JP2000290347A - エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パッケージ反りが少なく、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、樹脂クラックなどもなく、長期信頼性を保証するエ
ポキシ樹脂組成物および片面封止ＢＧＡ型の半導体封止
装置を提供する。 【解決手段】 （Ａ）次式で示される多官能エポキシ樹
脂、 （Ｂ）次式で示される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、（Ｃ）成分を２５〜９３重量％の割合で含有して
なるエポキシ樹脂組成物である。また、この樹脂硬化物
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（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）型
である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
ッケージ外径寸法は、携帯情報通信機器を中心に小型、
軽量化の要求がますます強くなっている。

【０００３】このため、リードが周辺に配列されるＱＦ
Ｐ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）では、多電
極化に伴う狭ピッチ化が加速し、現状の電極ピッチは
０．３ｍｍで一括リフローソルダリングの限界に達して
いる。

【０００４】そこで、リードをパッケージ下面にエリア
アレイ状に配置したＢＧＡ型に移行させて、電極ピッチ
を１．５ｍｍ〜１．０ｍｍに保ち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。

【０００５】しかし、ＢＧＡ型のパッケージは、片面封
止のために、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
ングワイヤ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。

【０００６】

【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、さらに、実装後の耐湿性に優れ、長
期の信頼性を保証するエポキシ樹脂組成物及びＢＧＡ型
の半導体封止装置を提供しようとするものである。

【０００７】

【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、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
数が低減され、熱機械特性と低応力性が向上してパッケ
ージの反りを抑えることができ、また高流動性を兼ね備
えることにより良好な成形性がが付与され、さらに半田
浸漬、半田リフロー後の樹脂クラックの発生が無くな
り、耐湿性劣化も少なくなることを見いだし、本発明を
完成したものである。

【０００８】即ち、本発明は、 （Ａ）次の一般式で示される、多官能エポキシ樹脂、

【化５】 （但し、式中、Ｒは３価かつ炭素数１〜５の脂肪族飽和
炭化水素基、３価の脂環式炭化水素基または３価の芳香
族炭化水素基を表す） （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ｎは０〜１０までの整数であり、Ｒは水素
原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基及び
ｔ−ブチル基の中で１種もしくは２種以上の組合せを表
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型であることを特徴とす
る半導体封止装置である。

【０００９】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１０】本発明に用いる（Ａ）多官能エポキシ樹脂
としては、前記の一般式化５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７】

【化８】 等が挙げられる。

【００１１】本発明では、（Ａ）エポキシ樹脂として上
述の多官能エポキシ樹脂を使用するものであり、これに
より高いガラス転移温度と耐湿性を両立させたものであ
る。

【００１２】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６で示されたものが使用さ
れる。具体的な化合物としては、例えば、

【化９】 （但し、式中、ｎは０〜１０までの整数を表す）

【化１０】 （但し、式中、ｎは０〜１０までの整数を表す）等が挙
げられる。

【００１３】本発明では、（Ｂ）フェノール樹脂とし
て、上述の多官能フェノール樹脂を使用するものであ
り、これにより、高いガラス転移温度と高流動性を両立
するものである。

【００１４】また、これらの多官能フェノール樹脂の他
にさらにフェノールと、ホルムアルデヒド或いはパラホ
ルムアルデヒドとを反応させて得られるノボラック型フ
ェノール樹脂およびこれらの変性樹脂を併用することが
できる。

【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。また、チ
ップを搭載する基板としては、セラミック、プラスチッ
ク、ポリイミドフィルム、リードフレーム等特に限定さ
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、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るこ
とができ、また、高流動性を兼ね備えることにより良好
な成形性が付与され、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８のエポキシ樹脂８．５％、前述した化１０
のフェノール樹脂５．６％、シリカ粉末８５％、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８のエポキシ樹脂４．９％、実施例
１で用いた化１０のフェノール樹脂４．２％、シリカ粉
末９０％、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１ ｏ−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８５℃，６０％，１６８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（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の反り量を非接触式レーザー測定
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、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 (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31 Ｆターム(参考） 4J002 CC03X CD04W DJ016 EU117 EU137 EW007 FA086 FD016 FD14X FD157 GJ02 GQ05 4J036 AC02 AC08 DC41 DC46 DD07 FA01 FA05 FB08 JA07 4M109 AA01 BA01 BA04 CA21 EA03 EB03 EB04 EB06 EB07 EB08 EB09 EB12 EB19 EC01 EC03 EC04 EC05 EC20

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）次の一般式で示される多官能エポ
   キシ樹脂、 【化１】 （但し、式中、Ｒは３価かつ炭素数１〜５の脂肪族飽和
   炭化水素基、３価の脂環式炭化水素基または３価の芳香
   族炭化水素基を表す） （Ｂ）次の一般式で示される多官能フェノール樹脂、 【化２】 （但し、式中ｎは０〜１０までの整数であり、Ｒは水素
   原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基及び
   ｔ−ブチル基の中で１種もしくは２種以上の組合せを表
   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。
2. 【請求項２】 （Ａ）次の一般式で示される、多官能エ
   ポキシ樹脂、 【化３】 （但し、式中、Ｒは３価かつ炭素数１〜５の脂肪族飽和
   炭化水素基、３価の脂環式炭化水素基または３価の芳香
   族炭化水素基を表す） （Ｂ）次の一般式で示される多官能フェノール樹脂、 【化４】 （但し、式中ｎは０〜１０までの整数であり、Ｒは水素
   原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基及び
   ｔ−ブチル基の中で１種もしくは２種以上の組合せを表
   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。