JPS62254453A - 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、内部応力が小さく耐湿信頼性および耐熱衝
撃性に優れた封止用樹脂組成物で封止された半導体装置
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存し機
械的強度も高く、気密封止のため耐湿性にも優れており
、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。

上記エポキシ樹脂組成物としては、特に、エポキシ樹脂
と、硬化剤としてのフェノール樹脂と、その他、硬化促
進剤、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応力
により、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硬化し高温電気特
性が低下するため信頼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。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、樹
脂封止に用いるエポキシ樹脂組成物として特殊な成分組
成のものを用いることにより超し３１等の封正に充分対
応でき、低応力性、耐熱性耐湿性に著しく優れた半導体
装置を提供することをその目的とするものである。

〔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）および（Ｂ）成分を含有し、さらに下記の
（Ｃ）および（Ｄ）成分の少なくとも一方を含有してい
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。

（Ｄ）下記の式（２）で表されるオルガノポリシロキサ
ンと下記の式（３）で表されるエポキシ樹脂との付加反
応生成物。

（以下余白） なお、この発明において、付加反応生成物とは全て付加
反応したものに限らず、未反応原料を一部に含有してい
るものも含む意味で用いている。

すなわち、本発明者らは、封止材料であるエポキシ樹脂
組成物硬化体の低応力性を、高温電気特性や耐湿信頼性
を損なうことなく向上させるために鋭意研究を重ねた結
果、特定のオルガノポリシロキサンもしくはこのオルガ
ノポリシロキサンと特定のエポキシ樹脂との付加反応生
成物を添加して得られるエポキシ樹脂組成物の硬化体が
、低応力性に優れ、かつ耐熱性、耐湿性においても高い
信頼度を示すことを見いだしこの発明に到達したのであ
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、ノボラック型フェノール樹脂（Ｂ成分）
とを用い、さらに２種類の特殊な化合物（Ｃ成分、Ｄ成
分）のいずれか一方もしくは双方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。

上記エポキシ樹脂組成物のＡ成分となるエポキシ樹脂は
、１分子中に２個以上のエポキシ基を有するエポキシ化
合物であれば特に制限するものではない。すなわち、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
のエポキシ樹脂が好適であり、クレゾールノボラック型
エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、
ビスフェノールへのジグリシジルエーテルやその多量体
であるエピビス型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エ
ポキシ樹脂、レゾルシン型エポキシ樹脂。

脂環式エポキシ樹脂、ヘテロ環式エポキシ樹脂等が好適
なエポキシ樹脂として使用可能である。

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、エポキシ樹脂としては前記の各種エポキシ樹脂の
うちノボラック型エポキシ樹脂が特に好ましく、このう
ち、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、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
〜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−ク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℃、フェノール当
量が７０〜１５０のものを用いることが好ましい。

上記Ｃ成分のオルガノポリシロキサンとしては、下記の
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カシでも、２価の有
機基であるＲＩが、非置換もしくは置換アルキレン基か
、非置換もしくは置換フェニレン基か、非置換もしくは
置換アラルキレン基であるものを使用することが好適で
ある。ここで、非置換アルキレン基とはアルキレン基が
全て炭素原子および水素原子で構成されているものをい
い、置換アルキレン基とは上記非置換アルキレン基の水
素原子を置換基で置換したものをいう。非置換フェニレ
ン基、置換フェニレン基、非置換アラルキレン基、置換
アラルキレン基についても同様である。具体的には、上
記２価の有機基Ｒ□が、炭素数２〜１０の非置換アルキ
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。

また、上記式（１）で表される化合物のうち、Ｒ２はい
ずれもメチル基であるものが好適である。

上記式（１）のオルガノポリシロキサンは、分子量が５
００〜２００００のものが望ましく、そのなかでも特に
、５００〜５０００程度のものが好適に用いられる。５
００未満では低応力性に効果が少なく２００００を超え
るとエポキシ樹脂との反応性が悪くなるためである。

また、この発明に用いられるＤ成分は、特定のオルガノ
ポリシロキサンと特定のエポキシ樹脂とを反応させて得
られる特殊な付加反応生成物であポリシロキサンとして
は、下記の一般式（２）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。すなわ
ち、このオルガノポリシロキサンは、前記Ｃ成分として
用いるオルガノポリシロキサンと同様のものである。

一方、上記り成分の他の構成成分である特定のエポキシ
樹脂としては、下記の一般式（３）なお、上記式（３）
において、繰返し単位数ｐを０〜１５個に限定するのは
、つぎの理由による。すなわち、繰返し単位数が１５個
より多いと、得られるエポキシ樹脂組成物硬化体におい
て耐熱性が悪（なるからである。上記繰返し単位数ｐは
０〜５個のものが特に好適である。このようなエポキシ
樹脂はしては、油化シェルエポキシ社製のエピコート８
２８．エピコートｔｏｏｔ、エピコート１００４等があ
げられる。

上記特定のオルガノポリシロキサンと特定のエポキシ樹
脂とを付加反応させる際のオルガノポリシロキサンとエ
ポキシ樹脂との混合割合は、オルガノポリシロキサン中
のカルボン酸当量（イ）とエポキシ樹脂中のエポキシ当
量（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、この範
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
サンあるいはエポキシ樹脂が多く残存することになり、
得られるエポキシ樹脂組成物硬化体の耐熱性が低下する
傾向がみられるからである。

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（５，４，０）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、Ｄ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機械的強度のば
らつきが少ないものとなり低応力性効果が発揮される。

そして、用いるオルガノポリシロキサン、エポキシ樹脂
の骨格が、いずれも耐熱性に優れているため、耐熱信頼
性も高いものとなる。したがって、後述するように得ら
れる半導体装置の耐湿信頼性、耐熱信頼性を確保するの
である。

これらＣ成分とＤ成分の付加反応生成物とは、単独で用
いてもよいし併せて用いてもよい。

また、この発明では、上記Ａ成分、Ｂ成分、Ｃ成分、Ｄ
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の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、２．４．６−トリ　
（ジメチルアミノメチル）フェノール、２−メチルイミ
ダゾール等の三級アミン類をあげることができる。充填
剤としては、シリカ粉、アルミナ、炭酸カルシウム、石
英ガ与ス粉、珪石粉、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
、カルバナワックス、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、難燃剤９着色剤等の通常用い
られる添加剤を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
いて、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
キサンあるいは特定のオルガノポリシロキサンとエポキ
シ樹脂の付加反応生成物（Ｃ成分、Ｄ成分の片方もしく
は双方）、無機質充填剤その他の添加剤とを適宜配合し
、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、Ｄ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硬化体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％となることが
好ましい。

なお、上記エポキシ樹脂組成物の製法においては、Ｃ成
分、Ｄ成分を他の原料と同時に配合しているが、Ｃ成分
、Ｄ成分を用いて予めエポキシ樹脂（Ａ成分）あるいは
ノボラック型フェノール樹脂（Ｂ成分）を変性させてか
ら他の原料と配合してもよい。

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、極めて低応力性
、耐熱性、耐湿性に優れている。これはＣ成分、Ｄ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
ノポリシロキサンあるいは特定のオルガノポリシロキサ
ンとエポキシ樹脂との付加反応生成物（Ｃ成分、Ｄ成分
の片方もしくは双方）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、　　″耐湿信頼性、耐熱信頼性が高く、しかも内
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１６ｍｍ
”以上、素子上のＡ１配線の幅が２μｍ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、実施例について説明する。

〈Ｃ成分の準備〉 まず、下記の第１表に示す特定のオルガノポリシロキサ
ンａ、ｂ、ｃを準備した。

くＤ成分の調製〉 まず、上記第１表に示す特定のオルガノポリシロキサン
と同様のオルガノポリシロキサンａ゛。

ｂ’、ｃ’（それぞれａ、ｂ、ｃに対応）と、下記の第
２表に示す特定のエポキシ樹脂ｄ、ｅとを準備した。

（以下余白） 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、下記の第３表に示す割合で上
記ａ”〜Ｃ°と１，４−ジオキサン（溶媒）と２−メチ
ルイミダゾール（触媒）とを入れ、１２時間加熱還流攪
拌して反応させたのち、溶媒を留去し、８種類の付加反
応生成物を得た。

（以下余白） 〈変性フェノール樹脂の調製〉 このようにして得られたＤ成分と、前記Ｃ成分とノボラ
ック型フェノール樹脂（Ａ成分）とを第４表に従って配
合し、１７５℃で１〜５時間攪拌して１２種類の変性フ
ェノール樹脂（■〜＠）を得た。

（以下余白） 〔実施例１〜１２） このようにして得られた変性フェノール樹脂（■〜＠）
と他の原料とを第５表に従って配合し、ミキシングロー
ル機（ロール温度１００’ｃｌ？１０分間溶融混練を行
い冷却固化後粉砕し、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〕 下記の第６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１〜１２と同様にして粉末状のエポキ
シ樹脂組成物を得た。

＊１　：第５表に同じ ＊２：第４表に同じ 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、
ガラス転移温度、電圧印加状態におけるプレッシャー釜
による１０００時間の信顛テスト（以下ｒＰＣＢＴテス
ト」と略す）および−５０℃／３０分〜１５０℃／３０
分の２００回の温度サイクルテスト（以下ｒＴＣＴテス
ト」と略す）の測定を行った。その結果を下記の第７表
に示した。なお、ガラス転移温度（Ｔｇ）は粘弾性性質
のＴａｎδのピークを示す温度を示した。

（以下余白） 第７表の結果から、実施例品は比較例品に比べて低応力
性に優れており、しかもＰＣＢＴテストあいはＴＣＴテ
ストの成績が優秀で、耐湿性、耐熱性にも優れているこ
とがわかる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）下記の（Ａ）および（Ｂ）成分を含有し、さらに
   下記の（Ｃ）および（Ｄ）成分の少なくとも一方を含有
   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。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（１） 〔上記式（１）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
   り相互に同一であつても異なつていてもよい。ｎは５〜
   ２００の整数である。〕（Ｄ）下記の式（２）で表され
   るオルガノポリシロキサンと下記の式（３）で表される
   エポ キシ樹脂との付加反応生成物。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（２） ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（３） 〔上記式（２）、（３）において、Ｒ＿３は２価の有機
   基、Ｒ＿４は炭素数３以下のアルキル基もしくはフエニ
   ル基であり相互に同一であつても異なつていてもよい。 Ｒ＿５は水素またはメチル基であり相互に同一であつて
   も異なつていてもよい。ｍは５〜２００の整数、ｐは０
   もしくは１〜１５の整数である。〕