JPS5837939A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はダイオード、トランジスタ、Ｉｃ。

ＬＳＩなどのいわゆる半導体素子をエポキシ樹脂組成物
で封止してなる半導体装置に関する。

従来、半導体素子をトランスファー成形により樹脂封止
する方法においては、無機材料からなる素子と樹脂との
間の熱膨張係数の差が大きいため、成形時もしくは成形
後に急激な温度変化を受りると樹脂封止内部にひずみを
生じて大きな応力が発生しやすいという問題があった。

とくにエポキシ樹脂組成物では通常１５０〜１９０℃の
高温で成形を行なうため成形後常温まで放冷させる間に
半導体素子に較べて熱膨張係数の大きい樹脂か相対的に
熱収縮し、結果としてこの樹脂に取り込まれた素子が応
力ひずみを受ける。このような応力ひすみは半導体素子
に損傷を与え、割れやクラックなどの不良品の発生の原
因となるものであった。

ところで、半導体封止用のエポキシ樹脂組成物では一般
の成形材料と同様に価格低減やチ午ントロピー性の附与
による成形作業性の同上などの目的で適宜の無機質充填
剤を含有させている。シリカ粉末はその代表的なもので
あり、この粉末は優れた成形作業性とともに半導体素子
に対して悪影響を与える不純物が少ないという点で現在
もつとも賞月されている。

一般に、樹脂組成物中に無機質充填剤を添加すると成形
樹脂の熱膨張係数がその添加量に比例して小さくなるこ
とが知られている。この観点からエポキシ樹脂組成物中
へのシリカ粉末の添加は成形樹脂と半導体素子との間の
熱膨張係数の差を小さくし前述した応力ひずみの低−ト
これに伴なう半導体素子の損傷防止に好結果をもたらす
ものと期待される。

ところが、このような効果を期待してシリカ粉末の添加
量を非常に多くした場合、シリカ粉末本来の特徴である
成形作業性を損ねるおそれがあるだけでなく、成形樹脂
の弾性率を旨くする結果となる。応力は一般に熱膨張係
数と弾性率との積ζこ比例するものと考えられているた
め、添加量を多くして熱膨張係数を小さくできたとして
も結果的には応力ひずみの低下につながらない。

この発明者らは、上述のことを考慮して一般的に許容で
きる充填剤量において、シリカ粉末の添加効果につき詳
細に調べてみたところ、シリカ粉末のなかでもと（に結
晶性のシリカ粉末においては後述の実施例に示される測
定法による応力ひずみが約１，８００Ｋｇ／ｃｒＮ程度
となり、これでは素子の割れ、クラックなどの不良品の
発生を抑えることが難しいものであることが判った。一
方、無定形のシリカ粉末（こおいてはその応力ひすみが
約１．５００Ｋｐ／ｃｆｆｌ程度（こまで低下し、前記
結晶性のものに較べてかなり不良品の発生する確率が少
なくなる。しかし、この棟の無定形のシリカ粉末は結晶
性のものに較べて昼価であるため、半導体装置のコスト
アップ１こつなかり、必すしも好ましいものとはいえな
い。

この発明は、このような事情に照らして、シリカ粉末と
してと（に結晶性のものを使用して半導体装置のコスト
低減を図るとともに、これと他種の無機質充填剤を併１
４４　してシリカ粉本の前記特徴である成形作業性など
を損なうことな（応力ひずみを大きく低）させ、これに
よって温度衝撃による不良品の発生確率の少ないしかも
耐電食性良好な半導体装置を得ることを目的として、鋭
慈検討を続けた結果、見い出されたものである。

すなわち、この発明は、エポキシ樹脂および１分子中に
２個以上の水１１２基を有するフェノール／ボラック系
硬化剤とともに、無機質充填剤を５０〜８５重磁％含ま
せたエポキシ樹脂組成物であって、前記の充填剤として
少なくとも結晶性のシリカ粉末および珪酸カルシウム粉
末を使用し、かつ肉粉末中の珪酸カルシウムの割合を２
０〜７５重量％にしてなるエポキシ樹脂組成物で半導体
素子を封止したことを特徴とする半導体装置に係るもの
である。

この発明において使用されるエポキシ樹脂は一分子甲に
２個以上のエポキシ基を有する化合物でアリ、エピクロ
ルヒドリンとビスフェノールＡや各種ノボラック類とか
ら合成される樹脂、脂環式のエポキシ樹脂あるいは難燃
機能を附与するために臭素や塩素のようなハロゲン原子
を導入したエポキシ樹脂などが広軸囲に含まれる。

この樹脂の硬化剤としては、フェノールノボラックやク
レゾールノボラツタなどの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系硬化剤が用いられる。

また、後述するように、上記硬化剤とともに各種イミダ
ゾール類や三級アミン類、三弗化ホウ素化合物のような
触媒的硬イヒが１、つまり硬化促進剤を併用できる。な
お、エポキシ樹脂の硬化剤としてはその他アミン系硬化
剤や酸無水物系硬化剤などが知られてＧ）る力Ｓ、上ｄ
己アミン系硬化剤は毒性やライフが短かくなるなどの一
般的な欠点があり、また酸無水物系硬化剤（ｉ成ｊｔａ
性に問題が生じやすいなど封止材料としての実用性にや
や欠けるきらいがある。

この発明において無機質充填剤の一種として使用する珪
酸カルシウム粉末は一般に粒径（長径〕が１μ以上通常
２胴程度までの針状性のものであり、市販品ではとくに
珪灰石として称されてし）るものが好ましく用いられる
。

この珪酸カルシウム粉末は併用するシリカ粉末の優れた
成形作業性および半導体素子に対する適合性を損なうこ
となく成形樹脂の応力ひずみを低下させるに適した充填
剤であり、この目的を達成するためにその使用割合はシ
リカ粉本との合針鼠に対し２０〜７５重量％の札囲内と
しなけれはならない。これは２０重量％に満だない使用
血では応力ひずみを充分に低下させることができす、一
方７５重量％を越える場合は成形作業性が悪くなるとと
もに半導体素子の特性に悪影響をおよぼし、しかもワイ
ヤーボンド使用の半導体素子においては場合によりワイ
ヤーオープン（ワイヤーの切断）をおこしやすくなるた
めである。

併用するシリカ粉末は一般に平均粒子径が約５〜１０μ
で最大粒子径が１００μ程度の結晶性のものであり、無
定形のものに較べて安価であることから半導体装置のコ
スト低減に寄与する。し力・し、場合により、無定形の
シリカ粉末を上記特徴を損なわない軛囲内で併用して、
温度衝撃による不良品の発生確率をさらに低下させるこ
とも可能である。

この発明においては無機質充填剤として少なくとも上述
した結晶性のシリカ粉末と珪酸カルシウム粉末とを使用
することを不可欠とするが、これらの充填剤にさらに他
の無機質充填剤を含有させてもよい。たとえばアルミナ
１タルク、クレー。

ガラス繊維、カーボンブラックなどが挙げられる。

シリカ粉末、珪酸カルシウム粉末およびその任、Ｍ成分
を含む無機質充填剤の合計量は全組成物中５０〜８５重
鳳％の軸回内に抑える必要がある。５０重置火に満たな
いときは組成物にチキントロピーな性質を附与しにくく
作業性に支障をきたし、価格低減にも問題があり、さら
に応力ひずみの低下効果も不充分となる。一方８５重量
％を越える割合にすると成形作業性にやはり問題が生じ
被膜形成能も低下する。

この発明のエポキシ樹脂組成物は、上述してきたエポキ
シ樹脂、硬化剤および無機質充填剤を含むものであるが
、これにはさらに通常内部離型剤および硬化促進剤を配
合させることができる。内部離型剤としてはステアリン
酸、パルチミン酸すとの長鎖カルボン酸・ステアリン酸
亜鉛、ステアリン酸カルシウムなどの長鎖カルボン酸の
金属塩。

カルナバワックス、モンタンワックスなどのワックス類
が挙げられる。硬化促進剤としてはイミダゾール類、三
級アミン類、フェノール類、有機金属化合物などが広く
用いられる。

また他の添加剤として、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・γ−グリシドキ
シプロピルトリメトキシシランナどのシランカップリン
グ剤のような充填剤の表面処理剤、酸化アンチモン、ハ
ロゲン化物、りん化物などの難燃化剤・各種顔料など従
来公知の添加剤を配合してもよい。

コノ発明のエポキシ樹脂組成物を得るには、通常の方法
で行なえばよく、前記の各成分を混合するに当たりトラ
イブレンド法および溶融混合法いずれを採用してもよい
。

この発明の半導体装置は、上述の如（して得られるエポ
キシ樹脂組成物を封止材料とし、トランスファー成形な
どの通常の手段で半導体素子を封止することによって得
ることができる。この半導体装置は、この発明に係るエ
ポキシ樹脂組成物として、エポキシ樹脂および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系硬
化剤以外の必須成分である無機質充填剤として結晶性の
シリカ粉末と珪酸カルシウム粉末とを併用しがっその使
用割合を特定軸回に設定しているから、上記シリカ粉末
に起因する優れた成形作業性および半導体素子に対する
適合性が得られるとともにコスト的に有利となり、かつ
これらの利点を損なうことなく応力ひずみを顕著に低下
でき、成形時もしくは成形後の急激な温度変化に対する
半導体素子の損傷を抑制できる利点がある。

次に、この発明を実施例によりさらに具体的に説明する
。なお以下において部および％とあるはそれぞれ重量部
および重量％を意味するものとする。

実施例 クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２
２０．軟化点８０℃）５０都、ビスフェノールＡ型エポ
キシ樹脂（エポキシ当量７００゜軟化点８０℃）　５０
％　、フェノールノボラック３３部、２−メチルイミダ
ゾール１．０ｍ、結晶性シリカ粉末と珪灰石粉末とから
なる混合粉末であって肉粉末中の珪灰石粉末の使用割合
が２２％（ＪＯ，１）、　４　ｏ９６（五２）、６６．
７％（五３）、７２％（互４）からなる混合粉末３００
部、シランカップリング剤Ａ−１８６（日本ユニカー社
製商品名）１．５邪、カーボンブラック２．０ｔｆｉお
よびヘキストワックスＯＰ４．０ｍを７０〜８０　’Ｃ
の熱ロールにより混練し、冷却粉砕してこの発明に係る
４種の半導体封止用のエポキシ樹脂組成物を得た。

この組成物を用いてトランスファー成形により各種の半
導体素子を封止することにより、耐温度衝撃性および耐
食性良好なこの発明の半導体装置を得ることができた。

なお、上記特性並ひにトランスファー成形時の応力ひず
みを評価するために、以下に示す如き試験を行なった結
果は、後記の表に示されるとおりであった。

く応力ひずみの測定〉 来遊社製の応力検知素子をセットした１６ピン１）　Ｉ
　Ｐ型ｉｃのフレームに、１７５℃、３分の成形条件で
各組成物をトランスファー成形し、冷却後上記の素子に
より応力ひすみを測定したく温度衝撃試験〉 １７５℃、３分の成形条件で各組成物をトランスファー
成形して得た５６ピンのフラットパッケージに付き、−
６５℃から１２５℃までサイクル数１００回で温度衝撃
を与えた後素子にクラック、割れなどの不良品が発生す
るかどうかを調べた。

表中の数値は試験個数１００個中の不良品の発生個数を
示したものである。

〈電食試験〉 アルミニウム線材を配設したシリコーン片に、各組成物
を１７５℃、３分の成形条件でトランスファー成形し、
この成形体に８５℃、８５％Ｉ（Ｈ不５０Ｖの電圧を印
加してアルミニウム線材が１１４食するかどうかを調べ
た。表甲の数値は１・ＱＯＯ時間経過後の不良率（試験
個数１００個中の不良品の発生個数）を示したものであ
る。

比較例１ 結晶性のシリカ粉末と珪灰石粉末とからなる混合粉末中
の珪灰石粉末の使用割合を１７宙−％（んτ５）および
７８重量％（五６）にした以外は、実施例と全く同様に
して２種のエポキシ樹脂組成物を得、これより実施例と
同様にして半導体装置を得た。また、実施例の場合と同
様の特性試験を行なった結果は、後記の表に併記される
とおりであった。

比較例２ 混合粉末の代りに結晶性のシリカ粉末を単独で３０　（
Ｊ　６’ｌＳ使用した以外は、実施例と全く同様にして
試料イｄ７のエポキシ樹脂組成物を得、これより実施例
と同様にして半導体装置を得た。また、実施例の場合と
同様の特性試験を行なった結果は、つぎの表に併記され
るとおりであった。

（※）成形体の熱膨張係数か太き（なってワイヤーオー
ブンが発生する。表中の数値（６）はワイヤーオープン
の発生個数を示したものである。

上表から明らかなように、この発明に係るエポキシ樹脂
組成物によれば、応力ひずみが小さくなり、温度衝撃試
験による不良品の発生が抑制されており、また電食試験
も良好であることから半導体素子に対する悪影響も少な
いことが判る。これに対して結晶性のシリカ粉末単独を
使用した比較例２では応力ひずみが大きく樹脂クラック
不良の発生が非常に高くなっている。また珪酸カルシウ
ム粉末を併用する場合でも珪酸カルシウム粉末の使用割
合が２０重量％に満たない場合（比較例１の五５）は応
力ひずみの低下が少なくこの程度では不良品の発生が依
然としてＭｊり、さらに珪酸カルシウム粉末を７５重量
％を越える割合にすると（比較例１の五〇）樹脂クラッ
クはおこらないがワイヤーオーブンが生じかつ電食試験
により不良品が発生しやすくなり半導体素子に対する悪
影響が大になっている。

特許出願人　　日東電気工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　エポキシ樹脂および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系硬化剤とともに、
   無機質充填剤を５０〜８５重量％含ませたエポキシ樹脂
   組成物であって、王たる無機質充填剤として結晶性のシ
   リカ粉末および珪酸カルシウム粉末を使用し、かつ肉粉
   末中の珪酸カルシウム粉末の割合を２０〜７５重量％と
   してなるエポキシ樹脂組成物で半導体素子を封止したこ
   とを特徴とする半導体装置。