JP2985706B2 - 封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを使用した半導体装置 - Google Patents

封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを使用した半導体装置

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JP2985706B2
JP2985706B2 JP7031265A JP3126595A JP2985706B2 JP 2985706 B2 JP2985706 B2 JP 2985706B2 JP 7031265 A JP7031265 A JP 7031265A JP 3126595 A JP3126595 A JP 3126595A JP 2985706 B2 JP2985706 B2 JP 2985706B2
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辰佳 和田
正之 教学
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電気部品、電子部品、
半導体素子等を封止するための封止用エポキシ樹脂組成
物及びその組成物を使用した半導体装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来、ダイオード、トランジスター、集
積回路等の電気・電子部品や半導体装置等の封止方法と
して、例えば、エポキシ樹脂やシリコン樹脂等による樹
脂封止方法や、ガラス、金属、セラミックス等を用いた
ハーメチックシール法が採用されてきているが、近年で
は、信頼性の向上とともに大量生産やコストの面でメリ
ットのあるエポキシ樹脂を用いる封止法においては、ク
レゾールノボラック型樹脂を樹脂成分とし、かつ、フェ
ノールノボラック型樹脂を硬化剤成分とする組成物から
なる成形材料が最も一般的に使用されている。
【0003】しかしながら、IC、LSI、VLSI等
の電子部品や半導体装置の高密度化、高集積化にともな
って、モールド樹脂の薄肉化が進んでおり、これまでの
エポキシ樹脂組成物では、必ずしも満足に対応すること
ができなくなっている。例えば、表面実装用デバイスに
おいては、実装時にデバイス自身が半田に直接浸漬され
る等、急激に高温苛酷環境下にさらされるため、パッケ
−ジクラックの発生が避けられない事情となっている。
すなわち、成形後の保管中に吸湿した水分が、高温にさ
らされる際に急激に気化膨張し封止樹脂がこれに耐えき
れずに半導体装置のパッケージにクラックが生じる。
【0004】封止用樹脂組成物については、耐熱性、密
着性の向上等の検討がなされているが、これら特性、殊
に吸湿性の低減、耐吸湿半田クラック性及び耐湿信頼性
の改善については、いまだ満足できる状況にはない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記の事情に
鑑みてなされたもので、その目的とするところは、吸湿
率が小さく、耐吸湿半田クラック性及び耐湿信頼性の良
好な半導体装置が得られる封止用エポキシ樹脂組成物及
びその組成物を使用した耐吸湿半田クラック性及び耐湿
信頼性が改善された半導体装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係る
エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂に、硬化剤、無機
充填材及び硬化促進剤を添加してなる封止用エポキシ樹
脂組成物において、下記の一般式で示されるジシクロ
ペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂をエポキシ樹脂
の全量に対して20〜100重量%含有し、下記の一般
式で示されるフェノール系樹脂硬化剤を硬化剤の全量
に対して20〜100重量%含有し、かつ、無機充填材
の全量に対して、粒径5μm以下の無機充填材を10〜
50重量%含有し、球状の無機充填材を20〜100重
量%含有することを特徴とする。
【0007】
【化4】
【0008】
【化5】
【0009】本発明の請求項2に係るエポキシ樹脂組成
物は、下記の一般式で示されるイオン捕捉剤をも含有
することを特徴とする。
【0010】
【化6】
【0011】本発明の請求項3に係る半導体装置は、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を
使用して半導体素子を封止してなる。
【0012】以下、本発明を詳述する。本発明に用いる
エポキシ樹脂は、前記一般式で示されるエポキシ樹脂
を必須成分とする。前記一般式の中の繰り返し単位数
nは、0〜5の整数である。この理由は、前記繰り返し
単位数nが5を越えると粘度が高くなり過ぎるためであ
る。また、前記の一般式で示されるジシクロペンタジ
エン骨格を有するエポキシ樹脂をエポキシ樹脂の全量に
対して20〜100重量%含有する必要がある。この理
由は、前記の一般式で示されるジシクロペンタジエン
骨格を有するエポキシ樹脂がエポキシ樹脂の全量に対し
て20重量%未満のときには、吸湿率が大きく、耐吸湿
半田クラック性及び耐湿信頼性が低下するためである。
【0013】前記の一般式で示されるジシクロペンタ
ジエン骨格を有するエポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂で
本発明に用いることができるエポキシ樹脂としては、1
分子中にエポキシ基を少なくとも2個有するエポキシ樹
脂であれば、いずれのエポキシ樹脂でも用いることがで
き、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフ
ェノールF型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹
脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ビフェニル
型エポキシ樹脂、ナフタレン環を有するエポキシ樹脂及
びブロム含有エポキシ樹脂等がある。
【0014】また、本発明に用いる硬化剤は、前記の一
般式で示されるフェノール系樹脂硬化剤を必須成分と
する。前記一般式の中の繰り返し単位数mは、0〜5
の整数である。この理由は、前記繰り返し単位数mが5
を越えると粘度が高くなり過ぎるためである。また、前
記の一般式で示されるフェノール系樹脂硬化剤を硬化
剤の全量に対して20〜100重量%含有する必要があ
る。この理由は、前記の一般式で示されるフェノール
系樹脂硬化剤が硬化剤の全量に対して20重量%未満の
ときには、吸湿率が大きく、耐吸湿半田クラック性及び
耐湿信頼性が低くなってしまうためである。
【0015】前記の一般式で示されるフェノール系樹
脂硬化剤以外の硬化剤で本発明に用いることができる硬
化剤としては、1分子中にフェノール性水酸基を少なく
とも2個有するフェノール樹脂等の硬化剤であれば、い
ずれの硬化剤でも用いることができ、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及び多官
能フェノール樹脂等がある。
【0016】無機充填材として、溶融シリカ、結晶シリ
カ、アルミナ及び窒化ケイ素等を用いることができ、無
機充填材の全量に対して、粒径5μm以下の無機充填材
を10〜50重量%含有し、球状の無機充填材を20〜
100重量%含有する必要がある。すなわち、粒径5μ
m以下の無機充填材の含有量が無機充填材の全量に対し
て、10重量%未満の場合には、耐吸湿半田クラック性
及び耐湿信頼性が低下し、50重量%を越える場合に
は、流動性が悪くなり、成形品に未充填が発生し、球状
の無機充填材の含有量が無機充填材の全量に対して、2
0重量%未満の場合には、吸湿率が大きく、耐吸湿半田
クラック性及び耐湿信頼性が低下する。
【0017】前記の一般式で示されるイオン捕捉剤を
も含有するのが好ましく、封止用エポキシ樹脂組成物に
イオン捕捉剤を含有することにより、耐湿信頼性が向上
する。このイオン捕捉剤の含有量は、封止用エポキシ樹
脂組成物の全量に対して、10重量%以下であること
が、より好ましい。すなわち、イオン捕捉剤の含有量
は、封止用エポキシ樹脂組成物の全量に対して、10重
量%を越える場合には、成形時の流動性が悪くなる傾向
にある。
【0018】硬化促進剤として、ジアザビシクロウンデ
セン、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスホ
ニウム、テトラフェニルボレート、イミダゾール及び3
級アミン等を用いることができる。また、必要に応じて
エポキシシラン等のカップリング剤、ブロム化エポキシ
樹脂及び三酸化アンチモン等の難燃剤、シリコーン可撓
剤、ワックス等の離型剤並びにカーボンブラック等の顔
料等を用いることができる。
【0019】このようにして、前記材料を配合、混合、
混練、粉砕し更に必要に応じて造粒して封止用エポキシ
樹脂組成物を得る。さらに、この封止用エポキシ樹脂組
成物を使用して、圧縮成形、トランスファー成形、射出
成形等で半導体素子を封止して半導体装置を得るもので
ある。
【0020】以上の組成により、吸湿率が小さく、耐吸
湿半田クラック性及び耐湿信頼性が改善された封止用エ
ポキシ樹脂組成物及びその組成物を使用した半導体装置
を得ることができる。
【0021】
【実施例】以下、本発明を実施例によって具体的に説明
する。
【0022】実施例1〜実施例9及び比較例1〜比較例
8の配合成分については、封止用エポキシ樹脂組成物の
全量に対して、充填材としてγ−グリシドキシプロピル
トリメトキシシランでカップリング処理した溶融シリカ
を77.2重量%、硬化促進剤としてトリフェニルホス
フィンを0.15重量%、難燃剤としてエポキシ当量4
00のブロム化エポキシ樹脂1.4重量%及び三酸化ア
ンチモン2.1重量%、離型剤としてカルナバワックス
0.3重量%並びに顔料としてカーボンブラックを0.
25重量%を含有したものを用いた。
【0023】その他の配合成分は、下記の物質を実施例
1〜実施例9については表1に、比較例1〜比較例8に
ついては、表2に示したそれぞれの配合量で用いた。表
1及び表2に示した数値は、封止用エポキシ樹脂組成物
の全量に対するそれぞれの配合成分の含有量を重量%で
示したものである。
【0024】エポキシ樹脂(E1)として、エポキシ当
量257の前記の一般式で示されるジシクロペンタジ
エン骨格を有するエポキシ樹脂(大日本インキ化学工業
株式会社製:商品名EXA7200)を用いた。
【0025】エポキシ樹脂(E2)として、エポキシ当
量195のオルソ−クレゾールノボラック型エポキシ樹
脂(住友化学工業株式会社製:商品名ESCN195X
L)を用いた。
【0026】硬化剤(H1)として、水酸基当量157
で前記の一般式で示され、一般式中のRがCH3
あるフェノール系樹脂硬化剤(大日本インキ化学工業株
式会社製:商品名EXB6097)を用いた。
【0027】硬化剤(H2)として、水酸基当量104
のフェノールノボラック樹脂硬化剤(荒川化学工業株式
会社製:商品名タマノール754)を用いた。
【0028】実施例9については、イオン捕捉剤として
前記の一般式で示されるイオン捕捉剤(東亜合成化学
工業株式会社製:商品名IEX600)を、イオン捕捉
剤を除いた封止用エポキシ樹脂組成物100重量部に対
して0.5重量部を添加して用いた。
【0029】また、無機充填材の全量に対する、粒径5
μm以下の無機充填材の含有量をR/Mと称し、球状の
無機充填材の含有量をQ/Mと称して表1及び表2に重
量%で示した。
【0030】前記の各実施例及び、比較例において、前
記配合成分をミキサーで3分間均一に混合分散した後、
ロール温度100〜120℃のミキシングロールで加
熱、溶融、混練した。この混練物を、冷却し、粉砕して
各封止用エポキシ樹脂組成物を得た。
【0031】以上で得た各エポキシ樹脂組成物をトラン
スファー成形機を用いて金型温度175℃、成形圧力5
0kg/cm2 で半導体素子を封止成形して60QFP
TEG(外形:15mm×19mm×t2.4mm)
を得た。また、同じ成形条件で吸湿率測定用円板を得
た。
【0032】吸湿率、耐吸湿半田クラック及び耐湿信頼
性を測定した結果、表1及び表2に示したように実施例
1〜実施例9は、比較例1〜比較例8より優れているこ
とが確認できた
【0033】
【表1】
【0034】
【表2】
【0035】表1及び表2において記載した測定値は、
次の方法によった。 (1)吸湿率 JIS K 6911準じて作製した直径50mm、厚
み3mmの円板を温度85℃、相対湿度85%の雰囲気
に放置し、72時間後の重量変化を測定した。 (2)耐吸湿半田クラック 60QFP TEGを温度85℃、相対湿度85%の雰
囲気に放置し、72時間吸湿後、250℃の半田に10
秒間浸漬し、実体顕微鏡でクラックの有無を観察し、6
0QFP10個中でクラックが発生したパッケージの個
数を求めた。 (3)耐湿信頼性 60QFP TEGを温度85℃、相対湿度85%の雰
囲気に放置し、72時間吸湿後、250℃の半田に10
秒間浸漬し、PCT(プレッシャークッカーテスト)1
33℃、相対湿度100%の雰囲気に放置し、200時
間及び500時間後のアルミ回路のオープン不良(回路
断線)の有無を観察し、60QFP10個中でオープン
不良が発生したパッケージの個数を求めた。
【0036】
【発明の効果】本発明の請求項1に係るエポキシ樹脂組
成物によると、ジシクロペンタジエン骨格を有するエポ
キシ樹脂をエポキシ樹脂の全量に対して20〜100重
量%含有し、フェノール系樹脂硬化剤を硬化剤の全量に
対して20〜100重量%含有し、かつ、無機充填材の
全量に対して、粒径5μm以下の無機充填材を10〜5
0重量%含有し、球状の無機充填材を20〜100重量
%含有するので、吸湿率が小さく、耐吸湿半田クラック
性及び耐湿信頼性の良好な半導体装置が得られる。
【0037】本発明の請求項2に係るエポキシ樹脂組成
物によると、イオン捕捉剤をも含有するので、さらに、
耐湿信頼性の良好な半導体装置が得られる。
【0038】また、本発明の請求項3に係る半導体装置
は、耐吸湿半田クラック性及び耐湿信頼性が良好であ
り、有用である。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 23/31 (56)参考文献 特開 平6−298903(JP,A) 特開 昭62−246921(JP,A) 特開 平6−192390(JP,A) 特開 平5−301946(JP,A) 特開 平8−151507(JP,A) 特開 平5−140419(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08G 59/32 - 59/38 C08G 59/62 C08L 63/00 - 63/10 H01L 23/29

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エポキシ樹脂に、硬化剤、無機充填材及
    び硬化促進剤を添加してなる封止用エポキシ樹脂組成物
    において、下記の一般式で示されるジシクロペンタジ
    エン骨格を有するエポキシ樹脂をエポキシ樹脂の全量に
    対して20〜100重量%含有し、下記の一般式で示
    されるフェノール系樹脂硬化剤を硬化剤の全量に対して
    20〜100重量%含有し、かつ、無機充填材の全量に
    対して、粒径5μm以下の無機充填材を10〜50重量
    %含有し、球状の無機充填材を20〜100重量%含有
    することを特徴とする封止用エポキシ樹脂組成物。 【化1】 【化2】
  2. 【請求項2】 下記の一般式で示されるイオン捕捉剤
    をも含有す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。 【化3】
  3. 【請求項3】 請求項1又は請求項2記載の封止用エポ
    キシ樹脂組成物を使用して半導体素子を封止してなる半
    導体装置。
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