JP3512460B2

JP3512460B2 - エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置

Info

Publication number: JP3512460B2
Application number: JP05996394A
Authority: JP
Inventors: 浩一伊吹
Original assignee: Kyocera Chemical Corp
Current assignee: Kyocera Chemical Corp
Priority date: 1994-03-05
Filing date: 1994-03-05
Publication date: 2004-03-29
Anticipated expiration: 2019-03-29
Also published as: JPH07242729A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流動性、半田耐熱性に
優れたエポキシ樹脂組成物およびその組成物によって半
導体チップを封止した半導体封止装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路の分野において、
高集積化、高信頼性化の技術開発と同時に半導体装置の
実装工程の自動化が推進されている。例えばフラットパ
ッケージ型の半導体装置を回路基板に取り付ける場合
に、従来、リードピン毎に半田付けを行っていたが、最
近では半田浸漬方式や半田リフロー方式が採用されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のノボラック型エ
ポキシ樹脂等モノマーが２％以上含まれるエポキシ樹
脂、ノボラック型フェノール樹脂およびシリカ粉末から
なる樹脂組成物によって封止した半導体装置は、流動性
に優れるものの耐熱性が著しく低下する欠点があり、装
置全体の半田浴浸漬を行うと耐湿性が低下するという欠
点があった。特に吸湿した半導体装置を浸漬すると、封
止樹脂と半導体チップ、あるいは封止樹脂とリードフレ
ームとの間の剥がれや、内部樹脂クラックが生じて著し
い耐湿性劣化を起こし、電極の腐蝕による断線や水分に
よるリーク電流を生じ、その結果、半導体装置は、長期
間の信頼性を保証することができないという欠点があっ
た。

【０００４】本発明は、上記の欠点を解消するためにな
されたもので、吸湿の影響が少なく、特に半田浴浸漬後
の耐湿性、流動性、半田耐熱性に優れ、封止樹脂と半導
体チップあるいは封止樹脂とリードフレームの間の剥が
れや、内部樹脂クラックの発生がなく、また電極の腐蝕
による断線や水分によるリーク電流の発生もなく、長期
信頼性を保証できるエポキシ樹脂組成物および半導体封
止装置を提供しようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の目的
を達成しようと鋭意研究を重ねた結果、特定のエポキシ
樹脂を用いることによって、耐湿性、半田耐熱性等に優
れた樹脂組成物が得られることを見いだし、本発明を完
成したものである。

【０００６】即ち、本発明は、（Ａ）次の一般式で示さ
れるエポキシ樹脂、

【０００７】

【化５】（但し、式中Ｒ¹ はｔ−ブチル基を、Ｒ² はメチル基
を、Ｒ³はＣ_l Ｈ_2l+1基を、Ｒ⁴はＣ_m Ｈ_2m+1基をそれ
ぞれ表し、各基におけるl 、ｍおよびｎは０又は１以
上の整数を表す。）（Ｂ）次の一般式で示されるフェノール樹脂

【化６】（Ｃ）無機質充填剤（Ｄ）硬化促進剤を必須成分とし、全体の樹脂組成物に対して前記（Ｃ）
の無機質充填剤を２５〜９５重量％の割合で含有してな
ることを特徴とするエポキシ樹脂組成物である。また、
このエポキシ樹脂組成物の硬化物によって、半導体チッ
プが封止されてなることを特徴とする半導体封止装置で
ある。

【０００８】以下、本発明を詳細に説明する。

【０００９】本発明に用いる（Ａ）エポキシ樹脂は、前
記の一般式化３で示されるものが使用される。また、こ
のエポキシ樹脂には、その分子量等に制限されることな
く使用することができる。具体的な化合物として、例え
ば

【００１０】

【化７】（但し、式中ｎは０又は１以上の整数を表す）

【００１１】

【化８】（但し、式中ｎは０又は１以上の整数を表す）等が挙げ
られこれらは単独又は混合して使用することができる。
また、このエポキシ樹脂は、ノボラック系エポキシ樹脂
やビフェニル系エポキシ樹脂、その他の公知のエポキシ
樹脂を併用することができる。

【００１２】本発明に用いる（Ｂ）フェノール樹脂とし
ては、次式で示される骨格構造を有するもの等が挙げら
れる。

【００１３】

【化９】（但し、式中ｎは０又は１以上の整数を表す）

【００１４】

【００１５】本発明に用いる（Ｃ）無機質充填剤として
は、一般に使用されているものが広く使用されるが、そ
れらの中でも不純物濃度が低く、平均粒径３０μｍ以下
のシリカ粉末が好ましく使用される。平均粒径３０μｍ
を超えると成形性が劣り好ましくない。無機質充填剤の
配合割合は、全体の樹脂組成物に対して２５〜９０重量
％含有するように配合することが好ましい。その割合が
２５重量％未満では樹脂組成物の吸湿性が高く、半田浸
漬後の耐湿性に劣り、また９０重量％を超えると極端に
流動性が悪くなり、成形性に劣り好ましくない。

【００１６】本発明に用いる（Ｄ）硬化促進剤として
は、リン系硬化促進剤、イミダゾール系硬化促進剤、Ｄ
ＢＵ系硬化促進剤その他の硬化促進剤等を広く使用する
ことができる。これらは単独又は２種以上併用すること
ができる。硬化促進剤の配合割合は、全体の樹脂組成物
に対して０．０１〜５重量％含有するように配合するこ
とが望ましい。その割合が０．０１重量％未満では樹脂
組成物のゲルタイムが長く、硬化特性も悪くなり、ま
た、５重量％を超えると極端に流動性が悪くなって成形
性に劣り、さらに電気特性も悪くなり耐湿性に劣り好ま
しくない。

【００１７】本発明のエポキシ樹脂組成物は、前述した
特定のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、無機質充填剤お
よび硬化促進剤を必須成分とするが、本発明の目的に反
しない限度において、また必要に応じて、例えば天然ワ
ックス類、合成ワックス類、直鎖脂肪酸の金属塩、酸ア
ミド類、エステル類、パラフィン類等の離型剤、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、
シランカップリング剤、ゴム系やシリコーン系の低応力
付与剤等を適宜添加配合することができる。

【００１８】本発明のエポキシ樹脂組成物を成形材料と
して調製する場合の一般的方法は、前述した特定のエポ
キシ樹脂、フェノール樹脂、無機質充填剤および硬化促
進剤その他の成分を配合し、ミキサー等によって十分均
一に混合した後、さらに熱ロールによる溶融混合処理ま
たはニーダ等による混合処理を行い、次いで冷却固化さ
せ適当な大きさに粉砕して成形材料とすることができ
る。こうして得られた成形材料は、半導体装置をはじめ
とする電子部品或いは電気部品の封止・被覆・絶縁等に
適用すれば優れた特性と信頼性を付与させることができ
る。

【００１９】また、本発明の半導体封止装置は、上述の
成形材料を用いて半導体チップを封止することにより容
易に製造することができる。封止を行う半導体チップと
しては、例えば集積回路、大規模集積回路、トランジス
タ、サイリスタ、ダイオード等で特に限定されるもので
はない。封止の最も一般的な方法としては、低圧トラン
スファー成形法があるが、射出成形、圧縮成形、注形等
による封止も可能である。成形材料で封止後加熱して硬
化させ、最終的にはこの硬化物によって封止された半導
体封止装置が得られる。加熱による硬化は、１５０℃以
上に加熱して硬化させることが望ましい。

【００２０】

【作用】本発明のエポキシ樹脂組成物および半導体封止
装置は、特定のエポキシ樹脂、フェノール樹脂を用いる
ことによって、エポキシ樹脂中に２〜５％のモノマーが
含有されているものであっても、樹脂組成物のガラス転
移温度が上昇し、機械的特性と低応力性が向上し、半田
浸漬、半田リフロー後の樹脂クラックの発生がなくな
り、耐湿性劣化が少なくなるものである。

【００２１】

【実施例】次に本発明を実施例によって説明するが、本
発明はこれらの実施例によって限定されるものではな
い。以下の実施例および比較例において「％」とは「重
量％」を意味する。

【００２２】実施例１前述した化７の構造をもつとともに５％のモノマーを含
有するエポキシ樹脂（重量平均ｎ＝１．５）１０％、前
述した化９のフェノール樹脂（昭和高分子社製ＢＲＧ−
５５６）５％、溶融シリカ粉末８４％、硬化促進剤（ト
リフェニルホスフィン）０．３％、エステルワックス
（カルナバワックス）０．３％およびシランカップリン
グ剤（日本ユニカー社製Ａ−１８７）０．４％を常温で
混合し、さらに９０〜９５℃で混練冷却した後、粉砕し
て成形材料（Ａ）を製造した。

【００２３】比較例１実施例１で用いたと同じ化７の構造をもつとともに５％
モノマーを含有するエポキシ樹脂（重量平均ｎ＝１．
５）１０．２％、下記一般式

【化１０】で示されるフェノール樹脂（明和化成社製ＭＥＨ−７５
０）４．８％、o-クレゾールノボラック型エポキシ樹脂
（住友化成社製ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ）８％、溶融シリ
カ粉末７６％、硬化促進剤（トリフェニルホスフィン）
０．３％、エステルワックス（カルナバワックス）０．
３％およびシランカップリング剤（日本ユニカー社製
Ａ−１８７）０．４％を常温で混合し、さらに９０〜９
５℃で混練冷却した後、粉砕して成形材料（Ｂ）を製造
した。

【００２４】比較例２実施例１で用いたと同じ化７の構造をもち、モノマー含
有量を１％に減らしたエポキシ樹脂（重量平均ｎ＝１．
５）１０％、ノボラック型フェノール樹脂（昭和高分子
社製ＢＲＧ−５５６）５％、溶融シリカ粉末８４％、硬
化促進剤（トリフェニルホスフィン）０．３％、エステ
ルワックス（カルナバワックス）０．３％およびシラン
カップリング剤（日本ユニカー社製Ａ−１８７）０．４
％を常温で混合し、さらに９０〜９５℃で混練冷却した
後、粉砕して成形材料（Ｃ）を製造した。

【００２５】比較例３実施例１で用いたと同じ化７の構造をもち、モノマー含
有量を１％に減らしたエポキシ樹脂（重量平均ｎ＝１．
５）１０．２％、比較例１で用いた化１０のフェノール
樹脂（明和化成社製ＭＥＨ−７５０）４．８％、溶融シ
リカ粉末８４％、硬化促進剤（トリフェニルホスフィ
ン）０．３％、エステルワックス（カルナバワックス）
０．３％およびシランカップリング剤（日本ユニカー社
製Ａ−１８７）０．４％を常温で混合し、さらに９０〜
９５℃で混練冷却した後、粉砕して成形材料（Ｄ）を製
造した。

【００２６】こうして製造した成形材料（Ａ）〜（Ｄ）
を用いて１７０℃に加熱した金型内にトランスファー注
入、半導体チップを封止し硬化させて半導体封止装置を
製造した。これらの半導体封止装置について、諸試験を
行ったのでその結果を表１に示したが、本発明のエポキ
シ樹脂組成物および半導体封止装置は、モノマーの少な
いエポキシ樹脂と同等の耐湿性、半田耐熱性を有してお
り、また、モノマーの少ないエポキシ樹脂よりも優れた
流動性を示し、本発明の顕著な効果を確認することがで
きた。

【００２７】

【表１】＊１：トランスファー成形によって直径５０ｍｍ、厚さ
３ｍｍの成形品を作り、これを１２７℃，２．５気圧の
飽和水蒸気中に２４時間放置し、増加した重量によって
測定した。＊２：吸水率の場合と同様な成形品を作り、１７５℃，
８時間の後硬化を行い、適当な大きさの試験片とし、熱
機械分析装置を用いて測定した。＊３：ＪＩＳ−Ｋ−６９１１に準じて試験した。＊４：成形材料を用いて、２本以上のアルミニウム配線
を有するシリコン製チップを、通常の４２アロイフレー
ムに接着し、１７５℃，２分間トランスファー成形した
後、１７５℃，８時間の後硬化を行った。こうして得た
成形品を、予め４０℃，９０％ＲＨ，１００時間の吸湿
処理した後、２５０℃の半田浴に１０秒間浸漬した。そ
の後、１２７℃，２．５気圧の飽和水蒸気中でＰＣＴを
行い、アルミニウムの腐蝕による50％断線を不良として
評価した。＊５：８×８ｍｍダミーチップをＱＦＰ（１４×１４×
１．４ｍｍ）パッケージに納め、成形材料を用いて１７
５℃，２分間トランスファー成形した後、１７５℃，８
時間の後硬化を行った。こうして得た半導体封止装置を
８５℃，８５％，２４時間の吸湿処理した後、２４０℃
の半田浴に１分間浸漬した。その後、実体顕微鏡でパッ
ケージ表面を観察し、外部樹脂クラックの発生の有無を
評価した。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明および表１から明らかなよう
に、本発明のエポキシ樹脂組成物および半導体封止装置
は、モノマーを２〜５％含有するエポキシ樹脂を用いた
ものであっても、流動性、耐湿性、半田耐熱性に優れ、
吸湿による影響が少なく、電極の腐蝕による断線や水分
によるリーク電流の発生等を著しく低減することがで
き、しかも長期間にわたって信頼性を保証することがで
きる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C08G 59/00 - 59/72 H01L 23/29 H01L 23/31

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）次の一般式に示され、該一般式中
におけるｎが０であるモノマーの含有量が２〜５％であ
るエポキシ樹脂、【化１】（但し、式中Ｒ^１はｔ−ブチル基を、Ｒ^２はメチル基
を、Ｒ^３はＣ_ｌＨ_２ｌ＋１基を、Ｒ^４はＣ_ｍＨ_２ｍ＋１
基をそれぞれ表し、各基におけるl 、ｍおよびｎは０
又は１以上の整数を表す。）（Ｂ）次の一般式で示されるフェノール樹脂【化２】（Ｃ）無機質充填剤（Ｄ）硬化促進剤を必須成分とし、全体の樹脂組成物に対して前記（Ｃ）
の無機質充填剤を２５〜９０重量％の割合で含有してな
ることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
【請求項２】（Ａ）次の一般式で示され、該一般式中
におけるｎが０であるモノマーの含有量が２〜５％であ
るエポキシ樹脂、【化３】（但し、式中Ｒ^１はｔ−ブチル基を、Ｒ^２はメチル基
を、Ｒ^３はＣ_ｌＨ_２ｌ＋１基を、Ｒ^４はＣ_ｍＨ_２ｍ＋１
基をそれぞれ表し、各基におけるl 、ｍおよびｎは０
又は１以上の整数を表す。）（Ｂ）次の一般式で示されるフェノール樹脂【化４】（Ｃ）無機質充填剤（Ｄ）硬化促進剤を必須成分とし、全体の樹脂組成物に対して前記（Ｃ）
の無機質充填剤を２５〜９０重量％の割合で含有したエ
ポキシ樹脂組成物の硬化物によって、半導体チップが封
止されてなることを特徴とする半導体封止装置。