JPS63164451A - 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、低応力性に優れた封止樹脂を備え、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ツケージは耐湿性
、熱放散性が良好なため、信頼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〕

上記のような要望に応えて、低応力半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物としては、エポキシ樹脂。

ノボラック型フェノール樹脂硬化剤、離型剤および低応
力化剤としてのゴム成分等を配合したエポキシ樹脂組成
物が広く用いられている。しかしながら、このような低
応力エポキシ樹脂組成物を用い、トランスファー成形し
て得られる半導体装置は、上記樹脂封止形半導体装置に
要求される低応力性の要請を満たさず、満足すべき低応
力性を備えていない、また、上記のようなエポキシ樹脂
組成物を用いてトランスファー成形する場合において、
ゴム等の柔軟性のある低力化剤が、成形される半導体装
置の表面から脱離して金型汚れの原因になるという難点
も生じている。他方、本願発明における（Ａ）成分の合
成に用いると同様のジメチルシロキサンを用い、これと
ノボラック型エポキシ樹脂とをメチルエチルケトン（Ｍ
ＥＫ）中で、予め反応させて所謂シリコーンゲル粒子を
つ（す、これを低応力化剤止してエポキシ樹脂組成物中
に配合するという技術が、先行発明中に実施例として記
載されている（特開昭５８−２１４１７号公報）。とこ
ろが、このようにして得られる、シリコーンゲル粒子を
配合したエポキシ樹脂組成物においては、シリコーンゲ
ル粒子は粒子状でそれぞれ独立して遊離状態で存在して
いるため、トランスファー成形時において、やはりシリ
コーンゲルが脱離し、金型汚れを引き起こすという難点
を生じている。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、製
造の際に金型汚れ等を生じることなく、しかも低応力性
に優れていて、信頼性の高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、
エポキシ樹脂、フェノールノボラック樹脂および無機質
充填剤を必須成分とするエポキシ樹脂組成物であって、
下記の（Ａ）成分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という構成をとる。

（Ａ）エポキシ樹脂中に、末端にアミノプロピル基を有
する分子！！ｔ２０００〜２００００のジメチルシロキ
サン（Ｓｉ含有量２０〜２５重量％）を添加し反応させ
ることにより得られる、上記エポキシ樹脂からなる母相
中に上記ジメチルシロキサンが母相のエポキシ樹脂と化
学結合した状態で分散している反応生成物。

すなわち、本発明者は、上記先行発明（特開昭５８−２
１４１７号参照）を基礎に一連の研究を重ねた結果、先
行発明で用いたと同様のジメチルシロキサンをノボラッ
ク型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂中に添加配合して反
応させると、上記工゛ポキシ樹脂を母相とし、その母相
中でジメチルシロキサンが１〜１０μ蹟のシリコーンゲ
ル粒子をつくり、かつその生成シリコーンゲル粒子が、
母相となるエポキシ樹脂と化学結合した状態で分散して
いる所謂、海−島構造になることを突き止めた。そして
、このような海−島構造をもつ変性エポキシ樹脂を、エ
ポキシ樹脂組成物に用いるエポキシ樹脂の少なくとも一
部に代えて使用すると、金型汚れの発生が防止されるよ
うになり、しかも低応力性も実現されるようになること
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、上記変性エポ
キシ樹脂を（Ａ）成分として含有するものである。

上記（Ａ）成分は、例えば、ノボラック型エポキシ樹脂
と、末端にアミノプロピル基を有する分子１２０００〜
２００００のジメチルシロキサン（Ｓｉ含有ｉ２０〜２
５重景％）であって下記の−Ｃ式（１）で表されるもの
とを用いて得られる。

（ｎ＝１５〜１６０］ 上記のジメチルシロキサンと反応させるエポキシ樹脂は
、特に限定するものではないが、エポキシ当量１９０〜
２１０のノボラック型エポキシ樹脂、特にタレゾールノ
ボラック型エポキシ樹脂を用いると好結果が得られるよ
うになる。しかし、ビスフェノールノボラック型エポキ
シ樹脂等も使用可能である。である。そして、このよう
なエポキシ樹脂と上記ジメチルシロキサンとを反応させ
るに際し、ノボラック型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂
７５重量部（以下「部」と略す）と上記ジメチルシロキ
サン２５部とを予備反応させることにより、エポキシ樹
脂母相中に粒子径１〜１０μｍのシリコーンゴムの分散
した海−島構造をもつ変性エポキシ樹脂が得られるよう
になる。これについて、より詳しく説明すると、例えば
、１６０〜１８０℃に溶融した０−タレゾールノボラッ
ク型エポキシ樹脂に、上記ジメチルシロキサンを先に述
べた割合で添加し、２〜６時間ディスパー形の分散機等
を用いて分散混合し反応させることにより得ることがで
きる。上記母相となるエポキシ樹脂とジメチルシロキサ
ンの割合は、先に述べた割合に限定されるものではなく
、前者６０〜９０部に対して、後者は４０〜１０部の割
合になる範囲内であれば自由に選択することができる。

特に好適なのは、後者が２５〜１０部の割合である。

以上の範囲内であれば、エポキシ樹脂母相中にシリコー
ンゴムが分散した海−島構造をもつ変性エポキシ樹脂が
得られるようになる。

上記のようにして得られた（Ａ）成分の変性エポキシ樹
脂は、エポキシ樹脂組成物に通常用いられる変性されて
いないエポキシ樹脂の全部に代えて用いてもよいし、そ
の一部に代えて用いてもよい。一部に代えて用いるとき
には、その割合を８５〜７０重景％（以下「％」と略す
）程度にすることが好適である。この場合、変性エポキ
シ樹脂と変性されていないエポキシ樹脂とは、相互に同
種であってもよいし異種であってもよい。そして、この
ような変性エポキシ樹脂は、エポキシ樹脂組成物全体中
の１０〜１５％になるように設定することが低応力性等
の観点から好ましい。

なお、上記変性エポキシ樹脂と変性されていないエポキ
シ樹脂とを併用する場合において、変性されていないエ
ポキシ樹脂は特に限定するものではないが、エポキシ当
１）９０〜２１０のノボラック型エポキシ樹脂を用いる
ことが好ましい。

上記変性エポキシ樹脂、変性されていないエポキシ樹脂
の硬化剤としては、軟化点が７０℃以上のフェノールノ
ボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂が用いられる
。なお、上記フェノール樹脂硬化剤と、上記変性エポキ
シ樹脂を含むエポキシ樹脂全体との配合割合は、エポキ
シ当量／水酸基当量が０．９〜１．２の範囲内になるよ
うに設定することが好適である。この当量比が１に近い
程好結果が得られる。

また、この発明に用いるエポキシ樹脂組成物には、上記
の成分原料以外に無機質充填剤が用いられる。このよう
な無機質充填剤は、粒径１００μｍ以下の球状（長径ａ
、短径す、ｂ／ａ＝Ｑ、５〜１．０）のフィラーを用い
ることが好ましい。使用割合は、樹脂総量に対して重ｆ
ｆｉ基準で２．０〜２．５倍程度になるようにすること
が好ましい。上記の球状フィラーの材質は特に限定する
ものではないが、−Ｃに、球状のシリカ粉末が用いられ
る。このような粒径１００μｍ以下の球状フィラーを用
いることにより、低応力効果が増大すると同時に、無ａ
￥を充填剤に起因する半導体素子のパッシベーション膜
の損傷が防止されるようになる。

また、この発明に用いるエポキシ樹脂組成物には、任意
成分として有機窒素化合物を用いることができる。この
よう１な有機窒素化合物は、下記の一般式（２） で表されるものであり、このような有機窒素化合物をエ
ポキシ樹脂組成物全体の０．２１〜０．１６％の割合で
配合すると、これがエポキシ樹脂の硬化触媒としての作
用を発揮するようになり、耐水性の高い封止樹脂が得ら
れるようになる。

なお、この発明に用いるエポキシ樹脂組成物には、離型
剤としての長鎖脂肪酸の金属塩ワックスや着色剤等、通
常エポキシ樹脂組成物に用いられる添加剤が必要に応じ
て配合される。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
応じて打錠するということにより得ることができる。

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。

このようにしてトランスファー成形等のモールド成形を
行う場合、上記エポキシ樹脂組成物は、ジメチルシロキ
サンが母相のエポキシ樹脂と化学結合した状態になって
いるため脱離せず、したがって、金型汚れが生じない。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の半導体装置は、上記のような
樹脂封止に際して、金型汚れを招かず、しかも（Ａ）成
分の変性樹脂の作用によって、封止樹脂が優れた低応力
性を備えており、それによって高い信顧度を有している
。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、実施例について比較例と併せて詳しく説明する
。

〔実施例１〜３〕 まず、０−タレゾールノボラックエポキシ樹脂７５部を
１６０〜１８０℃に溶融し、これに分子１）００００程
度の前記一般式（１）で表されるジメチルポリシロキサ
ン（シリカ含有量２０〜２５％）をエポキシ樹脂７５部
に対し、ジメチルポリシロキサン２５部の割合になるよ
うに添加した、その状態で１６０〜１８０℃の温度にお
いて分散機を用い３時間攪拌混合し、反応生成物を冷却
したのち粉砕して変性樹脂をつくった。これを変性樹脂
ａとする。つぎに、この変性樹脂ａと、後記の第１表に
示す原料を同表に示す割合で配合し、８０℃に加熱した
ミキシングロール機に掛けて１０分間混練したのちシー
ト状に形成した。ついで、このシート状体を冷却粉砕し
エポキシ樹月、旨組成物粉末をつくった。

〔比較例１〕 先行発明（特開昭５８−２１４１７号）の実施例と同様
にしてシリコーンゲル粒子をつくり、これをエポキシ樹
脂組成物中に同様の割合で配合し変性樹脂すをつくった
。この変性樹脂すを変性樹脂ａに代えて用いた以外は、
前記実施例と同様にしてエポキシ樹脂組成物粉末をつく
った。

〔比較例２〕 変性樹脂ａに代えて、フェノールノボラックエポキシ樹
脂を用いた。それ以外は、前記実施例と同様にしてエポ
キシ樹脂組成物粉末をつくった。

（以下余白） 以上の実施例および比較例で得られたエポキシ樹脂組成
物粉末を用い、っぎのような試験を行い半導体装置の性
能を評価した。

（余白） 第一」Ｌ−表 （以下余白） 第一」し−表 パッケージクラック発生率の測定と同様な成形条件で４
２ｐｉｎＤＩＰパツケージをつくり、これを−８０℃と
２００℃の２分サイクルによる熱衝撃性テストを行い、
Ａ１スライド量（アルミ配線のスライド量）を測定した
。搭載したチップサイズは６．　ＯＸ　３．　ＯＸ　Ｏ
，４３ｔであり、ＡＩのスライド量は上記熱衝撃性テス
ト終了後、熱発煙硝酸でパッケージを解体し、電子顕微
鏡を用いてスライド量を測定することによって行った。

（以下余白） 第一」Ｌ−表 上記第２表〜第５表から明らかなように、上記実施例に
係る成形ｉ料で樹脂封止された半導体装置は、その封止
樹脂が、低熱応力性に優れているため、パッケージクラ
ック、ＡＩスライド量、パッシベーションクラック数が
少なく、しかもトランスファーモールド成形に対して、
金型汚れを生じないことがわかる。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）エポキシ樹脂、フェノールノボラック樹脂および
   無機質充填剤を必須成分とするエポキシ樹脂組成物であ
   つて、下記の（Ａ）成分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）エポキシ樹脂中に、末端にアミノプロピル基を有
   する分子量２０００〜２００００のジメチルシロキサン
   （Ｓｉ含有量２０〜２５重量％）を添加し反応させるこ
   とにより得られる、上記エポキシ樹脂からなる母相中に
   上記ジメチルシロキサンが母相のエポキシ樹脂と化学結
   合した状態で分散している反応生成物。
2. （２）（Ａ）成分が、上記ノボラック型エポキシ樹脂７
   ５重量部に対して上記末端アミノプロピル基含有ジメチ
   ルシロキサン２５重量部の割合で反応させた反応生成物
   である特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。
3. （３）（Ａ）成分が、エポキシ樹脂組成物中に１０〜１
   ５重量％含有され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. （４）無機質充填剤が、粒径１００μｍ以下の球状フィ
   ラー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。
5. （５）任意成分として、有機窒素化合物が含有されてい
   る特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載
   の半導体装置。