JPH01246855A - 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、高温雰囲気下および低温雰囲気中において
も優れた信頬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、−ａ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にしたがって、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
った高温および低温双方での保存信顛性が、多くの半導
体装置に要求されるようになってきた。例えば、自動車
搭載用ＩＣ等では、作動中の温度が１２５°Ｃになるこ
ともあり、作動中の発熱温度も考慮すれば１５０°Ｃを
超える場合も予想される。また、寒冷地においては、−
２０°Ｃ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ェ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
性の向上を図っている。しかしながら、この方法を用い
ると、エポキシ（Ｍ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顧性が低下する
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（１）で表されるエポキシ樹脂および下記
の一般式（ＩＩ）で表されるフェ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
するするため、一連の研究を重ねた。その結果、上記一
般式（１）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ェ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率が低減
する現象が観察された。したがって、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（１）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ェノール樹脂とを
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っている。

上記前記一般式（Ｉ）で表される特殊なエポキシ樹脂は
、−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、フェノールとレゾルシン
、カラコナールまたはハイドロキー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一エポキシ樹脂と
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、タレゾールノボラックフェノール型、フェ
ノールノボラック型やビスフェノールＡ型等の各種のエ
ポキシ樹脂があげられる。クレゾールノボラック型エポ
キシ樹脂としては、通常、エポキシ当量１９０〜２２０
゜軟化点５０〜１００°Ｃ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ェノール樹
脂は、−分子中に複数のフェ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って架橋点が増加し
、それによって架橋密度の高い三次元構造体が得られる
ようになる。このようなフェノール樹脂は、フェノール
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
なフェノール樹脂は、それ自体でフェノール樹脂硬化剤
成分を構成してもよいし、通常用いられているその他の
フェノール樹脂と併用しても差し支えはない。その他の
フェノール樹脂としては、フェノールノボラック、クレ
ゾールノボラック等があげられる。これらのノボラック
樹脂は、軟化点が５０〜１２０°Ｃ２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ェノール樹
脂のフェノール部分に、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ェノールノボラ
ック、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（１）および上記一般式（■）のＲの
位置は、オルト位、メタ位、パラ位のいずれであっても
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′：ｃ　−Ｈ部分のＨをＣＨ，、Ｃ２Ｈ５，Ｃ
３Ｈ，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。

上記のような一畦式（Ｉ）で表されるエポキシ樹脂およ
び一般式（ＩＩ）で表されるフェノール樹脂は片方また
は双方が、下記の一般式（ＩＩ［）ＲＲＲ 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
フェノール樹脂なシ、）シは、双方の変性樹脂を用いる
ことによって、耐クラック性、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
およびフェノール樹脂）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
ェノール樹脂を含むフェ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、フェノール樹脂の
水酸基当量との関係から適宜に選択されるが、エポキシ
基に対するフェ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
。

この発明に用いら箸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。

上記その他の添加剤としては、例えば無機質充填剤、硬
化促進剤、離型剤１着色剤、シランカップリング剤等が
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）フェノール、ＮＮ　ｌ−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，
Ｏ）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）メチルフェ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−エヂルイミダゾール、■−ベ
ンジル−２−メチルイミダゾール、ｌ−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
テトラフェニルボロン、テトラフェニルボレート、Ｎ−
メチルモルホリンテトラフェ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、パルミ
チ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
ナバワックス、モンタンワックス等のワックス類を用い
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ｍ合
物をミキシングロール機等の混練機に掛は加熱状態で溶
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（１）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ェノール樹脂は、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
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、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ェ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。

くエポキシ樹脂〉　′ Ａ−１＝一般式（１）成分 （Ｒ；ＨｌｏＣＩＩｚＣｌｌ　ＣＩＩｚ＝９７１．　　
ｎ＝４　）＼０′ Ａ−４＝クレゾー′ルツボラツク型 （ｎ＝５） Ａ−５：クレゾールノボラツク型 （ｎ−４テ くフェノール樹脂〉 Ｂ−１ニ一般式（ＩＩ）成分 （Ｒ；Ｈ１０Ｈ＝９／１．ｎ−３） Ｂ−２ニ一般式（ＩＩ）成分 （Ｒ；　Ｈ１０Ｈ＝６／４．ｎ＝５） Ｂ−３ニ一般式（ｎ）成分 （Ｒ；Ｈ１０Ｈ＝８／２．ｎ＝４） Ｂ−４：フェノールノボラック （ｎ＝３） Ｂ−５：フェノールノボラック （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
Ｓｉｎ、を配合原料全体の７０％、５ｂｚＯ：＋を全体
の２％、カーボンを全体の０゜３％、カルナバワックス
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１ρｈｈ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。

（以下余白） 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．α２）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°Ｃ１５
分〜１５０°Ｃ１５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。

（以下余白） 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顛性が裔いこと
がわかる。

特許出願人　日東電気工業株式会社 代理人　　弁理士　西　藤　征　彦

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （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）で表されるフェノール樹脂の少
   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。 ▲数式、化学式、表等があります▼ 〔式（ I ）中、ＲはＨまたはＯＣＨ＿２ＣＨ−ＣＨ＿
   ２であり、１分子中のＲ部分における▲数式、化学式、
   表等があります▼比 ＝９／１〜５／５である。また、ｎ＝０〜１０である。 〕 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（II） 〔式（II）中、ＲはＨまたはＯＨであり、１分子中のＲ
   部分におけるＨ／ＯＨ比＝９／１〜５／５である。また
   、ｎ＝０〜１０である。〕（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
   るフェノール樹脂の少なくとも一方が、下記の一般式（
   III）▲数式、化学式、表等があります▼・・・（III） 式（III）中、Ｒは１価の有機基であり、相 互に同じであつても異なつていてもよい。ただし、１分
   子中において、上記Ｒのうちの少なくとも２個はアミノ
   基置換有機基、エポキシ基置換有機基、水酸基置換有機
   基、ビニル基置換有機基、メルカプト基置換有機基およ
   びカルボキシル基置換有機基からなる群から選択された
   基である。ｍは０〜５００の整数である。 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。