JPH0280424A

JPH0280424A - エポキシ樹脂組成物及び樹脂封止型半導体装置

Info

Publication number: JPH0280424A
Application number: JP23190188A
Authority: JP
Inventors: Hirotoshi Iketani; 池谷　裕俊
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-09-16
Filing date: 1988-09-16
Publication date: 1990-03-20
Anticipated expiration: 2013-07-09
Also published as: JP2774522B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明はエポキシ樹脂組成物及び樹脂封止型半導体装置
に関し、特に耐熱性、低応力性に優れたエポキシ樹脂組
成物及びそれを用いた高信頼性の樹脂封止型半導体装置
に関する。

（従来の技術）エポキシ樹脂組成物は集積回路（ＩＣ）、大規模集積回
路（ＬＳＩ）、トランジスタなどの半導体部品や電子部
品その他の部品を封止するために広く用いられている。

前記のように半導体部品や電子部品などを封止したエポ
キシ樹脂組成物の硬化物からなる封止樹脂には、プリン
ト基盤に実装する際のソルダリングに耐える耐熱性が要
求される。このソルダリングに関しては、ハンダフロー
又はリフローによってハンダ付けする方法が主流となっ
てきている。

そして、ハンダフロー又はリフロー時には、封止樹脂は
２００℃以上、時には３００℃以上の温度に短時間曝さ
れるため、これらの条件でクラックやその他の故障を起
こさないことが必要である。

従来、前述した用途のエポキシ樹脂組成物としては、タ
レゾールノボラック型エポキシ樹脂を主成分とし、硬化
剤としてノボラ゛ツク型フェノール樹脂を含有するもの
が一般的に用いられていた。

しかし、こうした組成を有するエポキシ樹脂組成物の硬
化物はガラス転移温度が２００℃以下であり、耐熱性が
不充分なためハンダフロー又はリフローの際にクラック
を発生しやすく、充分な信頼性が得られないという問題
があった。

また、従来のエポキシ樹脂組成物の硬化物は弾性率が高
く、そのため半導体チップなどを封止した状態で封止樹
脂に高温（例えば２００℃）及び低温（例えば−６５℃
）の熱ストレスを加えると、封止樹脂と内部に封止され
た半導体チップとの間に大きな熱応力が発生し、封止樹
脂及びチップにクラックが発生しすくなり、またチップ
表面の酸化膜のクラックやアルミニウム配線の変形が生
じゃすくなる欠点があった。

これに対して、最近、従来より耐熱性が向上してエポキ
シ樹脂組成物が開発されている。例えばＨで表わされる硬化剤とを含有する耐熱性エポキシ樹脂組
成物か開示されている。

しかし、この組成物の硬化物は耐湿性が劣り、また脆い
ために高温での機械的特性が不充分であり、前述した問
題点を充分に解決できるものではなかっｔ二。

（、Ｎ明が解決しようとする課題）以上のように従来のエポキシ樹脂組成物の硬化物は耐熱
性が低く、熱応力が大きく、したがってそれを用いて得
られる樹脂封止型半導体装置の信頼性が低いという問題
点があった。

本発明は以上のような問題点に鑑みてなされたもので、
耐熱性、低応力性のエポキシ樹脂組成物及びそれを用い
た高信頼性の樹脂封止型半導体装置を提供することを目
的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、フェ
ノール性水酸基を有する硬化剤とを必須成分とするエポ
キシ樹脂組成物において、（Ａ）前記エポキシ樹脂が、
次式Ｅ１〜Ｅ。

−０−Ｂ係に水素、ハロゲン、又は炭素原子１以上の炭化水素基
もしくはハロゲン化炭化水素基、ｍは０又は１以上の整
数、ｎは１以上の整数を表わす。）で表わされるエポキ
シ樹脂のうち少なくとも１種を含をし、かつ（Ｂ）前記硬化剤が、次式Ｈ１〜Ｈ５（式Ｅ、〜Ｅ、中、を表わし、Ｑは炭素原子１以上の炭化水素基、各Ｒは無
関係に水素、又は炭素原子１以上の炭化水素基もしくは
ハロゲン化炭化水素基、各Ｘは熱間−Ｑ−Ａ（弐Ｈ。

〜Ｈ６中、を表わし、Ｑは炭素原子１以上の炭化水素基、各Ｒは無
関係に水素、又は炭素原子１以上の炭化水素基もしくは
ハロゲン化炭化水素基、各Ｘは無関係に水素、ハロゲン
、又は炭素原子１以上の炭化水素基もしくはハロゲン化
炭化水素基、ｍは０又は１以上の整数、ｎは１以上の整
数を表わす。ンで表わされる硬化剤のうち少なくとも１
種を含有する（ただし、エポキシ樹脂及び硬化剤の組合
わせがＥ、及びＨｌのうちｍ−０のもののみの組合わせ
、Ｅｌ及びＨ６のみの組合わせ、並びにＥ。

及びＨ６のみの組合わせの場合を除く）ことを特徴とす
るものである。

また、本発明の樹脂封止型半導体装置は、半導体チップ
を前記エポキシ樹脂組成物で封止したことを特徴とする
ものである。

以下、本発明を更に詳細に説明する。

まず、前記式Ｅ１〜Ｅ９、Ｈ，〜Ｈ０中の記号について
補足説明する。

Ｑは炭素原子１個以上の炭化水素基を表わし、具体的に
は（炭素骨格のみ表示すると）、（ｎは１以上の整数）などが挙げられる。

Ｒの具体例としては、−Ｈｌ−ＣＨ。

（ＣＨ２）　　ＣＨ３、（ＣＦ２　）。ＣＦ３（ｎは１
以上の整数）などが挙げられる。

Ｘの具体例としては、−Ｈ，−Ｆ、−ＣΩ、−Ｂｒ、−
（ＣＨ２）　　　ＣＨ３−ＣＦ３（ＣＦ　２　）　ａ　
ＣＦ　ｉ　　（ｎは１以上の整数）などが挙げられる。

前記式Ｅ１〜Ｅ、で表わされるエポキシ樹脂を具体的に
例示すると、例えばＲ，Ｘが水素、Ｑが炭素のものとし
て以下のようなものが挙げられる。

前記式Ｈ１〜Ｈ０１で表わされる硬化剤を具体的に例示
すると、例えばＲＳＸが水素、Ｑか炭素のらのとして以
下のようなものが挙げられる。

け本発明においては、式Ｅ１〜Ｅ、のエポキシ樹脂以外に
も他のエポキシ樹脂を併用することができる。これらの
エポキシ樹脂としては、例えばビスフェノール型エポキ
シ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、テトラキス（グリ
シドキシフェニル）エタンなどのグリシジルエーテル型
エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グ
リシジルアミン型エポキシ樹脂、線状脂肪族エポキシ樹
脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環型エポキシ樹脂、ノ１
０ゲン化エポキシ樹脂など１分子中にエポキシ基を２個
以上有するエポキシ樹脂が挙げられる。これらの他のエ
ポキシ樹脂の添加量は、好ましくは全エポキシ樹脂の７
５重量％以下、より好ましくは５０重量％以下である。

本発明においては、式Ｈ１〜Ｈ６の硬化剤以外にも他の
硬化剤を併用することができる。これらの硬化剤として
は、例えばレゾール型フェノール樹脂、ポリパラヒドロ
キシスチレン、フェノールアラルキル樹脂、ビスフェノ
ールＡ１テトラキス（ヒドロキンフェニル）エタンなど
１分子中に２個以上のフェノール性水酸基を有する硬化
剤を挙げることができる。また、前記以外の硬化剤とし
て、酸無水物硬化剤、アミン系硬化剤など一般にエポキ
シ樹脂の硬化剤として知られているものを併用すること
も可能である。

これらの他の硬化剤の添加量は、好ましくは全硬化剤の
７５蚤量９６以下、より好ましくは５０重量％以下であ
る。

硬化剤とエポキシ樹脂との配合比については、フェノー
ル性水酸基とエポキシ基との当量比が０．５〜１．５の
範囲内にあるように配合することが望ましい。これは、
前記範囲外では反応が充分に起りにくくなり、硬化物の
特性が劣化しやすくなるためである。

本発明のエポキシ樹脂組成物には、エポキシ樹脂と硬化
剤との反応を促進する硬化促進剤を添加配合することが
できる。硬化促進剤としては、一般に知られているもの
を使用できるが、耐熱性、低応力性に優れたエポキシ樹
脂組成物を得るためには、有機ホスフィン、有機ホスフ
ィンオキシト、有機ホスフィンの配位化合物を用いるこ
とか望ましい。

有機ホスフィン化合物は、２−Ｐ痙（式中、Ｒ３−Ｒ３は水素又は炭化水素μで、炭化水素
基の一部は他の原子を含む置換基で置換されていてもよ
い。なお、Ｒ，−Ｒ，が全で水素の場合を除く。）で表される化合物である。具体的には、トリブチルホス
フィン、トリス（メチルフェニル）ホスフィン、トリス
（メトキシフェニル）ホスフィン、トリブチルホスフィ
ン、トリンクロへキシルホスフィン、メチルジフェニル
ホスフィン、ブチルフエニルホスフィン、ジフェニルホ
スフィン、フェニルホスフィンなどが挙げられる。Ｒ１
が有機ホスフィンを含む６機基である有機ホスフィン化
合物としては、例えば１．２−ビス（ジフェニルホスフ
ィノ）エタン、ビス（ジフェニルホスフィノ）メタンな
どが挙げられる。これらのうちでもアリールホスフィン
化合物が好ましく、特にトリフェニルホスフィン、トリ
ス（メチルフェニル）ホスフィン、トリス（メトキシフ
ェニル）ホスフィンなどが好ましい。

有機ホスフィンオキシトは、ル）ホスフィンオキシト、トリベンジルホスフィンオキ
シド、トリオクチルホスフィンオキシト、トリシクロヘ
キシルホスフィンオキシド、ジフエニルエチルホスフィ
ンオキンド、フエニルジメチルホスフィンオキシド、ジ
フェニルホスフィンオキシト、ジヘキシルホスフィンオ
キシド、トリス（クロロフェニル）ホスフィンオキシト
、トリス（ヒドロキシフェニル）ホスフィンオキシト、
トリス（メトキシフェニル）ホスフィンオキシトなどが
挙げられる。これらのうちでもトリフェニルホスフィン
オキシトなとトリアリールホスフィンオキシトが好まし
い。

有機ホスフィンの配位化合物は、（式中、Ｒ１−Ｒ３は水素又は炭化水素基で、炭化水素
基の一部は他の原子を含む置換基で置換されていてもよ
い。なお、Ｒ０〜Ｒ３が全て水素の場合を除く。）で表される化合物である。具体的には、トリフェニルホ
スフィンオキシト、トリス（メチルフェニ（式中、Ｒ，
−Ｒ６は水素、ハロゲン又は炭化水素基で、炭化水素基
の一部は他の原子を含む置換基で置換されていてもよい
。なお、Ｒ３−Ｒ９の少なくとも１つは炭化水素基であ
る。Ｍはホウ素又はアルミニウム原子である。）で表される化合物で、Ｈ機ホスフィンとＭＲ，ＲｌＲ，
、とを反応させることによって容易にＨ＋？られる。

白゛機ホスフィンの配位化合物を構成する有機ホスフィ
ンとしては、トリフェニルホスフィン、トリス（メチル
フェニル）ホスフィン、トリベンジルホスフィン、トリ
オクチルホスフィン、トリシクロヘキンルホスフィン、
ジフェニルエチルホスフィン、フエニルジメチルホスフ
ィン、ジフェニルホスフィン、ジヘキシルホスフィン、
フェニルホスフィン、デシルホスフィン、トリス（クロ
ロフェニル）ホスフィン、トリス（ヒドロキンフェニル
）ホスフィン、トリス（メトキシフェニル）ホスフィン
などが挙げられる。これらのうちでもトリフェニルホス
フィンなどトリアリールホスフィンが好ましい。

有機ホスフィンの配位化合物を構成するＭＲ４Ｒ，Ｒ６
で表される化合物としては水素化ホウ素、水素化アルミ
ニウム、ハロゲン化ホウ素、ハロゲン化アルミニウム、
９機ホウ素及び９機アルミニウムが挙げられる。

ａ機ホウ素化合物としては、トリフェニルホウ素、トリ
ス（エチルフェニル）ホウ素、トリベンジルホウ素、ト
リオクチルホウ素、トリシクロヘキシルホウ素、ジフェ
ニルメチルホウ素、フエニルジブチルホウ素、ジフェニ
ルホウ素、ジオクチルホウ素、フェニルホウ素、ンクロ
へキシルホウ素、トリス（クロロフェニル）ホウ素など
が挙げられる。

何機アルミニウム化合物としては、前記ホウ素化合物に
対応するアルミニウム化合物、例えばトリフェニルアル
ミニウムなどが挙げられる。

これらの１機ホウ素、ａ機アルミニウム化合物のうちで
もトリアリール化合物が好ましい。

本発明においては、以上のＨ機ホスフィン、有機ホスフ
ィンオキシト及び有機ホスフィンの配位化合物のうち少
なくとも１種又は２種以上を組合わせて用いることがで
きる。これらの配合量は組成物全体の０．００１〜１０
重口？６の範囲が好ましい。

本発明のエポキシ樹脂組成物には、必要に応じて史に無
機質充ｊＪ’ｌ削、離ノ（ツ剤、難燃剤、着色剤、充１
！ｌ削の表面処理剤、低応力付与剤その他の添加剤を加
えることができる。

無機質充填剤としては、溶融シリカ、結晶性シ１力、ガ
ラス繊維、タルク、アルミナ、ケイ酸カルシウム、炭酸
カルシウム、硫酸バリウム、マグネシア、窒化ケイ素、
窒化ホウ素など一般に知られているものを用いることが
できる。

また、離型剤としては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
、パラフィン類など、難燃剤としては塩素化パラフィン
、ブロムトルエン、ヘキサブロムヘンゼン、三酸化アン
チモンなど、青色剤としてはカーボンブラックなど、充
填剤の表面処理剤としてンランカップリング剤などを用
いることができる。

以上のような各ト１の添加剤を含むエポキシ樹脂ｔ（Ｉ
代物を成形材料として１周裂する場合、−量的には所定
の組成比に原ｆ４を配合し、例えばミキサーによって充
分混合した後、熱ロールによる溶融混合処理、又はニー
ダ−などによる混合処理を施す。

本発明に係る樹脂封止型半導体装置は、前記エポキシ樹
脂組成物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。封止は最も一般的には低圧
トランスファ成形で行われるが、インジェクション成形
、圧縮成形、注型などによる封止も可能である。エポキ
シ樹脂組成物は封止の際に加熱により硬化し、最終的に
この組成物の硬化物によって封止された樹脂封止型半導
体装置が得られる。硬化に際しては１５０℃以上に加熱
することが特に望ましい。また、１５０〜３００℃で数
時間〜数十時間のポストキュアを行うことによって硬化
物の耐熱性などの特性を向上させることができる。ポス
トキュア？ＲｊＸは好ましくは１７０℃以上、更に好ま
しくは２００℃以上、ポストキュア時間は好ましくは３
〜１６時間である。

（丈、８１些ｉｔシ１］）以ド、本発明の詳細な説明する。

弐Ｅ、−ａで表されるエポキシ樹脂のうちｍ＝０のもの
（エポキシ樹脂Ａ）、式Ｅ、−ａで表されるエポキシ樹脂のうちｍ＝１のもの
くエポキシ樹脂Ｂ）、式Ｅ＋−ａで表されるエポキシ樹脂のうちｍ−２のしの
（エポキシ樹脂Ｃ）、式Ｅ２−ａで表されるエポキシ樹脂のうちｎ−１のもの
（エポキシ樹脂Ｄ）、弐Ｅ２−ａで表されるエポキシ樹脂のうちｎ−２のもの
（エポキシ樹脂Ｅ）、式Ｅ、−ａで表されるエポキシ樹脂のうちｎ−１のもの
（エポキシ樹脂Ｆ）、式Ｅｎ−ａで表されるエポキシ樹脂のうち（１−２のも
の（エポキシ樹脂Ｇ）、式Ｅｑ−ａで表されるエポキシ樹脂のうちｎ−２のもの
（エポキシ樹脂Ｈ）、エポキシ″ＭＷ２００のクレゾールノボラソクエボキシ
樹脂（エポキシ樹脂Ｉ）、式Ｈ，−ａで表される硬化剤のうちｍ−０のもの（硬化
剤Ａ）、弐Ｈ，−ａで表される硬化剤のうちｍ−１のもの（硬化
剤Ｂ）、式Ｈ，−ａで表される硬化剤のうちｍ−２のもの（硬化
剤Ｃ）、式Ｈ２−ａで表される硬化剤のうちｎ−１のらの（硬化
剤Ｄ）、式Ｈ２−ａで表される硬化剤のうちｎ−２のもの（硬化
剤Ｅ）、式Ｈ，−ａで表される硬化剤のうちｎ−１のもの（硬化
剤Ｆ）、式Ｈ，−ａで表される硬化剤のうちｎ−２のもの（硬化
剤Ｇ）、式Ｈ，−ａで表される硬化剤のうちｎ＝−４のもの（フ
ェノールノボラック樹脂、硬化剤Ｈ）、式Ｈ，−ａで表
される硬化剤のうちｎ＝１のもの（（ｉ！ｌ！化剤Ｉ）
、トリフェニルホスフィン（硬化促進剤Ａ）トリフェニル
ホスフィンオキシト（硬化促進剤Ｂ　）トリフェニルホスフィン伊トリフェニルボロン錯体（Ｉ
Ｉ！Ｉ！化促進剤Ｃ）１．８−ジアザ−ビシクロ（５，４，０）ウンデセン−
７（硬化促進剤Ｄ）を第１表に示す組成（重量部）に配合し、他の成分とし
て溶融シリカ粉体（充填剤）７００部、カルナバワック
ス（Ｍ型剤）４部、カーボンブラック（青色剤）３部、
γ−グリシドキシブロピルトリメトシキシシラン（シラ
ンカップリング剤）３部を加え、ミキサーにより混合し
た後、加熱ロールにより混練して、実施例１〜１９及び
比較例１〜３のトランスファ成形用エポキシ樹脂組成物
を調製した。

これらのエポキシ樹脂組成物を用い、トランスファ成１
しにより樹脂特性評価用の試験片を作製した。また、こ
れらのエポキシ樹脂組成物を用い、トランスファ成形に
よりＭＯ５型集積回路を封止し、ｉｉ’ｌ’価用の樹脂
封止型半導体装置を作製した。

なお、成形は高周波予熱器で９０℃に加熱したエポキシ
樹脂を１７０℃で２分間モールドし、更に２００℃で８
時間ポストキュアすることにより行った。また、封止さ
れた半導体チップのサイズは１０ｍｍ　Ｘ　１２ｍｍで
、成形された樹脂パッケージは厚さ２０ｔｉｎのフラッ
トパッケージ形である。

これらの試料を用いて以下に示す評価を行った。

（ａ）樹脂試験片について２００℃で３点試験を行い、
試験片に５順の変位を与えたときに試験片か破壊するか
どうかを調べた。

（ｂ）樹脂試験片について室温における曲げ弾性率を測
定した。

（Ｃ）樹脂パッケージ６２０個について、熱サイクル試
験を行った。熱サイクル試験は一６５℃、２００℃に各
３０分間交互に１００回曝した後、バ・ンケージを切断
し、内部に樹脂クラックか発生しているかどうか調べた
。

（ｄ）樹脂パッケージ６２０個について、ペーパーフェ
ーズ（ＶＰＳ）法により２１５℃でリフローはんだ付け
を行い、パッケージの外観に樹脂クラックか認められる
かどうか調べた。

（ｅ）　（ｄ）のＶＰＳ終了後の樹脂パッケージについ
て、１２１℃、２気圧のプレッシャクッ力法で耐湿試験
を行い、２００時間後の半導体チ・ノブのコロ−ジョン
不良の発生を調べた。

以上の評価結果をまとめて第１表に併記する。

［発明の効！４！］」−記の＋、９　Ｗから明らかなように、本発明のエポ
キン樹脂組成物は耐熱性が優れており、これを用いて圭
導体チップを封止して得られる樹脂封止型子導体装置の
信頼性は高く、したがってその工業的価値は大である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）エポキシ樹脂と、フェノール性水酸基を有する硬
化剤とを必須成分とするエポキシ樹脂組成物において、（Ａ）前記エポキシ樹脂が、次式Ｅ＿１〜Ｅ＿５▲数式
、化学式、表等があります▼（Ｅ＿１） ▲数式、化学式、表等があります▼（Ｅ＿２） ▲数式、化学式、表等があります▼（Ｅ＿３） ▲数式、化学式、表等があります▼（Ｅ＿４） ▲数式、化学式、表等があります▼（Ｅ＿５）（式Ｅ＿１〜Ｅ＿５中、Ｂは▲数式、化学式、表等があります▼ Ｂは▲数式、化学式、表等があります▼　を表わし、Ｑは炭素原子１以上の炭化水素基、各Ｒは無
関係に水素、又は炭素原子１以上の炭化水素基もしくは
ハロゲン化炭化水素基、各Ｘは無関係に水素、ハロゲン
、又は炭素原子１以上の炭化水素基もしくはハロゲン化
炭化水素基、ｍは０又は１以上の整数、ｎは１以上の整
数を表わす。）で表わされるエポキシ樹脂のうち少なく
とも１種を含有し、かつ前記硬化剤が、次式Ｈ＿１〜Ｈ＿６ ▲数式、化学式、表等があります▼（Ｈ＿１） ▲数式、化学式、表等があります▼（Ｈ＿２） ▲数式、化学式、表等があります▼（Ｈ＿３） ▲数式、化学式、表等があります▼（Ｈ＿４） ▲数式、化学式、表等があります▼（Ｈ＿５） ▲数式、化学式、表等があります▼（Ｈ＿６）（式Ｈ＿１〜Ｈ＿６中、Ａは▲数式、化学式、表等があります▼ Ａは▲数式、化学式、表等があります▼ を表わし、Ｑは炭素原子１以上の炭化水素基、各Ｒは無
関係に水素、又は炭素原子１以上の炭化水素基もしくは
ハロゲン化炭化水素基、各Ｘは無関係に水素、ハロゲン
、又は炭素原子１以上の炭化水素基もしくはハロゲン化
炭化水素基、ｍは０又は１以上の整数、ｎは１以上の整
数を表わす。）で表わされる硬化剤のうち少なくとも１
種を含有する（ただし、エポキシ樹脂及び硬化剤の組合
わせかＥ＿１及びＨ＿１のうちｍ＝０のもののみの組合
わせ、Ｅ＿１及びＨ＿５のみの組合わせ、並びにＥ＿４
及びＨ＿５のみの組合わせの場合を除く）ことを特徴と
するエポキシ樹脂組成物。
（２）半導体チップを請求項（１）記載のエポキシ樹脂
組成物で封止したことを特徴とする樹脂封止型半導体装
置。