JP2001139771A - エポキシ樹脂成形材料及び半導体装置 - Google Patents

エポキシ樹脂成形材料及び半導体装置

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JP2001139771A
JP2001139771A JP32665499A JP32665499A JP2001139771A JP 2001139771 A JP2001139771 A JP 2001139771A JP 32665499 A JP32665499 A JP 32665499A JP 32665499 A JP32665499 A JP 32665499A JP 2001139771 A JP2001139771 A JP 2001139771A
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resin molding
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Koji Mori
恒治 森
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Sumitomo Bakelite Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】リードフレーム等の各種部材への密着性に優れ
た半導体封止用エポキシ樹脂成形材料、及びこれを用い
た半導体装置。 【解決手段】(A)エポキシ樹脂、(B)フェノール樹
脂、(C)無機充填材、(D)硬化促進剤、(E)コモ
ノマー含有量が15〜30重量%のエチレンと不飽和カ
ルボン酸エステル、又はカルボン酸ビニルエステルの二
元共重合体のエチレン系コポリマーを全エポキシ樹脂組
成物中に0.02〜5重量%含有するエポキシ樹脂組成
物を、加熱混練し粉砕した成形材料中の前記エチレン系
コポリマーの分散粒径が50μm以下であることを特徴
とする半導体封止用エポキシ樹脂成形材料。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、リードフレーム等
の各種部材への密着性に優れた半導体封止用エポキシ樹
脂成形材料、及びこれを用いた半導体装置に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】近年、IC、LSI等の半導体素子を、
主にエポキシ樹脂成形材料で封止された半導体装置は、
QFPやSOJ等の表面実装型が主流となりつつある。
又、この半導体装置の大型化、チップの大型化、ファイ
ンピッチ化が進み、耐半田クラック性に対する要求も厳
しくなってきている。従来の耐半田クラック性に優れた
エポキシ樹脂成形材料は、無機充填材の高充填化による
高強度化と低吸水率化により耐半田クラック性を改良し
てきたが、大型の半導体装置ではパッド下の剥離が起こ
り易く、又耐温度サイクル性の低下もある。このよう
に、従来のエポキシ樹脂成形材料では、特に大型の半導
体装置に対しては耐半田クラック性と耐温度サイクル性
の両立が難しかった。
【0003】耐半田クラック性を改良するためには、前
述した高強度化と低吸水率化の手法の他に、半導体装置
に用いる各種部材、特にリードフレームに対する密着性
の改良が重要である。リードフレームに対する密着性を
向上するために、リードフレームにディンプルを付けた
り、スリットを入れる方法が提案され、実用化されてい
る。又シランカップリング剤を使用したり、離型剤であ
るワックスを調整することにより、ある程度の密着性の
向上ができる。しかし、耐半田クラック性の評価が剥離
によってなされるようになってきたため、更に密着性に
ついて厳しい要求がだされてきており、従来からの手法
だけでは不十分になってきている。又耐温度サイクル性
を向上するためには、従来からシリコーンオイル等を添
加したり、シリコーンオイルとエポキシ樹脂、フェノー
ル樹脂等との反応物を添加して低弾性率化を計ってきた
が、シリコーンオイルを用いると、強度の低下と共に、
各種部材との密着性の低下という不具合が発生する。一
方、シリコーンオイルのような低応力剤を使用しない
と、耐温度サイクル性が低下するという問題がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、リードフレ
ーム等の各種部材への密着性、耐半田クラック性、耐温
度サイクル性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂成形材
料、及びこれを用いた半導体装置を提供するものであ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、(A)エポキ
シ樹脂、(B)フェノール樹脂、(C)無機充填材、
(D)硬化促進剤、(E)コモノマー含有量が15〜3
0重量%のエチレンと不飽和カルボン酸エステル、又は
カルボン酸ビニルエステルの二元共重合体のエチレン系
コポリマーを全エポキシ樹脂組成物中に0.02〜5重
量%含有するエポキシ樹脂組成物を、加熱混練し粉砕し
た成形材料中の前記エチレン系コポリマーの分散粒径が
50μm以下であることを特徴とする半導体封止用エポ
キシ樹脂成形材料、及びこれを用いて半導体素子を封止
してなることを特徴とする半導体装置である。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明に用いるエポキシ樹脂とし
ては、1分子中に2個以上のエポキシ基を有するモノマ
ー、オリゴマー、ポリマー全般を言い、特に限定される
ものではない。例えば、オルソクレゾールノボラック型
エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、
ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、
ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ
樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキ
シ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、トリア
ジン核含有エポキシ樹脂、及びこれらの変性樹脂等が挙
げられ、これらは単独でも混合して用いてもよい。エポ
キシ樹脂成形材料の耐湿性向上のためには、塩素イオ
ン、ナトリウムイオン等の不純物イオンが極力少ないこ
とが望ましい。又、硬化性のためには、エポキシ当量が
150〜300g/eq程度が好ましい。
【0007】本発明に用いるフェノール樹脂としては、
1分子中に2個以上のフェノール性水酸基を有するモノ
マー、オリゴマー、ポリマー全般を言い、特に限定され
るものではない。例えば、フェノールノボラック樹脂、
ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、フェノール
アラルキル樹脂、トリフェノールメタン樹脂、及びこれ
らの変性樹脂等が挙げられ、これらは単独でも混合して
用いてもよい。エポキシ樹脂成形材料の耐湿性向上のた
めには、塩素イオン、ナトリウムイオン等の不純物イオ
ンが極力少ないことが望ましい。又、硬化性のために
は、水酸基当量が80〜250g/eq程度が好まし
い。
【0008】本発明に用いる無機充填材としては、例え
ば、溶融シリカ、球状シリカ、結晶シリカ、2次凝集シ
リカ、多孔質シリカ、2次凝集シリカ又は多孔質シリカ
を粉砕したシリカ、アルミナ等が挙げられ、これらは単
独でも混合して用いてもよい。又、粒子の形状として
は、破砕状でも球状でも特に問題ないが、流動特性、機
械強度、及び熱的特性のバランスのとれた球状の溶融シ
リカが好適に用いられている。更にこれらの無機充填材
はカップリング剤で表面処理されていてもよい。
【0009】本発明に用いる硬化促進剤としては、一般
に封止材料に用いられているものを広く使用できる。代
表的なものとしては、例えば、1,8−ジアザビシクロ
(5,4,0)ウンデセン−7、トリフェニルホスフィ
ン、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレ
ート、テトラフェニルホスホニウム・テトラナフトイッ
クアシッドボレート、ベンジルジメチルアミン、2−メ
チルイミダゾール等が挙げられ、これらは単独でも混合
して用いてもよい。これらの硬化促進剤は、エポキシ樹
脂成形材料中にドライブレンドされても、溶融ブレンド
されても、又は両者の併用でも構わない。
【0010】本発明で用いるコモノマー含有量が15〜
30重量%のエチレンと不飽和カルボン酸エステル、又
はカルボン酸ビニルエステルの二元共重合体であるエチ
レン系コポリマーについて、以下に詳細に説明する。本
発明のエチレン系コポリマーは、エチレンと、不飽和カ
ルボン酸エステル、又はカルボン酸ビニルエステルの二
元共重合体であり、不飽和カルボン酸エステルとして
は、メチルアクリレート、エチルアクリレート、メチル
メタアクリレート、エチルメタアクリレート、ブチルア
クリレート、ブチルメタアクリレート、2−エチルヘキ
シルアクリレート、2−エチルヘキシルメタアクリレー
ト等が挙げられ、又カルボン酸ビニルエステルとして
は、ビニルアセテート、ビニルプロピオネートなどが挙
げられる。これらの内、不飽和カルボン酸エステルとし
ては、エチルアクリレート、メチルメタアクリレートが
好ましく、カルボン酸ビニルエステルとしては、ビニル
アセテートが好ましい。又エポキシ樹脂成形材料中での
分散粒径を50μm以下とするためには、ペレットだと
通常の加熱混練時のせん断力では柔軟性があるため50
μm以下の分散粒径を得ることが難しい。従って性状と
しては粉末が好ましく、代表的なものとしては、日本ユ
ニカー(株)からPES−210、PES−220、P
ES−400が、東ソー(株)からNM30BWが市販
されており、特に、エチレンとエチルアクリレートの共
重合体であり、粉末状のPES−220が好ましい。本
発明のエチレン系ポリマーのコモノマー含有量として
は、15〜30重量%であることが必須である。コモノ
マー含有量が15重量%未満だと、低応力性、密着が不
十分となり、耐半田クラック性、耐温度サイクル性試験
において剥離等の不良が発生するおそれがあるので好ま
しくない。又30重量%を越えると柔らかくなりすぎ、
エチレン系コポリマー自体も粉末化が難しくなり、又あ
る程度粉末化したとしても加熱混練時に十分にせん断が
かからないため、分散が難しくなり、エポキシ樹脂成形
材料中での分散粒径が50μm以上となり成形性(ブリ
ード、曇り、流動性)に悪影響を及ぼし好ましくない。
分散粒径としては、前記したように成形性への影響から
50μm以下が必須であり、更に好ましくは30μm以
下である。このためには粉末状のエチレン系コポリマー
を使用すると共に、混合混練時にも分散粒径を細かくす
るような設備、条件を選定する必要がある。本発明のエ
チレン系コポリマーのコモノマー含有量は、赤外分光光
度計で測定し、又分散粒径は、樹脂成形材料の成形物の
表面を研磨仕上げして、電子顕微鏡により1000〜2
000倍で観察する。本発明のエチレン系コポリマーの
配合量としては、全エポキシ樹脂成形材料中に0.02
〜5重量%、より好ましくは0.2〜3重量%である。
0.02重量%未満だと各種部材への密着性の向上、及
び耐温度サイクル性の向上の効果が得られず、又5重量
%を越えると粘性が高くなりすぎ流動性が低下したり、
成形性(ブリード)に悪影響を及ぼすおそれかあり、更
にコスト高となり好ましくない。
【0011】本発明のエポキシ樹脂成形材料は、(A)
〜(E)成分を必須成分とするが、必要に応じてシラン
カップリング剤等のカップリング剤、臭素化エポキシ樹
脂、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、天然ワックス、合成ワックス等の離型剤、シ
リコーンオイル、ゴム等の低応力添加剤等の種々の添加
剤を適宜配合しても差し支えない。本発明のエポキシ樹
脂成形材料は、(A)〜(E)成分、及びその他の添加
剤をミキサー等を用いて十分に均一に常温混合した後、
更に熱ロール、又はニーダー等で溶融混練し、冷却後粉
砕して得られる。本発明のエポキシ樹脂成形材料を用い
て、半導体素子等の電子部品を封止し、半導体装置を製
造するには、トランスファーモールド、コンプレッショ
ンモールド、インジェクションモールド等の従来からの
成形方法で硬化成形すればよい。
【0012】
【実施例】以下、本発明を実施例で具体的に説明する。
配合割合は重量部とする。 実施例1 ビフェニル型エポキシ樹脂(融点105℃、エポキシ当量195) 8.6重量部 フェノールアラルキル樹脂(軟化点80℃、水酸基当量174) 7.9重量部 球状溶融シリカ粉末 80.0重量部 1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7(以下、DBUという ) 0.2重量部 エチレン−エチルアクリレート共重合体(日本ユニカー(株)・製、PES− 220、コモノマー含有量:25重量%、メルトインデックス:20g/10分 、粉末粒径:500μm以下、以下(E−1)という) 0.5重量 部 エポキシシランカップリング剤 0.5重量部 臭素化フェノールノボラック型エポキシ樹脂 1.0重量部 三酸化アンチモン 0.5重量部 カーボンブラック 0.3重量部 カルナバワックス 0.5重量部 をミキサーを用いて常温で混合し、70〜130℃で二
軸ロールを用いて混練し、冷却後粉砕しエポキシ樹脂成
形材料を得た。得られたエポキシ樹脂成形材料を以下の
方法で評価した。結果を表1に示す。
【0013】評価方法 スパイラルフロー:EMMI−1−66に準じたスパイ
ラルフロー測定用の金型を用い、金型温度175℃、注
入圧力70kg/cm2、硬化時間2分で測定した。単
位はcm。 成形性(ブリード):低圧トランスファー成形機の金型
を用いて成形温度175℃、圧力70kg/cm2、硬
化時間1.5分で160pQFPを成形し、得られたパ
ッケージの表面の状態を目視で観察し、ブリードの有無
を○、△、×で判定した。 エチレン系コポリマーの分散粒径:成形性評価に使用し
た160pQFPの断面を研磨により仕上げ、電子顕微
鏡により1000〜2000倍でエチレン系コポリマー
の分散粒径を観察した。 耐半田クラック性:低圧トランスファー成形機を用いて
成形温度175℃、圧力70kg/cm2、硬化時間2
分で208pQFP(3.2mm厚)を成形し、更にポ
ストモールドキュアとして、175℃で8時間の処理を
行った(サンプル数は12個)。得られたパッケージを
85℃、相対湿度60%の雰囲気中で168時間吸湿
後、240℃のIRリフロー処理を行った。処理後のパ
ッケージ内部の剥離を超音波探傷機を用いて観察し、チ
ップ表面、又はパッド裏面の剥離又はクラックがあるパ
ッケージの個数で耐半田クラック性(及び密着性)を判
定した。 耐温度サイクル性:低圧トランスファー成形機を用いて
成形温度175℃、圧力70kg/cm2、硬化時間2
分で208pQFP(3.2mm厚)を成形し、更にポ
ストモールドキュアとして、175℃で8時間の処理を
行った(サンプル数は12個)。得られたパッケージ
を、30℃、相対湿度60%の雰囲気中で192時間吸
湿後、耐温度サイクル性試験を−65℃〜150℃で1
000サイクル行い、剥離又はクラックがあるパッケー
ジの個数で耐温度サイクル性を判定した。
【0014】実施例2〜5、比較例1〜6 表1、表2の配合に従い、実施例1と同様にしてエポキ
シ樹脂成形材料を得、実施例1と同様にして評価した。
結果を表1、表2に示す。なお、実施例2ではエチレン
−ビニルアセテート共重合体(コモノマー含有量:26
重量%、メルトインデックス:4g/10分、粉末粒
径:500μm以下、以下(E−2)という) 実施例3ではエチレン−メチルメタアクリレート共重合
体(コモノマー含有量:25重量%、メルトインデック
ス:10g/分、粉末粒径:500μm以下、以下(E
−3)という)を使用した。比較例1ではエチレン−エ
チルアクリレート共重合体(コモノマー含有量:10重
量%、メルトインデックス:20g/10分、粉末粒
径:500μm以下、以下(E−4)という) 比較例2ではエチレン−エチルアクリレート共重合体
(コモノマー含有量:35重量%、メルトインデック
ス:20g/10分、ペレット、以下、(E−5)とい
う) 比較例3ではエチレン−エチルアクリレート共重合体
(コモノマー含有量:25重量%、メルトインデック
ス:20g/10分、ペレット、以下、(E−6)とい
う)を使用した。
【表1】
【0015】
【表2】
【0016】
【発明の効果】本発明に従うと、リードフレーム等の各
種部材への密着性、耐半田クラック性、耐温度サイクル
性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂成形材料を得るこ
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) // C08F 210/02 C08L 23:08) (C08L 63/00 (C08F 210/02 23:08) 220:14) (C08F 210/02 (C08F 210/02 220:14) 218:08) (C08F 210/02 H01L 23/30 R 218:08) Fターム(参考) 4J002 BB063 BB073 CC03X CC07X CD04W CD05W CD06W CD07W DE146 DJ016 FD016 FD140 GQ05 4J100 AA02P AG02Q AG04Q AL03Q AL04Q CA04 JA03 JA46 4M109 AA01 BA01 CA21 EA02 EA03 EB03 EB04 EB06 EB07 EB08 EB09 EB12 EB19 EC03 EC09

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)エポキシ樹脂、(B)フェノール
    樹脂、(C)無機充填材、(D)硬化促進剤、(E)コ
    モノマー含有量が15〜30重量%のエチレンと不飽和
    カルボン酸エステル、又はカルボン酸ビニルエステルの
    二元共重合体のエチレン系コポリマーを全エポキシ樹脂
    組成物中に0.02〜5重量%含有するエポキシ樹脂組
    成物を、加熱混練し粉砕した成形材料中の前記エチレン
    系コポリマーの分散粒径が50μm以下であることを特
    徴とする半導体封止用エポキシ樹脂成形材料。
  2. 【請求項2】 不飽和カルボン酸エステルがエチルアク
    リレート、又はメチルメタアクリレートで、カルボン酸
    ビニルエステルがビニルアセテートである請求項1記載
    の半導体封止用エポキシ樹脂成形材料。
  3. 【請求項3】 請求項1、又は2記載のエポキシ樹脂成
    形材料を用いて半導体素子を封止してなることを特徴と
    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
EP1534438A2 (en) * 2002-07-26 2005-06-01 Illinois Tool Works Inc. Sealing system and process therefor
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