JP2574376B2

JP2574376B2 - 半導体装置

Info

Publication number: JP2574376B2
Application number: JP7562488A
Authority: JP
Inventors: 達志伊藤; 準一安達; 富士夫北村
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1988-03-28
Filing date: 1988-03-28
Publication date: 1997-01-22
Anticipated expiration: 2012-01-22
Also published as: JPH01246855A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、高温雰囲気中および低温雰囲気中におい
ても優れた信頼性を保持す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、一般にエポ
キシ樹脂組成物を用いて封止され半導体装置化されてい
る。上記エポキシ樹脂は、その電気特性，耐湿性，接着
性等が良好であることから、半導体装置の封止に用いら
れており良好な成績を収めている。しかしながら、近
年、自動車等の各種の屋外使用機器においても半導体装
置が大量に使用されることにしたがつて、今まで以上の
耐熱性，耐冷熱サイクル性、特に従来では問題にならな
かつた高温および低温双方での保存信頼性が、多くの半
導体装置に要求されるようになつてきた。例えば、自動
車搭載用IC等では、作動中の温度が125℃になることも
あり、作動中の発熱温度も考慮すれば150℃を超える場
合も予想される。また、寒冷地においては、−20℃程度
まで温度が低下することも稀ではない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような要求に対し、耐熱性という点においては、
従来から、エポキシ樹脂およびフエノール樹脂の架橋密
度を高めることによりエポキシ樹脂の難燃性を高めて耐
熱性の向上を図つている。しかしながら、この方法を用
いると、エポキシ樹脂の線膨張係数が大きくなり、その
結果、低応力性の特性を劣化させてしまう。これに対
し、低応力性を付与すれば高温での保存信頼性が低下す
るという相矛盾した問題が生じる。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、
高温雰囲気下での安定性と耐冷熱サイクル特性を同時に
満足する優れた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、下記の一般式（Ｉ）で表されるエポキシ樹脂および
下記の一般式（II）で表されるフエノール樹脂の少なく
とも一方を含有す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。

〔作用〕すなわち、本発明者らは、高温雰囲気下での保存安定
性および低温時での低応力性（線膨張係数の低下）を実
現するため、一連の研究を重ねた。その結果、上記一般
式（Ｉ）で表される特殊なエポキシ樹脂および上記一般
式（II）で表される特殊なフエノール樹脂の少なくとも
一方を用いると、得られるエポキシ樹脂組成物のガラス
転移温度が大幅に上昇すると同時に線膨張係数が低減す
る現象が観察された。したがつて、このエポキシ樹脂組
成物を用いると、高温時の安定性と低温時の低応力性を
同時に満足することを見出しこの発明に到達した。

この発明の半導体装置に用いるエポキシ樹脂組成物
は、前記一般式（Ｉ）で表される特殊なエポキシ樹脂
と、前記一般式（II）で表される特殊なフエノール樹脂
とを用いて得られるものであり、通常、粉末状もしくは
それを打錠したタブレット状になつている。

上記前記一般式（Ｉ）で表される特殊なエポキシ樹脂
は、一分子中に複数のグリシジルエーテルが含まれた構
造のもので、このような分子構造にすることにより、架
橋点が増え、架橋密度の高い構造物が得られるようにな
る。このようなエポキシ樹脂は、フエノールとレゾルシ
ン，カラコナールまたはハイドロキシンとをホルマリン
による重合を行い、さらにエピクロロヒドリンによるエ
ポキシ化により得られるものである。なお、上記特殊な
エポキシ樹脂のみでエポキシ樹脂主剤成分を構成しても
よいし、それ以外の通常用いられるエポキシ樹脂と併用
するようにしてもよい。通常用いられるエポキシ樹脂と
しては、クレゾールノボラツクフエノール型，フエノー
ルノボラツク型やビスフエノールＡ型等の各種のエポキ
シ樹脂があげられる。クレゾールノボラツクフエノール
型エポキシ樹脂としては、通常、エポキシ当量190〜22
0,軟化点50〜100℃のものが一般に用いられる。

上記前記一般式（II）で表される特殊なフエノール樹
脂は、一分子中に複数のフエノールが含まれた構造のも
のであり、このような分子構造によつて架橋点が増加
し、これによつて架橋密度の高い三次元構造体が得られ
るようになる。このようなフエノール樹脂は、フエノー
ルとレゾルシン，カラコナールまたはハイドロキシンと
をホルマリンによる重合を行うことにより得られるもの
である。上記特殊なフエノール樹脂は、それ自体でフエ
ノール樹脂硬化剤成分を構成してもよいし、通常用いら
れているその他のフエノール樹脂と併用しても差し支え
はない。その他のフエノール樹脂としては、フエノール
ノボラツク，クレゾールノボラツク等があげられる。こ
れらのノボラツク樹脂は、軟化点が50〜120℃，水酸基
当量が90〜120のものを用いることが望ましい。

そして、上記一般式（Ｉ）で表される特殊なエポキシ
樹脂および一般式（II）で表される特殊なフエノール樹
脂のフエノール部分に、tert−ブチル基，メチル基等の
アルキル基を付加したアルキル化フエノールノボラツ
ク、またはそのエポキシ化物を用いることもできる。

なお、上記一般式（Ｉ）および上記一般式（II）のＲ
の位置は、オルト位，メタ位，パラ位のいずれであつて
も効果としてかわらない。また、撥水性向上のためにベ
ンゼン環の部分のＨをCH₃,C₂H₅,C₃H₇等のアルキル基に置換したも
のを併用することも可能である。

上記のような一般式（Ｉ）で表されるエポキシ樹脂お
よび一般式（II）で表されるフエノール樹脂は片方また
は双方が、下記の一般式（III）で表されるオルガノシロキサンと反応しているものを用
いることが好ましい。このようなエポキシ樹脂あるいは
フエノール樹脂ないしは、双方の変性樹脂を用いること
によって、耐クラツク性，耐ヒートサイクル性が向上す
る。この場合、上記オルガノシロキサンの使用量は、エ
ポキシ樹脂組成物中の有機成分総量（エポキシ樹脂およ
びフエノール樹脂）に対して、オルガノシロキサンが２
〜25％になるよう設定することが好適であり、より好適
なのは５〜15％である。すなわち、上記オルガノシロキ
サンの含有量が２％を下回ると、充分な低応力効果がみ
られなくなり、逆に25％を上回ると、樹脂強度の低下現
象がみられるからである。

上記一般式（Ｉ）で表される特殊なエポキシ樹脂を含
むエポキシ樹脂と上記一般式（II）で表される特殊なフ
エノール樹脂を含むフエノール樹脂との相互の使用割合
は、エポキシ樹脂のエポキシ当量と、フエノール樹脂の
水酸基当量との関係から適宜に選択されるが、エポキシ
基に対するフエノール性水酸基の当量比が、0.9〜1.1の
範囲内になるように設定することが好ましい。すなわ
ち、当量比が上記範囲を外れると、エポキシ樹脂組成物
の硬化物が劣る傾向がみられるようになるからである。

この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物には、上記
成分以外にも、必要に応じて従来より用いられているそ
の他の添加剤が含有される。

上記その他の添加としては、例えば無機質充填剤，硬
化促進剤，離型剤，着色剤，シランカツプリング剤等が
あげられる。

上記無機質充填剤としては、特に制限するものではな
く、一般に用いられている石英ガラス粉末，タルク，シ
リカ粉末およびアルミナ粉末等があげられる。

上記硬化促進剤としては、トリエタノールアミン、テ
トラメチルヘキサンジアミン、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−（ジメチルアミノメチ
ル）フエノール、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）メチルフエノール等の三級アミン、ドデシルトリ
メチルアンモニウムアイオダイド，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ブチル
アンモニウムクロライド，ステアリルトリメチルアンモ
ニウムクロライド等の四級アンモニウム塩、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等のイミダ
ゾール類およびテトラフエニルボロン，テトラフエニル
ボレート,N−メチルホルモリンテトラフエニルボレート
等のホウ素化合物等があげられる。これらの化合物は単
独でもしくは併せて使用される。

上記離型剤としては、従来公知のステアリン酸，パル
チミン酸等の長鎖のカルボン酸，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
ルナバワツクス，モンタンワツクス等のワツクス類を用
いることができる。

この発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、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、上記の
原料ならびに上記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に混練機に掛け加熱状態で
溶融混合し、これを室温に冷却したのち公知の手段によ
り粉砕し、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。

なお、上記エポキシ樹脂組成物の製造において、前記
一般式（Ｉ）および前記一般式（II）で示される特殊な
エポキシ樹脂と特殊なフエノール樹脂は、その合計量
が、エポキシ樹脂組成物中の全有機成分に対して20％以
上になるように設定することが好適である。

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、特に制限するものではなく、通常のトランス
フア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、高温雰囲気下
での信頼性および耐冷熱サイクル特性に優れた安定性を
示している。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の半導体装置は、上記のよう
な特殊なエポキシ樹脂およびフエノール樹脂を含有する
特殊なエポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子が封止さ
れているため、高温雰囲気中における長時間安定性およ
び耐冷熱サイクル特性において優れた信頼性を有してい
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１〜７、比較例１〜４〕まず、実施例および比較例で使用した原料は下記の通
りである。

＜エポキシ樹脂＞Ａ−1:一般式（Ｉ）成分Ａ−2:一般式（Ｉ）成分Ａ−3:一般式（Ｉ）成分Ａ−4:クレゾールノボラツク型（ｎ＝５）Ａ−5:クレゾールノボラツク型（ｎ＝４）＜フエノール樹脂＞Ｂ−1:一般式（II）成分（R;H/OH＝9/1,n＝３）Ｂ−2:一般式（II）成分（R;H/OH＝6/4,n＝５）Ｂ−3:一般式（II）成分（R;H/OH＝8/2,n＝４）Ｂ−4:フエノールノボラツク（ｎ＝３）Ｂ−5:フエノールノボラツク（ｎ＝４）なお、ｎはGPCポリスチレン換算データの重量平均分
子量より計算した。

上記の原料を、後記の第１表に示す割合で配合した。
そして、上記樹脂原料以外に、無機質充填剤として溶融
性SiO₂を配合原料全体の70％、Sb₂O₃を全体の２％、カ
ーボンを全体の0.3％、カルナバワツクスを全体の0.5％
に設定し配合した。また硬化促進剤として２−メチルイ
ミダゾールを1phhの割合で配合した。そして、上記成分
原料をミキシングロール機で混練して冷却後粉砕し目的
とする粉末状のエポキシ樹脂組成物を得た。

つぎに、上記のようにして得られた粉末状エポキシ樹
脂組成物の硬化物のガラス転移温度（Tg）および線膨張
係数（α₁,α_２）を調べ後記の第２表に示した。なお、
線膨張係数はTMA（理学電機社製）にて測定した。ま
た、上記エポキシ樹脂組成物を用い、半導体素子を樹脂
封止して、半導体装置を組み立て、−65℃/5分〜150℃/
5分の300回の温度サイクルテスト（以下「TCTテスト」
と略す）を行い、その結果を第２表に併せて示した。

第２表の結果から、実施例品は比較例品に比べ線膨張
係数はあまり差はないがガラス転移温度が高く、またTC
Tテストの結果から低応力性に優れており、高温状態お
よび低温状態に放置したときの素子の信頼性が高いこと
がわかる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−130546（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−136860（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−202048（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】下記の一般式（Ｉ）で表されるエポキシ樹
脂および下記の一般式（II）で表されるフエノール樹脂
の少なくとも一方を含有す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。
【請求項２】上記一般式（Ｉ）で表されるエポキシ樹脂
および上記一般式（II）で表されるフエノール樹脂の少
なくとも一方が、下記の一般式（III）で表されるオルガノポリシロキサンと反応しているもの
である請求項（１）記載の半導体装置。