JPS5994442A - 樹脂封止型半導体装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、改質したエポキシ樹脂組成物で封止した耐湿
性、耐クラツク性を改良した樹脂封止型半導体装置に関
する。

〔従来技術〕

近年、半導体素子、抵抗体、コンデンサ、コイル等の電
子回路部品は、従来のハーメチックシール方式に比べ量
産性が高く、価格の安い樹脂封止方式によって生産され
ている。それらの樹脂封止に用いられている封止材（成
形利料）は、シリコーン系、エポキシ系などの熱硬化性
成形材料が大半で、特に、エポキシ系成形材料が多い。

これらエポキシ系成形材料で封止された半導体装置（Ｔ
ＲＢ　、工０．　ＬＳＩ等）は、従来のノλ−メチツク
シール品（ガラス、金属、セラミックなどで封止された
半導体製品）ｖｃ比べ、信頼性（耐クラツク性、耐湿性
、高温動作特性等）ＶＣ若干劣る欠点がある。

ところで、最近の樹脂封止型半導体装置は、半導体素子
自体が従来に比べ高密度化、大型化される傾向ｔ／ｃあ
り、また、成形品のパッケージ構造も小型化、薄型化さ
れる傾向ＶＣ６る。更に、高信頼性（耐クラツク性、耐
湿性、高温動作特性等がセラミック封止品と同等である
こと）が要求されている。このよりな、高密度化、大型
化された半導体素子を、従来のエポキシ糸成形材料で小
型、薄型のパッケージ構造に成形した場合、あるものは
、成形後に素子がクラックしたり、成形品がクラックし
た！１１−ｊる。′＝ｉ−た、あるものは成形後の信頼
件試動（耐熱衝は試験、耐湿試験、高温動作試験等）　
ＶＣおいて素子がクラックしたり、成形品がクラックし
たジする。

更に、セリえば、１２０°Ｃ１２気圧の水蒸気中に放置
する耐湿試験中に、半導体装置の電極（Ａ７）が腐食し
断線するという問題が生じている。

本発明者らは、これらの諸問題を解決するために、まず
素子及び成形品が成形時及び耐熱衝５３試験時（（クラ
ックすると１ハうことは、成形樹脂の成形時及び耐熱衝
撃試験時に発生する応力が大きいこと＋／Ｃよると推定
した。そして、それを改良するには、応力の発生の主要
因子で必る封止材の熱膨張率及び弾性率を小δ〈すれば
よいと考えた。まず封止材の熱膨張率を小さくするには
、樹脂の中の無機光てん剤の配合量を増す方法がある。

しかしながら、従来、樹脂の無機光てん剤配合＃（約６
５〜７０重量係）をより増加させると、成形樹脂の流動
性が悪くなシ、実際にＩＣ，ＬＳＩ等に成形した場合、
半導体素子とリード線とを結んでいるコネクタワイヤー
（大体２５〜６５μの金線）が犬き（曲ったり、切断し
たシする問題が起り、実用上好ましくない。

そこで、本発明者らは、樹脂の弾性率を小さくする方法
について検討を行った。樹脂の弾性率を低減する方法に
は、従来から可とぅ化剤を使用すれば可能とされている
。しかしながら、通常用いられている長鎖状のエポキシ
樹脂、酸無水物硬化剤などのエポキシ樹脂と相溶するタ
イプの可とう化剤を用いた場合、樹脂の弾性率は若干小
さくなるが、硬化物のガラス転移点が犬きく低下するた
め、実用上奸才しくない。そこで、本発明者らは、樹脂
の弾性率の低減効果が大きく、且つ、硬化物のガラス転
移点全低下させない樹１１＆組成物の検討を行ったとこ
ろ、エポキシ樹脂中にゴム状微粒子を均一に分散させた
樹脂組成物が有効″′Ｉ：あることがわかった。寸だ、
そのゴム状微粒子の成分としては、ポリブタジェン若し
くはポリインプレンｆコ合物又はそれらの誘導体が有効
であることを見出した。そして、これらポリブタジェン
若しくはポリインプレン化・汁物又はそれらの誘導体を
配合したエポキシ成形旧科ヲ作成し、工０．ＬＳＩをト
ランスファ成形したところ、成形時の素子クラック及び
モールド品のクラックは防止できることがわかった。丑
た成形品の耐熱衝撃性及び高温！！す作特性なども良好
であることがわかった。一方、１２０°Ｃ，２気圧の水
蒸気中に放置する試験（いわゆるノルッシャークッヵー
テスト、以後Ｐ、Ｏ，Ｔ、と略記する。）で発生するＭ
電極の腐食断線は、成形樹脂と成形されるインサート（
素子、金線、リード線等ンとの接着性が恕いため起るも
のと考えられる。

すなわち、成形樹脂とインサートとの接着性が悪いと、
その間にすき間が生じ、そのすき間から水分が浸入し、
電極のＡ／が腐食し、断線が生ずると考えられる。これ
らのことから、Ｐ、Ｃ，”ｒ。

のような苛酷な耐湿試験を行っても、Ａ）電極の腐食断
線を発生させなｈためには、成形樹脂のインサートとの
接着性を良くして−Ｃれば良いことが考えられる。

そこで、本発明者らは、成形樹脂のインサートとの接着
性が向上する添ヵロ剤について種種検討を行った。その
結果、上述のゴム状微粒子を分散させたエボ牛シ樹刀斤
に、史ＶＣオルガノポリシロキサンを配合すること（Ｃ
より、成形樹脂とインサートとの接着性が大きく、成形
品の耐湿性が大幅に改良されることがわかった。ところ
で、オルガノポリシロキサンは、離型剤、撥水剤等とし
て使用されることがほとんどであり、本発明のような、
接着強化剤として使用できる事例は、予想されないこと
であった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、」１．ｌ止、有脂の弾性率を低減し、
且つ成形樹脂とインサートとの接着性全向上させ、半；
、′＊体素子ｆ：成形した時に発生する素子及び成形品
のクジツクを防ぎ、更に、成形品の耐湿性、高温動作物
性尋の艮好な樹脂封止型半尋体装１ｔ′ｙ全提供するこ
とにある。

〔発明の植装〕

本発明足（■説フーれＣ・ゴ、本発明は、樹脂封止型半
導体装置の発明であって、半導体素子を、高分子量の合
成ゴム状微粒子及びオルガノポリシロキサンを含有する
エポキシ樹脂組成物で封止したものであることを特徴と
する。

本発明における高分子量の合成ゴム状微粒子は、ポリブ
タジェン若しくはポリイソグレン又はそれらの水献基、
カルボキシル基、アミノ基、チオ−ル基、イソシアネー
ト基若しくはエポキシ基を有するがａ樽体を想味し、そ
の粒径ば、５００μｍ以下、屋外しくは１５０μｍ以下
が良い１、特に、ゴム状微粒子の粒径が１５０μｍ超の
場合、成形時にコネクタワイヤー（径５０μの金線）を
大きく曲げた９′ｊる危険性が生ずる。

本発明において、オルガノポリシロキサンは、−ｆｆＫ
　ｉｆ換基としてメチル、エチル、フェニル、ビニル、
ニトリル、カルボキシル、ヒドロキシル、アミン、エポ
キシの各基を１以上有する詞分子化合物である。具体的
には、シリコーン油と称される低■合度Ｗ鎖状オルガノ
ポリシロキサン、シリコーン樹脂、シリコーンゴムと称
される高Ｎ合度オルガノポリシロキサン、オルガノポリ
シロキサン初期縮合物等一般のオルガノポリシロキサン
が使用できる。特ＶＣ’ｊ（ｌ換基がメチル基、エポキ
シ基又はヒドロキシル基であるシリコーン油（ジメチル
ポリシロキサン等〕が好適である。また、配付量は、エ
ボホシ樹脂１００重葉部に対し、０．１〜２０ＭｆＡ部
が望ましく、特に望ましくは、０．５〜１０重量部が良
い。

０．１２ＩＨｔ部未満では成形樹脂と・インサートとの
接着性を向上させる効果が少なくなり、寸た２０重量部
全越えると成形品の表面にオルガノポリシロキサンが滲
出し、成形品の外観が悪くなる傾向がある。

本発明で使用できるエポキシ樹脂は、特に限定されたも
のではなく、公知のエポキシ化合物が広く１更用できる
。例えば、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ１　レ
ゾルシノール、フェノールノボラック、クレゾールノボ
ラックなどのフェノール類のグリシジルエーテル、ブタ
ンジオール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレン
グリコールなとのアルコール類のグリシジルエーテル、
７タルば、イソフタル酸、テトラヒドロンタル６夕など
のカルボン酸類のグリシジルエステル、アニリン、イン
シアヌールＨＯＥの窒素原子に結合した活性水素をグリ
シジル基でｉ％したものなどのグリシジル型（メチルグ
リシジル型も営むノエボキシ樹脂、分子同のオレフィン
結合を過α等でエポキシ化して得られるビニルシクロヘ
キセンジェボキシド、３．４−エポキシシクロヘキシル
メチル−３，４−エポキシンクロヘキサン刀ルポキシレ
ート、２−（３，４−エボキシノシクロへキシル−５，
５−スピロ（５，４−エポキシ）シクロヘキサン−ｍ−
ジオキサンなどのいわゆる脂環型エポキシドなどが用い
られる。また、硬化剤としては公知のエポキシ樹脂用硬
化剤を用いることができる。幾つか例示づ−ると、例え
ば、無水マレイン酸、蒸水フタル献、無水テトラヒドロ
フタル１１払無水へキサヒドロフタル酸、無水エンドメ
チレンテトラヒドロフタル酸、無水メチルエンドメチレ
ンテトラヒドロフタル龜、無水メチルテトラヒドロフタ
ル酸、デトラクロロ無水フタル酸、無水エンドジクロし
メチレンテトラクロロフタル酸、テトラブロモ無水フタ
ル酸、無水トリメリット酸、シクロベンクンテトラカル
ボン酸二無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無
水物、ピロメリット酸二無水物などのいわゆる酸無水物
硬化剤、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニ
ルエーテル、ジアミノジフェニルスルホン、ベンジジン
、ジアニシジン、フェニレンジアミン、メチレンビス（
０−クロロアニリン）、ｓ、’ｓ’−シヵルボキシルベ
ンジジン、３．５’−ジカルボキシルジアミノジフェニ
ルメタンなどの芳香族アミン、フェノールノボラック、
クレゾールノボラックや、フェノール、クレゾール等と
バラキシリレンジメトキサイドとの結合物、フェノール
、クレゾール等とジフェニルエーテル、ホルムアルデヒ
ドとの縮合物なとの多価フェノール性水酸基を有するい
わゆるフェノール系硬化剤などがめる。更に、エポキシ
樹ｍｆと反応してオキサゾリドン環を生成して硬化する
と共に、それ自身が３量化してポリマー化するインシア
ネート類、例えばトリレンジイソシアネート、ジフェニ
ルメタンジイソシアネート、水素化ジフェニルメタンジ
イソシアネート、ヘキサン−１，６−ジイソシアネート
、ナフタリンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェ
ニレンポリイソシアネート、及び上記インシアネートの
２量化ないし３童化したものなどがある。捷だ、ジアミ
ノジ）エニルメタン、ポリメチレンポリフェニレンポリ
アミンなどのアミンと無水マレイン酸から合成されるマ
レイミド類も、それ自身Ｍ＠′することはもちろん、分
子中に残存するアミド敏にエポキシ樹脂が反応して硬化
するものであり、エポキシ樹脂の硬化剤として用いるこ
とができる。また、上記マレイミド類とポリアミンの付
加物も、エポキシ樹脂の硬化剤として用いることができ
る。

硬化促進剤としては、エポキシ樹脂用として有用な公知
のものはすべて使用できる。特に、潜在性の優れたもの
としてテトラ直換ホスホニウム・テトラ置換ボレート、
テトラ置換アルソニウム・テトラ置換ボレート、テトラ
置換アンモニウム・テトラ直換ボレート、各棟イミダゾ
ール化合物のボレート化合物及びジメチルアミンエタノ
ールと酸無水物との反応生成物を使用するのが好ましい
。その他に各種イミダゾール化合物とその誘導体なども
有効である。また、これらの硬化促進剤を２種以上併用
してもよい。

また、本発明に使用するエポキシ樹脂組成物には、トラ
ンジスタ、工Ｏ，ＬＳＩ弄の半導体装置全トランスファ
成形するために無機光てん剤を配合することが好ましい
。無機光てん剤としては、例えば炭酸カルシウム、シリ
カ粉、ケイ咳ジルコニウム、ケイ酸カルシウム、石英ガ
ラス粉、メルク、クレー、マイカ、ガラス繊維粉などが
有用であり、これらは、必要ＶＣ応じて２種以上併用し
てもよい。壕だ、その他の添加剤として、離型剤、”８
色剤、表面カップリング剤、朕ＩＬ燃助剤などを配合し
てもよい。

本発明に使用するエポキシ樹脂組成物を成形材料に調製
するに当っては、固状の成分材料をそれぞれ粉砕し、次
いで所望の割合で十分に混合する。混合には、ミキシン
グロール機、ニーダ、リボンミキサー、ボールミルなど
慣用の混合機械を使用できる。得られた混合物は、その
１まトランスファ成形に適用できる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明及びその効果を実施例及び比較例により具
体的に説明するが、本発明はこれに限定されない。

なお、添付図面は、本発明の樹脂封止型半導体装置の一
実施の卯様の構造を示づ一傾面概略図である。図面にお
いて、符号１は成形樹脂、２はコネクタワイヤー、３は
半導体素子、４はリード線を意味する。

実施例１ （１）エポキシ樹脂（エポキシ当ｆ、（２２０、ＥＯＣ
Ｎ１０２、日本化薬社製）　　　１００重景部（２）　
　フェノールノボラック硬化Ｍｌ」（平均分子量８００
　）　　　　　　　５０重量部（３）　　末端カルボキ
シル基−１，４−ポリブタジェン（ＰＯｌｙはｌ（−４
５ＭＡ、出光石油化学社製）３０ｉ量部 （４）　　２−ヘグクデシルイミタゾール　　２重量部
（５）　　カーボンブラック　　　　　　　　１重量部
（６）　　ステアリン酸　　　　　　　　　　２重量部
（７）　　γ−グリシドキシグロビルトリメトキシシラ
ン（ＫＢＭ　４０３、信越化学社製〕（架橋剤）３１ｆ
景部 （８）下記表１に示すオルガノポリシロキサン　　　　
　　　　　　　　０．５〜８．ＯＮ幇部（９）石英ガラ
ス粉　　　　　　　　　６６０重景部表　　１ 実施例２ （１）　　エポキシ４Ｍｔ　ＪＰｊ　（、エポキシ当ｔ
　２２０、Ｆｉ０ＯＮ１０２、日木化薬社製）　　　　
８０重量部（２）　　臭素化エポキシ樹脂（エポキシ当
量６８０、ＤＥＲ５４２，ダウケミカ／ｌ／社製）２０
重量部、（３）　フェノールノボラック硬化剤（平均分
子お−８００）　　　　　　　　４５重量部（４）　末
端カルボキシル基ポリイソプレン（ＫＬ−２、クラレイ
ソグレンケミカル社Ｍ）２０重量部 （５）２−ヘプタデシルイミダゾール （６）　　カーボンブラック　　　　　　　　１重量音
ｂ（７）　　ステアリン離　　　　　　　　　　　３重
量部（８）三１雲化アンチモン　　　　　　　　６Ｍ＃
部（９）ｒ−クリシトキシプロピルトリメトキシシラン
（ＫＢＭ４０３、信越化ｑ社製〕２Ｎ活部 （至）前記表１に示すオルガノポリシロキサン２、０〜
５．０Ｍ悩゛部 ０９　石英ガラス粉　　　　　　　　　３６０重量部上
記実施例１、２の各組成を８インチのミキシングロール
機で６０〜８０°Ｃ５　１０分■１混練し、エポキシ樹
脂成形材料を作製した。

次に、それらの材料で耐湿性評価用工Ｃ及び耐クラツク
性評価用ＬＳＩを１７０°Ｃ、７０ｋｇ乙−、２分の成
形条件で成形し、目的の樹脂封止型半導体装置を得ｆ（
。そして、それらの爵ｊ湿性及び嗣クラック性を測定し
た。また、同時に、それらの材料の諸物件も測定した。

その結果を後記　　　　。

表２ｖｃ比寂例と共に示した。

比較例１ 実施例１の組成より（３）末端カルボキシル基−１、４
−ボリフ゛タジエン、（８ンオルカノボリシロキサンを
除いた組成物。

比較例２ 実施例１の組成より（８）オルカッポリシロキサンを除
いた組成物。

比較例３ 実施例２の組成よシαＱオルガノポリシロキサンを除い
た組成物。

上記比較例１〜乙の組成物を実施例と同も２な方法で混
線し、エポキシ樹脂成形材料を作製した。次に、これら
の成形材料で耐湿性評価用ＩＣ及び而づクラック性評価
用ＬＳＩを、実施例と同じ条件で成形し、比較用の樹脂
封止型半導体装置を得た。そして、それらの耐湿性及び
耐クラツク性を測定し７ｔｏまた、同時に、それらの材
料の諸物件も６１１１定した。その結果を表２　ＶＣ示
した。

各特性測定条件 （１）　　スパイラルフロー（インチ）：Ｉ；ＭＭ工規
格に準じた金型を使用し、成形温度１７０℃、成形圧カ
フ　０　ｋｇ／．＠で測定。

（２）　　ショアー硬度：成形温度１７０°Ｃ，成形圧
カフ０′シー２、成形時間２分で成形し、ショア硬度計
りにて成形時の硬度全測定。

（３）線膨張係数α（℃−’）：ＡＳＴＭ−Ｄ６９６の
測定法によって測定。

（４）ガラス転移点Ｔｇ（’Ｃ）：ＡＳＴＭ−Ｄ６９６
の測定法によって測定、線膨張率の屈曲点から求めた。

（５）弾性率Ｆｉｒ（ｋｇ乙−）：Ｊ工Ｓ−に−６１１
１に準じた曲は試験法より求めた。

（６）接着力　（男へθ：１０Ｘ３０Ｘ１ｔｘ　　のコ
バール試験片に樹脂ｔ１６０°Ｃ　、　７　０　ｋレー
、２分の条件でトランスファモールドし、１６０℃、５
時間後硬化する。その後、その試験片を引張り、樹脂と
はなれた時の力を接着力として求めた。

（７）耐湿性：膜厚１μ、線幅１０μのアルミニウム蒸
着膜のパターン２０本を有するシリコン素子全モテル素
子として１６ピンの工Ｃフレームに取付けた後、各行の
組成物でトランスファ成形ｅごより＊ｊ止した。それら
の成形品（ＩＣ）ｆ　１２１°Ｃ５２気圧の水蒸気中に
放置し、時間の軒過とアルミニウムの腐食による断性ｉ
不艮の光住状況全ル晶１べた。表２４Ｃは不良発生立」
−り時１１１１を示した。

（８）　　ｔＪクラック性：　１ｙ　ｏ　”ｃ　−７ｏ
　＆ｙ／、２、Ｚ　０分で成形しブヒ５×５鏑の米子を
取付けた小形薄形ＴＪＳ工成形品（１０ｘ１０ｘ２を齢
）を用い、−５５°Ｃ／６０分、１５０°Ｃ／６０分を
１ザイクルとした試験条件で熱衝は試験を２０００サイ
クル行い、その時のクラック発生数を求めた。

実施例５ 組成 （１）　　エポキシ樹脂 （エホキシ当ｉｉｉ　２２０、ｇＱＯＮ１０２、日本化
薬社裂〕１００重量部 （２）　　フェノールノボラック硬化剤（平均分子量８
００　）　　　　　　　５０重食部（３）　　末端カル
ボキシル、％−１，４−ポリブタジェン（Ｐｏｌｙ　ｂ
ｄ　Ｒ−４５Ｍ量、山元石油化学社製０２０Ｍ量部（４
）　　メチルビニルポリシロキサン生ゴム（分子量約２
５０，０００　）　　　　　　　　　５重量部（５）２
−ヘプタデシルイミダゾール　　　　３重量部（６）　
　カーボンブラック　　　　　　　　　　　１重量部（
７）　　カルナバワックス　　　　　　　　　　　２　
Ｍｉ部（８）　　　γ−グリシドギシプロビルトリメト
キシシラン（ＫｊＪ、Ｍ２Ｏ３、信越化学社製）　　　
　　２Ｍ量部（９）　　石英ガラス粉　　　　　　　　
　４００重量部比較例４ 組成 （１）　　エポキシ樹脂（肋０Ｎ１０２、日本イヒ薬旧
わ１００刺脚（２）　　フェノールノボラック硬化剤（
平均分子量８００Ｊ　　　　　　　　５０重量部（３）
　　メチルビニルポリシロキサン生ゴム（分子量約２５
０，０００　）　　　　　　　２０重量部（４）　　ジ
メチルポリシロキサン （ＫＦ　９６，５００ｃｓ信越化学社’Ａ）　　　　　
　５Ｍ量部（５）２−へブタテシルイミダゾール　　　
　６重量部（６）　カーボンブラック　　　　　　　　
　　　１重量部（７）　　カルナバワックス　　　　　
　　　　　　３Ｍ量部（８）　　　γ−グリシドキシグ
ロビルトリメトキシシラン（ＫＢＭ４０３、信越化学社
製）　　　　　　　２　ｍ、を部（９）石英ガラス粉　
　　　　　　　　４００重量部実施例３及び比軟例４の
組成物を実施例１〜２と同様の方法で処理し、樹脂封止
型半導体装置′ｆｒ：得、その緒特性を測定した。結果
を表３＆Ｃ示す。

表　　３ 〔発明の効果〕 以上の実施例及び比較例から明らかなように、木発［！
ＪＨＣよる樹脂封止型半導体装置は、従来品に比較して
、耐クラック牲、調湿性、接着力が共に優れているとい
う臀別顕著な効果を持っている。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明の樹脂封止型半導体装置の一実施の態様
の構造を示す断面概陥図である。 １：成形樹脂、２：コネクタワイヤー、３：半導体素子
、４：リード線 特許出願人　株式会社　日立製作所 間　　　日立化成工業株式会社 代理人　中　本　　　宏 第１頁の続き ０発　明　者　向井淳二 日立市幸町３丁目１番１号株式 ％式％ 成工業株式会社下館工場内 ０発　明　者　西邦彦 小平市上水本町１４５０番地株式会 社日立製作所武蔵工場内 ０出　願　人　日立化成工業株式会社 東京都新宿区西新宿２丁目１番 １号 １９１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　半導体素子を、高分子量の合成ゴム状微粒子及び
   オルガノポリシロキサンを含有スるエポキシ樹脂組成物
   で封止したものであることを特徴とする樹脂封止型半導
   体装置。 ２、　該高分子量の合成ゴム状微粒子がポリブタジェン
   若しくはポリイソルン化合物又はそれらの銹導体である
   特許請求の範囲第１項に記載の樹脂封止型半導体装置２
   ． ３、　オルガノポリシロキサンの配合量がエポキシ樹脂
   １００重量部に対して０．１〜２０重量部である特許請
   求の範囲第１項に記載の樹脂封止型半導体装置。