JPS63299151A

JPS63299151A - 半導体装置

Info

Publication number: JPS63299151A
Application number: JP13431987A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Nakamura; 吉伸中村; Tsutomu Nishioka; 務西岡; Hideto Suzuki; 秀人鈴木
Original assignee: Nitto Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1987-05-28
Filing date: 1987-05-28
Publication date: 1988-12-06

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、信頼性の優れた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、通常セ
ラミックパッケージもしくはプラスチックパッケージ等
により封止され半導体装置化されている。上記セラミッ
クパッケージは、構成材料そのものが耐熱性を有し、し
かも、透湿性が小さいうえに中空パッケージであるため
、耐熱性、耐湿性に優れた封止が可能である。しかし、
構成材料が比較的高価であることと、量産性に劣る欠点
がある。したがって、最近では、コスト量産性の観点か
らプラスチックパッケージを用いた樹脂封止が主流にな
っている。この種の樹脂封止には、従来からエポキシ樹
脂が使用されており、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集積度の向上と
ともに素子サイズの大形化、配線の微細化が進み、パッ
ケージも小形化、薄形化する傾向にあり、これに伴って
封止材料に対してより以上の信頼性の向上が要望されて
いる。特に、エポキシ樹脂組成物の、硬化温度から室温
ま゛での冷却による収縮に起因する内部応力がこれら信
頼性を減じているため、内部応力の低減が重要となって
いる。このような要求に対して、シリコーン系の有機柔
軟性化合物をエポキシ樹脂組成物に添加することにより
半導体装置の内部応力を低減させることが行われている
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

また、マイクロコンピュータ−等に用いられる演算用の
半導体素子を樹脂封止する場合、上記素子の駆動による
発熱をパッケージ外に速やかに放熱する必要から高熱伝
導性に対しても今まで以上の高い要求がなされるように
なっている。

このように、半導体装置の内部応力の低減に対する要求
については、先に述べたように、シリコーン系の有機柔
軟性化合物をエポキシ樹脂組成物に添加することが行わ
れている。しかしながら、このようにすると、封止樹脂
組成物が柔軟化されることにより、イオン性不純物に起
因して耐湿性が低下するという難点が生じている。この
ような問題を解決する一つの方法として、イオントラッ
プ剤を使用する方法がある。上記イオントラップ剤とし
ては、カチオンを捕捉するものとアニオンを捕捉するも
のとがある。カチオントラップ剤は、半導体装置のアル
ミニウム配線の陰極側の腐食を生起するカチオンを捕捉
して腐食抑制効果を奏し、アニオントラップ剤は陽極側
の腐食を抑制する効果を有している。しかしながら、上
記イオントラップ剤を使用して耐湿信頼性の向上を図る
場合には、アニオンおよびカチオンの双方のトラップ剤
を使用する必要がある０片方だけを単独で使用する場合
には、アニオンおよびカチオンのうちのいずれか一方の
イオンが捕捉されずに残ることとなり、その残存イオン
によって、アルミニウム配線の陰極側もしくは陽極側の
腐食が起こり、結局、耐湿信頼性の向上効果が得られな
くなる。しかし、従来では、このようなアニオンおよび
カチオンの双方のイオンを捕捉し、かつその使用によっ
て何ら弊害を生じないというようなものが見いだされて
いないのが実情である。また、封止樹脂に対する高熱伝
導性の要求についても、満足させるような技術が開発さ
れていた。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、他
の緒特性を損なうことなく、半導体装置の耐湿信頼性お
よび熱伝導性を大幅に向上させ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（Ａ）〜（Ｆ）成分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。

（Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂。

（Ｃ）シリコーン化合物。

（Ｄ）ハイドロタルサイト類化合物。

（Ｅ）五酸化アンチモン。

（Ｆ）アルミナ。

すなわち、本発明者らは、使用により何ら弊害を生じず
、しかも、それぞれアニオン、カチオンに対する良好な
捕捉性能を発揮しうるトラップ剤を求めて一連の研究を
重ねた。その結果、゛アニオントラップ剤としてハイド
ロタルサイト類化合物を用い、かつカチオントラップ剤
として五酸化アンチモン（無水物、・含水物）を用い、
この両者を組み合わせて使用すると、良好な成績が得ら
れ、これに、さらにシリコーン化合物およびアルミナを
組み合わせると、内部応力の低減効果ならびに高熱伝導
性が得られるようになることを見いだしこの発明に到達
した。

この発明は、エポキシ樹脂（Ａ成分）とノボラック型フ
ェノール樹脂（Ｂ成分）とシリコーン化合物（Ｃ成分）
とハイドロタルサイｌ−［化合物（Ｄ成分）と五酸化ア
ンチモン（Ｅ成分）とアルミナ（Ｆ成分）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。

このようなエポキシ樹脂組成物は、特に上記り、Ｅ成分
およびＦ成分の使用により、耐湿信頼性に極めて優れ、
かつ高熱伝導性を備えたプラチックパッケージになりう
るちのであり、その使用によって信鯨度の高い半導体装
置が得られるものである。

上記エポキシ樹脂組成物のＡ成分となるエポキシ樹脂は
、１分子中に平均２個以上のエポキシ基を有するエポキ
シ化合物であれば特に制限するものではない。すなわち
、従来の半導体装置用封止樹脂の主流であるノボラック
型エポキシ樹脂、あるいはその他ビスフェノールＡのジ
グリシジルエーテルやその多量体であるエピビス型エポ
キシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、脂環式エ
ポキシ樹脂も使用可能である。この中で好適なフェノー
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１８０〜２３０．軟化点５０〜１３０℃のものが用
いられ、特にタレゾールノボラック型エポキシ樹脂とし
ては、上記エポキシ当量１９０〜２１０．軟化点６０〜
１１０℃のものが一般に用いられる。

上記Ａ成分のエポキシ樹脂とともに用いられるＢ成分の
ノボラック型フェノール樹脂は、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
、タレゾールノボラックやその他アルキル基をフェノー
ル樹脂付加したアルキル化フェノールノボラック等が好
適に用いられる。これらのなかでも軟化点が１００〜１
３０℃、水酸基当量が８０〜１８０のものを用いること
が好ましい。

上記Ａ成分のエポキシ樹脂とＢ成分のノボラック型フェ
ノール樹脂との配合比は、上記エポキシ樹脂中のエポキ
シ基１当量当たりフェノール樹脂中の水酸基が０．８〜
１．２当量となるように配合することが好適である。

上記Ａ成分とＢ成分とともに用いられるＣ成分のシリコ
ーン化合物は、封止樹脂の内部応力の低減に作用するも
のであり、通常、下記の一般式（％式％このように、Ｃ成分のシリコーン化合物としては、上記
式（１）で表されるものが好ましく、特にランダム共重
合体を用いることが好ましい。なお、上記式（１）で表
されるシリコーン化合物と、それ以外のシリコーン化合
物を併用しても支障はない。

上記Ｃ成分のシリコーン化合物の含有量は、Ａ成分のエ
ポキシ樹脂とＢ成分のノボラック型フェノール樹脂の合
計量の１〜５０重量％（以下「％」と略す）に設定する
ことが好適である。より好適なのは５〜３０％である。

すなわち、上記Ｃ成分の添加量が１％を下回ると充分な
低応力化効果がみられなくなり、逆に５０％を上回ると
樹脂強度の低下がみられるからである。

また、上記各成分とともに用いられるＤ成分のハイドロ
タルサイト類化合物は、エポキシ樹脂組成物中に不純物
イオンとして存在するクロルイオンあるいはブロムイオ
ン等のアニオンを有効にトラップする成分である。上記
ハイドロタルサイト類化合物は、例えば下記の式で表さ
れる。

ＭｇＪｊ！　ｙ　（ＯＨ）　ｚｘ＊、ｙ−ｉｓ　（ＣＯ
ｓ）ｓ　・５ＨｚＯその一例として、協和化学工業社製
、ＫＷ−２０００（Ｍｇｏ、ｙ＾ｆ　Ｏ，３０１，Ｉ５
）があげられる。

さらに、上記各成分とともに用いられるＥ成分の五酸化
アンチモンは、Ｓ　ｂ！　ＯＳで表されるものであり、
含水物のｓｂ、ｏ、　　・４１１．０および無水物の５
ｂｚＯｓがあり、単独でもしくは併せて用いられる。こ
の五酸化アンチモンは、エポキシ樹脂組成物中に存在す
るナトリウムイオン等のカチオンを有効にトラップする
成分である。この−例として、例えば、東亜合成社製、
　ＡＫ−３００（ＳｂｚＯｓ・４Ｈ，０）、ＡＨＫ−６
００（アンチモン・ビスマス系酸化物）があげられる。

上記り成分の・１イドロタルサイ）Ｉ［化合物の含有量
は、Ａ成分のエポキシ樹脂とＢ成分のノボラック型フェ
ノール樹脂の合計量の１〜１０％に設定することが好適
である。より好適なのは１〜７％である。すなわち、上
記り成分の添加量が１％を下回ると、イオントラップ効
果が殆どみられなくなり、逆に１０％を上回ると、耐湿
信頼性および電気的特性に悪影響を与える傾向がみられ
るからである。同様に、上記Ｅ成分の五酸化アンチモン
の添加量は、Ａ成分のエポキシ樹脂とＢ成分のノボラッ
ク型フェノール樹脂の合計量の１〜１０％に設定するこ
とが好適である。より好適なのは１〜７％である。また
、Ｄ成分のハイドロタルサイ）Ｉ［化合物とＥ成分の五
酸化アンチモンの合計量が、Ａ成分のエポキシ樹脂とＢ
成分のノボラック型フェノール樹脂の合計量の１５％以
下になるように設定することが好適であり、゛特に１０
％以下になるようにすることが好結果をもたらす、すな
わち、合計量が１５％を上回ると、封止樹脂の耐湿信頼
性以外の緒特性に悪影響が現れる傾向がみられるからで
ある。

上記各成分とともに用いられるＦ成分のアルミナは、Ａ
　１　＊　Ｏｓで表されるものであって無水物および水
和物がある。これら無水物、水和物は単独で用いてもよ
いし併用してもよい０通常、上記アルミナとしては、平
均粒子径が５〜２００ｕＩＩ＋のものが用いられる。特
に、好適なのは、１０〜１００　＃＠のものである。ま
た、上記Ｆ成分のアルミナの添加量は、後記にあげる充
填剤の重量全体の３０％以上に設定するのが好適である
。特に好適なのは、５０％以上である。すなわち、アル
ミナの添加量が３０％未満になると、封止樹脂の熱伝導
性向上効果が不充分になる傾向がみられるからである。

また、この発明では、上記各成分以外に必要に応じて硬
化促進剤、アルミナ（Ｆ成分）以外の充填剤、離型剤等
を用いることができる。硬化促進剤としてはフェノール
硬化エポキシ樹脂の硬化反応の触媒となるものは全て用
いることができ、例えば、２−メチルイミダゾール、２
，４．６−）す（ジメチル７ミノメチル）フェノール、
１．８−ジアゾビシクロ（５，４，Ｏ）ウンデセン、ト
リフェニルホスフィン等をあげることができる。

アルミナ以外の充填剤としては、石英ガラス粉。

タルク粉等をあげることができる。また、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等をあげられる。

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、エポキシ
樹脂（Ａ成分）とノボラック型フェノール樹脂（Ｂ成分
）とシリコーン化合物（Ｃ成分）とハイドロタルサイト
類化合物（Ｄ成分）と五酸化アンチモン（Ｅ成分）とア
ルミナ（Ｆ成分）および必要に応じて硬化促進剤、離型
、剤を配合する。そして、これを、常法に準じてトライ
ブレンド法または、溶融ブレンド法を適宜採用して混合
、混練することにより製造することができる、この場合
、上記配合に先立ってエポキシ樹脂（Ａ成分）もしくは
ノボラック型フェノール樹脂（Ｂ成分）とシリコーン化
合物（Ｃ成分）とを予備加熱混合すると、シリコーン化
合物（Ｃ成分）の樹脂に対するなじみ性が向上するため
好ましい。

なお、上記製造過程において、予めエポキシ樹脂（Ａ成
分）もしくはノボラック型フェノール樹脂（Ｂ成分）に
、ハイドロタルサイト類化合物（Ｄ成分）、五酸化アン
チモン（Ｅ成分）およびアルミナ（Ｆ成分）を含む充填
剤を溶融混合した後、粉砕し、これを用い、上記と同様
、他の原料を配合し、トライブレンドまたは溶融ブレン
ドすることにより製造することも可能である。

このようにしで得られるエポキシ樹脂組成物には、イオ
ントラップ剤として上記り成分およびＣ成分が含有され
ており、したがって、その硬化物中には、アニオンおよ
びカチオンが極めて少なくなっている。また、Ｃ成分お
よびＦ成分が含有されているもの、内部応力低減効果お
よび高熱伝導性も得られるようになる。

このようなエポキシ樹脂組成物を用いての半導体封止は
特に限定されるものではなく、例えば、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、極めて優れた信
頼性を有している。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の半導体装置は、シリコーン化
合物を含み、かつアニオントラップ剤としてハイドロタ
ルサイト類化合物を、カチオントラップ剤として五酸化
アンチモンを含み、さらにアルミナを含む特殊なエポキ
シ樹脂組成物によって封止されているため、耐湿信頼性
が高く、しかも内部応力が小さく、かつ封止樹脂が高熱
伝導性を備えている。したがって、極めて高い信頼性を
有している。特に上記特殊なエポキシ樹脂組成物による
封止により、超ＬＳＩの封止に充分対応でき、素子上の
Ａｆｆｉ配線が２μ−以下の特殊な半導体装置を、高温
高湿下の厳しい条件下に曝しても、高い信頼性が得られ
るようになるのでありこれが大きな特徴である。そのう
え、充填剤としてアルミナを使用することにより、封止
樹脂の熱伝導性が向上し半導体素子からの発熱がパッケ
ージ外に速やかに放熱するようになり、マイクロコンピ
ュータ−に用いる演算用の半導体素子の封止に充分対応
できるようになる。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

〔実施例１〜９．比較例１〜５〕後記の′４１表に従って、各原料を配合し、ミキシング
ロール機（ロール温度１００℃）で１０分間溶融混練を
行い、冷却固化後、粉砕を行って目的とする微粉末状の
エポキシ樹脂組成物を得た。

なお、実施例および比較例で用いたシリコーン化合物ａ
　−ｆは第２表の通りである。

（以下余白）以上の実施例および比較例によって得られた微粉末状の
エポキシ樹脂組成物を用い、温度１７５℃、圧力５０　
ｋｇ／ｃｄ、成形時間１２０ｓｅｃの条件下で半導体素
子をトランスファーモールドすることにより半導体装置
を得た。このようにして得られた半導体装置について、
室温での曲げ試験、ガラス転移温度Ｔｇ、−５０℃１５
分〜１５０℃１５分の１０００回の温度サイクルテスト
（以下「ＴＣＴテスト」と略す）、ピエゾ抵、抗によ、
る内部応力、１２１℃、２気圧の条件下で１０ボルトの
バイアスを印加してプレッシャークツカーバイアステス
ト（以下ｒＰＣＢＴテスト」と略す）を行った。その結
果は第３表のとおりである。

（以下余白）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）下記（Ａ）〜（Ｆ）成分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）ノボラック型フエノール樹脂。（Ｃ）シリコーン化合物。（Ｄ）ハイドロタルサイト類化合物。（Ｅ）五酸化アンチモン。（Ｆ）アルミナ。