JP3534823B2 - 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、耐湿性、半田耐熱性、
成形性に優れたエポキシ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】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
近では半田浸漬方式や半田リフロー方式が採用されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】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
樹脂および無機充填剤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
蝕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。

【０００４】また、無機充填剤を高充填することによ
り、樹脂分の割合が少なくなり、樹脂組成物の低吸湿化
を図れるが、それに伴い流動性が著しく損なわれるばか
りでなく、樹脂等の有機分と無機質充填剤との界面が多
くなるため、内部樹脂クラックがその界面を伝って外部
樹脂クラックへと進行するという欠点があった。

【０００５】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、成形性、流動性に優れ、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
の間の剥がれや、内部樹脂クラックの発生がなく、また
電極の腐蝕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。

【０００６】

【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、特定のエポキ
シ樹脂、特定のシランカップリング剤を用いることによ
って、耐湿性、半田耐熱性、成形性等に優れた樹脂組成
物が得られることを見いだし、本発明を完成したもので
ある。

【０００７】即ち、本発明は、（Ａ）次の一般式で示さ
れるエポキシ樹脂、

【０００８】

【化５】 （Ｂ）フェノール樹脂、 （Ｃ）有機塩基を０．０５〜５重量％添加した、次の一
般式で示されるエポキシ基を有するシランカップリング
剤、

【０００９】

【化６】 （但し、式中Ｒ¹ はエポキシ基を有する原子団を、Ｒ²
はメチル基又はエチル基を、n は0 又は1 以上の整数を
それぞれ表す） （Ｄ）最大粒径が100 μm 以下の溶融シリカ粉末および （Ｅ）硬化促進剤 を必須成分とし、前記（Ｄ）の溶融シリカ粉末が前記
（Ｃ）のシランカップリング剤で予め表面処理され、全
体の樹脂組成物に対して前記（Ｄ）の溶融シリカ粉末を
25〜90重量％の割合で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る。また、このエポキシ樹脂組成
物の硬化物によって、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。

【００１０】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１１】本発明に用いる（Ａ）エポキシ樹脂は、前
記の一般式化５で示されるものが使用される。また、こ
のエポキシ樹脂には、ノボラック系エポキシ樹脂、エピ
ビス系エポキシ樹脂、その他の公知のエポキシ樹脂を併
用することができる。

【００１２】本発明に用いる（Ｂ）フェノール樹脂とし
ては、前記（Ａ）のエポキシ樹脂のエポキシ基と反応し
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。具体的な化合物として例え
ば

【００１３】

【化７】 （但し、n は0 又は1 以上の整数を表す）

【００１４】

【化８】 （但し、n は0 又は1 以上の整数を表す）

【００１５】

【化９】 （但し、n は0 又は1 以上の整数を表す）

【００１６】

【化１０】 （但し、n は0 又は1 以上の整数を表す）

【００１７】

【化１１】 （但し、n は0 又は1 以上の整数を表す）等が挙げら
れ、これらは単独又は混合して使用することができる。

【００１８】本発明に用いる（Ｃ）エポキシ基を有する
シランカップリング剤としては、前記の一般式化６で示
されるものが使用される。具体的なものとして、例え
ば、

【００１９】

【化１２】

【００２０】

【化１３】 等が挙げられ、これらは単独又は混合して使用すること
ができる。

【００２１】このシランカップリング剤には極微量の有
機塩基を添加処理することが重要である。有機塩基で処
理することによって加水分解性を高めることができる。
ここで処理する有機塩基としては、ジメチルアミン、ジ
エチルアミン、ピリジン、キノリン、ピペリジン等の環
状有機塩基を挙げることができ、これらは単独又は2種
以上混合して使用することができる。有機塩基の配合割
合は、シランカップリング剤に対して0.05〜5 重量％の
範囲内で使用することが望ましい。この配合量が0.05重
量％未満ではシランカップリング剤の加水分解を十分に
促進することができず、また、5 重量％を超えると耐湿
信頼性が低下して好ましくない。

【００２２】本発明に用いる（Ｄ）溶融シリカ粉末とし
ては、不純物濃度が低く最大粒径が100 μm 以下で、平
均粒径30μm 以下の溶融シリカ粉末が好ましく使用され
る。平均粒径30μm を超えると耐湿性および成形性が劣
り好ましくない。溶融シリカ粉末の配合割合は、全体の
樹脂組成物に対して25〜90重量％含有するように配合す
ることか好ましい。その割合が25重量％未満では樹脂組
成物の吸湿性が高く、半田浸漬後の耐湿性に劣り、また
90重量％を超えると極端に流動性が悪くなり、成形性に
劣り好ましくない。これらの溶融シリカ粉末に、シラン
カップリング剤に有機塩基を添加し、直ちにヘンシェル
ミキサー、スーパーミキサー等で処理を行うと均一に表
面処理ができ、その効果が十分に発揮できる。

【００２３】本発明に用いる（Ｅ）硬化促進剤として
は、リン系硬化促進剤、イミダゾール系硬化促進剤、Ｄ
ＢＵ系硬化促進剤その他の硬化促進剤等を広く使用する
ことができる。これらは単独又は2 種以上併用すること
ができる。硬化促進剤の配合割合は、全体の樹脂組成物
に対して0.01〜5 重量％含有するように配合することが
望ましい。その割合が0.01重量％未満では樹脂組成物の
ゲルタイムが長く、硬化特性も悪くなり、また、5 重量
％を超えると極端に流動性が悪くなって成形性に劣り、
さらに電気特性も悪くなり耐湿性に劣り好ましくない。

【００２４】本発明のエポキシ樹脂組成物は、前述した
特定のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、特定のシランカ
ップリング剤、溶融シリカ粉末および硬化促進剤を必須
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、三酸化アンチモン等の難燃
剤、カーボンブラック等の着色剤、ゴム系やシリコーン
系の低応力付与剤等を適宜添加配合することができる。

【００２５】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方法は、溶融シリカ粉末に特
定のシランカップリング剤と有機塩基を配合して表面処
理し、前述した特定のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、
シランカップリング剤処理をした溶融シリカ粉末および
硬化促進剤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、半導体装置をは
じめとする電子部品或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。

【００２６】また、本発明の半導体封止装置は、上述の
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。成形材料で封止後加熱して硬
化させ、最終的にはこ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。

【００２７】

【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、特定のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、特定の
シランカップリング剤、溶融シリカ粉末および硬化促進
剤を用いることによって、樹脂組成物の吸水性を低減
し、成形性、流動性、熱機械的特性と低応力性が向上
し、半田浸漬、半田リフロー後の樹脂クラックの発生が
なくなり、耐湿性劣化が少なくなるものである。

【００２８】

【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。以下の実施例および比較例において「％」とは「重
量％」を意味する。

【００２９】実施例１ 溶融シリカ粉末（最大粒径100 μ m 以下）84％をヘンシ
ェルミキサーに入れ、攪拌しながら前述した化１２のシ
ランカップリング剤 0.4 ％、ジエチルアミン4×10^-4％
を加えて溶融シリカ粉末の表面処理をした。次に前述し
た化５のビフェニル型エポキシ樹脂 6.2 ％、テトラブロ
モビスフェノールＡ型エポキシ樹脂 1.5％、前述した化
７のフェノールノボラック樹脂 1.5 ％、前述した化８の
フェノールアラルキル樹脂 3.5 ％、トリフェニルホスフ
ィン0.2 ％、カルナバワックス類0.4 ％、カーボンブラ
ック0.3 ％、三酸化アンチモン2.0 ％を常温で混合し、
さらに90〜100 ℃で混練冷却した後、粉砕して成形材料
（Ａ）を製造した。

【００３０】実施例２ 溶融シリカ粉末（最大粒径100 μ m 以下）84％をヘンシ
ェルミキサーに入れ、攪拌しながら前述した化１２のシ
ランカップリング剤 0.4 ％、ジエチルアミン4×10^-4％
を加えて溶融シリカ粉末の表面処理をした。次に前述し
た化５のビフェニル型エポキシ樹脂 6.2 ％、テトラブロ
モビスフェノールＡ型エポキシ樹脂 1.5％、前述した化
７のフェノールノボラック樹脂 1.5 ％、前述した化９の
ジシクロペンタジエンフェノール樹脂 3.5 ％、トリフェ
ニルホスフィン0.2 ％、カルナバワックス類0.4 ％、カ
ーボンブラック0.3 ％、三酸化アンチモン2.0 ％を常温
で混合し、さらに90〜100 ℃で混練冷却した後、粉砕し
て成形材料（Ｂ）を製造した。

【００３１】実施例３ 溶融シリカ粉末（最大粒径100 μ m 以下）84％をヘンシ
ェルミキサーに入れ、攪拌しながら前述した化１３のシ
ランカップリング剤 0.4 ％、ジエチルアミン4×10^-4％
を加えて溶融シリカ粉末の表面処理をした。次に前述し
た化５のビフェニル型エポキシ樹脂 6.2 ％、テトラブロ
モビスフェノールＡ型エポキシ樹脂 1.5％、前述した化
７のフェノールノボラック樹脂 1.5 ％、前述した化８の
フェノールアラルキル樹脂 3.5 ％、トリフェニルホスフ
ィン0.2 ％、カルナバワックス類0.4 ％、カーボンブラ
ック0.3 ％、三酸化アンチモン2.0 ％を常温で混合し、
さらに90〜100 ℃で混練冷却した後、粉砕して成形材料
（Ｃ）を製造した。

【００３２】比較例１ 溶融シリカ粉末（最大粒径100 μ m 以下）80％をヘンシ
ェルミキサーに入れ、攪拌しながら前述した化１２のシ
ランカップリング剤 0.4 ％を加えて溶融シリカ粉末の表
面処理をした。次にテトラブロモビスフェノールＡ型エ
ポキシ樹脂 2.0％、o-クレゾールノボラック型エポキシ
樹脂 8.1 ％、前述した化７のフェノールノボラック樹脂
2.0 ％、前述した化８のフェノールアラルキル樹脂 4.6
％、トリフェニルホスフィン0.2 ％、カルナバワックス
類0.4 ％、カーボンブラック0.3％、三酸化アンチモン
2.0 ％を常温で混合し、さらに90〜100 ℃で混練冷却し
た後、粉砕して成形材料（Ｄ）を製造した。

【００３３】比較例２ 溶融シリカ粉末（最大粒径100 μ m 以下）84％をヘンシ
ェルミキサーに入れ、攪拌しながら前述した化１２のシ
ランカップリング剤 0.4 ％を加えて溶融シリカ粉末の表
面処理をした。次にテトラブロモビスフェノールＡ型エ
ポキシ樹脂 1.5％、o-クレゾールノボラック型エポキシ
樹脂 6.2 ％、前述した化７のフェノールノボラック樹脂
1.5 ％、前述した化８のフェノールアラルキル樹脂 3.5
％、トリフェニルホスフィン0.2 ％、カルナバワックス
類0.4 ％、カーボンブラック0.3％、三酸化アンチモン
2.0 ％を常温で混合し、さらに90〜100 ℃で混練冷却し
た後、粉砕して成形材料（Ｅ）を製造した。

【００３４】比較例３溶融シリカ粉末（最大粒径100 μ
m 以下）84％をヘンシェルミキサーに入れ、攪拌しなが
ら前述した化１２のシランカップリング剤 0.4 ％を加え
て溶融シリカ粉末の表面処理をした。次に前述した化５
のビフェニル型エポキシ樹脂 6.2 ％、テトラブロモビス
フェノールＡ型エポキシ樹脂 1.5 ％、前述した化７のフ
ェノールノボラック樹脂 1.5 ％、前述した化８のフェノ
ールアラルキル樹脂 3.5 ％、トリフェニルホスフィン0.
2 ％、カルナバワックス類0.4 ％、カーボンブラック0.
3 ％、三酸化アンチモン2.0 ％を常温で混合し、さらに
90〜100 ℃で混練冷却した後、粉砕して成形材料（Ｆ）
を製造した。

【００３５】こうして製造した成形材料（Ａ）〜（Ｆ）
を用いて 170℃に加熱した金型内にトランスファー注
入、半導体チップを封止し硬化させ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５
行ったのでその結果を表１に示したが、本発明のエポキ
シ樹脂組成物および半導体封止装置は、耐湿性、半田耐
熱性、成形性に優れており、本発明の顕著な効果を確認
することができた。

【００３６】

【表１】 ＊1 ：ＥＭＭＩ−Ｉ−６６に準じてスパイラルフロー測
定した（175 ℃）。 ＊2 ：高化式フロー粘度（175 ℃）。 ＊3 ：175 ℃，80kg／cm² ，2 分間のトランスファー成
形によって得られた成形品（試験片）をつくり、175
℃，8 時間の後硬化を行い、ＪＩＳ−Ｋ−６９１１に準
じて試験した。 ＊4 ：＊3 と同様な成形品を作り、175 ℃，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。 ＊5 、＊6 ：5.3 ×5.3mm チップをＶＱＦＰ（12×12×
1.4mm 厚）パッケージに納め、成形材料を用いて175
℃，2 分間トランスファー成形した後、175 ℃，8時間
の後硬化を行った。こうして得た半導体封止装置を85
℃，85％，48時間の吸湿処理した後、増加した重量によ
って計算した。また、これをエアーリフローマシン（Ｍ
ax 240℃）に通し、外部および内部クラックの有無を調
査した。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明および表１から明らかなよう
に、本発明のエポキシ樹脂組成物および半導体封止装置
は、耐湿性、半田耐熱性、成形性に優れ、また、薄型パ
ッケージ等の充填性にも優れ、吸湿による影響が少な
く、電極の腐蝕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、しかも長期間にわた
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 Ｈ０１Ｌ 23/31 (56)参考文献 特開 平６−80763（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−63939（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−25385（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C08G 59/24 C08G 59/62 C08L 63/00 - 63/02 C08K 3/36 C08K 5/54 C08K 9/06 H01L 23/29

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）次の一般式に示されるエポキシ樹
   脂、 【化１】 （Ｂ）フェノール樹脂、 （Ｃ）有機塩基を０．０５〜５重量％添加した、次の一
   般式で示されるエポキシ基を有するシランカップリング
   剤、 【化２】 （但し、式中Ｒ¹ はエポキシ基を有する原子団を、Ｒ²
   はメチル基又はエチル基を、n は0 又は1 以上の整数を
   それぞれ表す） （Ｄ）最大粒径が100 μm 以下の溶融シリカ粉末および （Ｅ）硬化促進剤 を必須成分とし、前記（Ｄ）の溶融シリカ粉末が前記
   （Ｃ）のシランカップリング剤で予め表面処理され、全
   体の樹脂組成物に対して前記（Ｄ）の溶融シリカ粉末を
   25〜90重量％の割合で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）次の一般式で示されるエポキシ樹
   脂、 【化３】 （Ｂ）フェノール樹脂、 （Ｃ）有機塩基を０．０５〜５重量％添加した、次の一
   般式で示されるエポキシ基を有するシランカップリング
   剤、 【化４】 （但し、式中Ｒ¹ はエポキシ基を有する原子団を、Ｒ²
   はメチル基又はエチル基を、n は0 又は1 以上の整数を
   それぞれ表す） （Ｄ）最大粒径が100 μm 以下の溶融シリカ粉末および （Ｅ）硬化促進剤 を必須成分とし、前記（Ｄ）の溶融シリカ粉末が前記
   （Ｃ）のシランカップリング剤で予め表面処理され、全
   体の樹脂組成物に対して前記（Ｄ）の溶融シリカ粉末を
   25〜90重量％の割合で含有したエポキシ樹脂組成物の硬
   化物によって、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。