JPS63299149A

JPS63299149A - 半導体装置

Info

Publication number: JPS63299149A
Application number: JP13431687A
Authority: JP
Inventors: Fujio Kitamura; 北村　富士夫; Yoshio Yamaguchi; 美穂山口
Original assignee: Nitto Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1987-05-28
Filing date: 1987-05-28
Publication date: 1988-12-06

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、信幀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、湿度に対して強く
、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。このような
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・のシリカ粉末等の組成系
で構成されているものが、封止作業性（特にトランスフ
ァー成形作業時における成形性）等に優れているものと
して賞月されている。

〔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、
耐衝撃信頼性、耐熱信親性等）の向上が要望されており
、特に半導体封止用樹脂に対して、直接モールドしても
半導体素子に加わる応力が小さいという特性が強く要求
されている。半導体封止用樹脂としては、エポキシ樹脂
、ノボラック型フェノール樹脂、無機質充填剤を主成分
とし、さらに硬化促進剤１着色剤。

離型剤を含むエポキシ樹脂組成物が賞月されている。

しかしながら、この種の封止用樹脂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、
モールド後の収縮等によって生じる応力により、素子の
パッシベーション膜や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程顕著に現れる
。したがって、今日では、この対策として、素子に加わ
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
て樹脂組成物の、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、耐湿性が悪くなり信頼性が低下す
る。

°　　　　　　　　　。

上記のように、これまでの封止用樹脂は、半導体素子に
対する応力の点でいまひとつ満足しうるちのではなく、
上記技術革新による素子サイズの大形化等に対応できる
ように、より以上の特性向上が強く望まれている。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、封
止樹脂の低応力化を、耐湿信頼性を損なうことなく一層
向上させながら実現することをその目的とする。

〔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、
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）フェノール樹脂。

（Ｃ）シリカと、シランカップリング剤と、分子内に少
なくとも１個の第一級または第二級アミノ基を有するオ
ルガノポリシロキサンと、下記の一般式（１）または（
ｆｆ）で表されるエポキシ化合物とで構成されるシリコ
ーン変性シリカ。

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、耐湿信頬性を損なうことな
く向上させながら実現するために一連の研究を重ねた結
果、シリカと、シランカップリング剤と、特定のオルガ
ノポリシロキサン（シリコーン）と、上記の式（１）な
いしは（Ｉｔ）で表される特定のエポキシ化合物とを反
応させ、シリカの表面を上記シリコーン、エポキシ化合
物を中心とする被覆層で被覆してシリコーン変性シリカ
をつくり、これを使用すると、得られるエポキシ樹脂組
成物硬化体が低応力性に優れ、しかも、耐湿信頼性をも
向上するようになることを見いだし、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、上記のように
、エポキシ樹脂（Ａ）成分とフェノール樹脂（Ｂ）成分
と、さらに上記シリコーン変性シリカ（Ｃ）成分とを用
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
はなく、タ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、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Ｎ１８０〜２１０゜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共に用いられる、Ｂ成分のフェノー
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−タレゾールノ
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Ａ成分及びＢ成分と共に用いられるＣ成分は、シリ
コーン変性シリカであり、シリカとシランカップリング
剤と特定のオルガノポリシロキサンと前記一般式〔Ｉ〕
または〔ＩＩ〕で表されるエポキシ化合物とを用いて得
られる。

上記シリカとは、結晶質シリカ（結晶シリカ）、非晶質
シリカ（溶融シリカ）のことである、このようなシリカ
は、電解質不純物や異物が少ないものであることが好適
である。

また、シランカップリング剤とは、上記シリカと反応す
るための官能基（シラノール基、アルコキシ基等）およ
びオルガノポリシロキサンないしはエポキシ化合物と反
応するための官能基（エポキシ基、ビニル基、アミノ基
、メルカプト基等）を有するものである。

さらに、上記特定のオルガノポリシロキサンとは、分子
内に少なくとも一個の第−級又は第二級アミノ基を有す
るオルガノポリシロキサンのことであり、例えば、模式
的に下記の式（イ）で表されるような、分子鎖の両末端
が第一級アミノ基になっているものや、模式的に下記の
式（ロ）で表されるように、ペンダントとしてアミノ基
が含まれているものをあげるこのができる。

Ｈｔｓ　　　　　　　　　　　ＮＯ，・・・　　（イ）
これらのオルガノポリシロキサンは、分子量。

粘度等に関係なく、一般に使用されているものを広く使
用することができる。その−例として、下記の一般式（
ハ）で表されるものがあげられる。

ほかに、好適なものとして、ポリジメチルシロキサンオ
リゴマーのメチル基を部分的に下記の置換基で置換した
ペンダント型のものがあげられる。

〔ただし、ｘ／ｙ　＝３／１〜５００／１）また、上記
特定のオルガノポリシロキサンと共に使用されるエポキ
シ化合物は、前記の一般式〔■〕または（ｎ）で表され
るものである。一般式（１）で表されるエポキシ化合物
は、分子量２００〜１００００のものが望ましく、なか
でも２００〜５０００程度のものを用いることが好適で
ある。この特定のエポキシ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
。また、一般式（ｎ）で表されるエポキシ化合物は、分
子量１５０〜１００００のものが望ましく、なかでも１
５０〜５０００程度のものを用いることが好適である。

この特定のエポキシ化合物の代表例としては、ポリエチ
レングリコールグリシジルフェニルエーテル、ポリプロ
ピレングリコールグリシジルフェニルエーテル等があげ
られる。

この発明で用いるＣ成分のシリコーン変性シリカは、上
記の原料を使用し、つぎの二種類の方法によって製造す
ることができる。第一の方法は、上記シリカ、シランカ
ップリング剤、オルガノポリシロキサン、エポキシ化合
物の４成分を混合して加熱し反応させ、シリカ表面をシ
リコーン、エポキシ化合物を中心とする被覆層で被−覆
することにより製造するという方法である。第２の方法
は、シリカとシランカップリング剤をあらかじめ混合し
、これを加熱し、その状態でオルガノポリシロキサンと
エポキシ化合物とを添加し、さらに加熱混合した後、冷
却粉砕するということにより、シリコーン変性シリカを
製造するという方法である。性能的には後者の方法で得
られたシリコーン変性シリカが優れている。なお、上記
合成反応における加熱条件は、温度５０〜２００℃９時
間０゜１〜１２時間程度である。また、上記オルガノポ
リシロキサンと上記エポキシ化合物との相互の使用割合
は、エポキシ化合物中のエポキシ基−１個に対し、オル
ガノポリシロキサン中のアミノ基の水素原子の数が０．
１〜１０個となるように設定することが好ましい、そし
てエポキシ化合物とオルガノポリシロキサンの合計量が
、シリカに対して重量基準で１／１００〜２０／１００
の範囲内になるように設定することが好結果をもたらす
、すなわち、上記合計量が上記の範囲を外れると、充分
な低応力効果が得られないか、もしくは半導体装置の耐
湿信頼性、電気特性等が低下するという現象が見られる
ようになるからである。さらに、シランカップリング剤
の使用量は、シリカに対して０．１〜２．０重量％（以
下「％」と略す）程度になるように設定することが好ま
しく、好適なのは０゜２〜１．０％である。シランカッ
プリング剤の使用量が上記の範囲を外れると良好な特性
のシリコーン変性シリカが得られにく（なる。

このようにシリカを上記のような成分原料で変性させる
ことにより、シリカがシリコーン、エポキシ化合物を中
心とする被覆層で被覆され、シリカ自体がゴム弾性を有
するようになる。したがって、このような特性を備えた
シリコーン変性低応力シリカを充填剤として使用するこ
とにより、エポキシ樹脂組成物硬化体の低応力化を実現
すると同時に、優れた耐湿信頼性をも実現しうるように
なる。この場合、上記シリコーン変性シリカと、変性さ
れていない通常のシリカを併用しても差し支えはない、
このように併用するときには、上記変性シリカがシリカ
全体の５０％以上を占めるように設定することが効果の
点で好ましい。

なお、この発明に用いるエポキシ樹脂組成物には、上記
の原料以外に、必要に応じて硬化促進剤、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、３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。離型剤と
しては、従来公知のステアリン酸、パルミチン酸等の長
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、
モンタンワックス類等を用いることができる。さらに、
難燃剤１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、エポキシ樹脂（Ａ成分）、フェノール樹脂（Ｂ
成分）、シリコーン変性シリカ（Ｃ成分）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後、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
によりエポキシ樹脂組成物を製造することができる。

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
、しかも耐湿信頬性も高い。

〔発明の効果〕

この発明の半導体装置は、それ自体がゴム弾性を有する
特殊なシリコーン変性シリカを含有するエポキシ樹脂組
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のものとは異なる
ため、内部応力が小さく、しかも耐湿性が大幅に向上し
ており信頼度が極めて高くなっている。このような特殊
なエポキシ樹脂組成物を使用することによりチップの長
辺が４鰭以上の大型の半導体装置において上記のような
高信転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、この発明を実施例にもとづいて詳しく説明する
。

〔実施例１〜１２〕まず、下記のようにして、シリコーン変性シリカをつく
った。

〔シリコーン変性シリカの調製〕

溶融シリカ１００重量部（以下「部」と略す）に、エポ
キシシラン０．５部を噴霧添加混合した。

つぎにこれを１５０℃に加熱し、後記の第１表に示す、
（ａ）オルガノポリシロキサンをＸ部添加すると同時に
（ｂ）エポキシ化合物をＹ部添加し２時間加熱混合した
後冷却粉砕することにより、シリコーン変性シリカを調
製した。

（以下余白）つぎに上記のようにして得られたシリコーン変１性シリ
カと、他の原料を後記の第２表に示す割合で配合し、ミ
キシングロール機（ロール温度１００℃）で１０分間溶
融混練を行い、ついで冷却固化した後粉砕し、目的とす
る粉末状のエポキシ樹脂組成物を得た。

（以下余白）〔比較例１〜２〕後記の第３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、ついで冷却固化した後
粉砕し実施例と同様にして粉末状のエポキシ樹脂組成物
を得た。

（以下余白）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、トランスファー成形により試
験サンプルを作製し、得られた試験サンプルについて下
記の第４表のような試験を行った。その結果は第４表に
示すとおりであった。

（以下余白）第４表の結果より、実施別品は封止樹脂として低応力性
と共に耐湿信頼性にもすぐれており、したがって、これ
を用いた半導体装置においては、すぐれた信頼性を備え
るようになることがわかる。

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）フェノール樹脂。（Ｃ）シリカと、シランカップリング剤と、分子内に少
なくとも１個の第一級または第二級アミノ基を有するオ
ルガノポリシロキサンと、下記の一般式〔 I 〕または
〔II〕で表されるエポキシ化合物とで構成されるシリコ
ーン変性シリカ。 ▲数式、化学式、表等があります▼…〔 I 〕 ▲数式、化学式、表等があります▼……〔II〕［式〔 I 〕、〔II〕において、Ｒ＿１、Ｒ＿３は炭素
数１２以下のアルキレン基、Ｒ＿２はアルキル基または
アリール基、ｌは０もしくは１であり、ｍ、ｎは２以上
の整数である。］