JPH07176548A

JPH07176548A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH07176548A
Application number: JP34483693A
Authority: JP
Inventors: Kazutoshi Tomiyoshi; 和俊富吉; Kazuo Dobashi; 和夫土橋; Shigeki Ino; 茂樹井野; Toshio Shiobara; 利夫塩原
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1993-12-20
Filing date: 1993-12-20
Publication date: 1995-07-14
Anticipated expiration: 2017-03-04
Also published as: JP3261845B2

Abstract

(57)【要約】【構成】エポキシ樹脂、硬化剤及び無機質充填剤を含
有し、硬化物の５０℃から１００℃までの線膨張係数が
２．０×１０^-5／℃以下、熱伝導率が３．５×１０^-4ｃ
ａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上である絶縁樹脂ペーストを
用いて半導体素子をリードフレーム上にマウントしたこ
とを特徴とする半導体装置。【効果】本発明の半導体装置は、その半導体素子が上
記絶縁樹脂ペーストでリードフレーム上にマウントされ
ていることにより、耐ハンダクラック性に優れ、高信頼
性を有するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低吸水性、低膨張性に
優れた絶縁樹脂ペーストをダイボンド材として用いた半
導体装置に関するものであり、特に耐半田クラック性に
優れた半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】リード
フレームのダイパッドの上に半導体素子をマウントする
工程は、半導体装置の信頼性に影響を与える重要な工程
である。

【０００３】従来より、このマウント方法としては、素
子裏面のＳｉをリードフレーム上のＡｕメッキ面に加熱
圧着する共晶法、ハンダを使用する方法、導電性Ａｇペ
ーストを使用する方法がある。最近では、Ａｕの高騰を
契機として、ハンダを使用する方法、導電性Ａｇペース
トを使用する方法が主流となっている。

【０００４】しかしながら、ハンダを使用する方法は、
ハンダが飛散して電極等の腐食の原因となる可能性が指
摘されている。一方、従来の導電性Ａｇペーストを使用
する場合は、ハンダ法に比べて高温時、特にハンダ工程
において発生する応力により素子クラックが発生した
り、また、同じくハンダ工程において封止材を通してＡ
ｇペーストに侵入した水分が水蒸気爆発により膨張し、
封止材のクラック発生の原因となっている。

【０００５】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、新規の樹脂ペーストをマウント材として使用するこ
とにより、ハンダ工程での不良率を低減させ、信頼性の
高い半導体装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者らは、
上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、エポキ
シ樹脂、硬化剤及び無機質充填剤を含有し、硬化物の５
０℃から１００℃までの線膨張係数が２．０×１０^-5／
℃以下、熱伝導率が３．５×１０^-4ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅ
ｃ・℃以上である絶縁樹脂ペーストを用いて半導体素子
をリードフレーム上にマウントすることにより、得られ
た半導体装置が優れた耐ハンダクラック性を有すること
を知見し、本発明をなすに至ったものである。

【０００７】以下、本発明について更に詳しく説明する
と、本発明の半導体装置は、半導体素子を絶縁樹脂ペー
ストを用いてリードフレーム上にマウントしてなるもの
であり、この場合絶縁樹脂ペーストとして、（Ａ）エポ
キシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）無機質充填剤を含有
し、硬化物の５０℃から１００℃までの線膨張係数が
２．０×１０^-5／℃以下、熱伝導率が３．５×１０^-4ｃ
ａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上であるものを使用する。

【０００８】ここで、（Ａ）成分のエポキシ樹脂として
は、１分子中に２個以上のエポキシ基を有するものが使
用でき、後述するような各種硬化剤によって硬化させ得
ることが可能である限り分子構造、分子量に特に制限は
なく、従来から知られている種々のものを使用すること
ができる。具体的には、例えばエピクロルヒドリンとビ
スフェノールをはじめとする各種ノボラック樹脂から合
成されるエポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂或いは塩素
や臭素原子等のハロゲン原子を導入したエポキシ樹脂等
を挙げることができるが、樹脂ペーストを得るために
は、これらの中でもビスフェノールＡ又はビスフェノー
ルＦのグリシジルエーテル誘導体が好適に用いられ、特
に後述する硬化剤との混合物の軟化点が３０℃以下で、
かつ２５℃における粘度が５００ポイズ以下となるよう
なものを使用することが好ましい。なお、上記エポキシ
樹脂は、その使用に当っては必ずしも１種類の使用に限
定されるものではなく、２種類又はそれ以上を混合して
使用してもよい。

【０００９】また、上記エポキシ樹脂の使用に際してモ
ノエポキシ化合物を適宜併用することは差し支えない。
このモノエポキシ化合物として具体的には、スチレンオ
キシド、シクロヘキセンオキシド、プロピレンオキシ
ド、メチルグリシジルエーテル、エチルグリシジルエー
テル、フェニルグリシジルエーテル、アリルグリシジル
エーテル、オクチレンオキシド、ドデセンオキシド等が
例示される。

【００１０】（Ｂ）成分の硬化剤としては、具体的にジ
アミノジフェニルメタン、ジアミノフェニルスルホン、
メタフェニレンジアミン等に代表されるアミン系硬化
剤、無水フタル酸、無水ピロメリット酸、無水ベンゾフ
ェノンテトラカルボン酸等の酸無水物系硬化剤、あるい
はフェノールノボラック、クレゾールノボラック等の１
分子中に２個以上の水酸基を有するフェノールノボラッ
ク硬化剤が例示される。これらの中では、低粘度で低応
力のエポキシ樹脂組成物を得るため酸無水物系硬化剤が
好ましく用いられる。

【００１１】これらの硬化剤の使用量は通常量とするこ
とができるが、エポキシ樹脂のエポキシ基の当量に対し
て５０〜１５０当量％、特に８０〜１１０当量％の範囲
とすることが好ましい。

【００１２】更に、本発明の樹脂ペーストにおいては、
上記硬化剤とエポキシ樹脂との反応を促進させる目的
で、各種硬化促進剤、例えばイミダゾール或いはその誘
導体、三級アミノ系誘導体、ホスフィン系誘導体、シク
ロアミジン誘導体等を併用することは何ら差し支えな
い。なお、これらの硬化促進剤の配合量も通常の範囲と
することができる。

【００１３】次に、（Ｃ）成分の無機質充填剤は、本発
明の樹脂ペーストの硬化物が上述した線膨張係数及び熱
伝導率となるようにその種類、配合量を選択すればいず
れのものでもよいが、特に球状アルミナが好ましく用い
られる。この場合、球状アルミナを単独で配合しても、
また球状アルミナと共に目的とする熱伝導性等の特性を
損なわない範囲で結晶シリカ、溶融シリカ等の無機質充
填剤を必要に応じて併用してもよく、特に、溶融シリカ
を併用すると、組成物の耐湿特性を２〜３倍向上させる
ことができる。

【００１４】特に、無機質充填剤として、全体の６０重
量％以上（６０〜１００％）が平均粒径５μｍ以上の球
状アルミナ粒子、全体の４０重量％以下（０〜４０％）
が平均粒径１０μｍ以下の球状シリカ粒子もしくは平均
粒径７０μｍ以上の球状結晶シリカ粒子又はこれらの混
合物からなり、粒径１μｍから最大粒径までのロジン−
ラムラー式のｎ値が０．６０〜０．９３、回帰直線の相
関係数が０．９９以下の粒度分布を有するものが好適で
ある。

【００１５】このような無機質充填剤として具体的に
は、まず異なる任意の粒度分布を有する各種の球状アル
ミナ粒子を単独又は任意の割合の混合物で平均粒径５μ
ｍ以上の球状アルミナ粒子とする。こうして得られた球
状アルミナ粒子を単独又は前記球状アルミナ粒子と同様
にして得られた平均粒径１０μｍ以下の球状シリカ粒子
及び／又は前記球状アルミナ粒子と同様にして得られた
平均粒径７０μｍ以上の球状結晶シリカ粒子と上記の割
合で混合して上述したような最適粒度分布を有する無機
質充填剤を調整する。この時、このようにして得られる
無機質充填剤の累積粒度分布曲線の傾きが任意の点で急
激な変化をしないようにすることが好ましい。累積粒度
分布の傾きが任意の点で急激な変化を示すような粒度分
布を有する充填剤は、急激な変化を示さない粒度分布を
有する充填剤に比べて流動性を低下させる。

【００１６】上記無機質充填剤のようなアルミナ含有系
では、溶融シリカ系とは異なり、無機質充填剤をロジン
−ラムラー式のｎ値が０．６０〜０．９３、より好まし
くは０．６５〜０．８５の範囲の粒度分布になるように
調整した場合にのみ、著しく流動性を向上できる。

【００１７】上記の無機質充填剤を含有した樹脂ペース
トは、著しく流動性に優れた樹脂ペーストとなるため、
無機質充填剤の充填量を増加させることが可能となり、
その結果、高熱伝導性、低応力性に優れた硬化物を与
え、さらには充填剤の高充填化により低応力性、低吸水
性に優れた硬化物となるために耐半田クラック性が向上
する。この条件を満たさない無機充填剤、すなわち平均
粒径が５μｍより小さい球状アルミナ粒子を無機質充填
剤全体の６０重量％以上含有する樹脂ペーストは流動性
が不十分なものとなり、充填剤の充填量を増加させられ
なくなる。更に、形状が球状でないアルミナ粒子を用い
ると流動性が不十分なものとなり、充填剤の充填量を増
加させられなくなる。また、球状アルミナ粒子を無機質
充填剤全体の６０重量％より少なくすると十分な熱伝導
性が得られなくなる。同様に、球状シリカを無機質充填
剤全体の４０重量％より多くすると十分な熱伝導性が得
られなくなる。なおまた、無機質充填剤の粒径１μｍか
ら最大粒径までのロジン−ラムラー式のｎ値が０．６０
〜０．９３以外かまたはロジン−ラムラー式の回帰直線
の相関係数が０．９９より大きい場合には、成形性、流
動性が著しく不充分なものとなり、その結果、高熱伝導
性、低応力性に乏しい硬化物を与えることとなる。

【００１８】なお、充填剤の粒度分布測定方法は以下の
通りである。（１）平均粒径の測定方法レーザー回折式粒度分布測定装置（シーラス，ＨＲ８５
０）で測定する。（２）ロジン−ラムラー式のｎ値及び相関係数の測定方
法。

【００１９】（１）で得られたデータを以下のロジン−
ラムラーの式によりロジン−ラムラー線図に変換し、最
大粒子径から粒子径１μｍまでの回帰直線を引き、直線
の傾き（ｎ値）と回帰直線の相関係数とを算出する。Ｒ（Ｄｐ）＝１００・ｅｘｐ（−ｂ・Ｄｐⁿ）ここで、Ｄｐ；粒径Ｒ（Ｄｐ）；最大粒径からＤｐまでの積算重量％ｎ，ｂ；定数

【００２０】本発明において、前記無機質充填剤はシラ
ンカップリング剤、チタネートカップリング剤などのカ
ップリング剤であらかじめ表面処理することが低吸水
性、耐熱衝撃性及び耐クラック性を向上させる点で好ま
しい。カップリング剤としてはγ−グリシドキシプロピ
ルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチ
ルジエトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘ
キシル）エチルトリメトキシシランのようなエポキシシ
ラン、Ｎ−β（アミノエチル）−γ−アミノプロピルト
リメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシ
ラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシ
シランのようなアミノシラン、γ−メルカプトトリメト
キシシランのようなメルカプトシランなどのシランカッ
プリング剤を用いることが好ましい。ここで表面処理に
用いるカップリング剤量及び表面処理方法については特
に制限されない。

【００２１】上記無機質充填剤の配合量は、エポキシ樹
脂、硬化剤の合計量１００部（重量部、以下同様）に対
して２００部以上であれば特に制限はないが、配合量を
多くする程、低膨張性、低吸水性の組成物を得ることが
できる。好ましくは４００部〜８００部である。

【００２２】本発明の樹脂ペーストには、必要に応じて
下記一般式（Ｉ）で示されるジオルガノポリシロキサン
とアルケニル基含有エポキシ樹脂との付加反応により得
られる共重合体であるシリコーン変性エポキシ樹脂を配
合することができ、このシリコーン変性エポキシ樹脂を
配合した樹脂ペーストは低線膨張率、低弾性率、良好な
耐湿性を有する硬化物を与える。

【００２３】

【化１】（但し、式中Ｒは置換又は非置換の１価の炭化水素基、
ａは０．０１〜０．１、ｂは１．８〜２．２、かつ１．
８１＜ａ＋ｂ＜２．３であり、また１分子中のけい素原
子数ｂは２０〜４００の整数であり、けい素原子に直接
結合する水素原子数は１〜５の整数である。）

【００２４】この場合、アルケニル基含有エポキシ樹脂
としては、下記式（II）で示されるものが好適に用いら
れる。

【００２５】

【化２】（但し、式中Ｒ¹は水素原子又はメチル基であり、ｐ，
ｑは０≦ｐ≦１０，１≦ｑ≦１０である。）

【００２６】本発明では、更に必要に応じ、接着向上用
炭素官能性シラン、ワックス類、ステアリン酸等の脂肪
酸及びその金属塩等の離型剤、カーボンブラックなどの
顔料、染料、酸化防止剤、表面処理剤（γ−グリシドキ
シプロピルトリメトキシシランなど）、各種導電性充填
剤、チクソ性付与剤、その他の添加剤を樹脂ペーストに
配合することができる。

【００２７】本発明の樹脂ペーストは、上述した成分の
所定量を均一に撹拌、混合することにより得ることがで
きる（なお、成分の配合順序に特に制限はない）。この
場合必要に応じてアセトン、トルエン、キシレン等の有
機溶剤で希釈して使用してもよいが、その粘度はＢＨ型
粘度計を用いて４ｒｐｍの回転数で測定した場合の２５
℃における粘度が１００〜１０，０００ポイズ、好まし
くは１００〜５０００ポイズ、より好ましくは１００〜
３０００ポイズとするもので、この範囲の粘度となるよ
うに上述の必須成分及び任意成分を配合する必要があ
る。

【００２８】本発明の樹脂ペーストは、Ｎａ及びＣｌイ
オン濃度がそれぞれ７ｐｐｍ以下、特に４ｐｐｍ以下で
あることが好ましく、７ｐｐｍより多いと充分な耐湿性
を得ることが難しくなる場合がある。なお、Ｎａ及びＣ
ｌイオン濃度は樹脂ペースト１０ｇをイオン交換水５０
ｍｌに入れて１００℃で２０時間抽出することにより測
定することができる。

【００２９】本発明の絶縁性樹脂ペーストの硬化条件
は、例えば硬化温度８０〜１８０℃で３０〜４８０分と
することができる。なお、硬化させる際、表面や内部の
気泡発生を抑制するため、１段階の加熱だけでなく、２
段階以上に加熱温度を変えて硬化を行ういわゆるステッ
プキュアーを採用し得る。

【００３０】ここで、本発明の樹脂ペーストは、その硬
化物の５０℃から１００℃までの線膨張係数が２×１０
^-5／℃以下、好ましくは１．８×１０^-5／℃以下であ
り、熱伝導率が３５×１０^-4ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃
以上、好ましくは５０×１０^-4ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・
℃以上であることが必要である。硬化物の線膨張係数及
び熱伝導率が上記条件を満たさない場合には、良好な耐
ハンダクラック性が得られず、本発明の目的を達成し得
ない。

【００３１】本発明の樹脂ペーストで半導体素子をリー
ドフレーム上にマウントする場合、マウント方法として
は通常の方法が採用され、本樹脂ペーストでリードフレ
ーム上にマウントした半導体素子は、トランスファー成
形などにより封止材にて封止され、半導体装置となる。
得られた半導体封止装置はハンダ工程時のダメージが少
なく、信頼性の高いものである。

【００３２】

【発明の効果】本発明の半導体装置は、その半導体素子
が上記絶縁樹脂ペーストでリードフレーム上にマウント
されていることにより、耐ハンダクラック性に優れ、高
信頼性を有するものである。

【００３３】

【実施例】以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体
的に示すが、本発明は下記の実施例に制限されるもので
はない。なお、以下の例において部はいずれも重量部で
ある。樹脂ペーストの調製エポキシ樹脂（エポキシ当量１８４のエポキシ化ビスフ
ェノールＡ）４３．０部、酸無水物（４−メチルヘキサ
ヒドロ無水フタル酸）４８．０部、及び表１に示す無機
質充填材Ａ〜Ｄを表１に示す量で配合し、更にイミダゾ
ール系硬化促進剤ＨＸ３７４１（旭化成社製）３部、γ
−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン１部を添加
し、均一に混合して５種類の樹脂ペーストを調製した。

【００３４】次に、得られた樹脂ペーストを１２０℃で
１時間、更に１５０℃で２時間加熱して硬化させ、それ
ぞれの硬化物の物性を下記方法で評価した。結果を表２
に示す。（イ）粘度：ＢＨ型回転粘度計を用いて４ｒｐｍの回転
数で２５℃における粘度を測定した。（ロ）線膨張係数：５×５×１５ｍｍの試験片を用いて
ディラトメーターにより毎分５℃の速さで昇温した時の
値を測定した（５０℃〜１００℃までの値を測定）。（ハ）熱伝導度昭和電工社製のＳｈｏｔｈｅｒｍＱＴＭ−ＤＩＩ迅速
熱伝導計を使用し、直径５０ｍｍ×７ｍｍの大きさの円
盤状の硬化物を非定熱線法により測定した。（ニ）吸水量直径５０ｍｍ×３ｍｍの大きさの円盤状の硬化物を８５
℃／８５％ＲＨの恒温恒湿槽に入れ、１００時間後の吸
水率を測定した。（ホ）抽出純度樹脂組成物１０ｇをイオン交換水５０ｍｌに入れて１０
０℃で２０時間抽出した、Ｎａ及びＣｌイオンの濃度
（ｐｐｍ）を測定した。

【００３５】

【表１】

【００３６】耐クラック特性テスト表１の絶縁性樹脂ペーストを用いて、１０×８×０．３
ｍｍのシリコンチップを６４ｐｉｎＱＦＰリードフレー
ム（４２アロイ）に１５０℃／２時間の条件でマウント
した。これに下記組成のエポキシ樹脂組成物で１７５℃
／２分の条件で封止し、１８０℃／５時間ポストモール
ドキュアーを行った（パッケージサイズ：１４×２０×
２．１ｍｍ）。

【００３７】このパッケージを８５℃／８５％ＲＨの雰
囲気下に７２時間放置し、吸湿処理を行った後、次のテ
ストを行った。結果を表２に示す。（Ａ）２１５℃のベーパーフェイズリフロー炉に９０秒
入れた時の封止材の外部クラック数を調べた。（ｎ＝２
０）（Ｂ）２１５℃のベーパーフェイズリフロー炉に９０秒
入れた後、−５５℃（３０分）〜１５０℃（３０分）の
温度サイクルを２００回繰り返した後の封止材の外部ク
ラック数を調べた。（ｎ＝２０）

【００３８】エポキシ樹脂組成物ビフェニル型エポキシ樹脂（油化シェル製ＹＸ４００
Ｈ）；４７部アラルキル型フェノール樹脂（三井東圧製ＸＬ２２５−
３Ｌ）；５３部平均粒径１０μｍの球状シリカ；７００部トリフェニルホスフィン；１部

【００３９】

【表２】

【００４０】表２の結果より、本発明の樹脂ペーストを
使用して得た半導体装置はハンダリフロー時の耐クラッ
ク特性に優れ、更に、温度サイクル性に優れていること
が認められる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井野茂樹群馬県碓氷郡松井田町大字人見１番地10 信越化学工業株式会社シリコーン電子材料技術研究所内 (72)発明者塩原利夫群馬県碓氷郡松井田町大字人見１番地10 信越化学工業株式会社シリコーン電子材料技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エポキシ樹脂、硬化剤及び無機質充填剤
を含有し、硬化物の５０℃から１００℃までの線膨張係
数が２．０×１０^-5／℃以下、熱伝導率が３．５×１０
^-4ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上である絶縁樹脂ペース
トを用いて半導体素子をリードフレーム上にマウントし
たことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】無機質充填剤が、全体の６０重量％以上
が平均粒径５μｍ以上の球状アルミナ粒子、全体の４０
重量％以下が平均粒径１０μｍ以下の球状シリカ粒子も
しくは平均粒径７０μｍ以上の球状結晶シリカ粒子又は
これらの混合物からなり、粒径１μｍから最大粒径まで
のロジン−ラムラー式のｎ値が０．６０〜０．９３、回
帰直線の相関係数が０．９９以下の粒度分布を有するも
のである請求項１記載の半導体装置。