JPH08259671A

JPH08259671A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH08259671A
Application number: JP1286196A
Authority: JP
Inventors: Hideto Kimura; 英人木村; Kazuo Iko; 和夫伊香; Satoshi Okuda; 悟志奥田
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1996-01-29
Filing date: 1996-01-29
Publication date: 1996-10-08
Anticipated expiration: 2013-02-18
Also published as: JP2716962B2

Abstract

(57)【要約】【課題】樹脂封止に用いるエポキシ樹脂組成物として特
殊な成分組成のものを用いることにより、低応力性，耐
熱性および耐湿性等の特性に優れ信頼性の高い半導体装
置を提供する。【解決手段】下記（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）およ
び（Ｅ）成分を含有し、かつ上記（Ｄ成分）／（Ｅ成
分）の重量比が１５／８５〜６０／４０に設定されてい
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）エポキシ樹脂。（Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂。（Ｃ）エポキシ基，アミノ基，水酸基，メルカプト基お
よびカルボキシル基からなる群から選ばれた少なくとも
一つの官能基を有するオルガノポリシロキサン。（Ｄ）球状無定形シリカ粉末。（Ｅ）非球状無定形シリカ粉末。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、信頼性の優れた
半導体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】トランジスタ，ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体
素子は、通常セラミックパッケージもしくはプラスチッ
クパッケージ等により封止され半導体装置化されてい
る。なかでも、上記セラミックパッケージは、構成材料
そのものが耐熱性を有し、しかも、透湿性が小さいうえ
に中空パッケージであるため、耐熱性、耐湿性に優れた
封止が可能である。しかし、構成材料が比較的高価であ
ることと、量産性に劣る欠点がある。したがって、コス
ト，量産性の観点からプラスチックパッケージを用いた
樹脂封止が主流になっている。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。最近では、成形作業性、特に流れ性を
考慮してエポキシ樹脂，フェノール樹脂および球状シリ
カを含有したエポキシ樹脂組成物が使用されている。ま
た、素子の高集積化に基づく低応力性を考慮してエポキ
シ樹脂，フェノール樹脂，通常の無機質充填剤（非球
状）にオルガノポリシロキサンを配合したものが開発さ
れている。しかしながら、前者によれば低応力性の要求
に応えられず、後者は流れ性が悪く、成形金型内での流
動に際して無機質充填剤の鋭角部分により半導体素子に
応力がかかってしまうという欠点を有している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の２
種類のエポキシ樹脂組成物では、流れ性等の成形性およ
び低応力化の要求に充分応えられず、信頼性に富んだ半
導体装置が得られていないのが実情である。

【０００４】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、樹脂封止に用いるエポキシ樹脂組成物として
特殊な成分組成のものを用いることにより、低応力性，
耐熱性および耐湿性等の特性に優れ信頼性の高い半導体
装置を提供することをその目的とするものである。

【０００５】

【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（Ａ），（Ｂ），
（Ｃ），（Ｄ）および（Ｅ）成分を含有し、かつ上記
（Ｄ成分）／（Ｅ成分）の重量比が１５／８５〜６０／
４０に設定されてい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）エポキシ樹脂。（Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂。（Ｃ）エポキシ基，アミノ基，水酸基，メルカプト基お
よびカルボキシル基からなる群から選ばれた少なくとも
一つの官能基を有するオルガノポリシロキサン。（Ｄ）球状無定形シリカ粉末。（Ｅ）非球状無定形シリカ粉末。

【０００６】すなわち、本発明者らは、信頼性に優れた
封止樹脂を得るための一連の研究の過程で、無機質充填
剤として球状無定形シリカ粉末と非球状無定形シリカ粉
末をある割合で混合含有させ、さらに官能基を有したオ
ルガノポリシロキサンを含有させた特殊なエポキシ樹脂
組成物を用いると、極めて優れた低応力性，耐湿性およ
び成形作業性が得られることを見いだしこの発明に到達
した。

【０００７】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施の形態を詳
しく説明する。

【０００８】この発明は、エポキシ樹脂（Ａ成分）と、
ノボラック型フェノール樹脂（Ｂ成分）と、エポキシ
基，アミノ基，水酸基，メルカプト基およびカルボキシ
ル基からなる群から選ばれた少なくとも一つの官能基を
有するオルガノポリシロキサン（Ｃ成分）と、球状無定
形シリカ粉末（Ｄ成分）と、非球状無定形シリカ粉末
（Ｅ成分）等とを用いて得られるものであって、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。

【０００９】このようなエポキシ樹脂組成物は、特に上
記Ｃ，Ｄ，Ｅ成分の使用により、信頼性の極めて優れた
プラスチックパッケージになりうるものであり、その使
用によって信頼度の高い半導体装置が得られるものであ
る。

【００１０】上記エポキシ樹脂組成物のＡ成分となるエ
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制限するものではない。
すなわち、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，ノボラック型エポキシ樹脂等があげ
られ適宜選択使用される。この中で特に好適なのはクレ
ゾールノボラック型エポキシ樹脂であり、通常、エポキ
シ当量１８０〜２５０，軟化点５０〜１３０℃のものが
用いられる。

【００１１】上記Ａ成分のエポキシ樹脂とともに用いら
れるＢ成分のノボラック型フェノール樹脂は、１分子中
に２個以上の水酸基を有するものであって上記エポキシ
樹脂の硬化剤として作用するものであり、フェノールノ
ボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂等が適宜に選
択使用される。なかでも好適なのはフェノールノボラッ
ク樹脂であり、通常、水酸基当量１００〜１３０，軟化
点６０〜１３０℃のものが用いられる。

【００１２】上記Ａ，Ｂ成分とともに用いられるＣ成分
のオルガノポリシロキサンは、エポキシ基，アミノ基，
水酸基，メルカプト基およびカルボキシル基からなる群
から選ばれた少なくとも一つの官能基を有するものであ
る。すなわち、官能基のないものを使用すると、成形性
および捺印性の低下を招くこととなるからである。上記
官能基は、オルガノポリシロキサン分子の末端に結合さ
れていても、側鎖として結合していてもよい。上記オル
ガノポリシロキサンの上記官能基部分以外の化学構造
は、ジメチルポリシロキサンであることが好ましい。こ
のものは、その一部がメチル基に代えてフェニル基で置
換されているものであってもよい。

【００１３】上記官能基を有するオルガノポリシロキサ
ンは、予めＡ成分のエポキシ樹脂およびＢ成分のノボラ
ック型フェノール樹脂の少なくとも一方と反応させてお
くことが好適であり、これにより、エポキシ樹脂組成物
中に直径５μｍ以下のシリコーンゴム状粒子を分散させ
たような状態にすることが好ましい。このような粒子分
散系にするためには、官能基を有するオルガノポリシロ
キサンの分子量は１０００〜１０００００が好適であ
る。すなわち、分子量が１０００未満ではオルガノポリ
シロキサンが樹脂骨格中に溶け込み、粒子としての形状
をとらず可塑剤として作用し、得られる半導体装置の耐
湿信頼性に問題を生じさせ、１０００００を超えるとオ
ルガノポリシロキサンが樹脂系に対して親和性を示さな
くなり樹脂との反応が困難となり、粒子形状を有した状
態で樹脂中に分散できなくなる傾向がみられるからであ
る。なお、上記官能基を有するオルガノポリシロキサン
は単独でもしくは併せて用いてもよい。このような官能
基を有するオルガノポリシロキサンについて、官能基当
たりの当量は、１０００以上１０００００以下であるこ
とが好ましい。これは上記分子量と同じ理由によるもの
である。

【００１４】上記Ａ，Ｂ成分およびＣ成分とともに用い
られるＤ成分の球状無定形シリカ粉末は、ワーデルの球
形度で０．５〜１．０の球形度を有するものであり、溶
融固化したインゴット状の無定形シリカを機械粉砕し、
得られた機械粉砕物中からワーデルの球形度で０．５〜
１．０、好ましくは０．７〜１．０の球形度を有するも
のを用いたり、インゴット状の無定形シリカを機械粉砕
し、これを高熱で溶射して得られた中から上記と同様の
球形度を有するものを用いる。

【００１５】なお、上記ワーデルの球形度とは、粒子の
球形度を、（粒子の投影面積に等しい円の直径）／（粒
子の投影像に外接する最小円の直径）で測る指数であ
り、この指数が１．０に近いほど真球体に近い粒子であ
ることを意味する。

【００１６】上記ワーデルの球形度が０．５未満になる
と、無定形シリカ粉末が異形状（角ばった状態）になっ
て樹脂の流れを阻害するようになる。したがって、球状
無定形シリカ粉末は、ワーデルの球形度で０．５〜１．
０、好ましくは０．７〜１．０の球形度を有することが
必要である。

【００１７】さらに、上記Ｄ成分の球状無定形シリカ粉
末とともにＥ成分の非球状無定形シリカ粉末が用いられ
る。このものは、上記Ｄ成分の球形のものよりも球形度
が悪く鋭角的になっている。このようにＤ成分およびＥ
成分の充填剤成分として、いずれも無定形シリカを選択
したのは、不純物が少ないことおよび線膨張係数が小さ
く耐熱性の向上効果が得られることによる。

【００１８】そして、上記球状無定形シリカ粉末（Ｄ）
と非球状無定形シリカ粉末（Ｅ）との重量比はＤ／Ｅ＝
１５／８５〜６０／４０に設定することが必要である。
すなわち、球状無定形シリカ粉末が、球状と非球状の合
計量中１５重量％（以下「％」と略す）未満では、エポ
キシ樹脂組成物の流れ性が悪くなり、成形時に半導体素
子のワイヤーが切断されたりして得られる半導体装置中
の不良率が高くなり、逆に、６０％を超えるとトランス
ファー成形時に樹脂が流れ過ぎてボイドが発生し得られ
る半導体装置の耐湿性等に問題が生じるからである。

【００１９】上記球状無定形シリカ粉末と非球状無定形
シリカ粉末の含有量は、エポキシ樹脂組成物全体の５０
〜８５％に設定するのが好ましい。すなわち、５０％未
満ではエポキシ樹脂組成物にチキソトロピー性を付与し
にくく、したがって、成形作業性に支障を生じると同時
に、熱膨張係数がさほど低下せず耐熱応力性が不充分と
なり、逆に８５％を超えると上記と同様に成形作業時に
問題が生じエポキシ樹脂組成物の未充填部分が生じるか
らである。

【００２０】上記球状無定形シリカおよび非球状無定形
シリカ粉末は、いずれも粒径が１４９μｍ以下であるこ
とが好ましく、より好ましいのは平均粒径が１６μｍ程
度のものである。すなわち、粒径が１４９μｍを超える
と、得られる半導体装置に、エポキシ樹脂組成物の未充
填部分を生じて不良品の発生率が高くなり、かつ成形作
業性に問題が生じる傾向がみられるからである。

【００２１】さらに、この発明では、上記Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄ成分およびＥ成分以外に、必要に応じて硬化促進剤，
離型剤，難燃剤および顔料等を用いることができる。硬
化促進剤としてはフェ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、
トリエチレンジアミン、２，４，６−トリ（ジメチルア
ミノメチル）フェノール、１，８−ジアザ−ビシクロ
〔５．４．６〕ウンデセン等の三級アミン類、２−メチ
ルイミダゾール等のイミダゾール類、トリフェニルホス
フィン等のリン系化合物等をあげることができる。上記
硬化促進剤として例示した化合物は、単独でもしくは併
せて用いることができる。

【００２２】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、エポキシ樹脂（Ａ成分）またはノボラック型フェ
ノール樹脂（Ｂ成分）とオルガノポリシロキサン（Ｃ成
分）を撹拌混合し予備反応させる。つぎに、この反応物
と球状シリカ粉末（Ｄ成分）と非球状シリカ粉末（Ｅ成
分）および必要に応じて硬化促進剤，離型剤，難燃剤，
顔料を配合し、常法に準じてドライブレンド法、または
溶融ブレンド法を適宜採用して混合，混練することによ
り製造することができる。

【００２３】このようなエポキシ樹脂組成物を用いての
半導体封止は特に限定されるものではなく、例えば、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。

【００２４】このようにして得られる半導体装置は、極
めて低応力性，耐熱性，耐湿性に優れている。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、この発明の半導体装置
は、球状無定形シリカ粉末（Ｄ成分）と非球状無定形シ
リカ粉末（Ｅ成分）とが特定割合で配合され、さらに官
能基を有する特定のオルガノポリシロキサン（Ｃ成分）
が配合されている特殊なエポキシ樹脂組成物を用いて封
止されており、その封止プラスチックパッケージが、従
来のエポキシ樹脂組成物製のものとは異なるため、低応
力性に優れ、かつ耐湿信頼性，耐熱信頼性等の信頼性が
高いものである。

【００２６】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。

【００２７】

【実施例１，２，４，５、比較例２，３】後記の表１お
よび表２に従って、撹拌機付セパラブルフラスコ中でエ
ポキシ樹脂を加熱し、この中にオルガノポリシロキサン
を投入し１７０℃で４時間撹拌混合した。ついで、得ら
れた反応物に残りの各原料を配合し、ミキシングロール
機（ロール温度８０〜１００℃）で３分間溶融混練を行
い、冷却固化後粉砕を行って目的とする微粉末状のエポ
キシ樹脂組成物を得た。

【００２８】

【実施例３，６、比較例１】エポキシ樹脂に代えて、後
記の表１および表２に示すフェノール樹脂を用いた。そ
れ以外は、実施例１と同様にして目的とする微粉末状の
エポキシ樹脂組成物を得た。

【００２９】なお、上記実施例および比較例で用いたオ
ルガノポリシロキサンの構造，当量，平均分子量および
球状無定形シリカ粉末の球形度，平均粒径は、後記の表
３のとおりである。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】

【表３】

【００３３】以上の実施例および比較例によって得られ
た微粉末のエポキシ樹脂組成物を用い、半導体素子をト
ランスファーモールド（１８０℃×２分）することによ
り４２ピンＤＩＰの半導体装置を得た。このようにして
得られた半導体装置を１７５℃で５時間ポストキュアし
た。この半導体装置各５０個を試料として用い、−８０
℃／５分〜１５０℃／５分の５００回の温度サイクルテ
スト（シリコーンオイルに浸漬）を行った後、封止樹脂
を取り除き半導体素子表面のパッシベーションクラック
の発生数を調べた。その結果を成形時の封止樹脂の充填
性とともに後記の表４に示した。

【００３４】

【表４】

【００３５】表４の結果から、オルガノポリシロキサン
による予備反応を行っていないものを用いた比較例品
は、充填性，耐熱衝撃性のいずれかが劣るのに対して、
実施例品は、双方ともに優れており、信頼性が向上して
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Ｃ０８Ｌ 83/08 ＮＫＸＣ０８Ｌ 83/08 ＮＫＸＨ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）お
よび（Ｅ）成分を含有し、かつ上記（Ｄ成分）／（Ｅ成
分）の重量比が１５／８５〜６０／４０に設定されてい
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）エポキシ樹脂。（Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂。（Ｃ）エポキシ基，アミノ基，水酸基，メルカプト基お
よびカルボキシル基からなる群から選ばれた少なくとも
一つの官能基を有するオルガノポリシロキサン。（Ｄ）球状無定形シリカ粉末。（Ｅ）非球状無定形シリカ粉末。