JP2002194180A - 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】 反り特性、耐湿性、半田耐熱性、成形性、実
装信頼性に優れ、しかも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する。 【解決手段】 （Ａ）次式で示されるエポキシ樹脂、 （Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）アミンなど有機塩基を微
量添加したエポキシ基含有シランカップリング剤、
（Ｄ）最大粒径が４０μｍ以下の球状シリコーンゴム粉
末（Ｅ）最大粒径が４０μｍ以下の球状シリカ粉末およ
び（Ｆ）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（Ｅ）の球状シリカ粉末を２５〜９０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
小型化、薄型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に代わり、ＢＧＡ（ボールグリッ
ドアレイ）型の半導体装置が採用されている。多くのＢ
ＧＡ型半導体装置では、従来の金属リードフレームで使
用されている半導体装置ごとの個別封止方法が採用され
ているが、ＢＴ、ポリイミド等の金属リードフレームに
比較して切断が容易な基材を使用している特徴を活用し
た一括成形封止方法が採用されてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の多官能型エポキ
シ樹脂等のエポキシ樹脂、ノボラック型フェノール樹脂
等のフェノール樹脂および無機充填剤からなる樹脂組成
物によって一括成形型ＢＧＡ型半導体装置を封止する
と、大きな反りが生じるという欠点があった。

【０００４】また、従来の多官能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等のフェノー
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ＢＧＡ型半導体装置は、半田リフロー実装後のＴ
ＣＴ試験を行うと、封止樹脂と半導体チップ、あるいは
封止樹脂と基板フレームとの間の剥がれや、半田ボール
と基板間での剥がれが生じ、その結果、半導体装置は、
実装信頼性が劣るという欠点があった。

【０００５】本発明は、上記の欠点を解消するためにな
されたもので、反りの発生がなく、特に半田リフロー実
装性に優れ、ＴＣＴ試験による封止樹脂と半導体チッ
プ、あるいは封止樹脂と基板フレームとの間の剥がれが
少なく、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。

【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、特定の無機充填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。

【０００７】即ち、本発明は、（Ａ）次の一般式で示さ
れるエポキシ樹脂、

【化５】 （但し、式中、Ｒ¹ はＣ_j Ｈ_2j+1基を、Ｒ² はＣ_k Ｈ
_2k+1基を、Ｒ³ はＣ_l Ｈ_{2l +1}基を、Ｒ⁴ はＣ_m Ｈ_2m+1基
をそれぞれ表し、各基におけるｊ、ｋ、ｌ及びｍ並びに
ｎは１以上の整数を表す） （Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）有機塩基を極微量添加し
た、次の一般式で示されるエポキシ基含有シランカップ
リング剤、

【化６】Ｒ¹ −Ｃ_n Ｈ_2n−Ｓｉ（ＯＲ² ）₃ （但し、式中Ｒ¹ はエポキシ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４０μｍ以下の球状シリコーンゴム粉
末、（Ｅ）最大粒径が４０μｍ以下の球状シリカ粉末お
よび（Ｆ）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（Ｅ）のシリカ粉末を２５〜９０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。

【０００８】以下、本発明を詳細に説明する。

【０００９】本発明に用いる（Ａ）エポキシ樹脂は、前
記の一般式化５で示されるものが使用される。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。

【００１０】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７】 （但し、ｎは０又は１以上の整数を表す）

【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）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。

【００１１】本発明に用いる（Ｃ）エポキシ基含有シラ
ンカップリング剤としては、前記の一般式化６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１２】

【化１３】 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】このシランカップリング剤には極微量の有
機塩基を添加処理することが重要である。有機塩基で処
理することによって加水分解性を高めることができる。
ここで処理する有機塩基としては、ジメチルアミン、ジ
エチルアミン、ピリジン、キノリン、ピペリジン等の環
状有機塩基を挙げることができ、これらは単独又は２種
以上混合して使用することができる。有機塩基の配合割
合は、シランカップリング剤に対して０．０５〜５重量
％の範囲内で使用することが望ましい。この配合量が
０．０５重量％未満ではシランカップリング剤の加水分
解を十分に促進することができず、また、５重量％を超
えると耐湿信頼性が低下して好ましくない。

【００１３】本発明に用いる（Ｄ）の球状シリコーンゴ
ム粉末としては、不純物が低く、最大粒径が４０μｍ以
下で、特に平均粒径が２０μｍ以下の球状シリコーンゴ
ム粉末が好ましく使用される。平均粒径が２５μｍを超
えると成形性が劣り好ましくない。球状シリコーンゴム
粉末の配合割合は、全体の樹脂組成物に対して０．３〜
５．０重量％含有するように配合するのが好ましい。そ
の割合が０．３重量％未満では反り特性が悪く、半田リ
フロー後の実装信頼性に劣り、また、５．０重量％を超
えると流動性が悪くなり、成形性に劣り、また吸湿性が
高くなり、半田リフロー後の耐湿性に劣り好ましくな
い。これら球状シリコーンゴム粉末にシリコーンオイル
類もしくはシランカップリング剤に有機塩酸を添加し、
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）の球状シリカ粉末と
しては、不純物濃度が低く最大粒径が４０μｍ以下で、
特に平均粒径１０μｍ以下の球状シリカ粉末が好ましく
使用される。平均粒径が２０μｍを超えると成形性が劣
り好ましくない。球状シリカ粉末の配合割合は、全体の
樹脂組成物に対して２５〜９０重量％含有するように配
合することが好ましい。その割合が２５重量％未満では
樹脂組成物の吸湿性が高く、半田リフロー後の耐湿性に
劣り、また９０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。これら球状シリカ粉末
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。

【００１５】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等を広く使用する
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。

【００１６】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、球状シリコーンゴム粉末、球状シリカ粉
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。

【００１７】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、球状シリカ粉末に特
定のシランカップリング剤と有機塩基を配合して表面処
理し、前述した特定のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、
特定のシランカップリング剤処理をした球状シリカ粉末
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。

【００１８】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。

【００１９】

【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、フェノール樹
脂、特定のシランカップリング剤で処理した球状シリコ
ーンゴム粉末、球状シリカ粉末および硬化促進剤を用い
ることによって、樹脂組成物の成形性、流動性が向上
し、半導体装置の反りが小さく、半田リフロー後の実装
信頼性が向上するものである。

【００２０】

【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。

【００２１】実施例１ 球状シリカ粉末（最大粒径４０μｍ以下で）８０％と、
球状シリコーンゴム粉末（平均粒径１５．０μｍ以下
で）２．０％をヘンシェルミキサーに入れ、攪拌しなが
ら前述した化１２のシランカップリング剤０．４％と、
ジエチルアミン４×１０^-4％を加えて球状シリカ粉末の
表面処理をした。次に次式に示した多官能型エポキシ樹
脂９．８％、

【化１４】 （但、式中、ｎは１以上の整数を表す） 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３．２％、硬化促進
剤０．４％、カルナバワックス類０．４％、三酸化アン
チモン２．０％、およびカーボンブラック０．３％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。

【００２２】実施例２ 球状シリカ粉末（最大粒径４０μｍ以下で）８０％と、
球状シリコーンゴム粉末（平均粒径１５．０μｍ）２．
０％をヘンシェルミキサーに入れ、攪拌しながら前述し
た化１２のシランカップリング剤０．４％と、ジエチル
アミン４×１０ ^-4％を加えて球状シリカ粉末の表面処理
をした。次に前述した化１４の多官能型エポキシ樹脂
９．８％、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７のフェノール樹脂３．２％、
硬化促進剤０．４％、カルナバワックス類０．４％、三
酸化アンチモン２．０％、およびカーボンブラック０．
３％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（Ｂ）を製造した。

【００２３】実施例３ 球状シリカ粉末（最大粒径４０μｍ以下）７８％と、球
状シリコーンゴム粉末（平均粒径１５．０μｍ）４．０
％をヘンシェルミキサーに入れ、攪拌しながら前述した
化１２のシランカップリング剤０．４％と、ジエチルア
ミン４×１０^-4％を加えて球状シリカ粉末の表面処理を
した。次に前述した化１４の多官能型エポキシ樹脂９．
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７のフェノール樹脂３．２％、硬
化促進剤０．４％、カルナバワックス類０．４％、三酸
化アンチモン２．０％、およびカーボンブラック０．３
％、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。

【００２４】比較例１ 球状シリカ粉末（最大粒径４０μｍ以下）７４％と、球
状シリコーンゴム粉末（平均粒径１５．０μｍ）８．０
％％をヘンシェルミキサーに入れ、攪拌しながら前述し
た化１２のシランカップリング剤０．４％と、ジエチル
アミン４×１０ ^-4％を加えて球状シリカ粉末の表面処理
をした。次に、前述した化１４の多官能型エポキシ樹脂
９．８％、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７のフェノール樹脂３．２％、
硬化促進剤０．４％、カルナバワックス類０．４％、三
酸化アンチモン２．０％、およびカーボンブラック０．
３％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。

【００２５】比較例２ 球状シリカ粉末（最大粒径４０μｍ以下）８０％と、球
状シリコーンゴム粉末（平均粒径５０．０μｍ）２．０
％をヘンシェルミキサーに入れ、攪拌しながら前述した
化１２のシランカップリング剤０．４％と、ジエチルア
ミン４×１０^-4％を加えて球状シリカ粉末の表面処理を
した。次に、前述した化１４の多官能型エポキシ樹脂
９．８％、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７のフェノール樹脂３．２％、
硬化促進剤０．４％、カルナバワックス類０．４％、三
酸化アンチモン２．０％、およびカーボンブラック０．
３％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。

【００２６】比較例３ 球状シリカ粉末（最大粒径４０μｍ以下）８２％をヘン
シェルミキサーに入れ、攪拌しながら前述した化１２の
シランカップリング剤０．４％と、ジエチルアミン４×
１０^-4％を加えて球状シリカ粉末の表面処理をした。次
に、前述した化１４の多官能型エポキシ樹脂１２．８
％、テトラブロモビスフェノールＡ型エポキシ樹脂２．
０％、前述した化７のフェノール樹脂４．２％、硬化促
進剤０．４％、カルナバワックス類０．４％、三酸化ア
ンチモン２．０％、およびカーボンブラック０．３％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（Ｆ）を製造した。

【００２７】こうして製造した成形材料（Ａ）〜（Ｆ）
を用いて１７５℃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、反り特性、耐湿
性、半田耐熱性、成形性、実装信頼性に優れており、本
発明の顕著な効果を確認することができた。

【００２８】

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

【００２９】＊２：高化式フロー粘度（１７５℃）。

【００３０】＊３：１７５℃，８０ｋｇｆ／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、Ｊ
ＩＳ−Ｋ−６９１１に準じて試験した。

【００３１】＊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。

【００３２】＊５，６，７：６×６ｍｍチップを一括成
形型にてＢＧＡパッケージに納め、成形材料を用いて、
１７５℃，８０ｋｇｆ／ｃｍ² ，２分間のトランスファ
ー成形した後、１７５℃，４時間の後硬化を行った。こ
うして得た半導体封止装置の反り量を調査した。また、
この半導体封止装置を個別のＢＧＡパッケージ（１３×
１３ｍｍ）に切断し、６０℃，６０％，１２０時間の吸
湿処理した後、増加した重量によって吸水量を計算し
た。また、これをエアリフローマシーン（Ｍａｘ２４０
℃）により実装した後、ＴＣＴ試験を行った。

【００３３】

【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、反り特性、耐湿性、半田耐熱性、成形性、実装信頼
性に優れており、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） Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31 Ｆターム(参考） 4J002 CC032 CC272 CD031 CD041 CD061 CP033 DJ017 EU118 EW138 EX066 FA083 FA087 FB086 FD017 FD090 FD130 FD142 FD158 FD160 FD200 GQ01 GQ05 4J036 AF06 AF07 DA02 DC40 DC41 DD07 FA05 FB07 FB16 JA07 4M109 AA01 CA02 CA21 EA02 EA05 EB06 EB13 EC05 GA10

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）次の一般式に示されるエポキシ樹
   脂、 【化１】 （但し、式中、Ｒ¹ はＣ_j Ｈ_2j+1基を、Ｒ² はＣ_k Ｈ
   _2k+1基を、Ｒ³ はＣ_l Ｈ_{2l +1}基を、Ｒ⁴ はＣ_m Ｈ_2m+1基
   をそれぞれ表し、各基におけるｊ、ｋ、ｌ及びｍ並びに
   ｎは１以上の整数を表す） （Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）有機塩基を極微量添加し
   た、次の一般式で示されるエポキシ基含有シランカップ
   リング剤、 【化２】Ｒ¹ −Ｃ_n Ｈ_2n−Ｓｉ（ＯＲ² ）₃ （但し、式中Ｒ¹ はエポキシ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４０μｍ以下の球状シリコーンゴム粉
   末、（Ｅ）最大粒径が４０μｍ以下の球状シリカ粉末お
   よび（Ｆ）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（Ｅ）のシリカ粉末を２５〜９０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エポキシ樹
   脂、 【化３】 （但し、式中、Ｒ¹ はＣ_j Ｈ_2j+1基を、Ｒ² はＣ_k Ｈ
   _2k+1基を、Ｒ³ はＣ_l Ｈ_{2l +1}基を、Ｒ⁴ はＣ_m Ｈ_2m+1基
   をそれぞれ表し、各基におけるｊ、ｋ、ｌ及びｍ並びに
   ｎは１以上の整数を表す） （Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）有機塩基を極微量添加し
   た、次の一般式で示されるエポキシ基含有シランカップ
   リング剤、 【化４】Ｒ¹ −Ｃ_n Ｈ_2n−Ｓｉ（ＯＲ² ）₃ （但し、式中Ｒ¹ はエポキシ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４０μｍ以下の球状シリコーンゴム粉
   末、（Ｅ）最大粒径が４０μｍ以下の球状シリカ粉末お
   よび（Ｆ）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（Ｅ）のシリカ粉末を２５〜９０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。