JP3115693B2 - エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、成形性、耐湿性、半田
耐熱性に優れたエポキシ樹脂組成物およびその組成物に
より半導体チップを封止した半導体封止装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路の分野において、
高集積化、高信頼性化の技術開発と同時に半導体装置の
実装工程の自動化が推進されている。例えば、フラット
パッケージ型の半導体装置を回路基板に取り付ける場合
に、従来、リードピン毎に半田付けを行っていたが、最
近では装置全体を250 ℃に加熱した半田浴に浸漬して、
一度に半田付けを行う方法が採用されている。

【０００３】従来のノボラック型エポキシ樹脂等のエポ
キシ樹脂、ノボラック型フェノール樹脂及びシリカ粉末
からなる樹脂組成物によって封止した半導体装置は、装
置全体の半田浴浸漬を行うと耐湿性が低下するという欠
点があった。特に吸湿した半導体装置を浸漬すると、封
止樹脂と半導体チップ、あるいは封止樹脂とリードフレ
ームとの間の剥がれや、内部樹脂クラックが生じて著し
い耐湿性劣化を起こし、電極の腐食による断線や水分に
よるリーク電流を生じ、その結果半導体装置は、長期間
の信頼性を保証することができないという欠点があっ
た。このため、耐湿性の影響が少なく、半導体装置全体
を半田浴浸漬しても耐湿劣化の少ない、成形性のよい封
止用樹脂組成物の開発が強く要望されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の欠点
を解消するためになされたもので、吸湿の影響が少な
く、特に半田浴浸漬後の耐湿性、半田耐熱性に優れ、封
止樹脂と半導体チップあるいは封止樹脂とリードフレー
ムとの剥がれや内部樹脂クラックの発生がなく成形性に
優れ、また電極の腐食による断線や水分によるリーク電
流の発生もなく、長期信頼性を保証できるエポキシ樹脂
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。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の目
的を達成しようと鋭意研究を重ねた結果、後述の組成物
が成形性、耐湿性、半田耐熱性に優れることを見いだ
し、本発明を完成したものである。

【０００６】即ち、本発明は、 （Ａ）エポキシ樹脂、 （Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂、 （Ｃ）次の一般式で示される両末端アルコキシシラン、

【０００７】

【化３】 （但し、Ｒ¹ はアルコキシ基を、Ｒ² ，Ｒ³ はアルキル
基又はフェニル基を、mは1 以上の整数を、それぞれ表
す） （Ｄ）一般式、ＹＳi Ｘ₃ （但し、Ｙは有機官能基を、Ｘは−ＯＣＨ₂ 又は−ＯＣ
₂ Ｈ₅ を、それぞれ表す）で示されるシランカップリン
グ剤および （Ｅ）無機質充填剤 を必須成分とし、樹脂組成物に対して前記（Ｃ）両末端
アルコキシシランを 0.01 〜 1.0重量％、（Ｄ）シラン
カップリング剤を0.01〜5.0 重量％、また（Ｅ）無機質
充填剤を25〜90重量％含有してなることを特徴とするエ
ポキシ樹脂組成物であり、またこのエポキシ樹脂組成物
の硬化物で、半導体チップが封止されてなることを特徴
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、その分子量等に特に制限されることは
なく、一般に封止用材料として使用されているものを広
く包含することができる。例えば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
般式で示されるエポキシノボラック系の樹脂等が挙げら
れる。

【００１０】

【化４】 （但し、式中Ｒ¹ は水素原子、ハロゲン原子またはアル
キル基を、Ｒ² は水素原子またはアルキル基を、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
独または 2種以上混合して使用することができる。

【００１１】本発明に用いる（Ｂ）ノボラック型フェノ
ール樹脂としては、フェノール、アルキルフェノール等
のフェノール類とホルムアルデヒドあるいはパラホルム
アルデヒドを反応させて得られるノボラック型フェノー
ル樹脂、およびこれらの変性樹脂、例えばエポキシ化も
しくはブチル化ノボラック型フェノール樹脂等が挙げら
れ、これらは単独または 2種以上混合して使用すること
ができる。ノボラック型フェノール樹脂の配合割合は、
前記（Ａ）エポキシ樹脂のエポキシ基（a ）と（Ｂ）ノ
ボラック型フェノール樹脂のフェノール性水酸基（b ）
とのモル比［（a ）／（b ）］が 0.1〜10の範囲内であ
ることが望ましい。モル比が 0.1未満もしくは10を超え
ると耐熱性、耐湿性、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。

【００１２】本発明に用いる（Ｃ）両末端アルコキシシ
ランとしては、前記一般式で示されるもので、具体的な
化合物として例えば、

【００１３】

【化５】 等が挙げられ、これらは単独または 2種以上混合して使
用することができる。両末端アルコキシシランの配合割
合は、樹脂組成物に対して 0.01 〜 1.0重量％含有する
ように配合することが望ましい。この割合が 0.01 重量
％未満では、耐湿性、半田耐熱性に効果なく、 1.0重量
％を超えると樹脂強度の劣化や成形性等に悪影響を与
え、実用に適さず好ましくない。

【００１４】本発明に用いる（Ｄ）シランカップリング
剤は、前記一般式で示されるもので、具体的な化合物と
して例えば、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス
（2-メトキシエトキシ）シラン、γ−メタアクリルオキ
シプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルト
リメトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）γ−アミ
ノプロピルトリメトキシシラン、β−（3,4-エポキシシ
クロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、γ−グリシ
ドオキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプト
プロピルトリメトキシシラン等が挙げられ、これらは単
独または 2種以上混合して使用することができる。シラ
ンカップリング剤の配合割合は、樹脂組成物に対して
0.01 〜 5.0重量％含有するように配合することが望ま
しい。この割合が 0.01 重量％未満では、耐湿性、半田
耐熱性に効果なく、 5.0重量％を超えると成形性等に悪
影響を与え、実用に適さず好ましくない。

【００１５】本発明に用いる（Ｅ）無機質充填剤として
は、シリカ粉末、アルミナ、三酸化アンチモン、タル
ク、炭酸カルシウム、チタンホワイト、クレー、マイ
カ、ベンガラ、ガラス繊維等が挙げられ、これらは単独
または 2種以上混合して使用することができる。これら
の中でも特にシリカ粉末やアルミナ粉末が好ましくよく
使用される。無機質充填剤の配合割合は、樹脂組成物に
対して25〜90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、樹脂組成物の吸湿性が大
きく、半田浸漬後の耐湿性、半田耐熱性に劣り、機械的
特性や成形性が悪くなり、また90重量％を超えるとカサ
バリが大きくなり、成形性に劣り好ましくない。

【００１６】本発明のエポキシ樹脂組成物は、前述した
エポキシ樹脂、ノボラック型フェノール樹脂、両末端ア
ルコキシシラン、シランカップリング剤および無機質充
填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、
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、パラフィン類等の離型剤、塩素化パラフィ
ン、ブロム化トルエン、ヘキサブロムベンゼン、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、種々の硬化促進剤等を適宜、添加配合するこ
とができる。

【００１７】本発明のエポキシ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、前述のエポ
キシ樹脂、ノボラック型フェノール樹脂、両末端アルコ
キシシラン、シランカップリング剤、無機質充填剤、そ
の他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。

【００１８】本発明の半導体封止装置は、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。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、注形等
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、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、150 ℃以上に加熱して硬化させることが望ましい。

【００１９】

【作用】本発明のエポキシ樹脂組成物および半導体封止
装置は、両末端アルコキシシラン、シランカップリング
剤を用いたことによって、樹脂組成物の吸湿性を改良し
半田浸漬、半田リフロー後の耐湿劣化を防止することが
できる。

【００２０】

【実施例】次に本発明を実施例によって説明するが、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。以下の実施例及び比較例において「％」とは「重量
％」を意味する。

【００２１】実施例１ クレゾールノボラックエポキシ樹脂（エポキシ当量 21
5）18％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール
当量107 ）9 ％、次に示した両末端アルコキシシラン
0.2％、

【００２２】

【化６】 また次式のシランカップリング剤 0.5％、

【００２３】

【化７】 溶融シリカ粉末72％、およびエステルワックス 0.3％を
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。

【００２４】実施例２ クレゾールノボラックエポキシ樹脂（エポキシ当量 21
5）18％、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当
量107 ）9 ％、次に示した両末端アルコキシシラン 0.2
％、

【００２５】

【化８】 また次式のシランカップリング剤 0.5％、

【００２６】

【化９】 溶融シリカ粉末72％、エステルワックス 0.3％を常温で
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】実施例３ クレゾールノボラックエポキシ樹脂（エポキシ当量 21
5）18％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール
当量107 ）9 ％、次に示した両末端アルコキシシラン0.
1 ％、

【００２８】

【化１０】 また次式のシランカップリング剤 0.5％、

【００２９】

【化１１】 溶融シリカ粉末72％、エステルワックス 0.3％を常温で
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。

【００３０】比較例１ オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂19％に、ノ
ボラック型フェノール樹脂 9％、化７に示したシランカ
ップリング剤 0.5％、シリカ粉末71％、硬化促進剤 0.3
％、エステルワックス 0.3％を常温で混合し、さらに90
〜100 ℃で混練してこれを冷却粉砕して成形材料を製造
した。

【００３１】実施例１〜３及び比較例１で製造した成形
材料を用いて、170 ℃に加熱した金型内にトランスファ
ー注入し、硬化させて半導体素子を封止して半導体封止
装置を製造した。これらの半導体封止装置について、諸
試験を行ったのでその結果を表１に示したが、本発明の
エポキシ樹脂組成物及び半導体封止装置は、耐湿性、半
田耐熱性に優れており、本発明の顕著な効果を確認する
ことができた。

【００３２】

【表１】 ＊1 ：トランスファー成形によって直径50mm、厚さ3mm
の成形品を作り、これを127℃， 2.5気圧の飽和水蒸気
中に24時間放置し、増加した重量によって測定した。 ＊2 ：吸水率の場合と同様な成形品を作り、 175℃で 8
時間の後硬化を行い、適当な大きさの試験片とし、熱機
械分析装置を用いて測定した。 ＊3 ：成形材料を用いて、 2本のアルミニウム配線を有
するシリコン製チップを、通常の42アロイフレームに接
着し、 175℃で 2分間トランスファー成形して 5×10×
1.5mmのフラットパッケージ型半導体封止装置をつく
り、その後、175 ℃で 8時間の後硬化を行った。こうし
て得た装置を予め、40℃，90％ＲＨ，100 時間の吸湿処
理をした後、250 ℃の半田浴に10秒間浸漬した。その
後、 127℃，2.5 気圧の飽和水蒸気中で耐湿試験を行
い、アルミニウム腐食による50％断線（不良発生）の起
こる時間を評価した。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明及び表１から明らかなよう
に、本発明のエポキシ樹脂組成物及び半導体封止装置
は、成形性、耐湿性、半田耐熱性に優れ、吸湿による影
響が少なく、電極の腐食による断線や水分によるリーク
電流の発生等を著しく低減することができ、しかも長時
間にわたって信頼性を保証することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ //(Ｃ０８Ｋ 13/02 3:00 5:5419） (56)参考文献 特開 平３−134051（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−210853（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−189421（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−223155（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−192150（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−185048（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−188519（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−261827（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C08L 63/00 - 63/10 C08K 5/5419 C08G 59/62 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）ノボラック型フェノール樹脂、 （Ｃ）次の一般式で示される両末端アルコキシシラン、 【化１】 （但し、Ｒ¹ はアルコキシ基を、Ｒ² ，Ｒ³ はアルキル
   基又はフェニル基を、mは1 以上の整数を、それぞれ表
   す） （Ｄ）一般式、ＹＳi Ｘ₃ （但し、Ｙは有機官能基を、Ｘは−ＯＣＨ₂ 又は−ＯＣ
   ₂ Ｈ₅ を、それぞれ表す）で示されるシランカップリン
   グ剤および （Ｅ）無機質充填剤 を必須成分とし、樹脂組成物に対して前記（Ｃ）両末端
   アルコキシシランを 0.01 〜 1.0重量％、（Ｄ）シラン
   カップリング剤を0.01〜5.0 重量％、また（Ｅ）無機質
   充填剤を25〜90重量％含有してなることを特徴とするエ
   ポキシ樹脂組成物。
2. 【請求項２】 （Ａ）エポキシ樹脂、 （Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂、 （Ｃ）次の一般式で示される両末端アルコキシシラン、 【化２】 （但し、Ｒ¹ はアルコキシ基を、Ｒ² ，Ｒ³ はアルキル
   基又はフェニル基を、mは1 以上の整数を、それぞれ表
   す） （Ｄ）一般式、ＹＳi Ｘ₃ （但し、Ｙは有機官能基を、Ｘは−ＯＣＨ₂ 又は−ＯＣ
   ₂ Ｈ₅ を、それぞれ表す）で示されるシランカップリン
   グ剤および （Ｅ）無機質充填剤 を必須成分とし、樹脂組成物に対して前記（Ｃ）両末端
   アルコキシシランを 0.01 〜 1.0重量％、（Ｄ）シラン
   カップリング剤を0.01〜5.0 重量％、また（Ｅ）無機質
   充填剤を25〜90重量％含有したエポキシ樹脂組成物の硬
   化物で、半導体チップが封止されてなることを特徴とす
   る半導体封止装置。