JPS61190962A - 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】 （産業上の利用分野） この発明は半導体装置にかかり、その目的は新規な封止
用エポキシ樹脂組成物で半導体素子を封止した半導体装
置を提供することにより耐湿性、耐衝撃性、耐熱性に優
れた半導体装置を提供することにある。

［従来技術］ （発明の背景） 一般に、半導体素子を封止して半導体装置とする封止方
法としては、金属、セラミック等を封止材料とする気密
封止と、エポキシ樹脂などの合成樹脂を封止材料とする
樹脂封止に大別される。

最近では、生産性、コスト等の観点から樹脂封止が主流
になっており、ＩＣ，ＬＳＩは勿論メモリ、マイクロコ
ンピュータなどに用いられるＶＬＳ　Ｉに至るまで樹脂
封止が主流となっている。

一方、半導体装置の技術革新はめざましく、集積度の増
加とともに素子サイズの大型化、配線の微細化が進む反
面、パッケージ形状は小型、薄型化の傾向へと変わりつ
つある。

このため封止用樹脂組成物材料に対する信頼性、特に耐
湿性、耐熱衝撃性、耐熱性に対する高い信頼性が要求さ
れてきている。

この様に緒特性において高度な信頼性を持つ半導体装置
を調製する為には、まず線膨張係数の小さい封止用樹脂
組成物を使用して半導体素子と封止用樹脂組成物材料の
線膨張係数の差を少なくし半導体素子と封止材との界面
に発生する熱応力を低減させるとともに封止用樹脂組成
物材料自身が耐熱衝撃性、耐熱性に優れていることが必
要で、この様な封止用樹脂組成物材料で半導体素子を封
止して半導体装置を調製する必要があるものであった。

しかもこれら緒特性が相互にバランスされた封止用樹脂
組成物材料を使用しないと優れた半導体装置とはなり得
ない。

（従来技術） 従来、この様な封止材料としてはエポキシ樹脂組成物が
最も適したものとされており、特にその組成としてはエ
ポキシ樹脂と硬化剤としてのフェ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
の併用樹脂としての末端カルボン酸ブタジェン−アクリ
ロニトリル共重合体、無機充填剤としての溶融シリカ粉
等の組成系で構成されるのが封止条件（特にトランスフ
ァー成型作業時の成型性）に優れたものとして通常汎用
されていた。

（従来技術の欠点） しかしながら、この従来の封止用エポキシ樹脂組成物は
従来のＩＣ，ＬＳＩ等の半導体装置の封止材料としては
充分優れた低熱応力特性、耐熱衝撃性、耐熱性をもつが
、昨今集積度の増加に伴う素子サイズの大型化、配線の
微細化、パフケージ形状の小型、薄型化が要求されてい
る超ＬＳＩ等の半導体素子の封止材料等としてはいまひ
とつ充分でない嫌いがあった。

（発明が解決しようとする問題点） この発明者らは、上記従来の欠点に照らし耐熱性、耐熱
衝撃性、耐湿性等の緒特性に優れ従って超ＬＳＩ等の封
止材料として適し、しかも上記従来の優れたトランスフ
ァー成型時の優れた作業性も同時に充たす封止用エポキ
シ樹脂組成物を創出せんと鋭意研究した。

（解決手段） この発明者らの研究の結果、従来から種々研究されてい
た如く、エポキシ樹脂を共重合させたりグラフト重合さ
せたりして変性させて前記耐熱性、耐熱衝撃性、耐湿性
等の緒特性の改善を図るのでは無く、エポキシ樹脂の持
つ優れた成型作業性を確保しつつこれら緒特性の優れた
半導体封止用エポキシ樹脂の作製に努力した結果、何と
驚くべきことに硬化剤に用いるフェノール樹脂をマレイ
ミド類と反応させて変成することによって、耐湿信頼性
、耐熱衝撃性の優れた樹脂を完成するに敗った。

即ち、この発明はエポキシ樹脂、硬化剤、及び場合によ
り硬化促進剤、充填剤、離型剤等より成る封止用エポキ
シ樹脂組成物中に硬化剤としてビスマレイミド、フェニ
ルマレイミド、ラウリルマレイミドのうち少なくとも一
種を使用して変性したフェノール樹脂が配合されてなる
封止用エポキシ樹脂組成物で半導体素子が封止されてな
る半導体装置に係るものである。

（発明の構成） この発明で使用するエポキシ樹脂としては、特に限定さ
れたものではなく公知の１分子中に２　（１１以上のエ
ポキシ基を有するエポキシ化合物即ちクレゾールノボラ
ック型およびフェノールノボラック型やビスフェノール
Ａ型等の従来より半導体装置の封止樹脂として用いられ
ている各種エポキシ樹脂が好適であるが、その他ビスフ
ェノールへのジグリシジルエーテルや、その多量体であ
るエビ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
脂等も好適なエポキシ樹脂として例示でき使用可能であ
る。

ノボラック型エポキシ樹脂としては通常エポキシ当量１
６０〜２５０．軟化点５０〜１３０℃のものが挙げられ
、さらにクレゾールノボラック型エポキシ樹脂として好
適にはエポキシ当量１７０〜２３０．軟化点６０〜１１
０℃のものを挙げることができる。

特に、この発明において望ましいエポキシ樹脂としては
、上記クレゾールノボラック型エポキシ樹脂である。

この発明においてはこのようなエポキシ樹脂の硬化剤と
して、フェノール樹脂をマレイミド類と反応させて変成
したものを好適に使用する。

この発明において使用するフェノール樹脂として、特に
好ましく使用できるものはノボラック型フェノール樹脂
であり、このようなノボラック型フェノール樹脂として
は従来公知のフェノールノボラ・７り樹脂、タレゾール
ノボラ・ツク樹脂が挙げられ、特に好適なノボラック型
フェノール樹脂の具体例としては、通常、水酸基当量８
０〜１８０で軟化点５０〜１３０℃のものが例示できる
。

この様な変性フェノール樹脂の具体的調製法としては、
熔融させたフェノール樹脂にフェニルマレイミド、ビス
マレイミド及びラウリルマレイミドを単独あるいは任意
の割合で組み合わせて加え、フェノール樹脂を熔融状態
に維持しながら数時間例えば４〜７時間程度攪拌して得
るのが好適な方法として例示できる。

この発明において、硬化剤としてのフェノール樹脂をマ
レイミド類によって変成させる際の使用量としては、エ
ポキシ樹脂とフェノール樹脂（硬化剤）の合計１００部
に対し、０．５部〜１００部程度使用すればよく、より
望ましくは５〜３０部程度とするのが良い。

この発明で使用す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すべて用
いることができ、その具体例としては２．４．６−Ｆリ
ジメチルアミノメチルフェノール、２−メチルイミダゾ
ール等を挙げることができる。

この発明で使用する充填剤としては石英ガラス粉、珪石
粉、タルク等を挙げることができる。

この発明で使用する離型剤としては、従来公知のステア
リン酸、バルミチン酸などの長鎖カルボン酸、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。

この発明に係る半導体装置において使用する、封止エポ
キシ樹脂組成物を調製するにはまず、前記変性法により
、硬化剤としてのフェノール樹脂をマレイミド類によっ
て変成させ、変成したフェノール樹脂を、エポキシ樹脂
、硬化促進剤、離型剤及び充填剤とを、常法に準じてト
ライブレンド又は熔融ブレンド法を適宜採用して、混合
混練することによって調製する。

この様な封止エポキシ樹脂組成物をもちいて、この発明
に係る半導体装置を得るには、常法に準じて、トランス
ファー成型等の方法で半導体素子を封止して製造すれば
良い。

（作用） この発明において、予め硬化剤としてのフェノール樹脂
をマレイミド類によって変成させた封止用エポキシ樹脂
組成物を用いることによって、何故耐衝撃性、耐熱性の
優れた半導体装置が得られるのか必ずしも明確ではない
が、この発明者らの実験的知得に基づく推論に因れば次
の通りである。

（１）　　ビスマレイミドは、エポキシ基による網目構
造以外の網目構造を形成することにより封止材料全体の
強靭性を向上させる。

（２）　　ラウリルマレイミドは封止材料に屈曲性が付
与でき、低応力化が果たせる。

（３）　　フェニルマレイミドは撥水性を付与し、封止
材料の耐熱性を向上させる。

これらの効果及び複合効果により耐衝撃性、耐熱性の優
れた半導体装置が得られるものと考えられる。

尚、この発明で硬化剤としてのフェノール樹脂をマレイ
ミド類によって変成させるという現象は、化学的にはフ
ェノール樹脂にマレイミド類を溶解かつ固定化させる現
象をいい、この変性フェノール樹脂は物性的には粘度、
各溶剤への溶解性等が変化することである。

（実施例及び比較例） 以下この発明の実施例及び試験例を記載することにより
、この発明の効果をより一層明確なみのとする。

変成例１〜９ 下記第１表に示した組成で各成分を５００ｍ　ｌ丸底フ
ラスコに入れ、１７５°Ｃで６時間反応を行いフェノー
ル樹脂のマレイミドによる変成を行った。　　又、第２
表には出発物質及び変性生成物の２０ＸＮａＯＨ溶液に
対するそれぞれの溶解性を示す。

（以下余白） 第　　　１　　　表 注）上表中のフェノールノボラック樹脂はフェノール当
量１３０で軟化点８０℃のものを用いた。

第　　　２　　　表 ○・溶解；×−沈澱、　（但し、２５℃）一般に、マレ
イミド類はそれぞれ単独ではＮａＯＨ溶液には溶解しな
いが、第２表の如く変性することによりＮａＯＨ溶液に
溶解する。

又、各マレイミド類、フェノール樹脂、フェノール樹脂
の各マレイミド類による変性物をそれぞれＧＰＣ（溶媒
：テトラハイドロフラン）を用いて分子量分布を測定し
たところ、変性物はいずれも各単独物質よりも高分子量
側へピークがシフトしていた。

これらは、マレイミド類が単にフェノール樹脂に溶解し
ているのでは無く、化学的にフェノール樹脂に固定化さ
れていることに基づくものと考えられる。

実施例１〜９ 上記第１表で得られた９種のマレイミド変成フェノール
樹脂を用い、下記第３表の組成に従い１００℃、１０分
間ミキシングロール機で混線を行い、目的の封止エポキ
シ樹脂組成物を得た（実施例１〜９）。

次にこれらのエポキン樹脂組成物を用いて電食素子（２
Ｘ　３ｍｍ）をトランスファー成形（成形温度１７５℃
）して半導体装置を調製した。

これらの半導体装置を使用してプレッシャー釜による耐
湿信頼性テスＩ−（１２１℃、２気圧、以下ＰＣＴと略
記）および−５０’Ｃ〜１５０℃までの温度サイクルテ
スト（各３０分づつ浸漬を繰り返す、以下ＴＣＴと略記
）の実施と評価、硬化物の曲げ弾性率（ＪＩｓ　Ｋ６９
１１に基づ＜）、ガラス転移温度（Ｔｇ）の測定（熱機
械的分析機による低温から高温への線膨張係数の測定に
おいてその値の変化する温度）を行った。

比較例１．２ 第４表に示した組成で、１００℃、１０分間ミキシング
ロールで混練を行いエポキシ樹脂組底輪を得た。実施例
１〜９と同様にトランスファー成型を行い同様の測定評
価を行った。

以上の評価結果を第５表にまとめて示した。

（以下余白） 第　　　３　　　表 第　　　４　　　表 注）第４表におけるエポキシ樹脂は、エポキシ当量１９
０、軟化点８０℃のクレゾールノボラックエポキシ樹脂
を使用した。

第４表における末端カルボン酸ブタジェン−アクリロニ
トリル共重合体は、カルボキシル基当量１４００、ブタ
ジェン対アクリロニトリルの共重合比が７＝３のものを
使用した。

第４表におけるフェノール樹脂は、水酸基当量１３０、
軟化点８０℃のフェノール樹脂を使用した。

（以下余白） この発明に係る半導体装置は各実施例によるとＰＣＴ不
良率はＯでありＴＣＴ試験によるクラック発生はまった
く見られなかった。

（発明の効果） 以上の実施例及び本文で詳述した如く、この発明に係る
半導体装置は硬化剤としてビスマレイミド、フェニルマ
レイミド、ラウリルマレイミドのうち少なくとも一種を
使用して変性したフェノール樹脂が配合されてなる封止
用エポキシ樹脂組成物で半導体素子が封止されてなる半
導体装置であるから、封止エポキシ樹脂組成物の特徴で
ある成型時の作業容易性を確保しつつ超ＬＳＩ等の高密
度半導体装置に必要な特性である耐熱衝撃性・耐湿信頼
性の高い半導体装置が得られる効果を持つ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）エポキシ樹脂組成物中の硬化剤としてビスマレイ
   ミド、フェニルマレイミド、ラウリルマレイミドのうち
   少なくとも一種を使用して変性したフェノール樹脂が配
   合されてなる封止用エポキシ樹脂組成物で半導体素子が
   封止されてなる半導体装置。