JPH0764918B2

JPH0764918B2 - 半導体装置

Info

Publication number: JPH0764918B2
Application number: JP61261234A
Authority: JP
Inventors: 稔中尾; 富士夫北村; 秀人鈴木
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1986-10-31
Filing date: 1986-10-31
Publication date: 1995-07-12
Anticipated expiration: 2010-07-12
Also published as: JPS63114243A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、内部応力が小さく、耐熱性，電気特性等に
優れた封止樹脂で封止されている半導体装置に関するも
のである。

〔従来の技術〕

トランジスタ,IC,LSI等の半導体素子は、一般に、エポ
キシ樹脂組成物を用いて封止され、半導体装置化されて
いる。上記エポキシ樹脂は、その電気特性，耐湿性，接
着性等が良好であることから、上記樹脂封止に用いられ
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、素子サイズの大形化，配線の
微細化が進む反面、パツケージが小形化，薄形化する傾
向にあるため、これに伴い、エポキシ樹脂組成物硬化体
からなる封止樹脂に対して内部応力等の低減が求められ
ている。すなわち、これまでのエポキシ樹脂，硬化剤，
無機質充填剤を主成分とするエポキシ樹脂組成物では、
上記半導体分野の技術革新に対応できにくく、したがつ
て、パツシベーシヨン膜や素子のクラツク，配線のずれ
等の新たな問題が生じている。このような問題を解決す
るため、エポキシ樹脂組成物中に、ポリジメチルシロキ
サン等のシリコーン化合物を混合し、封止樹脂の低応力
化を進めることが行われている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記ポリジメチルシロキサン等のシリコ
ーン化合物を混合したエポキシ樹脂組成物においても、
硬化反応促進のため、硬化促進剤として、三級アミン，
芳香族アミンや四級アンモニウム塩等が配合されてい
る。これらのアミン化合物系の硬化促進剤は、添加量の
増加に比例して硬化促進作用を向上させることができる
が、その使用により未反応成分の金型への付着が生じ成
形性の悪化の問題や、フエノール系化合物とエポキシ樹
脂との反応生成物の熱時硬度，強度の不充分さの問題、
さらには生成硬化物の耐熱性，電気特性の低下の問題等
を生じる。

硬化促進剤としては、上記のようなアミン化合物系のも
の以外に、トリフエニルホスフイン等の有機ホスフイン
化合物も存在しており、これを使用すると、フエノール
系化合物とエポキシ樹脂との反応生成物の熱時硬度，強
度等の向上がみられ、硬化物の耐熱性，電気特性等の向
上効果がもたらされるようになる。しかしながら、この
ものを用いると、上記シリコーン化合物の低応力作用が
低下し、またバリが発生しやすい等の欠点が生じてい
る。

このように、従来の技術では、上記のような問題を生じ
させることなく、内部応力を低減させることが極めて困
難であり、その解決が望まれている。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、耐
熱性，電気特性等の特性を低下させることなく内部応力
を低下させた封止樹脂を用いて、８ピン以上もしくはチ
ツプの長辺が4mm以上の半導体素子を封止してなる信頼
性の高い半導体装置の提供をその目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、この発明の半導体装置は、
下記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有し、硬化促進剤として
アミン化合物と有機ホスフイン化合物とを含有するエポ
キシ樹脂組成物を用いて８ピン以上もしくはチツプの長
辺が4mm以上の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）フエノール樹脂（Ｃ）エポキシ基をもつポリオルガノシロキサン。

（Ｄ）無機質充填剤。

すなわち、本発明者らは、上記目的を達成するため、一
連の研究を重ねた。その結果、シリコーン化合物とし
て、フエノール樹脂と反応しうるようエポキシ基をもつ
ポリオルガノシロキサンを用い、かつ硬化促進剤として
アミン化合物と有機ホスフイン化合物とを併用したエポ
キシ樹脂組成物と、８ピン以上もしくはチツプの長辺が
4mm以上の半導体素子とを組み合わせれば、得られる半
導体装置において、耐熱性，電気特性等の特性を低下さ
せることなく封止樹脂の内部応力を低減させうることを
突き止めた。そして、この半導体装置は、信頼性に極め
て優れるようになることを見出しこの発明に到達した。

この発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂
（Ａ成分）とフエノール樹脂（Ｂ成分）とエポキシ基を
もつポリオルガノシロキサン（Ｃ成分）と無機質充填剤
（Ｄ成分）を用い、さらに硬化促進剤としてアミン化合
物と有機ホスフイン化合物とを用いて得られるものであ
つて、通常、粉末状もしくはそれを打錠したタブレツト
状になつている。

上記Ａ成分となるエポキシ樹脂は特に制限するものでは
なく、フエノールノボラツク型エポキシ樹脂，クレゾー
ルノボラツク型エポキシ樹脂，ビスフエノールＡ型エポ
キシ樹脂等、従来から用いられている各種のエポキシ樹
脂があげられる。これらのエポキシ樹脂は単独で用いて
もよいし併用してもよい。

上記エポキシ樹脂の中でも好適なエポキシ樹脂として
は、エポキシ当量170〜300の、ノボラツク型エポキシ樹
脂であり、例えば、フエノールノボラツク型エポキシ樹
脂，クレゾールノボラツク型エポキシ樹脂，ハロゲン化
フエノールノボラツク型エポキシ樹脂等があげられる。
これらのエポキシ樹脂における塩素イオンの含有量は、
10ppm以下，加水分解性塩素の含有量は0.1重量％（以下
「％」と略す）以下に設定することが好ましい。これら
の含有量が、上記の範囲を外れると、腐食による素子の
不良を発生しやすくなる傾向がみられるからである。

上記Ｂ成分のフエノール樹脂は、上記エポキシ樹脂の硬
化剤として作用するものであり、フエノールノボラツク
樹脂，クレゾールノボラツク樹脂，エチルフエノールノ
ボラツク樹脂等が好適に用いられる。これらのフエノー
ル樹脂は、軟化点が50〜110℃，水酸基当量が70〜150で
あることが好ましい。上記フエノール樹脂は単独で用い
てもよいし２種以上を併用してもよい。

上記フエノール樹脂とエポキシ樹脂との相互の使用割合
は、エポキシ樹脂のエポキシ当量との関係から適宜に選
択されるか、エポキシ基に対するフエノール性水酸基の
当量比が0.5〜1.5の範囲内に設定することが好ましい。
当量比が上記の範囲を外れると、得られるエポキシ樹脂
組成物硬化体の耐湿性が低下する傾向がみられるからで
ある。

上記Ｃ成分のエポキシ基をもつポリオルガノシロキサン
は特に制限するものではなく、市販されている一般のエ
ポキシ変性型のシリコーンを使用することができる。こ
の配合量は、エポキシ樹脂およびフエノール樹脂の総量
に対して、通常、0.01〜20％に設定される。配合量が0.
01％未満になると、低応力化効果が極めて小さくなり、
逆に20％を超えると、耐湿性の低下や成形性の悪化の問
題を生じやすくなるからである。

上記Ｄ成分の無機質充填剤も特に制限するものではな
く、一般に用いられている石英ガラス粉末，シリカ粉
末，タルク粉末，アルミナ粉末，珪酸カルシウム粉末，
炭酸カルシウム粉末，マグネシア粉末等があげられ、単
独でもしくは併せて用いられる。無機質充填剤の配合量
は、使用するエポキシ樹脂，フエノール樹脂等の種類に
よつて適宜選択する必要がある。例えば、トランスフア
ー成形に使用する場合には、エポキシ樹脂およびフエノ
ール樹脂の総量に対し、重量比で1.5〜４倍程度になる
ように設定することが好ましい。また、その粒径は適宜
選択されるが、粒子の粗いものと細かいものとを組み合
わて使用することにより、成形性の改善効果が得られる
ようになる。

また、硬化促進剤として使用するアミン化合物も特に制
限するものではなく、従来からエポキシ樹脂の硬化促進
剤として用いられているものを適宜選択使用することが
できる。これらのアミン化合物としては、例えば、２−
メチルイミダゾール,2−フエニルイミダゾール,2−エチ
ル−４−メチルイミダゾール，テトラメチルヘキサンジ
アミン，トリエチレンジアミン，トリスジメチルアミノ
メチルフエノール，ジアザビシクロウンデセン，ベンジ
ルジメチルアミン等があげられ、単独でもしくは併せて
用いられる。

また、上記アミン化合物と併用する有機ホスフイン化合
物も特に制限するものではなく、従来からエポキシ樹脂
の硬化促進剤として使用されているものを適宜選択使用
することができる。有機ホスフイン化合物としては、例
えば、トリフエニルホスフイン，トリブチルホスフイ
ン，メチルジフエニルホスフイン等があげられ、単独で
もしくは併せて用いられる。

上記アミン化合物と上記ホスフイン化合物との相互の使
用割合は、重量基準でアミン化合物１に対して有機ホス
フイン化合物が0.1〜５になるように設定することが好
ましい。0.1未満になると、成形時において金型汚れが
発生しやすく、また、フエノール系化合物とエポキシ樹
脂との反応生成物の熱時硬度，強度が低下する傾向がみ
られるようになる。また、５を超えると、低応力化効果
が小さくなり、バリも発生しやすくなる傾向がみられる
からである。

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成分およびアミン化合物，有機ホスフイン化合物が
含有されるものであり、さらに必要に応じて、従来から
用いられている各種の添加剤が必要に応じて含有され
る。

上記各種の添加剤としては、例えば、天然ワツクス類，
合成ワツクス類，直鎖脂肪酸の金属塩，酸アミド類等の
離型剤、塩素化パラフイン，ブロムベンゼン，三酸化ア
ンチモン等の難燃剤、カーボンブラツク等の着色剤およ
びシランカツプリング剤等があげられる。

この発明に用い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成分ならびにアミン化合物，有機ホスフイン化合物
を、また場合により、上記その他の添加剤を適宜配合
し、この混合物を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し、これを室温に冷却した
のち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、目的とするエポキシ樹脂組成
物を得ることができる。このエポキシ樹脂組成物は、フ
エノール系化合物とエポキシ樹脂との反応生成物の熱時
硬度，強度等の低下が殆ど生じないとともに、金型に対
する付着も生じず、しかも硬化物の内部応力が小さくな
る。

また、上記エポキシ樹脂組成物により封止される半導体
素子は、８ピン以上もしくチツプの長辺が4mm以上の半
導体素子に限定される。すなわち、原料を特定した上記
エポキシ樹脂組成物は、このような半導体素子と組み合
わせて用いられた場合に始めて、内部応力の低下等の特
性が充分に発揮されるからである。

そして、上記エポキシ樹脂組成物による上記半導体素子
の封止は、特に限定するものではなく、通常のトランス
フア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。

このようにして得られる半導体装置は、上記エポキシ樹
脂組成物の硬化により生成する封止樹脂が内部応力が小
さく、耐熱性および電気的特性に富んでいるため信頼性
が高い。

〔発明の効果〕

この発明の半導体装置は、特殊なエポキシ樹脂組成物と
特定の半導体素子とを組合わせたものである。すなわ
ち、封止プラスチツクパツケージにおいて、耐熱性およ
び電気特性等の低下を招来することなく内部応力を低減
することを目的に開発したエポキシ樹脂組成物を用い、
かつこのエポキシ樹脂組成物の上記性能を充分に発揮さ
せることが可能な半導体素子を特定したことが、本発明
の大きな特徴である。したがつて、この発明の半導体装
置は、耐熱性，電気特性等の諸特性に優れ、かつ半導体
装置内において発生する応力が低減されるため、クラツ
ク等の発生が防止されるようになつて、信頼性が極めて
優れたものとなる。

つぎに、この発明の実施例を比較例と併せて説明する。

〔実施例１〜３、比較例1,2〕エポキシ樹脂として、エポキシ当量200のクレゾールノ
ボラツク型エポキシ樹脂（エポキシ樹脂Ａ）およびエポ
キシ当量285の臭素化エポキシノボラツク樹脂（エポキ
シ樹脂Ｂ）を準備した。また、フエノール樹脂として、
分子量700のフエノールノボラツク樹脂を準備すると同
時に、エポキシ基をもつポリオルガノシロキサンとし
て、エポキシ当量5000のエポキシ変性シリコーンを準備
した。さらに、無機質充填剤としてはシリカ粉末を準備
し、アミン化合物として、２−メチルイミダゾールを準
備した。また、有機ホスフイン化合物としてはトリフエ
ニルホスフインを準備し、その他の添加剤として三酸化
アンチモン（難燃剤），ステアリン酸（離型剤），カー
ボンブラツク（着色剤），シランカツプリング剤を準備
した。

これらの原料を後記の第１表に示すように配合し、ミキ
シングロール機にかけて100℃で10分間混練しシート状
組成物を得た。ついで、得られたシート状組成物を粉砕
し、目的とする粉末状のエポキシ樹脂組成物を得た。

以上の実施例および比較例によつて得られた粉末状のエ
ポキシ樹脂組成物の硬化物特性を調べて第２表に示し
た。

なお、上記表において、スパイラルフローはEMMI−66、
ゲルタイムはJIS−Ｋ−5966に準拠して測定した。ま
た、熱時硬度はシヨア硬度計タイプＤを用い、成形後10
秒以内に測定した。曲げ弾性率，曲げ強度はテンシロン
万能試験機（東洋ボールドウイン社製）で測定した。さ
らに、熱膨脹係数，ガラス転移温度はTMA（理学電気社
製）で測定し、金型汚れ，バリは目視で判定した。ま
た、体積抵抗率はJIS−Ｋ−6911に準拠して試験を行つ
た。さらに、ピエゾ応力は上記粉末状のエポキシ樹脂組
成物を用い、半導体装置をトランスフアー成形でモール
ドすることによりにより半導体装置化し、これを対象と
してピエゾ抵抗による内部応力を求めた。

上記第２表から、実施例に用いるエポキシ樹脂組成物は
フエノール系化合物とエポキシ樹脂との反応生成物にお
ける反応性がよいため、金型汚れ，バリ等の問題がな
く、熱時硬度，強度が適正で成形上の問題を生じない。
そのうえ、硬化物のガラス転移温度が適正であるととも
にその他の特性にも優れており、しかも内部応力が小さ
い。したがつて、これを封止樹脂に用いた半導体装置
は、極めて信頼性が高くなる。

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Ｈ０１Ｌ 23/31 (56)参考文献特開昭60−65023（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−206824（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−58425（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−55025（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−12724（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−133223（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有し、硬化
促進剤としてアミン化合物と有機ホスフイン化合物とを
含有するエポキシ樹脂組成物を用いて８ピン以上もしく
はチツプの長辺が4mm以上の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）フエノール樹脂。（Ｃ）エポキシ基をもつポリオルガノシロキサン。（Ｄ）無機質充填剤。
【請求項２】アミン化合物と有機ホスフイン化合物との
配合割合が、アミン化合物１重量部に対し、有機ホスフ
イン化合物0.1〜５重量部の配合割合である特許請求の
範囲第１項に記載の半導体装置。