JP3397024B2 - 封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

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JP3397024B2 JP29556195A JP29556195A JP3397024B2 JP 3397024 B2 JP3397024 B2 JP 3397024B2 JP 29556195 A JP29556195 A JP 29556195A JP 29556195 A JP29556195 A JP 29556195A JP 3397024 B2 JP3397024 B2 JP 3397024B2
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貴志 外山
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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、半導体の封止用に用い
られる封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、ダイオード、トランジスタ
ー、集積回路などの電気・電子部品や半導体装置等の封
止方法として、エポキシ樹脂やシリコン樹脂などによる
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などが採用されているが、近年
では、信頼性の向上に従って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た低圧トランスファー
成形による樹脂封止が主流を占めている。
【0003】そしてこのような半導体封止用のエポキシ
樹脂組成物として、従来から特開平6−65472号公
報等で各種の改良されたものが提供されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、IC,
LSI,VLSIなどの電子部品や半導体装置の高密度
化、高集積化に伴って、封止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これに
満足に対応することができなくなってきている。例え
ば、表面実装デバイスにおいては実装方法として、リー
ド部に塗布したクリーム半田を赤外線リフロー炉で加熱
してリフローさせる赤外線リフローが主流となってきて
おり、赤外線リフローの際の封止樹脂による半導体装置
のパッケージにクラックが発生することが問題になって
いる。すなわち、赤外線による加熱の問題点は、照射す
る材料が特定の波長の光を吸収すると吸収したエネルギ
ーが温度上昇に寄与するため、赤外線を照射する材料の
種類によって赤外線を吸収しし易いものと吸収し難いも
のとで加熱温度に違いが出てくることであり、従って赤
外線リフロー炉では部品が思いも寄らない高い温度にな
ることがあり、封止成形後の保管中にハッケージに吸湿
された水分が高温に曝されて急激に膨張し、薄肉の封止
樹脂がこれに耐え切れずにクラックが発生するのであ
る。
【0005】封止用エポキシ樹脂組成物については、耐
熱性や密着性の向上等の検討が従来からなされており、
実際にこれらの特性の改善がなされているが、上記した
ような赤外線リフロー時の耐クラック性についての検討
はまだ充分に行なわれているとはいえない。本発明は上
記の点に鑑みてなされたものであり、赤外線リフロー時
の耐クラック性に優れた封止用エポキシ樹脂組成物及び
半導体装置を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係る封止用エポ
キシ樹脂組成物は、赤外線リフローで半田付けされる半
導体装置の封止用に用いられる封止用エポキシ樹脂組成
物であって、ビフェニル型エポキシ樹脂、フェノール性
水酸基を2個以上含有する化合物、無機充填剤、硬化促
進剤、着色剤(カーボンブラックは除く)を必須成分と
し、成形硬化後の色調が表面色差計のL値が20以上で
且つa値もしくはb値が−5以上になるように着色剤で
調整されたものであることを特徴とするものである。
【0007】また本発明に係る半導体装置は、この封止
用エポキシ樹脂組成物の硬化物で封止されて成ることを
特徴とするものである。以下、本発明を詳細に説明す
る。本発明においてエポキシ樹脂としては、ビフェニル
型エポキシ樹脂を40重量%以上、好ましくは70重量
%以上含有するものを用いる。ビフェニル型エポキシ樹
脂以外のエポキシ樹脂としては、オルソクレゾール型エ
ポキシ樹脂、フェノール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、ビスフェノールA
型エポキシ樹脂等を用いることができる。
【0008】ビフェニル型エポキシ樹脂は低吸湿であり
金属との密着性が高いために、吸湿後の耐リフロー性が
優れており、本発明ではエポキシ樹脂の主成分として使
用するものである。ビフェニル型エポキシ樹脂としては
特に制限されるものではないが、本発明においては次の
構造式で示される骨格を有するものが好ましい。尚、構
造式においてR1 ,R2 ,R3 ,R4 はH又はCH3
あり、それぞれ同じものであっても、別々のものであっ
てもよい。
【0009】
【化4】
【0010】また本発明において硬化剤としては、フェ
ノール性水酸基を2個以上含有するフェノール化合物を
用いるものであり、この化合物を少なくとも30重量%
以上含有するものが好ましい。このフェノール性水酸基
を2個以上含有する化合物としては、耐湿信頼性を高く
得るために、本発明では次の(1)式〜(3)式の構造
式で表されるものを用いるのが好ましい。尚、式(1)
においてm=0〜5、式(3)においてn=0〜5であ
る。
【0011】
【化5】
【0012】これら(1)式、(2)式、(3)式のも
の以外には、通常のフェノールノボラック樹脂、多官能
フェノールノボラック樹脂等を用いることも可能であ
る。硬化剤の配合量は特に制限されないが、エポキシ樹
脂のエポキシ当量と水酸基当量の比率が0.5〜1.5
の範囲になるように設定するのが好ましい。本発明にお
いて無機充填剤としては、封止用に用いられるものであ
れば何等限定されないが、例えば溶融シリカ、結晶シリ
カ、アルミナ、窒化珪素、炭酸カルシウム等を例示する
ことができる。これらの中でも溶融シリカを用いるのが
最も好ましい。無機充填剤の配合量は特に限定されるも
のではないが、エポキシ樹脂組成物の全量の60〜95
重量%の範囲に設定するのが好ましい。
【0013】さらに本発明において硬化促進剤として
は、エポキシ樹脂用に用いられるものであれば特に制限
なく使用することができるが、例えば、三級アミン、イ
ミダゾール類、DBU(ジアザビシクロウンデセン)、
TPP(トリフェニルホスフィン)などを挙げることが
できる。硬化促進剤の配合量は特に限定されるものでは
ないが、エポキシ樹脂と硬化剤の合計量に対して0.5
〜2.5重量%の範囲に設定するのが好ましい。
【0014】上記エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填剤、
硬化促進剤を主成分として封止用エポキシ樹脂組成物を
調製することができるが、本発明ではさらに着色剤を配
合して色調を調整する。赤外線リフロー炉で加熱する場
合、封止用エポキシ樹脂組成物で封止した半導体装置の
パッケージの表面の色調を調整することによって赤外線
の吸収を抑えることができ、パッケージの表面温度の上
昇を抑制することができる。つまり、半導体装置のパッ
ケージの表面の色調によって、予め半導体装置のリード
部に塗布したクリーム半田を充分に溶融させるように赤
外線による加熱をおこないながら、パッケージの表面温
度の上昇を抑制してパッケージのクラックの発生を低減
することが可能になるのである。
【0015】このために本発明では、封止用エポキシ樹
脂組成物の硬化後の表面の色調が、表面色差計のL値が
20以上で且つa値もしくはb値が−5以上になるよう
に着色剤を配合して調整するようにしている。L値、a
値、b値はハンターの色差式によるパラメーターであ
り、色はLとaとbの3次元座標で表すことができる
(JIS Z 8730「色差表示方法」、JIS Z
8729「色の表示方法」)。ここでL値は明度を表
し、白は100、黒は0である。従ってL値が大きいほ
ど明度が高くなる。またaとbは色相と彩度を表し、色
相=b/a、彩度=√(a2 +b2 )であり、aがプラ
スで赤みが強くなりマイナスで緑が強くなり、bがプラ
スで黄が強くなりマイナスで青が強くなる。そしてL値
が高く明度が大きいと、総ての波長の光を反射する割合
が大きくなり、色相については黄、赤のとき赤外線の反
射が大きく、青、緑のときに赤外線の吸収が大きくな
る。このために本発明では、L値が20以上、a値もし
くはb値が−5以上になるように着色することによっ
て、半導体装置のパッケージの表面で赤外線を反射して
吸収を抑制することができ、赤外線リフロー時にパッケ
ージが高温に温度上昇してクラックが発生することを防
ぐことができるものである。a値とb値は両方が−5以
上であることが望ましいが、いずれか一方が−5以上で
あればよい。
【0016】着色剤としては、特定のものに制限される
ことなくあらゆるものを使用することが可能であるが、
暗色系の着色剤の場合は表面色差計によるL値、a値、
b値が上記の条件を満足するように添加量を調整する必
要がある。L値を高くする上では、着色剤として白色系
の顔料を添加することが好ましい。しかして、上記エポ
キシ樹脂、硬化剤、無機充填剤、硬化促進剤、着色剤、
その他必要に応じて各種の資材を配合し、ミキサーやブ
レンダー等で均一に混合した後、ニーダやロール等で加
熱混練することによって、本発明に係る封止用エポキシ
樹脂組成物を得ることができる。混練後、必要に応じて
冷却固化し、粉砕して粒状の封止用エポキシ樹脂組成物
として得ることも可能である。
【0017】そしてこの封止用エポキシ樹脂組成物を用
いて低圧トランスファー成形等でICなどの半導体素子
を封止成形することによって、封止用エポキシ樹脂組成
物の硬化物がパッケージとなった半導体装置を得ること
ができるものである。
【0018】
【実施例】次に、本発明を実施例によって説明する。 (実施例1〜7、比較例1〜2)表1に示す配合物を混
合・混練することによって封止用エポキシ樹脂組成物を
調製した。
【0019】そしてこの封止用エポキシ樹脂組成物を低
圧トランスファー成形することによって、19mm×1
5mm×1.8mmの60ピンのQFPを作製した。こ
のように作製したQFPの成形品の表面を表面色差計
(日本電色工業社製「MODEL Z 1001D
P」)で測定し、L値、a値、b値を計測した。また、
封止用エポキシ樹脂組成物を50mmφ、3mm厚の円
板に成形し、これを85℃、85%RHの条件下72時
間放置して吸湿させ、吸湿率をJIS K6911に基
づいて測定した。これらの結果を表1及び表2に示す。
【0020】さらに、QFPについて耐赤外線リフロー
性の試験をおこなった。この試験は、QFPを125℃
で20時間加熱して乾燥させた後、85℃、85%RH
の恒温恒湿機に168時間入れて吸湿させ、これを赤外
線リフロー炉に通し、パッケージのリードに高温半田で
溶着した熱電対で測定するピーク温度が235℃になる
ように温度プロファイルを設定して赤外線リフロー炉で
加熱した。そしてQFPのパッケージの表面を目視観察
し、クラックの有無を検査した。結果を表1及び表2に
示す。表1及び表2において、分母は試験試料数、分子
はクラック発生数を示す。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】*1:油化シェル社製「YX4000
H」、エポキシ当量192 *2:住友化学工業社製「ESCN195−XL」、エ
ポキシ当量195、軟化点64℃ *3:エポキシ当量400 *4:水酸基当量175 *5:水酸基当量140 *6:水酸基当量230 *7:荒川化学社製「タマノール754」、水酸基当量
105 *8:日本弁柄工業社製「AB−20」 *9:日本弁柄工業社製「NL−5」 表1及び表2にみられるように、各実施例のものは、耐
赤外線リフロー性が高いことが確認される。また各実施
例のものは吸湿率も低いものであった。
【0024】
【発明の効果】上記のように本発明に係る封止用エポキ
シ樹脂組成物は、赤外線リフローで半田付けされる半導
体装置の封止用に用いられる封止用エポキシ樹脂組成物
であって、ビフェニル型エポキシ樹脂、フェノール性水
酸基を2個以上含有する化合物、無機充填剤、硬化促進
、着色剤(カーボンブラックは除く)を必須成分と
し、成形硬化後の色調が表面色差計のL値が20以上で
且つa値もしくはb値が−5以上になるように着色剤で
調整されたものであるから、封止用エポキシ樹脂組成物
の硬化成形品で形成される半導体装置のパッケージが赤
外線を吸収することを抑制することができ、しかもビフ
ェニル型エポキシ樹脂は吸湿性が小さく、赤外線リフロ
ー時にパッケージが高温に温度上昇して吸湿水分の膨張
でクラックが発生することを防ぐことができるものであ
る。
【0025】また、フェノール性水酸基を2個以上含有
する化合物として、(1)式、(2)式、(3)式で示
すものを用いることによって、耐赤外線リフロー性を一
層高く得ることができるものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 23/31 (56)参考文献 特開 平5−67703(JP,A) 特開 平6−326220(JP,A) 特開 平7−206987(JP,A) 特開 平6−80763(JP,A) 特開 平6−239967(JP,A) 特開 平6−248054(JP,A) 特開 平7−26120(JP,A) 特開 平7−82343(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 59/24 C08G 59/62 C08K 3/00 C08L 63/00 - 63/02 H01L 23/29

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 赤外線リフローで半田付けされる半導体
    装置の封止用に用いられる封止用エポキシ樹脂組成物で
    あって、ビフェニル型エポキシ樹脂、フェノール性水酸
    基を2個以上含有する化合物、無機充填剤、硬化促進
    、着色剤(カーボンブラックは除く)を必須成分と
    し、成形硬化後の色調が表面色差計のL値が20以上で
    且つa値もしくはb値が−5以上になるように着色剤で
    調整されたものであることを特徴とする封止用エポキシ
    樹脂組成物。
  2. 【請求項2】 フェノール性水酸基を2個以上含有する
    化合物が次の構造式(但し、m=0〜5)で示される化
    合物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。 【化1】
  3. 【請求項3】 フェノール性水酸基を2個以上含有する
    化合物が次の構造式で示される化合物であることを特徴
    とする請求項1に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。 【化2】
  4. 【請求項4】 フェノール性水酸基を2個以上含有する
    化合物が次の構造式(但し、n=0〜5)で示される化
    合物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。 【化3】
  5. 【請求項5】 請求項1乃至4のいずれかに記載の封止
    用エポキシ樹脂組成物の硬化物で封止されて成ることを
    特徴とする半導体装置。
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