JPS6370446A

JPS6370446A - 半導体装置

Info

Publication number: JPS6370446A
Application number: JP21446586A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Oizumi; 新一大泉; Kazuto Yamanaka; 山中　一人; Yoshinobu Nakamura; 吉伸中村; Hideto Suzuki; 秀人鈴木
Original assignee: Nitto Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1986-09-11
Filing date: 1986-09-11
Publication date: 1988-03-30

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、湿度に対して強く
、しかも中空パッケージのため機械的強度も高く信頼性
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。しかしながら、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９発熱量
の増大化が進む傾向にあり、これに伴って封止材料に対
してより以上の信頼性（低応力性、高耐湿性、高熱伝専
性等）の向上が要望されている。特に半導体素子の高集
積化、高電力化により、素子動作時に素子の温度が上昇
し、上記信頼性を低下させるため、封止樹脂の熱放散性
の改善が望まれている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のように、電子部品の集積度・実装密度の増大ない
しは高電圧パワートランジスタの普及によって半導体封
止樹脂には熱伝導率が高いことが要求されている。合成
樹脂は電気絶縁性に優れると同時に、熱絶縁性（熱伝導
率が低い）も高いため、樹脂そのものを本質的に改良し
て熱伝導率を向上させることは困難である。一般に、エ
ポキシ樹脂を用いた封止用樹脂組成物には、熱伝導率の
高い溶融ないし結晶性シリカ等の充填剤が配合されてお
り、熱放散性の改善が図られているが、先に述べたよう
に、このような充填剤が配合されているエポキシ樹脂組
成物を用いても、いまだ熱放散性については満足しうる
ちのではない。また、上記シリカを配合したエポキシ樹
脂組成物では、硬化収縮に基づく樹脂の内部応力を低減
する改善がなされていないため、硬化収縮時に、封止樹
脂にひび割れを生じたりするという難点があり、また、
上記シリカ系充填剤によって、成形時に金型摩耗等を生
じるという問題も有していた。

このような問題を解決するため、封止用エポキシ樹脂組
成物中に多量に含有されるシリカをポリジメチルシロキ
サン主体の被覆層で被覆し、この被覆シリカを充填剤と
して使用する技術を本発明者が開発しすでに特許出願し
ている（特願昭６１−６９５５９号）。上記の方法によ
れば、シリカとマトリックス樹脂との界面に存在する上
記ポリジメチルシロキサン主体の被覆層によって内部応
力の低減効果および金型摩耗低減効果を得ることができ
る。しかしながら、封止樹脂の熱放散性の向上に関して
は、いまだ充分ではなく、より一層の改善が望まれてい
る。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、封
止樹脂の熱放散性を一層高め、優れた信頼性を有する半
導体装置を提供することを目的とする。

〔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）エポキシ基およびポリアルキレングリコール鎖の
少なくとも一方を備えたポリジメチルシロキサン主体の被覆層によって粒子表面が被覆されているアルミナ粉末を含有している充填剤。

すなわち、この発明は、上記特殊なポリジメチルシロキ
サン主体の被覆層により、粒子表面が被覆されている特
殊なアルミナ粉末を充填剤（Ｃ成分）の一部または全部
として使用するものであり、それによって、封止樹脂の
硬化収縮に基づく内部応力の低減効果を実現すると同時
に、高熱放散性をも実現する。したがって、特に、半導
体装置の高集積化、高電力化に充分対応しうるようにな
る。

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、特殊なポ
リジメチルシロキサン主体の被覆層により粒子表面が被
覆されているアルミナ粉末を含む充填剤（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。ノボラック型
エポキシ樹脂としては、通常エポキシ当量１６０〜２５
０．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じては、エポキシ当ｆｆ
１１８０〜２１ｏ、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、タレゾールノボラッ
ク等が好適に用いられる。

これらのノボラック樹脂は、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クレゾールノボ
ラックを用いることが好結果をもたらす。上記Ａ成分と
してのエポキシ樹脂と、Ｂ成分としてのフェノール樹脂
の相互の使用割合は、エポキシ樹脂中のエポキシ基１当
景に対してフェノール樹脂中の水酸基が０．８〜１．２
当量になるように設定することが好ましい。

上記Ｃ成分は、エポキシ基およびポリアルキレングリコ
ール鎖の少なくとも一方を備えた特殊なポリジメチルシ
ロキサン主体の被覆層によって粒子表面が被覆されてい
るアルミナ粉末を含有する充填剤である。ここで主体と
は、被覆層の全体が主体となるポリジメチルシロキサン
で構成されている場合も含める趣旨である。このような
充填剤としては、上記ポリジメチルシロキサン主体の被
覆層によって被覆されたアルミナ粉末が２０重量％（以
下「％」と略す）以上含有されているものを用いること
が好ましい。特に、上記被覆アルミナ粉末とシリカ粉末
とが共存しているものを用いることが、最も優れた効果
をもたらす。上記被覆アルミナ粉末の含有量が２０％未
満になると、得られる半導体装置における封止樹脂の熱
放散性が低くなり、所望の信頼性が得られにくくなるか
らである。最も好ましいのは３０％以上の含有量である
。

上記アルミナ粉末の被覆に用いる、エポキシ基およびポ
リアルキレングリコール鎖の少なくとも一方を備えた特
殊なポリジメチルシロキサンとしては、Ｓｉ含有量が２
０〜４０％程度で、ゲルパーミェーションクロマトグラ
フィー（Ｇ　Ｐ　Ｃ）によって測定された数平均分子量
が３００００以下であることが望ましく、より望ましい
のは２００００以下であり、最も望ましいのは１５００
０以下である。上記数平均分子量の下限は１０００であ
り、２０００以上あれば充分である。また、その粘度は
、Ｂ型粘度計を用いて測定した場合、２５℃において５
０−１００００センチポイズ（以下ｒｃｐｓＪと略す）
であることが望ましく、より望ましいのは１００〜８０
００ｃｐｓであり、最も望ましいのは２００〜５０００
ｃｐｓである。

また、エポキシ基が導入された場合の上記ポリジメチル
シロキサンのエポキシ当量は２０００〜１８０００であ
ることが望ましく、ポリアルキレングリコール鎖が導入
された場合の上記ポリジメチルシロキサンのポリアルキ
レングリコール含有量は、分子全体の１５〜９０％であ
ることが望ましい。上記特殊なポリジメチルシロキサン
のうちでも前記一般式（１）で表されるポリジメチルシ
ロキサンを使用することが最も好ましい。このような特
殊なポリジメチルシロキサンは、その含有エポキシ基、
ポリアルキレングリコール鎖のいずれかもしくは双方に
よって、アルミナ粉末等に対する接着性が著しく向上し
ており、それによって、上記アルミナ粉末に対する被覆
を充分に行うことができる。特に、上記一般式（１）で
表されるポリジメチルシロキサンは、通常のポリジメチ
ルシロキサンの分子鎖両末端および側鎖のうちの少なく
とも側鎖に、エポキシ基またはポリアルキレングリコー
ル鎖が導入されており、それによってアルミナ粉末等に
対する接着性の一層の向上効果を備えている。上記導入
されるポリアルキレングリコール鎖は、２種以上のアル
キレングリコールのブロック共重合体からなるものでも
よい。例えば、プロピレングリコール−エチレングリコ
ール共重合体、プロピレングリコール−ブチレングリコ
ール共重合体、　フチレンゲリコール−エチレングリコ
ール共重合体があげられる。上記ポリジメチルシロキサ
ンによって被覆されるアルミナ粉末は、特に限定するも
のではないが、平均粒径が５〜８０μｍで１００μｍ以
上の大粒径粒子を含まないことが好ましい。また、上記
Ｃ成分の充填剤には、上記被覆アルミナ粉末以外にシリ
カ等のその他の充填剤を配合して使用することができる
。この場合、シリカ等を上記特殊なポリジメチルシロキ
サンで、アルミナ粉末と同様被覆してもよい。

上記特殊なポリジメチルシロキサンによるアルミナ粉末
等の被覆は、ポリジメチルシロキサンとアルミナ粉末等
とをトルエン等の有機溶媒を媒体として混合し、これを
濾過したのち、減圧乾燥することにより行うことができ
る。この際の被覆割合は、粒子の８０％以上になるよう
にすることが望ましい。この場合、上記ポリジメチルシ
ロキサンは、エポキシ基、ポリアルキレングリコール鎖
が導入されていて、それによってアルミナ粉末に対する
接着性が著しく向上しており、シランカップリング剤等
のバインダ成分を何ら用いることなくアルミナ粉末に接
着し、アルミナ表面を好適に被覆する。

このようにポリジメチルシロキサンに、エポキシ基、ポ
リアルキレングリコール鎖のいずれか一方もしくは双方
を導入すると、特にアルミナ粉末表面に対する接着性が
著しく向上するのであり、その結果、極めて広範囲のエ
ポキシ樹脂組成物に適用して応力低減効果、電気特性改
善効果を奏するポリジメチルシロキサン被覆アルミナ粉
末が容易に得られるようになる。

このような被覆アルミナ粉末の使用割合は、エポキシ樹
脂組成物全体中に５０〜８０％含有されるようにするこ
とが好ましい。

上記アルミナ粉末の表面を被覆している特殊なポリジメ
チルシロキサン主体の被覆層は、先に述べたように、ア
ルミナ粉末に好適に接着し、かつポリジメチルシロキサ
ン部分の作用により硬化後の段階において内部応力の緩
和作用を発揮するものであり、それによって信頼性の高
い半導体装置の実現をもたらす。すなわち、上記特殊な
ポリジメチルシロキサンに導入されたエポキシ基は、マ
トリックスのエポキシ基（エポキシ樹脂）あるいは水酸
基（フェノール樹脂）と反応しやすく、また、同じくポ
リジメチルシロキサンに導入されたポリアルキレングリ
コール鎖はその構造上シリカとの親和性が高いため、上
記ポリジメチルシロキサンはアルミナ粉末とマトリック
スのエポキシ樹脂との界面に強固に固定される。したが
って、上記エポキシ基およびポリアルキレングリコール
鎖の双方を備えたポリジメチルシロキサン主体の被覆層
においては、特にポリジメチルシロキサン部分が極めて
安定に存在し、かつ上記のように優れた応力緩和作用を
発揮する。

そして、上記被覆アルミナ粉末含有充填剤内蔵の封止樹
脂は、アルミナ粉末の高熱伝導性により極めて熱放散性
が高くなっており、素子動作時における素子の温度上昇
を熱放散によって防止し、信頼性を確保する。なお、こ
の発明に用いるエポキシ樹脂組成物には、必要に応じて
上記Ａ成分ないしＣ成分以外に硬化促進剤が用いられる
。

上記硬化促進剤としては、下記の三級アミン。

四級アンモニウム塩、イミダゾール類およびホウ素化合
物を好適な例としてあげることができ、これらを単独で
もしくは併せて用いることができる。

三級アミントリエタノールアミン、テトラメチルへキサンジアミン
、トリエチレンジアミン、ジメチルアニリン、ジメチル
アミノエタノール、ジエチルアミノエタノール、２，４
．６−トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール、Ｎ
Ｎ　＋−ジメチルピペラジン、ピリジン、ピコリン、１
．８−ジアザ−ビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７
、ベンジルジメチルアミン、２−（ジメチルアミノ）メ
チルフェノール四級アンモニウム塩ドデシルトリメチルアンモニウムクロライド、セチルト
リメチルアンモニウムクロライド、ベンジルジメチルテ
トラデシルアンモニウムクロライド、ステアリルトリメ
チルアンモニウムクロライドイミダゾール類２−メチルイミダゾール、２−ウンデシルイミダゾール
、２−エチルイミダゾール、１−ベンジル−２−メチル
イミダゾール、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミ
ダゾールホウ素化合物テトラフェニルボロン塩類、例λばトリエチレンアミン
テトラフェニルボレート、Ｎ−メチルモルホリンテトラ
フェニルボレートまた、必要に応じて、この発明のエポ
キシ樹脂組成物には、さらに、無機質充填材、三酸化ア
ンチモン、リン系化合物等の難燃剤や顔料、シランカッ
プリング剤等のカップリング剤を用いることができる。

さらに、上記アルミナ粉末に代えて、窒化ケイ素、窒化
アルミナ等の高熱伝導率の充填剤粉末を用い、これを上
記特殊なポリジメチルシロキサンで被覆し単独でもしく
はそれらを混合し、または被覆アルミナ粉末と併用して
もよい。

この発明に用いられ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、上記（Ａ）、　　（Ｂ）および（Ｃ）成分を
、また場合により顔料、カップリング剤等その他の添加
剤を適宜配合し、この混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溶融混合し、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、上記エポキシ樹
脂組成物からなる封止樹脂中に、エポキシマトリックス
界面に発生ずる内部応力の緩和作用を有する特殊なポリ
ジメチルシロキサン主体の被覆層で被覆された高熱伝導
率のアルミナ粉末を含有しているため、極めて低応力性
に優れ、しかも熱放散性に優れていて信頼性が著しく高
くなる。

〔発明の効果〕

この発明の半導体装置は、上記のような特殊な被覆アル
ミナ粉末を含有する特異なエポキシ樹脂組成物で樹脂封
止されており、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、極めて内部
応力が低くなっており、しかも熱放散性が高い。したが
って、耐湿性、耐熱性が高く、信頼度の極めて高いもの
となっている。特に、上記特異なエポキシ樹脂組成物に
よる封止により、８ピン以上、特に１６ピン以上、もし
くはチップの長辺が４　ｎ＋以上の大形の半導体装置に
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。

〔実施例１〜１０、比較例１〜４〕まず、第１表に示すａ〜ｈの８種類のポリジメチルシロ
キサンを用意するとともに、第２表に示すイ〜トの７種
類のエポキシ樹脂を阜備し、さらに、第３表に示す■〜
■の４種類のフェノール樹脂を用意した。

（以下余白）第　　　　２　　　　表つぎに、被覆アルミナ粉末、被覆シリカ粉末をつぎのよ
うにして製造した。すなわち、上記第１表に示すポリジ
メチルシロキサンの３０％トルエン溶液とＡ　Ｉ！２０
３　もしくはＳｉＯ□とを重量比２：１で混合し、両成
分を反応させたのち濾過した。ついで減圧乾燥して溶剤
を飛散させたのち、１５０℃で２時間加熱することによ
り、粒子表面が上記ポリジメチルシロキサンで被覆され
た被覆Ａ２□０゜、被覆ＳｉＯ□を得た。

つぎに、上記のようにして得られた被覆Ａ　Ａ　２０３
、被覆ＳｉＯ□を用い、これと上記第２表、第３表およ
びその他の原料を後記の第４表に示す割合で配合し、ミ
キシングロール機にかけて１００°Ｃで２０分間混練し
シート状組成物を得た。ついで得られたシート状組成物
を粉砕し目的とする粉末状エポキシ樹脂組成物を得た。

なお、比較例１，４は被覆アルミナ粉末に代えて被覆が
なされてない充填剤を用い、上記と同様にしてエポキシ
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、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、ピエゾ抵
抗による内部応力１曲げ弾性率１曲げ強度、−５０℃１
５分〜１５０℃１５分の２０００回の温度サイクルテス
ト（以下ｒＴＣＴテスト」と略す）、ＱＴＭ迅速熱伝導
率計（昭和電工社製）による熱伝導率、成形１０００シ
ヨツト後の金型表面等の測定を行った。その結果を下記
の第５表に示した。

（以下余白）第５表の結果から、実施例１〜１０品は、比較例１〜４
品に比べ内部応力が小さく、低応力性に優れているとと
もに成形１０ΩＯシヨツト後の金型表面の項で示される
ように、耐金型摩耗性にも優れており、しかも熱伝導率
が小さく熱放散性に優れ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）フェノール樹脂。（Ｃ）エポキシ基およびポリアルキレングリコール鎖の
少なくとも一方を備えたポリジメチルシロキサン主体の被覆層によつて粒子表面が被覆されているアルミナ粉末を含有している充填剤。
（２）上記被覆アルミナ粉末が、充填剤中に２０重量％
以上含有されている特許請求の範囲第１項記載の半導体
装置。
（３）充填剤中に、上記被覆アルミナ粉末とシリカ粉末
とが共存している特許請求の範囲第１項または第２項記
載の半導体装置。
（４）上記ポリジメチルシロキサンが、下記の一般式（
１）で表されるものである特許請求の範囲第１項ないし
第３項のいずれかに記載の半導体装置。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・・・・（１）〔上記の式において、Ａ＿１およびＡ＿３は、▲数式、
化学式、表等があります▼もしくは、 ▲数式、化学式、表等があります▼（ただし、Ｒは、Ｃ
Ｈ＿３、Ｈもしくは▲数式、化学式、表等があります▼であり
、ｎ、ｚは正の整数である）またはＣＨ＿３であり、相互に同じであつ
ても異なつていてもよい。また、Ａ＿２は▲数式、化学
式、表等があります▼もしくは ▲数式、化学式、表等があります▼（ただし、Ｒ、ｎ、
ｚは上記と同じ）である。ｘおよびｙは正の整数である。〕