JP2001213939A

JP2001213939A - エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置

Info

Publication number: JP2001213939A
Application number: JP2000028589A
Authority: JP
Inventors: Akira Kimura; 明木村
Original assignee: Toshiba Chemical Corp
Current assignee: Kyocera Chemical Corp
Priority date: 2000-02-07
Filing date: 2000-02-07
Publication date: 2001-08-07

Abstract

(57)【要約】【課題】耐湿性、半田耐熱性、成形性に優れ、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エポキシ樹脂組成
物および半導体封止装置を提供する。【解決手段】（Ａ）ビフェニル型エポキシ樹脂、
（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）エポキシ基又はアミノ基
を含有するシランカップリング剤、（Ｄ）溶融シリカ粉
末および（Ｅ）硬化促進剤を必須成分とし、樹脂組成物
に対して前記（Ｄ）の溶融シリカ粉末を２５〜９２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、このエポキシ樹脂組成物の硬化物によって、半導体
チップを封止した半導体封止装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐湿性、半田耐熱性、
成形性に優れたエポキシ樹脂組成物および半導体封止装
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
ポキシ樹脂等のエポキシ樹脂、ノボラック型フェノール
樹脂および無機充填剤からなる樹脂組成物によって封止
した半導体装置は、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】また、下記構造式に示すビフェニル型エポ
キシ樹脂は、低粘度であるため、無機充填材の高充填化
に適しているが、硬化性などの成形性が悪いという欠点
があった。

【０００５】

【化５】また、他の低粘度のエポキシ樹脂は、低粘度になればな
る程、軟化温度が下がり、作業性が困難になる欠点があ
った。

【０００６】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、半田耐熱性、成形性、流動性に優れ、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と
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。

【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、特定のビフェニ
ル型エポキシ樹脂、特定のシランカップリング剤を用い
ることによって、耐湿性、半田耐熱性、成形性等に優れ
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。

【０００８】即ち、本発明は、（Ａ）次の構造式に示さ
れるエポキシ樹脂、

【化６】（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）次の一般式で示されるエ
ポキシ基又はアミノ基を有するシランカップリング剤、

【化７】Ｒ¹−Ｃ_nＨ_2n−Ｓｉ（ＯＲ²）₃ （但し、式中Ｒ¹はエポキシ基又はアミノ基を有する原
子団を、Ｒ²はメチル基又はエチル基を、ｎは０又は１
以上の整数をそれぞれ表す）（Ｄ）最大粒径が１００μｍ以下の溶融シリカ粉末およ
び（Ｅ）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（Ｄ）の溶融シリカ粉末を２５〜９２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。

【０００９】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１０】本発明に用いる（Ａ）エポキシ樹脂は、前
記の構造式化６で示されるビフェニル型のものが使用さ
れる。また、このエポキシ樹脂には、ノボラック系エポ
キシ樹脂、エピビス系エポキシ樹脂、その他の公知のエ
ポキシ樹脂を併用することができる。

【００１１】本発明に用いる（Ｂ）フェノール樹脂とし
ては、前記（Ａ）のエポキシ樹脂のエポキシ基と反応し
得るフェノール性水酸基を２個以上有するものであれば
特に制限するものではない。具体的な化合物として例え
ば

【化８】（但し、ｎは０又は１以上の整数を表す）

【化９】（但し、ｎは０又は１以上の整数を表す）

【化１０】（但し、ｎは０又は１以上の整数を表す）

【化１１】（但し、ｎは０又は１以上の整数を表す）

【化１２】（但し、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。

【００１２】本発明に用いる（Ｃ）エポキシ基又はアミ
ノ基を有するシランカップリング剤としては、前記の一
般式化７で示されるものが使用される。具体的なものと
して、例えば、

【化１３】

【化１４】

【化１５】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。

【００１３】本発明に用いる（Ｄ）溶融シリカ粉末とし
ては、不純物濃度が低く最大粒径が１００μｍ以下で、
平均粒径３０μｍ以下の溶融シリカ粉末が好ましく使用
される。平均粒径３０μｍを超えると耐湿性および成形
性が劣り好ましくない。溶融シリカ粉末の配合割合は、
全体の樹脂組成物に対して２５〜９２重量％含有するよ
うに配合することか好ましい。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９２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。これらの溶融シリカ
粉末に、シランカップリング剤に有機塩基を添加し、直
ちにヘンシェルミキサー、スーパーミキサー等で処理を
行うと均一に表面処理ができ、その効果が十分に発揮で
きる。

【００１４】本発明に用いる（Ｅ）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０．０１〜５．０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、５．０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。

【００１５】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、特定のシランカ
ップリング剤、溶融シリカ粉末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、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。

【００１６】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、溶融シリカ粉末に特
定のシランカップリング剤と塩基性有機化合物を配合し
て表面処理し、前述した特定のエポキシ樹脂、フェノー
ル樹脂、シランカップリング剤処理をした溶融シリカ粉
末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。

【００１７】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。

【００１８】

【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、特定の
シランカップリング剤、溶融シリカ粉末および硬化促進
剤を用いることによって、樹脂組成物の吸水性を低減
し、成形性、流動性、熱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。

【００１９】

【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。

【００２０】実施例１溶融シリカ粉末（最大粒径１００μｍ以下）８４％をヘ
ンシェルミキサーに入れ、攪拌しながら前述した化１３
のシランカップリング剤０．４％を加えて溶融シリカ粉
末の表面処理をした。次に下記の構造式化１５で表され
るビフェニル型エポキシ樹脂２．３％、化１６で表され
る４，４´−ジグリシジル−３，５，３´，５´テトラ
メチルビフェニル型エポキシ樹脂４．８％、

【化１５】

【化１６】テトラブロモビスフェノールＡ型エポキシ樹脂１．５
％、前述した化７のフェノール樹脂１．２％、前述した
化８のフェノール樹脂２．９％、トリフェニルホスフィ
ン０．２％、カルナバワックス類０．４％、カーボンブ
ラック０．３％、および三酸化アンチモン２．０％を常
温で混合し、さらに７０〜１００℃で混練冷却した後、
粉砕して成形材料（Ａ）を製造した。

【００２１】実施例２溶融シリカ粉末（最大粒径１００μｍ以下）８４％をヘ
ンシェルミキサーに入れ、攪拌しながら前述した化１３
のシランカップリング剤０．４％を加えて溶融シリカ粉
末の表面処理をした。次に前述した化１５のビフェニル
型エポキシ樹脂２．３％、ｏ−クレゾールノボラック型
エポキシ樹脂４．８％、テトラブロモビスフェノールＡ
型エポキシ樹脂１．５％、前述した化８のフェノール樹
脂１．２％、前述した化１０のフェノール樹脂２．９
％、トリフェニルホスフィン０．２％、カルナバワック
ス類０．４％、カーボンブラック０．３％、および三酸
化アンチモン２．０％を常温で混合し、さらに７０〜１
００℃で混練冷却した後、粉砕して成形材料（Ｂ）を製
造した。

【００２２】実施例３溶融シリカ粉末（最大粒径１００μｍ以下）８４％をヘ
ンシェルミキサーに入れ、攪拌しながら前述した化１３
のシランカップリング剤０．４％を加えて溶融シリカ粉
末の表面処理をした。次に前述した化１５のビフェニル
型エポキシ樹脂２．３％、化１６の４，４´−ジグリシ
ジル−３，５，３´，５´テトラメチルビフェニル型エ
ポキシ樹脂４．８％、テトラブロモビスフェノールＡ型
エポキシ樹脂１．５％、前述した化８のフェノール樹脂
１．２％、前述した化９のフェノール樹脂２．９％、ト
リフェニルホスフィン０．２％、カルナバワックス類
０．４％、カーボンブラック０．３％、および三酸化ア
ンチモン２．０％を常温で混合し、さらに７０〜１００
℃で混練冷却した後、粉砕して成形材料（Ｃ）を製造し
た。

【００２３】比較例１溶融シリカ粉末（最大粒径１００μｍ以下）８０％をヘ
ンシェルミキサーに入れ、攪拌しながら前述した化１３
のシランカップリング剤０．４％を加えて溶融シリカ粉
末の表面処理をした。次にテトラブロモビスフェノール
Ａ型エポキシ樹脂２．０％、ｏ−クレゾールノボラック
型エポキシ樹脂８．１％、前述した化８のフェノール樹
脂２．０％、前述した化９のフェノール樹脂４．６％、
トリフェニルホスフィン０．２％、カルナバワックス類
０．４％、カーボンブラック０．３％、および三酸化ア
ンチモン２．０％を常温で混合し、さらに７０〜１００
℃で混練冷却した後、粉砕して成形材料（Ｄ）を製造し
た。

【００２４】比較例２溶融シリカ粉末（最大粒径１００μｍ以下）８４％をヘ
ンシェルミキサーに入れ、攪拌しながら前述した化１３
のシランカップリング剤０．４％を加えて溶融シリカ粉
末の表面処理をした。次にテトラブロモビスフェノール
Ａ型エポキシ樹脂１．５％、化１６の４，４´−ジグリ
シジル−３，５，３´，５´テトラメチルビフェニル型
エポキシ樹脂６．２％、前述した化８のフェノール１．
５％、前述した化９のフェノール樹脂３．５％、トリフ
ェニルホスフィン０．２％、カルナバワックス類０．４
％、カーボンブラック０．３％、および三酸化アンチモ
ン２．０％を常温で混合し、さらに７０〜１００℃で混
練冷却した後、粉砕して成形材料（Ｅ）を製造した。

【００２５】こうして製造した成形材料（Ａ）〜（Ｅ）
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、耐湿性、半田耐
熱性、成形性に優れており、本発明の顕著な効果を確認
することができた。

【００２６】

【表１】＊１：ＥＭＭＩ−Ｉ−６６に準じてスパイラルフロー測
定した（１７５℃）。

【００２７】＊２：高化式フロー粘度（１７５℃）。

【００２８】＊３：１７５℃，８０ｋｇ／ｃｍ²，２分
間のトランスファー成形によって得られた成形品（試験
片）をつくり、１７５℃，８時間の後硬化を行い、ＪＩ
Ｓ−Ｋ−６９１１に準じて試験した。

【００２９】＊４：＊３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。

【００３０】＊５、＊６：５．３×５．３ｍｍチップを
ＶＱＦＰ（１２×１２×１．４ｍｍ厚）パッケージに納
め、成形材料を用いて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
して得た半導体封止装置を８５℃，８５％，４８時間の
吸湿処理した後、増加した重量によって計算した。ま
た、これをエアーリフローマシン（Ｍａｘ２４０℃）に
通し、外部および内部クラックの有無を調査した。

【００３１】＊７：１７５℃での連続成形を行って評価
した。○印…２００ショットで問題なし、△印…２００
ショット未満で硬化不良、×印…１００ショット未満で
硬化不良。

【００３２】

【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、耐湿性、半田耐熱性、成形性に優れ、また、薄型パ
ッケージ等の充填性にも優れ、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 (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０８Ｌ 61/06 Ｃ０８Ｌ 61/06 63/02 63/02 Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31 Ｆターム(参考） 4J002 CC04X CD05W DJ017 EX066 EX076 FD148 GQ05 4J036 AD07 DB06 DC03 DC41 DD07 DD08 FA05 FA11 FA13 FB07 JA07 4M109 AA01 EA03 EB03 EB04 EB06 EB13 EC01 EC05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）次の構造式に示されるエポキシ樹
脂、【化１】（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）次の一般式で示されるエ
ポキシ基又はアミノ基を有するシランカップリング剤、【化２】Ｒ¹−Ｃ_nＨ_2n−Ｓｉ（ＯＲ²）₃（但し、式
中Ｒ¹はエポキシ基又はアミノ基を有する原子団を、Ｒ
²はメチル基又はエチル基を、ｎは０又は１以上の整数
をそれぞれ表す）（Ｄ）最大粒径が１００μｍ以下の溶
融シリカ粉末および（Ｅ）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（Ｄ）の溶融シリカ粉末
を２５〜９２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）次の構造式に示されるエポキシ樹
脂、【化３】（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）次の一般式で示されるエ
ポキシ基又はアミノ基を有するシランカップリング剤、【化４】Ｒ¹−Ｃ_nＨ_2n−Ｓｉ（ＯＲ²）₃ （但し、式中Ｒ¹はエポキシ基又はアミノ基を有する原
子団を、Ｒ²はメチル基又はエチル基を、ｎは０又は１
以上の整数をそれぞれ表す）（Ｄ）最大粒径が１００μｍ以下の溶融シリカ粉末およ
び（Ｅ）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（Ｄ）の溶融シリカ粉末を２５〜９２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。