JPS6315449A - 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、被覆樹脂にボイド（空隙）およびウェルド
ライン（筋）等が生じていない半導体装置に関するもの
である。

〔従来の技術〕

トランジスタ番号Ｔｏ−１２６，Ｔｏ−２２０、Ｔｏ−
３Ｐのようなパワートランジスタは、素子本体とともに
放熱板を備えているが、最近では、トランスファーモー
ルド成形に際し、上記放熱板の裏面までもエポキシ樹脂
組成物を用いて被覆するフルパック方式が採用されるよ
うになってきている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このようにフルバツク方式を採用（トランスファーモー
ルド）する場合には、パワートランジスタにおける放熱
板の裏面のモールド樹脂の厚みをできるだけ薄くするこ
とが放熱特性の向上の観点から好ましい。しかしながら
、このように薄くすると、放熱板の裏面のモールド樹脂
にボイドおよびウェルドラインが発生するという問題を
生じている。すなわら、上記パワートランジスタのフル
パック方式におけるトランスファーモールド成形は、第
２図に示すように、リードフレーム１付放熱板２を備え
たパワートランジスタ本体３をキャビティ４内に位置決
めし、ゲート５からモールド用エポキシ樹脂組成物６を
圧入し樹脂封止することが行われている。この場合、ゲ
ート５から圧入されるエポキシ樹脂組成物６は、放熱板
２の表面側（パワートランジスタ本体３の存在する側）
では空隙が広いため円滑に流れる。しかしながら、放熱
板２の裏面側では空隙が狭い（通常０．４〜０゜５１）
ため円滑に流れない。すなわち、放熱板２の表面側の樹
脂組成物６の流れと、裏面側の樹脂組成物６の流れの速
度が一致せず、放熱板２の裏面側の流れが遅くなるため
この部分に図示のように空気層７が残り、これがボイド
およびウェルドラインの原因となる。このようなボイド
およびウェルドラインが存在する半導体装置は性能およ
び外観の点でも問題があるため、不良品にランク付けさ
れる。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、被
覆樹脂にボイドやウェルドライン等のない半導体装置の
提供をその目的とする。

〔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、
無機質充填剤を含むエポキシ樹脂組成物によって半導体
素子を被覆モールドしてなる半導体装置であって、上記
無機質充填剤が、ワーデルの球形度で０．５〜１．０の
球形度を有する粒状の無機質充填剤を１０〜１００重景
％含むという構成をとる。

すなわち、本発明者らは、上記ボイドやウェルドライン
等の発生を防止するための一連の研究の過程で、無機質
充填剤の粒子形状によってトランスファーモールド成形
の際にエポキシ樹脂組成物の流れ性が変化することに着
目し、これを中心に研究を重ねた結果、無機質充填剤と
してワーデルの球形度で０．５〜１．０の球形度を有す
る粒状のものを使用し、これを無機質充填剤の１０〜１
００重量％（以下「％」と略す）使用すると、ボイドや
ウェルドライン等が生じなくなることを見いだしこの発
明に到達した。

この発明の半導体装置は、ワーデルの球形度で０．５〜
１．０の球形度を有する粒状の無機質充填剤を無機質充
填剤全体の１０〜１００％含むエポキシ樹脂組成物を用
いて得られる。

上記ワーデルの球形度で０．５〜１．０の球形度を有す
る粒状の無機質充填剤としては、上記球形度のシリカ粉
末、アルミナ粉末等があげられる。特に、パワートラン
ジスタのような放熱量の大きなものに使用するときには
、無定形シリカよりも放熱性の高い結晶性シリカ粉末を
使用することが好ましい。アルミナ粉末も放熱性に優れ
ているため好適に使用できる。

なお、上記ワーデルの球形度（化学工学便覧。

丸善株式会社発行参照）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、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。

上記ワーデルの球形度が０．５未満になる反無機質充填
剤が異形状（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、無機質充填剤はワーデル
の球形度で０．５〜１．０の球形度を有することが必要
である。そして、このようなワーデルの球形度で０．５
〜１．０の球形度を有する粒状の無機質充填剤を、無機
質充填剤全体の１０〜１００％使用することにより所期
の効果が得られるようになる。すなわち、上記の球形度
を有する粒状の無機質充填剤の使用量が１０％未満にな
るとエポキシ樹脂組成物のトランスファー成形時におけ
る流れ性の向上効果が充分ではなくなり、上記の効果が
得られなくなるからである。

上記のようなワーデルの球形度で０．５〜１．０の球形
度を有する粒状の無機質充填剤を上記の量だけ含有する
無機質充填剤は、エポキシ樹脂組成物の全体中に５０〜
８５％になるように配合することが好ましい。すなわち
、無機質充填剤全体の配合量が５０％未満になるとエポ
キシ樹脂組成物にチキソトロピー物性を付与しにくく、
したがって、成形作業性に支障を生じると同時に応力歪
みが大きくなり、封止樹脂に悪影響を生じるようになる
からである。逆に、上記無機質充填剤全体の配合量が８
５９４を超えると、トランスファーモールド成形等の成
形作業において、エポキシ樹脂組成物の未充填部分が生
じやはり問題を生じる傾向がみられるからである。この
ような上記球形度の粒状無機質充填剤を上記の量だけ含
有する無機質充填剤は、全てのものの粒径が１５０μｍ
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１５０
μｍを超えるとエポキシ樹脂組成物の未充填部分を生じ
、成形作業性に問題が生じると同時に不良品の発生率が
高くなる傾向がみられるからである。

上記のような無機質充填剤とともに使用されるエポキシ
樹脂は特に限定するものではなく、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使用される。これらの樹脂のなか
でも融点が室温を超えており、室温下では固定状もしく
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。フェノールノボラック型エポキシ樹脂として
は、通常エポキシ当ｆｆ１）６０〜２５０．軟化点５０
〜１３０℃のものが用いられ、ク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６０−１２０℃のものが一般に用いられる。

上記エポキシ樹脂の硬化剤としては、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、タレゾール
ノボラックが好適に用いられる。

これらノボラック樹脂は、軟化点が５０〜１）０℃、水
酸基当量が７０〜１５０のものを用いることが好ましい
。特に、上記ノボラック樹脂のなかでもフェノールノボ
ラックを用いることが好結果をもたらす。

なお、この発明で用いるエポキシ樹脂組成物には、上記
のエポキシ樹脂、硬化剤および上記無定形シリカ粉末に
加え、通常、内部離型剤、硬化促進剤およびその他の添
加剤が適宜配合される。

上記内部離型剤としては、ステアリン酸、バルミチン酸
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があげられる。

硬化促進剤としては、各種イミダゾール類や三級アミン
類、フェノール類、有機金属化合物あるいは三フッ化ホ
ウ素化合物があげられる。また、その他の添加剤として
、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−グリシドキシプロビルトリメトキ
シシラン等のシランカップリング剤からなる充填剤の表
面処理剤や、酸化アンチモン、ハロゲン化合物、リン化
合物等の難燃化剤、各種顔料等があげられる。

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、エポキシ樹脂硬化剤、無機質充填剤およびその他
の添加剤を適宜配合し混合する。このようにして得られ
た混合物をミキシングロール機等の混練機に掛け、加熱
状態で混練して溶融混合し、これを冷却したのち、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
連の工程を経由させることにより得ることができる。

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、例えばパワートランジスタ等の封止は第１図（ａ
）ないしくＣ）に示すようにして行うことができる。す
なわち、第１図（ａ）に示すように、キャビティ４内に
位置決めされた、リードフレーム１．放熱板２を備えた
パワートランジスタ本体３に対して、ゲート５からエポ
キシ樹脂組成物６を圧入する。この場合、上記エポキシ
樹脂組成物６は、前記球形度の無機質充填剤の作用によ
って流れ性が向上しており、放熱板２の表面側のみなら
ず裏面側についても円滑に流れる。

したがって、第１図（ｂ）に示すように、放熱板２の表
面側および裏面側ともほぼ同じ速度で樹脂組成物６が流
れ、その結果、第１図（ｃ）に示すように、放熱板２の
表面側の空間部分および裏面側の空間部分がほぼ同時に
樹脂組成物６によって充填されるようになる。したがっ
て、従来のように、樹脂組成物６の流れの不均一に起因
するボイドやウェルドライン等が生じなくなり、良好な
封止樹脂層を有する半導体装置が得られるようになる。

このようにして得られた半導体装置は、ボイドやウェル
ドライン等が生じていないため、性能的に難点がなく、
また外観も良好である。

なお、上記の説明では、半導体素子として、パワートラ
ンジスタ本体と放熱板とを備えた半導体素子をトランス
ファー成形する例を説明しているが、この発明はこれに
限定されるものではなく、パワートランジスタ以外の半
導体素子の樹脂封止に応用して良好な成績を奏すること
ができる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の半導体装置は、無機質充填剤
としてワーデルの球形度で０．５〜１．０の球形度を有
する粒状の無機質充填剤を無機質充填剤全体の１０〜１
００％含有するエポキシ樹脂組成物によって被覆モール
ドされているため、製造の過程において生じるボイドや
ウェルドライン等に起因する性能の低下や外観の劣化が
生じていす良好な特性を備えている。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

〔実施例１〕 クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２
１０．軟化点８０℃）１００重量部（以下「部」と略す
）、フェノールノボラック（軟化点７８℃）５０部、２
−メチルイミダゾール０．３部１球状のシリカ粉末（ワ
ーデルの球形度０．７゜平均粒径１６μｍ）３５０部、
シランカップリング剤（Ａ−１８６，日本ユニカー社製
）１．８部。

カルナバワックス６．０部およびカーボンブラック２．
０部を８０〜９０℃の熱ロールに掛けて混練し、冷却粉
砕してエポキシ樹脂組成物を得た。

他方、トランジスタ番号ＴＯ−１２６のパワートランジ
スタを準備し、これをトランスファーモールド成形の金
型内にセットしたのち、上記エポキシ樹脂組成物を、１
７５℃×３分、注入時間２０秒、注入圧カフ０に＋ｒ／
ｃｎｌの条件でトランスファー成形（フルパック方式）
して目的とする半導体装置を製造した。

〔実施例２〕 無機質充填剤として、球状のシリカ粉末（ワーデルの球
形度０．７．平均粒径１６μｍ）７００部使用した。そ
れ以外は実施例１と同様にして半導体装置を得た。

〔実施例３〕 無機質充填剤として、球状のシリカ粉末（ワーデルの球
形度０．７．平均粒径１６μｍ）を１５％含むシリカ粉
末を７００部使用した。それ以外は実施例１と同様にし
て半導体装置を得た。

〔比較例１〕 無機質充填剤として、球状のシリカ粉末に代えて、ワー
デルの球形度０．４．平均粒径１６μｍのシリカ粉末を
３５０部使用した。それ以外は実施例１と同様にして半
導体装置を得た。

〔比較例２〕 無機質充填剤の使用量を７００部に増量した。

それ以外は比較例１と同様にして半導体装置を得た。

〔比較例３〕 球状のシリカ粉末（ワーデルの球形度０．７．平均粒径
１６μｍ）を５％含むシリカ粉末（ワーデルの球形度０
．４．平均粒径１２μｍ）を７００部使用した。それ以
外は実施例１と同様にして半導体装置を得た。

以上の実施例および比較例で得られた半導体装置につい
て、放熱板裏面のボイドおよびウェルドラインの発生状
態を調べた。その結果を第１表に示した。

なお、第１表の数値は試験個数１００を選び、ボイド、
ウェルドラインの発生しているものを不良とし、この不
良発生数を測定した値である。

上記の表から明らかなように、ワーデルの球形度を０．
５〜１．０の球形度を有するシリカ粉末を所定量使用し
た実施例品では、放熱板裏面のボイド１　ウェルドライ
ンが皆無かもしくは穫めて少な（、したがって、良好な
性能を有する半導体装置が得られていることわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はこの発明にかかる半導
体装置の製造説明図、第２図は従来例の製造説明図であ
る。 １・・・リードフレーム　２・・・放熱板　３・・・パ
ワートランジスタ本体　４・・・キャビティ　５・・・
ゲート６・・・エポキシ樹脂組成物 特許出願人　日東電気工業株式会社 第１図 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）無機質充填剤を含むエポキシ樹脂組成物によつて
   半導体素子を被覆モールドしてなる半導体装置であつて
   、上記無機質充填剤が、ワーデルの球形度で０．５〜１
   ．０の球形度を有する粒状の無機質充填剤を１０〜１０
   ０重量％含むことを特徴とする半導体装置。
2. （２）半導体素子がパワートランジスタであり、無機質
   充填剤が結晶性シリカ粉末およびアルミナ粉末の少なく
   とも一方である特許請求の範囲第１項記載の半導体装置
   。