JP2002220511A

JP2002220511A - 封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

Info

Publication number: JP2002220511A
Application number: JP2001016461A
Authority: JP
Inventors: Akito Sawai; 章人澤井
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2001-01-25
Filing date: 2001-01-25
Publication date: 2002-08-09

Abstract

(57)【要約】【課題】封止樹脂とリードフレーム間の密着性の向上
を図ることができる封止用エポキシ樹脂組成物を提供す
る。その封止用エポキシ樹脂組成物を用いて製造した封
止樹脂とリードフレーム間の密着性の向上した半導体装
置を提供する。【解決手段】エポキシ樹脂と、フェノール系硬化剤
と、硬化促進剤と、無機充填材と、離型剤を含有してな
る封止用エポキシ樹脂組成物において、さらに、式
（１）、（２）若しくは（３）で示されるイミダゾール
シラン又はそれらの混合物の有機酸塩を含有しているこ
とを特徴とする封止用エポキシ樹脂組成物。上記の封止
用エポキシ樹脂組成物を用いて、半導体チップを封止し
てなる半導体装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置等の電
子部品を製造する際に、半導体チップ等を封止するのに
使用する封止用エポキシ樹脂組成物及びその封止用エポ
キシ樹脂組成物を用いて製造した半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ダイオード、トランジスター
集積回路のような半導体チップ等の電子部品を封止する
封止方法として、例えばエポキシ樹脂やシリコン樹脂等
を用いた樹脂封止法やガラス、金属、セラミック等を用
いたハーメチックシール法が採用されている。近年、大
量生産適合性やコストメリットという利点を有するエポ
キシ樹脂を用いた低圧トランスファー成形による樹脂封
止法が、それを用いた場合の信頼性の向上と共に、広く
採用されるようになってきている。そして、この樹脂封
止法に使用される封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキ
シ樹脂と、フェノール系硬化剤と、硬化促進剤と、無機
充填材と離型剤を配合・混合して調製したものが一般的
である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、エポキ
シ樹脂と、フェノール系硬化剤と、離型剤と、硬化促進
剤と、無機充填材を配合・混合して調製した封止用エポ
キシ樹脂組成物を用いて、リードフレームに装着されて
いる半導体チップを封止して半導体装置を製造した場
合、リードフレームに用いられる金属の種類によって
は、リードフレームと封止樹脂の密着強度が弱いという
問題があった。特に、パワーＩＣやパワートランジスタ
ーといったパワーデバイスの分野の半導体装置では、表
面をＮｉで形成しているリードフレームが多く用いられ
るが、Ｎｉに対する封止樹脂の密着強度は非常に弱く、
封止樹脂とリードフレーム間で剥離が生じ、耐電圧など
の点で歩留まりが落ちることが問題となっている。

【０００４】本発明は、上記問題点を改善するために成
されたもので、その目的とする所は、封止樹脂とリード
フレーム間の密着性の向上を図ることができる封止用エ
ポキシ樹脂組成物を提供すること及びその封止用エポキ
シ樹脂組成物を用いて製造した封止樹脂とリードフレー
ム間の密着性の向上した半導体装置を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明の封
止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、フェノー
ル系硬化剤と、硬化促進剤と、無機充填材と、離型剤を
含有してなる封止用エポキシ樹脂組成物において、さら
に、下記式（１）、（２）若しくは（３）で示されるイ
ミダゾールシラン又はそれらの混合物の有機酸塩を含有
していることを特徴とする封止用エポキシ樹脂組成物で
ある。

【０００６】

【化２】

【０００７】この請求項１に係る発明の封止用エポキシ
樹脂組成物では、式（１）、（２）若しくは（３）で示
されるイミダゾールシラン又はそれらの混合物の有機酸
塩を含有しているので、封止樹脂とリードフレーム間の
密着性が向上し、それらの間に剥離が発生することが抑
制される。

【０００８】請求項２に係る発明の封止用エポキシ樹脂
組成物は、封止用エポキシ樹脂組成物全量中の上記有機
酸塩の含有率が０．０１〜２．０質量％であることを特
徴とする請求項１記載の封止用エポキシ樹脂組成物であ
る。

【０００９】この請求項２に係る発明の封止用エポキシ
樹脂組成物では、封止用エポキシ樹脂組成物全量中の有
機酸塩の含有率が０．０１〜２．０質量％であるため、
封止樹脂とリードフレーム間の密着性をより確実に向上
することができる。

【００１０】請求項３に係る発明の封止用エポキシ樹脂
組成物は、上記有機酸塩として、有機酸塩を予めフェノ
ール系硬化剤と混合したものを使用していることを特徴
とする請求項１又は請求項２記載の封止用エポキシ樹脂
組成物である。

【００１１】この請求項３に係る発明の封止用エポキシ
樹脂組成物では、有機酸塩として、有機酸塩を予めフェ
ノール系硬化剤と混合したものを使用しているので、封
止樹脂とリードフレーム間の密着性をより向上すること
ができる。

【００１２】請求項４に係る発明の封止用エポキシ樹脂
組成物は、メルカプト基を有するシランカップリング剤
をも含有していることを特徴とする請求項１〜請求項３
の何れかに記載の封止用エポキシ樹脂組成物である。

【００１３】この請求項４に係る発明の封止用エポキシ
樹脂組成物では、メルカプト基を有するシランカップリ
ング剤をも含有しているので、封止樹脂とリードフレー
ム間の密着性をより向上することができる。

【００１４】請求項５に係る発明の封止用エポキシ樹脂
組成物は、離型剤として、カルナバワックスを含有して
いることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記
載の封止用エポキシ樹脂組成物である。

【００１５】この請求項５に係る発明の封止用エポキシ
樹脂組成物では、離型剤として、カルナバワックスを含
有しているので、適度な離型性を確保しつつ、封止樹脂
とリードフレーム間の密着性をより向上することができ
る。

【００１６】請求項６に係る発明の半導体装置は、請求
項１〜請求項５の何れかに記載の封止用エポキシ樹脂組
成物を用いて、半導体チップを封止してなる半導体装置
であり、封止樹脂とリードフレーム間の密着性の向上し
た半導体装置となる。

【００１７】請求項７に係る発明の半導体装置は、半導
体チップがリードフレームに搭載されていて、且つその
リードフレームがその表面をＮｉで形成しているもので
あることを特徴とする請求項６記載の半導体装置であ
り、封止樹脂と表面をＮｉで形成しているリードフレー
ムの密着性の向上した半導体装置となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】（封止用エポキシ樹脂組成物）本
発明の封止用エポキシ樹脂組成物に含有させるエポキシ
樹脂としては、１分子中に複数のエポキシ基を有するも
のであれば特に制限はないが、例えば、ｏ−クレゾール
ノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エ
ポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ブロム含
有エポキシ樹脂、ナフタレン環を有するエポキシ樹脂等
が挙げられる。また、これらは単独で用いても併用して
もよい。

【００１９】本発明の封止用エポキシ樹脂組成物に含有
させるフェノール系硬化剤としては、１分子中に複数の
フェノール性水酸基を有する化合物であれば特に制限は
ないが、例えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾー
ルノボラック樹脂、フェノールアラルキル、ジシクロペ
ンタジエン・フェノール重合体、ナフトールアラルキル
等が挙げられ、これらは単独で用いても併用してもよ
い。また、フェノール系硬化剤と共に酸無水物等他の種
類の硬化剤を併用してもよい。フェノール系硬化剤の配
合割合は、エポキシ樹脂１当量に対し、フェノール系硬
化剤０．５〜１．５当量の範囲に設定することが好まし
く、より好ましくは０．８〜１．２当量である。

【００２０】本発明の封止用エポキシ樹脂組成物に含有
させる硬化促進剤としては、エポキシ樹脂とフェノール
系硬化剤との反応を促進させる作用があるものであれば
特に制限はないが、例えばトリフェニルホスフィン等の
有機ホスフィン類、ジアザビシクロウンデセン等の３級
アミン類、２−メチルイミダゾール等のイミダゾール類
等が挙げられる。これらは単独で用いても併用してもよ
い。硬化促進剤の配合割合は、封止用エポキシ樹脂組成
物全体に対して硬化促進剤０．０１〜１．０質量％であ
ることが好ましい。

【００２１】本発明の封止用エポキシ樹脂組成物に含有
させる無機充填材としては、封止材に使用可能であり粉
末状のものであれば特に限定はないが、例えば溶融シリ
カ、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウ
ム等が挙げられる。これらは単独で用いても併用しても
よい。無機充填材の配合割合は、封止用エポキシ樹脂組
成物全体に対して６０〜９３質量％であることが好まし
い。

【００２２】本発明の封止用エポキシ樹脂組成物に含有
させる離型剤としては、封止材に使用可能であれば特に
限定はく、例えばカルナバワックス（天然カルナバとも
言う。）、ポリエチレン系ワックス、モンタン酸、ステ
アリン酸、カルボキシル基含有ポリオレフィン等を用い
ることができる。離型剤の配合割合は、封止用エポキシ
樹脂組成物全体に対して０．０５〜１．５質量％である
ことが好ましい。離型剤としてカルナバワックスを用い
ると、適度な離型性を確保しつつ、封止樹脂とリードフ
レーム間の密着性をより向上することができるので好ま
しい。

【００２３】本発明の封止用エポキシ樹脂組成物には、
前記式（１）、（２）若しくは（３）で示されるイミダ
ゾールシランの有機酸塩又は式（１）、（２）若しくは
（３）で示されるイミダゾールシランの混合物の有機酸
塩を含有するようにしている。ここでいう混合物とは、
式（１）、（２）、（３）で示される３種類のイミダゾ
ールシランの中の何れか２種類の混合物又はこれら３種
類の混合物を表している。このように封止用エポキシ樹
脂組成物中に、式（１）、（２）若しくは（３）で示さ
れるイミダゾールシラン又はそれらの混合物を単に含有
させずに、有機酸塩の状態にしたものを含有させること
が極めて重要である。何故ならば、有機酸塩の状態にし
たものを含有させることにより、封止樹脂とリードフレ
ーム間の密着性の向上を図ることができるが、単に前記
の各イミダゾールシラン又はそれらの混合物を封止用エ
ポキシ樹脂組成物中に含有させても、封止樹脂とリード
フレーム間の密着性が顕著に向上することはないからで
ある。有機酸塩の状態にするための有機酸については、
各種の有機酸を使用することができるが、例えば酢酸、
シュウ酸、プロピオン酸、パルミチン酸等の各種のカル
ボン酸類や、各種のスルホン酸類等を用いることができ
る。

【００２４】そして、封止用エポキシ樹脂組成物全量中
の上記有機酸塩の含有率は０．０１〜２．０質量％の範
囲内であることが、封止樹脂とリードフレーム間の密着
性をより確実に向上するためには望ましく、さらに望ま
しくは０．０１〜１．０質量％の範囲内である。０．０
１質量％未満では密着性向上作用が顕著でなくなり、
２．０質量％を越えて含有させても密着性がさらに向上
することはなく、多量に含有させることが無駄だからで
ある。

【００２５】また、上記有機酸塩として、有機酸塩を予
めフェノール系硬化剤と混合したものを使用するように
すると、封止樹脂とリードフレーム間の密着性をより向
上することができるので好ましい。これは、封止用エポ
キシ樹脂組成物中での有機酸塩の分布がより均一になる
ためと考えられる。

【００２６】本発明の封止用エポキシ樹脂組成物には、
必要に応じて、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシ
シラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等
のシランカップリング剤、三酸化アンチモン、ブロム化
合物等の難燃剤、カーボンブラック等の着色剤、シリコ
ンゴムパウダー等のシリコーン可塑剤等が適宜量添加さ
れてよい。そして、封止用エポキシ樹脂組成物にメルカ
プト基を有するシランカップリング剤を含有するように
すると、封止樹脂とリードフレーム間の密着性をより向
上することができるので好ましい。

【００２７】（半導体装置）本発明の半導体装置は、請
求項１〜請求項５の何れかに記載の封止用エポキシ樹脂
組成物を用いて、例えばリードフレームのダイパッド等
に搭載した半導体チップを、金型を用いてトランスファ
ー成形することにより封止して製造することができる。
上記リードフレームとしては、銅（銅合金も含む）のリ
ードレーム、銅板等の表面にメッキ等の方法でＮｉ層を
形成しているＮｉメッキしたリードフレーム、４２アロ
イ製のリードレームを使用することができる。そして、
このリードフレームが、その表面をＮｉで形成している
リードフレームである場合には、本発明の封止用エポキ
シ樹脂組成物を用いることによる、封止樹脂と表面をＮ
ｉで形成しているリードフレームの密着性の向上効果が
顕著となり、得られる半導体装置は剥離等の生じにくい
半導体装置となる。

【００２８】

【実施例】以下に本発明の実施例と、本発明の範囲を外
れた比較例を示すが、本発明は下記実施例に限定されな
い。

【００２９】実施例、比較例で使用した原材料は以下の
とおりである。

【００３０】エポキシ樹脂としては、ｏ−クレゾールノ
ボラック型エポキシ樹脂［住友化学工業（株）製、品番
ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ、エポキシ当量１９５］とブロム
含有エポキシ樹脂［住友化学工業（株）製、品番ＥＳＢ
４００Ｔ、エポキシ当量４００］を使用し、フェノール
系硬化剤としてはフェノールノボラック樹脂［群栄化学
工業（株）製、品番ＰＳＭ６２００、フェノール性水酸
基当量１０５］を使用し、硬化促進剤としてはトリフェ
ニルホスフィン［北興化学工業（株）製］を使用し、無
機充填材としては粉体の結晶シリカを使用し、離型剤と
してはカルナバワックス又はポリエチレンワックスを使
用し、シランカップリング剤としてはγ−グリシドキシ
プロピルトリメトキシシラン［信越化学化学工業（株）
製、品番ＫＢＭ４０３］又はγ−メルカプトプロピルト
リメトキシシラン［信越化学化学工業（株）製、品番Ｋ
ＢＭ８０３］を使用し、難燃剤としては上記のブロム含
有エポキシ樹脂と共に三酸化アンチモン［三菱マテリア
ル（株）製、品番Ｓｂ２Ｏ３−ＮＴ］を使用し、着色剤
としてはカーボンブラック［三菱マテリアル（株）製、
品番ＭＡ−１００Ｂ］を使用した。

【００３１】そして、封止用エポキシ樹脂組成物に含有
させるものとして、式（１）、（２）及び（３）で示さ
れる３種類のイミダゾールシランの混合物［（株）日鉱
マテリアルズ製、品番ＩＳ−１０００］又は式（１）、
（２）及び（３）で示される３種類のイミダゾールシラ
ンの混合物の有機酸塩［（株）日鉱マテリアルズ製、品
番ＩＡ−１００Ａ］を使用した（この有機酸塩はカルボ
ン酸類の塩である。）。

【００３２】（実施例１〜５及び比較例１〜４）各原材
料を表１及び表２に示す配合（質量部）で配合し、ブレ
ンダーで３０分間混合して均一化した後、８０℃に加熱
したニーダーで混練溶融させた後押し出し、次いで冷却
固化し、粉砕して粒状の封止用エポキシ樹脂組成物を得
た。なお、実施例３、実施例４及び実施例５について
は、フェノール系硬化剤（フェノールノボラック樹脂）
と式（１）、（２）及び（３）で示される３種類のイミ
ダゾールシランの混合物の有機酸塩［（株）日鉱マテリ
アルズ製、品番ＩＡ−１００Ａ］を予め混合したもの
を、他の原材料と共にブレンダーで混合して均一化する
ようにした。

【００３３】実施例及び比較例の封止用エポキシ樹脂組
成物を用いて、封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物とリ
ードフレーム用金属板との密着性の評価と、評価用半導
体装置における封止樹脂とリードフレームの密着性の評
価を行い、その結果を表１及び表２に示した。これらの
評価方法は下記のようにして行った。

【００３４】硬化物とリードフレーム用金属板との密着
性の評価：リードフレーム用金属板として銅板と銅板の
表面にＮｉメッキしてＮｉ層を形成しているＮｉメッキ
銅板を準備した。各リードフレーム用金属板の大きさは
２５ｍｍ×２５ｍｍ×０．５ｍｍとし、リードフレーム
用金属板の表面に、プリン型の硬化物を、金型表面温度
を１７５±５℃に制御した金型を用い、ポット内圧力
７．８ＭＰａ、硬化時間９０秒の条件で成形して形成
し、試験片を作製した。プリン型の硬化物の寸法は高さ
が１０ｍｍ、接着面積（底面積）を１００ｍｍ²（底面
の直径１１．３ｍｍ）とした。そして、表面温度を１７
５℃に制御した熱板上に治具を用いてリードフレーム用
金属板を保持した状態で、プッシュプルゲージを用いて
プリン型の硬化物に荷重を加え、プリン型の硬化物がリ
ードフレーム用金属板から剥離したときの最大荷重を測
定し、試験片についての単位面積当たりの密着強度（単
位：ＭＰａ）を求めた。各実施例及び各比較例について
ｎ＝４で試験を行い、その平均値を表１及び表２に示し
た。

【００３５】評価用半導体装置における密着性の評価：
ダイパッドの大きさが１５ｍｍ×１３ｍｍであり、厚さ
が０．５ｍｍの銅リードフレーム及び銅板の表面にＮｉ
メッキしてＮｉ層を形成しているリードフレームに評価
用半導体チップを搭載しているものを用い、金型表面温
度を１７５±５℃に制御し、ポット内圧力７．８ＭＰ
ａ、硬化時間９０秒の条件でトランスファ成形して、リ
ードがパッケージの一側面のみから三本取り出されてい
るＳＩＰ（single inline package）（パッケージ名：
ＴＯＰ−３Ｄ）を評価用半導体装置として作製し、金型
から取り出した成形品（パッケージ）の裏面に、封止樹
脂とリードフレームの剥離によって生じるフクレ発生の
有無を評価して、評価用半導体装置における密着性の評
価を行った。なお、ここでいう裏面とは評価用半導体チ
ップを搭載しているリードフレーム面と反対側の面を表
している。評価は２０個の成形品（パッケージ）につい
て行い、フクレ発生個数／評価個数を表１及び表２表示
した。

【００３６】表１及び表２の結果から、本発明の実施例
は、比較例に比べ硬化物とリードフレーム用金属板との
密着性の評価でも、評価用半導体装置における密着性の
評価でも優れていることが確認された。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【表２】

【００３９】

【発明の効果】請求項１に係る発明の封止用エポキシ樹
脂組成物では、式（１）、（２）若しくは（３）で示さ
れるイミダゾールシラン又はそれらの混合物の有機酸塩
を含有しているので、請求項１に係る発明の封止用エポ
キシ樹脂組成物を用いると、封止樹脂とリードフレーム
間の密着性が向上し、それらの間に剥離が発生すること
が抑制される。

【００４０】請求項２に係る発明の封止用エポキシ樹脂
組成物では、有機酸塩の含有率が０．０１〜２．０質量
％であるため、封止樹脂とリードフレーム間の密着性を
より確実に向上することができる。

【００４１】請求項３に係る発明の封止用エポキシ樹脂
組成物では、有機酸塩として、有機酸塩を予めフェノー
ル系硬化剤と混合したものを使用しているので、封止樹
脂とリードフレーム間の密着性をより向上することがで
きる。

【００４２】請求項４に係る発明の封止用エポキシ樹脂
組成物では、メルカプト基を有するシランカップリング
剤をも含有しているので、封止樹脂とリードフレーム間
の密着性をより向上することができる。

【００４３】請求項５に係る発明の封止用エポキシ樹脂
組成物では、離型剤として、カルナバワックスを含有し
ているので、適度な離型性を確保しつつ、封止樹脂とリ
ードフレーム間の密着性をより向上することができる。

【００４４】請求項６に係る発明の半導体装置は、請求
項１〜請求項５の何れかに記載の封止用エポキシ樹脂組
成物を用いて、半導体チップを封止してなる半導体装置
であるので、封止樹脂とリードフレーム間の密着性の向
上した半導体装置となる。

【００４５】請求項７に係る発明の半導体装置は、封止
樹脂と表面をＮｉで形成しているリードフレームの密着
性が向上した半導体装置となる。

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 91/06 Ｃ０８Ｌ 91/06 Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31 Ｆターム(参考） 4J002 AE033 BB033 BB213 CC042 CC052 CC072 CD001 CD031 CD041 DE147 DF017 DJ007 DJ017 EF058 EU096 EU116 EW136 EX030 EX079 FD142 FD156 FD163 FD168 GQ05 4J036 AA01 AC06 AF08 AK02 DA01 DA02 DA04 DB05 DB06 DC05 DC40 DC41 DD07 FA01 FA12 FA13 FB02 FB05 FB08 FB18 JA07 4M109 AA01 BA01 EA02 EB03 EB06 EB09 EB12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エポキシ樹脂と、フェノール系硬化剤
と、硬化促進剤と、無機充填材と、離型剤を含有してな
る封止用エポキシ樹脂組成物において、さらに、下記式
（１）、（２）若しくは（３）で示されるイミダゾール
シラン又はそれらの混合物の有機酸塩を含有しているこ
とを特徴とする封止用エポキシ樹脂組成物。【化１】
【請求項２】封止用エポキシ樹脂組成物全量中の上記
有機酸塩の含有率が０．０１〜２．０質量％であること
を特徴とする請求項１記載の封止用エポキシ樹脂組成
物。
【請求項３】上記有機酸塩として、有機酸塩を予めフ
ェノール系硬化剤と混合したものを使用していることを
特徴とする請求項１又は請求項２記載の封止用エポキシ
樹脂組成物。
【請求項４】メルカプト基を有するシランカップリン
グ剤をも含有していることを特徴とする請求項１〜請求
項３の何れかに記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項５】離型剤として、カルナバワックスを含有
していることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか
に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項６】請求項１〜請求項５の何れかに記載の封
止用エポキシ樹脂組成物を用いて、半導体チップを封止
してなる半導体装置。
【請求項７】半導体チップがリードフレームに搭載さ
れていて、且つそのリードフレームがその表面をＮｉで
形成しているものであることを特徴とする請求項６記載
の半導体装置。