JPS63160254A

JPS63160254A - 半導体装置

Info

Publication number: JPS63160254A
Application number: JP61313554A
Authority: JP
Inventors: Hideto Kimura; 英人木村; Kazuo Iko; 伊香　和夫; Yoshinobu Nakamura; 吉伸中村
Original assignee: Nitto Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1986-12-23
Filing date: 1986-12-23
Publication date: 1988-07-04

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、封止樹脂の熱放散性および低応力性により
信頼性が極めて向上している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、機械的
強度、耐湿性の点からセラミックスや樹脂を用いて封止
されている。このうちセラミックスパッケージは耐湿性
、熱放散性が良好なため、信軌性の極めて高い封止が可
能であり、それによって高度な信頼性を有する半導体装
置を得ることができる。しかしながら、セラミックス材
料が高価であり、また量産性に劣る欠点があるため最近
では樹脂による半導体素子の封止が主流を占めている。

それらの樹脂のなかでもエポキシ樹脂組成物が賞月され
ているが、ＤＲＡＭ、ＭＰＵに代表され。

る半導体素子の高集積化、大型化に伴い半導体装置の使
用時に発生する熱による障害および半導体素子に加えら
れる熱応力が大きくなってきていて、半導体素子のパッ
シベーション膜にクラックが発生したりアルミ配線が変
形したりする不良が発生し易い状態になっており、半導
体装置の信頼性という点で不安がある。このため、上記
封止樹脂の熱伝導性の向上ならびに熱応力の低減につい
て強い要請があり、そのような樹脂の開発が特に望まれ
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、これまで用いられてきたエポキシ樹脂組
成物では、組成物の５０体積％程度を占める充填剤とし
て、結晶性ないしは溶融シリカ粉末が用いられてきたが
、結晶性シリカでは熱応力性に劣り、一方溶融シリカで
は熱伝導性に劣るという欠点があった。また、封止樹脂
に低応力性を付与するため、エポキシ樹脂組成物中にゴ
ム状物質のドメインを分散させ、熱膨張係数や弾性率を
低下させ、低熱応力性を付与することが提案されている
が、成形直後の高温における硬度や強度の低下現象が生
じ、また、このエポキシ樹脂組成物についてもシリカ粉
末が用いられているため熱伝導性の改善と低応力性の双
方を満足させることができていないのが実情である。ま
た、高熱伝導性を付与するため、充填剤としてシリカ粉
末に代えてアルミナ粉末を使用する提案もなされている
が、アルミナ粉末は硬度が高いため成形用金型の摩耗が
激しく、またその使用によって封止樹脂の熱応力が高く
なるため実用化には問題がある。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、熱
伝導性と低応力性の双方に優れた封止樹脂による半導体
素子の封止により充分な信頼性を備えている半導体装置
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、
エポキシ樹脂、フェノールノボラック樹脂を主要成分と
するエポキシ樹脂組成物であって、下記の（Ａ）および
（Ｂ）成分の少なくとも一方と、（Ｃ）および（Ｄ）成
分とを含有するエポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子
が封止されているという構成をとる。

（Ａ）エポキシ基、水酸基、カルボキシル基。

アミノ基およびメルカプト基からなる群から選択された
少なくとも一種の官能基を分子鎖中に２個以上有するポ
リジメチルシロキサンと、エポキシ樹脂との反応生成物
。

（Ｂ）エポキシ基、水酸基、カルボキシル基。

アミノ基およびメルカプト基からなる群から選択された
少なくとも一種の官能基を分子鎖中に２個以上有するポ
リジメチルシロキサンと、フェノールノボラック樹脂と
の反応生成物。

（Ｃ）ワーデルの球形度で０．５〜１，０の球形度をも
つアルミナ粉末。

（Ｄ）無定形シリカ粉末。

すなわち、この発明は、封止樹脂の熱放散性を向上させ
るためにアルミナ粉末を使用し、かつ成形用金型摩耗の
観点からワーデルの球形度で０．５〜１．０の球形度を
もつものを使用している。そして、これと無定形シリカ
粉末とを併用することによりアルミナ粉未使用による熱
応力の増大を防止し、かつ封止樹脂の熱応力の低減の目
的で、上記特殊な官能基を分子鎖中に有するポリジメチ
ルシロキサンとエポキシ樹脂またはフェノールノボラッ
ク樹脂との反応生成物を単独でもしくは併せて用いてい
る。このため、熱伝導性および低応力、性の双方に優れ
た封止樹脂が得られるようになり、それによって充分な
信頼性を備えた半導体装置が得られるようになる。

この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物は、エポキシ
樹脂、フェノールノボラック樹脂を主要成分とするもの
であって、通常、粉末状もしくはそれを打錠したタブレ
ット状になっており、上記特殊なポリジメチルシロキサ
ンとエポキシ樹脂との反応生成物（Ａ成分）、上記特殊
なポリジメチルシロキサンとフェノールノボラック樹脂
との反応生成物（Ｂ成分）の少なくとも一方と、上記特
定のアルミナ粉末（Ｃ成分）と、無定形シリカ粉末（Ｄ
成分）とを用いて得られる。

上記エポキシ樹脂としては、特に制限するものではなく
、１分子中に２個以上のエポキシ基を有する化合物であ
ればよく、そのなかでもノボラック型エポキシ樹脂が好
ましい。特にエポキシ当量１７５〜２５０で軟化点が６
０〜１３０℃のクレゾールノボラック型エポキシ樹脂が
好適である。

また、フェノールノボラック樹脂は上記エポキシ樹脂の
硬化剤としての作用をするものであり、１分子中に２個
以上の水酸基を有するものが用いられ、なかでも軟化点
が６０〜１２０℃のフェノールノボラック型樹脂が好適
に用いられる。

このようなエポキシ樹脂とフェノールノボラック樹脂と
の相互の配合比は、上記エポキシ樹脂中のエポキシ基と
上記フェノール樹脂中の水酸基の当量比が０．８〜１．
２となるように設定することが好適である。この当量比
が１に近いほど好結果が得られる。

上記特殊なポリジメチルシロキサンとエポキシ樹脂どの
反応生成物（Ａ成分）は、変性エポキシ樹脂のことであ
り、必要に応じて上記通常のエポキシ樹脂の少なくとも
一部に代えて使用される。

変性エポキシ樹脂を通常のエポキシ樹脂の一部と置換し
両者を併用するときには、ポリジメチルシロキサン量が
樹脂成分の１０重量％（以下「％」と略す）以上になる
ように設定することが好ましい。これよりも置換量が下
回ると、低応力化効果が不充分になる。このように変性
エポキシ樹脂を用いることにより封止樹脂の低応力性が
確保されるようになる。

上記変性に用いるポリジメチルシロキサンは、エポキシ
基、水酸基、カルボキシル基、アミノ基およびメルカプ
ト基等の官能基の１種もしくは２種以上を、分子鎮中に
２個以上有するものである。このようなものは例えば東
しシリコーン社から商品名５Ｆ−８４１１として市販さ
れている。

なお、上記変性エポキシ樹脂（Ｃ成分）の合成に際して
、エポキシ樹脂７０〜８５重量部（以下「部」と略す）
に対してポリジメチルシロキサン３０〜１５部に設定し
て反応させることが行われる。好適なのはエポキシ樹脂
７５部に対してポリジメチルシロキサン２５部である。

ポリジメチルシロキサンの配合量が３０部を上回るとポ
リジメチルシロキサンの未反物が生じるようになり、逆
に１５部よりも下回ると変性の効果が小さくなるからで
ある。

また、上記特殊なポリジメチルシロキサンと通常のフェ
ノールノボラック樹脂との反応生成物（Ｂ成分）は、変
性フェノールノボラック樹脂のことであり、必要に応じ
て上記通常のフェノールノボラック樹脂の少なくとも一
部に代えて用いられる。変性フェノールノボラック樹脂
を通常のフェノールノボラック樹脂の一部と置換し両者
を併用するときには、ポリジメチルシロキサン量が樹脂
成分の１０％以上になるように設定することが好ましい
、これよりも置換量が下回ると、低応力化効果が不充分
になる。このように変性樹脂を用いることにより封止樹
脂の低応力性が確保されるようになる。変性に使用する
ポリジメチルシロキサンは上記Ａ成分に使用するものと
同様であり、上記変性に際してのフェノールノボラック
樹脂とポリジメチルシロキサンとの配合割合はフェノー
ルノボラック樹脂５５〜９０部に対してポリジメチルシ
ロキサンが１０〜４５部の割合になるように設定される
。好適なのはフェノールノボラック樹脂７５部に対して
ポリジメチルシロキサンが２５部の割合である。ポリジ
メチルシロキサンの配合割合が４５部を、上回るとこれ
が未反物として残存するようになり、逆に１０部よりも
下回ると変性の効果が小さくなるからである。　。

なお、上記変性エポキシ樹脂（Ａ成分）と変性フェノー
ルノボラック樹脂（Ｂ成分）とは必ずしも双方を使用す
る必要はなく、片方のみを使用しても充分な熱応力低減
効果が得られるようになる。ここで、通常のエポキシ樹
脂をＸ１１通常のフェノールノボラック樹脂をＹとする
と、これら通常の樹脂と上記変性樹脂（Ａ）、　　（Ｂ
）との組み合わせは、Ｘ＋Ｙ＋Ａ＋Ｂ、Ｘ＋Ｙ＋Ａ、Ｘ
＋Ｙ＋Ｂ、Ｘ＋Ｂ、Ａ十Ｙ、Ａ＋Ｂ、Ｘ＋Ａ＋Ｂ、Ｙ＋
Ａ＋Ｂとなる。

また、Ｃ成分のアルミナ粉末は熱伝導性に優れており、
それによって封止樹脂の熱放散性の向上作用を有するの
であるが、硬度が大であって成形用金型面の摩耗を早め
る。このため、ワーデルの球形度で０．５〜１．０の球
形度をもつものが使用される。特に好適なのはワーデル
の球形度で０．５〜１．０の球形度のものである。

ここで、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未満になると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。

この発明は、上記球形度のアルミナ粉末（Ｃ成分）を上
記変性樹脂とともに使用することをその特徴とするもの
であるが、低応力性を考慮して従来から使用されている
Ｄ成分の無定形シリカ粉末と併用する。この場合、両者
の使用割合は前者（Ｃ成分）士後者（Ｄ成分）のうち、
前者が３０〜９７体積％の割合になるように設定するこ
とが好ましい。もっとも好ましいのは３５〜９５体積％
である。そして、このようなＣ成分およびＤ成分の充填
剤は、エポキシ樹脂組成物の全体中に４５〜７０体積％
含有されるように設定することが好ましく、５５〜６５
体積％が特に好適である。上記充填剤の配合量が４５体
積％を下回ると熱応力が大きくなり、逆に７０体積％を
上回ると成形作業性の低下現象がみられるようになるか
らである。

なお、この発明に用いるエポキシ樹脂組成物には上記Ａ
ないしＤ成分以外に、従来から用いられている三酸化ア
ンチモン、ハロゲン化物、リン系化合物等の難燃剤や、
シランカップリング剤等の充填剤表面処理剤、カルナバ
ワックス、ステアリン酸等の離型剤、各種イミダゾール
類、三級アミン類、有機リン系化合物等の硬化促進剤を
必要に応じて適宜配合することができる。

この発明で用いるエポキシ樹脂組成物は、上記の原料を
用い従来公知の方法で製造できるものであり、例えば前
記原料をトライブレンドまたは溶融混合のいずれかの方
法で均一に分散混合して粉砕し、必要に応じて打錠する
ことにより得られる。

このようにして得られたエポキシ樹脂組成物を用いての
半導体素子の封止は通常の方法、例えばトランスファー
成形等の公知のモールド成形により行うことができ、そ
れによってこの発明の半導体装置が得られるようになる
。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の半導体装置は、上記変性エポ
キシ樹脂（Ａ成分）および変性フェノールノボラック樹
脂（Ｂ成分）の少なくとも一方と、ワーデルの球形度で
０．５〜１．０の球形度をもつアルミナ粉末（Ｃ成分）
および無定形シリカ粉末（Ｄ成分）を含有する特殊なエ
ポキシ樹脂組成物を用いて樹脂封止されており、封止樹
脂が熱応力性と低応ノ〕性の双方に優れているため、信
穎性が大幅に向上している。すなわち、この発明によれ
ば、半導体素子として高集積化、大型化されているもの
に対しても充分対応でき、半導体素子のパッシベーショ
ン膜に対するクラックやアルミ配線等の変形等の発生を
防止することができる。

つぎに、この発明を実施例にもとづいて詳しく説明する
。

〔実施例１〜６．比較例１〜５〕まず、変性エポキシ樹脂（Ａ成分）および変性フェノー
ルノボラック樹脂（Ｂ成分）をつぎのようにして製造し
た。

〔変性エポキシ樹脂の製造〕

第１表に示すタレゾールノボラックエポキシ樹脂１００
部を１７０〜１８０℃に加熱して溶融し、これを攪拌し
ながらアミン基を２個分子鎖中に含む分子ｆｆ１２００
０のポリジメチルシロキサン３０部を添加し３時間撹拌
混合してエポキシ樹脂とポリジメチルシロキサンとを反
応させ、反応生成物を冷却したのち粉砕して変性エポキ
シ樹脂を製造した。

〔変性フェノール樹脂の製造〕

フェノールノボラック樹脂１００部を１７０〜１８０℃
に加熱して溶融し、攪拌しながらエポキシ基を２個分子
鎖中に含む分子１ｔｓｏｏのポリジメチルシロキサンを
６０部添加混合し反応させ、変性フェノール樹脂をつく
った。

つぎに、上記のようにして得られた変性エポキシ樹脂、
変性フェノール樹脂および通常のエポキシ樹脂１適常の
フェノールノボラック樹脂ならびにその他の原料を後記
の第１表に示す割合で配合し１００℃の熱ロールに掛け
て５分間混練したのち冷却粉砕し、エポキシ樹脂組成物
を製造した。

（以下余白）上記のようにして得られたエポキシ樹脂組成物を用い、
試験用半導体素子を１７５℃×３分の条件でトランスフ
ァー成形し、さらに１７５℃×５時間のポストキュアを
行って半導体装置を製造した。

このようにして得られた半導体装置の低応力性をヒート
サイクル試験によって測定した。また上記エポキシ樹脂
組成物を用いて封止樹脂をつくり、この封止樹脂の熱伝
導率を測定し、またさらに半導体素子−外気間の熱抵抗
も測定した。その結果を第２表に示す。

（以下余白）〔ヒートサイクル試験〕半導体装置を一８０〜２００℃に昇温させ、ついで２０
０〜−１８０℃に温度降下させこれを１サイクルとし、
各５分間の強制ヒートサイクル試験を行い、所定サイク
ル数で半導体装置を取り出し発煙硝酸で封止樹脂を取り
除いて半導体素子表面のパッシベーション膜に生成した
クラック数を数えた。

〔熱伝導率〕

上記実施例および比較例で得られたエポキシ樹脂組成物
を用い、５０Ｘ３０Ｘ１０ｍｍの成形物（封止樹脂に相
当する）を作製し、熱線法により熱伝導率を測定した。

〔熱抵抗〕

４２７０イフレーム上に半導体素子をマウントし、１４
ｐｉｎＤＩＰを作製した際の半導体素子−外気間の熱抵
抗を測定した。

第２表の結果から、実施例１〜６の半導体装置は、熱応
力、熱放散性のバランスに優れており、信頼性の高いこ
とがわかる。これに対して、比較例１は熱放散性の点で
、また、比較例２〜４は熱応力性の点で、さらに比較例
５は熱放散性、熱応力性の双方の点で実施例より劣って
いる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）エポキシ樹脂、フェノールノボラック樹脂を主要
成分とするエポキシ樹脂組成物であつて、下記の（Ａ）
および（Ｂ）成分の少なくとも一方と、（Ｃ）および（
Ｄ）成分とを含有するエポキシ樹脂組成物を用いて半導
体素子が封止されてなることを特徴とする半導体装置。（Ａ）エポキシ基、水酸基、カルボキシル基、アミノ基
およびメルカプト基からなる群から選択された少なくと
も一種の官能基を分子鎖中に２個以上有するポリジメチ
ルシロキサンと、エポキシ樹脂との反応生成物。（Ｂ）エポキシ基、水酸基、カルボキシル基、アミノ基
およびメルカプト基からなる群から選択された少なくと
も一種の官能基を分子鎖中に２個以上有するポリジメチ
ルシロキサンと、フェノールノボラック樹脂との反応生
成物。（Ｃ）ワーデルの球形度で０．５〜１．０の球形度をも
つアルミナ粉末。（Ｄ）無定形シリカ粉末。