JPH0776257B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH0776257B2
JPH0776257B2 JP63244880A JP24488088A JPH0776257B2 JP H0776257 B2 JPH0776257 B2 JP H0776257B2 JP 63244880 A JP63244880 A JP 63244880A JP 24488088 A JP24488088 A JP 24488088A JP H0776257 B2 JPH0776257 B2 JP H0776257B2
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epoxy resin
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semiconductor device
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type phenol
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雅人 清水
準一 安達
務 西岡
一人 山中
整 石坂
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、信頼性に優れた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、通常セラミツ
クパツケージもしくはプラスチツクパツケージ等により
封止され、半導体装置化されている。上記セラミツクス
パツケージは、構成材料そのものが耐熱性を有し、耐湿
性にも優れているため、温度,湿度に対して強く、しか
も中空パツケージのため機械的強度も高く信頼性の高い
封止が可能である。しかしながら、構成材料が比較的高
価なものであることと、量産性に劣る欠点があるため、
最近では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
キシ樹脂組成物が使用されており、良好な成績を収めて
いる。
上記エポキシ樹脂組成物としては、特に、エポキシ樹脂
と、硬化剤としてのフエノール樹脂と、その他、硬化促
進剤としての2−メチルイミダゾール、弾性補強用併用
樹脂としての末端カルボン酸ブタジエン−アクリロニト
リル共重合体、無機質充填剤としての溶融シリカ等の組
成系で構成されるものが、封止作業性(特にトランスフ
アー成形時の作業性)等に優れたものとして賞用されて
いる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、半導体分野の技術革新はめざましく、最
近では、集積度の向上とともに、素子サイズの大形化,
配線の微細化が進む半面、パツケージ形状の小形化,簿
形化が進むようになつており、これに伴つて、半導体素
子の封止材料においても、従来以上の低応力性,耐熱
性,耐湿性が要求されるようになつている。これまでの
封止用エポキシ樹脂組成物では、IC,LSI等の半導体素子
の封止材料としては充分優れているが、超LSI等の半導
体素子の封止材料としては、充分に満足できるものでは
ない。
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,耐湿性および低応力性に優れた半導体装置の提供
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という構成をとる。
(A)下記の一般式(I)で表される4,4′−ビス(2,3
−エポキシプロポキシ)−3,3′,5,5′−テトラメチル
ビフエニルが10重量%以上含有されているエポキシ樹
脂。
〔式(I)中、RはHまたはCH3である。〕 (B)ノボラツク型フエノール樹脂。
(C)下記の一般式(II)で表されるシリコーン化合
物。
〔作用〕 すなわち、本発明者らは、上記エポキシ樹脂組成物硬化
物からなる封止樹脂の耐熱性,耐湿性および低応力性を
向上させることを目的として一連の研究を重ねた。その
結果、従来から用いられている通常のエポキシ樹脂に代
えて前記一般式(I)で表される特殊な結晶性エポキシ
樹脂を単独で用いるか、または通常のエポキシ樹脂に特
定の割合で上記特殊なエポキシ樹脂を加えて主剤成分と
して用い、さらに前記一般式(II)で表される特定のシ
リコーン化合物を含有したものを用いると耐熱性,耐湿
性および低応力性に優れた封止樹脂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。
この発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、前記一般式
(I)で表される特殊なエポキシ樹脂が特定の割合で含
有されているエポキシ樹脂(A成分)と、ノボラツク型
フエノール樹脂(B成分)と、特定のシリコーン化合物
(C成分)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としては、下記の一般式
(I)で表わされる結晶性エポキシ樹脂である4,4′−
ビス(2,3−エポキシプロポキシ)−3,3′,5,5′−テト
ラメチルビフエニルが通常のエポキシ樹脂中10重量%
(以下「%」と略す)以上含有されているものが用いら
れる。特に好ましくは20%以上である。すなわち、上記
結晶性エポキシ樹脂の含有量が少な過ぎると、苛酷な使
用条件下における耐湿信頼性の向上効果が低減するから
である 〔式(I)中、RはHまたはCH3である。〕 なお、ここでいう「結晶性エポキシ樹脂」とは、X線回
折により多数の結晶のピークが表れる固形エポキシ樹脂
であつて、物理的にはシヤープな融点を示しかつ溶融時
には分子間相互作用が殆どなくなるため極端に粘度が低
下する性質を有するものである。
上記通常のエポキシ樹脂は、1分子中に2個以上のエポ
キシ基を有するエポキシ化合物であれば、特に限定する
ものではない。すなわち、従来から半導体装置の封止樹
脂として用いられている各種のエポキシ樹脂、例えばノ
ボラツク型エポキシ樹脂,クレゾールノボラツク型エポ
キシ樹脂等が好適に用いられ、その他のビスフエノール
A型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,ビスフエノール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
適なエポキシ樹脂として使用可能である。上記ノボラツ
ク型エポキシ樹脂としては、通常、エポキシ当量160〜2
10,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180〜21
0,軟化点60〜110℃のものが一般に用いられる。
上記B成分のノボラツク型フエノール樹脂は、上記A成
分である特殊なエポキシ樹脂の硬化剤として作用するも
のであり、なかでも軟化点が50〜130℃、好ましくは70
〜90℃、水酸基当量が100〜130のものを用いることが好
ましい。
上記エポキシ樹脂組成物中のA成分である特殊なエポキ
シ樹脂とB成分であるノボラツク型フエノール樹脂との
配合比は、上記エポキシ樹脂中のエポキシ基と上記フエ
ノール樹脂中の水酸基の当量比が0.8〜1.2となるように
配合することが好適である。この当量比が1に近いほど
好結果が得られる。
上記A成分およびB成分とともに用いられるC成分の特
定のシリコーン化合物は、下記の一般式(II)で表され
る構造を有するものである。
上記C成分のシリコーン化合物を用いることにより得ら
れる封止樹脂は、特に耐湿性,耐熱衝撃性,内部応力の
低減効果に優れ、その結果、封止樹脂の熱衝撃および熱
応力に起因する微細な割れ,剥離(これが水分の浸入路
となる)の発生が防止される。そして、大きな熱衝撃等
を繰り返し受ける等の苛酷な使用条件下における耐湿信
頼性の改善に優れた効果を奏する。
このようなC成分のシリコーン化合物の含有量は、上記
A,B,C成分の合計量の50%以下、好ましくは5〜30%に
設定することが好適である。C成分の含有量が50%を超
えると、封止樹脂の樹脂強度に著しい低下傾向がみられ
るようになるからである。
なお、この発明に用いる、エポキシ樹脂組成物の上記C
成分は、A成分である特殊なエポキシ樹脂もしくはB成
分であるノボラツク型フエノール樹脂と反応した状態、
あるいは独立した状態、さらにはこれらが混合した状態
のいずれかの状態でも含有される。
また、この発明では、上記A成分,B成分およびC成分以
外に必要に応じて硬化促進剤,充填剤,剥離剤等を用い
ることができる。
上記硬化促進剤としては、フエノール硬化エポキシ樹脂
の硬化反応の触媒となるものは全て用いることができ、
例えば、2,4,6−トリ(ジメチルアミノメチル)フエノ
ール、2−メチルイミダゾール等をあげることができ
る。
上記充填剤としては、石英ガラス粉,珪石粉,タルク等
を用いることができる。
上記剥離剤としては、従来公知のステアリン酸,パルミ
チン酸等の長鎖ガルボン酸、ステアリン亜鉛,ステアリ
ン酸カルシウム等の長鎖カルボン酸の金属塩、カルナバ
ワツクス,モンタンワツクス等のワツクス類等を用いる
ことができる。
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〜
C成分原料ならびに必要に応じて上記その他の添加剤を
適宜配合する。そして、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溶融混合し、これを室温
に冷却したのち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。この場合、上記配合に先立つて特殊なエポキシ樹脂
(A成分)もしくはノボラツク型フエノール樹脂(B成
分)とシリコーン化合物(C成分)とを予備溶融混合し
て用いてもよい。
このような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、通常の方法、例えば
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、低応力性,耐熱
性,耐湿性に優れており、熱衝撃試験における耐パツケ
ージクラツク性が著しく改善されている。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明の半導体装置は、特殊なエポキ
シ樹脂が特定の割合に含有されているエポキシ樹脂(A
成分)と、特定の構造のシリコーン化合物(C成分)を
含む特殊なエポキシ樹脂組成物を用いて封止されてお
り、その封止プラスチツクパツケージが、従来のエポキ
シ樹脂組成物製のものとは異なるため、内部応力が小さ
く耐熱信頼性が高く、特に、苛酷な使用条件下における
耐湿信頼性が先願に比べて一層高くなつている。そし
て、上記特殊なエポキシ樹脂組成物による封止により、
超LSI等の封止に充分対応でき、素子サイズが16mm2
上、素子上のAl配線の幅が2μm以下の特殊な半導体装
置において、上記のような高信頼度が得られるようにな
るのであり、これが大きな特徴である。
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
〔実施例1〜6〕 下記の第1表に示すシリコーン化合物A,Bを準備した。
つぎに上記シリコーン化合物A,Bを用い、さらに下記の
第2票に示すような原料を準備し、上記原料を同表に示
す割合で配合し、ミキシングロール機(温度100℃)で1
0分間混練して冷却後粉砕し目的とする粉末状のエポキ
シ樹脂組成物を得た。
〔比較例1〜4〕 下記の第3表に示す原料を用い、これらの原料をミキシ
ングロール機(ロール温度100℃)で10分間混練し、得
られたシート状組成物を用い、実施例1〜6と同様にし
て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
ポキシ樹脂組成物を用い、半導体素子をトランスフアー
成形でモールドすることにより半導体装置を得た。この
ようにして得られた半導体装置について、電圧印加状態
におけるプレツシヤー釜による1000時間の信頼性テスト
(以下「PCBTテスト」と略す)および−50℃/30分〜150
℃/30分の300回の温度サイクルテスト(以下「TCTテス
ト」と略す)の測定を行つた。その結果を下記の第4表
に示した。
第4表の結果から、比較例品はPCBTテストおよびTCTテ
ストの双方においていずれも不良品およびクラツクが発
生した。これに対して、全ての実施例品はPCBTテストお
よびTCTテストの双方の信頼性評価テストにおいて、不
良品およびクラツクが全く発生せず、良好な結果が得ら
れた。このことから、この発明での封止材料を用いた実
施例品は内部応力が小さくかつ耐湿信頼性が著しく向上
していることがわかる。
───────────────────────────────────────────────────── 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 (72)発明者 山中 一人 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 (72)発明者 石坂 整 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 (56)参考文献 特開 昭63−41527(JP,A) 特開 昭61−259552(JP,A) 特開 昭61−98726(JP,A) 特開 昭61−47725(JP,A) 特開 昭62−63453(JP,A) 特開 昭62−63450(JP,A) 特開 昭60−31523(JP,A) 特開 昭60−36527(JP,A) 特開 昭60−30157(JP,A)

Claims (6)

    【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)下記の一般式(I)で表される4,4′−ビス(2,3
    −エポキシプロポキシ)−3,3′,5,5′−テトラメチル
    ビフエニルが10重量%以上含有されているエポキシ樹
    脂。 〔式(I)中、RはHまたはCH3である。〕 (B)ノボラツク型フエノール樹脂。 (C)下記の一般式(II)で表されるシリコーン化合
    物。
  2. 【請求項2】上記(A)成分中の4,4′−ビス(2,3−エ
    ポキシプロポキシ)−3,3′,5,5′−テトラメチルビフ
    エニルの含有量が(A)の成分全体の少なくとも20重量
    %である請求項(1)記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】A成分のエポキシ樹脂と、B成分のノボラ
    ツク型フエノール樹脂との相互の含有割合は、エポキシ
    樹脂中のエポキシ基1当量に対してノボラツク型フエノ
    ール樹脂中の水酸基の当量比が0.8〜1.2の範囲内になる
    よう設定されている請求項(1)または(2)記載の半
    導体装置。
  4. 【請求項4】C成分のシリコーン化合物の含有割合が、
    エポキシ樹脂組成物中のA成分であるエポキシ樹脂,B成
    分であるノボラツク型フエノール樹脂およびC成分であ
    るシリコーン化合物の合計量に対して、50重量%以下に
    設定されている請求項(1)〜(3)のいずれか一項に
    記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】下記の(A)〜(C)成分を含む半導体封
    止用エポキシ樹脂組成物。 (A)下記の一般式(I)で表される4,4′−ビス(2,3
    −エポキシプロポキシ)−3,3′,5,5′−テトラメチル
    ビフエニルが10重量%以上含有されているエポキシ樹
    脂。 〔式(I)中、RはHまたはCH3である。〕 (B)ノボラツク型フエノール樹脂。 (C)下記の一般式(II)で表されるシリコーン化合
    物。
  6. 【請求項6】上記(A)成分中の4,4′−ビス(2,3−エ
    ポキシプロポキシ)−3,3′,5,5′−テトラメチルビフ
    エニルの含有量が(A)成分全体の少なくとも20重量%
    である請求項(5)記載の半導体封止用エポキシ樹脂組
    成物。
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