JPS63114244A

JPS63114244A - 半導体装置

Info

Publication number: JPS63114244A
Application number: JP26123586A
Authority: JP
Inventors: Fujio Kitamura; 北村　富士夫; Yoshio Yamaguchi; 美穂山口; Minoru Nakao; 稔中尾
Original assignee: Nitto Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1986-10-31
Filing date: 1986-10-31
Publication date: 1988-05-19

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、信頼性の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。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、
耐透湿性にも優れているため、温度、湿度に対して強（
、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、最近では上記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。

上記エポキシ樹脂組成物としては、特に、エポキシ樹脂
と、硬化剤としてのノボラック型フェノール樹脂と、硬
化促進剤および無機質充填剤としてのシリカ粉等の組成
系で構成されるものが、封止作業性（特にトランスファ
ー成形作業時の成形性）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、最近では、半導体分野の技術革新によっ
て集積度の向上とともに素子サイズの大形化、配線の微
細化が進み、これに伴って封止材料に対してより以上の
信頼性（得られる半導体装置の内部応力、耐湿信頼性、
耐衝撃信転性、耐熱信頼性等）の向上が要望されており
、上記のエポキシ樹脂組成物で半導体素子をモールドす
ると、従来殆ど問題にされていなかった樹脂の応力によ
り、樹脂クラックの発生や、パッシベーション膜および
素子自体にクラックを生じたり、アルミ配線にずれ等を
生じるということがわかってきた。

これは、素子自体の寸法が大きくなるほど顕著に現れる
。したがって、今日では、この対策として、素子等に加
わる応力の小さい樹脂（低応力樹脂）の開発が大きな課
題となっている。この目的達成の方法として、エポキシ
樹脂やフェノール樹脂自体を可撓化したり、可塑剤を添
加することが考えられる。しかし、このようにすること
は、フェノール樹脂を硬化剤とするエポキシ樹脂組成物
では硬化樹脂のガラス転移点が降下し高温電気特性が低
下するため信頼性の点で問題がある。また、合成ゴム等
を添加して素子に加わる応力を小さくし、低応力化を図
ることも考えられるが、合成ゴムを添加することによっ
て封止樹脂の、半導体素子およびリードフレームに対す
る密着性が低下し、耐湿性が悪（なり、信頼性が低下す
る。

このような問題を解決するため、本発明者らは、後記の
式（１）で表される特定のオルガノポリシロキサンを中
心に研究を重ねた結果１．上記のオルガノポリシロキサ
ンと、それ以外の特定のオルガノポリシロキサンおよび
特定のエポキシ樹脂との付加反応生成物をエポキシ樹脂
組成物に含有させると、その硬化により、内部応力が小
さく、しかも耐湿信頼性、耐衝撃信頼性に優れた封止樹
脂が得られるようになることを見いだしすでに特許出願
（特願昭６１−９９０２７号）している。しかし、上記
封止用樹脂組成物を改良してさらに低応力化を図るよう
にすれば一層優れた半導体装置が得られるようになる。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、封
止樹脂を一層低応力化し、それによって半導体装置の（
Ｓ頼性を一層向上させることをその目的とするものであ
る。

ｃ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）、（Ｂ）および（Ｃ）成分を含有している
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）下記の式（１）で表されるオルガノポリシロキサ
ンと下記の式（２）で表されるジグリシジル化合物との
付加反応生成物。

なお、この発明において、上記付加反応生成物とは全て
の原料が付加反応した状態のものに限るものではなく、
未反応原料を一部含有しているものも含む趣旨である。

すなわち、本発明者らは、封止樹脂となるエポキシ樹脂
組成物硬化体の低応力化を、高温電気特性や耐湿信頼性
等を撰なうことなく向上させるために、先に述べた出願
以降さらに研究を重ねた結果、上記の式（１）で表され
るオルガノポリシロキサンと上記の式（２）で表される
特定のジグリシジル化合物との付加反応生成物を使用す
ると、得られるエポキシ樹脂組成物硬化体が低応力性に
−ｉ優れ、しかもその他の特性が損なわれないことを見
いだ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、エポキシ樹脂
（Ａ成分）と、フェノール樹脂（Ｂ成分）と、前記の一
般式（１）で表される化合物および一般式（２）で表さ
れる化合物の付加反応生成物（Ｃ成分）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。

上記Ａ成分となるエポキシ樹脂は、特に制限するもので
はな（、クレゾールノボラック型、フェノールノボラッ
ク型やビスフェノールＡ型等、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があげ
られる。これらの樹脂のなかでも、融点が室温を超えて
おり、室温下では固形状もしくは高粘度の溶液状を呈す
るものを用いることが好結果をもたらす。また、ノボラ
ック型エポキシ樹脂としては、通常エポキシ当量１６０
〜２５０．軟化点５０〜１３０℃のものが用いられ、タ
レゾールノボラック型エポキシ樹脂としては、エポキシ
当量１８０〜２１０．軟化点６０〜１１０℃のものが一
般に用いられる。

上記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、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、０−
タレゾールノボラック、ｍ−タレゾールノボラック、ｐ
−クレゾールノボラック、０−エチルフェノールノボラ
ック、ｍ−エチルフェノールノボラック、ｐ−エチルフ
ェノールノボラック等が好適に用いられる。これらノボ
ラック樹脂は、軟化点が５０〜１１０℃、水酸基当量が
１００〜１５０のものを用いることが好ましい。

上記Ｃ成分の一構成成分である特定のオルガノポリシロ
キサンとしては、前記の一般式（１）で示されるポリシ
ロキサン骨格を有するオルガノポリシロキサンが用いら
れる。

上記式（１）で表される化合物のなかでも、２価の有機
基であるＲ、が炭素数２〜１０のアルキレン基やフェニ
レン基、あるいは炭素数７〜１５のアラルキレン基であ
る化合物を使用することが好適である。

このようなオルガノポリシロキサンは、分子量が５００
〜２００００のものを使用することが望ましく、なかで
も特に５００〜５０００程度のものを用いることが好結
果をもたらす。すなわち、分子量が５００未満では低応
力化効果が少なく、２００００を超えると、前記式（２
）で表されるジグリシジル化合物との反応性が悪くなる
という傾向が見られるからである。

上記Ｃ成分の他の構成成分である特°定のジグリシジル
化合物は、前記式（２）で表されるものである。

このジグリシジル化合物は、分子量が２００〜１０００
０のものが望ましく、なかでも特に３゜Ｏ〜５０００程
度のものを用いることが好適である。上記ジグリシジル
化合物の代表例としては、ポリエチレングリコールジグ
リシジルエーテル。

ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル等があ
げられる。

上記式（１）で表されるオルガノポリシロキサンと式（
２）で表されるジグリシジル化合物とを付加反応させる
際の両者の混合割合は、オルガノポリシロキサン中のカ
ルボキシル基（イ）とジグリシジル化合物中のエポキシ
基（ロ）の当量比（イ）／（ロ）が３／１〜１／３にな
るように設定することが好適である。すなわち、上記の
範囲外では、付加反応終了後に未反応のオルガノポリシ
ロキサンないしはジグリシジル化合物が多量に残存する
ことになり、それを用いて得られるエポキシ樹脂組酸物
硬化体の耐熱性が低下する傾向がみられるようになるか
らである。

なお、上記付加反応を促進するために、三級アミン系触
媒等を用いることもできる。上記三級アミン系触媒とし
ては、例えば、Ｎ、Ｎ’　　−ジメチルピペラジン、１
，４−ジアザ−ビシクロ（２゜２．２）オクタン（トリ
エチレンジアミン）、ピリジン、ピコリン、１．８−ジ
アザ−ビシクロ（５，４，Ｏ）ウンデセン−７、ベンジ
ルジメチルアミン、２−メチルイミダゾール等をあげる
ことができる。

上記Ｃ成分は、エポキシ樹脂組成物硬化体中での分散性
がよいため、従来のものに比べて硬化体が機械的強度の
ばらつきの小さいものとなり、かつ低応力のものとなる
。

また、この発明では、上記Ａ成分、Ｂ成分、Ｃ成分以外
に必要に応じて硬化促進剤、無機質充填剤、離型剤等を
用いることができる。硬化促進剤としては、フェノール
硬化エポキシ樹脂における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、三級アミン類、イミダ
ゾール類、リン化合物等をあげることができる。充填剤
としては、シリカ、アルミナ、炭酸カルシウム、石英ガ
ラス、珪石、タルク、クレー、酸化ジルコニウム、ケイ
酸ジルコニウム、酸化ベリリウム等の粉末を用いること
ができる。離型剤としては、従来公知のステアリン酸、
パルチミン酸等の長鎖カルボン酸、ステアリン酸亜鉛、
ステアリン酸カルシウム等の長鎖カルボン酸の金属塩、
カルナバワックス、モンタンワックス等のワックス類等
を用いることができる。さらに、カップリング剤、ｊｉ
燃剤、着色剤等の通常用いられる添加剤も添加すること
ができる。

この発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、上記原料を用
い、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、まず、エポキシ樹脂（Ａ成分）、ノボラック型
フェノール樹脂（Ｂ成分）、特定のオルガノポリシロキ
サンと特定のジグリシジル化合物の付加反応生成物（Ｃ
成分）および無８１質充填剤ならびにその他の添加剤を
適宜配合し、この配合物をミキシングロール機等の混練
機にかけて加熱状態で混練して半硬化状の樹脂組成物と
し、これを室温に冷却したのち公知の手段によって粉砕
し、必要に応じて打錠するという一連の工程により目的
とするエポキシ樹脂組成物を得ることができる。

このとき、上記Ｃ成分の配合量は、エポキシ樹脂１００
重量部（以下「部」と略す）に対して３〜４０部用いる
ことが、得られる樹脂硬化物の低応力性の点から好まし
く、また、上記無機質充填剤の配合量は、エポキシ樹脂
組成物全体に対して、３０〜９０重量％にすることが好
ましい。

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。

このようにして得られる半導体装置は、低応力性に優れ
、かつ高い信鯨度を示す。これは上記Ｃ成分中のオルガ
ノポリシロキサンから誘導される５ｉ−０−Ｓｉ結合部
分が、硬化樹脂の分子骨格中に導入されており、しかも
上記オルガノポリシロキサンとこれに付加反応するエポ
キシ樹脂の前記のような特質により、エポキシ樹脂組成
物硬化体からなる封止樹脂の機械的強度のばらつきが小
さくなるためと考えられる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の半導体装置は、特定のオルガ
ノポリシロキサンとジグリシジル化合物との付加反応生
成物（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、
内部応力が小さく、信頼度の極めて高いものである。特
に、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１６Ｎ
２以上、素子上のＡ１配線の幅が２μＩ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。

くＣ成分の調製〉まず、後記の第１表に示す特定のオルガノポリシロキサ
ンａ、ｂと第２表に示す特定のジグリシジル化合物ｃ、
ｄとを準備した。

つぎに、攪拌機、温度計およびリフラックスコンデンサ
ーを備えたフラスコ中に、後記の第３表に示す割合で上
記ａ−ｄと１．４−ジオキサン（溶媒）と２−メチルイ
ミダゾール（触媒）とを添加し、１２時間加熱還流攪拌
して反応させたのち、溶媒を留去し、６種類の付加反応
生成物６−ｙ　ｊを得た。

（以下余白）〔実施例１〜８〕このようにして得られた付加反応生成物（ｅ〜）と他の
原料とを第４表に従って配合し、ミキノングロール機（
ロール温度１００℃）で１０分」溶融混練を行い冷却固
化後粉、砕し、目的とする分束状のエポキシ樹脂組成物
を得た。

（以下余白）＊ｌ：ｌ：エポキシ１９０．軟化点８０℃＊２：フェノ
ール当量１３０．軟化点８０℃〔比較例〕後記の第５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１〜８と同様にして粉末状のエポキシ
樹脂組成物を得た。

＊：第４表と同じ以上の実施例および比較例によっ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ァー
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、曲げ弾性率、
−５０℃１５分〜１５０℃１５分の温度サイクルテスト
（以下ｒＴＣＴテスト」と略す）等の測定を行った。そ
の結果を後記の第６表に示した。なお、ガラス転移温度
（Ｔｇ）は、粘弾性性質のＴａｎδのピークの温度を示
した。

（以下余白）気−一エーー犬（以下余白）第６表の結果から、実施例品は封止樹脂の曲げ弾性率が
小さく　（軟らかく）で内部応力が小さく、しかも曲げ
強度が比較例に比べてそれほど低下していす、またガラ
ス転移温度の低下も殆どみられずＴＣＴテストの結果か
らも明らかなように高度な信頼性を備えていることがわ
かる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）下記の（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）成分を含有し
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）下記の式（１）で表されるオルガノポリシロキサ
ンと下記の式（２）で表されるジグリシジル化合物との
付加反応生成物。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（１） ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（２）〔上記式（１）、（２）において、Ｒ＿１は２価の有機
基、Ｒ＿２は炭素数３以下のアルキル基もしくはフェニ
ル基であり相互に同一であっても異なっていてもよい。Ｒ＿３は炭素数１２以下のアルキレン基を表す。ｎは５
〜２００の整数、ｌは０もしくは１であり、ｍは２以上
の整数である。〕