JP2593843B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はIC、LSIなどのいわゆる半導体装置に関し、
その目的はエポキシ樹脂組成物を用いてトランスファー
成型法で半導体素子を封止して半導体装置を製造する際
に半導体装置のパシベーション層にクラック等が入りそ
の結果半導体装置の不良品が発生しやすかった欠点を解
消することができる半導体装置の提供にある。

［従来技術］ （発明の背景） 従来、一般にIC、LSIなどの半導体装置は、トランス
ファー成型等の手法で樹脂封止して製造されるものであ
るが、このトランファー成型で半導体装置を製造する際
無機材料からなる素子と封止材料との熱膨張係数の差が
大きいため、成形時もしくは成形後の急激な温度変化を
受けると樹脂封止内部にひずみを生じて、半導体素子の
パッシベーション層にクラックが入るという問題があっ
た。

このように半導体素子のパッシベーション層にクラッ
クが入った半導体装置は、耐湿性に劣るため電気的諸特
性が劣化し信頼性の低い不良品となった。

特に封止用樹脂材料としてエポキシ樹脂組成物を使用
する場合には通常150〜185℃の高温で成形を行うため、
成形後常温まで冷却される間に半導体素子に比べて熱膨
張係数の大きい封止用樹脂が相対的に熱収縮し、その結
果、この様な封止用樹脂で封止された半導体素子（特に
この半導体素子を保護するパッシベーション層にクラッ
ク等の損傷を与え延いては半導体素子）に損傷を与え半
導体装置の不良品の発生の原因となっていた。

（従来の技術） 従来、上記欠点を解消する為に即ち封止用エポキシ樹
脂組成物の熱膨張係数を低下させる目的で、更にこの目
的に加え一般の成形材料樹脂と同様に価格低減の目的や
材料樹脂にチキソトロピー性を付与して成形作業を向上
させる目的で、適宜の無機質充填剤を含有させた封止用
エポキシ樹脂組成物が半導体装置の封止に用いられてい
る。

この様な目的で用いる封止用エポキシ樹脂組成物に配
合する無機充填剤としては、半導体装置の封止作業時に
おける優れた成形作業性を付与できしかも無機充填剤中
に半導体素子に対して悪影響を与える不純物が少ないと
いう少なくとも二つの条件を充たすことが必要である。

従来から、この条件に合致するものとして無定形シリ
カ粉末が代表的なものとして存在し、通常この粉末が封
止用エポキシ樹脂組成物に配合する無機充填剤として汎
用されている。

（従来技術の欠点） ところが、成るほど封止用エポキシ樹脂組成物中に無
定形シリカ粉末等の無機質充填剤を添加すると封止用エ
ポキシ樹脂組成物の熱膨張係数がその添加量に比例して
小さくなる効果が得られる、反面無定形シリカ粉末の配
合量が非常に多くなると無定形シリカ粉末本来の特徴で
ある良好な成形作業性を損ねることとなるとともに封止
用エポキシ樹脂組成物の弾性率が高くなるという問題が
あった。

この問題は封止用エポキシ樹脂組成物の弾性率が高く
なると、応力ひずみは熱膨張係数と弾性率との積に比例
するものであるため、無定形シリカ粉末の添加量を多く
して封止用エポキシ樹脂組成物熱膨張係数を小さくでき
たとしても結果的には応力ひずみの低下につながらない
原因となるものであった。

実際、無定形シリカ粉末が多量に配合されている封止
用エポキシ樹脂組成物で封止された半導体装置には、結
局パッシベーション層にクラック等が入りやすく不良品
となり易いという欠点が存在した。

（発明が解決しようとする問題点） この発明者らは、前記従来の事情に照らし無定形シリ
カ粉末を添加することにより封止用エポキシ樹脂組成物
の熱膨張係数を低下させ半導体素子との間の熱膨張係数
の差を小さくするとともに無定形シリカ粉末の配合量を
増大させても良好な成形作業性を損ねることなく且つ弾
性率が高くならない封止用エポキシ樹脂組成物について
鋭意研究した結果この発明に到達したものである。

（解決手段） 即ちこの発明はエポキシ樹脂と１分子中に２個以上の
水酸基を有するフェノールノボラック系硬化剤とワーデ
ルの球形度で0.5〜1.0の球形度を持つ無定形シリカ粉末
を含む封止用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を提供する
ことにより、エポキシ樹脂組成物を用いてトランスファ
ー成型法で半導体素子を封止して半導体装置を製造して
も半導体装置のパッシベーション層にクラック等が入り
その結果半導体装置の不良品が発生しやすかった欠点を
解消することができる半導体装置を提供せんとするにあ
る。

（発明の構成） この発明において使用されるエポキシ樹脂としては、
一分子中に２個以上のエポキシ基を有する化合物であっ
てエピクロルヒドリンとビスフェノールＡや各種ノボラ
ック類とから合成される樹脂であればすべてよく、例え
ば脂環式のエポキシ樹脂あるいは難燃機能を付与するた
めに臭素や塩素のようなハロゲン原子を導入したエポキ
シ樹脂などをも例示することができる。

この様なエポキシ樹脂のうちこの発明においては、エ
ポキシ当量175〜250で軟化点60〜130℃のエポキシ樹脂
が特に好適に使用できる。

またエポキシ樹脂の形態としてはフェノールノボラッ
クエポキシ樹脂やクレゾールノボラックエポキシ樹脂の
如きノボラック型エポキシ樹脂が好適である。

この発明において使用するこの様なエポキシ樹脂の硬
化剤としては、フェノールノボラックやクレゾールノボ
ラックなどの１分子中に２個以上（通常の上限値は15程
度）の水酸基を有するフェノールノボラック系硬化剤が
用いられる。

この発明においてエポキシ樹脂の硬化剤としてフェノ
ールノボラックやクレゾールノボラックなどの１分子中
に２個以上の水酸基を有するフェノールノボラック系硬
化剤に限定する理由は、エポキシ樹脂の硬化剤としてし
られている他のアミン系硬化剤や酸無水物系硬化剤で
は、例えば上記アミン系硬化剤は毒性やライフが短くな
るなどの一般的な欠点があり、また酸無水物系硬化剤は
成形性に問題が生じやすく封止材料としての実用性にや
や欠けるきらいがありいずれも好ましくないからであ
る。

この様な１分子中に２個以上の水酸基を有するフェノ
ールノボラック系硬化剤のうちこの発明においては、軟
化点60〜120℃のフェノールノボラック系硬化剤が特に
好適に使用できる。

この発明において使用するワーデルの球形度で0.5〜
1.0の球形度を持つ無定形シリカとは、熔融固化したイ
ンゴット状の無定形シリカを機械粉砕し、得られた機械
粉砕物のうちワーデルの球形度で0.5〜1.0このましくは
0.7〜1.0の球形度を持つ球形の無定形シリカのことをい
う。

ここでワーデルの球形度（化学工学便覧、丸善株式会
社発行参照）とは、粒子の球形度を、（粒子の投影面積
に等しい円の直径）／（粒子の投影像に外接する最小円
の直径）で測る指数で、この指数が1.0に近い程真球体
に近い粒子であることを意味する。

この発明において使用する無定形シリカの形状をワー
デルの球形度に限定する理由は、球形度が0.5未満の場
合は無定形シリカ粉末が異形状で鋭利な突片を持つこと
が多く望ましくないからである。

従って、この発明においては球形度が0.7以上無定形
シリカを使用するのがより望ましい。

この発明において、球形度が0.5以下の異形状で鋭利
な突片を持つ無定形シリカ粉末が好ましく無い理由は、
この鋭利な突片を持つ無定形シリカ粉末が封止用エポキ
シ樹脂組成物に配合されるとこの様な封止用エポキシ樹
脂組成物で封止された半導体装置は、封止用エポキシ樹
脂組成物の熱収縮時等に半導体素子を保護するパッシベ
ーション層が無定形シリカ粉末の鋭利な突片で損傷さ
れ、この現象が無定形シリカ粉末を配合して熱膨張係数
を小さくした封止樹脂を使用して半導体装置を製造した
場合であってもパッシベーション層が損傷される原因で
あるというこの発明者らの実験的知得に基づくものであ
る。

この発明においてこの様な球形度を持つ無定形シリカ
粉末を全組成分中50〜85重量％の範囲に抑えて配合する
のが好ましいが、その理由は無定形シリカ粉末の配合量
が50重量％に満たないときは封止用エポキシ樹脂組成物
にチキソトロピー物性を付与しにくく従って作業性を支
障をきたすとともに価格低減にも問題がありさらに応力
ひずみの低下効果も不充分となるから好ましく無いから
である。

一方、無定形シリカ粉末の配合量が85重量％を越える
割合で配合すると、成形作業性にやはり問題が生じ被膜
形性能も低下し、結局何れの場合も好ましく無いからで
ある。

尚、この発明において使用する前記の如き球形度を持
つ無定形シリカ粉末の粒径としては、粒径が149μ以下
のものが望ましく、より好ましくは平均粒径16μ程度と
するのが良い。

この理由は、粒径が149μより大きくなると封止エポ
キシ樹脂組成物をもちいて半導体装置を封止する成形時
の充填性が損なわれるからである。

この発明に係る半導体装置で使用する封止エポキシ樹
脂組成物は、上述のエポキシ樹脂、硬化剤および無定形
シリカ粉末に加え、通常公知の内部離型剤および硬化促
進剤を配合させることができる。

内部離型剤としてはステアリン酸、バルミチン酸など
の長鎖カルボン酸、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カ
ルシウムなどの長鎖カルボン酸の金属塩、カルナバワッ
クス、モンタンワックスなどのワックス類が挙げられ
る。

又、この発明においては硬化促進剤として前記硬化剤
とともに各種イミダゾール類や三級アミン類、フェノー
ル類、有機金属化合物或いは三弗化ホウ素化合物のよう
な触媒的硬化剤等を併用しても良い。

この発明においては他の添加剤として、β−（３・４
−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラ
ン、ｒ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランなど
のシランカップリング剤のような充填剤の表面処理剤、
酸化アンチモン、ハロゲン化物、リン化物などの難燃化
剤、各種顔料など従来公知の添加剤を配合してもよい。

この発明に係る半導体装置で使用する上記組成物から
なる封止エポキシ樹脂組成物を調製するには、常法に準
じて行えばよく、前記の各成分をドライブレンド法およ
び溶融混合法のいずれかの方法で調製すれば良い。

この様な封止エポキシ樹脂組成物を使用してこの発明
に係る半導体装置を得るには、トランスファー成形等の
公知方法で半導体素子を封止して調製すれば良い。

（実施例及び試験例） 次にこの発明の実施例及び比較例を記載することによ
り、この発明の効果をより一層具体的に説明する。なお
以下において部及び％とあるは、それぞれ、重量部およ
び重量％を意味する。

実施例１ クレゾールノボラックエポキシ樹脂（エポキシ当量21
0、軟化点80℃）100部、フェノールノボラック（軟化点
78℃）50部、コーメチルイミダゾール0.7部、球状の無
定形シリカ粉末（ワーデルの球形度0.7平均粒径16μ）3
50部、シランカップリング剤Ａ−186（日本ユニカー社
製商品名）1.8部、カルナバワックス6.0部、カーボンブ
ラック2.0部を80〜90℃熱ロールにより混練し、冷却粉
砕してこの発明に係る半導体装置で使用するエポキシ樹
脂組成物を得た。

実施例２ 実施例１に於いて、上記球状の無定形シリカ粉末を42
0部使用した以外は、実施例１と全く同様とした。

比較例１ 実施例１の球状の無定形シリカ粉末の代わりに、無定
形シリカ粉末（ワーデルの球形度0.4 平均粒径12μ）3
50部用いた以外は実施例１と全く同様にしてエポキシ樹
脂組成物を得た。

比較例２ 比較例１において無定形シリカ粉末（ワーデルの球形度
0.4平均粒径12μ）420部用いた以外は実施例１と全く同
様にしてエポキシ樹脂組成物を得た。

比較例３ 実施例１の球状の無定形シリカの代わりに、球形のア
ルミナ粉末（平均粒径50μｍ、分布範囲30〜70μｍ）を
実施例１と同量用いた。それ以外は実施例１と同様にし
てエポキシ樹脂組成物を得た。

次に各々のエポキシ樹脂組成物を175℃×３分のトラ
ンスファー成形して得た42ピンDIPにつき175℃×5Hrの
ポストキュアーを行い、−65℃から150℃まで500回熱衝
撃試験を行い、半導体装置のパッシベーションクラック
を調べた。

第１表の数値は試験個数100ケ中の不良品の発生数を
調べた結果である。

以上の結果から明らかな様に球状の無定形シリカ粉末
は半導体素子のパッシベーションクラックに効果がある
事がわかる。

（発明の効果） 以上詳述した如くこの発明に係る半導体装置は、エポ
キシ樹脂と１分子中に２個以上の水酸基を有するフェノ
ールノボラック系硬化剤とワーデルの球形度で0.5〜1.0
の球形度を持つ無定形シリカ粉末を含む封止用エポキシ
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であるから、この半導体装置は製
造時に無定形シリカ粉末に起因する優れた成形作業性が
得られるとともに電気特性的に半導体素子に対する適合
性が得られる封止用樹脂で封止できるとともに、かつ無
定形シリカ粉末の封止用エポキシ樹脂組成物への配合量
が大量になってもこの無定形シリカ粉末はワーデルの球
形度で0.5〜1.0の球形度をもつ球形であるから前記両特
性を損なうことなく半導体装置のパッシベーション層の
クラックを顕著に低下できる効果を持つ半導体装置であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−4630（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−37939（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−10947（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−108026（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エポキシ樹脂と１分子中に２個以上の水酸
   基を有するフェノールノボラック系硬化剤とワーデルの
   球形度0.5〜1.0の球形度を持つ無定形シリカ粉末を含む
   封止用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。
2. 【請求項２】上記無定形シリカ粉末のワーデルの球形度
   が0.7〜1.0である特許請求の範囲第１項に記載の半導体
   装置。