JP2000186184A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

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JP2000186184A
JP2000186184A JP10363967A JP36396798A JP2000186184A JP 2000186184 A JP2000186184 A JP 2000186184A JP 10363967 A JP10363967 A JP 10363967A JP 36396798 A JP36396798 A JP 36396798A JP 2000186184 A JP2000186184 A JP 2000186184A
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epoxy resin
resin composition
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formula
sealing
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JP10363967A
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Tatsuyoshi Wada
辰佳 和田
Shin Sawano
伸 沢野
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Panasonic Electric Works Co Ltd
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Matsushita Electric Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 吸湿を抑制してパッケージクラックを低減す
ることができると共に、封止成形の際の金型のクリーニ
ングサイクルを長くすることができる半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物を提供する。 【解決手段】 エポキシ樹脂、硬化剤、硬化触媒、無機
充填材を必須成分として含有する半導体封止用エポキシ
樹脂組成物に関する。このものにおいて、エポキシ樹脂
として下記式(1)のエポキシ樹脂と下記式(2)のエ
ポキシ樹脂を配合する。 【化1】

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物及びこの半導体封止用エポキシ樹脂組成
物を用いた半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、ダイオード、トランジスタ
ー、集積回路等の電気・電子部品や、半導体装置等の封
止方法として、例えばエポキシ樹脂やシリコン樹脂等に
よる封止方法や、ガラス、金属、セラミック等を用いた
ハーメチックシール法が採用されているが、近年では、
信頼性の向上と共に大量生産が可能であり、またコスト
メリットのあるエポキシ樹脂を用いた低圧トランスファ
ー成形による樹脂封止が主流を占めるようになってい
る。
【0003】そしてこのエポキシ樹脂を用いる封止法に
おいては、o−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂を
樹脂成分とし、フェノールノボラック樹脂を硬化剤成分
とするエポキシ樹脂組成物が一般に使用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、IC、
LSI、VLSIなどの電子部品や半導体装置の高密度
化、高集積化に伴って、モールド樹脂は薄肉化してきて
おり、これまでのエポキシ樹脂組成物では必ずしもこれ
に満足に対応することができなくなってきている。例え
ば、表面実装デバイスにおいては、実装時にデバイス自
身が高温下にさらされるため、パッケージクラック等の
発生が多発する事態になっている。すなわち、半導体を
封止樹脂で封止成形した後、保管中に封止樹脂中に吸湿
した水分が、IR半田リフローなどで高温にさらされる
際に急激に気化膨張し、封止樹脂がこれに耐えきれずに
パッケージクラックを起こすのである。
【0005】そこで、ビフェニル型エポキシ樹脂を樹脂
成分としたエポキシ樹脂組成物を用いることによって、
吸湿時の耐半田リフロー性を高めてパッケージクラック
の発生を低減する試みが行なわれているが、このような
ビフェニル型エポキシ樹脂を樹脂成分としたエポキシ樹
脂組成物は成形性に問題があり、特に封止成形の際に金
型が汚れ易く、金型を清浄化するクリーニングのサイク
ルが短くなるものであった。
【0006】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、吸湿を抑制してパッケージクラックを低減するこ
とができると共に、封止成形の際の金型のクリーニング
サイクルを長くすることができる半導体封止用エポキシ
樹脂組成物を提供することを目的とするものであり、ま
たパッケージクラックなどの不良の少ない半導体装置を
提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係る
半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬
化剤、硬化触媒、無機充填材を必須成分として含有する
半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹
脂として下記式(1)のエポキシ樹脂と下記式(2)の
エポキシ樹脂を配合して成ることを特徴とする半導体封
止用エポキシ樹脂組成物。
【0008】
【化3】
【0009】また請求項2の発明は、硬化剤として下記
式(3)のフェノール樹脂を配合して成ることを特徴と
する請求項1に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成
物。
【0010】
【化4】
【0011】また請求項3の発明は、エポキシ樹脂総量
中、上記式(2)のエポキシ樹脂の割合が20〜90重
量%であることを特徴とするものである。
【0012】また請求項4の発明は、硬化触媒として有
機リン化合物を含有することを特徴とするものである。
【0013】本発明の請求項5に係る半導体装置は、上
記の請求項1乃至4のいずれかに記載のエポキシ樹脂組
成物で半導体が封止されて成ることを特徴とするもので
ある。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。
【0015】本発明においてエポキシ樹脂としては、上
記の式(1)の骨格を有するものと、上記式(2)のエ
ポキシ樹脂を用いるが、この式(1)及び式(2)のエ
ポキシ樹脂以外に、クレゾールノボラック型エポキシ樹
脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、トリフェニ
ルメタン型エポキシ樹脂、ブロム含有エポキシ樹脂、ナ
フタレン環を有するエポキシ樹脂等を用いることができ
る。エポキシ樹脂組成物中のエポキシ樹脂の総量のう
ち、式(2)のエポキシ樹脂は20〜90重量%を占め
るように配合するのが好ましい。またエポキシ樹脂とし
て式(1)と式(2)のものだけを配合する場合には、
式(1)のエポキシ樹脂の配合量は式(2)のエポキシ
樹脂の残量である80〜10重量%に設定されるが、式
(1)と式(2)のエポキシ樹脂に加えて他のエポキシ
樹脂を配合する場合においても、式(1)のエポキシ樹
脂はエポキシ樹脂の総量のうち少なくとも4重量%を配
合することが好ましく、特にエポキシ樹脂の総量の30
〜70重量%の範囲で配合するのが望ましい。
【0016】式(1)及び式(2)のエポキシ樹脂を用
いることによって吸湿を低減してパッケージクラックの
発生を抑制するものであり、また式(1)のエポキシ樹
脂の配合量が多くなると封止成形の際の金型のクリーニ
ングのサイクルが短くなるので、式(2)のエポキシ樹
脂を配合して式(1)のエポキシ樹脂の配合量を相対的
に少なくし、クリーニングサイクルが長くなるようにし
ているものであり、式(2)のエポキシ樹脂の割合が2
0重量%未満であると、これらの効果を十分に期待する
ことができない。
【0017】また本発明において硬化剤としては、上記
式(3)の骨格を有するフェノールアラルキル樹脂を用
いることができるが、これのみに限定されるものではな
く、このフェノールアラルキル樹脂以外の硬化剤として
は、1分子中に2個以上のフェノール性水酸基を有する
ものであればいずれのものでもよく、例えばフェノール
ノボラック樹脂、ナフトール樹脂などを用いることがで
きる。
【0018】また硬化触媒(硬化助剤)としては、トリ
フェニルホスフィン、トリメタトリルホスフィン、トリ
パラトリルホスフィン等の有機リン化合物、1,8−ジ
アザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7(DBU)
等の3級アミン、2−フェニルイミダゾール(2PZ)
等のイミダゾール類などを用いることができるが、吸湿
を低減してパッケージクラックの発生を抑制するために
は有機リン化合物を用いるのが好ましい。
【0019】さらに本発明において無機充填材として
は、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化ケイ素等
を用いることができるものであり、これらのなかでも溶
融シリカが好ましい。
【0020】そして、上記のエポキシ樹脂、硬化剤、硬
化触媒、無機充填材を配合し、さらに必要に応じてカッ
プリング剤、難燃剤、顔料、シリコーン可撓剤などを配
合し、これをミキサー、ブレンダー等で均一に混合した
後、ニーダーやロール等で加熱混練することによって、
本発明に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得るこ
とができるものである。このように混練した後、必要に
応じて冷却固化し、粉砕して粉状などにして使用するよ
うにしてもよい。
【0021】ここで、エポキシ樹脂に対する硬化剤の配
合量は、エポキシ樹脂のエポキシ基のモル数(X)と硬
化剤のフェノール性水酸基のモル数(Y)の比(X/
Y)が0.5〜1.5になるように設定するのが好まし
く、この範囲を外れると硬化の際の硬化性や硬化物の低
応力性において不利になる場合がある。また硬化触媒の
配合量は、エポキシ樹脂と硬化剤の合計100重量部に
対して0.2〜2重量部、特に0.4〜1.2重量部の
範囲が好ましい。さらに無機充填材の配合量は、エポキ
シ樹脂組成物全量に対して80〜93重量%の範囲が好
ましい。
【0022】また、上記のようにして得られるエポキシ
樹脂組成物を低圧トランスファー成形してIC等の半導
体を封止することによって、半導体装置を得ることがで
きるものである。
【0023】
【実施例】以下本発明を実施例によって具体的に説明す
る。
【0024】表1及び表2の配合物をミキサーで均一に
混合した後、ニーダーで加熱混練することによって、実
施例1〜8及び比較例1〜2の半導体封止用エポキシ樹
脂組成物を得た。
【0025】ここで表1及び表2において、式(1)の
ビフェニル型エポキシ樹脂として、油化シェル社製「Y
X4000H」(エポキシ当量192)を、式(2)の
エポキシ樹脂として、日本化薬社製「NC3000P」
(エポキシ当量274)を、ブロム化エポキシ樹脂とし
て、住友化学工業社製「ESB400」(エポキシ当量
400)を、フェノールノボラック樹脂として、荒川化
学社製「タマノール752」(水酸基当量105)を、
式(3)のフェノールアラルキ樹脂として住金ケミカル
社製「HE100C」用いた。また無機充填材としてγ
−グリシドキシプロピルトリメトキシシランで処理した
溶融シリカを用いた。
【0026】上記のようにして得たエポキシ樹脂組成物
について、吸湿率を測定した。吸湿率の測定は、エポキ
シ樹脂組成物を温度170℃、キュア90秒の条件で成
形して直径50mm、厚み3.0mmのテストピースを
作製し、テストピースを85℃、85%RH、72時間
の条件で吸湿させ、重量増加を計測することによって行
なった。結果を表1及び表2に示す。
【0027】また上記のようにして得たエポキシ樹脂組
成物を用いて温度170℃、キュア90秒の条件で封止
成形することによって、外形サイズ15mm×19mm
×2.4mm厚の60ピンのQFPのTEG(テストエ
レメントグループ)のパッケージを作製し、耐半田リフ
ロー性を測定した。測定は、このパッケージを85℃、
85%RH、72時間の条件で吸湿させた後、IRリフ
ロー処理(EIAJ規格)を行ない、実体顕微鏡でクラ
ックの発生の有無を観察することによって行なった。結
果を表1及び表2に、10個のサンプル(分母)中の不
良個数(分子)で示す。
【0028】また、この耐半田リフロー性測定のための
吸湿処理を行なったパッケージについて、PCT試験を
行なった。試験は、133℃、100%RHの条件下に
て500時間処理して行ない、オープン不良発生数を測
定した。結果を表1及び表2に、10個のサンプル(分
母)中の不良個数(分子)で示す。
【0029】さらにクリーニングサイクル性を評価する
ために、トランジスタ「TO220」のパッケージを封
止成形した際に、パッケージの捺印面に汚れが発生し始
めるまでの金型へのトランスファー成形のショット数を
測定した。結果を表1及び表2に示す。
【0030】
【表1】
【0031】
【表2】
【0032】
【発明の効果】上記のように本発明の請求項1に係る半
導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化
剤、硬化触媒、無機充填材を必須成分として含有する半
導体封止用エポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹脂
として上記式(1)のエポキシ樹脂と上記式(2)のエ
ポキシ樹脂を配合するようにしたので、式(1)及び式
(2)のエポキシ樹脂によって吸湿を低減してパッケー
ジクラックの発生を抑制することができるものであり、
しかも式(2)のエポキシ樹脂の配合によって式(1)
のビフェニル型エポキシ樹脂の配合量を相対的に少なく
することができ、封止成形の際の金型のクリーニングサ
イクルを長くすることができるものである。
【0033】また請求項2の発明は、硬化剤として上記
式(3)のフェノール樹脂を配合するようにしたので、
吸湿を低減してパッケージクラックの発生を防止すると
共にクリーニングサイクルを長くする効果を高く得るこ
とができるものである。
【0034】また請求項3の発明は、エポキシ樹脂総量
中、上記式(2)のエポキシ樹脂の割合が20〜90重
量%であるので、吸湿を低減してパッケージクラックの
発生を防止すると共にクリーニングサイクルを長くする
効果を高く得ることができるものである。
【0035】また請求項4の発明は、硬化触媒として有
機リン化合物を含有するので、吸湿を低減してパッケー
ジクラックの発生を防止すると共にクリーニングサイク
ルを長くする効果を高く得ることができるものである。
【0036】そして本発明の請求項5に係る半導体装置
は、上記の請求項1乃至3のいずれかに記載のエポキシ
樹脂組成物で半導体が封止されているので、封止樹脂が
吸湿することを抑制することができ、半田リフロー時な
どの高温の作用によってパッケージクラックが発生する
ことを低減することができるものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // C08G 59/62 Fターム(参考) 4J002 CC273 CD05W CD06X EU096 EU116 EW136 FD010 FD143 FD156 GQ05 4J036 AA05 AD07 AE05 DD07 FB08 JA07 4M109 AA01 BA01 CA21 EA04 EA06 EB03 EB04 EB06 EB07 EB08 EB09 EB12 EB13 EB19 EC01 EC03

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エポキシ樹脂、硬化剤、硬化触媒、無機
    充填材を必須成分として含有する半導体封止用エポキシ
    樹脂組成物において、エポキシ樹脂として下記式(1)
    のエポキシ樹脂と下記式(2)のエポキシ樹脂を配合し
    て成ることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成
    物。 【化1】
  2. 【請求項2】 硬化剤として下記式(3)のフェノール
    樹脂を配合して成ることを特徴とする請求項1に記載の
    半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 【化2】
  3. 【請求項3】 エポキシ樹脂総量中、上記式(2)のエ
    ポキシ樹脂の割合が20〜90重量%であることを特徴
    とする請求項1又は2に記載の半導体封止用エポキシ樹
    脂組成物。
  4. 【請求項4】 硬化触媒として有機リン化合物を含有す
    ることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の
    半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至4のいずれかに記載のエポ
    キシ樹脂組成物で半導体が封止されて成ることを特徴と
    する半導体装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001226454A (ja) * 2000-02-17 2001-08-21 Sumitomo Bakelite Co Ltd エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001226454A (ja) * 2000-02-17 2001-08-21 Sumitomo Bakelite Co Ltd エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

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Effective date: 20021217