JP2000256440A

JP2000256440A - エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置

Info

Publication number: JP2000256440A
Application number: JP11059596A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kasai; 健史笠井
Original assignee: Toshiba Chemical Corp
Current assignee: Kyocera Chemical Corp
Priority date: 1999-03-08
Filing date: 1999-03-08
Publication date: 2000-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】パッケージの反り、流動・成形性、実装時の
半田耐熱性、樹脂クラック、接着性、実装後の耐湿性に
優れ、長期間の信頼性を保証することができるエポキシ
樹脂組成物および片面封止ＢＧＡ型半導体封止装置を提
供する。【解決手段】（Ａ）（ａ）ビスフェノールＡ骨格を有
する多官能エポキシ樹脂と（ｂ）結晶性エポキシ樹脂と
を重量比で（ａ）／（ｂ）＝０．１〜２．０の割合で含
有するエポキシ樹脂、（Ｂ）多官能フェノール樹脂、
（Ｃ）無機質充填剤および（Ｄ）硬化促進剤を必須成分
とし、樹脂組成物に対して前記（Ｃ）無機質充填剤を２
５〜９３重量％の割合で含有してなるエポキシ樹脂組成
物であり、またこの組成物の硬化物で、半導体チップが
封止された片面封止ＢＧＡ型の半導体封止装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パッケージ反り
性、成形性、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が封止された片面
封止のＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）型の
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、
チップの高集積化に伴う大型化、多極化が進む一方、パ
ッケージ外径寸法については、携帯情報通信機器を中心
に小型、軽量化の要求が益々強くなっている。このた
め、リードが周辺に配列されているＱＦＰでは、多電極
化に伴う狭ピッチ化が加速し、現状の０．３ｍｍ電極ピ
ッチでは一括リフローソルダリングの限界に達してい
る。

【０００３】そこでリードをパッケージ下面にエリアア
レイ状配置としたＢＧＡ型に移行して、電極ピッチを
１．５〜１．０ｍｍに保ってソルダリングを容易にする
動きが、数年前より米国を中心に活発化してきた。

【０００４】しかし、ＢＧＡ型のパッケージは、片面封
止のため、従来のノボラック型エポキシ樹脂等のエポキ
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場合、パッケー
ジの反りが大きいという欠点があった。また、ボンディ
ングの長ループ化により、成形時にワイヤ流れが起こる
という欠点があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の欠点
を解消するためになされたもので、パッケージの反りが
少なく、かつ、流動性が良好で、成形性に優れ、また、
実装時の半田耐熱性に優れ、樹脂クラックの発生がな
く、接着性も良好であり、実装後の耐湿性に優れ、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。

【０００６】

【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、特定のフェノール樹脂を用いることによって、パ
ッケージの反りが少なく、かつ、流動性が良好で、成形
性に優れ、また、実装時の半田耐熱性に優れ、樹脂クラ
ックの発生がなく、接着性も良好であり、実装後の耐湿
性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。

【０００７】即ち、本発明は、（Ａ）（ａ）次の一般式
で示されるビスフェノールＡ骨格を有する多官能エポキ
シ樹脂と、

【化７】（但し、式中Ｒ¹，Ｒ²，Ｒ³は水素原子又は炭素数１
〜１０のアルキル基を表す）（ｂ）次の一般式で示される結晶性エポキシ樹脂

【化８】（但し、式中Ｒ¹，Ｒ²，は水素原子又は炭素数１〜１
０のアルキル基を表す）とを重量比で（ａ）成分／
（ｂ）成分が０．１〜２．０の割合で含有するエポキシ
樹脂、（Ｂ）次の一般式で示される多官能フェノール樹脂、

【化９】（但し、式中Ｒは水素原子、メチル基、エチル基、プロ
ピル基、ブチル基およびｔ−ブチル基の中で１種もしく
は２種以上の組合せを、ｎは０〜１０までの整数をそれ
ぞれ表す）（Ｃ）無機質充填剤および（Ｄ）硬化促進剤を必須成分とし、前記（Ｃ）無機質充填剤を樹脂組成物
に対して２５〜９３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。また別の本発明
は、このエポキシ樹脂組成物の硬化物で、半導体チップ
が封止された片面封止のＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄ
Ａｒｒａｙ）型であ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）（ａ）ビスフェノー
ルＡ骨格を有する多官能エポキシ樹脂としては、前記の
一般式化７で示されたものが使用される。具体的な化合
物として、例えば、

【化１０】

【化１１】等が挙げられる。

【００１０】本発明に用いる（Ａ）（ｂ）結晶性エポキ
シ樹脂としては、前記の一般式化８で示されたものが使
用される。具体的な化合物として、例えば、

【化１２】

【化１３】等が挙げられる。

【００１１】（ａ）ビスフェノールＡ骨格を有する多官
能エポキシ樹脂および（ｂ）の結晶性エポキシ樹脂を併
用することにより、高いガラス転移温度と、高流動性、
高接着性を可能とすることができる。

【００１２】本発明においては、（ａ）ビスフェノール
Ａ骨格を有する多官能エポキシ樹脂と、（ｂ）結晶性エ
ポキシ樹脂とを、多官能エポキシ樹脂／結晶性樹脂の重
量比が０．１〜２．０、好ましくは０．２〜０．７の割
合で使用する。重量比が０．１未満では、吸水率の増
加、高粘度、接着力の低下が生じ、２．０を超えるとガ
ラス転移温度の低下が生じる。

【００１３】また、（ａ）多官能エポキシ樹脂および
（ｂ）結晶性エポキシ樹脂の他に、エピビス系エポキシ
樹脂、臭素化エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹
脂、ノボラック型エポキシ樹脂およびこれらの変性樹脂
をさらに添加することができる。この場合、（ａ）の多
官能エポキシ樹脂と（ｂ）の結晶性エポキシ樹脂との合
計は、エポキシ樹脂混合物全体の１０重量％以上、特に
４０〜１００重量％となるように配合することが好まし
い。

【００１４】本発明に用いる（Ｂ）多官能フェノール樹
脂としては、前記の一般式化９で示されるものが使用さ
れる。具体的な化合物として、例えば

【化１４】（但し、式中、ｎは０〜１０までの整数を表す）

【化１５】（但し、式中、ｎは０〜１０までの整数を表す）等が挙
げられる。

【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することができる。平均粒
径が３０μｍを超えると耐湿性および成形性が劣り好ま
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２５〜９３重量％の割合で含有することが望
ましい。その割合が２５重量％未満では、樹脂組成物の
吸湿性が大きく、半田浸漬後の耐湿性に劣り、また、９
３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が広く使用さ
れる。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、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、特定のフェノール樹脂、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、
ベンガラ等の着色剤、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な方法としては、前述した特
定のエポキシ樹脂、特定のフェノール樹脂、無機質充填
剤および硬化促進剤その他の成分を所定の組成比に選択
した原料成分を配合し、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又はニ
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
電子部品ある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】本発明の半導体封止装置は、上述した成形
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、注型等
による封止も可能である。成形材料は封止の際に加熱し
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。チップを
搭載する基板としては、セラミック、プラスティック、
ポリイミドフィルム、リードフレームなどであるがこれ
らに限定されるものではない。

【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、前述した特定のエポキシ樹脂、特定のフェノー
ル樹脂を用いたことによって、樹脂組成物の高いガラス
転移温度を保持したまま、熱膨張係数を低減し、かつ高
流動性を兼ね備えることによって、熱機械特性と低応力
性が向上してパッケージの反りを抑え、良好な成形性で
あり、半田浸漬、半田リフロー後の樹脂のクラックの発
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具体的に説明す
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。以下の実施例及び比較例において「％」とは
「重量％」を意味する。

【００２２】実施例１前述した化１１のエポキシ樹脂４．８％、前述した化１
３のエポキシ樹脂１．３％、化１５のフェノール樹脂
２．１％、シリカ粉末８７％、硬化促進剤０．２％、エ
ステルワックス０．３％およびシランカップリング剤
０．４％を常温で混合し、さらに９０〜９５℃で混練し
てこれを冷却粉砕して成形材料（Ａ）を製造した。

【００２３】実施例２実施例１で用いた化１１のエポキシ樹脂３．５％、実施
例１で用いた化１３のエポキシ樹脂２．０％、化１５の
フェノール樹脂２．１％、フェノールノボラック樹脂
１．２％、シリカ粉末８８％、硬化促進剤０．２％、エ
ステルワックス０．３％およびシランカップリング剤
０．４％を常温で混合し、さらに９０〜９５℃で混練し
てこれを冷却粉砕して成形材料（Ｂ）を製造した。

【００２４】比較例１ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂１１％、ノボ
ラック型フェノール樹脂３％、シリカ粉末８５％、硬化
促進剤０．３％、エステルワックス０．３％およびシラ
ンカップリング剤０．４％を混合し、さらに９０〜９５
℃で混練してこれを冷却粉砕して成形材料（Ｃ）を製造
した。

【００２５】比較例２エピビス型エポキシ樹脂１１％、ノボラック型フェノー
ル樹脂３％、シリカ粉末８５％、硬化促進剤０．３％、
エステルワックス０．３％およびシランカップリング剤
０．４％を混合し、さらに９０〜９５℃で混練してこれ
を冷却粉砕して成形材料（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、１７５℃に加熱した金型内にトランスファー
注入し、硬化させて半導体チップを封止して半導体封止
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及び半導体封止装置は、パッケージ
の反りが少なく、流動性、耐湿性、半田耐熱性に優れて
おり、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。

【００２８】＊２：吸水率の場合と同様な成形品を作
り、１７５℃で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。

【００２９】＊３：ＪＩＳ−Ｋ−６９１１に準じて試験
した。

【００３０】＊４：成形材料を用いて、２本のアルミニ
ウム配線を有するシリコン製チップを、通常のＢＧＡ用
フレームに接着し、１７５℃で２分間トランスファー成
形した後、１７５℃で８時間の後硬化を行った。こうし
て得た成形品を１２７℃，２．５気圧の飽和水蒸気中で
耐湿試験を行い、アルミニウム腐食による５０％断線
（不良発生）の起こる時間を評価した。

【００３１】＊５：１０×１０ｍｍダミーチップをＢＧ
Ａ（３０×３０×１．２ｍｍ）パッケージに納め、成形
材料を用いて、１７５℃で２分間トランスファー成形し
た後、１７５℃で８時間の後硬化を行った。こうして製
造した半導体封止装置を３０℃，６０％，１９２時間の
吸湿処理をした後、２４０℃のＩＲリフローを３０秒間
行い、パッケージクラックの発生の有無を評価した。

【００３２】＊６：１０×１０ｍｍダミーチップをＢＧ
Ａ（３×３０×１．２ｍｍ）パッケージに納め、成形材
料を用いて、１７５℃で２分間トランスファー成形した
後、１７５℃で８時間の後硬化を行った。こうして製造
した半導体封止装置の反り量を非接触レーザー測定機に
より測定した。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明及び表１から明らかなよう
に、本発明のエポキシ樹脂組成物及び半導体封止装置
は、パッケージの反りが少なく、かつ、流動性が良好
で、成形性に優れ、また、実装時の半田耐熱性に優れ、
樹脂クラックもなく、接着性も良好であり、また、実装
後の耐湿性に優れ、しかも長期間の信頼性を保証するこ
とができる。

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｈ０１Ｌ 23/31 Ｆターム(参考） 4J002 CC05Y CD04X CD05W DJ016 EU107 EW007 FD016 FD090 FD130 FD157 FD160 GQ05 4J036 AC01 AC05 AD08 DC41 FA05 FB08 GA04 GA23 JA07 4M109 AA01 BA03 CA21 EA03 EA06 EB03 EB04 EB06 EB07 EB08 EB09 EB12 EB19 EC01 EC03 EC04 EC05 EC09 EC20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）（ａ）次の一般式で示されるビス
フェノールＡ骨格を有する多官能エポキシ樹脂と、【化１】（但し、式中Ｒ¹，Ｒ²，Ｒ³は水素原子又は炭素数１
〜１０のアルキル基を表す）（ｂ）次の一般式で示される結晶性エポキシ樹脂【化２】（但し、式中Ｒ¹，Ｒ²，は水素原子又は炭素数１〜１
０のアルキル基を表す）とを重量比で（ａ）成分／
（ｂ）成分が０．１〜２．０の割合で含有するエポキシ
樹脂、（Ｂ）次の一般式で示される多官能フェノール樹脂、【化３】（但し、式中Ｒは水素原子、メチル基、エチル基、プロ
ピル基、ブチル基およびｔ−ブチル基の中で１種もしく
は２種以上の組合せを、ｎは０〜１０までの整数をそれ
ぞれ表す）（Ｃ）無機質充填剤および（Ｄ）硬化促進剤を必須成分とし、前記（Ｃ）無機質充填剤を樹脂組成物
に対して２５〜９３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）（ａ）次の一般式で示されるビス
フェノールＡ骨格を有する多官能エポキシ樹脂と、【化４】（但し、式中Ｒ¹，Ｒ²，Ｒ³は水素原子又は炭素数１
〜１０のアルキル基を表す）（ｂ）次の一般式で示される結晶性エポキシ樹脂【化５】（但し、式中Ｒ¹，Ｒ²，は水素原子又は炭素数１〜１
０のアルキル基を表す）とを重量比で（ａ）成分／
（ｂ）成分が０．１〜２．０の割合で含有するエポキシ
樹脂、（Ｂ）次の一般式で示される多官能フェノール樹脂、【化６】（但し、式中Ｒは水素原子、メチル基、エチル基、プロ
ピル基、ブチル基およびｔ−ブチル基の中で１種もしく
は２種以上の組合せを、ｎは０〜１０までの整数をそれ
ぞれ表す）（Ｃ）無機質充填剤および（Ｄ）硬化促進剤を必須成分とし、前記（Ｃ）無機質充填剤を樹脂組成物
に対して２５〜９３重量％の割合で含有したエポキシ樹
脂組成物の硬化物で、半導体チップが封止された片面封
止のＢＧＡ型であることを特徴とする半導体封止装置。