JP3533976B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ダイオード、トラ
ンジスタ、集積回路（ＩＣ、ＬＳＩ、ＶＬＳＩなど）の
電気電子部品や半導体装置などを封止するために用いら
れる半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及びこの半導体
封止用エポキシ樹脂組成物で封止された半導体装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電気電子部品や半導体装置を
封止する方法として、例えば、エポキシ樹脂やシリコン
樹脂などを含む樹脂組成物による封止方法や、ガラス、
金属、セラミックなど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、近年では封止信頼性の向上と共
に大量生産が可能であり、しかもコストメリットに優れ
る方法として、エポキシ樹脂を含む樹脂組成物を用いた
低圧トランスファー成形が採用され主流を占めている。
このような封止用エポキシ樹脂組成物のエポキシ樹脂と
しては、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂が、
硬化剤としてはフェノールノボラック樹脂が、硬化促進
剤としては有機リン化合物、三級アミン類、イミダゾー
ル化合物等がそれぞれ一般的に使用されている。また電
気電子部品や半導体装置のリードフレームに関しては、
環境上問題となる半田に含まれる鉛を削減することを目
的として、銅合金や４２アロイ合金等に代わってパラジ
ウムを素材としたものが普及しつつある。

【０００３】そして最近では、電気電子部品や半導体装
置の高密度化や高積層化に伴って、封止樹脂（モールド
樹脂）の薄肉化が進められている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし従来の半導体封
止用エポキシ樹脂組成物では、この薄肉化に満足に対応
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、リフロー半田付け等による実装時に
デバイス自身が高温下にさらされるため、パッケージク
ラックなどの発生が避けられない事態となっている。す
なわち、封止成形後の保管中に吸湿した水分が高温にさ
られて急激に気化膨張し、封止樹脂がこの膨張に耐え切
れずにパッケージ（封止樹脂）にクラックが生じるよう
な問題（耐リフロー性の低下）が起こっている。また、
高温高湿条件下で使用されることによって、オープン不
良（回路の断線）が発生するような問題（耐湿信頼性の
低下）が起こっている。特に、パラジウム層やパラジウ
ム／Ａｕ層（パラジウムと金の合金層）を表面に有する
リードフレームを用いた場合、封止樹脂とリードフレー
ムの密着性が低くなり、上記の耐リフロー性の低下や耐
湿信頼性の低下が大きくなる傾向にあった。

【０００５】そこでこのような問題を解決するために、
半導体封止用エポキシ樹脂組成物の耐熱性や密着性の向
上等の検討がなされており、例えば、耐熱骨格を有する
エポキシ樹脂を含有するものなどが提案されているが、
吸湿後の高温下におけるクラックの発生防止や密着性の
低下防止には至っておらず、電気電子部品や半導体装置
の耐リフロー性や耐湿信頼性が低いという問題があっ
た。

【０００６】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、電気電子部品や半導体装置の耐リフロー性や耐湿
信頼性を高くすることができる半導体封止用エポキシ樹
脂組成物を提供することを目的とするものである。

【０００７】また本発明は、耐リフロー性や耐湿信頼性
が高い半導体装置を提供することを目的とするものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬
化剤、硬化促進剤、無機充填材を含有し、パラジウム層
又はパラジウム／Ａｕ層を有するリードフレームに搭載
された半導体素子を封止する半導体封止用エポキシ樹脂
組成物であって、下記（１）の構造式を有するエポキシ
樹脂を含有して成ることを特徴とするものである。

【０００９】

【化４】

【００１０】本発明の請求項２に係る半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物は、請求項１の構成に加えて、下記
（２）の構造式を有するエポキシ樹脂を含有して成るこ
とを特徴とするものである。

【００１１】

【化５】

【００１２】本発明の請求項３に係る半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物は、請求項１又は２の構成に加えて、下
記（３）の構造式を有する硬化剤を含有して成ることを
特徴とするものである。

【００１３】

【化６】

【００１４】本発明の請求項４に係る半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物は、請求項１乃至３のいずれかの構成に
加えて、無機充填材を全量に対して７５〜９３重量％含
有して成ることを特徴とするものである。

【００１５】本発明の請求項５に係る半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物は、請求項１乃至４のいずれかの構成に
加えて、硬化促進剤として有機リン化合物を含有して成
ることを特徴とするものである。

【００１６】本発明の請求項６に係る半導体装置は、請
求項１乃至５のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ
樹脂組成物で封止されて成ることを特徴とするものであ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。

【００１８】エポキシ樹脂としては、上記（１）の構造
式を有するものと、この他に上記（２）の構造式を有す
るビフェニル型エポキシ樹脂、及び１分子中に２個以上
のエポキシ基を有するものを用いることができる。
（１）（２）以外のエポキシ樹脂としては、ｏ−クレゾ
ールノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン
型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、
ブロム含有エポキシ樹脂、ナフタレン環を有するエポキ
シ樹脂などを例示することができる。

【００１９】（１）のエポキシ樹脂は、全エポキシ樹脂
の配合量に対して２０〜１００重量％（１００重量％は
全エポキシ樹脂として（１）のエポキシ樹脂を用いた場
合）配合するのが好ましい。（１）のエポキシ樹脂の配
合量が全エポキシ樹脂に対して２０重量％未満であれ
ば、半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び封止樹脂の吸
湿率を低下させることができなかったり、半導体封止用
エポキシ樹脂組成物及び封止樹脂とリードフレームの密
着性を高くすることができなかったりして、クラックの
発生を抑制することができなかったり、耐リフロー性や
耐湿信頼性の低下が発生する恐れがある。尚、（１）の
エポキシ樹脂は、ｎ＝１のもの、ｎ＝２のもの、ｎ＝３
のもの、ｎ＝４のもの、ｎ＝５のものの複数成分を含有
して構成されている。

【００２０】また（２）のエポキシ樹脂は、全エポキシ
樹脂の配合量に対して２０〜８０重量％配合するのが好
ましい。（２）のエポキシ樹脂の配合量が全エポキシ樹
脂に対して２０重量％未満であれば、半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物及び封止樹脂の吸湿率が大きくなったり
と半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び封止樹脂とリー
ドフレームの密着性が低下したりする恐れがあり、
（２）のエポキシ樹脂の配合量が全エポキシ樹脂に対し
て８０重量％を超えると、（１）のエポキシ樹脂の配合
量が２０重量％未満となって、上記のような問題が生じ
る恐れがある。

【００２１】硬化剤としては、上記（３）の構造式を有
するフェノールアラルキル樹脂と、この他に１分子中に
２個以上のフェノール性水酸基を有するものを用いるこ
とができる。（３）以外の硬化剤としては、フェノール
ノボラック樹脂やナフトール樹脂などを用いることがで
きる。また（３）の硬化剤は、全硬化剤の配合量に対し
て２０〜１００重量％（１００重量％は全硬化剤として
（３）のフェノール樹脂を用いた場合）配合するのが好
ましい。（３）の硬化剤の配合量が全硬化剤に対して２
０重量％未満であれば、半導体封止用エポキシ樹脂組成
物及び封止樹脂の吸湿率を低下させることができず、耐
リフロー性や耐湿信頼性の低下が発生する恐れがある。
尚、（３）の硬化剤は、ｎ＝１のもの、ｎ＝２のもの、
ｎ＝３のもの、ｎ＝４のもの、ｎ＝５のものの複数成分
を含有して構成されている。

【００２２】硬化促進剤（硬化助剤）は、エポキシ樹脂
と硬化剤の硬化反応を促進させるために用いるものであ
って、例えば、トリフェニルホスフィンやトリブチルホ
スフィンなどの有機リン化合物、１，８−ジアザ−ビシ
クロ（５，４，０）ウンデセン−７、トリエチレンジア
ミン、ベンジルジメチルアミンなどの三級アミン類、２
−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダ
ゾール、２−フェニルイミダゾール、２−フェニル−４
−メチルイミダゾールなどのイミダゾール類を用いるこ
とができるが、硬化促進効果の高い有機リン化合物を用
いるのが好ましい。硬化促進剤は全樹脂成分（エポキシ
樹脂と硬化剤）に対して０．１〜５．０重量％配合する
のが好ましい。硬化促進剤の配合量が全樹脂成分の配合
量に対して０．１重量％未満であれば、硬化促進効果を
高めることができず、硬化促進剤の配合量が全樹脂成分
の配合量に対して５．０重量％を超えると、成形性に不
具合を生じる恐れがあり、また、硬化促進剤の配合量が
多くなって経済的に不利となる恐れがある。

【００２３】無機充填材としては、溶融シリカ、結晶シ
リカ、アルミナ、窒化珪素などを単独で用いたり併用す
ることができるが、入手のしやすさや半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物の流動性を考慮すると溶融シリカを用い
るのが好ましい。無機充填材は半導体封止用エポキシ樹
脂組成物の全体量に対して７５〜９３重量％、特に、好
ましくは８０〜９１重量％配合するのが好ましい。無機
充填材の配合量が半導体封止用エポキシ樹脂組成物の全
体量に対して７５重量％未満であれば、半導体封止用エ
ポキシ樹脂組成物及び封止樹脂の吸湿量が増加して耐リ
フロー性や耐湿信頼性の低下を招く恐れがあり、無機充
填材の配合量が封止用エポキシ樹脂組成物の全体量に対
して９３重量％を超えると、半導体封止用エポキシ樹脂
組成物の粘度が増大し、ボイドやワイヤー流れなどの成
形時のトラブルを引き起こす恐れがある。

【００２４】上記材料のほかに、無機充填材の表面処理
剤としてγ−グリシドキシプロピルトリメキシシランな
どのカップリング剤、三酸化アンチモンなどの難燃剤、
カルナバワックスなどの離型剤、カーボンブラックなど
の着色剤（顔料）、シリコーンゲルやシリコーンゴムや
シリコーンオイルなどの可撓剤（低応力剤）などを任意
に配合することができる。

【００２５】本発明の封止用樹脂組成物を調製するにあ
たっては、まず上記のエポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進
剤、無機充填材、及びその他の材料を所定の量配合し、
次にミキサーやブレンダーなどで均一に混合した後、ニ
ーダーやロール等で加熱しながら混練するようにする。
全エポキシ樹脂に対する全硬化剤の配合割合は、全エポ
キシ樹脂／全硬化剤＝０．５〜１．５（当量比）、好ま
しくは０．８〜１．３に設定する。この配合割合が０．
５よりも小さいと、硬化剤の配合量が多すぎて経済的に
不利となる恐れがあり、また上記の配合割合が１．５を
超えると、硬化剤の配合量が少なすぎて硬化不足になる
恐れがある。また混練後に、必要に応じて冷却固化し、
粉砕して粉状に形成してもよい。

【００２６】本発明の半導体装置を製造するにあたって
は、リードフレームや基板等に半導体素子を搭載した
後、これを上記の半導体封止用エポキシ樹脂組成物で形
成される封止樹脂で封止するようにする。この封止には
トランスファー成形（トランスファーモールド）を採用
することができ、半導体素子を搭載したリードフレーム
や基板等を金型のキャビティに配置した後、キャビティ
に上記の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を充填し、こ
れを加熱して硬化させて封止樹脂を形成するものであ
る。このトランスファー成形を採用した場合の金型の温
度は１７０〜１８０℃、成形時間は３０〜１２０秒に設
定することができるが、金型の温度や成形時間及びその
他の成形条件は、従来の封止成形と同様に設定すること
ができ、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の材料（成
分）の種類や製造される半導体装置の種類によって適宜
設定変更するものである。

【００２７】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
は、（１）のエポキシ樹脂を含有するので、封止樹脂の
吸湿率を低下させることができ、耐リフロー性や耐湿信
頼性の低下を防止することができるものである。また、
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、リードフ
レームや基板及び半導体素子との密着性が高く、特にパ
ラジウム層又はパラジウム／Ａｕ層を表面に有するリー
ドフレームとの密着性が高く、リードフレームや基板及
び半導体素子から剥離しにくく、クラックも生じにくい
封止樹脂を形成することができるものである。

【００２８】

【実施例】以下本発明を実施例によって具体的に説明す
る。

【００２９】（実施例１乃至９、比較例１及び２）表１
に示すように所定の配合量で、エポキシ樹脂、硬化剤、
硬化促進剤、離型剤、難燃剤、顔料、無機充填材をミキ
サーやブレンダーなどで均一に混合した後、ニーダーや
ロール等で８０℃に加熱しながら５分間混練して半導体
封止用エポキシ樹脂組成物を調製した。表１に示す各材
料としては次のものを用いた。

【００３０】エポキシ樹脂Ａ…上記（１）の構造式を有
するエポキシ樹脂（日本化薬（株）製のＮＣ３０００
Ｐ、エポキシ当量：２７４、ｎ＝１〜５の混合物であ
る。） エポキシ樹脂Ｂ…上記（２）の構造式を有するビフェニ
ル型エポキシ樹脂（油化シェル（株）製のＹＸ４０００
Ｈ、エポキシ当量：１９２、Ｒ１〜Ｒ４は水素原子又は
炭素数１〜４のアルキル基である。） エポキシ樹脂Ｃ…ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ
樹脂（住友化学製のＥＳＣＮ１９５ＸＬ、エポキシ当
量：１９５） エポキシ樹脂Ｄ…ブロム化エポキシ樹脂（エポキシ当
量：４００） 硬化剤Ａ…フェノールノボラック樹脂（荒川化学製、水
酸基当量：１０５） 硬化剤Ｂ…上記（３）の構造式を有するフェノールアラ
ルキル樹脂（住金ケミカル製のＨＥ１００Ｃ、水酸基当
量：１６９、ｎ＝１〜５の混合物） 硬化促進剤Ａ…トリフェニルホスフィン 硬化促進剤Ｂ…ＤＢＵ（１，８−ジアザ−ビシクロ
（５，４，０）ウンデセン−７） 硬化促進剤Ｃ…２ＰＺ（２−フェニルイミダゾール） 離型剤…カルナバワックス 難燃剤…三酸化アンチモン 顔料…カーボンブラック 無機充填材…γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシ
ラン（カップリング剤）で処理した溶融シリカ （吸湿率の測定）実施例１乃至９、比較例１乃び２の半
導体封止用エポキシ樹脂組成物をトランスファー成形機
にて成形し、直径５０ｍｍで厚み３．０ｍｍのテストピ
ースを作成した。そして８５℃、８５％ＲＨ、７２時間
の条件下で放置した後のテストピースの重量変化を吸湿
率とした。

【００３１】（耐リフロー性試験）回路幅１０μｍ、内
側と外側の回路間隔１０μｍ、厚み１μｍの櫛形アルミ
ニウムパターンを基板の表面に蒸着にて形成してテスト
エレメントグループ（ＴＥＧ）を作成し、このテストエ
レメントグループをパラジウムリードフレーム（ＰｄＬ
／Ｆ）に搭載し、これを実施例及び比較例で８０ＱＦＰ
パッケージ金型を用いてトランスファー成形し、この
後、成形品をアフターキュアーすることによって実施例
及び比較例から形成される封止樹脂で封止された性能評
価用の８０ＱＦＰパッケージ（外形サイズ：１５ｍｍ×
１９ｍｍ×厚み２．４ｍｍ）を得た。

【００３２】この８０ＱＦＰパッケージ（全１０個）
を、８５℃、８５％ＲＨ、７２時間の条件下で放置して
吸湿させた後、ＩＲリフロー処理（ＥＩＡＪ規格）を行
ない、この後、実体顕微鏡でパッケージのクラックの有
無を観察した。

【００３３】（耐湿信頼性試験）上記の耐リフロー性試
験後のパッケージをＰＣＴ：１３３℃／１００％ＲＨの
条件下にて５００時間処理した後のオープン不良発生数
を測定した。

【００３４】これら測定及び試験結果を表１に示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】表１から明らかなように、実施例１乃至８
では吸湿率が低くて耐リフロー性や耐湿信頼性が高くな
った。尚、実施例９では硬化促進剤として有機リン化合
物ではなくてイミダゾール類を用いたので、耐リフロー
性は高くなるが、耐湿信頼性が低くなった。従って、硬
化促進剤として有機リン化合物を用いるのが好ましい。

【００３７】

【発明の効果】上記のように本発明の請求項１に係る発
明は、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機充填材
を含有し、パラジウム層又はパラジウム／Ａｕ層を有す
るリードフレームに搭載された半導体素子を封止する半
導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、上記（１）の
構造式を有するエポキシ樹脂を含有するので、この半導
体封止用エポキシ樹脂組成物で電気電子部品や半導体装
置を封止することによって、封止樹脂の吸湿率を低く抑
えることができると共に封止樹脂とリードフレーム、特
にパラジウム製のリードフレームの密着性を高めること
ができ、電気電子部品や半導体装置の耐リフロー性や耐
湿信頼性を高くすることができるものである。

【００３８】本発明の請求項２に係る発明は、上記
（２）の構造式を有するエポキシ樹脂を含有するので、
さらに吸湿性を低くすることができると共に密着性を高
くすることができるものである。

【００３９】本発明の請求項３に係る発明は、上記
（３）の構造式を有する硬化剤を含有するので、さらに
吸湿性を低くすることができると共に密着性を高くする
ことができるものである。

【００４０】本発明の請求項４に係る発明は、無機充填
材を全量に対して７５〜９３重量％含有するので、封止
樹脂の吸湿量が増加しないようにすることができると共
に粘度が増大しないようにすることができ、耐リフロー
性の低下や成形時のトラブルを少なくすることができる
ものである。

【００４１】本発明の請求項５に係る発明は、硬化促進
剤として有機リン化合物を含有するので、硬化促進剤に
よる硬化促進効果を高くすることができ、硬化を充分に
促進させることができるものであり、しかも電気電子部
品や半導体装置の耐リフロー性や耐湿信頼性をより高く
することができるものである。

【００４２】本発明の請求項６に係る発明は、請求項１
乃至５のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組
成物で封止されているので、吸湿率の低くてリードフレ
ームとの密着性、特にパラジウム製のリードフレームと
の密着性が高い封止樹脂を形成することができ、クラッ
クの発生を阻止することができて耐リフロー性や耐湿信
頼性を高くすることができるものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開2000−239352（ＪＰ，Ａ) 特開2000−186184（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−228788（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−140277（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−12442（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−12437（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−330595（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−235452（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−3161（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−253555（ＪＰ，Ａ) 特開2000−129096（ＪＰ，Ａ) 特開2000−44774（ＪＰ，Ａ) 特開2000−63495（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C08G 59/00 - 59/72 H01L 23/29 H01L 23/31

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無
   機充填材を含有し、パラジウム層又はパラジウム／Ａｕ
   層を有するリードフレームに搭載された半導体素子を封
   止する半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、下記
   （１）の構造式を有するエポキシ樹脂を含有して成るこ
   とを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 【化１】
2. 【請求項２】 下記（２）の構造式を有するエポキシ樹
   脂を含有して成ることを特徴とする請求項１に記載の半
   導体封止用エポキシ樹脂組成物。 【化２】
3. 【請求項３】 下記（３）の構造式を有する硬化剤を含
   有して成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の半
   導体封止用エポキシ樹脂組成物。 【化３】
4. 【請求項４】 無機充填材を全量に対して７５〜９３重
   量％含有して成ることを特徴とする請求項１乃至３のい
   ずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
5. 【請求項５】 硬化促進剤として有機リン化合物を含有
   して成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに
   記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれかに記載の半導
   体封止用エポキシ樹脂組成物で封止されて成ることを特
   徴とする半導体装置。