JPH07153873A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 成形性に優れたエポキシ樹脂組成物を用い
て、低応力性および実装時の熱応力性に優れ、しかも高
温雰囲気下での信頼性に優れた半導体装置を提供する。 【構成】 下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含むエポキシ樹
脂組成物を用いて半導体素子が封止された半導体装置で
ある。しかも、上記（Ｃ）成分の含有割合がエポキシ樹
脂組成物全体の７０〜９５重量％に設定されている。 （Ａ）ビフェニル型エポキシ樹脂。 （Ｂ）フェノールアラルキル樹脂。 （Ｃ）全体の粒度分布が下記の（ａ）〜（ｃ）に設定さ
れ、かつ平均粒子径が１５μｍを超え３０μｍ以下に設
定されているシリカ粉末。 （ａ）粒子径１００μｍ以上のものが全体の１重量％以
下。 （ｂ）粒子径３０μｍ以下のものが全体の４０重量％以
上。 （ｃ）粒子径１０μｍ以下のものが全体の１０〜３０重
量％。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、成形性に優れたエポ
キシ樹脂組成物により半導体素子を封止し、内部応力が
小さく、優れた耐熱衝撃性を有し、しかも基板実装時の
耐熱応力の小さい耐パッケージクラック性，耐湿信頼性
に優れた半導体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年におけるＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素
子は、その高集積化に伴い大形化の傾向にある。加え
て、その半導体素子を外部環境から守るためのプラスチ
ックパッケージは、その実装の高密度化からクワッドフ
ラットパッケージ（ＱＦＰ），スモールアウトラインパ
ッケージ（ＳＯＰ）等に代表される表面実装形態をと
り、薄形化が進んでいる。そして、半導体素子の大形化
に伴い、素子と封止樹脂との間に生ずる内部応力による
素子へのダメージ，パッケージクラック等の問題が発生
し、また表面実装形態をとることにより、封止用樹脂組
成物中に含まれる水分が、実装時の熱で気化爆発を起こ
し、パッケージクラックを生じたり、その後の耐湿性を
劣化させる等の問題が発生しており、これら問題の解決
が要求されている。

【０００３】

【発明が解説しようとする課題】上記内部応力を低減さ
せる方法としては、従来から封止用樹脂組成物の構成
成分として配合する無機質充填剤の含有比率を増やし、
封止樹脂の熱膨脹係数を素子のそれに近似させる方法、
シリコーン化合物やゴム等を封止用樹脂組成物中に混
合したり予備的に反応させることにより低弾性率化する
方法が採られている。しかしながら、上記の無機質充
填剤の含有比率を増やす方法では、含有比率の増大に伴
い組成物全体の粘度が上昇し、過度の増量は成形性を著
しく損なうため、その含有率は一般に封止用樹脂組成物
全体の５０〜８０重量％（以下「％」と略す）の範囲に
制限されてしまう。しかし、これでは充分な低応力化が
得られない。また、上記のシリコーン化合物やゴム等
を混合して封止樹脂の低弾性率化を図る方法では、封止
用樹脂組成物中に含有される水分の拡散を早め、その結
果、実装時の耐パッケージクラック性が劣化するという
問題が生じる。

【０００４】そして、上記実装時の耐パッケージクラッ
ク性を向上させる方法として、低吸湿材料を用い、これ
を封止用樹脂組成物中に含有させる方法が行われてい
る。しかし、上記低吸湿材料は、ガラス転移温度が低い
ために高温雰囲気下で使用すると、得られる封止樹脂の
変形量が大きくなるという問題を有している。

【０００５】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、成形性に優れたエポキシ樹脂組成物を用い
て、低応力性および実装時の熱応力性に優れ、しかも高
温雰囲気下での信頼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、この発明の半導体装置は、下記の（Ａ）〜（Ｃ）成
分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であって、上記（Ｃ）成分の含有割
合がエポキシ樹脂組成物全体の７０〜９５％に設定され
ているという構成をとる。 （Ａ）ビフェニル型エポキシ樹脂。 （Ｂ）フェノールアラルキル樹脂。 （Ｃ）全体の粒度分布が下記の（ａ）〜（ｃ）に設定さ
れ、かつ平均粒子径が１５μｍを超え３０μｍ以下に設
定されているシリカ粉末。 （ａ）粒子径１００μｍ以上のものが全体の１％以下。 （ｂ）粒子径３０μｍ以下のものが全体の４０％以上。 （ｃ）粒子径１０μｍ以下のものが全体の１０〜３０
％。

【０００７】

【作用】すなわち、本発明者らは、低応力を示し、しか
も実装時の熱応力性に優れ、高温雰囲気下での変形の小
さな封止樹脂を得るために一連の研究を重ねた。その結
果、上記特定のエポキシ樹脂〔（Ａ）成分〕と、フェノ
ールアラルキル樹脂〔（Ｂ）成分〕とを組み合わせ、さ
らにこの組み合わせに加えて特定の粒度分布を有するシ
リカ粉末〔（Ｃ）成分〕を特定の割合に配合すると、成
形性に優れたエポキシ樹脂組成物が得られ、これを用い
て封止した半導体装置は、内部応力が低減され、しかも
優れた実装時の熱応力性および高温雰囲気下での高い信
頼性が得られるようにな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、特定のエポキシ樹脂（Ａ成分）と、フェノールアラ
ルキル樹脂（Ｂ成分）と、特定の粒度分布を有するシリ
カ粉末（Ｃ成分）とを用いて得られるものであり、通
常、粉末状もしくはそれを打錠したタブレット状になっ
ている。

【００１０】上記特定のエポキシ樹脂（Ａ成分）は、ビ
フェニル型エポキシ樹脂であって、例えば、下記の一般
式（１）で表される。

【００１１】

【化１】

【００１２】上記ビフェニル型エポキシ樹脂（Ａ成分）
は、グリシジル基を有するフェニル環に低級アルキル基
が付加されたものであり、このような骨格構造から撥水
性を有するようになる。そして、上記特定のエポキシ樹
脂（ビフェニル型エポキシ樹脂）のみでエポキシ樹脂成
分を構成してもよいし、それ以外の通常用いられるエポ
キシ樹脂と併用するようにしてもよい。前者の場合に
は、Ａ成分の全部が上記ビフェニル型エポキシ樹脂のみ
で構成され、後者の場合にはＡ成分の一部がビフェニル
型エポキシ樹脂で構成されることとなる。上記通常用い
られるエポキシ樹脂としては、クレゾールノボラック
型，フェノールノボラック型，ノボラックビスＡ型やビ
スフェノールＡ型等の各種エポキシ樹脂があげられる。
上記フェノール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６
０〜１１０℃のものが一般に用いられる。このように、
特定の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は、上記特定のエポキシ樹脂をエポ
キシ樹脂成分全体の２０％以上に設定することが好まし
く、特に好ましくは５０％以上である。

【００１３】上記Ａ成分とともに用いられるフェノール
アラルキル樹脂（Ｂ成分）は、上記エポキシ樹脂成分の
硬化剤として作用するものであり、一般に、下記の一般
式（２）で表される。

【００１４】

【化２】

【００１５】このフェノールアラルキル樹脂（Ｂ成分）
は、例えばアラルキルフェノールとフェノールとをフリ
ーデルクラフツ触媒で反応させることにより得られる。
一般に、α，α′−ジメトキシ−ｐ−キシレンとフェノ
ールモノマーの縮合重化合物が知られている。そして、
上記フェノールアラルキル樹脂（Ｂ成分）としては、軟
化点７０〜１１０℃、水酸基当量１５０〜２２０を有す
るものを用いるのが好ましい。また、フェノールアラル
キル樹脂は、それ自体で硬化剤成分を構成することがよ
り好ましいが、それ以外の通常用いられるフェノール樹
脂と併用してもよい。前者の場合には、硬化剤成分の全
部が上記フェノールアラルキル樹脂で構成され、後者の
場合は硬化剤成分の一部が上記フェノールアラルキル樹
脂で構成されることとなる。上記通常用いられるフェノ
ール樹脂としては、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。これらノボラック樹脂とし
ては、軟化点５０〜１１０℃、水酸基当量７０〜１５０
のものを用いることが望ましい。上記フェノールアラル
キル樹脂と、通常用いられるフェノール樹脂とを併用す
る場合には、上記フェノールアラルキル樹脂を硬化剤成
分全体の５０％以上の割合に設定することが好ましく、
特に好ましくは７０％以上である。そして、上記フェノ
ールアラルキル樹脂（通常のフェノール樹脂を含む）の
配合割合は、上記特定のエポキシ樹脂（Ａ成分）中のエ
ポキシ基１当量当たり、上記フェノールアラルキル樹脂
（Ｂ成分）中の水酸基が０．７〜１．３当量となるよう
に配合することが好適である。より好適なのは０．９〜
１．１当量である。

【００１６】上記Ａ成分およびＢ成分とともに用いられ
るシリカ粉末（Ｃ成分）としては、結晶性および溶融性
シリカ粉末があげられ、これらは単独でもしくは併せて
用いられる。そして、このシリカ粉末は、平均粒子径が
１５μｍを超え３０μｍ以下に設定され、しかも全体の
粒度分布が下記の（ａ）〜（ｃ）のように設定される必
要がある。

【００１７】 （ａ）粒子径１００μｍ以上のものが全体の１％以下。 （ｂ）粒子径３０μｍ以下のものが全体の４０％以上。 （ｃ）粒子径１０μｍ以下のものが全体の１０〜３０
％。

【００１８】すなわち、シリカ粉末の平均粒子径および
粒度分布が上記範囲外では、得られるエポキシ樹脂組成
物の流動性が損なわれるからである。なお、この発明に
おいて、平均粒子径とは、質量基準の５０％粒子径を意
味する。また、上記（ｂ）の範囲は、（ｃ）の範囲を含
む趣旨である。

【００１９】そして、上記特定の粒度分布からなるシリ
カ粉末（Ｃ成分）では、球状シリカ粉末を用いることが
好ましい。より好ましくは、摩砕処理されたシリカ粉末
を用いることである。なお、上記シリカ粉末の摩砕処理
は、例えばつぎのようにして行われる。すなわち、破砕
状シリカに外部から押圧力を加えながら、水，アルコー
ル類等の水系媒体存在下で粒子同士を摩砕してシリカ粒
子の角をとることにより行われる。上記摩砕処理で、水
系媒体を使用する目的は、圧力をシリカ粒子に充分加え
るためである。上記圧力は、高過ぎるとシリカ粒子自身
が破壊されるため、角とりの状況に合わせて適宜に設定
される。また、シリカ粉末の全てが角とり（摩砕処理）
されたものを用いることが好ましいが、全体の８０％以
上が摩砕処理されたシリカ粉末となるように配合する
と、これを配合したエポキシ樹脂組成物では充分な流動
性が得られる。

【００２０】このようなシリカ粉末（Ｃ成分）の含有割
合は、エポキシ樹脂組成物全体の７０〜９５％の範囲に
設定する必要がある。特に好ましくは８０〜９５％であ
る。すなわち、シリカ粉末の含有割合が７０％未満では
耐熱衝撃性，耐熱応力性が損なわれ、逆に９５％を超え
ると流動性の低下が生じるからである。

【００２１】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〜Ｃ成分以外に必要に応じて硬化促
進剤，難燃剤，カップリング剤，ワックス等の添加剤が
あげられる。

【００２２】上記硬化促進剤としては、アミン系，リン
系，ホウ素系，リン−ホウ素系等の硬化促進剤があげら
れ、これらは単独でもしくは併せて用いられる。

【００２３】上記難燃剤としては、例えばノボラック型
ブロム化エポキシ樹脂もしくはビスＡ型エポキシ樹脂，
五酸化アンチモン等の化合物があげられ、これを適宜単
独でもしくは併せて使用することが行われる。

【００２４】上記カップリング剤としては、グリシジル
エーテルタイプ，アミンタイプ，チオシアンタイプ，ウ
レアタイプ等のメトキシないしはエトキシシランがあげ
られ、適宜に単独でもしくは併せて用いられる。そし
て、その使用方法としては、前記無機質充填剤に対して
ドライブレンドする方法もしくは予備加熱反応させる方
法、さらに有機成分原料に対して予備混合する方法等が
あげられ、適宜に選択することができる。

【００２５】上記ワックスとしては、高級脂肪酸，高級
脂肪酸エステル，高級脂肪酸カルシウム等の化合物があ
げられ、これらは単独でもしくは併せて用いられる。

【００２６】さらに、この発明に用いられるエポキシ樹
脂組成物には、上記添加剤以外に、低応力化を図るため
にシリコーンオイルおよびシリコーンゴム，合成ゴム等
のゴム成分を配合したり、耐湿信頼性テストにおける信
頼性向上を目的としてハイドロタルサイト等のイオント
ラップ剤を配合してもよい。

【００２７】この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物
は、上記Ａ〜Ｃ成分および他の添加剤を用いて例えばつ
ぎのようにして製造することができる。すなわち、上記
Ａ〜Ｃ成分および必要に応じて添加剤を適宜に配合し予
備混合した後、ミキシングロール機等の混練機にかけ加
熱状態で混練して溶融混合する。そして、この混合物を
室温に冷却した後、公知の手段により粉砕し、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。

【００２８】このようにして得られるエポキシ樹脂組成
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。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、この発明の半導体装置
は、特定のエポキシ樹脂（Ａ成分）と、フェノールアラ
ルキル樹脂（Ｂ成分）とを用い、さらにこの組み合わせ
に加えて特定の粒度分布を有するシリカ粉末（Ｃ成分）
を特定の割合で含有する成形性に優れたエポキシ樹脂組
成物によって半導体素子を樹脂封止して得られるもので
ある。このため、エポキシ樹脂組成物の流動性の低下が
防止され、封止工程において高い生産効率をもたらすと
ともに、半田実装時におけるパッケージクラックの発生
が抑制され、しかも優れた耐湿信頼性を備えている。

【００３０】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。

【００３１】まず、エポキシ樹脂組成物の調製に先立っ
て、下記に示すエポキシ樹脂およびフェノール系樹脂を
準備した。

【００３２】〔クレゾールノボラック型エポキシ樹脂〕
エポキシ当量１９５、軟化点７５℃のものを準備した。

【００３３】〔ビフェニル型エポキシ樹脂〕下記の式
（３）で表され、エポキシ当量１９５、軟化点１０５℃
のものである。

【００３４】

【化３】

【００３５】〔フェノールノボラック型フェノール樹
脂〕水酸基当量１０７、軟化点７０℃のものを準備し
た。

【００３６】〔フェノールアラルキル樹脂〕前記一般式
（２）で表され、繰り返し数ｎ＝０〜２で、水酸基当量
１７７、軟化点８０℃のものである。

【００３７】さらに、下記の表１および表２に示す粒度
分布，平均粒子径を有する１４種類のシリカ粉末ａ〜ｎ
を準備した。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【００４０】

【実施例１〜７、比較例１〜７】下記の表３および表４
に示す各成分および上記表１および表２に示すシリカ粉
末を用い、これらを同表に示す割合で配合し、ミキシン
グロール機にかけて１００℃で５分間混練し、シート状
エポキシ樹脂組成物を作製した。ついで、このシート状
エポキシ樹脂組成物を室温に冷却し、粉砕することによ
り粉末状エポキシ樹脂組成物を得た。

【００４１】

【表３】

【００４２】

【表４】

【００４３】このようにして得られた実施例品および比
較例品のエポキシ樹脂組成物の１７５℃における溶融粘
度を測定した。なお、上記溶融粘度は、フローテスター
（島津製作所社製、ノズル直径１ｍｍ、ノズル長さ１０
ｍｍ、荷重１０ｋｇｆ／ｃｍ ² ）を用いて１７５℃で測
定した最低溶融粘度である。また、上記エポキシ樹脂組
成物を用いて半導体素子をトランスファー成形（成形条
件：１７５℃×６０秒間）にて樹脂封止し半導体装置
（８０ピンクワッドフラットパッケージ：ＱＦＰ−８
０）を作製した。この半導体装置について、８５℃／８
５％ＲＨ×４８時間吸湿後に、２６０℃×１０秒間半田
浸漬を行った後のパッケージクラックの発生数を測定し
た。さらに、吸湿時間を７２時間に変え、上記と同様に
してパッケージクラックの発生数を測定した。また、−
６５℃／５分〜１５０℃／５分の２０００回および４０
００回における冷熱サイクルテスト（ＴＣＴテスト）を
行いパッケージクラックの発生数を測定した。そして、
上記トランスファー成形条件により半導体装置を成形し
た際、未充填部分が発生した個数をカウントした。これ
らの結果を下記の表５〜表７に併せて示した。

【００４４】

【表５】

【００４５】

【表６】

【００４６】

【表７】

【００４７】上記表５〜表７の結果から、比較例品に関
して、７２時間吸湿後の半田浸漬では半数近くにクラッ
クが発生し、ＴＣＴテストの結果でもクラックが多数発
生した。また、溶融粘度が高く、その結果、成形時の未
充填部分の発生率が高かった。これに対して、実施例品
は、半田浸漬後のクラック発生数およびＴＣＴテストで
のクラック発生数も少なく、しかも溶融粘度が低いこと
から未充填部分の発生率も非常に低かった。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０８Ｌ 63/00 ＮＪＲ (72)発明者 安達 準一 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 (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含むエポキ
   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
   装置であって、上記（Ｃ）成分の含有割合がエポキシ樹
   脂組成物全体の７０〜９５重量％に設定されていること
   を特徴とする半導体装置。 （Ａ）ビフェニル型エポキシ樹脂。 （Ｂ）フェノールアラルキル樹脂。 （Ｃ）全体の粒度分布が下記の（ａ）〜（ｃ）に設定さ
   れ、かつ平均粒子径が１５μｍを超え３０μｍ以下に設
   定されているシリカ粉末。 （ａ）粒子径１００μｍ以上のものが全体の１重量％以
   下。 （ｂ）粒子径３０μｍ以下のものが全体の４０重量％以
   上。 （ｃ）粒子径１０μｍ以下のものが全体の１０〜３０重
   量％。
2. 【請求項２】 （Ｃ）成分であるシリカ粉末が球状シリ
   カ粉末である請求項１記載の半導体装置。
3. 【請求項３】 （Ｃ）成分であるシリカ粉末が摩砕処理
   されたものである請求項１または２記載の半導体装置。
4. 【請求項４】 下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含み、上記
   （Ｃ）成分の含有割合がエポキシ樹脂組成物全体の７０
   〜９５重量％に設定されている半導体封止用エポキシ樹
   脂組成物。 （Ａ）ビフェニル型エポキシ樹脂。 （Ｂ）フェノールアラルキル樹脂。 （Ｃ）全体の粒度分布が下記の（ａ）〜（ｃ）に設定さ
   れ、かつ平均粒子径が１５μｍを超え３０μｍ以下に設
   定されているシリカ粉末。 （ａ）粒子径１００μｍ以上のものが全体の１重量％以
   下。 （ｂ）粒子径３０μｍ以下のものが全体の４０重量％以
   上。 （ｃ）粒子径１０μｍ以下のものが全体の１０〜３０重
   量％。
5. 【請求項５】 （Ｃ）成分であるシリカ粉末が粉末状シ
   リカ粉末である請求項４記載の半導体封止用エポキシ樹
   脂組成物。
6. 【請求項６】 （Ｃ）成分であるシリカ粉末が摩砕処理
   されたものである請求項４または５記載の半導体封止用
   エポキシ樹脂組成物。