JP2978313B2 - 半導体装置およびそれに用いる半導体封止用エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、内部応力が小さく、
優れた耐熱衝撃性を有し、かつ基板実装時の耐熱応力の
小さい耐パツケージクラツク性，耐湿信頼性に優れた半
導体装置に関するものである。

【０００２】近年におけるＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子
は、その高集積化に伴い大形化の傾向にある。加えて、
その半導体素子を外部環境から守るためのプラスチツク
パツケージは、その実装の高密度化からクワツドフラツ
トパツケージ（ＱＦＰ），スモールアウトラインパツケ
ージ（ＳＯＰ）等に代表される表面実装形態をとり、薄
形化が進んでいる。そして、半導体素子の大形化にもと
ない、素子と封止用樹脂組成物との間に生ずる内部応力
による素子へのダメージ，パツケージクラツク等の問題
が発生し、また表面実装形態をとることで、封止用樹脂
組成物中に含まれる水分が、実装時の熱で気化爆発を起
こし、パツケージクラツクを生じたり、その後の耐湿性
を劣化させる等の問題が発生しており、これらの解決が
要求されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記内部応力を低減さ
せる方法としては、従来から封止用樹脂組成物に含有
される無機質充填剤の含有比率を増やし、封止樹脂の熱
膨張係数を素子のそれに近づける方法、シリコーンや
ゴム等を封止用樹脂組成物中に混合したり予備的に反応
させる事により低弾性率化する方法がとられている。し
かしながら、上記の無機質充填剤の含有比率を増やす
方法では、含有比率の増大に伴い組成物全体の粘度が上
昇し過度の増量は成形性を著しく損なうために、一般
に、全体の５０〜８０重量％（以下「％」と略す）の範
囲で使用されている。これでは充分な低応力性が得られ
ない。また、上記のシリコーンやゴム等を混合して封
止樹脂の低弾性率化を図る方法では、封止用樹脂組成物
中に含有される水分の拡散を早め、その結果、実装時の
耐パツケージクラツク性が劣化してしまうという問題が
生じる。

【０００４】さらに、上記実装時の耐パツケージクラツ
ク性を向上させる方法としては、低吸湿材料を用い、こ
れを封止用樹脂組成物中に含有させる方法が行われてい
る。しかし、上記低吸湿材料は、ガラス転移温度が低い
ために高温雰囲気下で使用すると、得られる封止樹脂の
変形量が大きくなるという問題を有している。

【０００５】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、内部応力が低く、しかも実装時の熱応力性に
優れた半導体装置の提供をその目的とする。

【０００６】

【課題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）〜（Ｃ）成
分を含むエポキシ樹脂組成物によつて半導体素子を封止
してなる半導体装置において、上記（Ｃ）成分である無
機質充填剤の含有量がエポキシ樹脂組成物中の８０〜９
５重量％に設定され、しかも（Ｃ）成分である無機質充
填剤が、ワーデルの球形度で０．７〜１．０の球形度を
有する球状の無機質充填剤を８０重量％以上含有し、全
体の粒度構成が下記の（ａ）〜（ｆ）に設定されている
という構成をとる。（Ａ）下記の一般式（１）で表され
るエポキシ樹脂。

【化５】 （Ｂ）下記の一般式（２）で表されるフエノールアラル
キル樹脂。

【化６】 （Ｃ）無機質充填剤。 （ａ）粒径１μｍ未満のものが３重量％未満。 （ｂ）粒径１μｍ以上７μｍ未満のものが１０〜２２重
量％。 （ｃ）粒径７μｍ以上３１μｍ未満のものが１０〜２４
重量％。 （ｄ）粒径３１μｍ以上６１μｍ未満のものが２０〜４
０重量％。 （ｅ）粒径６１μｍ以上９１μｍ未満のものが２０〜４
０重量％。 （ｆ）粒径９１μｍ以上のものが１０重量％未満。

【０００７】

【作用】すなわち、本発明者らは、低応力で、しかも実
装時の熱応力性に優れた封止樹脂を得るために一連の研
究を重ねた。その結果、上記特殊なエポキシ樹脂と、フ
エノールアラルキル樹脂とを組み合わせ、さらにこの組
み合わせに加えて特定の粒度分布を有する無機質充填剤
を特定割合配合すると、内部応力が低減され、しかも優
れた実装時の熱応力性が得られることを見出しこの発明
に到達した。

【０００８】つぎに、この発明を詳しく説明する。

【０００９】この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物
は、特殊なエポキシ樹脂（Ａ成分）と、フエノールアラ
ルキル樹脂（Ｂ成分）と、特定の粒度分布を有する無機
質充填剤を特定割合含有する無機質充填剤（Ｃ成分）と
を用いて得られるものであつて、通常、粉末状もしくは
それを打錠したタブレツト状になつている。

【００１０】上記特殊なエポキシ樹脂（Ａ成分）は、ビ
フエニル型エポキシ樹脂であつて、下記の一般式（１）
で表される。

【００１１】

【化７】

【００１２】このようにグリシジル基を有するフエニル
環に低級アルキル基を付加することにより撥水性を有す
るようになる。そして、上記特殊なエポキシ樹脂のみで
エポキシ樹脂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。
前者の場合には、Ａ成分の全部が上記一般式（１）で表
される特殊なエポキシ樹脂のみで構成され、後者の場合
にはＡ成分の一部が上記一般式（１）で表される特殊な
エポキシ樹脂で構成されることとなる。上記通常用いら
れるエポキシ樹脂としては、クレゾールノボラツク型，
フエノールノボラツク型，ノボラツクビスＡ型やビスフ
エノールＡ型等の各種エポキシ樹脂があげられる。上記
ノボラツク型エポキシ樹脂としては、通常、エポキシ当
量１５０〜２５０，軟化点５０〜１３０℃のものが用い
られ、クレゾールノボラツ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。このように両者を併用する場
合には、上記一般式（１）で表されるエポキシ樹脂をエ
ポキシ樹脂成分全体の２０％以上に設定するのが好まし
く、特に好ましくは５０％以上である。

【００１３】上記フエノールアラルキル樹脂（Ｂ成分）
は、下記の一般式（２）で表されるものであつて、上記
エポキシ樹脂成分の硬化剤として作用するものである。

【００１４】

【化８】

【００１５】このフエノールアラルキル樹脂（Ｂ成分）
は、例えばアラルキルフエノールと、フエノールとをフ
リーデルクラフツ触媒て反応させることにより得られ
る。一般に、α，α′−ジメトキシ−ｐ−キシレンとフ
エノールモノマーの縮合重化合物が知られている。そし
て、上記フエノールアラルキル樹脂（Ｂ成分）として
は、軟化点７０〜１１０℃，水酸基当量１５０〜２２０
を有するものを用いるのが好ましい。また、フエノール
アラルキル樹脂は、それ自体で硬化剤成分を構成しても
よいし、それ以外の通常用いられるフエノール樹脂と併
用しても差し支えはない。前者の場合には、硬化剤成分
の全部が上記フエノールアラルキル樹脂で構成され、後
者の場合は硬化剤成分の一部が上記フエノールアラルキ
ル樹脂で構成されることとなる。上記通常用いられるフ
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。これらノボラツク樹脂
としては、軟化点５０〜１１０℃，水酸基当量が７０〜
１５０のものを用いることが望ましい。上記フエノール
アラルキル樹脂と、このような通常のフエノール樹脂と
を併用する場合には、上記フエノールアラルキル樹脂を
硬化剤成分全体の５０％以上の割合に設定するのが好ま
しく、特に好ましくは７０％以上である。そして、上記
フエノールアラルキル樹脂（通常のフエノール樹脂を含
む）の配合割合は、上記特殊なエポキシ樹脂（Ａ成分）
中のエポキシ基１当量当たり上記フエノールアラルキル
樹脂中の水酸基が０．７〜１．３当量となるように配合
することが好適である。より好適なのは０．９〜１．１
当量である。

【００１６】上記無機質充填剤（Ｃ成分）としては、結
晶性および溶融性フイラーはもちろんのこと、酸化アル
ミニウム，酸化ベリリウム，炭化ケイ素，窒化ケイ素等
があげられる。そして、無機質充填剤全体の８０％以上
がワーデルの球形度で０．７〜１．０の球形度を有して
おり、しかも無機質充填剤全体が下記の粒度構成に設定
されている必要がある。上記ワーデルの球形度で０．７
〜１．０の球形度を有するとは、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）で測る指数が０．７〜１．０の値を
有するということである。すなわち、無機質充填剤にお
いて、ワーデルの球形度および粒度構成が所定の範囲内
において、エポキシ樹脂組成物が優れた流動性を有する
ようになる。下記に示す粒度構成の範囲外では、流動性
が損なわれるからである。

【００１７】（ａ）粒径１μｍ未満のものが３重量％未
満。 （ｂ）粒径１μｍ以上７μｍ未満のものが１０〜２２重
量％。 （ｃ）粒径７μｍ以上３１μｍ未満のものが１０〜２４
重量％。 （ｄ）粒径３１μｍ以上６１μｍ未満のものが２０〜４
０重量％。 （ｅ）粒径６１μｍ以上９１μｍ未満のものが２０〜４
０重量％。 （ｆ）粒径９１μｍ以上のものが１０重量％未満。

【００１８】上記特性を有する無機質充填剤の含有量
は、エポキシ樹脂組成物全体の８０〜９５％の範囲に設
定する必要がある。すなわち、含有量が８０％未満では
耐熱衝撃性，耐熱応力性が損なわれ、逆に９５％を超え
ると流動性の低下が生じるからである。

【００１９】なお、この発明に用いられるエポキシ樹脂
組成物には、上記Ａ〜Ｃ成分以外に必要に応じて硬化促
進剤，難燃剤，カツプリング剤，ワツクス等が用いられ
る。

【００２０】上記硬化促進剤としては、アミン系，リン
系，ホウ素系，リン−ホウ素系等の硬化促進剤があげら
れ、単独でもしくは併せて用いられる。

【００２１】上記難燃剤としては、ノボラツク型ブロム
化エポキシもしくはビスＡ型エポキシ，三酸化アンチモ
ンおよび五酸化アンチモン等の化合物を適宜単独でもし
くは併せて使用することが行われる。

【００２２】上記カツプリング剤としては、グリシジル
エーテルタイプ，アミンタイプ，チオシアンタイプ，ウ
レアタイプ等のメトキシないしはエトキシシランが、適
宜に単独でもしくは併せて用いられる。その使用方法と
しては、前記無機質充填剤に対して、ドライブレンド方
法、もしくは予備加熱反応させる方法、さらには有機成
分原料に対する予備混合方法等適宜選択することができ
る。

【００２３】上記ワツクスとしては、高級脂肪酸，高級
脂肪酸エステル，高級脂肪酸カルシウム等の化合物があ
げられ、単独でもしくは併せて使用される。

【００２４】なお、この発明に用いられるエポキシ樹脂
組成物には、上記添加剤以外にシリコーンオイルおよび
シリコーンゴム，合成ゴム等のゴム成分を配合して低応
力化を図つたり、耐湿信頼性テストにおける信頼性向上
を目的としてハイドロタルサイト等で示されるイオント
ラツプ剤を配合してもよい。

【００２５】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、まず上記特殊なエポキシ樹脂，フエノールアラ
ルキル樹脂，無機質充填剤および必要に応じて他の添加
剤を適宜配合し予備混合した後、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する。そし
て、これを室温に冷却した後、公知の手段によつて粉砕
し、必要に応じて打錠するという一連の工程により製造
することができる。

【００２６】

【発明の効果】このようにして得られる半導体装置は、
特殊なエポキシ樹脂（Ａ成分）と、フエノールアラルキ
ル樹脂（Ｂ成分）とを用い、さらにこの組み合わせに加
えて特定の粒度分布を有する無機質充填剤（Ｃ成分）を
特定割合含有するエポキシ樹脂組成物によつて半導体素
子を樹脂封止して得られるものであり、半田実装におけ
るパツケージクラツクの発生が抑制され、しかも優れた
耐湿信頼性を備えている。

【００２７】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。

【００２８】まず、実施例に先立つて下記の表１に示す
ような粒度分布を有する３種類のシリカ粉末Ｘ〜Ｚを準
備した。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【実施例１〜８、比較例１〜３】下記の表２および表３
に示す各成分および上記シリカ粉末を用い同表に示す割
合で配合し、ミキシングロール機にかけて１００℃で５
分間混練して粉末状エポキシ樹脂組成物を得た。

【００３１】

【表２】

【００３２】

【表３】

【００３３】このようにして得られた実施例品および比
較例品のエポキシ樹脂組成物の１７５℃における溶融粘
度を測定した。また、上記エポキシ樹脂組成物を用いて
半導体素子をトランスフアー成形にて樹脂封止し半導体
装置（８０ピンクワツドフラツトパツケージ：ＱＦＰ−
８０）を作製した。この半導体装置について、８５℃／
８５％ＲＨ×４８時間吸湿後に、２６０℃×１０秒間半
田浸漬を行つた後のパツケージクラツクの発生数を測定
した。また、吸湿時間を７２時間に変えてパツケージク
ラツクの発生数を測定した。さらに、−６５℃／５分〜
１５０℃／５分の２０００回および４０００回における
温度サイクルテスト（ＴＣＴテスト）を行いパツケージ
クラツクの発生数を測定した。

【００３４】

【表４】

【００３５】

【表５】

【００３６】上記表４および表５の結果から、比較例１
品は耐吸湿性に劣つている。また、比較例２および３品
は耐吸湿性および耐熱衝撃性に劣り、しかも溶融粘度が
高い。これに対して、実施例品は吸湿下での加熱試験お
よびＴＣＴテストにおいてパツケージクラツクの発生数
が比較例品に比べて少なく、溶融粘度も低い。このこと
から、実施例品は耐吸湿性および耐熱衝撃性に優れ、し
かも成形性にも優れている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 23/31 (72)発明者 池村 和弘 大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号 日 東電工株式会社内 (72)発明者 中島 恒 大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号 日 東電工株式会社内 (72)発明者 高士 孝司 大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号 日 東電工株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−232258（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−66151（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 23/29,23/31

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含むエポキ
   シ樹脂組成物によつて半導体素子を封止してなる半導体
   装置において、上記（Ｃ）成分である無機質充填剤の含
   有量がエポキシ樹脂組成物中の８０〜９５重量％に設定
   され、しかも（Ｃ）成分である無機質充填剤が、ワーデ
   ルの球形度で０．７〜１．０の球形度を有する球状の無
   機質充填剤を８０重量％以上含有し、全体の粒度構成が
   下記の（ａ）〜（ｆ）に設定されていることを特徴とす
   る半導体装置。（Ａ）下記の一般式（１）で表されるエ
   ポキシ樹脂。 【化１】 （Ｂ）下記の一般式（２）で表されるフエノールアラル
   キル樹脂。 【化２】 （Ｃ）無機質充填剤。 （ａ）粒径１μｍ未満のものが３重量％未満。 （ｂ）粒径１μｍ以上７μｍ未満のものが１０〜２２重
   量％。 （ｃ）粒径７μｍ以上３１μｍ未満のものが１０〜２４
   重量％。 （ｄ）粒径３１μｍ以上６１μｍ未満のものが２０〜４
   ０重量％。 （ｅ）粒径６１μｍ以上９１μｍ未満のものが２０〜４
   ０重量％。 （ｆ）粒径９１μｍ以上のものが１０重量％未満。
2. 【請求項２】 下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含む半導体
   封止用エポキシ樹脂組成物であつて、上記（Ｃ）成分で
   ある無機質充填剤の含有量がエポキシ樹脂組成物中の８
   ０〜９５重量％に設定され、しかも（Ｃ）成分である無
   機質充填剤が、ワーデルの球形度で０．７〜１．０の球
   形度を有する球状の無機質充填剤を８０重量％以上含有
   し、全体の粒度構成が下記の（ａ）〜（ｆ）に設定され
   ていることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成
   物。（Ａ）下記の一般式（１）で表されるエポキシ樹
   脂。 【化３】 （Ｂ）下記の一般式（２）で表されるフエノールアラル
   キル樹脂。 【化４】 （Ｃ）無機質充填剤。 （ａ）粒径１μｍ未満のものが３重量％未満。 （ｂ）粒径１μｍ以上７μｍ未満のものが１０〜２２重
   量％。 （ｃ）粒径７μｍ以上３１μｍ未満のものが１０〜２４
   重量％。 （ｄ）粒径３１μｍ以上６１μｍ未満のものが２０〜４
   ０重量％。 （ｅ）粒径６１μｍ以上９１μｍ未満のものが２０〜４
   ０重量％。 （ｆ）粒径９１μｍ以上のものが１０重量％未満。