JPH0770408A

JPH0770408A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH0770408A
Application number: JP4584794A
Authority: JP
Inventors: Toku Nagasawa; 徳長沢; Kazuyuki Kuwata; 和幸桑田; Hideto Kimura; 英人木村; Kazuo Iko; 和夫伊香
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1994-03-16
Filing date: 1994-03-16
Publication date: 1995-03-14

Abstract

(57)【要約】【構成】構造式が（ＲＳｉＯ_3/2）ｎ（但しＲは１価の
有機置換基の内から少なくとも１種選択してなる）で示
されるオルガノシリコンパウダーを含むエポキシ樹脂組
成物を用いて半導体素子を樹脂封止した半導体装置であ
る。【効果】耐熱衝撃性に優れ、かつ、残留応力の小さい半
導体装置であり、特に大型の半導体装置に対して優れた
効果を奏する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＩＣ、ＬＳＩ、トラン
ジスタのごとき半導体素子を樹脂封止してなる半導体装
置に関するもので、その目的は耐熱衝撃性に優れ、か
つ、残留応力の小さい半導体装置であって、特に大型の
半導体装置（８ピン以上特に１６ピン以上の半導体装置
もしくはチップの長辺が４ｍｍ以上の半導体装置）にお
いてより効果が発揮できる半導体装置の提供にある。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体素子を樹脂封止するため
の樹脂成形材料として、低圧成形用エポキシ樹脂が汎用
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
特に半導体素子の大型化（例えば８ピン以上特に１６ピ
ン以上の半導体装置もしくはチップの長辺が４ｍｍ以上
の半導体装置）等の要求があり、この大型半導体装置を
製造するために、従来の低圧成形用エポキシ樹脂を封止
用樹脂としてそのまま用いて大型半導体装置を製造する
と、素子に加わる収縮応力が大きくなりすぎて、耐熱衝
撃性の低下や、残留応力の増加が生じる嫌いがあった。

【０００４】これらの欠点は、特に冷熱試験を行うと顕
著に判明するもので、すなわち、冷熱試験によって封止
用樹脂や素子の保護膜であるパッシペーション膜にクラ
ックが発生し、結局このような半導体装置や耐湿性など
の諸特性に劣り、半導体装置としての信頼性に劣る欠点
を有していた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記従来の
欠点を改良するためになされたもので、構造式が（ＲＳ
ｉＯ_3/2）ｎ（但しＲは１価の有機置換基の内から少な
くとも１種選択してなる）で示されるオルガノシリコン
パウダーを含むエポキシ樹脂組成物にて半導体素子を封
止してなることを特徴とする半導体装置を提供すること
により、通常の半導体装置であっても耐熱衝撃性にすぐ
れ、かつ、残留応力の小さい半導体装置を得ることがで
きるとともに、大型半導体装置例えば８ピン以上特に１
６ピン以上の半導体装置もしくはチップの長辺が４ｍｍ
以上の半導体装置としても耐熱衝撃性に優れ、かつ、残
留応力の小さい半導体装置を得ることができる。

【０００６】この発明において使用するオルガノシリコ
ンパウダーとは、従来知られている線状高分子、あるい
はゴム状であるシリコンゴム、さらにはシリコンオイル
等のシリコン化合物とは異なり、通常ゲル状のものが好
ましく使用できる。

【０００７】すなわち、この発明において使用するオル
ガノシリコンパウダーとは、構造式が（ＲＳｉＯ_3/2）
ｎである３次元構造状の化合物の粉体が望ましく例示で
き、この粉体の粒子径としては、少なくとも２００ミク
ロン以下が好ましく、特にトランスファーモールドに供
する場合は、ゲート詰まり等の問題から２００ミクロン
以下粒径は小さければ小さい方がより好ましい。

【０００８】このオルガノシリコンパウダーの粒径は、
オルガノシリコンパウダーを含む封止樹脂組成物で封止
されたこの発明に係る半導体装置の耐熱衝撃性および残
留応力の低下に対し、小さければ小さい方がより好まし
い効果を与えるから、この観点からも少なくとも２００
ミクロン以下のものを使用するのがこの発明においては
好ましい。

【０００９】また、このような粒径を持つオルガノシリ
コンパウダーの粒子形状は、球状である方が分散性に優
れ、前記半導体装置の耐熱衝撃性および残留応力の低下
に対し、より有効性を持つため好ましい。

【００１０】この発明において使用する構造式が（ＲＳ
ｉＯ_3/2）ｎで示されるシリコンパウダーの前記Ｒは、
次に記載する１価有機置換基から少なくとも１種選択さ
れたものである。

【００１１】すなわち、１価の有機置換基とは、メチル
基、エチル基、プロピル基、ブチル基、シクロアルキル
基などのアルキル基、ビニル基、アリル基などのアルケ
ニル基、フェニル基、キシリル基などのアリール基、フ
ェニルエチル基などのアラルキル基、あるいはエポキシ
基、アミノ基、水酸基、カルボキシル基、カルボン酸エ
ステル基、もしくはメルカプト基を有する一価の有機置
換基があげられる。

【００１２】これらの有機置換基から少なくとも１種選
択されて重合されたものからなる、すなわちホモポリマ
ーのオルガノシリコンパウダーまたはコポリマーのオル
ガノシリコンパウダーを使用する。

【００１３】このようなオルガノシリコンパウダーの添
加量は、後記エポキシ樹脂、硬化剤およびこのオルガノ
シリコンパウダーを合わせた全重量に対し１ないし５０
％とすることが好ましい。

【００１４】その理由は、このオルガノシリコンパウダ
ーの添加量が１重量未満の場合は、半導体装置の耐熱衝
撃性の改善および残留応力の低下という効果が得られ
ず、逆にこのオルガノシリコンパウダーの添加量が５０
重量％を超えて添加された場合には、封止樹脂組成物の
分散性や流動性に問題が生じ、結果として半導体装置の
封止樹脂未充填という欠陥を生じさせることとなり、い
ずれの場合も好ましくないからである。

【００１５】この発明に係る半導体装置を製造するに
は、上記オルガノシリコンパウダーを以下に記すエポキ
シ樹脂組成物に混合添加する。

【００１６】この発明において使用するエポキシ樹脂と
しては、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、および
フェノールノボラック型エポキシ樹脂が好適であるが、
その他ビスフェノールＡのジグリシジルエーテルや、そ
の多量体であるエピビス型エポキシ樹脂、ビスフェノー
ルＦ型エポキシ樹脂、レゾルシン型エポキシ樹脂、脂環
式エポキシ樹脂等も好適な使用エポキシ樹脂として例示
できる。

【００１７】上記エポキシ樹脂のうち、ノボラック型エ
ポキシ樹脂としては、通常エポキシ当量１６０ないし２
５０、軟化点５０ないし１３０℃のものが望ましく、そ
のうち、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂は、好適
にはエポキシ当量１８０ないし２１０、軟化点６０ない
し１１０℃のものが、また、フェノールノボラック型エ
ポキシ樹脂は、好適にはエポキシ当量１６０ないし２０
０、軟化点６０ないし１１０℃のものが、それぞれ望ま
しく使用できる。

【００１８】硬化剤としては、ノボラック型樹脂または
酸無水物、アミンを好適な具体例としてあげることもで
きる。

【００１９】これらは単独あるいは併用して使用でき
る。

【００２０】この発明においてはこのようなノボラック
型樹脂として、フェノール、クレゾール、ビブフェノー
ルＡのごときフェノール類とホルアルデヒド等のアルデ
ヒド類を酸性触媒下で縮合することにより得られる、フ
ェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂あ
るいはビスフェノールＡノボラック樹脂をあげることが
でき、特に軟化点５０ないし１３０℃のものが好ましく
使用できる。

【００２１】この発明において使用する酸無水物として
は、無水フタル酸、無水マレイン酸、無水メチルテトラ
ヒドロフタル酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水トリ
メリット酸、無水メチルエシドメチレンテトラヒドロフ
タル酸、シクロヘキサン−１・２−ジカルボン酸無水
物、シクロヘキサン−３・４−ジカルボン酸無水物、ト
リメリット酸無水物のエチレングリコールエステルなど
をあげることができる。

【００２２】またアミンとしては、ｍ−フェニレンジア
ミン、Ｐ−フェニレンジアミン、４・４′−ジアミノジ
フェニルメタン、４・４′−ジアミノジフェニルスルフ
ィド、１・５−ジアミノナフタリン、２・４−ビス（β
−アミノ−１−ブチル）トルエン、ビス（Ｐ−β−アミ
ノ−１−ブチルフェニル）エーテル、ビス（Ｐ−β−メ
チル−０−アミノフェニル）ベンゼン、１・３−ジアミ
ノ−４−イソブロビルベンゼン、ｍ−キシリレンジアミ
ン、Ｐ−キシリレンジアミン、２・４−ジアミノトルエ
ン、２・６−ジアミノトルエン、ビス（４−アミノシク
ロヘキシル）メタン、３−メチルヘプタメチレンジアミ
ン、４・４−ジメチルヘプタメチレンジアミン、オクタ
メチレンジアミン、２・５−ジメチルヘキサメチレンジ
アミン、２・５−ジメチルヘプタメチレンジアミン、３
−メチルヘプタメチレンジアミン、１・４−シクロヘキ
サンジアミン等をあげることができる。

【００２３】この発明において、このような硬化剤は前
記エポキシ樹脂を硬化させうるに充分な量、すなわち前
記エポキシ樹脂の１エポキシ当量当り、０．４ないし
２．０当量、好ましくは０．６ないし１．５当量用いる
ことが望ましい。

【００２４】より具体的には、前記エポキシ樹脂の１エ
ポキシ当量に対して硬化剤としてノボラック型樹脂を用
いた場合には０．５ないし２．０当量、好ましくは０．
８ないし１．５当量、また硬化剤として酸無水物を使用
した場合では０．４ないし１．２当量、好ましくは０．
６ないし１．０当量、更に硬化剤としてアミンを用いた
場合には０．５ないし２．０当量、好ましくは０．８な
いし１．５当量とする。

【００２５】この発明において、オルガノシリコンパウ
ダーを含む封止用エポキシ樹脂組成物を製造するには、
前記したエポキシ樹脂、硬化剤、オルガノシリコンパウ
ダーおよび好ましくは硬化促進剤に均一に配合混練（通
常は熱混練）して得られるが、この組成物には、さらに
無定形シリカ、クレー、タルク、炭酸カルシウム、ワル
ストネートのような無機質充填剤、酸化アンチモン、ハ
ロゲン化物のような難燃剤、シランカップリング剤、離
型剤、顔料のごとき各種添加剤を添加してもよい。

【００２６】無機質充填含有量は、通常、エポキシ樹
脂、硬化剤、オルガノシリコンパウダーおよび無機質充
填剤を含む全エポキシ樹脂組成物中の４０ないし８０重
量％とする。

【００２７】また上記硬化促進剤としては、硬化剤がノ
ボラック型樹脂の場合、脂肪族、あるいは芳香族第２級
ないし第３級アミンやイミダゾリン類、イミダゾール類
などの含窒素ヘテロ環化合物、トリフェニルホスフィン
などの有機ホスフィン化合物などがあげられる。

【００２８】硬化剤が酸無水物の場合は、上記した硬化
促進剤も使用できるし、さらにアルコール類、有機酸ス
ズ塩等も使用できる。

【００２９】また、硬化剤がアミンの場合は、フェノー
ル、カルボン酸などの有機酸、および酸無水物などが使
用できる。

【００３０】硬化促進剤は、一般的には、得られるエポ
キシ樹脂組成物の１５０℃でのゲル化時間が３０秒ない
し９０秒となるようにその添加量を調製して使用する。

【００３１】このようなエポキシ樹脂組成物の全成分の
同時熱混練は、例えば硬化剤としてノボラック型樹脂、
酸無水物を用いた場合に適用でき、通常８０ないし１２
０℃にて数分間混練する。

【００３２】この混練は加熱ロールによる溶融混練、押
出機による溶融混練等、適宜公知の手段により行う。

【００３３】硬化剤としてアミン系硬化剤を用いたとき
は、オルガノシリコンパウダーをエポキシ樹脂あるいは
該考硬化剤と前もって溶融混練後、微粉砕しておき、全
成分をドライブレンドするのが一般的である。

【００３４】このようにして得られた封止用エポキシ樹
脂組成物で封止して得られた半導体装置は、残留応力が
小さく、かつ耐熱衝撃性に優れる。

【００３５】

【実施例】以下に、実施例および比較例を記載すること
により、この発明を詳述する。ただし、実施例および比
較例において部とあるのは重量部を意味する。

【００３６】

【実施例１】クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エ
ポキシ当量２２０、軟化点８０℃）１００部、構造式が
（ＣＨ₃ＳｉＯ_3/2）ｎで表されるオルガノシリコンパ
ウダー（平均粒子径５０μ）１．６部、フェノールノボ
ラック（軟化点８０℃、水酸基当量１１０）５０部、硬
化促進剤（２，４，６−トリスジメチルアミノメチルフ
ェノール）１．８部、カーボンブラック２部、無定形シ
リカ粉末３７８部、シランカップリング剤（日本ユニカ
ー社製、Ａ−１８６）３．８部、およびカルナバワック
ス３部を８０ないし１００℃の熱ロールにより３分間混
練したのち、冷却粉砕し、１０メッシュパス粉体とし、
半導体素子封止用のエポキシ樹脂組成物粉末を得た。

【００３７】このようにして得られた粉末を用い、収縮
応力評価用ピエゾ素子、耐熱衝撃試験用素子を調整し
た。

【００３８】モールドは、低圧トランスファー成形法に
より１７５℃で２分間の条件にて行い、それに引き続い
て１７５℃、５時間のポストキュアー工程を経てこの発
明の半導体装置とした。

【００３９】その評価結果を、まとめて下記表２に記載
する。

【００４０】

【実施例２〜６および比較例１】実施例１にて用いたオ
ルガノシリコンパウダーの配合部数、平均粒子径、置換
基Ｒを下記表１のごとく変更するとともに、無定形シリ
カ粉末含量を全組成中７０重量％とし、かつ、シランカ
ップリング剤（Ａ−１８６）添加量を該シリカ粉末使用
量の１重量％とした以外は、すべて実施例１に準じ半導
体装置を得た。

【００４１】

【表１】

【００４２】評価結果をまとめて下記表２に記載する。

【００４３】

【実施例７】実施例６において、エポキシ樹脂の半量を
エピビス型エポキシ樹脂（エポキシ当量１０００）に変
えた以外は、実施例６に準じた方法により半導体装置を
得た。

【００４４】

【実施例８】実施例６において、硬化剤を無水トリメリ
ット酸のエチレングリコールジエステルに硬化促進剤を
２−レチルイミダゾールに、また、シランカップリング
剤をＫＢＭ４０３（信越化学社製）に変えた以外は、実
施例６に準じた方法により半導体装置を得た。

【００４５】

【比較例２】実施例７においてオルガノシリコンパウダ
ーを加えない以外は、実施例７に準じた方法によって半
導体装置を得た。

【００４６】

【比較例３】実施例８においてオルガノシリコンパウダ
ーを加えない以外は、実施例８に準じた方法によって半
導体装置を得た。

【００４７】実施例７，８、比較例２，３の評価結果を
まとめて表２に記載する。

【００４８】

【表２】

【００４９】ただし、熱衝撃試験は、１５０℃と−６５
℃のシリコンオイルに各５分間浸漬することを１サイク
ルとして５００サイクル行い、その後パッケージを開封
し、素子表面の保護膜である窒化珪素膜にクラックの認
められたものを不良とした。試料の全数は４０個とし
た。

【００５０】以上の結果から明らかなように、この発明
に係る半導体装置は、低応力かつ耐熱衝撃性に優れる半
導体装置であることがわかる。

【００５１】

【発明の作用効果】以上詳述したごとく、この発明に係
る半導体装置は、構造式が（ＲＳＩＯ_3/2）ｎ（ただ
し、Ｒは１価の置換基から少なくとも１種選択されてな
る）で表されるオルガノシリコンパウダーを含むエポキ
シ樹脂組成物にて封止されたことを特徴とする半導体装
置であるから、耐熱衝撃性に優れ、かつ、残留応力の小
さい半導体装置であるから、特に大型の半導体装置（８
ピン以上特に１６ピン以上の半導体装置もしくはチップ
の長辺が４ｍｍ以上の半導体装置）として優れた効果を
持つことがわかる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊香和夫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

【特許請求の範囲】

【請求項１】構造式が（ＲＳｉＯ_3/2）ｎ（但しＲは
１価の有機置換基の内から少なくとも１種選択してな
る）で示されるオルガノシリコンパウダーを含むエポキ
シ樹脂組成物にて半導体素子を封止してなることを特徴
とする半導体装置。