JP2519280B2

JP2519280B2 - 半導体装置

Info

Publication number: JP2519280B2
Application number: JP62331846A
Authority: JP
Inventors: 準一安達; 達志伊藤; 新一大泉; 富士夫北村
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1987-12-25
Filing date: 1987-12-25
Publication date: 1996-07-31
Anticipated expiration: 2011-07-31
Also published as: JPH01171253A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、表面実装時におけるパツケージクラツク
の発生の少ない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、外部環境の
保護の観点および素子のハンドリングを可能にする観点
から、プラスチツクパツケージ等により封止され半導体
装置化されている。この種のパツケージの代表例として
は、デユアルインラインパツケージ（DIP）がある。こ
のDIPは、ピン挿入型のものであり、実装基板に対して
ピンを挿入することにより半導体装置を取り付けるよう
になつている。

最近は、LSIチツプ等の半導体装置の高集積化と高速
化が進んでおり、加えて電子装置を小形で高機能にする
要求から、実装の高密度化が進んでいる。このような観
点からDIPのようなピン挿入型のパツケージに代えて、
表面実装用パツケージが主流になつてきている。この種
のパツケージを用いた半導体装置においては、平面的に
ピンを取り出し、これを実装基板表面に直接半田等によ
つて固定するようになつている。このような表面実装型
半導体装置は、平面的にピンが取り出せるようになつて
おり、薄い，軽い，小さいという利点を備えており、し
たがつて実装基板に対する占有面積が小さくてすむとい
う利点を備えている他、基板に対する両面実装も可能で
あるという長所も有している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、上記のような表面実装用パツケージを用い
た半導体装置において表面実装前にパツケージ自体が吸
湿している場合には、半田実装時に水分を蒸気圧によつ
て、パツケージにクラツクが生じるという問題がある。
すなわち、第１図に示すような表面実装型半導体装置に
おいて、水分は矢印Ａのように封止樹脂１を通つて、ま
たリードフレーム２と樹脂１との隙間を通つてパツケー
ジ３内に侵入し、主としてリードフレーム２のダイボン
ドパツト４の裏面に滞溜する。そして、ベーパーフエー
ズソルダリング等の半田表面実装を行う際に、上記滞溜
水分が、上記半田実装における加熱により気化し、その
蒸気圧により、第２図に示すようにダイボンドパット４
の裏面の樹脂部分を下方に押しやり、そこに空隙５をつ
くると同時にパツケージ３にクラツク６を生じさせる。
第１図および第２図において、７は半導体素子,8はワイ
ヤーボンデイングである。

このような問題に対する解決策として、半導体素子を
パツケージで封止した後、得られる半導体装置全体を密
封し、表面実装の直前に開封して使用する方法や、表面
実装の直前に上記半導体装置を100℃で24時間乾燥さ
せ、その後半田実装を行うという方法が提案され、すで
に実施されている。しかしながら、このような前処理方
法によれば、製造工程が長くなる上、手間がかかるとい
う問題がある。

この発明はこのような事情に鑑みなされたもので、電
子機器への実装に際して前処理を要することなく、しか
も半田実装時の加熱に耐えうる低応力性に優れた半導体
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、少なくとも一部が下記の一般式（Ｉ）で表されるエ
ポキシ樹脂からなるエポキシ樹脂主剤成分（Ａ成分）
と、少なくとも一部が下記の一般式（II）で表されるフ
エノール樹脂からなるフエノール樹脂硬化剤成分（Ｂ成
分）と、無機質充填剤（Ｃ成分）を主要成分とし、下記
の一般式（III）で表されるシリコーンおよび（IV）で
表されるシリコーンの少なくとも一方を、上記Ａおよび
Ｂ成分の少なくとも一方と反応させた状態でもしくはそ
のままの状態で含む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。

なお、上記式（Ｉ），（II）において繰り返し数ｎ
は、重量平均分子量Mw値から求めたものである。

（ｍ＋ｎ＝２〜200、ただし、m,nは１以上の整数。）（ｌ＝２〜200、ただし、ｌは１以上の整数。）〔作用〕パツケージクラツクの発生を防止する方法としては、
封止樹脂に対する吸湿を抑制する、ダイボンドパッ
トの裏面および半導体素子の表面と封止樹脂との間の接
着力を高める、封止樹脂自体の強度を高めるの三つの
方法が考えられる。この発明は、上記の封止樹脂自体
の強度を高めることにより、パツケージクラツクの発生
を防止するものであり、上記一般式（Ｉ）で表される特
殊なエポキシ樹脂と、上記一般式（II）で表される特殊
なフエノール樹脂とを用いることにより、半田実装にお
けるような高温下（215℃）での封止樹脂の強度を現状
の樹脂に比較して、約３〜４倍に向上させるようにす
る。さらに、封止に用いるエポキシ樹脂組成物中にシリ
コーンとして、前記一般式（III）および（IV）で表さ
れるものを併用することにより、エポキシ樹脂組成物に
低応力性を付与させるものである。

この発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、全部もしく
は一部が前記一般式（Ｉ）で表される特殊なエポキシ樹
脂からなるエポキシ樹脂主剤成分（Ａ成分）と、全部も
しくは一部が前記一般式（II）で表される特殊なフエノ
ール樹脂からなるフエノール樹脂硬化剤成分（Ｂ成分）
と、無機質充填剤（Ｃ成分）と、前記一般式（III）で
表されるシリコーンおよび（IV）で表されるシリコーン
の少なくとも一方等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。

上記エポキシ樹脂主剤成分の全部もしくは一部を構成
する前記一般式（Ｉ）の特殊なエポキシ樹脂はノボラツ
ク型エポキシ樹脂の主鎖のメチレン基にフエニルグリシ
ジルエーテルを結合させた構造のものである。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。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、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
種のエポキシ樹脂があげられる。これらの樹脂の中で
も、融点が室温を超えており、室温下では固形状もしく
は高粘度の溶液状を呈するものを用いることが好結果を
もたらす。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（Ｉ）で表される特殊なエポキシ樹脂と、上記通常
のエポキシ樹脂とは、前者100重量部（以下「部」と略
す）に対して後者０〜100部の範囲内に設定することが
好適である。

フエノール樹脂硬化剤成分の全部もしくは一部を構成
する上記一般式（II）で表される特殊なフエノール樹脂
は、フエノールノボラツクの主鎖のメチレン基にフエノ
ールを結合させた構造のものであり、このような分子構
造によつて架橋点が増加し、それによつて架橋密度の高
い三次元構造体が得られるようになる。上記特殊なフエ
ノール樹脂は、それ自体でフエ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エノ
ール樹脂と併用しても差し支えはない。その他のフエノ
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。これらのノボラツク樹脂
は、軟化点が50〜110℃，水酸基当量が70〜150のものを
用いることが望ましい。特に上記ノボラツク樹脂の中で
も、クレゾールノボラツクを用いることが好結果をもた
らす。上記一般式（II）で表される特殊なフエノール樹
脂と、このような通常のフエノール樹脂を併用する場合
における両者の割合は、前者100部に対して後者０〜100
部の範囲内に設定することが効果の点で好ましい。

上記Ａ成分であるエポキシ樹脂主剤成分およびＢ成分
であるフエノール樹脂硬化剤成分とともに用いられるＣ
成分の無機質充填剤としては、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。

上記Ａ成分であるエポキシ樹脂主剤成分、Ｂ成分であ
るフエノール樹脂硬化剤成分およびＣ成分である無機質
充填剤とともに用いられるシリコーンとしては、前記一
般式（III）で表されるものおよび（IV）で表されるも
のの少なくとも一方があげられ、その代表例としては、
両末端エポキシジメチルシロキサン，側鎖エポキシジメ
チルシロキサン，両末端ジアミンジメチルシロキサン，
側鎖ジアミンジメチルシロキサンがあげられる。このよ
うなシリコーンは、そのまま用いてもよいし、上記Ａ成
分,B成分と予備反応させて用いてもよい。この場合、上
記シリコーンの使用量は、エポキシ樹脂組成物中の有機
成分（エポキシ樹脂組成物より無機質充填剤を除いたも
の）に対して３〜40重量％（以下「％」と略す）の割合
に設定することが好ましい。より好適なのは５〜20％で
ある。すなわち、上記シリコーンの含有量が３％を下回
ると、充分な低応力効果がみられなくなり、逆に40％を
上回ると、樹脂の機械的強度の低下がみられるからであ
る。また、上記シリコーンのゴム粒子をドライブレンド
することにより低応力化を図ることも有効である。

なお、この発明に用いるエポキシ樹脂組成物には、必
要に応じて上記の成分以外に難燃化剤，カツプリング
剤，硬化促進剤，ワツクス等が用いられる。

上記難燃化剤としては、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。

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、充
填剤に対して、ドライブレンドしたり、もしくは予備加
熱反応させたり、さらには有機成分原料に対する予備混
合等自由である。

上記硬化促進剤としては、アミン系，リン系，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使
用される。

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。

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、上
記の成分原料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
し、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。

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
フア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、エポキシ樹脂
組成物中に含まれる上記一般式（Ｉ）で表される特殊な
エポキシ樹脂（Ａ成分）、一般式（II）で表される特殊
なフエノール樹脂（Ｂ成分）および上記一般式（III）
および（IV）で表される特殊なシリコーンの作用によ
り、封止樹脂の強度、特に高温時における強度が従来の
ものの３〜４倍と高くなつており、さらに優れた低応力
性を有しているため、半田実装に際しても、パツケージ
クラツク等が生ずることがない。

〔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，フエノール樹脂およびシリコーンを含有する特
殊なエポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子が樹脂封止
されているため、半田実装におけるような過酷な条件下
においてもパツケージクラツクが生ずることがない。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ツプの長辺が4m
m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、実施例について比較例と併せて説明する。

〔実施例１〜10、比較例１〜５〕まず、実施例および比較例で使用した成分原料は下記
の通りである。

≪主剤≫ A:一般式（Ｉ）成分（ｎ＝３） B:エポキシクレゾールノボラツク（ｎ＝４）（なお、ｎはポリスチレン換算GPCデータの重量平均分
子量より算出したもので分布自体は広範囲なものであ
る。） ≪硬化剤≫ C:一般式（II）成分（ｎ＝３） D:フエノールノボラツク（ｎ＝４）（なお、ｎはポリスチレン換算GPCデータの重量平均分
子量より算出したもので分布自体は広範囲なものであ
る。） ≪充填剤≫ E:最大粒径＝150μm,平均粒径＝20μm,形状＝破砕型SiO
₂ ≪難燃化剤≫ F:ノボラツク型Br化エポキシ G:三酸化二アンチモン ≪硬化触媒≫ H:ジメチルイミダゾール ≪離型剤≫ I:ポリエチレン系wax ≪添加剤≫ J:トリメトキシシラングリシジルエーテル ≪シリコーン変性剤≫ K:一般式（III）で表された構造,Xはグリシジルエーテ
ル、平均分子量10000,エポキシ当量5000のものである。

L:一般式（IV）で表された構造,Xはアミン、平均分子量
12000,エポキシ当量6000のものである。

≪変性方法≫ （ａ）Ａに対して予備反応を行う。

（ｂ）Ｂに対して予備反応を行う。

（ｃ）Ｃに対して予備反応を行う。

（ｄ）Ｄに対して予備反を行う。

≪変性方法における反応条件≫ （ｅ）温度175℃,5hr,攪拌反応。

（ｆ）温度175℃,2hr,攪拌反応。

後記の第１表に示す原料を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、目的とする粉末のエポキシ樹脂組成物を得
た。

以上の実施例および比較例で得られた粉末状のエポキ
シ樹脂組成物を用い、半導体素子をトランスフアー成形
でモールドすることにより、半導体装置を得た。この半
導体装置は、80ピンQFPのパツケージ（20×14mm,厚み2.
25mm）のものであり、７×7mmのチツプサイズを有する
ものである。

このようにして得られた半導体装置について、測定試
験を行つた。その結果を下記の第２表に示す。

第２表の結果から実施例品は、各特性、特に曲げ特性
が室温（RT）については、比較例と大差はないものの、
215℃のような高温においては、比較例よりも著しく優
れた結果が得られており、高温時におけるパツケージの
強度が大幅に向上していることがわかる。

【図面の簡単な説明】第１図および第２図は、従来例の説明図である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一部が下記の一般式（Ｉ）で表
されるエポキシ樹脂からなるエポキシ樹脂主剤成分（Ａ
成分）と、少なくとも一部が下記の一般式（II）で表さ
れるフエノール樹脂からなるフエノール樹脂硬化剤成分
（Ｂ成分）と、無機質充填剤（Ｃ成分）を主要成分と
し、下記の一般式（III）で表されるシリコーンおよび
（IV）で表されるシリコーンの少なくとも一方を、上記
ＡおよびＢ成分の少なくとも一方と反応させた状態でも
しくはそのままの状態で含む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。（ｍ＋ｎ＝２〜200、ただし、m,nは１以上の整数。）（ｌ＝２〜200、ただし、ｌは１以上の整数。）