JP3672386B2 - 半導体封止用樹脂組成物 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流動性に優れ、これを用いて封止した半導体デバイスの反りが小さく、特にＱＦＰやボール・グリッド・アレイ（以下、ＢＧＡという）用に最適の半導体封止用樹脂組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ本体を機械的、化学的作用から保護するために、半導体封止用樹脂組成物（以下、樹脂組成物という）が開発、生産されてきた。半導体デバイスが進歩するに従い、樹脂組成物に対する要求特性は変化しつつある。
半導体デバイスの中でも、マイクロプロセッサに代表されるロジックＩＣは、非常な勢いで進歩しつつあり、それに適用されるパッケージに関しても、従来のＱＦＰに加えて、ＢＧＡのような特殊な構造のものが注目されている。これらの大型、薄型、多ピン、及びハイパワーのパッケージにおいては、樹脂組成物に対する、従来の要求特性に加えて、以下の要求特性がクローズアップされてきている。
大型、薄型のパッケージは反り易いため、反りを低減できる樹脂組成物
大型、薄型、多ピン化のため、流動性の高い樹脂組成物
ハイパワー化のため、高温になり易いので、熱安定性に優れた樹脂組成物
しかし、現在までこれらの問題を解決できる樹脂組成物は得られていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、流動性に優れ、これを用いて封止した半導体デバイスは、反り特性、更に高温保管特性に優れた樹脂組成物を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（Ａ）下記式（１）〜（３）の内から選ばれる１種以上のエポキシ樹脂、（Ｂ）下記式（４）及び／又は式（５）のフェノール樹脂硬化剤、（Ｃ）下記式（６）〜（８）の内から選ばれる１種以上の硬化促進剤、及び（Ｄ）無機充填材からなり、全樹脂組成物中に硬化促進剤（Ｃ）を０．０５〜１．０重量％含むことを特徴とする半導体封止用樹脂組成物である。
【化４】
【０００５】
【化５】
【０００６】
【化６】
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明で用いられるエポキシ樹脂は、式（１）に示されるトリフェノールメタン型エポキシ樹脂、式（２）、式（３）に示されるナフタレン型エポキシ樹脂であり、単独でも混合して用いてもよい。トリフェノールメタン型のエポキシ樹脂は、主鎖が剛直で屈曲性がないので成形品のガラス転移点（以下、Ｔgという）が高くなる。又、ナフタレン型のエポキシ樹脂は、分子同士が重なっており分子運動が抑制され、成形品のＴgが高くなる。成形品のＴgが高くなると、大型、薄型パッケージにおいては、反りが大幅に低減し、熱安定性も大幅に改善される。従って、式（１）〜（３）のエポキシ樹脂を樹脂組成物に適用することによって、反りと耐熱性の問題が改善される。
式（１）中の官能基Ｒ1は、水素、メチル基、又はターシャリ−ブチル基であり、これらは同一でも異なっていてもよい。
式（１）、式（３）のｎは、１≦ｎ≦２０で、より好ましくは１≦ｎ≦１０であり、２０を越えると成形時の流動性が劣る。
これらのエポキシ樹脂の平均分子量、エポキシ当量は特に限定しないが、信頼性向上のため、イオン性不純物は極力少ないことが望ましい。
更に、式（１）〜（３）以外のエポキシ樹脂を、全エポキシ樹脂中に、５０重量％未満使用してもよい。しかし、５０重量％を越えると、Ｔgが低下し、反り特性と高温保管特性が低下するので望ましくない。併用されるエポキシ樹脂としては、特に限定しないが、例えば、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、その他シリコーン変性エポキシ樹脂等が挙げられる。
【０００８】
本発明で用いられるフェノール樹脂硬化剤は、式（４）に示されるトリフェノールメタン型フェノールノボラック樹脂、式（５）に示されるナフタレン型フェノール樹脂であり、これらは単独でも混合して用いてもよい。エポキシ樹脂と同様に、トリフェノールメタン型やナフタレン型の主鎖をもつフェノール樹脂硬化剤は、高いＴgを有する成形品を得ることができる。
式（４）中の官能基Ｒ2は、水素、メチル基、又はメトキシ基であり、これらは同一でも異なっていてもよい。
式（４）、式（５）のｎは、１≦ｎ≦２０で、より好ましくは１≦ｎ≦１０であり、２０を越えると成形時の流動性が劣る。
これらのフェノール樹脂硬化剤の分子量、水酸基当量は特に限定されないが、信頼性向上のため、イオン性不純物は極力少ないことが望ましい。
更に、式（４）、式（５）以外のフェノール樹脂硬化剤を、全フェノール樹脂硬化剤中に、５０重量％未満使用してもよい。しかし、５０重量％を越えると、Ｔgが低下し、反り特性と高温保管特性が低下するので望ましくない。併用されるフェノール樹脂硬化剤としては特に限定しないが、例えば、フェノールノボラック樹脂、パラキシリレン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、ビスフェノールＡ型樹脂、ビスフェノールＦ型樹脂、そしてこれらのシリコーン変性フェノール樹脂等が挙げられる。
エポキシ樹脂やフェノール樹脂硬化剤の添加量は、特に限定しないが、エポキシ樹脂とフェノール樹脂硬化剤の合計量は、全樹脂組成物中に、５〜３０重量％が好ましい。５重量％未満だと流動性が得られず、３０重量％を越えると耐湿信頼性が劣る。
【０００９】
本発明で用いられる硬化促進剤は、式（６）〜（８）に示されるテトラフェニルホスホニウム・テトラ有機酸ボレート塩であり、これらは単独でも混合して用いてもよい。
式（６）〜（８）の硬化促進剤は、エポキシ基／水酸基の硬化反応の触媒作用において、大きな温度依存性を有することが特徴であり、触媒活性点であるリン原子の非共有電子対に高温を印加されない限り触媒活性が発現しないので、低温では触媒活性が低く、高温では触媒活性が高い。従って、樹脂組成物の混練時の温度（１００℃前後）では、エポキシ基／水酸基の反応は起こらない。そのため、流動性に優れた低粘度の樹脂組成物を得ることができるので、大型、薄型のパッケージにも問題なく充填できる。一方、成形時（１７５℃程度）には素早く硬化反応が起こるので、優れた成形性を示す。
式（６）中のＲ3、式（７）中のＲ4、及び式（８）中のＲ5は、前記した通りである。
更に、式（６）〜（８）以外の硬化促進剤を、全硬化促進剤中に、８０重量％未満使用してもよい。しかし、８０重量％を越えると、流動特性が低下するので望ましくない。なお、併用される硬化促進剤は、エポキシ基／水酸基の反応を促進させるものであればよく、特に限定しないが、例えば、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスホニウム・テトラボレート塩、トリフェニルホスホニウム・トリハイドロボレート、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７等が挙げられる。
硬化促進剤の添加量は、全樹脂組成物中に、０．０５〜１．０重量％が好ましい。０．０５重量％未満だと硬化が遅く、良好な成形品が得られない。１．０重量％を越えると硬化が速すぎ、同様に良好な成形品が得られない。
【００１０】
本発明で用いられる無機充填材は、特に限定しないが、例えば、溶融シリカ粉末、球状シリカ粉末、結晶シリカ粉末、２次凝集シリカ粉末、アルミナ等が挙げられる。特に、コスト、信頼性、及び流動性の点から、球状溶融シリカ粉末が好ましい。なお、この無機充填材は、シランカップリング剤や、チタネートカップリング剤、その他の表面処理剤によって予め表面処理されていてもよい。又、平均粒径、最大粒径、粒度分布、比表面積に関しても特に制限はない。又、耐湿信頼性向上のため、イオン性不純物は極力少ないことが望ましい。
本発明における無機充填材の配合量は、全樹脂組成物中に、６５〜９３重量％が好ましい。
【００１１】
本発明の樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）成分の他、必要に応じて、カーボンブラック等の着色剤、臭素化エポキシ樹脂、三酸化アンチモン等の難燃剤、シリコーンオイル、シリコーンゴム、各種ゴム成分等の低応力成分、シランカップリング剤等を添加することができる。
本発明の樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）成分、その他の添加剤等をミキサーで常温混合し、ロール、押し出し機等の一般混練機を用いて混練し、冷却後粉砕し成形材料とすることができる。
【００１２】
【実施例】
実施例１
エポキシ樹脂（Ｅ−１） １０．６０重量部
【化７】
【００１３】
フェノール樹脂硬化剤（Ｈ−１） ６．１０重量部
【化８】
【００１４】
硬化促進剤（Ｃ−１） ０．５０重量部
【化９】
【００１５】
球状溶融シリカ（平均粒径１５μｍ） ７９．７０重量部
カーボンブラック ０．３０重量部
臭素化フェノールノボラック型エポキシ樹脂 １．００重量部
三酸化アンチモン １．００重量部
エポキシシランカップリング剤 ０．５０重量部
カルナバワックス ０．３０重量部
を、ミキサーで常温混合し、１００℃で二軸ロールを用いて混練し、冷却後粉砕し成形材料とした。得られた成形材料の反り特性、高化式粘度、及び高温保管特性を評価した。
【００１６】
評価方法
高化式粘度：フローテスター（（株）島津製作所・製ＣＦＴ−５００）を用いて、１７５℃、圧力１０kgｆ／cm2、キャピラリー径０．５mmで測定した。単位はポイズ。
反り特性：ビスマレイミド・トリアジン（ガラス基板）積層板１と前記成形材料を１７５℃、２分間で一体成形し、図１に示す形状の成形品を得、１７５℃、８時間のポストキュアを行った後、常温に戻し、図２に示す要領で、反り量（mm）を測定した。
高温保管特性：リードフレームにＩＣチップをマウントし、金線をボンディングした後に、ＤＩＰパッケージを成形した。得られた成形品をポストキュアした。その後、１８５℃で１０００時間処理し、内部のＩＣチップの電気抵抗を測定した。通常０．６Ωである電気抵抗の回路が、劣化して電気抵抗１Ω以上となった場合を不良と見なし、８パッケージ中の不良個数を測定した。
結果を表１に示す。
【００１７】
実施例２〜９
表１の処方に従って配合し、実施例１と同様にして成形材料を得、同様に評価した。実施例６で用いたエポキシ樹脂は、式（３）でｎ＝１．９のものである。結果を表１に示す。
比較例１〜４
表２の処方に従って配合し、実施例１と同様にして成形材料を得、同様に評価した。結果を表２に示す。
実施例、比較例で用いた各成分の構造について、下記に示す。
【化１０】
【００１８】
【化１１】
【００１９】
【化１２】
【００２０】
【表１】
【００２１】
【表２】
【００２２】
【発明の効果】
本発明の樹脂組成物は、流動性に優れ、これを用いることにより、反り特性及び高温保管特性に優れた半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 積層板と成形材料を一体成形した成形品の模式図。
【図２】 一体成形品の反り量を示す模式図。
【符号の説明】
１ 積層板
２ 硬化物
ａ １２６．０mm、ｂ １０．０mm、ｃ ０．８mm、ｄ ０．４mm
【発明の属する技術分野】
本発明は、流動性に優れ、これを用いて封止した半導体デバイスの反りが小さく、特にＱＦＰやボール・グリッド・アレイ（以下、ＢＧＡという）用に最適の半導体封止用樹脂組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ本体を機械的、化学的作用から保護するために、半導体封止用樹脂組成物（以下、樹脂組成物という）が開発、生産されてきた。半導体デバイスが進歩するに従い、樹脂組成物に対する要求特性は変化しつつある。
半導体デバイスの中でも、マイクロプロセッサに代表されるロジックＩＣは、非常な勢いで進歩しつつあり、それに適用されるパッケージに関しても、従来のＱＦＰに加えて、ＢＧＡのような特殊な構造のものが注目されている。これらの大型、薄型、多ピン、及びハイパワーのパッケージにおいては、樹脂組成物に対する、従来の要求特性に加えて、以下の要求特性がクローズアップされてきている。
大型、薄型のパッケージは反り易いため、反りを低減できる樹脂組成物
大型、薄型、多ピン化のため、流動性の高い樹脂組成物
ハイパワー化のため、高温になり易いので、熱安定性に優れた樹脂組成物
しかし、現在までこれらの問題を解決できる樹脂組成物は得られていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、流動性に優れ、これを用いて封止した半導体デバイスは、反り特性、更に高温保管特性に優れた樹脂組成物を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（Ａ）下記式（１）〜（３）の内から選ばれる１種以上のエポキシ樹脂、（Ｂ）下記式（４）及び／又は式（５）のフェノール樹脂硬化剤、（Ｃ）下記式（６）〜（８）の内から選ばれる１種以上の硬化促進剤、及び（Ｄ）無機充填材からなり、全樹脂組成物中に硬化促進剤（Ｃ）を０．０５〜１．０重量％含むことを特徴とする半導体封止用樹脂組成物である。
【化４】
【化５】
【化６】
【発明の実施の形態】
本発明で用いられるエポキシ樹脂は、式（１）に示されるトリフェノールメタン型エポキシ樹脂、式（２）、式（３）に示されるナフタレン型エポキシ樹脂であり、単独でも混合して用いてもよい。トリフェノールメタン型のエポキシ樹脂は、主鎖が剛直で屈曲性がないので成形品のガラス転移点（以下、Ｔgという）が高くなる。又、ナフタレン型のエポキシ樹脂は、分子同士が重なっており分子運動が抑制され、成形品のＴgが高くなる。成形品のＴgが高くなると、大型、薄型パッケージにおいては、反りが大幅に低減し、熱安定性も大幅に改善される。従って、式（１）〜（３）のエポキシ樹脂を樹脂組成物に適用することによって、反りと耐熱性の問題が改善される。
式（１）中の官能基Ｒ1は、水素、メチル基、又はターシャリ−ブチル基であり、これらは同一でも異なっていてもよい。
式（１）、式（３）のｎは、１≦ｎ≦２０で、より好ましくは１≦ｎ≦１０であり、２０を越えると成形時の流動性が劣る。
これらのエポキシ樹脂の平均分子量、エポキシ当量は特に限定しないが、信頼性向上のため、イオン性不純物は極力少ないことが望ましい。
更に、式（１）〜（３）以外のエポキシ樹脂を、全エポキシ樹脂中に、５０重量％未満使用してもよい。しかし、５０重量％を越えると、Ｔgが低下し、反り特性と高温保管特性が低下するので望ましくない。併用されるエポキシ樹脂としては、特に限定しないが、例えば、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、その他シリコーン変性エポキシ樹脂等が挙げられる。
【０００８】
本発明で用いられるフェノール樹脂硬化剤は、式（４）に示されるトリフェノールメタン型フェノールノボラック樹脂、式（５）に示されるナフタレン型フェノール樹脂であり、これらは単独でも混合して用いてもよい。エポキシ樹脂と同様に、トリフェノールメタン型やナフタレン型の主鎖をもつフェノール樹脂硬化剤は、高いＴgを有する成形品を得ることができる。
式（４）中の官能基Ｒ2は、水素、メチル基、又はメトキシ基であり、これらは同一でも異なっていてもよい。
式（４）、式（５）のｎは、１≦ｎ≦２０で、より好ましくは１≦ｎ≦１０であり、２０を越えると成形時の流動性が劣る。
これらのフェノール樹脂硬化剤の分子量、水酸基当量は特に限定されないが、信頼性向上のため、イオン性不純物は極力少ないことが望ましい。
更に、式（４）、式（５）以外のフェノール樹脂硬化剤を、全フェノール樹脂硬化剤中に、５０重量％未満使用してもよい。しかし、５０重量％を越えると、Ｔgが低下し、反り特性と高温保管特性が低下するので望ましくない。併用されるフェノール樹脂硬化剤としては特に限定しないが、例えば、フェノールノボラック樹脂、パラキシリレン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、ビスフェノールＡ型樹脂、ビスフェノールＦ型樹脂、そしてこれらのシリコーン変性フェノール樹脂等が挙げられる。
エポキシ樹脂やフェノール樹脂硬化剤の添加量は、特に限定しないが、エポキシ樹脂とフェノール樹脂硬化剤の合計量は、全樹脂組成物中に、５〜３０重量％が好ましい。５重量％未満だと流動性が得られず、３０重量％を越えると耐湿信頼性が劣る。
【０００９】
本発明で用いられる硬化促進剤は、式（６）〜（８）に示されるテトラフェニルホスホニウム・テトラ有機酸ボレート塩であり、これらは単独でも混合して用いてもよい。
式（６）〜（８）の硬化促進剤は、エポキシ基／水酸基の硬化反応の触媒作用において、大きな温度依存性を有することが特徴であり、触媒活性点であるリン原子の非共有電子対に高温を印加されない限り触媒活性が発現しないので、低温では触媒活性が低く、高温では触媒活性が高い。従って、樹脂組成物の混練時の温度（１００℃前後）では、エポキシ基／水酸基の反応は起こらない。そのため、流動性に優れた低粘度の樹脂組成物を得ることができるので、大型、薄型のパッケージにも問題なく充填できる。一方、成形時（１７５℃程度）には素早く硬化反応が起こるので、優れた成形性を示す。
式（６）中のＲ3、式（７）中のＲ4、及び式（８）中のＲ5は、前記した通りである。
更に、式（６）〜（８）以外の硬化促進剤を、全硬化促進剤中に、８０重量％未満使用してもよい。しかし、８０重量％を越えると、流動特性が低下するので望ましくない。なお、併用される硬化促進剤は、エポキシ基／水酸基の反応を促進させるものであればよく、特に限定しないが、例えば、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスホニウム・テトラボレート塩、トリフェニルホスホニウム・トリハイドロボレート、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７等が挙げられる。
硬化促進剤の添加量は、全樹脂組成物中に、０．０５〜１．０重量％が好ましい。０．０５重量％未満だと硬化が遅く、良好な成形品が得られない。１．０重量％を越えると硬化が速すぎ、同様に良好な成形品が得られない。
【００１０】
本発明で用いられる無機充填材は、特に限定しないが、例えば、溶融シリカ粉末、球状シリカ粉末、結晶シリカ粉末、２次凝集シリカ粉末、アルミナ等が挙げられる。特に、コスト、信頼性、及び流動性の点から、球状溶融シリカ粉末が好ましい。なお、この無機充填材は、シランカップリング剤や、チタネートカップリング剤、その他の表面処理剤によって予め表面処理されていてもよい。又、平均粒径、最大粒径、粒度分布、比表面積に関しても特に制限はない。又、耐湿信頼性向上のため、イオン性不純物は極力少ないことが望ましい。
本発明における無機充填材の配合量は、全樹脂組成物中に、６５〜９３重量％が好ましい。
【００１１】
本発明の樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）成分の他、必要に応じて、カーボンブラック等の着色剤、臭素化エポキシ樹脂、三酸化アンチモン等の難燃剤、シリコーンオイル、シリコーンゴム、各種ゴム成分等の低応力成分、シランカップリング剤等を添加することができる。
本発明の樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）成分、その他の添加剤等をミキサーで常温混合し、ロール、押し出し機等の一般混練機を用いて混練し、冷却後粉砕し成形材料とすることができる。
【００１２】
【実施例】
実施例１
エポキシ樹脂（Ｅ−１） １０．６０重量部
【化７】
フェノール樹脂硬化剤（Ｈ−１） ６．１０重量部
【化８】
硬化促進剤（Ｃ−１） ０．５０重量部
【化９】
球状溶融シリカ（平均粒径１５μｍ） ７９．７０重量部
カーボンブラック ０．３０重量部
臭素化フェノールノボラック型エポキシ樹脂 １．００重量部
三酸化アンチモン １．００重量部
エポキシシランカップリング剤 ０．５０重量部
カルナバワックス ０．３０重量部
を、ミキサーで常温混合し、１００℃で二軸ロールを用いて混練し、冷却後粉砕し成形材料とした。得られた成形材料の反り特性、高化式粘度、及び高温保管特性を評価した。
【００１６】
評価方法
高化式粘度：フローテスター（（株）島津製作所・製ＣＦＴ−５００）を用いて、１７５℃、圧力１０kgｆ／cm2、キャピラリー径０．５mmで測定した。単位はポイズ。
反り特性：ビスマレイミド・トリアジン（ガラス基板）積層板１と前記成形材料を１７５℃、２分間で一体成形し、図１に示す形状の成形品を得、１７５℃、８時間のポストキュアを行った後、常温に戻し、図２に示す要領で、反り量（mm）を測定した。
高温保管特性：リードフレームにＩＣチップをマウントし、金線をボンディングした後に、ＤＩＰパッケージを成形した。得られた成形品をポストキュアした。その後、１８５℃で１０００時間処理し、内部のＩＣチップの電気抵抗を測定した。通常０．６Ωである電気抵抗の回路が、劣化して電気抵抗１Ω以上となった場合を不良と見なし、８パッケージ中の不良個数を測定した。
結果を表１に示す。
【００１７】
実施例２〜９
表１の処方に従って配合し、実施例１と同様にして成形材料を得、同様に評価した。実施例６で用いたエポキシ樹脂は、式（３）でｎ＝１．９のものである。結果を表１に示す。
比較例１〜４
表２の処方に従って配合し、実施例１と同様にして成形材料を得、同様に評価した。結果を表２に示す。
実施例、比較例で用いた各成分の構造について、下記に示す。
【化１０】
【化１１】
【化１２】
【表１】
【表２】
【発明の効果】
本発明の樹脂組成物は、流動性に優れ、これを用いることにより、反り特性及び高温保管特性に優れた半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 積層板と成形材料を一体成形した成形品の模式図。
【図２】 一体成形品の反り量を示す模式図。
【符号の説明】
１ 積層板
２ 硬化物
ａ １２６．０mm、ｂ １０．０mm、ｃ ０．８mm、ｄ ０．４mm
Claims (1)
- （Ａ）下記式（１）〜（３）の内から選ばれる１種以上のエポキシ樹脂、（Ｂ）下記式（４）及び／又は式（５）のフェノール樹脂硬化剤、（Ｃ）下記式（６）〜（８）の内から選ばれる１種以上の硬化促進剤、及び（Ｄ）無機充填材からなり、全樹脂組成物中に硬化促進剤（Ｃ）を０．０５〜１．０重量％含むことを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。
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|---|---|
| JPH1045874A JPH1045874A (ja) | 1998-02-17 |
| JP3672386B2 true JP3672386B2 (ja) | 2005-07-20 |
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| JP20173896A Expired - Fee Related JP3672386B2 (ja) | 1996-07-31 | 1996-07-31 | 半導体封止用樹脂組成物 |
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1996
- 1996-07-31 JP JP20173896A patent/JP3672386B2/ja not_active Expired - Fee Related
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