JPH0669380A - 半導体装置 - Google Patents

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
装置の提供。 【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する。 （Ａ）例えば のエポキシ樹脂。 （Ｂ）例えば

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、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、パツケージの小形化，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）の向上が要求されている。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膨れが発生しないと
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はなかつ
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
を向上させることが強く望まれている。

【０００５】本発明は、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、本発明は、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してなる半
導体装置を第１の要旨とし、

【０００７】（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）および（２）で表されるエポ
キシ樹脂の少なくとも一方。

【化１１】

【化１２】 （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）のみからなるときには、
（Ｂ）成分は少なくとも（ハ）からなる〕。 （ハ）下記の一般式（３）および（４）で表されるフエ
ノール樹脂の少なくとも一方。

【化１３】

【化１４】 （ニ）上記（ハ）以外のフエノール樹脂。 （Ｃ）無機質充填剤。

【０００８】上記（Ａ）〜（Ｃ）成分に加えて、下記の
一般式（５）および（６）で表されるシリコーン化合物
の少なくとも一方を含む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を第２の要旨とす
る。

【化１５】

【０００９】

【作用】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），（２），（３）および（４）で
表されるような特殊骨格構造を有するエポキシ樹脂およ
びフエノール樹脂を用い、さらに上記一般式（５）およ
び（６）で表される特殊なシリコーン化合物を併用する
と、ＴＣＴテストおよび吸湿後の半田溶融液に浸漬した
際の耐クラツクの双方に優れるようになることを見出し
本発明に到達した。

【００１０】本発明の半導体装置に用いられるエポキシ
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。

【００１１】第１の態様は、新規エポキシ樹脂〔一般式
（１）および（２）〕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（３）および（４）〕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と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。また、これ
ら４種類の態様に、前記一般式（５）および（６）で表
される特殊なシリコーン化合物の組み合わせもあげられ
る。これらは、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。

【００１２】まず、上記第１の態様について説明する。

【００１３】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）およ
び（２）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、ナフトールまたはジヒドロキシ
ナフタリンとジシクロペンタジエンを酸性触媒下にて共
重合させたものをグリシジルエーテル化することにより
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、上記一般式（１）において、繰り返し数ｎ
中のナフタリン環に結合する置換基の位置は下記の二通
りの態様（ａ）および（ｂ）がある。さらに、上記一般
式（１）において、右末端のナフタリン環の部分は下記
の二通りの態様（ｃ）および（ｄ）がある。

【００１４】

【化１６】

【００１５】

【化１７】

【００１６】

【化１８】

【００１７】

【化１９】

【００１８】また、上記一般式（２）においても、一般
式（１）と同様、繰り返し数ｎ中のナフタリン環に結合
する置換基の位置は下記の二通りの態様がある。

【００１９】

【化２０】

【００２０】

【化２１】

【００２１】そして、上記一般式（１）および（２）に
おいて、繰り返し数ｎとしては０〜１が特に好ましい。

【００２２】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なかでもクレゾー
ルノボラツクを用いることが好結果をもたらす。この
他、下記の構造式（７），（８）および（９）等を用い
ても好結果をもたらす。

【００２３】

【化２２】

【００２４】なお、上記構造式（９）において、繰り返
し数ｎ中のナフタリン環に結合する置換基の位置は下記
の二通りの態様（ｅ）および（ｆ）がある。さらに、上
記構造式（９）において、右末端のナフタリン環の部分
は下記の二通りの態様（ｇ）および（ｈ）がある。

【００２５】

【化２３】

【００２６】

【化２４】

【００２７】

【化２５】

【００２８】

【化２６】

【００２９】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好ましい。

【００３０】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。

【００３１】つぎに、上記第２の態様について説明す
る。

【００３２】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
般的に用いられる。この他、下記の構造式（１０），
（１１），（１２）および（１３）等を用いても好結果
をもたらす。なお、下記の構造式（１０）および（１
１）においても、繰り返し数ｎ中のナフタリン環に結合
する置換基の位置は前記と同様に二通りの態様がある。
さらに、下記の構造式（１０）において、右末端のナフ
タリン環の部分の結合手の位置は前記構造式（９）と同
様に二通りの態様がある。

【００３３】

【化２７】

【００３４】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（３）および
（４）で表され、縮合度は４〜６が好ましい。このよう
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（３）において、繰り返し数ｎ中のナフタリ
ン環に結合する置換基の位置は下記の二通りの態様があ
る。さらに、前記一般式（３）において、右末端のナフ
タリン環の部分は下記の二通りの態様（ｉ）および
（ｊ）がある。

【００３５】

【化２８】

【００３６】

【化２９】

【００３７】

【化３０】

【００３８】

【化３１】

【００３９】また、上記一般式（４）においても、一般
式（３）と同様、繰り返し数ｎ中のナフタリン環に結合
する置換基の位置は下記の二通りの態様がある。

【００４０】

【化３２】

【００４１】

【化３３】

【００４２】そして、上記一般式（３）および（４）に
おいて、繰り返し数ｎとしては、０〜１が特に好まし
い。

【００４３】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
合することが好ましい。

【００４４】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。

【００４５】つぎに、上記第３の態様について説明す
る。

【００４６】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。

【００４７】さらに、上記第４の態様について説明す
る。

【００４８】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。

【００４９】そして、上記エポキシ樹脂成分およびフエ
ノール樹脂成分とともに用いられる無機質充填剤として
は、上記第１〜第３の態様で用いられるものと同様のも
のがあげられる。

【００５０】さらに、前記第１〜第４の態様において用
いられるエポキシ樹脂成分，フエノール樹脂成分および
無機質充填剤に加えて、特殊なシリコーン化合物を用い
てもよい。上記特殊なシリコーン化合物としては、下記
の一般式（５）および（６）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。

【００５１】

【化３４】

【００５２】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
になるように設定されるのが好ましい。特に好ましいの
は０．５〜３．０％の範囲内である。すなわち、シリコ
ーン化合物の配合量が５％を超えると耐熱性等の特性が
低下する傾向がみられるからである。

【００５３】なお、本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。

【００５４】本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。

【００５５】このようなエポキシ樹脂組成物を用いての
半導体素子を封止する方法は、特に限定するものではな
く、通常のトランスフアー成形等の公知のモールド方法
によつて行うことができる。

【００５６】

【発明の効果】以上のように、本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、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。さらに、上記エポキシ樹脂組成物に特殊なシリコー
ン化合物〔前記一般式（５）および（６）〕を併用する
と一層耐湿信頼性の向上効果が図れる。すなわち、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り、これが大きな特徴であ
る。

【００５７】つぎに、実施例を比較例と併せて説明す
る。

【００５８】エポキシ樹脂組成物の作製に先立つて、下
記のシリコーン化合物ａ〜ｆ、エポキシ樹脂Ａ，Ｂおよ
びフエノール樹脂Ｃ，Ｄを準備した。

【００５９】〔シリコーン化合物ａ〕

【化３５】 エポキシ当量：１８００

【００６０】〔シリコーン化合物ｂ〕

【化３６】 エポキシ当量：３０００

【００６１】〔シリコーン化合物ｃ〕

【化３７】 エポキシ当量：１００００

【００６２】〔シリコーン化合物ｄ〕

【化３８】 エポキシ当量：７０００

【００６３】〔シリコーン化合物ｅ〕

【化３９】 アミン当量：３８００

【００６４】〔シリコーン化合物ｆ〕

【化４０】 カルボキシル当量：３３００

【００６５】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。

【００６６】〔エポキシ樹脂Ａ〕

【化４１】 エポキシ当量：３０１ｇ／eq、軟化点８３℃、繰り返し
数ｎ＝０〜１ なお、上記エポキシ樹脂Ａにおいて、繰り返し数ｎ中の
ナフタリン環に結合する置換基の位置は下記の二通り
（ｍ）および（ｎ）の態様があり、右末端のナフタリン
環部分は下記の二通りの態様（ｏ）および（ｐ）があ
る。

【００６７】

【化４２】

【００６８】

【化４３】

【００６９】〔エポキシ樹脂Ｂ〕

【化４４】 エポキシ当量：１９６ｇ／eq、軟化点６９℃、繰り返し
数ｎ＝

【００７０】なお、上記エポキシ樹脂Ｂの構造式におい
て、Ｇｌｙは下記に示すグリシジル基である。

【００７１】

【化４５】

【００７２】〔フエノール樹脂Ｃ〕

【化４６】 水酸基当量：２２７ｇ／eq、軟化点１００℃、繰り返し
数ｎ＝０〜１ なお、上記フエノール樹脂Ｃにおいて、中央のナフタリ
ン環部分は下記の二通りの態様（ｑ）および（ｒ）があ
り、右末端のナフタリン環部分は下記の二通りの態様
（ｓ）および（ｔ）がある。

【００７３】

【化４７】

【００７４】

【化４８】

【００７５】〔フエノール樹脂Ｄ〕

【化４９】 水酸基当量：１０６ｇ／eq、軟化点８０℃、繰り返し数
ｎ＝１〜４

【００７６】

【実施例１〜２７、比較例１〜３】上記シリコーン化合
物ａ〜ｆ，エポキシ樹脂Ａ，Ｂおよびフエノール樹脂
Ｃ，Ｄと、下記の表１〜表５に示す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分間溶融混練を行い、冷却固化後粉砕して目的とする
粉末状エポキシ樹脂組成物を得た。

【００７７】

【表１】

【００７８】

【表２】

【００７９】

【表３】

【００８０】

【表４】

【００８１】

【表５】

【００８２】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ピン四方向フラツトパツケージ（８０ピンＱＦ
Ｐ、サイズ：２０×１４×２mm）であり、ダイパツドサ
イズは８×８mmである。

【００８３】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分の熱サイクルテス
ト（ＴＣＴテスト）を行つた。また、８５℃／８５％Ｒ
Ｈの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つた。
この結果を下記の表６〜表９に示した。

【００８４】

【表６】

【００８５】

【表７】

【００８６】

【表８】

【００８７】

【表９】

【００８８】上記表６〜表９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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【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）下記の（イ）および（ロ）の少なくとも一方。 （イ）下記の一般式（１）および（２）で表されるエポ
   キシ樹脂の少なくとも一方。 【化１】 【化２】 （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）のみからなるときには、
   （Ｂ）成分は少なくとも（ハ）からなる〕。 （ハ）下記の一般式（３）および（４）で表されるフエ
   ノール樹脂の少なくとも一方。 【化３】 【化４】 （ニ）上記（ハ）以外のフエノール樹脂。 （Ｃ）無機質充填剤。
2. 【請求項２】 請求項１記載の（Ａ）〜（Ｃ）成分に加
   えて、下記の一般式（５）および（６）で表されるシリ
   コーン化合物の少なくとも一方を含むエポキシ樹脂組成
   物を用いて半導体素子を封止してなる半導体装置。 【化５】
3. 【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）下記の（イ）および（ロ）の少なくとも一方。 （イ）下記の一般式（１）および（２）で表されるエポ
   キシ樹脂の少なくとも一方。 【化６】 【化７】 （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）のみからなるときには、
   （Ｂ）成分は少なくとも（ハ）からなる〕。 （ハ）下記の一般式（３）および（４）で表されるフエ
   ノール樹脂の少なくとも一方。 【化８】 【化９】 （ニ）上記（ハ）以外のフエノール樹脂。 （Ｃ）無機質充填剤。
4. 【請求項４】 請求項３記載の（Ａ）〜（Ｃ）成分に加
   えて、下記の一般式（５）および（６）で表されるシリ
   コーン化合物の少なくとも一方を含むエポキシ樹脂組成
   物を用いて半導体素子を封止してなる半導体装置。 【化１０】