JP2003277590A

JP2003277590A - 封止用樹脂組成物および樹脂封止型半導体装置

Info

Publication number: JP2003277590A
Application number: JP2002089003A
Authority: JP
Inventors: Yuzuru Wada; 譲和田
Original assignee: Kyocera Chemical Corp
Current assignee: Kyocera Chemical Corp
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2003-10-02

Abstract

(57)【要約】【課題】表面実装タイプの半導体装置の封止に用いら
れる樹脂組成物であって、表面実装時等の高温下におけ
る耐クラック性および耐湿信頼性に優れた封止用樹脂組
成物の提供。【解決手段】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール
樹脂硬化剤、（Ｃ）平均粒径３０μｍ以下で１μｍ〜１
０μｍの粒径の割合が３０重量％以上である無機充填
剤、（Ｄ）硬化促進剤、および（Ｅ）イミダゾール基を
有するカップリング剤を必須成分として含有する樹脂組
成物であって、前記樹脂組成物全体に対して前記（Ｃ）
無機充填剤を２５〜９５重量％の割合で含有するもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高密着性、半田耐
熱性に優れた封止用樹脂組成物およびそれを用いた樹脂
封止型半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路等の電子部品を機械的、
化学的作用から保護するために、封止用樹脂組成物が開
発されてきた。また、ＩＣの高集積化に伴う大型化、多
極化が進むにつれて、封止用樹脂組成物からなるパッケ
ージの形状も複雑化している。

【０００３】近年、電子機器の高密度実装化および組立
工程の自動化等に対応するため、上記したような半導体
装置の実装方法は、従来のピン挿入法から表面実装法へ
と移行してきている。

【０００４】表面実装法では、基板に半導体装置を半田
付けにより接合する際、基板上のクリーム半田を加熱溶
融させ接合するが、半導体装置自体も加熱されてしま
い、その温度は２１５〜２６０℃程度となることがあ
る。

【０００５】このような急激な高温化により、半導体装
置を封止している樹脂組成物にクラックが発生し、半導
体装置の信頼性が低下してしまう。このため封止用樹脂
組成物には、高い半田耐熱性が要求される。そこで、封
止用樹脂組成物の高密着化、高強度化および低吸水化等
により半田耐熱性を向上させるため、無機充填剤の高充
填化、密着付与剤の添加等が行われている。

【０００６】しかしながら、このような無機充填剤の高
充填化、密着付与剤の添加等により、成形時に種々の不
具合が生じることが分かった。すなわち、外部巣および
内部巣の増加、ボンディングワイヤの変形、ならびに薄
型パッケージにおける充填性不足等の発生である。

【０００７】また、半導体パッケージの組立工程削減の
ため、あらかじめメッキが施されたリードフレームを用
いてモールドする手法が用いられるようになっている。
しかしながら、従来の密着付与剤では、封止用樹脂組成
物とリードフレーム等との接着力が不足する場合があっ
た。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題を
解決するためになされたものであって、実装時の高い半
田耐熱性を維持し、金属フレームに対して、高い接着力
を有する封止用樹脂組成物、およびそれを用いた樹脂封
止型半導体装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の封止用樹脂組成
物は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂硬化
剤、（Ｃ）平均粒径３０μｍ以下で１μｍ〜１０μｍの
粒径の割合が３０重量％以上である無機充填剤、（Ｄ）
硬化促進剤、および（Ｅ）イミダゾール基を有するカッ
プリング剤を必須成分として含有する樹脂組成物であっ
て、前記樹脂組成物全体に対して前記（Ｃ）無機充填剤
を２５〜９５重量％の割合で含有することを特徴として
いる。

【００１０】また、本発明の樹脂封止型半導体装置は、
（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤、
（Ｃ）平均粒径３０μｍ以下で１μｍ〜１０μｍの粒径
の割合が３０重量％以上である無機充填剤、（Ｄ）硬化
促進剤、（Ｅ）イミダゾール基を有するカップリング剤
を必須成分として含有する樹脂組成物であって、前記樹
脂組成物全体に対して前記（Ｃ）無機充填剤を２５〜９
５重量％の割合で含有する封止用樹脂組成物によって半
導体チップが封止されていることを特徴としている。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１２】本発明の封止用樹脂組成物は、（Ａ）エポ
キシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤、（Ｃ）平均粒
径３０μｍ以下で１μｍ〜１０μｍの粒径の割合が３０
重量％以上である無機充填剤、（Ｄ）硬化促進剤、およ
び（Ｅ）イミダゾール基を有するカップリング剤を必須
成分として含有する。また、前記（Ｃ）無機充填剤を前
記樹脂組成物全体に対して２５〜９５重量％の割合で含
有する。

【００１３】本発明の封止用樹脂組成物においては、そ
の樹脂組成物中にイミダゾール基を有するカップリング
剤含有させることにより、その樹脂組成物と、４２Ａｌ
ｌｏｙ，Ｃｕ、パラジウム、金およびニッケル等との接
着力を向上させることが可能となり、半田浸漬や半田リ
フロー後の樹脂クラックの発生を抑制し、耐湿性劣化を
少なくすることが可能となる。

【００１４】本発明に用いられる（Ａ）エポキシ樹脂と
しては、ノボラック系エポキシ樹脂、ビフェニル系エポ
キシ樹脂樹脂、その他公知のエポキシ樹脂を使用するこ
とができ、これらは単独あるいは２種以上を混合して使
用することができる。

【００１５】本発明に用いる（Ｂ）フェノール樹脂とし
ては、アラルキル型フェノール樹脂やノボラック型フェ
ノール樹脂、その他公知のフェノール樹脂を使用するこ
とができ、これらは単独あるいは２種以上を混合して使
用することができる。

【００１６】これら（Ａ）エポキシ樹脂と（Ｂ）フェノ
ール樹脂との配合は、エポキシ樹脂のエポキシ基数
（ａ）とフェノール樹脂のフェノール性水酸基数（ｂ）
との比[（ａ）／（ｂ）]が０．５〜２の範囲となるよう
に配合することが好ましい。

【００１７】上記比が０．５未満あるいは２を超える
と、耐湿性、耐熱性、成形作業性および硬化物の電気特
性等が悪くなるため、いずれの場合も好ましくない。ま
た、[（ａ）／（ｂ）]を０．５〜１．２の範囲とすれば
より好ましい。

【００１８】本発明に用いる（Ｃ）無機充填剤として
は、一般に無機充填剤として知られているものを広く使
用することができるが、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。

【００１９】このシリカ粉末としては溶融シリカ粉末、
結晶性シリカ粉末が挙げられるが、高充填、高流動性と
いう点から溶融シリカ粉末を用いることが好ましい。こ
の溶融シリカ粉末としては、球状溶融シリカ粉末、破砕
溶融シリカ粉末があるが、流動性と強靱性とを共立する
という観点から、両者を併用すればより好ましい。

【００２０】（Ｃ）無機充填剤の配合割合は、樹脂組成
物全体に対して、２５〜９５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
成物の吸湿率が大きくなり、はんだ浸漬後の耐湿性に劣
り、９５重量％を超えると極端に流動性が低下し、成形
性に劣るため好ましくない。無機充填剤の配合割合は、
４０〜９０重量％であれば、より好ましい。

【００２１】本発明に用いる（Ｄ）硬化促進剤として
は、ＤＢＵ系硬化促進剤、リン系硬化促進剤、イミダゾ
ール系硬化促進剤、その他公知の硬化促進剤等を広く使
用することができる。これらは単独で使用してもよい
し、あるいは２種以上併用してもよい。

【００２２】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。

【００２３】また、本発明に用いる（Ｅ）イミダゾール
基を有するカップリング剤は、例えば（式）１に示すよ
うなものが挙げられる。（Ｅ）イミダゾール基を有する
カップリング剤は２種以上を併用してもよく、イミダゾ
ール基を有しない他のカップリング剤との併用もでき
る。また、イミダゾール基の保護を目的としたカルボン
酸との混合物も使用できる。

【００２４】

【化１】

【００２５】（Ｅ）イミダゾール基を有するカップリン
グ剤の配合割合は、樹脂組成物全体に対して０．０１〜
５重量％とな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硬化特性が悪
くなり、また、５重量％を超えると揮発成分の影響によ
り外部巣が発生するなど成形性に劣り、また電気特性、
耐湿性等も劣るため好ましくない。

【００２６】本発明の封止用樹脂組成物は、前述した
（Ａ）フェノール樹脂、（Ｂ）エポキシ樹脂、（Ｃ）無
機充填剤、（Ｄ）硬化促進剤および（Ｅ）イミダゾール
基を有するカップリング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および合成ワックス類、直鎖脂肪酸
の金属塩、酸アミド類、エステル類およびパラフィン類
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、ならびにゴム系やシリコ
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

【００２７】本発明の封止用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
（Ａ）フェノール樹脂、（Ｂ）エポキシ樹脂、（Ｃ）無
機充填剤、（Ｄ）硬化促進剤および（Ｅ）カップリング
剤、その他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。

【００２８】本発明の樹脂封止型半導体装置は、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。

【００２９】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
熱して硬化させることにより、最終的にこの硬化物によ
って封止された半導体装置が得られる。加熟による硬化
は、１５０℃以上に加熟して硬化させるのが望ましい。
チップを搭載する基板としては、セラミックス、プラス
ティック、ポリイミドフィルム、リードフレーム等が挙
げられるが、これらに限定されるものではない。

【００３０】

【実施例】次に本発明を実施例によって説明する。な
お、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。

【００３１】（実施例１〜５および比較例１、２）ま
ず、各成分が表１に示されるような割合で配合されてな
る封止用樹脂組成物を、以下のようにして調製した（表
１における配合量は、重量％を示す）。すなわち、実施
例１〜５については、初めにヘンシェルミキサー中で充
填剤をイミダゾール基を有するシランカップリング剤で
処理し、次いで他の成分を配合混合して６０〜１３０℃
の加熱ロールで混練し、冷却した後粉砕することによ
り、封止用樹脂組成物を作製した。また、比較例１、２
については、イミダゾール基を有しないシランカップリ
ング剤のみを用いた以外は、実施例１〜５と同様にして
封止用樹脂組成物を作製した。

【００３２】

【表１】

【００３３】なお、表１に示した各成分としては、それ
ぞれ以下に示すものを用いた。ここで、カップリング剤
ＡおよびＢはイミダゾール基を有するカップリング剤で
あり、カップリング剤ＣおよびＤはイミダゾール基を有
しないカップリング剤である。

【００３４】エポキシ樹脂：オルソクレゾールノボラッ
クエポキシ樹脂（ＥＳＣＮ１９５ＸＬ、住友化学（株）
製、当量１９７）フェノール樹脂：フェノールアラルキル樹脂（ＸＬ−２
２５−３Ｌ、三井化学（株）製、当量１７８）カップリング剤Ａ：イミダゾールシラン（ＩＳ−１００
０、（株）日鉱マテリアルズ製）カツプリング剤Ｂ：イミダゾールシラン（ＩＡ−１００
Ａ、（株）日鉱マテリアルズ製）カップリング剤Ｃ：γ−グリシドキシプロピリトリメト
キシシラン（Ａ−１８７、日本ユニカー製）カップリング剤Ｄ：γ−Ｎフェニルアミノプロピリトリ
メトキシシラン（ＳＺ−６０８３、東レダウ製）硬化促進剤：トリフェニルホスフィン離型剤：カルナバワックス顔料：カーボンブラック無機充填剤：球状溶融シリカ粉（平均粒径：２０μｍ、
粒径１μｍ〜１０μｍのものの割合：３０重量％以上）

【００３５】次いで、これらの封止用樹脂組成物につい
て、それぞれ下記のような評価試験を行った。

【００３６】[１]耐湿信頼性の評価試験各封止用樹脂組成物を用い、試験用デバイスを封止した
後、１８０℃で４時間アフターキュアを行った。次いで
このパッケージを８５℃、相対湿度６０％の雰囲気中に
１６８時間放置して吸湿処理を行った後、これをＭＡＸ
温度２６０℃のＩＲリフロー炉に３回通した。この時点
でパッケージのクラック発生率を調べた。さらにこのパ
ッケージを１２７℃の飽和水蒸気雰囲気中に放置し、プ
レッシャクッカ試験を行い、不良（リーク不良、オープ
ン不良）発生率を調べた。測定結果を表２に示す。な
お、表２における不良発生率は、（不良発生数／試料
数）で示した。

【００３７】[２]成形作業性の評価試験各封止用樹脂組成物を用いてダミーフレームを用いた連
続成形（５００ショット）を実施し、作業性および成形
品外観を観察した。測定結果を表３に示す。

【００３８】

【表２】

【００３９】

【表３】

【００４０】表２、表３に示されるように、実施例１〜
５の封止用樹脂組成物は、比較例１〜２の封止用樹脂組
成物に比べ、高温下での耐クラック性およびその後の耐
湿信頼性が良好であり、成形作業性についても同等以上
であった。

【００４１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の封止用樹
脂組成物は、その硬化物の高温下での耐クラック性およ
び耐湿信頼性が極めて良好であり、表面実装タイプの半
導体装置の封止に好適である。

【００４２】また、本発明の樹脂封止型半導体装置は、
上記したような封止用樹脂組成物の硬化物によって封止
されているため、クラック等の発生が抑制され、信頼性
に優れるものである。

───────────────────────────────────────────────────── 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 CC042 CD051 CD061 CE002 DJ016 EU117 EU137 EX078 FD016 FD142 FD157 FD208 GQ05 4J036 AA01 DC41 DC46 DD07 FA01 FA05 FB07 JA07 4M109 AA01 EA02 EB03 EB04 EB06 EB13 EC05 EC09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール
樹脂硬化剤、（Ｃ）平均粒径３０μｍ以下で１μｍ〜１
０μｍの粒径の割合が３０重量％以上である無機充填
剤、（Ｄ）硬化促進剤、および（Ｅ）イミダゾール基を
有するカップリング剤を必須成分として含有する樹脂組
成物であって、前記樹脂組成物全体に対して前記（Ｃ）
無機充填剤を２５〜９５重量％の割合で含有することを
特徴とする封止用樹脂組成物。
【請求項２】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール
樹脂硬化剤、（Ｃ）平均粒径３０μｍ以下で１μｍ〜１
０μｍの粒径の割合が３０重量％以上である無機充填
剤、（Ｄ）硬化促進剤、（Ｅ）イミダゾール基を有する
カップリング剤を必須成分として含有する樹脂組成物で
あって、前記樹脂組成物全体に対して前記（Ｃ）無機充
填剤を２５〜９５重量％の割合で含有する封止用樹脂組
成物によって半導体チップが封止されていることを特徴
とする樹脂封止型半導体装置。