JP2001302764A - 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）（ａ）ナフタレン骨格多官能エポ
キシ樹脂と（ｂ）ノボラック型エポキシ樹脂とが（ｂ）
／（ａ）＝０．０１〜１の割合に混合されたエポキシ樹
脂、（Ｂ）（ｃ）パラキシレン変性ナフトール樹脂と
（ｄ）多官能フェノール樹脂とが（ｄ）／（ｃ）＝０．
１〜３の割合に混合されたフェノール樹脂、（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】本発明者らは、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
シ樹脂混合物、特定のフェノール樹脂混合物を用いるこ
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）（ａ）次の一般式
で示される、ナフタレン骨格を有する多官能エポキシ樹
脂と、

【化９】 （但し、式中、Ｒは２価のＣ_n Ｈ_2n基（ｎは１以上の整
数）又は芳香族炭化水素基を表す） （ｂ）次の一般式で示されるノボラック型エポキシ樹脂

【化１０】 （但し、式中、Ｒ¹ 、Ｒ² 、Ｒ³ 、Ｒ⁴ は水素原子又は
炭素数１〜１０のアルキル基を、Ｒ⁵ は酸素原子又は炭
素数１〜５の２価の脂肪族飽和炭化水素基をそれぞれ表
す）とを、重量比［（ｂ）／（ａ）］が０．０１〜１の
割合となるよう、混合したエポキシ樹脂混合物、（Ｂ）
（ｃ）次の一般式で示されるパラキシレン変性ナフトー
ル樹脂と、

【化１１】 （但し、式中、Ｒ¹ 〜Ｒ⁴ は水素原子又はアルキル基
を、ｎは１以上の整数をそれぞれ表す） （ｄ）次の一般式で示される多官能フェノール樹脂

【化１２】 （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）とを、重量比［（ｄ）／（ｃ）］が０．１
〜３の割合となるよう、混合したフェノール樹脂混合
物、（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）エポキシ樹脂混合物
のうち、（ａ）成分のナフタレン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９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１３】 が挙げられる。

【００１１】また、（Ａ）エポキシ樹脂混合物のうち、
（ｂ）成分のノボラック型エポキシ樹脂としては、前記
の一般式化１０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１４】

【化１５】 等が挙げられる。

【００１２】本発明では、（Ａ）エポキシ樹脂として上
述の（ａ）ナフタレン骨格を有する多官能エポキシ樹脂
と（ｂ）ノボラック型エポキシ樹脂を混合物として併用
するものであり、これにより高いガラス転移温度と高流
動性を両立させたものである。また、（ａ）成分と
（ｂ）成分の重量比としては、（ｂ）／（ａ）＝０．０
１〜１、好ましくは、０．００５〜０．５の範囲で使用
するものである。重量比が０．０１未満では樹脂組成物
の流動性が低下し、また、重量比が１を超えるとガラス
転移温度が低下し、パッケージ反りが大きくなる。

【００１３】本発明に用いる（Ｂ）フェノール樹脂混合
物のうち、（ｃ）成分のパラキシレン変性ナフトール樹
脂としては、前記の一般式化１１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１６】

【化１７】 等が挙げられる。

【００１４】また、（Ｂ）フェノール樹脂混合物のう
ち、（ｄ）成分多官能フェノール樹脂としては、前記の
一般式化１２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１８】

【化１９】 等が挙げられる。

【００１５】本発明では、（Ｂ）フェノール樹脂とし
て、上述の（ｃ）成分パラキシレン変性ナフトール樹脂
と、（ｄ）成分多官能フェノール樹脂を混合物として併
用するものであり、これにより、高いガラス転移温度と
高接着性を両立するものである。また、（ｃ）成分と
（ｄ）成分の重量比としては、（ｄ）／（ｃ）＝０．１
〜３、好ましくは、０．２〜１の範囲で使用するもので
ある。重量比が０．１未満ではガラス転移温度が低下
し、重量比が３を超えると接着性が低下する。

【００１６】また、これらのフェノール樹脂の他にさら
にフェノール、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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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混合物、特定のフェノール樹脂混合
物、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。

【００２０】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
定のエポキシ樹脂混合物、特定のフェノール樹脂混合
物、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。

【００２１】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。

【００２２】

【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混合物、特定のフ
ェノール樹脂混合物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。

【００２３】

【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。以下の実施例及び比較例において「％」とは「重量
％」を意味する。

【００２４】実施例１ 前述した化１３のエポキシ樹脂３．０％、前述した化１
５のエポキシ樹脂１．０％、前述した化１７のフェノー
ル樹脂２．６％、化１９のフェノール樹脂２．５％、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（Ａ）を製造した。

【００２５】実施例２ 実施例１で用いた化１３のエポキシ樹脂３．０％、化１
５のエポキシ樹脂１．０％、実施例１で用いた化１７の
フェノール樹脂３．７％、化１９のフェノール樹脂１．
４％、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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】

【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。

【００３０】＊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。

【００３１】＊３：ＪＩＳ−Ｋ−６９１１に準じて試験
した。

【００３２】＊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。

【００３３】＊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。

【００３４】＊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。

【００３５】

【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 23/31 Ｆターム(参考） 4J002 CC044 CD031 CD062 CE003 DJ016 ET017 EU117 EW017 EW067 FD016 FD090 FD130 FD147 FD160 GQ05 4J036 AC03 AF06 AF08 DB11 DC25 DC41 DD07 FA05 FB07 FB08 JA07 4M109 AA01 BA03 BA05 CA01 CA21 CA22 EA03 EB03 EB04 EB07 EB08 EB09 EB13 EB19 EC01 EC03 EC04 EC05 EC09 EC20 GA10

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）（ａ）次の一般式で示される、ナ
   フタレン骨格を有する多官能エポキシ樹脂と、 【化１】 （但し、式中、Ｒは２価のＣ_n Ｈ_2n基（ｎは１以上の整
   数）又は芳香族炭化水素基を表す） （ｂ）次の一般式で示されるノボラック型エポキシ樹脂 【化２】 （但し、式中、Ｒ¹ 、Ｒ² 、Ｒ³ 、Ｒ⁴ は水素原子又は
   炭素数１〜１０のアルキル基を、Ｒ⁵ は酸素原子又は炭
   素数１〜５の２価の脂肪族飽和炭化水素基をそれぞれ表
   す）とを、重量比［（ｂ）／（ａ）］が０．０１〜１の
   割合となるよう、混合したエポキシ樹脂混合物、（Ｂ）
   （ｃ）次の一般式で示されるパラキシレン変性ナフトー
   ル樹脂と、 【化３】 （但し、式中、Ｒ¹ 〜Ｒ⁴ は水素原子又はアルキル基
   を、ｎは１以上の整数をそれぞれ表す） （ｄ）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、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）とを、重量比［（ｄ）／（ｃ）］が０．１
   〜３の割合となるよう、混合したフェノール樹脂混合
   物、（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）（ａ）次の一般式で示される、ナ
   フタレン骨格を有する多官能エポキシ樹脂と、 【化５】 （但し、式中、Ｒは２価のＣ_n Ｈ_2n基（ｎは１以上の整
   数）又は芳香族炭化水素基を表す） （ｂ）次の一般式で示されるノボラック型エポキシ樹脂 【化６】 （但し、式中、Ｒ¹ 、Ｒ² 、Ｒ³ 、Ｒ⁴ は水素原子又は
   炭素数１〜１０のアルキル基を、Ｒ⁵ は酸素原子又は炭
   素数１〜５の２価の脂肪族飽和炭化水素基をそれぞれ表
   す）とを、重量比［（ｂ）／（ａ）］が０．０１〜１の
   割合となるよう、混合したエポキシ樹脂混合物、（Ｂ）
   （ｃ）次の一般式で示されるパラキシレン変性ナフトー
   ル樹脂と、 【化７】 （但し、式中、Ｒ¹ 〜Ｒ⁴ は水素原子又はアルキル基
   を、ｎは１以上の整数をそれぞれ表す） （ｄ）次の一般式で示される多官能フェノール樹脂 【化８】 （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）とを、重量比［（ｄ）／（ｃ）］が０．１
   〜３の割合となるよう、混合したフェノール樹脂混合
   物、（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Ｂ
   ＧＡ型であることを特徴とする半導体封止装置。