型（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（８０ｐｉｎＱＦ
Ｐ，サイズ：２０×１４×２mm）であり、ダイパツドサ
イズは８×８mmである。

【００３９】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
行つた。また、８５℃／８５％ＲＨの相対湿度の恒温槽
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３
に示した。

【００４０】

【表３】

【００４１】表３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の
従来品に比べて著しく優れていることが明らかである。

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【手続補正書】

【提出日】平成３年６月２７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３２】〔エポキシ樹脂Ｂ〕

───────────────────────────────────────────────────── 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Ｈ０１Ｌ 23/31 (72)発明者斉藤潔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）下記の（イ）および（ロ）の少なくとも一方。（イ）下記の一般式（１）で表されるエポキシ樹脂。【化１】（ロ）上記（イ）以外のエポキシ樹脂。（Ｂ）下記の（ハ）および（ニ）の少なくとも一方〔た
だし（Ａ）成分が上記（ロ）のみからなるときは、
（Ｂ）成分は少なくとも（ハ）からなる〕。（ハ）下記の一般式（２）で表されるフエノール樹脂。【化２】（ニ）上記（ハ）以外のフエノール樹脂。（Ｃ）無機質充填剤。
【請求項２】下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を有してなる
半導体封止用エポキシ樹脂組成物。（Ａ）下記の（イ）および（ロ）の少なくとも一方。（イ）下記の一般式（１）で表されるエポキシ樹脂。【化３】（ロ）上記（イ）以外のエポキシ樹脂。（Ｂ）下記の（ハ）および（ニ）の少なくとも一方〔た
だし（Ａ）成分が上記（ロ）のみからなるときは、
（Ｂ）成分は少なくとも（ハ）からなる〕。（ハ）下記の一般式（２）で表されるフエノール樹脂。【化４】（ニ）上記（ハ）以外のフエノール樹脂（Ｃ）無機質充填剤