JP3032528B1 - 封止用樹脂組成物および半導体封止装置 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 特にハロゲン（塩素、臭素）化合物および酸
化アンチモンを含有しない、難燃性、成形性（連続生産
性）、耐湿性および信頼性のよい、封止用樹脂組成物お
よび半導体封止装置を提供する。 【解決手段】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹
脂、（Ｃ）ホスファゼン化合物と（Ｄ）酸化亜鉛との難
燃組合せおよび（Ｅ）無機充填剤を必須成分とし、樹脂
組成物全体に対して、前記（Ｃ）ホスファゼン化合物を
０．１〜５重量％、好ましくは０．５〜２重量％、また
前記（Ｄ）酸化亜鉛を１〜１０重量％、（Ｅ）無機充填
剤を４０〜９５重量％の割合で含有してなる封止用樹脂
組成物である。また、この封止用樹脂組成物の硬化物に
よって半導体チップを封止してなる半導体封止装置であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハロゲン（塩素、
臭素）化合物および金属酸化物を添加することなしに、
優れた難燃性を有し、また、成形性、耐湿性および信頼
性に優れた封止用樹脂組成物および半導体封止装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置では、その封止樹脂に難燃性
をもたせることが一般的であり、難燃の処方として、ハ
ロゲン（塩素、臭素）化合物および金属酸化物を単独も
しくは併用することで難燃効果を現している。具体的に
は、臭素化エポキシ樹脂と三酸化アンチモンの組合せが
一般的である。しかし、封止用樹脂組成物の難燃効果を
現すために添加されるハロゲン（塩素、臭素）化合物、
特に臭素化エポキシ樹脂およびその難燃効果を助けるた
めに添加されている金属酸化物、特に三酸化アンチモン
は、半導体装置の信頼性を低下させるという欠点があっ
た。そればかりか、最近では環境への悪影響も指摘され
始めている。

【０００３】このため、成形性、耐湿性、信頼性に優れ
た、ハロゲン（塩素、臭素）化合物および金属酸化物を
含有しない封止用の樹脂組成物の開発が強く要望されて
おり、その代替材として、リン系難燃剤、金属水和物な
どの検討が広く進められている。しかし、リン系難燃剤
の多くはリン酸エステル系のものが多く、難燃効果が得
られても、加水分解により発生するリン酸が、半導体封
止装置の耐湿信頼性をを低下させる原因となってしま
い、十分な信頼性を確保することができていない。ま
た、金属水和物についても十分な成形性が確保できない
ばかりか、その吸湿特性の劣化は、半導体封止装置の信
頼性を大きく低下させてしまう欠点があった。

【０００４】そのため、成形性、耐湿性および信頼性に
優れたハロゲン（塩素、臭素）化合物および金属酸化物
を含有しない封止用の樹脂組成物の開発が強く要望され
てきた。また、今回使用しているホスファゼン化合物も
反応系のものを除けば反応に関与しない有機物であるた
め、連続生産性等に問題が生じ、添加量が制限されると
いう問題があり、封止樹脂組成物に単独で難燃効果を与
えるには、無機充填剤の含有量がある程度以上必要にな
るため、封止樹脂組成物全般に使用できないのが現状で
あった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記欠点を
解消し、上記要望に応えるためになされたもので、ハロ
ゲン（塩素、臭素）化合物および酸化アンチモンを含有
しないで、十分な難燃性を付与しつつ、成形性（連続生
産性）、耐湿性および信頼性のよい、封止用樹脂組成物
および半導体封止装置を提供しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の目的
を達成しようと鋭意研究を重ねた結果、樹脂組成物に、
ホスファゼン化合物と酸化亜鉛とを適当に組合せるとい
う新規な配合によって、十分な難燃性、成形性（連続生
産性）とともに耐湿性と信頼性が向上し、上記目的が達
成されることを見いだし、本発明を完成させたものであ
る。

【０００７】即ち、本発明は、（Ａ）エポキシ樹脂、
（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）ホスファゼン化合物、
（Ｄ）酸化亜鉛および（Ｅ）無機充填剤を必須成分と
し、樹脂組成物全体に対して、前記（Ｃ）ホスファゼン
化合物を０．１〜５重量％、好ましくは０．５〜２重量
％、また前記（Ｄ）酸化亜鉛を１〜１０重量％、前記
（Ｅ）無機充填剤を４０〜９５重量％の割合で含有して
なることを特徴とする封止用樹脂組成物である。また、
この封止用樹脂組成物の硬化物によって、半導体チップ
を封止してなることを特徴とする半導体封止装置であ
る。

【０００８】以下、本発明を詳細に説明する。

【０００９】本発明に用いる（Ａ）エポキシ樹脂として
は、その分子中にエポキシ基を少なくとも２個有する化
合物である限り、分子構造および分子量など特に制限は
なく、一般に封止用材料として使用されるものを広く包
含することができる。例えば、ビフェニル型、ビスフェ
ノール型の芳香族系、シクロヘキサン誘導体等脂肪族
系、また、次の一般式で示されるようなものが挙げられ
る。

【００１０】

【化１】 （但し、式中、Ｒ¹ 、Ｒ² は水素原子あるいはアルキル
基を、またｎは１以上の整数をそれぞれ表す） これらのエポキシ樹脂は、単独もしくは２種類以上混合
して用いることができる。

【００１１】本発明に用いる（Ｂ）フェノール樹脂とし
ては、前記（Ａ）のエポキシ樹脂と反応し得るフェノー
ル性水酸基を２個以上有するものであれば、特に制限す
るものではない。具体的なものとしては、例えば、次の
式に示されるものがある。

【００１２】

【化２】 （但し、式中、ｎは０または１以上の整数を表す）

【化３】 （但し、式中、ｎは０または１以上の整数を表す）等が
挙げられ、これらの樹脂は、単独もしくは２種類以上混
合して用いることができる。

【００１３】フェノール樹脂の配合割合は、前述したエ
ポキシ樹脂のエポキシ基（ａ）とフェノール樹脂のフェ
ノール性水酸基（ｂ）との当量比（ａ）／（ｂ）の値が
０．１〜１０の範囲内であることが望ましい。当量比が
０．１未満あるいは１０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が悪くなり、いずれ
の場合も好ましくない。従って上記の範囲内に限定する
のがよい。

【００１４】本発明に用いる（Ｃ）のホスファゼン化合
物としては、次の構造式に示されるものである。

【００１５】

【化４】 但し、上記式中、Ｒ³ は、アルコキシ基、フェノキシ
基、アミノ基、アリル基などの有機基であって、特に本
発明にとって制限されるものではない。またｎは１以上
の整数を示す。これらホスファゼン化合物は、単独もし
くは２種類以上混合して用いることができる。具体的な
化合物としては、例えば、

【化５】 （但し、式中、ｎは３若しくは４の整数、又は３〜４の
数を表す）

【化６】 （但し、式中、ｎは３以上１０以下の数を表す）が挙げ
られるが、耐熱性の面から特に化５に示されるホスファ
ゼン化合物が好ましい。

【００１６】ホスファゼン化合物の配合割合は、全体の
樹脂組成物に対して０．１〜５重量％含有することが望
ましい。この割合が０．１重量％未満では、難燃性の効
果が十分に得られず、また５重量％を超えると封止樹脂
の硬化物表面に滲み出すほか、硬化物の特性に悪影響を
与え、実用に適さず好ましくない。

【００１７】本発明に用いる（Ｄ）の酸化亜鉛として
は、全体の樹脂組成物に対して１〜１０重量％含有する
ことが望ましい。この割合が１重量％未満では、難燃性
の効果が十分に得られず、また、１０重量％を超えても
封止樹脂の難燃効果が向上しないため上記含有量が適当
である。

【００１８】本発明に用いる（Ｅ）の無機充填剤として
は、シリカ粉末、アルミナ粉末、タルク、炭酸カルシウ
ム、酸化チタンおよびガラス繊維等が挙げられ、これら
は、単独もしくは２種類以上混合して用いることができ
る。これらのなかでも特にシリカ粉末やアルミナ粉末が
好ましく、これらはよく使用される。無機充填剤の配合
割合は、全体の樹脂組成物に対して４０〜９５重量％の
割合で含有することが望ましい。その割合が４０重量％
未満では、耐熱性、耐湿性、半田耐熱性、機械的特性お
よび成形性が悪くなり、また、９５重量％を超えると、
かさばりが大きくなり成形性に劣り実用に適さない。

【００１９】本発明の封止用樹脂組成物は、前述したエ
ポキシ樹脂、フェノール樹脂、ホスファゼン化合物、酸
化亜鉛および無機充填剤を主成分とするが、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、合成ワックス類、直鎖脂肪族の金
属塩、酸アミド類、エステル類、パラフィン系等の離型
剤、エラストマー等の低応力化成分、カーボンブラック
等の着色剤、シランカップリング剤等の無機充填剤の処
理剤、種々の硬化促進剤などを適宜、添加配合すること
ができる。

【００２０】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、前述したエポ
キシ樹脂、フェノール樹脂、ホスファゼン化合物、酸化
亜鉛、無機充填剤およびその他の成分を配合し、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、また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、半導体封止をはじめとする電子部品あるいは電気部
品の封止、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。

【００２１】本発明の半導体装置は、上記のようにして
得られた封止用樹脂を用いて、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。封止の最も一
般的な方法としては、低圧トランスファー成形方がある
が、射出成形、圧縮成形および注型などによる封止も可
能である。封止用樹脂組成物を封止の際に加熱して硬化
させ、最終的にはこの組成物の硬化物によって封止され
た半導体封止装置が得られる。加熱による硬化は、１５
０℃以上に加熱して硬化させることが望ましい。封止を
行う半導体装置としては、例えば、集積回路、大規模集
積回路、トランジスタ、サイリスタおよびダイオード等
で特に限定されるものではない。

【００２２】

【作用】本発明の封止用樹脂組成物および半導体封止装
置は、樹脂成分としてホスファゼン化合物と酸化亜鉛を
用いたことにより、目的とする特性が得られるものであ
る。即ち、ホスファゼン化合物と酸化亜鉛を適当な組合
せで配合することにより、十分な成形性を保ちながら、
樹脂組成物の優れた難燃性を付与し、その化合物の安定
性から半導体装置において耐湿性および信頼性を向上さ
せることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】次に、本発明を実施例によって具
体的に説明するが、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。以下の実施例および比較例にお
いて「％」とは「重量％」を意味する。

【００２４】実施例１ クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２
００）１６％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノ
ール当量１０５）１０％、前記の化５に示すホスファゼ
ン化合物２％、酸化亜鉛５％、溶融シリカ粉末６６％お
よびエステル系ワックス類０．３％を配合し常温で混合
し、さらに９０〜９５℃で混練してこれを冷却粉砕して
成形材料を製造した。

【００２５】この成形材料を１７５℃に加熱した金型内
にトランスファー注入し、硬化させて成形品（封止品）
を成形した。この成形品について燃焼性および耐湿性、
連続生産性の試験を行った。その結果を表１に示す。

【００２６】実施例２ クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２
００）１２％に、ノボラック型フェノールアラルキル樹
脂（フェノール当量１７５）１２％、前記の化５に示す
ホスファゼン化合物１．５％、酸化亜鉛４％、溶融シリ
カ粉末６９．５％およびエステル系ワックス類０．３％
を配合し常温で混合し、さらに９０〜９５℃で混練して
これを冷却粉砕して成形材料を製造した。

【００２７】この成形材料について、実施例１における
と同様に、成形品を得るとともに各種試験をした。その
結果を表１に示す。

【００２８】実施例３ クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２
００）１１％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノ
ール当量１０５）６％、前記の化５に示すホスファゼン
化合物１％、酸化亜鉛５％、溶融シリカ粉末７６％およ
びエステル系ワックス類０．２％を配合し常温で混合
し、さらに９０〜９５℃で混練してこれを冷却粉砕して
成形材料を製造した。

【００２９】この成形材料について、実施例１における
と同様に、成形品を得るとともに各種試験をした。その
結果を表１に示す。

【００３０】比較例１ クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２
００）１４％に、臭素化エポキシ樹脂（エポキシ当量２
７０）３％、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール
当量１０５）９％、溶融シリカ粉末７０％、三酸化アン
チモン１％およびエステル系ワックス類０．３％を配合
し常温で混合し、さらに９０〜９５℃で混練してこれを
冷却粉砕して成形材料を作成した。

【００３１】この成形材料について、実施例１における
と同様に、成形品を得るとともに各種試験をした。その
結果を表２に示す。

【００３２】比較例２ クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２
００）１５％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノ
ール当量１０５）９％、ポリリン酸エステル３％、溶融
シリカ粉末７１％およびエステル系ワックス類０．３％
を配合し常温で混合し、さらに９０〜９５℃で混練して
これを冷却粉砕して成形材料を作成した。

【００３３】この成形材料について、実施例１における
と同様に、成形品を得るとともに各種試験をした。その
結果を表２に示す。

【００３４】比較例３ クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２
００）１７％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノ
ール当量１０５）１０％、溶融シリカ粉末７１％および
エステル系ワックス類０．３％を配合し常温で混合し、
さらに９０〜９５℃で混練してこれを冷却粉砕して成形
材料を作成した。

【００３５】この成形材料について、実施例１における
と同様に、成形品を得るとともに各種試験をした。その
結果を表２に示す。

【００３６】比較例４ クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２
００）１５％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノ
ール当量１０５）９％、前記の化５に示すホスファゼン
化合物５％、溶融シリカ粉末７０％およびエステル系ワ
ックス類０．３％を配合し常温で混合し、さらに９０〜
９５℃で混練してこれを冷却粉砕して成形材料を作成し
た。

【００３７】この成形材料について、実施例１における
と同様に、成形品を得るとともに各種試験をした。その
結果を表２に示す。

【００３８】

【表１】 ＊１：トランスファー成形によって１２０×１２×３．
２ｍｍの成形品をつくり、１７５℃、８時間放置した
後、ＵＬ−９４Ｖ耐炎性試験規格に基づき燃焼性の試験
を行った。

【００３９】＊２：成形材料を用いて２本のアルミ配線
を有するシリコン製チップ（テスト素子）を銅フレーム
に接着し、１７５℃で２分間トランスファー成形して、
ＴＯ−９２の成形品をつくり、１７５℃において４時間
後硬化させた後、２６０℃の半田浸漬後、１２７℃、
２．５気圧の飽和水蒸気中においてＰＣＴを行い、アル
ミニウムの腐食による断線を不良として評価した。

【００４０】＊３：成形条件１７５℃×９０ｓのトラン
スファー成形によってＤＩＰ−１４の連続生産性の評価
を行い、パッケージの外観不良発生までのショット数を
カウントした。

【００４１】

【表２】 ＊１：トランスファー成形によって１２０×１２×３．
２ｍｍの成形品をつくり、１７５℃、８時間放置した
後、ＵＬ−９４Ｖ耐炎性試験規格に基づき燃焼性の試験
を行った。

【００４２】＊２：成形材料を用いて２本のアルミ配線
を有するシリコン製チップ（テスト素子）を銅フレーム
に接着し、１７５℃で２分間トランスファー成形して、
ＴＯ−９２の成形品をつくり、１７５℃において４時間
後硬化させた後、２６０℃の半田浸漬後、１２７℃、
２．５気圧の飽和水蒸気中においてＰＣＴを行い、アル
ミニウムの腐食による断線を不良として評価した。

【００４３】＊３：成形条件１７５℃×９０ｓのトラン
スファー成形によってＤＩＰ−１４の連続生産性の評価
を行い、パッケージの外観不良発生までのショット数を
カウントした。

【００４４】

【発明の効果】以上の説明および表１および表２から明
らかなように、本発明の封止用樹脂組成物および半導体
封止装置は、難燃性に優れているにもかかわらず、連続
生産性を低下させることなしに耐湿信頼性に優れ、その
結果、電極の腐食による断線不良を著しく低減すること
ができ、長期にわたる信頼性を保証することができた。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ //(Ｃ０８Ｋ 13/02 3:00 3:22 5:5399） (56)参考文献 特開 平10−259292（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−183864（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−120850（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−157448（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C08L 63/00 - 63/10 C08K 3/22 C08K 5/5399 H01L 23/29

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール
   樹脂、（Ｃ）ホスファゼン化合物、（Ｄ）酸化亜鉛およ
   び（Ｅ）無機充填剤を必須成分とし、樹脂組成物全体に
   対して、前記（Ｃ）ホスファゼン化合物を０．１〜５重
   量％、好ましくは０．５〜２重量％、また前記（Ｄ）酸
   化亜鉛を１〜１０重量％、前記（Ｅ）無機充填剤を４０
   〜９５重量％の割合で含有してなることを特徴とする封
   止用樹脂組成物。
2. 【請求項２】 （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール
   樹脂、（Ｃ）ホスファゼン化合物、（Ｄ）酸化亜鉛およ
   び（Ｅ）無機充填剤を必須成分とし、樹脂組成物全体に
   対して、前記（Ｃ）ホスファゼン化合物を０．１〜５重
   量％、好ましくは０．５〜２重量％、また前記（Ｄ）酸
   化亜鉛を１〜１０重量％、前記（Ｅ）無機充填剤を４０
   〜９５重量％の割合で含有してなることを特徴とする封
   止用樹脂組成物の硬化物によって、半導体チップを封止
   してなることを特徴とする半導体封止装置。