JP2009173812A - 封止用エポキシ樹脂組成物および半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成形時の流動性が低下することなく、半導体チップやリードフレームなどへの優れた密着性を有すると共に、優れた耐リフロークラック性を有する封止用エポキシ樹脂組成物および半導体装置を提供する。
【解決手段】エポキシ樹脂、フェノール性水酸基を有する硬化剤、無機充填材、およびシランカップリング剤を必須成分として含有する封止用エポキシ樹脂組成物であって、４−ピリジンカルボチオアミドを含有することを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、封止用エポキシ樹脂組成物および半導体装置に関するものである。

従来、ＩＣチップなどの半導体部品の封止材としてセラミックや熱硬化性樹脂組成物が一般に用いられている。中でも、エポキシ樹脂組成物は経済性と性能のバランスの点で優れた封止材であり、たとえば、近年の電子機器の小型化、薄型化にともない主流になりつつある表面実装型パッケージの封止材としてエポキシ樹脂組成物が広く用いられている（特許文献１、２参照）。

表面実装型パッケージでは、赤外線リフローなどの手段で半田接合を行う際に、直接半田温度に曝されるため、パッケージが吸湿していると半田接合時に吸湿水分が急激に気化膨張し、それによる応力で半導体装置にクラックが発生したり、半導体チップやリードフレームとパッケージとの界面で剥離が生じたりする場合がある。

このようなリフロークラックなどを改善するための方策として、封止用エポキシ樹脂組成物中の無機充填材の充填量を増加させることが一般に行われている。
特開２００６−１０４３９３号公報 特開平９−１２４９０４号公報

しかしながら、無機充填材を高充填化すると、耐リフロークラック性が向上する一方で、同時に成形時の流動性の低下を招くことになる。そのため、無機充填材の高充填化には限界があり、結果として耐リフロークラック性の大幅な向上は望めない状況にあった。

本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、成形時の流動性が低下することなく、半導体チップやリードフレームなどへの優れた密着性を有すると共に、優れた耐リフロークラック性を有する封止用エポキシ樹脂組成物および半導体装置を提供することを課題としている。

本発明は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。

第１に、本発明の封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、フェノール性水酸基を有する硬化剤、無機充填材、およびシランカップリング剤を必須成分として含有する封止用エポキシ樹脂組成物であって、４−ピリジンカルボチオアミドを含有することを特徴とする。

第２に、上記第１の封止用エポキシ樹脂組成物において、４−ピリジンカルボチオアミドの配合量が、封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して０．１〜２質量％であることを特徴とする。

第３に、本発明の半導体装置は、上記第１または第２の封止用エポキシ樹脂組成物を用いて半導体チップが封止されていることを特徴とする。

上記第１の発明によれば、シランカップリング剤と共に４−ピリジンカルボチオアミドを配合したので、半導体チップやリードフレームへの高い密着性を有すると共に、耐リフロークラック性にも優れた信頼性の高い半導体装置を得ることができる。さらに、成形時の流動性が低下することもない。

上記第２の発明によれば、４−ピリジンカルボチオアミドの配合量を特定範囲内としたので、上記第１の発明の効果に加え、特に優れた耐リフロークラック性を有する半導体装置を得ることができる。

上記第３の発明によれば、上記第１および第２の発明の封止用エポキシ樹脂組成物を用いて封止されているので、半導体チップやリードフレームへの高い密着性を有すると共に、優れた耐リフロークラック性を有している。

以下、本発明について詳細に説明する。

本発明において、エポキシ樹脂としては、１分子中に２個以上のエポキシ基を有するものであれば特に制限なく使用することができる。このようなエポキシ樹脂の具体例としては、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂などが挙げられる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

本発明で用いられるフェノール性水酸基を有する硬化剤としては、多価フェノール化合物、多価ナフトール化合物などが挙げられる。多価フェノール化合物の具体例としては、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樹脂、ビフェニルアラルキル樹脂などが挙げられる。多価ナフトール化合物の具体例としては、ナフトールアラルキル樹脂などが挙げられる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

フェノール性水酸基を有する硬化剤の配合量は、好ましくは、フェノール性水酸基とエポキシ基との当量比（ＯＨ基当量／エポキシ基当量）が０．５〜１．５となる量であり、より好ましくは当量比が０．８〜１．２となる量である。当量比が過小であると封止用エポキシ樹脂組成物の硬化特性が低下する場合があり、当量比が過大であると耐湿信頼性が不十分になる場合がある。

本発明の封止用エポキシ樹脂組成物には、硬化促進剤を配合することができる。硬化促進剤の具体例としては、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート、トリフェニルホスフィン等の有機ホスフィン類、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン等の第三級アミン類、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール等のイミダゾール類などが挙げられる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用して用いてもよい。

硬化促進剤の配合量は、エポキシ樹脂と硬化剤の合計量に対して０．１〜５．０質量％が好ましい。硬化促進剤の配合量が過少であると、硬化促進作用が十分に発揮されない場合があり、硬化促進剤の配合量が過剰であると、耐湿信頼性などが不十分になる場合がある。

本発明で用いられる無機充填材の具体例としては、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素などが挙げられる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用して用いてもよい。これらの中でも、成形性や流動性の点からは、球状の溶融シリカまたはアルミナを好ましく用いることができ、たとえば粒子径５〜３０μｍのものを用いることができる。

無機充填材の配合量は、封止用エポキシ樹脂組成物の全量に対して好ましくは６０〜９３質量％である。無機充填材の配合量が過少であると、熱伝導性、熱膨張率などの特性が低下する場合があり、無機充填材の配合量が過剰であると、成形時の流動性と金型充填性が低下する場合がある。

本発明で用いられるシランカップリング剤の具体例としては、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプトシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のグリシドキシシランなどが挙げられる。

シランカップリング剤の配合量は、封止用エポキシ樹脂組成物の全量に対して好ましくは０．０２〜１質量％である。シランカップリング剤の配合量が過少であると、リードフレームや半導体チップに対する十分な密着強度が得られない場合があり、シランカップリング剤の配合量が過剰であると、硬化特性などに悪影響を与える場合がある。

本発明では、下記の化学式で表される４−ピリジンカルボチオアミドが配合される。

シランカップリング剤と共に４−ピリジンカルボチオアミドを配合することで、半導体チップやリードフレームへの高い密着性を有すると共に、耐リフロークラック性が大幅に向上し、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。

４−ピリジンカルボチオアミドの配合量は、封止用エポキシ樹脂組成物の全量に対して好ましくは０．１〜２質量％である。４−ピリジンカルボチオアミドの配合量を当該範囲内とすることで、耐リフロークラック性を大幅に向上させることができる。

本発明の封止用エポキシ樹脂組成物には、本発明の効果を損なわない範囲内において、上記以外の成分を配合することができる。このような成分の具体例としては、カルナバワックス、ステアリン酸、モンタン酸、カルボキシル基含有ポリオレフィン等の離型剤、難燃剤、着色剤、シリコーン可とう剤などが挙げられる。

本発明の封止用エポキシ樹脂組成物は、たとえば、上記のエポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、シランカップリング剤、４−ピリジンカルボチオアミド、および必要に応じて他の成分を配合し、ミキサー、ブレンダーなどを用いて十分均一になるまで混合した後、熱ロールやニーダーなどの混練機により加熱状態で溶融混合し、これを室温に冷却した後、公知の手段によって粉砕することにより製造することができる。なお、封止用エポキシ樹脂組成物は、取り扱いを容易にするために、成形条件に合うような寸法と質量を有するタブレットとしてもよい。

本発明の半導体装置は、上記のようにして得られた封止用エポキシ樹脂組成物を用いてＩＣチップ、ＬＳＩチップなどの半導体チップを封止することにより製造することができる。この封止には、トランスファー成形、コンプレッション成形、インジェクション成形などの従来より用いられている成形方法を適用することができる。

トランスファー成形を適用する場合、たとえば、半導体チップを搭載したリードフレームを成形金型のキャビティに配置した後、キャビティに封止用エポキシ樹脂組成物を充填し、これを加熱下にて硬化させることで、半導体チップを封止用エポキシ樹脂組成物で封止した半導体装置を製造することができる。

トランスファー成形を適用する場合、たとえば、金型温度１７０〜１８０℃、成形時間３０〜１２０秒に設定することができるが、金型温度、成形時間およびその他の成形条件は、封止用エポキシ樹脂組成物の配合組成などに応じて適宜に変更すればよい。

本発明の半導体装置の具体例としては、リードフレーム上に半導体チップを固定し、ボンディングパッドなどの半導体チップの端子部と、リードフレームのリード部とをワイヤボンディングやバンプで接続した後、封止用エポキシ樹脂組成物を用いてトランスファー成形などにより封止してなる、ＤＩＰ（Dual Inline Package）、ＰＬＣＣ（Plastic Leaded Chip Carrier）、ＱＦＰ（Quad Flat Package）、ＳＯＰ（Small Outline Package）、ＳＯＪ（Small Outline J-lead package）、ＴＳＯＰ（Thin Small Outline Package）、ＴＱＦＰ（Thin Quad Flat Package）、ＬＱＦＰ（Lowprofile Quad Flat Package）などが挙げられる。その他の具体例としては、封止用エポキシ樹脂組成物で半導体チップを封止したＢＧＡ（Ball Grid Array）、ＣＳＰ（Chip Size Package）などが挙げられる。

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。

表１に示す各配合成分を、表１に示す割合（質量％）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２本ロールで混練溶融させて押し出し、冷却後、粉砕機で所定粒度に粉砕して粒状の封止用エポキシ樹脂組成物を得た。

表１に示す配合成分として、以下のものを使用した。
エポキシ樹脂：ビフェニル型エポキシ樹脂、ジャパンエポキシレジン（株）製、ＹＸ４０００Ｈ、エポキシ当量 １９６
硬化剤：フェノールアラルキル樹脂、三井化学（株）製、ＸＬ−２２５、水酸基当量 １７６
無機充填材：球状の溶融シリカ、電気化学工業（株）製、ＦＢ８２０
シランカップリング剤：γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、信越化学工業（株）製、ＫＢＭ４０３
４−ピリジンカルボチオアミド：和光純薬工業（株）製
離型剤：カルナバワックス、大日化学工業（株）製、Ｆ１−１００
着色剤：カーボンブラック、三菱化学（株）製、４０Ｂ
硬化促進剤：北興化学（株）製、ＴＰＰ
得られた封止用エポキシ樹脂組成物を下記条件にて成形し、次の評価を行った。
トランスファー成形条件
金型温度：１７５℃
注入圧力：７０ｋｇｆ／ｃｍ^２
成形時間：９０秒
後硬化：１７５℃／６ｈ
[スパイラルフロー]
ＡＳＴＭ Ｄ３１２３に準じたスパイラルフロー測定金型を用いて上記条件にて成形し、流動距離（ｃｍ）を測定した。
[耐リフロークラック性]
Ｃｕリードフレームに寸法８×９×０．４ｍｍのテスト用チップを銀ペーストを用いて搭載した、外形寸法２８×２８×３．２ｍｍの１６０ｐｉｎＱＦＰのパッケージを上記条件にて成形し、８５℃、８５％の条件で７２ｈ、９６ｈ、または１６８ｈ吸湿させた後、ＩＲリフロー装置により、２６０℃、１０秒の条件でリフロー処理を行い、クラックの有無を確認し、試験パッケージ数に対するクラック発生パッケージ数で評価した。

評価結果を表１に示す。

表１より、シランカップリング剤と共に４−ピリジンカルボチオアミドを配合した実施例１〜４の封止用エポキシ樹脂組成物を用いた場合には、４−ピリジンカルボチオアミドを配合しなかった比較例１に比べて高い耐リフロークラック性を示した。また、成形時の流動性の尺度となるスパイラルフローも良好な流動性を示すものであった。

Claims (3)

1. エポキシ樹脂、フェノール性水酸基を有する硬化剤、無機充填材、およびシランカップリング剤を必須成分として含有する封止用エポキシ樹脂組成物であって、４−ピリジンカルボチオアミドを含有することを特徴とする封止用エポキシ樹脂組成物。
2. ４−ピリジンカルボチオアミドの配合量が、封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して０．１〜２質量％であることを特徴とする請求項１に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
3. 請求項１または２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が封止されていることを特徴とする半導体装置。