JP2593518B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂成形材料 - Google Patents

半導体封止用エポキシ樹脂成形材料

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JP2593518B2 JP12127188A JP12127188A JP2593518B2 JP 2593518 B2 JP2593518 B2 JP 2593518B2 JP 12127188 A JP12127188 A JP 12127188A JP 12127188 A JP12127188 A JP 12127188A JP 2593518 B2 JP2593518 B2 JP 2593518B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は半導体封止用エポキシ樹脂成形材料に関し、
特に耐熱衝撃性、耐湿性に優れたものである。
(従来の技術) 近年、電子部品の小形化や半導体素子の大型化、集積
度の増大等に伴い、耐熱衝撃性、耐湿性に優れた封止用
樹脂の開発が望まれている。特に、チップ面積が大きい
大型素子をFP(フラットパッケージ)、SO(スモールア
ウトラインパッケージ)などの薄形パッケージ化した場
合の信頼性の確保が重要な課題となっている。つまり、
FPタイプやSOタイプの樹脂封止パッケージを高温ハンダ
で表面実装する際に、パッケージ内部に吸湿された水分
が一気にガス化してパッケージクラックを生じたり、素
子と樹脂がひきはがされて水分が侵入しやすくなり、耐
湿性が急激に劣化することが問題となっている。
従来、電子部品の封止用樹脂としては、フェノールノ
ボラック樹脂を硬化剤とするエポキシ樹脂成形材料が使
用されてきた。しかし、こうしたエポキシ樹脂成形材料
は半導体の封止樹脂として要求される上記特性を満足す
るものではなかった。
そこで、フェノールノボラック硬化タイプのエポキシ
樹脂成形材料を耐熱化することにより、上記問題点の解
決を図ることが試みられてきた。例えば、硬化促進剤の
変更、エポキシ樹脂及びフェノール樹脂の高分子量化や
低当量化によるガラス転移温度の向上や高温破断強度の
改善が検討されたが、上記問題点の解決までには至って
いない。
また、フェノールノボラック樹脂の代わりに、トリス
(ヒドロキシフェニル)メタンのような低OH当量のフェ
ノール性化合物を用いて耐熱性を向上させる試み(特開
昭62−184012号)がすでになされている。こうしたエポ
キシ樹脂成形材料では、確かにガラス転移温度や高温で
の破断強度は向上する。しかし、実際に表面実装後の耐
湿信頼性を調べてみると、その向上はほとんど認められ
なかった。この理由として、従来のフェノールノボラッ
ク硬化タイプのエポキシ樹脂成形材料と比べて吸湿率が
高い、電気絶縁特性が低い、接着力が低いなどが考えら
れる。
(発明が解決しようとする課題) 本発明は上記問題点を解決するためになされたもので
あり、半導体封止用成形材料として要求される耐熱衝撃
性やその他の特性、特に表面実装時の高温半田に耐えて
高い耐湿性を保証できる高信頼性のエポキシ樹脂成形材
料を提供することを目的とする。
[発明の構成] (課題を解決するための手段と作用) 本発明の半導体封止用エポキシ樹脂成形材料は、
(a)エポキシ樹脂、(b)以下の構造式で示されるフ
ェノール性化合物 (式中、Rは水素、アリール基又はアルキル基を表わ
し、それらの基は同一でも、それぞれ異なっていてもよ
い)、(c)フェノールアラルキル樹脂、(d)硬化促
進剤、及び(e)無機質充填剤を必須成分とすることを
特徴とするものである。
本発明のエポキシ樹脂成形材料では、硬化剤として
(b)のフェノール性化合物と(c)のフェノールアラ
ルキル樹脂を併用することにより、ガラス転移温度の向
上、高温破断強度の向上、吸湿率の低減、破断時の伸び
量の向上、接着性の向上が達成でき、その結果本発明の
エポキシ樹脂成形材料で封止した半導体デバイスでは耐
熱衝撃性と耐湿性を大幅に改善できる。
以下、本発明に係るエポキシ樹脂成形材料の構成成分
について詳細に説明する。
本発明に係る成形材料中の一成分である(a)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
するものであればいかなるものでもよい。ただし、耐熱
性の面からはエポキシ当量が250以下のエポキシ樹脂が
好ましい。エポキシ樹脂としては、例えばフェノールノ
ボラック形エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック
形エポキシ樹脂、ナフトールタイプのノボラック形エポ
キシ樹脂、メタクレゾールノボラック形エポキシ樹脂、
各種の耐熱エポキシ樹脂(例えばトリス(ヒドロキシフ
ェニル)メタンのエポキシ化物)が挙げられる。なお、
本発明の効果は以上に例示したエポキシ樹脂を使用した
場合に限られるものではなく、あらゆるエポキシ樹脂を
(b)及び(c)の硬化剤系との組合せで使用できる。
こうしたエポキシ樹脂を具体的に例示すると、ESCN−
195XL(住友化学(株)、軟化点79℃、エポキシ当量19
7)、ESX−220(住友化学(株)、軟化点87℃、エポキ
シ当量214)、ESMN−220(住友化学(株)、軟化点70
℃、エポキシ当量197)、EPPN−502N(日本化薬
(株)、軟化点71℃、エポキシ当量167)、EPPN−202
(日本化薬(株)、軟化点77℃、エポキシ当量189)、Y
L−933(油化シェルエポキシ(株)、軟化点59℃、エポ
キシ当量189)などが挙げられる。
本発明に係る成形材料中の一成分である(b)フェノ
ール性化合物としては、以下の構造式で示される化合物
であればいかなるものでもよい。
(式中、Rは水素、アリール基又はアルキル基を表わ
し、それらの基は同一でも、それぞれ異なっていてもよ
い) この場合、R又はOH基はフェニル基のどの位置に結合
していてもよい。
このようなフェノール性化合物としては、以下に示す
構造の化合物を例示できる。
フェノール性化合物の具体例としては、[I]の構造
を有するものとして、YL−6065(油化シェルエポキシ
(株)、軟化点110℃、OH当量100)が挙げられる。
本発明に係る成形材料中の一成分である(c)フェノ
ールアラルキル樹脂は、アラルキルエーテルとフェノー
ルとをフリーデルクラフツ触媒で反応させた樹脂で、フ
リーデルクラフツ形樹脂とも呼ばれる。このフェノール
アラルキル樹脂としては、以下の構造を有する2,2′−
ジメトキシ−p−キシレンとフェノールモノマーとの縮
合重合化合物がよく知られている。
フェノールアラルキル樹脂の具体例としては、XL−22
5(三井東圧化学(株)、軟化点90〜93℃、OH当量約19
6)、XYLOK−225(アルブライト・アンド・ウィルソン
(株)、軟化点85〜105℃)などがある。
以上の樹脂成分(a)、(b)、(c)の配合比は、
(a)のエポキシ基と(b)+(c)のフェノール性水
酸基との当量比が、フェノール性水酸基/エポキシ基=
0.7〜1.2となることが好ましい。これは、当量比が0.7
未満ではガラス転移温度が低くなり、一方1.2を超える
と耐湿性が低下する傾向があるためである。
また、(b)フェノール性化合物と(c)フェノール
アラキル樹脂との配合比は、重量比で(c)/(b)=
5/95〜50/50となることが好ましい。これは、フェノー
ルアラルキル樹脂の配合率が5重量%未満では耐湿性の
向上効果が少なく、一方50重量%を超えるとガラス転移
温度が低下し、耐熱性が低下する傾向があるためであ
る。
本発明に係る成形材料の一成分である(d)硬化促進
剤としては、エポキシ基とフェノール性水酸基との反応
を促進するものであればいかなるものであってもよく、
例えば各種のアミン類、各種のイミダゾール類、ジアザ
ビシクロアルケン類、有機ホスフィン類などが挙げられ
る。
こうした硬化促進剤を具体的に例示すると、2−エチ
ルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、ジアミノ
ジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン、ヘプ
タデシルイミダゾール、ジメチルアミノメチルフェノー
ル、ベンジルジメチルアミン、1,8−ジアザビシクロ
(5,4,0)ウンデセン−7(DBU)、DBUのフェノール塩
(例えば、U−CAT SA No1、サンアボット(株))、ト
リフェニルホスフィンなどが挙げられる。これらの硬化
促進剤のうちでは、電気特性の点から、DBU、DBUのフェ
ノール塩、トリフェニルホスフィンなどが好ましい。
このような硬化促進剤は、それぞれの触媒によって触
媒活性が異なるため、添加量の好適範囲は一概に決めら
れないが、(a)、(b)、(c)の総量に対して0.1
〜5重量%の範囲で加えることが好ましい。これは、0.
1重量%未満では硬化性能が劣化し、一方5重量%を超
えると耐湿性が劣化する傾向があるためである。
本発明に係る成形材料中の一成分である(e)無機充
填剤として、例えば溶融シリカ粉末、結晶性シリカ粉
末、球状シリカ粉末、球状ガラス粉末に代表される各種
のガラス粉末、タルク、アルミナ粉末、ケイ酸カルシウ
ム粉末、炭酸カルシウム粉末、各種のセラミックス粉
末、ガラス繊維、低ソーダガラス繊維、セラミックス繊
維などが挙げられる。
これらのうちでも、電気特性や半導体封止用途として
の特殊性を考慮すると、溶融シリカ粉末、球状シリカ粉
末、低ソーダガラス繊維、セラミックス繊維が好まし
い。なお、メモリーデバイスを封止する用途では、U、
Th等から発生するα線によるソフトエラーを防止するた
め、U、Thが1ppb以下の溶融シリカ粉末や球状シリカ粉
末を使用することが好ましい。
こうした無機充填剤の使用量は、比重によって好まし
い添加範囲が異なるが、エポキシ樹脂成形材料中の70〜
82重量%の範囲が好ましい。これは、70重量%未満では
成形材料の熱膨張係数が大きくなるため耐熱衝撃性が劣
化する傾向にあり、一方82重量%を超えると流動性が低
下し、その結果成形性が低下する傾向にあるためであ
る。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂成形材料を構成す
る成分としては、上記の各必須成分の他にも、例えばブ
ロム化エポキシ樹脂、三酸化アンチモンなどの難燃剤;
例えば天然ワックス類、合成ワックス類、直鎖脂肪酸や
その金属塩、酸アミド類、エステル類、パラフィン類な
どの離形剤;例えばカーボンブラック、二酸化チタンな
どの顔料;シリカップリング剤などのフィラーの表面処
理剤;シリコーンオイル、シリコーンゴム、各種プラス
チック粉末、各種エンジニアリングプラスチック粉末、
ABS樹脂やMBS樹脂の粉末などの低応力化剤などを適宣添
加してもよい。
本発明に係るエポキシ樹脂成形材料は、原料成分を例
えばヘンシェルミキサーなどのミキサーによって充分混
合し、更に熱ロールによる溶融処理又は二軸の押し出し
機などによる溶融混合処理を加えた後、冷却、粉砕する
ことにより調製することができる。そして、こうして得
られた成形材料は粉末のまま、又はタブレット化した状
態で、コンプレッション成形、トランスファー成形、イ
ンジェクション成形などに供され、半導体デバイスの封
止が行われる。
(実施例) 以下、本発明を実施例に基づき更に具体的に説明する
が、本発明の技術適思想を逸脱しない限り、本発明はこ
れら実施例に何ら限定されるものではない。
実施例1〜7及び比較例1〜6 以下に示す成分を第2表に示す配合割合(重量%)で
配合し、ミキサーで混合した後、二軸ロールで加熱混練
し、冷却・粉砕してエポキシ樹脂成形材料を調製した。
エポキシ樹脂A:ESCN−195XL(住友化学(株)、軟化点7
9℃、エポキシ当量197) エポキシ樹脂B:YL−932H(油化シェルエポキシ(株)、
軟化点63℃、エポキシ当量166) エポキシ樹脂C:ESX−220(住友化学(株)、軟化点87
℃、エポキシ当量214) フェノール樹脂:BRG−558(昭和高分子(株)、軟化点9
7℃、OH当量105…フェノールノボラック樹脂) フェノール性化合物:YL−6065(油化シェルエポキシ
(株)、軟化点110℃、OH当量100…トリス(ヒドロキシ
フェニル)メタン) フェノールアラルキル樹脂A:XL−225(三井東圧化学
(株)、軟化点90℃、OH当量約196) フェノールアラキル樹脂B:XL−225L(三井東圧化学
(株)、軟化点83℃、OH当量約196) 硬化促進剤A:トリフェニルホスフィン 硬化促進剤B:1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン
−7 硬化促進剤C:2−メチルイミダゾール 無機質充填剤A:GR−80T(東芝セラミックス(株)、平
均粒径22.6μm) 無機質充填剤B:SGA(東芝セラミックス(株)、平均粒
径5.25μm) 難燃エポキシ樹脂:BREN−S(日本化薬(株)、軟化点8
4℃、エポキシ当量278、Br含有量35.7%) 難燃助剤:三酸化アンチモン 離形剤:カルナバワックス 顔料:カーボンブラック 表面処理剤:エポキシシラン系カップリング剤 以上のようにして得られた実施例1〜7及び比較例1
〜6のエポキシ樹脂成形材料を用い、175℃、3分の成
形条件でトランスファー成形により試験片を作製し、体
積抵抗率、曲げ強さ、曲げ弾性率、ガラス転移温度、熱
膨張係数、吸水率、接着力の測定を行った。なお、吸水
率は85℃、85%RH雰囲気中に、168時間保持した後の値
を測定した。また、接着力は半導体フレームとして使用
される42Alloyとの接着力である。
また、各エポキシ樹脂成形材料を用い、上記成形条件
で耐熱衝撃性試験用の半導体素子(6.7×6.7mm2)を封
止し、175℃×4時間のアフターキュア後、得られたモ
ールドデバイスを−65℃(30分)→25℃(5分)→150
℃(30分)→25℃(50分)を1サイクルとして冷熱サイ
クルテスト(TCT)を行い、不良の発生を調べた。
更に、各エポキシ樹脂成形材料を用い、上記成形条件
で耐湿性評価用素子(6.7×6.7mm2)を封止し、175℃×
4時間のアフターキュア後、135℃×85%RHの高温高湿
雰囲気中に48時間投入し、その後215℃×2分のVPS(ベ
ーパーフェーズリフロー)処理を実施し、テストデバイ
スを作製した。この時点で成形品の破裂不良を調べた。
次いで、127℃×2.5気圧のPCT(プレッシャークッカテ
スト)を行い、不良の発生を調べた。
これらの結果を第2表に示す。
[発明の効果] 以上詳述したように本発明のエポキシ樹脂成形材料
は、従来のエポキシ樹脂成形材料と比べて、耐熱衝撃
性、耐半田浸漬性等が極めて優れており、特に半導体デ
バイスの封止に用いた場合に高信頼性を保証でき、工業
的価値が極めて大きい。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a)エポキシ樹脂、 (b)以下の構造式で示されるフェノール性化合物 (式中、Rは水素、アリール基又はアルキル基を表わ
    し、それらの基は同一でも、それぞれ異なっていてもよ
    い)、 (c)フェノールアラルキル樹脂、 (d)硬化促進剤、及び (e)無機質充填剤 を必須成分とすることを特徴とする半導体封止用エポキ
    シ樹脂成形材料。
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