JPS63114243A - 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、内部応力が小さく、耐熱性、電気特性等に
優れた封止樹脂で封止され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、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、上記樹脂封止に用
いられており良好な成績を収めている。しかしながら−
半導体分野の技術革新によって、素子サイズの大形化、
配線の微細化が進む反面、パッケージが小形化、薄形化
する傾向にあるため、これに伴い、エポキシ樹脂組成物
硬化体からなる封止樹脂に対して内部応力等の低減が求
められている。すなわち、これまでのエポキシ樹脂、硬
化剤、無機質充填剤を主成分とするエポキシ樹脂組成物
では、上記半導体分野の技術革新に対応できにくく、し
たがって、パッシベーション膜や素子のクラック、配線
のずれ等の新たな問題が生じている。このような問題を
解決するため、エポキシ樹脂組成物中に、ポリジメチル
シロキサン等のシリコーン化合物を混合し、封止樹脂の
低応力化を進めることが行われている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記ポリジメチルシロキサン等のシリコ
ーン化合物を混合したエポキシ樹脂組成物においても、
硬化反応促進のため、硬化促進剤として、三級アミン、
芳香族アミンや四級アンモニウム塩等が配合されている
。これらのアミン化合物系の硬化促進剤は、添加量の増
加に比例して硬化促進作用を向上させることができるが
、その使用により未反応成分の金型への付着が生じ成形
性の悪化の問題や、フェノール系化合物とエポキシ樹脂
との反応生成物の熱時硬度１強度の不充分さの問題、さ
らには生成硬化物の耐熱性、電気特性の低下の問題等を
生じる。

硬化促進剤としては、上記のようなアミン化合物系のも
の以外に、トリフェニルホスフィン等の有機ホスフィン
化合物も存在しており、これを使用すると、フェノール
系化合物とエポキシ樹脂との反応生成物の熱時硬度９強
度等の向上がみられ、硬化物の耐熱性、電気特性等の向
上効果がもたらされるようになる。しかしながら、この
ものを用いると、上記シリコーン化合物の低応力作用が
低下し、またパリが発生しやすい等の欠点が生じている
。

このように、従来の技術では、上記のような問題を生じ
させることなく、内部応力を低減させることが極めて困
難であり、その解決が望まれている。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、耐
熱性、電気特性等の特性を低下させることな（、封止樹
脂の内部応力を低減することをその目的とする。

〔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（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有し、硬化促進剤として
アミン化合物と有機ホスフィン化合物とを含有するエポ
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。

（Ａ）エポキシ樹脂。

ＣＢ）フェノール樹脂。

（Ｃ）エポキシ基をもつポリオルガノシロキサン。

（′Ｄ）無機質充填剤。

すなわち、本発明者らは、上記の目的を達成するため、
一連の研究を重ねた結果、シリコーン化合物として、特
にフェノール樹脂と反応しうるようエポキシ基をもつポ
リオルガノシロキサンを用い、かつ硬化促進剤としてア
ミン化合物と有機ホスフィン化合物とを併用すると、耐
熱性、電気特性等を低下させることなく封止樹脂の内部
応力を低減させうろ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、エポキシ樹脂
（Ａ成分）とフェノール樹脂（Ｂ成分）とエポキシ基を
もつポリオルガノシロキサン（Ｃ成分）と無機質充填剤
（Ｄ成分）を用い、さらに硬化促進剤としてアミン化合
物と有機ホスフィン化合物とを用いて得られるものであ
って、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Ａ成分となるエポキシ樹脂は特に制限するものでは
なく、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾー
ルノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポ
キシ樹脂等、従来から用いられている各種のエポキシ樹
脂があげられる。これらのエポキシ樹脂は単独で用いて
もよいし併用してもよい。

上記エポキシ樹脂の中でも好適なエポキシ樹脂としては
、エポキシ当量１７０〜３００の、ノボラック型エポキ
シ樹脂であり、例えば、フェノールノボラック型エポキ
シ樹脂、タレゾールノ・ボラック型エポキシ樹脂、ハロ
ゲン化フェノールノボラック型エポキシ樹脂等があげら
れる。これらのエポキシ樹脂における塩素イオンの含有
量は、１０　ｐｐｍ以下、加水分解性塩素の含有量は０
．１重１％（以下「％」と略す）以下に設定することが
好ましい。これらの含有量が、上記の範囲を外れると、
腐蝕による素子の不良を発生しやすくなる傾向がみられ
るからである。

上記Ｂ成分のフェノール樹脂は、上記エポキシ樹脂の硬
化剤として作用するものであり、フェノールノボラック
樹脂、クレゾールノボラック樹脂、エチルフェノールノ
ボラック樹脂等が好適に用いられる。これらのフェノー
ル樹脂は、軟化点が５０〜１１０℃、水酸基当量が７０
〜１５０であることが好ましい。上記フェノール樹脂は
単独で用いてもよいし２種以上を併用してもよい。

上記フェノール樹脂とエポキシ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０．５〜１．５の範囲内に設定することが好ま
しい。当量比が上記の範囲を外れると、得られるエポキ
シ樹脂組成物硬化体の耐湿性が低下する傾向がみられる
からである。

上記Ｃ成分のエポキシ基をもつポリオルガノシロキサン
は特に制限するものではなく、市販されている一般のエ
ポキシ変性型のシリコーンを使用することができる。こ
の配合量は、エポキシ樹脂およびフェノール樹脂の総量
に対して、通常、０゜０１〜２０％に設定される。配合
量が０．０１％未満になると、低応力化効果が極めて小
さくなり、逆に２０％を超えると、耐湿性の低下や成形
性の悪化の問題を生じやすくなるからである。

上記り成分の無機質充填剤も特に制限するものではな（
、一般に用いられている石英ガラス粉末、シリカ粉末、
タルク粉末、アルミナ粉末、珪酸カルシウム粉末、炭酸
カルシウム粉末、マグネシア粉末等があげられ、単独で
もしくは併せて用いられる。無機質充填剤の配合量は、
使用するエポキシ樹脂、フェノール樹脂等の種類によっ
て適宜選択する必要がある。例えば、トランスファー成
形に使用する場合には、エポキシ樹脂およびフェノール
樹脂の総量に対し、重量比で１．５〜４倍程度になるよ
うに設定することが好ましい。また、その粒径は適宜選
択されるが、粒子の粗いものと細かいものとを組み合わ
て使用することにより、成形性の改善効果が得られるよ
うになる。

また、硬化促進剤として使用するアミン化合物も特に制
限するものではなく、従来からエポキシ樹脂の硬化促進
剤として用いられているものを適宜選択使用することが
できる。これらのアミン化合物としては、例えば、２−
メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−
エチル−４＝メチルイミダゾール、テトラメチルヘキサ
ンジアミン、トリエチレンジアミン、トリスジメチルア
ミノメチルフェノール、ジアザビシクロウンデセン、ベ
ンジルジメチルアミン等があげられ、単独でもしくは併
せて用いられる。

また、上記アミン化合物と併用する有機ホスフィン化合
物も特に制限するものではなく、従来からエポキシ樹脂
の硬化促進剤として使用されているものを適宜選択使用
することができる。有機ホスフィン化合物としては、例
えば、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン
、メチルジフェニルホスフィン等があげられ、単独でも
しくは併せて用いられる。

上記アミン化合物と上記ホスフィン化合物との相互の使
用割合は、重量基準でアミン化合物１に対して有機ホス
フィン化合物が０．１〜５になるように設定することが
好ましい。０．１未満になると、成形時において金型汚
れが発生しやすく、また、フェノール系化合物とエポキ
シ樹脂との反応生成物の熱時硬度１強度が低下する傾向
がみられるようになる。また、５を超えると、低応力化
効果が小さくなり、パリも発生しやすくなる傾向がみら
れるからである。

この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物には、上記Ａ
−Ｄ成分およびアミン化合物、有機ホスフィン化合物が
含有されるものであり、さらに必要に応じて、従来から
用いられている各種の添加剤が必要に応じて含有される
。

上記各種の添加剤としては、例えば、天然ワックス類２
合成ワックス類、直鎖脂肪酸の金属塩。

酸アミド類等の離型剤、塩素化パラフィン、ブロムベン
ゼン、三酸化アンチモン等の難燃剤、カーボンブラック
等の着色剤およびシランカップリング剤等があげられる
。

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Ａ
−Ｄ成分ならびにアミン化合物。

有機ホスフィン化合物を、また場合により、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
機等の混練機にかけ加熱状態で混練して溶融混合し、こ
れを室温に冷却したのち公知の手段によって粉砕し、必
要に応じて打錠するという一連の工程により、目的とす
るエポキシ樹脂組成物を得ることができる。このエポキ
シ樹脂組成物は、フェノール系化合物とエポキシ樹脂と
の反応生成物の熱時硬度２強度等の低下が殆ど生じない
とともに、金型に対する付着も生じず、しかも硬化物の
内部応力が小さくなる。

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
封止は特に限定するものではなく、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、上記エポキシ樹
脂組成物の硬化により生成する封止樹脂が内部応力が小
さく、耐熱性および電気的特性に冨んでいるため信頼性
が高い。

〔発明の効果〕

この発明の半導体装置は、上記のような特殊なエポキシ
樹脂組成物を用いており、封止プラスチックパツケ・ジ
が従来のエポキシ樹脂組成物製のものと異なるため、極
めて内部応力が低くなっており、しかも耐熱性、電気的
特性等も低下していない。したがって、信頼性が極めて
高いものとなっている。特に、上記特殊なエポキシ樹脂
組成物による封止により、８ピン以上、特に１６ピン以
上、もしくはチップの長片が４１１ｍ１以上の大形の半
導体装置において、上記のような高信頼度が得られるよ
うになるのであり、これが大きな特徴である。

つぎに、この発明の実施例を比較例と併せて説明する。

〔実施例１〜３、比較例１．２〕 エポキシ樹脂として、エポキシ当量２００のクレゾール
ノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ樹脂Ａ）およびエ
ポキシ当１２８５の臭素化エポキシノボラック樹脂（エ
ポキシ樹脂Ｂ）を準備した。また、フェノール樹脂とし
て、分子！７００のフェノールノボラック樹脂を準備す
ると同時に、エポキシ基をもつポリオルガノシロキサン
として、エポキシ当量５０００のエポキシ変性シリコー
ンを準備した。さらに、無機質充填剤としてはシリカ粉
末を準備し、アミン化合物として、２−メチルイミダゾ
ールを準備した。また、有機ホスフィン化合物としては
トリフェニルホスフィンを準備し、その他の添加剤とし
て三酸化アンチモン（難燃剤）、ステアリン酸（離型剤
）、カーボンブラック（Ｍ色剤）、シランカップリング
剤を準備した。

これらの原料を後記の第１表に示すように配合し、ミキ
シングロール機にかけて１００℃で１０分間混練しシー
ト状組成物を得た。ついで、得られたシート状組成物を
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） 以上の実施例および比較例によって得られた粉末状のエ
ポキシ樹脂組成物の硬化物特性を調べて第２表に示した
。

（以下余白） なお、上記表において、スパイラルフローはＥＭＭＩ−
６６、ゲルタイムはＪＩＳ−に−５９６６に準拠して測
定した。また、熱時硬度はショア硬度計タイプＤを用い
、成形後１０秒以内に測定した。曲げ弾性率２曲げ強度
はテンシロン万能試験機（東洋ボールドウィン社製）で
測定した。さらに、熱膨張係数、ガラス転移温度はＴＭ
Ａ　（理学電気社製）で測定し、金型汚れ、パリは目視
で判定した。また、体積抵抗率はＪＩＳ−に−６９１１
に準拠して試験を行った。さらに、ピエゾ応力は上記粉
末状のエポキシ樹脂組成物を用い、半導体装置をトラン
スファー成形でモールドすることによりにより半導体装
置化し、これを対象としてピエゾ抵抗による内部応力を
求めた。

上記第２表から、実施例に用いるエポキシ樹脂組成物は
フェノール系化合物とエポキシ樹脂との反応生成物にお
ける反応性がよいため、金型汚れ、パリ等の問題がなく
、熱時硬度９強度が適正で成形上の問題を生じない。そ
のうえ、硬化物のガラス転移温度が適正であるとともに
その他の特性にも優れており、しかも内部応力が小さい
。したがって、これを封止樹脂に用いた半導体装置は、
極めて信頼性が高くなる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）下記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有し、硬化促進剤
   としてアミン化合物と有機ホスフィン化合物とを含有す
   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。 （Ａ）エポキシ樹脂。 （Ｂ）フェノール樹脂。 （Ｃ）エポキシ基をもつポリオルガノシロキサン。 （Ｄ）無機質充填剤。