JP2899096B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、信頼性に優れた半導体装置に関するもの
である。

〔従来の技術〕

トランジスター,IC,LSI等の半導体素子は、従来、セ
ラミツクパツケージ等によつて封止され、半導体装置化
されていたが、最近では、コスト，量産性の観点から、
プラスチツクパツケージを用いた樹脂封止が主流となつ
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つて集積度の向上と
ともに素子サイズの大形化，配線の微細化が進み、パツ
ケージも小形化，薄形化する傾向にあり、これに伴つて
封止材料に対してより以上の信頼性（得られる半導体装
置の熱応力の低減，耐湿信頼性，耐熱衝撃試験に対する
信頼性等）の向上が要望されている。特に、近年、半導
体素子サイズは益々大形化する傾向にあり、半導体封止
樹脂の性能を評価する加速試験である熱サイクル試験
（TCTテスト）に対するより以上の性能の向上が要求さ
れている。また、半導体パツケージの実装方法として表
面実装が主流となつてきており、このため、半導体パツ
ケージが吸湿した状態において半田溶融液に浸漬して
も、パツケージにクラツクや膨れが発生しないという特
性も要求されるようになつている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記要求に対して、従来から、TCTテストによつて、
評価される各特性の向上のために、シリコーン化合物を
用いてエポキシ樹脂を変性し、それにより熱応力を低減
させることが検討されている。また、半田浸漬時の耐ク
ラツク性の向上のためにリードフレームと封止樹脂との
密着性を向上させること等も検討されているが、両方と
も未だ充分な効果は得られていないのが実情である。

このように、これまでの封止用エポキシ樹脂材料で
は、TCTテストの結果や半田浸漬時の耐クラツク性の両
特性が満足のいくものではない。このため上記技術革新
による半導体素子サイズの大形化や表面実装化に対応で
きるように、上記両特性の向上が強く望まれている。

この発明は、このような実情に鑑みなされたもので、
TCTテストにより評価される各特性の向上および半田浸
漬時の耐クラツク性に優れた半導体装置の提供をその目
的とする。

〔課題を解決しようとする手段〕

上記の目的を解決するための、この発明の半導体装置
は、下記の（Ａ）〜（Ｃ）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）ナフトールから誘導される構造単位を１分子中に
１個以上含むノボラツク型ポリグリシジルエーテル。

（Ｂ）下記の一般式（Ｉ）で表されるノボラツク硬化
剤。

〔上記一般式（Ｉ）において、ＸはＨまたはCH₃であ
る。また、２≦ｍ≦50である。〕 （Ｃ）無機質充填剤。

〔作用〕

すなわち、本発明者らは、TCTテストによつて評価さ
れる各特性および半田浸漬時の耐クラツク性に優れた封
止樹脂を得るために一連の研究を重ねた。その結果、上
記特殊な骨格構造を有するノボラツク型ポリグリシジル
エーテルと、上記一般式（Ｉ）で表されるノボラツク硬
化剤を用いると、TCTテストで評価される各特性および
半田浸漬時の耐クラツク性の双方に優れた封止樹脂が得
られることを見出しこの発明に到達した。

つぎに、この発明を詳細に説明する。

この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物は、特殊な
骨格構造を有するエポキシ樹脂（Ａ成分）と、特殊な硬
化剤（Ｂ成分）と、無機質充填剤（Ｃ成分）とを用いて
得られるものであり、通常、粉末状あるいはこれを打錠
したタブレツト状になつている。

上記特殊な骨格構造を有するエポキシ樹脂（Ａ成分）
は、ナフトールから誘導される構造単位を１分子中に１
個以上含むノボラツク型ポリグリシジルエーテルであ
り、このような特殊なノボラツク型ポリグリシジルエー
テルは、例えば下記の一般式（IV）で表される。下記の
一般式（IV）において、繰り返し数ｎで示されるフエノ
ール成分と、繰り返し数ｍで示されるナフトール成分と
の縮合の態様は、交互，ランダム，ブロツク等特に問わ
ないが、その多くは交互縮合の態様になる。

上記一般式（IV）において、繰り返し数ｎとしては０
≦ｎ≦10の範囲、繰り返し数ｍとしては１≦ｍ≦20の範
囲が好ましく、しかもｎ＋ｍの値として２≦ｎ＋ｍ≦20
の範囲が好ましい。そして、なかでもノボラツク型ポリ
グリシジルエーテルとして、下記の構造式で表される３
核体のものを用いるのが好ましい。

このノボラツク型ポリグリシジルエーテルは、例え
ば、ナフトールとクレゾールをアルデヒド成分を介して
反応させてナフトール−クレゾール縮合体を作製し、こ
れをエピクロルヒドリンと反応させることにより得られ
る。上記ナフトール−クレゾール縮合体の縮合度は２〜
５の範囲が好ましい。上記ナフトールとしては、α−ナ
フトールおよびβ−ナフトールの少なくとも一方があげ
られ、クレゾールとしては、ｐ−クレゾールおよびｏ−
クレゾールの少なくとも一方があげられる。また、上記
アルデヒド成分としては、ホルムアルデヒドがあげられ
るが、これに限定するものではなく、ホルムアルデヒド
以外の他のアルデヒドを用いてもよい。上記ナフトール
とクレゾールの使用割合は、ナフトール１モルに対して
クレゾールを0.2〜２モルの割合に設定するのが好まし
く、特に好ましくは0.4〜0.6モルである。そして、上記
ナフトールとクレゾールの組み合わせにおいて、α−ナ
フトールとｐ−クレゾールの組み合わせが好適である。

上記特殊な硬化剤（Ｂ成分）は、下記の一般式（Ｉ）
で表される構造体を有するノボラツク硬化剤である。下
記の一般式（Ｉ）において、フエノール成分と、キシレ
ン成分との縮合の態様は、交互縮合の態様になつてい
る。

〔上記一般式（Ｉ）において、ＸはＨまたはCH₃であ
る。また、２≦ｍ≦50である。〕 そして、上記一般式（Ｉ）において、繰り返し数ｍは
２≦ｍ≦50の範囲である。なかでも上記一般式（Ｉ）で
表される硬化剤として、下記の構造式で表されるものが
好ましい。

このような特殊なノボラツク型硬化剤は、例えば、フ
エノール性化合物とキシレンを縮合することにより得ら
れる。上記ノボラツク硬化剤の縮合度は２〜100の範囲
が好ましい。特に好ましくは２〜50である。上記フエノ
ール性化合物としては、フエノール，クレゾール等があ
げられる。また、上記キシレンとしては、ｐ−キシレン
およびｏ−キシレンがあげられ、特に好適なのはｐ−キ
シレンである。このようにして得られる硬化剤として
は、水酸基当量170〜200で、軟化点60〜150℃のものが
好ましい。

上記特殊なエポキシ樹脂（Ａ成分）と特殊な硬化剤
（Ｂ成分）との相互の配合割合は、上記特殊なエポキシ
樹脂中のエポキシ基１当量当たり硬化剤中の水酸基が0.
8〜1.2当量となるように配合することが好ましい。

上記Ａ成分およびＢ成分とともに用いられる無機質充
填剤（Ｃ成分）としては、特に限定するものではなく、
従来公知のものが用いられ、例えば石英ガラス粉末，タ
ルク，シリカ粉末およびアルミナ粉末等があげられる。
特に好適なのはシリカ粉末である。このような無機質充
填剤の含有量は、シリカ粉末の場合、エポキシ樹脂組成
物全体の50重量％（以下「％」と略す）以上に設定する
のが好ましい。特に好ましくは70％以上であり、さらに
好ましくは80％以上である。すなわち、無機質充填剤の
含有量が50％を下回るとTCTテストによる各特性の向上
および半田浸漬時の体クラツク性の向上効果が大幅に低
下するからである。

また、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成分に加えて、内部応力の低減のために
シリコーン化合物を用いるのが好ましい。上記シリコー
ン化合物としては、下記の一般式（II）および（III）
で表されるものがあげられ、単独でもしくは併用され
る。

このようなシリコーン化合物を配合する場合には、そ
の配合量は、エポキシ樹脂組成物全体の５％以下になる
ように設定するのが好ましい。特に好ましくは0.5〜３
％の範囲内である。

なお、この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物に
は、上記各成分以外に必要に応じて、他の添加剤として
硬化促進剤である従来公知の三級アミン，四級アンモニ
ウム塩，イミダゾール類およびホウ素化合物等が適宜配
合される。これらは単独でもしくは併せて用いられる。
さらに、三酸化アンチモン，リン系化合物等の難燃剤や
顔料、シランカツプリング剤等のカツプリング剤等を配
合することができる。

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、ま
ず上記Ａ〜Ｃ成分、場合によつて、シリコーン化合物お
よび他の添加剤を用い、これらを所定の割合で配合す
る。ついで、これら配合物をミキシングロール機等の混
練機にかけ、加熱状態で溶融混練して室温に冷却した
後、公知の手段によつて粉砕し、必要に応じて打錠する
という一連の工程を経ることによつて目的とするエポキ
シ樹脂組成物を製造することができる。また、各成分の
配合に先立つて、前記シリコーン化合物を用いて上記Ａ
成分またはＢ成分を変性し、この変性物と残りの成分を
配合してもよい。

このようなエポキシ樹脂組成物を用いての半導体素子
の封止等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つて行うことが
できる。

このようにして得られる半導体装置は、前記特殊な骨
格構造を有するエポキシ樹脂（Ａ成分）と、前記一般式
（Ｉ）で表されるノボラツク型硬化剤を含むエポキシ樹
脂組成物を用いていることから、TCTテストで評価され
る特性が向上し、また半田浸漬時における優れた耐クラ
ツク性を有している。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の半導体装置は、特殊な骨格
構造を有するエポキシ樹脂（Ａ成分）と、前記一般式
（Ｉ）で表されるノボラツク型硬化剤を含む特殊なエポ
キシ樹脂組成物を用いて樹脂封止されているため、TCT
テストによつて評価される特性が向上し長寿命になる。
また、吸湿後の半田浸漬時においてもパツケージクラツ
クが生じない。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ピン以上の、もし
くは半導体素子の長辺が4mm以上の大形の半導体装置に
おいて、上記のような高信頼性が得られるようになり、
これが大きな特徴である。

つぎに、実施例について比較列と併せて説明する。

まず、実施例に先立つて、下記の第１表に示すシリコ
ーン化合物ａ〜ｆを準備した。

〔実施例１〜26、比較例１〜３〕 上記第１表に示したシリコーン化合物および下記の第
２表に示した各成分を、第２表に示す割合で配合し、ミ
キシングロール機（温度100℃）で３分間溶融混練を行
つた。つぎに、これを冷却固化した後、粉砕して目的と
する粉末状エポキシ樹脂組成物を得た。

以上の実施例および比較例によつて得られた粉末状エ
ポキシ樹脂組成物を用い、半導体素子をトランスフアー
形成（条件:175℃×２分,175℃×５時間後硬化）するこ
とにより半導体装置を得た。このパツケージは80ピンQF
P（クワツドフラツトパツケージ，サイズ:20×14×2m
m）であり、ダイパツドサイズは８×8mmである。

このようにして得られた半導体装置について、−50℃
/5分〜150℃/5分のサイクル数を変えて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。また、85℃/8
5％RHの恒温槽中に吸湿時間を変え放置して吸湿させた
後に、260℃の半田溶融液に10秒間浸漬する試験を行
い、パツケージクラツクの発生数を測定した。これらの
結果を下記の第３表に示した。

第３表の結果から、比較例品はTCTテストではサイク
ル数が多くなるにつれてパツケージクラツクが発生し、
また半田浸漬時の耐クラツク性テストでは吸湿時間が48
時間で全てパツケージにクラツクが生じた。これに対し
て、実施例品はTCTテストおよび半田浸漬時の耐クラツ
ク性テストの両テストにおいて比較例品に比べてクラツ
クの発生数が少なかつた。このことから、実施例品はTC
Tテストおよび半田浸漬時の耐クラツク性の双方に優れ
ていることがわかる。

───────────────────────────────────────────────────── 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 中村 ▲吉▼伸 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 吉田 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２−235918（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−189326（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−96929（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−96928（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−220219（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−21627（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C08L 63/00 - 63/10 H01L 23/29 C08G 59/20 - 59/32 C08G 59/62

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下記の（Ａ）〜（Ｃ）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）ナフトールから誘導される構造単位を１分子中に
   １個以上含むノボラツク型ポリグリシジルエーテル。 （Ｂ）下記の一般式（Ｉ）で表されるノボラツク硬化
   剤。 〔上記一般式（Ｉ）において、ＸはＨまたはCH₃であ
   る。また、２≦ｍ≦50である。〕 （Ｃ）無機質充填剤。
2. 【請求項２】下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有する半導
   体封止用エポキシ樹脂組成物。 （Ａ）ナフトールから誘導される構造単位を１分子中に
   １個以上含むノボラツク型ポリグリシジルエーテル。 （Ｂ）下記の一般式（Ｉ）で表されるノボラツク硬化
   剤。 〔上記一般式（Ｉ）において、ＸはＨまたはCH₃であ
   る。また、２≦ｍ≦50である。〕 （Ｃ）無機質充填剤。
3. 【請求項３】上記（Ａ）成分であるノボラツク型ポリグ
   リシジルエーテルが、下記の一般式（IV）で表されるノ
   ボラツク型ポリグリシジルエーテルである請求項（２）
   記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
4. 【請求項４】上記一般式（IV）において、繰り返し数ｎ
   が０≦ｎ≦10の範囲に、繰り返し数ｍが１≦ｍ≦20の範
   囲に、かつ上記繰り返し数ｎと繰り返し数ｍとの和（ｎ
   ＋ｍ）が２≦（ｎ＋ｍ）≦20の範囲にそれぞれ設定され
   ている請求項（３）記載の半導体封止用エポキシ樹脂組
   成物。
5. 【請求項５】上記（Ａ）成分であるノボラツク型ポリグ
   リシジルエーテルが、下記の構造式で表されるものであ
   る請求項（３）または（４）記載の半導体封止用エポキ
   シ樹脂組成物。
6. 【請求項６】上記（Ａ）成分であるノボラツク型グリシ
   ジルエーテルが、ナフトールとクレゾールをアルデヒド
   成分を介して反応させてナフトール−クレゾール縮合体
   を作製し、これをエピクロルヒドリンと反応させること
   により得られたものであって、上記ナフトールとクレゾ
   ールの縮合度が２〜５の範囲である請求項（２）〜
   （５）のいずれか一項に記載の半導体封止用エポキシ樹
   脂組成物。
7. 【請求項７】上記ナフトールがα−ナフトールであり、
   かつクレゾールがｐ−クレゾールである請求項（６）記
   載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
8. 【請求項８】上記（Ｂ）成分であるノボラツク硬化剤
   が、下記の構造式で表されるものである請求項（２）〜
   （７）のいずれか一項に記載の半導体封止用エポキシ樹
   脂組成物。
9. 【請求項９】上記半導体素子の大きさが、８ピン以上も
   しくはその長辺が4mm以上のものである請求項（１）記
   載の半導体装置。
10. 【請求項１０】上記半導体素子の大きさが、16ピン以上
    もしくはその長辺が4mm以上のものである請求項（１）
    記載の半導体装置。