JP3649887B2

JP3649887B2 - Resin composition for sealing and semiconductor sealing device

Info

Publication number: JP3649887B2
Application number: JP36589297A
Authority: JP
Inventors: 浩一伊吹; 元丈安藤
Original assignee: Kyocera Chemical Corp
Current assignee: Kyocera Chemical Corp
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1997-12-22
Publication date: 2005-05-18
Anticipated expiration: 2017-12-22
Also published as: JPH11181241A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＰｄやＰｄ−Ａｕ等のプレプレーティングを施したフレームを用いた半導体パッケージにおいて耐リフロークラック性等の信頼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】
最近の半導体装置では、半田メッキに換えて、ＰｄやＰｄ−Ａｕ等のプレプレーティングを施したフレームを採用した半導体パッケージが増加している。
【０００３】
従来のエポキシ樹脂、ノボラック型フェノール樹脂及び無機質充填剤からなる樹脂組成物によって封止したＰｄやＰｄ−Ａｕ等のプレプレーティングフレームを採用した半導体装置は、インサートと封止樹脂の接着性が著しく悪いという欠点があった。特に吸湿したその半導体装置を表面実装すると、封止樹脂とリードフレーム、あるいは封止樹脂と半導体チップとの間の剥がれが生じて著しい耐湿劣化を起こし、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、耐リフロー性に優れ、耐湿性の影響が少なく、耐湿劣化の少ない成形性のよい材料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、上記の欠点を解消し、上記要望に応えるためになされたもので、ＰｄやＰｄ−Ａｕ等のプレプレーティングフレームとの接着性が高く、特に耐リフロー性とリフロー後の信頼性に優れた、成形性のよい、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。
【０００５】
【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、樹脂組成物にジエチルチオウレアを配合することによって、ＰｄやＰｄ−Ａｕ等のプレプレーティングフレームとの接着性を大幅に向上し、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）ジエチルチオウレアおよび
（Ｄ）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）のジエチルチオウレアを0.01〜0.5 重量％、また前記（Ｄ）の無機質充填剤を25〜95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り、またこの封止用樹脂組成物の硬化物によって、Ｐｄ若しくはＰｄ−Ａｕのプレプレーティングを施したフレームに搭載された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。
【０００７】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００８】
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、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てい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エポキシノボラック系のエポキシ樹脂等が挙げられる。
【０００９】
【化１】

（但し、式中、Ｒ¹は水素原子、ハロゲン原子又はアルキル基を、Ｒ²は水素原子又はアルキル基を、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、単独もしくは2 種以上混合して用いることができる。
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、パラホルムアルデヒド等のアルデヒド類と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したノボラック型フェノール樹脂等が挙げられ、これらの樹脂は、単独もしくは2 種以上混合して用いる。ノボラック型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）との当量比［（ａ）／（ｂ）］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。従って上記の範囲内に限定するのが良い。
【００１０】
本発明に用いる（Ｃ）ジエチルチオウレアは、次の構造式に示されるものである。また、ジエチルチオウレアには、更に他の加硫促進剤あるいは酸化亜鉛、酸化マグネシウムなどを併用することもできる。
【００１１】
【化２】

【００１２】
ジエチルチオウレアの配合割合は、全体の樹脂組成物に対して0.01 〜0.5 重量％含有することが望ましい。この割合が0.01 重量％未満では、ＰｄやＰｄ−Ａｕ等のプレプレーティングフレームとの接着力の向上に効果なく、また、0.5 重量％を超えると、封止樹脂の硬化等に悪影響を与え、実用に適さず好ましくない。
【００１３】
本発明に用いる（Ｄ）無機質充填剤としては、シリカ粉末、アルミナ粉末、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、これらは単独又は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と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、全体の樹脂組成物に対して25〜95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、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％を超えるとカサバリが大きくなり、成形性に劣り実用に適さない。
【００１４】
本発明の封止用樹脂組成物は、エポキシ樹脂、ノボラック型フェノール樹脂、ジエチルチオウレア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、エラストマー等の低応力成分、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。
【００１５】
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、エポキシ樹脂、ノボラック型フェノール樹脂、ジエチルチオウレア、無機質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。
【００１６】
本発明の半導体封止装置は、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法があるが、射出成形、圧縮成形、注型等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、150 ℃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、ダイオード等で特に限定されるものではない。
【００１７】
【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、樹脂成分としてジエチルチオウレアを用いたことによって、目的とする特性が得られるものである。即ち、ＰｄやＰｄ−Ａｕ等のプレプレーティングフレームとの接着力を向上させ、表面実装後のインサートと封止樹脂との接着性の劣化を防止することができ、長期の信頼性を保証することができた。
【００１８】
【発明の実施の形態】
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。
【００１９】
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195 ）12.5％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当量104 ）6.7 ％、次の化３に示したジエチルチオウレア0.04％、
【００２０】
【化３】

溶融シリカ粉末80％、エステル系ワックス類 0.2％、硬化促進剤0.19％およびシランカップリング剤0.4 ％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。この成形材料を170 ℃に加熱した金型内にトランスファー注入し、硬化させて成形品（封止品）をつくった。この成形品について耐湿性等の特性を試験したので、その結果を表１に示した。特に耐湿性において本発明の顕著な効果が認められた。
【００２１】
実施例２
ビフェニル型エポキシ樹脂（エポキシ当量213 ） 5.0％に、フェノールアラルキル樹脂（フェノール当量175 ）4.15％、前記した化３のジエチルチオウレア0.04％、シリカ粉末90％、エステル系ワックス類 0.2％、硬化触媒0.14％およびシランカップリング剤0.5 ％を実施例１と同様に混合、混練、粉砕して成形材料を製造した。また、実施例１と同様にして成形品をつくり、耐湿性等の特性試験を行ったのでその結果を表１に示した。特に耐湿性において本発明の顕著な効果が認められた。
【００２２】
実施例３
ビフェニル型エポキシ樹脂（エポキシ当量213 ） 5.0％に、フェノールアラルキル樹脂（フェノール当量175 ）4.15％、前記した化３のジエチルチオウレア0.02％、硬化触媒0.14％、シランカップリング剤0.5 ％、シリカ粉末90％およびエステル系ワックス0.2 ％を実施例１と同様に混合、混練、粉砕して成形材料を製造した。また、実施例１と同様にして成形品をつくり、耐湿性等の特性試験を行ったのでその結果を表１に示した。特に耐湿性において本発明の顕著な効果が認められた。
【００２３】
比較例
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量195 ）12.5％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当量104 ） 6.7％、シリカ粉末80％、硬化促進剤0.19％、エステル系ワックス類 0.2％およびシラン系カップリング剤 0.4％を混合し、実施例１と同様にして成形材料を製造した。この成形材料を用いて成形品とし、成形品の諸特性について実施例１と同様にして試験を行い、その結果を表１に示した。
【００２４】
【表１】

＊1 ：トランスファー成形によって接着面積4 ｍｍ²の成形品をつくり、これを175 ℃，8 時間の後硬化を行い、剪断接着力を求めた。
＊2 ：トランスファー成形によって成形品をつくり、これを175 ℃，8 時間の後硬化を行い、熱機器分析装置を用いて測定した。
＊3 ：成形材料を用いて、2 本以上のアルミニウム配線を有するシリコン製チップ（テスト用素子）をＰｄプレプレーティングフレームに接着し、175 ℃で2 分間トランスファー成形して、ＱＦＰ−２０８Ｐ，2.8 ｍｍ^tの成形品をつくり、これを175 ℃，8 時間の後硬化を行った。こうして得た成形品を予め、85℃，40％ＲＨ，168 時間の吸湿処理した後、Ｍａｘ240 ℃のＩＲリフロー炉を4 回通した。その後、127 ℃，2.5 気圧の飽和水蒸気中で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。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明および表１から明らかなように、本発明の封止用樹脂組成物および半導体封止装置は、Ｐｄ、Ｐｄ−Ａｕメッキのインサートとの接着性に優れ、ＩＲリフロー後においても剥離することなく、耐湿性に優れ、その結果、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、しかも長期間にわたって信頼性を保証することができる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an epoxy resin composition excellent in reliability such as reflow crack resistance and a semiconductor sealing device in a semiconductor package using a frame pre-plated such as Pd or Pd-Au.
[0002]
[Prior art]
In recent semiconductor devices, an increasing number of semiconductor packages adopt a frame pre-plated with Pd, Pd—Au or the like instead of solder plating.
[0003]
A semiconductor device employing a pre-plating frame such as Pd or Pd-Au encapsulated with a resin composition comprising a conventional epoxy resin, novolac-type phenol resin and an inorganic filler has a remarkable adhesiveness between the insert and the encapsulating resin. There was a drawback of being bad. In particular, when the semiconductor device that has absorbed moisture is surface-mounted, peeling between the sealing resin and the lead frame, or between the sealing resin and the semiconductor chip occurs, resulting in significant moisture resistance deterioration, and disconnection due to electrode corrosion or leakage current due to moisture. As a result, the semiconductor device has a drawback that long-term reliability cannot be guaranteed. For this reason, there has been a strong demand for development of a material having excellent reflow resistance, less influence of moisture resistance, and good moldability with less moisture resistance deterioration.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned drawbacks and meet the above-mentioned demands, and has high adhesiveness with a pre-plating frame such as Pd or Pd-Au, in particular, reflow resistance and reliability after reflow. It is an object of the present invention to provide an encapsulating resin composition and a semiconductor encapsulating device which are excellent in moldability and have good moldability.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
As a result of earnest research to achieve the above-mentioned object, the present inventor has greatly improved the adhesiveness with a pre-plating frame such as Pd or Pd-Au by adding diethylthiourea to the resin composition. The inventors have found that the above object can be achieved, and completed the present invention.
[0006]
That is, the present invention
(A) epoxy resin,
(B) a novolac type phenolic resin,
(C) Diethylthiourea and (D) an inorganic filler are essential components, and the diethylthiourea of (C) is 0.01 to 0.5% by weight based on the resin composition, and the inorganic filler of (D) is 25 to 25%. A sealing resin composition comprising 95% by weight, and a frame in which Pd or Pd-Au is pre-plated with a cured product of the sealing resin composition The semiconductor sealing device is characterized in that the semiconductor chip mounted on is sealed.
[0007]
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[0008]
The (A) epoxy resin used in the present invention is not particularly limited in molecular structure and molecular weight as long as it is a compound having at least two epoxy groups in its molecule, and is generally used as a sealing material. Can be widely included. For example, biphenyl type, bisphenol type aromatic type, aliphatic type such as cyclohexane derivative, and epoxy novolac type epoxy resin represented by the following general formula may be mentioned.
[0009]
[Chemical 1]

(Wherein, R ¹ represents a hydrogen atom, a halogen atom or an alkyl group, R ² represents a hydrogen atom or an alkyl group, and n represents an integer of 1 or more.)
These epoxy resins can be used alone or in combination of two or more.
As the (B) novolac type phenol resin used in the present invention, novolac type phenol resins obtained by reacting phenols such as phenol and alkylphenol with aldehydes such as formaldehyde and paraformaldehyde, and modified resins thereof, for example, epoxidation Alternatively, butylated novolak-type phenol resins and the like can be mentioned, and these resins are used alone or in combination of two or more. The blending ratio of the novolac type phenol resin is such that the equivalent ratio [(a) / (b)] of the epoxy group (a) of the epoxy resin and the phenolic hydroxyl group (b) of the novolac type phenol resin is 0.1 to 10. It is desirable to be within. If the equivalent ratio is less than 0.1 or exceeds 10, the heat resistance, moisture resistance, molding workability and electrical properties of the cured product are deteriorated, which is not preferable in any case. Therefore, it should be limited to the above range.
[0010]
(C) Diethylthiourea used in the present invention is represented by the following structural formula. In addition, diethylthiourea can be used in combination with other vulcanization accelerators, zinc oxide, magnesium oxide or the like.
[0011]
[Chemical formula 2]

[0012]
The mixing ratio of diethylthiourea is desirably 0.01 to 0.5% by weight based on the entire resin composition. If this ratio is less than 0.01% by weight, it will not be effective in improving the adhesive strength with Pd and Pd—Au pre-plating frames. Not suitable for practical use.
[0013]
Examples of the inorganic filler (D) used in the present invention include silica powder, alumina powder, antimony trioxide, talc, calcium carbonate, titanium white, clay, mica, bengara, glass fiber, and the like. They can be used in combination. Of these, silica powder and alumina powder are particularly preferred and often used. The blending ratio of the inorganic filler is desirably 25 to 95% by weight with respect to the entire resin composition. If the ratio is less than 25% by weight, the heat resistance, moisture resistance, solder heat resistance, mechanical properties and moldability deteriorate, and if it exceeds 95% by weight, the crevice becomes large and the moldability is inferior, making it unsuitable for practical use. .
[0014]
The sealing resin composition of the present invention contains an epoxy resin, a novolac-type phenol resin, diethylthiourea and an inorganic filler as essential components, but as long as it does not contradict the purpose of the present invention, Waxes, synthetic waxes, metal salts of linear fatty acids, acid amides, esters, paraffins and other mold release agents, chlorinated paraffin, brominated toluene, hexabromobenzene, antimony trioxide and other flame retardants, elastomers A low-stress component such as carbon black, a colorant such as bengara, various curing accelerators, and the like can be appropriately added and blended.
[0015]
As a general method for preparing the sealing resin composition of the present invention as a molding material, an epoxy resin, a novolac-type phenol resin, diethylthiourea, an inorganic filler and other components are blended and sufficiently mixed by a mixer or the like. After the uniform mixing, a melt mixing process using a hot roll or a mixing process using a kneader is performed, followed by cooling and solidification, and then pulverizing to an appropriate size to obtain a molding material. If the molding material obtained in this way is applied to the sealing, coating, insulation, etc. of electronic parts and electric parts including a semiconductor device, excellent characteristics and reliability can be imparted.
[0016]
The semiconductor sealing device of the present invention can be easily manufactured by sealing a semiconductor chip using the sealing resin obtained as described above. The most common method of sealing is a low-pressure transfer molding method, but sealing by injection molding, compression molding, casting or the like is also possible. The sealing resin composition is heated and cured at the time of sealing, and finally a semiconductor sealing device sealed with a cured product of this composition is obtained. The curing by heating is desirably performed by heating to 150 ° C. or higher. The semiconductor device for sealing is not particularly limited, for example, with an integrated circuit, a large-scale integrated circuit, a transistor, a thyristor, a diode, or the like.
[0017]
[Action]
The encapsulating resin composition and the semiconductor encapsulating apparatus of the present invention can obtain the desired characteristics by using diethylthiourea as the resin component. That is, the adhesive strength with a pre-plating frame such as Pd or Pd-Au can be improved, the deterioration of the adhesiveness between the surface-mounted insert and the sealing resin can be prevented, and long-term reliability is guaranteed. I was able to.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention, this invention is not limited by these Examples. In the following examples and comparative examples, “%” means “% by weight”.
[0019]
Example 1
Cresol novolac epoxy resin (epoxy equivalent 195) 12.5%, novolac type phenol resin (phenol equivalent 104) 6.7%, diethylthiourea 0.04% shown in the following chemical formula 3,
[0020]
[Chemical 3]

Fused silica powder 80%, ester waxes 0.2%, curing accelerator 0.19% and silane coupling agent 0.4% are mixed at room temperature, then kneaded at 90-95 ° C and cooled and crushed to produce molding materials did. This molding material was transferred and injected into a mold heated to 170 ° C. and cured to produce a molded product (sealed product). The molded product was tested for properties such as moisture resistance, and the results are shown in Table 1. In particular, the remarkable effect of the present invention was recognized in terms of moisture resistance.
[0021]
Example 2
Biphenyl type epoxy resin (epoxy equivalent 213) 5.0%, phenol aralkyl resin (phenol equivalent 175) 4.15%, Diethylthiourea 0.04% of the above-mentioned chemical formula 3, silica powder 90%, ester wax 0.2%, curing catalyst 0.14% Then, 0.5% of the silane coupling agent was mixed, kneaded and pulverized in the same manner as in Example 1 to produce a molding material. Further, a molded product was produced in the same manner as in Example 1, and a characteristic test such as moisture resistance was conducted. The results are shown in Table 1. In particular, the remarkable effect of the present invention was recognized in terms of moisture resistance.
[0022]
Example 3
Biphenyl type epoxy resin (epoxy equivalent 213) 5.0%, phenol aralkyl resin (phenol equivalent 175) 4.15%, Diethylthiourea 0.02% of the above-mentioned chemical formula 3, curing catalyst 0.14%, silane coupling agent 0.5%, silica powder 90% Then, 0.2% of ester wax was mixed, kneaded and pulverized in the same manner as in Example 1 to produce a molding material. Further, a molded product was produced in the same manner as in Example 1, and a characteristic test such as moisture resistance was conducted. The results are shown in Table 1. In particular, the remarkable effect of the present invention was recognized in terms of moisture resistance.
[0023]
Comparative Example Cresol novolak type epoxy resin (epoxy equivalent 195) 12.5%, novolak type phenol resin (phenol equivalent 104) 6.7%, silica powder 80%, curing accelerator 0.19%, ester wax 0.2% and silane coupling A molding material was produced in the same manner as in Example 1 by mixing 0.4% of the agent. The molding material was used to form a molded product, and various properties of the molded product were tested in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
[0024]
[Table 1]

* 1: A molded product with an adhesion area of 4 mm ² was prepared by transfer molding, and this was post-cured at 175 ° C for 8 hours to determine the shear adhesive strength.
* 2: Molded products were made by transfer molding, post-cured at 175 ° C for 8 hours, and measured using a thermal instrument analyzer.
* 3: Using a molding material, a silicon chip (test element) having two or more aluminum wirings is bonded to a Pd pre-plating frame, transfer molded at 175 ° C for 2 minutes, and QFP-208P, 2.8 A molded product of mm ^t was produced and post-cured at 175 ° C. for 8 hours. The molded product thus obtained was previously subjected to moisture absorption treatment at 85 ° C., 40% RH, 168 hours, and then passed through an IR reflow furnace at Max 240 ° C. four times. Thereafter, PCT was performed in saturated steam at 127 ° C. and 2.5 atmospheres, and disconnection due to corrosion of aluminum was evaluated as defective.
[0025]
【The invention's effect】
As is clear from the above description and Table 1, the sealing resin composition and the semiconductor sealing device of the present invention are excellent in adhesiveness with Pd and Pd—Au plated inserts and peel even after IR reflow. Therefore, it is excellent in moisture resistance. As a result, disconnection due to corrosion of the electrode, generation of leakage current due to moisture, etc. can be remarkably reduced, and reliability can be ensured over a long period of time.

Claims

(A) epoxy resin,
(B) a novolac type phenolic resin,
(C) Diethylthiourea and (D) an inorganic filler are essential components, and the diethylthiourea of (C) is 0.01 to 0.5% by weight based on the resin composition, and the inorganic filler of (D) is 25 to 25%. A sealing resin composition comprising 95% by weight.

(A) epoxy resin,
(B) a novolac type phenolic resin,
(C) Diethylthiourea and (D) an inorganic filler are essential components, and the diethylthiourea of (C) is 0.01 to 0.5% by weight based on the resin composition, and the inorganic filler of (D) is 25 to 25%. A semiconductor comprising a semiconductor chip mounted on a frame pre-plated with Pd or Pd-Au, with a cured product of a sealing resin composition contained at a ratio of 95% by weight. Sealing device.