JPH06302724A

JPH06302724A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH06302724A
Application number: JP8760293A
Authority: JP
Inventors: Minoru Nakao; 稔中尾; Satoshi Okuda; 悟志奥田; Masahito Shimizu; 雅人清水
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1993-04-14
Filing date: 1993-04-14
Publication date: 1994-10-28

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】ＮｉやＡｇ等の金属をメッキしたリードフレー
ムへの接着性が高くしかも成形時の離型性に優れ、半田
実装時のパッケージクラックの発生が防止された信頼性
の高い半導体装置を提供する。【構成】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。（Ａ）エポキシ樹脂。
（Ｂ）フェノール樹脂。（Ｃ）一般式１で表されるシリ
コーンオイル。（Ｄ）一般式２で表されるシリコーンワ
ックス。〔Ｒ_１は１価のアミノ変性有機基であり、ｎは０〜４０
の整数である。〕〔Ｇｙはグリシジル基であり、Ａは下記に示す有機基で
あり、Ｒ_２は炭素数２〜３のアルキレン基である。（ａおよびｂはそれぞれ０〜４０の整数である。）ま
た、ｘは８０〜１４０の整数、ｙは１〜５の整数、ｚは
５〜２０の整数である。〕

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半田付け処理後の耐
湿信頼性に優れ、かつ特殊なリードフレーム、特にニッ
ケル等の金属をメッキしたフレームに対する接着性に優
れた封止樹脂により封止さ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，ＩＣ等の半導体装置は、
外部環境からの保護および素子のハンドリングを可能に
する観点から、プラスチックパッケージ等により封止さ
れた半導体装置化されている。この種のパッケージの代
表例としては、デュアルインラインパッケージ（ＤＩ
Ｐ）があげられる。このＤＩＰは、ピン挿入型のもので
あり、実装基盤に対してピンを挿入することにより半導
体装置を取り付けるようになっている。

【０００３】最近は、ＬＳＩチップ等の半導体装置の高
集積化と高速化が進んでおり、加えて電子装置を小形で
高機能にする要求から、実装の高密度化、すなわち表面
実装化が進んでいる。この種のパッケージを用いた半導
体装置においては、実装時に高温の半田浴あるいは赤外
線炉の中を通すことにより基盤への半田付けを行ってい
る。

【０００４】一方、半導体素子と外部との導通を取るた
めに用いられているリードフレームは、従来から銅合金
あるいは４２合金等が用いられているが、近年、フレー
ムの酸化防止およびボンディングワイヤーとの接合等の
観点から、ニッケル，銀等の金属でメッキ処理したフレ
ームが多用されるようになってきている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記Ｎ
ｉおよびＡｇ等の金属でメッキ処理したリードフレーム
では、表面の活性度が低いため、樹脂との接着性が低下
する。このため、樹脂とフレームの界面において剥離が
生じ、この部分を通して外部から水分が浸入し、半導体
素子の信頼性を大きく低下させる。また、樹脂とリード
フレームの接着性が低いことから、半導体パッケージの
実装時には、半田浴あるいは赤外線炉の熱によりパッケ
ージ内に吸湿されていた水分が気化膨張を起こして、パ
ッケージクラックを生起しやすい。このようなクラック
の生起したパッケージでは、耐湿信頼性のみならず半導
体装置自体の信頼性が低下する。

【０００６】このような問題を解決する方法として、封
止用樹脂組成物中に含まれる離型剤の添加量を減少させ
る等の方法が用いられているが、この方法ではパッケー
ジを成形すると封止樹脂が成形用金型に付着しやすく、
無理に金型から取り出そうとするとパッケージ自体が分
解する等の問題が生じる。

【０００７】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、ＮｉやＡｇ等の金属をメッキしたリードフレ
ームへの接着性が高くしかも成形時の離型性に優れ、半
田実装時のパッケージクラックの発生が防止された信頼
性の高い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）〜（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。（Ａ）エポキシ樹脂。（Ｂ）フェノール樹脂。（Ｃ）下記の一般式（１）で表されるシリコーンオイ
ル。

【化５】（Ｄ）下記の一般式（２）で表されるシリコーンワック
ス。

【化６】

【０００９】

【作用】すなわち、本発明者らは、半導体装置における
素子の耐湿信頼性と、パッケージ内の剥離について様々
な実験を行った。その結果、半導体装置の耐湿信頼性を
改良する方法として、素子と封止樹脂との接着性を上
げる、素子表面の撥水性を高めるという方法を想起し
た。そして、これに基づいて各種の界面活性剤について
実験を行った結果、上記一般式（１）で表されるシリコ
ーンオイルを封止用樹脂組成物に添加すると、半導体装
置の耐湿信頼性が大幅に向上することを突き止めた。ま
た、半導体装置に用いられるリードフレームと封止樹脂
との接着性と、封止樹脂と成形用金型の離型性および成
形パッケージ内の封止樹脂と半導体素子およびリードフ
レームの密着性について各種のワックスを用いて実験を
重ねた。その結果、上記一般式（２）で表されるシリコ
ーンワックスを用いると、封止樹脂の離型性を保持しな
がら、しかも封止樹脂とフレーム、封止樹脂と半導体素
子との密着性を良好に保持しうることを見出した。この
ように、上記二つの知見から、本発明者らは、上記一般
式（１）で表されるシリコーンオイルと一般式（２）で
表されるシリコーンワックスを併用すると、Ｎｉあるい
はＡｇメッキを施したリードフレームとの接着性を高
め、かつ離型性を有し、成形時のパッケージ内の剥離が
改良され、しかも高い耐湿信頼性を備えた封止樹脂が得
られることを見出しこの発明に到達した。

【００１０】この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物
は、エポキシ樹脂（Ａ成分）と、フェノール樹脂（Ｂ成
分）と、特殊なシリコーンオイル（Ｃ成分）と、特殊な
シリコーンワックス（Ｄ成分）とを用いて得られるもの
であって、通常、粉末状あるいはそれを打錠したタブレ
ット状になっている。

【００１１】上記エポキシ樹脂（Ａ成分）としては、特
に限定するものではなく、クレゾールノボラック型，フ
ェノールノボラック型，ビスフェノール型，ビフェニル
型等の各種エポキシ樹脂があげられる。これらエポキシ
樹脂のなかでも、特に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液状を示すものを用いるこ
とが好結果をもたらす。例えば、ノボラック型エポキシ
樹脂としては、通常、エポキシ当量１５０〜２５０、軟
化点５０〜１３０℃のものが用いられ、クレゾールノボ
ラッ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。

【００１２】上記フェノール樹脂（Ｂ成分）としては、
特に限定するものではなく、フェノールノボラック，ク
レゾールノボラック等があげられる。これらのフェノー
ル樹脂は、水酸基当量が７０〜１５０、軟化点が５０〜
１１０℃のものを用いることが好ましい。

【００１３】上記エポキシ樹脂（Ａ成分）とフェノール
樹脂（Ｂ成分）の配合割合は、エポキシ樹脂中のエポキ
シ基１当量当たりフェノール樹脂中の水酸基が０．５〜
２．０当量となるように配合することが好ましい。より
好ましくは０．８〜１．２当量である。

【００１４】上記エポキシ樹脂（Ａ成分）およびフェノ
ール樹脂（Ｂ成分）とともに用いられる特殊なシリコー
ンオイル（Ｃ成分）は、下記の一般式（１）で表される
ものであり、分子量３００〜２０００の０〜４０量体の
末端アミノプロピル基変性ジメチルシロキサンが用いら
れる。好ましくは０〜２０量体のものである。

【００１５】

【化７】

【００１６】上記シリコーンオイル（Ｃ成分）は、従来
公知の製法により得られるものであり、その配合量はエ
ポキシ樹脂組成物全体の０．０１〜０．５重量％（以下
「％」と略す）の割合に設定することが好ましく、より
好ましくは０．０１〜０．３％である。すなわち、上記
シリコーンオイル（Ｃ成分）の配合量が０．０１％未満
では半導体装置の信頼性の向上効果がみられず、また
０．５％を超えると樹脂組成物の成形性が低下する傾向
がみられるからである。このシリコーンオイル（Ｃ成
分）は、エポキシ樹脂組成物を構成する有機成分と予備
反応させて用いてもよいし、また各成分の混合時にその
まま添加してもよい。

【００１７】上記Ａ〜Ｃ成分とともに用いられる特殊な
シリコーンワックス（Ｄ成分）は、下記の一般式（２）
で表されるものであり、分子量４０００〜５００００、
エポキシ当量５０００〜１００００のエポキシ−ポリエ
ーテル変性シリコーンが用いられる。

【００１８】

【化８】

【００１９】上記シリコーンワックス（Ｄ成分）は、従
来公知の製法により得られるものであり、その配合量は
エポキシ樹脂組成物全体の０．２〜４％の割合に設定す
ることが好ましく、より好ましくは０．２〜２％であ
る。すなわち、上記シリコーンワックス（Ｄ成分）の配
合量が０．２％未満ではＮｉやＡｇメッキを施したフレ
ームへの接着力が低下するのみならず、成形時の離型性
が低下する傾向がみられる。また、４％を超えると、樹
脂組成物の成形物の外観が不良となるだけでなく、樹脂
組成物の電気抵抗が低下することから半導体装置の信頼
性が低下する傾向がみられるからである。このシリコー
ンワックス（Ｄ成分）は、エポキシ樹脂組成物を構成す
る有機成分と予備反応させて用いてもよいし、また各成
分の混合時にそのまま添加してもよい。

【００２０】上記シリコーンオイル（Ｃ成分）とシリコ
ーンワックス（Ｄ成分）の双方とも必須成分であり、双
方の成分を用いることにより目的とする半導体装置が得
られる。

【００２１】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、必要に応じて他の添加剤
である硬化促進剤、無機質充填剤、ブロム化エポキシ樹
脂等のハロゲン系の難燃剤や三酸化アンチモン等の難燃
助剤、カーボンブラック等の顔料、シランカップリング
剤等の表面処理剤が適宜に用いられる。

【００２２】上記硬化促進剤としては、アミン型，リン
型等のものがあげられる。上記アミン型としては、２−
イミダゾール等のイミダゾール類、トリエタノールアミ
ン，ジアザビシクロウンデセン等の三級アミン類等があ
げられる。上記リン型としては、トリフェニルホスフィ
ン等があげられる。これらは単独でもしくは併せて用い
られる。これら硬化促進剤の配合量は、エポキシ樹脂組
成物全体の０．１〜１．０％の割合に設定することが好
ましい。エポキシ樹脂組成物の流動性を考慮すると特に
好ましくは０．１５〜０．３５％である。

【００２３】上記無機質充填剤としては、特に限定する
ものではなく、従来公知のものが用いられ、例えば石英
ガラス粉末，シリカ粉末，アルミナ，タルク等があげら
れる。これら無機質充填剤の配合量は、エポキシ樹脂組
成物全体の７０〜８０％の割合に設定することが好まし
い。

【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成分および他の添加剤の各成分を、
適宜配合して予備混合した後、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合する。ついで、これを
室温に冷却した後、公知の手段によって粉砕し、必要に
応じて打錠するという一連の工程により製造することが
できる。また、上記各成分の混合に先立って、シリコー
ンオイル（Ｃ成分）およびシリコーンワックス（Ｄ成
分）を、エポキシ樹脂（Ａ成分）およびフェノール樹脂
（Ｂ成分）の少なくとも一方と予備反応させて変性樹脂
を作製し、これに残りの各成分を配合した後、上記同様
の製法に従い製造することもできる。

【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
のトランスファ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。

【００２６】このようにして得られる半導体装置は、エ
ポキシ樹脂組成物中に含まれる前記一般式（１）で表さ
れる特殊なシリコーンオイル（Ｃ成分）および前記一般
式（２）で表される特殊なシリコーンワックス（Ｄ成
分）により、エポキシ樹脂組成物と、ＮｉまたはＡｇメ
ッキを施したフレームとの接着性が非常に高いにもかか
わらず、成形用金型との離型性が良好であるため、成形
物に異常な力が加わらず、得られた半導体パッケージ内
部に剥離は生じない。さらに、吸湿処理した後半田浴等
の実装処理を行っても、封止樹脂とフレームとの接着性
が高いためパッケージクラックを生起することもない。
さらに、この半導体装置を耐湿信頼性テストにかけて
も、前記シリコーンオイル（Ｃ成分）の添加により不良
の発生が抑制される。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、この発明の半導体装置
は、前記特殊なシリコーンオイル（Ｃ成分）および特殊
なシリコーンワックス（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して構成されて
いる。このため、エポキシ樹脂組成物とＮｉまたはＡｇ
メッキを施したフレームとの接着性が非常に高いにもか
かわらず、成形用金型との離型性が良好であり成形物に
異常な力が加わらないため、成形された半導体パッケー
ジの内部に剥離が生じない。さらに、吸湿処理した後、
半田浴等の実装処理を行っても、封止樹脂とフレームの
接着性が高いためパッケージクラックが生起しない。し
かも、この半導体装置は、シリコーンオイルの撥水効果
および高接着効果により優れた耐湿信頼性を備えてい
る。

【００２８】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。

【００２９】まず、実施例に先立って、下記に示すシリ
コーンオイルおよびシリコーンワックスを準備した。

【００３０】〔シリコーンオイル〕下記の構造式（３）
で表される両末端アミノプロピル変性ジメチルシロキサ
ン〔分子量：１０００，粘度１３ｐｏｉｓｅ（１．３Ｐａ
・ｓ）〕

【００３１】

【化９】

【００３２】〔シリコーンワックス〕下記の構造式
（４）で表されるエポキシポリエーテル変性シリコーン〔分子量：４５００〜８０００，粘度３５００ｐｏｉｓ
ｅ（３５０Ｐａ・ｓ）〕

【００３３】

【化１０】

【００３４】

【実施例１〜６、比較例１〜３】下記の表１および表２
に示す原料を用い同表に示す割合で配合し、９０〜１１
０℃に加熱したロール混練機にかけて３分間溶融混練し
た。ついで、この溶融物を冷却した後粉砕し、さらに打
錠を行いタブレット化して半導体封止用エポキシ樹脂組
成物を得た。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【表２】

【００３７】このようにして得られた実施例および比較
例のタブレット状エポキシ樹脂組成物を用いて、接着性
測定用組成物を作製しフレームおよび半導体素子との接
着性を測定した。すなわち、図１（ａ）および（ｂ）に
示すように、タブレット状エポキシ樹脂組成物（上面半
径１．７ｍｍで下面半径１．３ｍｍの略円錐台形状）１
の上面に半導体素子２を載置し（半導体素子２とエポキ
シ樹脂組成物１との接着面積：４ｍｍ²）エポキシ樹脂
組成物１を加熱硬化した。ついで、図２に示すように、
サンプル固定治具３内に上記半導体素子２を搭載したエ
ポキシ樹脂組成物硬化体４を嵌め込み、ロードセル５か
ら延びる検出棒６により矢印Ａ方向に力を加え半導体素
子２が剥離した値を測定した。その結果を後記の表３お
よび表４に示した。一方、図３に示すように、フレーム
板７上に略円錐台状のエポキシ樹脂組成物１を載置し
（フレーム板７とエポキシ樹脂組成物１との接着面積：
２５ｍｍ²）、そのまま加熱硬化した。ついで、図４に
示すように、サンプル固定治具３内に上記フレーム板７
と接着したエポキシ樹脂組成物硬化体４を嵌め込み、ロ
ードセル５から延びるチャック８でフレーム板７の端部
を挟持し矢印Ｂ方向に引っ張った。そして、フレーム板
７が剥離した値を測定した。その結果を後記の表３およ
び表４に併せて示した。

【００３８】また、離型性を測定するために、図５およ
び図６に示すような３枚の上型１０，中型１１，下型１
２からなる離型荷重測定用金型２０を準備した。図にお
いて、１３はエポキシ樹脂組成物注入口、１４は測定物
成形用空間、１５は金型固定用穴、１６は固定ピンであ
る。そして、上記上型１０，中型１１，下型１２を、図
７に示すように重ね合わせ、ついで上記金型２０内のエ
ポキシ樹脂組成物注入口１３からエポキシ樹脂組成物を
注入して測定物成形用空間１４内に充填した後加熱硬化
した。そして、金型２０を分解し、エポキシ樹脂組成物
硬化体１８が形成された中型１１のみを取り出した（図
８参照）。ついで、図９に示すように、中型１１を二つ
の台１７に架け渡し、ロードセル５から延びる検出棒６
により硬化体１８を下方に押し出した。このときの、中
型１１から硬化体１８が押し出された値を測定し離型荷
重値とした。なお、中型１１とエポキシ樹脂組成物硬化
体１８の接着面積は１０ｃｍ²である。その結果を後記
の表３および表４に併せて示した。

【００３９】

【表３】

【００４０】

【表４】

【００４１】さらに、上記エポキシ樹脂組成物を用いて
封止した半導体装置の耐湿信頼性を評価するために、ア
ルミニウム電極を蒸着した半導体素子を、Ｎｉメッキを
施したＤＩＰ−４０用フレームに取り付け、ワイヤーボ
ンディングを行った。この後、上記エポキシ樹脂組成物
を用いてトランスファー成形により樹脂封止して半導体
装置を得た。この半導体装置を８５℃／８５％ＲＨ下の
条件で４８時間吸湿させ、２４０℃の赤外線リフロー炉
に３０秒間放置した後、初期の導通試験を行った。さら
に、その合格品を１２５℃／８５％ＲＨ下の高温高湿条
件に曝し３０Ｖのバイアス電圧を印加し、一定時間毎の
抵抗変化率を測定した。この変化率が初期の２倍以上に
なったものを導通不良とし、全体の試験数の半分が不良
となる時間を測定した。この結果を後記の表５および表
６に示した。

【００４２】

【表５】

【００４３】

【表６】

【００４４】また、半導体パッケージ内の剥離現象を検
討するため、試験用半導体素子を、Ｎｉメッキを施した
ＤＩＰ−４０用フレームに取り付け、これを上記と同様
にしてエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂封止し半導体装
置を得た。これを、超音波探傷装置〔スキャニングアコ
ースティクトモトグラフ（以下「ＳＡＴ」と略す）〕を
用いて、成形後，後硬化（１７５℃×５時間）およびリ
フロー（２４０℃×３０秒間）後の素子表面とフレーム
表面の剥離を観察し、それぞれの剥離率を算出した。さ
らに、目視により、パッケージのクラックを観察した。
この結果を下記の表７および表８に示した。

【００４５】

【表７】

【００４６】

【表８】

【００４７】上記表３〜表８の結果から、実施例品は半
導体素子およびフレームと封止樹脂との接着性が高いに
もかかわらず、成形用金型との離型荷重が低く成形時の
問題が少ない。また、リフロー後の耐湿信頼性試験の結
果においても、比較例に比べて優れていることがわか
る。そして、リフロー後のパッケージクラックについて
も比較例品に比べて実施例品は発生数が少なく優れてい
る。さらに、パッケージ内の剥離に関しても、実施例品
は優れた密着性を有しており、優れた特性を備えている
ことがわかる。このことから、実施例のエポキシ樹脂組
成物を用いて樹脂封止された半導体装置は優れた信頼性
を備えていることがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）はチップとエポキシ樹脂組成物硬化体と
の接着力を測定する際に用いられる測定用サンプルの斜
視図であり、（ｂ）はその側面図である。

【図２】チップとエポキシ樹脂組成物硬化体との接着力
の測定方法を示す説明図である。

【図３】フレームとエポキシ樹脂組成物硬化体との接着
力を測定する際に用いられる測定用サンプルの斜視図で
ある。

【図４】フレームとエポキシ樹脂組成物硬化体との接着
力の測定方法を示す説明図である。

【図５】離型荷重測定用の成形用金型を示す斜視図であ
る。

【図６】上記金型の断面図である。

【図７】上記金型を組み立てた状態を示す断面図であ
る。

【図８】中型内にエポキシ樹脂組成物硬化体を形成した
状態を示す断面図である。

【図９】離型荷重の測定方法を示す説明図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【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）エポキシ樹脂。（Ｂ）フェノール樹脂。（Ｃ）下記の一般式（１）で表されるシリコーンオイ
ル。【化１】（Ｄ）下記の一般式（２）で表されるシリコーンワック
ス。【化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）エポキシ樹脂。（Ｂ）フェノール樹脂。（Ｃ）下記の一般式（１）で表されるシリコーンオイ
ル。【化３】（Ｄ）下記の一般式（２）で表されるシリコーンワック
ス。【化４】