JPH03134016A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、接着性、耐湿性に優れた半導体装置を与える
半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び該組成物で封止さ
れた半導体装置に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕最近の
半導体装置は従来のセラミック、キャン封止型のものと
比較した場合、大量生産性に傷れ、しかも低価格な製品
が得られる樹脂封止方式のものが多くなりつつある。

この封止樹脂としては、電気特性、機械物性等に優れる
エポキシ樹脂の使用が増大している。

しかしながら、エポキシ樹脂に代表される樹脂で封止を
行なった半導体装置は、セラミック、キャン封止型のも
のと比較して吸湿性を有し、また樹脂とフレームとの界
面を通しての水の進入も多いという問題を有する。

また、封止樹脂中には加水分解性のＣＱをはじめとする
イオン性不純物が残存しており、これらは水との相互作
用により半導体装置のリーク電流を増大させたり、アル
ミニウム電極の腐食等を引き起こし、信頼性低下の大き
な原因となっている。

そこで、エポキシ樹脂で封止した半導体装置の上述した
耐湿性の不足に起因する不良を防止する目的で種々改良
が試みられている。例えば封止材料中のイオン性不純物
を除去したり、イオン性物質をトラップするような添加
剤を添加すること等が提案されているが、これらによっ
てもイオン性物質を完全かつ確実に除去あるいはトラッ
プすることは実質的に不可能であり、所期の目的を達成
することができないという不利がある。また封止材料の
耐湿性を改良するためにはシランカップリング剤を配合
することも知られており、半導体装置封止用エポキシ樹
脂組成物用のシランカップリング剤としては、エポキシ
系シラン、メルカプト系シラン、アミン系シランあるい
は不飽和炭化水素系シラン等が用いられている。

この場合、メルカプト系シランとしては例えば３−メル
カプトプロピルトリメトキシシランが用いられているが
、このものは悪臭が強くて実用上問題があり、また、ア
ミン系シランとしては例えばＮ−（２−アミノエチル）
−３−アミノプロピルメチルジメトキシシランが使用さ
れているが、これを含む組成物は保存安定性が極めて悪
いという不利がある。更に、不飽和炭化水素系シランと
しては例えばビニルトリエトキシシラン、３−メタアク
リロキシプロピルトリメトキシシランが用いられている
が、これらはフェノール硬化性エポキシ樹脂と反応する
官能基を有しないため、カップリング剤としての機能を
十分に発揮させることは困難である。

これに対し、エポキシ系シランは、例えば３−グリシド
キシブロピルトリメトキシシラン、２−（３，４−エポ
キシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシランが使用
されているが、上述した問題点はないものの、接着性、
耐湿性において十分ではないという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、接着性、耐
湿性、特に吸湿半田後の耐湿性に優れた半導体封止用エ
ポキシ樹脂組成物及び該組成物の硬化物で封止された半
導体装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段及び作用〕本発明者は、上
記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、エポキシ
樹脂、置換又は非置換のノボラッグ型フェノール樹脂及
び無［ｊ充填剤を主成分とするエポキシ樹脂組成物にお
いて、カップリング剤として下記一般式（１） （但し、Ｙはメトキシ基、エトキシ基、プロペノキシ基
、メチル基、及びエチル基から選ばれる同種又は異種の
基であるが、少なくとも１つはエトキシ基、エトキシ基
又はプロペノキシ基である。

また、ｕ、ｍはそれぞれ１〜３の整数、Ｑ＋ｍ＝４、ｎ
は２〜１０の整数である。） で示されるシランとγ−グリシドキシプロピルトリメト
キシシランとを重量比として１：０〜１：５、好ましく
はＬ：０．１〜１；２の割合で配合すると共に、これに
水及び１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセ
ン−７を添加した場合。

このエポキシ樹脂組成物はＤＩＰ型、ＱＦＰ型、ＳＯＪ
型、ｓｏｐ型、ＰＬＣＣ型ノイずれの型の半導体装置の
封止にも有効で、封止された半導体装置は接着性、耐湿
性、特に吸湿後の半田工程の耐湿性に著しく優れている
ことを見い出した。

即ち、上記一般式（１）で示されるシラン及びγ−グリ
シドキシプロビルトリメトキシシランはシランカップリ
ング剤として各々公知であり、特に上記一般式（１）で
示されるシランはアルキレン鎖中にエーテル性の酸素を
含まないため、撥水性に優れると共に、イオン性不純物
が少なく、例えばサンプル量Ｌｏｇ／Ｈ２０３０成の２
時間浸とうで抽出される液の電気伝導度は２μｓ　／　
ａｎ、ｐＨは５．９であり、γ−グリシドキシプロビル
トリメトキシシランの１５μｓ／■、３．５に比べて著
しく優れており、このためエポキシ樹脂組成物に使用し
た場合、耐湿性に優れる組成物が得られるものであるが
、その反面、フレーム、シリコンチップに対して接着力
が十分でないという欠点がある。これに対し、上記一般
式（１）で示されるシランにγ−グリシドキシプロピル
トリメトキシシラン、更にその作用を促進するため水及
び１．８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−
７（以下、ＤＢＵと略称する）を併用すると、これらの
相乗作用で接着力が極めて向上すると共に、優れた耐湿
性が維持されることを見い出し、本発明をなすに至った
ものである。

従って、本発明はエポキシ樹脂、置換又は非置換のノボ
ラック型フェノール樹脂及び無機質充填剤を主成分とす
るエポキシ樹脂に、カップリング剤として上記一般式（
１）で示されるシラン及びγ−グリシドキシプロピルト
リメトキシシランとを上述した割合で配合すると共に、
水及びＤＢＵを特定量配合したことを特徴とする半導体
封止用エポキシ樹脂組成物及び該組成物の硬化物により
封止された半導体装置を提供する。

以下、本発明につき更に詳述する。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は。

エポキシ樹脂、置換又は非置換のノボラック型フェノー
ル樹脂、無機質充填剤を含有するものである。

ここで、エポキシ樹脂としては、後述するノボラック型
フェノール樹脂によって硬化させることが可能な限り、
分子構造、分子量等に特に制限はなく、従来から知られ
ている種々のものを使用することができる０例えば、エ
ピクロルヒドリンとビスフェノールを初めとする各種ノ
ボラック樹脂から合成されるエポキシ樹脂、脂環式エポ
キシ樹脂、これらに塩素や臭素等のハロゲン原子を導入
したエポキシ樹脂などを挙げることができるが。

エポキシ化クレゾールノボラック、エポキシ化フェノー
ルノボラックが好適に用いられ、例えば下記一般式 （但し１式中Ｒは水素原子又は炭素数１〜１０のアルキ
ル基を示し、Ｘは１，２又は３、ｙはＯ〜１０の整数で
ある。） で示されるものを使用することができる。

次に、置換又は非置換のノボラック型フェノール樹脂は
、上記エポキシ樹脂の硬化剤として用いられるものであ
り、具体的には下記の化合物が例示される。

（但し、式中Ｐは２〜１５の正数を示し、また、ｑ、ｒ
はｑ十ｒ＝２〜１５になるような正数である。） 上記ノボラック型フェノール樹脂はその１種を単独で又
は２種以上を混合して使用することができる。

また、無機質充填剤としては、半導体封止用エポキシ樹
脂に通常用いられているものを使用できるが、中でも石
英粉末が代表的である。この石英粉末としては結晶系シ
リカ、溶融シリカ等が使用でき、その形状は破砕品、球
状品、１４以下の微粉等のいずれでもよいが、半導体素
子に与える蜀所応力を防止するために７５Ｂｍ以上の粗
粒を石英粉末全体の０．３重量％以下にしたものが好ま
しい。また、組成物の流動性を向上させるため、平均粒
径０，４〜２１ｍの球状シリカを全石英粉末１００重量
部中５〜２０重量部用いることが望ましい。

なお１本発明に係る組成物の用途、目的等に応じてはシ
リカ系以外の充填剤も使用することができ、例えば、タ
ルク、マイカ、クレー、カオリン、炭酸カルシウム、ア
ルミナ、亜鉛華、バライタ、ガラスバルーン、ガラス繊
維、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、アスベス
ト、酸化チタン、酸化鉄、窒化けい素等を用いることが
できる。

これらの無機質充填剤は上述したものを単独で又は２種
以上併用して上述したエポキシ樹脂及び置換又は非置換
のノボラック型フェノール樹脂の合計量１００重量部に
対し２５０〜６００重量部、特に３５０〜５５０重量部
の範囲で使用することが好ましい。この範囲より使用量
が多すぎると、分散が困難となるばかりか、加工性、低
応力、耐クラツク性の物性において不利になり、−労使
用量が少なすぎると膨張係数が大きくなる場合が生じる
。

また、本発明のエポキシ樹脂組成物の必須成分として使
用するカップリング剤は、下記一般式（１）（但し、Ｙ
はメトキシ基、エトキシ基、プロペノキシ基、メチル基
、及びエチル基から選ばれる同種又は異種の基であるが
、少なくとも１つはメトキシ基、エトキシ基又はプロペ
ノキシ基である。

また、２．ｍはそれぞれ１〜３の整数、Ｑ　十ｍ＝４、
ｎは２〜］０の整数である。） で示されるシランとγ−グリシドキシプロピルトリメト
キシシランとを１：Ｏ〜１：５、より好ましく、は１：
０．１〜１：２．更に好ましくは１：０．２〜１：１の
重量割合で併用し、更に、水及びＤＢＵを添加したもの
である。

上記一般式（１）で示されるシランとしては、具体的に
次のものが例示される。

／＼ （ＣＨｆｆＯ）ａ（Ｃ２Ｈ，０）ｂｓｉｃＨ２ＣＨ２Ｃ
Ｈ２ＣＨ２ＣＨＣＨ２（但し、ａ、ｂはそれぞれＯ〜３
の整数、ａ　＋　ｂ＝３である）、市販品としてはプロ
シル（Ｐｒｏｓｉｌ）２２１０　（ＳＣＭ社′１１）が
ある。

／＼ （ＣＨ，○）３Ｓ　ｉＣＨ＊ＣＩ（アＣＨｔＣＨ，ＣＩ
−（おＣＨおＣＨＣＨお○ ／＼ （ＣＨ，Ｏ）、５ｉＣＨ，ＣＨ，ＣＨ，ＣＨ，ＣＨオＣ
ＨＣＨ。

／＼ （Ｃ，Ｈ，○）３ＳｉＣＨ，ＣＨＩＣＨＣＨ。

ＣＨ，ＣＨ３ なお、上記一般式（１）で示されるシランとγ−グリシ
ドキシプロピルトリメトキシシランとの配合比は上述し
たように重量比でに〇〜１：５、好ましくは１：０．１
〜１：２、更に好ましくは１：０．２〜１：１とするも
ので、これにより接着性と耐湿性に優れたエポキシ樹脂
を与えることができる。

また、本発明においては、シランカップリング剤の作用
を促進するため、水及びＤＢＵを添加するが、この場合
、上記一般式（１）で示されるシランとγ−グリシドキ
シプロピルトリメトキシシランとの合計量１００重量部
に対し、水は１０重量部以下、好ましくは３〜８重量部
、ＤＢＵは２重量部以下、好ましくは０゜５〜１重量部
の添加量とするものである。

本発明に係る上述したシランカップリンク剤及び水、Ｄ
ＢＵは、その合計量が上述したエポキシ樹脂、置換又は
非置換のフェノールノボラック樹脂及び無機質充填剤の
合計量１００重量部に対して０．０５〜１０重量部、特
に０．５〜３重景重電なるように配合することが好まし
い。配合量が０．０５重量部未満では耐湿性の向上効果
があまりみられず、一方１ｏ重量部を超えると硬化物の
ガラス転移点が低くなり、また硬化物表面への滲出が見
られるようになる場合がある。

本発明に係るカップリング剤（上記シランヵノプリング
剤、水、ＤＢＵ）の添加方法は特に制限されず、例えば
インテグラルブレンド、無機質充填剤の表面に付着させ
る方法などを採用することができる。

なお、本発明においては、上述したエポキシ樹脂と置換
又は非置換のフェノールノボラック樹脂との反応を促進
させる目的で各種硬化促進剤１例えばイミダゾールある
いはその誘導体、三級アミン系誘導体、ホスフィン系誘
導体、シクロアミジン誘導体等を併用することは何ら差
支えないが、ＤＢＵとトリフェニルホスフィンとを重量
比で０：１〜１：１の割合で含む硬化触媒を用いること
が好ましい。

また、本発明の組成物には、可撓性を付与するためオル
ガノポリシロキサン化合物を添加することが望ましい。

かかるオルガノポリシロキサン化合物としては、エポキ
シ基、アミノ基、水＠基等を有するシリコーンオイル、
シリコーンゴム、硬化型シリコーンゴム等が挙げられる
が、特にアルケニル基含有ノボラック樹脂と下記一般式
％式％ （但し、式中Ｒ′は１価の有機基を表す。また、Ｃは０
．００１≦Ｃ≦１．ｄは１≦ｄ≦３．１、Ｏ（１≦ｃ＋
ｄ≦３である。）で示されるオルガノポリシロキサンと
の付加反応により得られるブロック共重合゛体が好まし
い。なお、上記アルケニル基含有ノボラック樹脂とオル
ガノポリシロキサンとのブロック共重合体としては特開
昭６３−２２’６９５１号公報に記載されているものを
採用することができる。この場合、ブロック共重合体の
配合量は、上記エポキシ樹脂と置換又は非置換のフェノ
ールノボラック樹脂との合計量１００重量部当たり２〜
１００重量部の範囲とすることが好ましい。ブロック共
重合体の使用量が２重量部より少ない場合には耐クラツ
ク性向上効果が十分達成され得ない場合があり、また、
１００重量部を超える場合には、機械的な強度が低下す
る場合がある。

上記エポキシ樹脂、置換又は非置換のフェノールノボラ
ック樹脂及びブロック共重合体に含まれるエポキシ基の
ｉ（ｅモル）とフェノール性水酸基のｉ（ｆモル）の比
はｅ／ｆ＝０．５〜１．５の範囲にあることが望ましく
、ｅ　／　ｆが上記範囲外にあると、硬化性、低応力性
等の物性において不利になる場合がある。

本発明の組成物には、更に必要により各種の添加剤を添
加することができる。例えばワックス類。

ステアリン酸などの脂肪酸及びその金属塩等の離型剤、
カーボンブラック等の顔料、難燃化剤、その他の添加剤
の１種又は２種以上を配合することができる。

本発明のエポキシ樹脂組成物は、そのｖＪ、造に際し上
述した成分の所定量を均一に撹拌、混合し。

予め７０〜９５℃に加熱しであるニーダ−、ロール、エ
クストルーダーなどにより混練、冷却し。

粉砕するなどの方法で得ることができる。ここで。

成分の配合順序に特に制限はない。

かくして得られる本発明の組成物はＤＩＰ型、フラット
パック型、Ｐ　Ｌ　ＣＣ型、ＳＯ型等の半導体装置の封
止用に有効に使用でき、この場合、成形は従来より採用
されている成形法、例えばトランスファ成形、インジェ
クション成形、注型法などを採用して行なうことができ
る。なお、エポキシ樹脂組成物の成形温度は１５０〜１
８０℃、ポストキュアーは１５０〜１８０℃で２〜１６
時間行なうことが好ましい。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明のエポキシ樹脂組成物は、
上述したカップリング剤を配合したことにより、フレー
ム、シリコンチップに対する接着性に優れ、耐湿性、特
に吸湿半田後の耐湿性が良好で、このため本発明のエポ
キシ樹脂組成物の硬化物で封止された半導体装置は信頼
性に優れたものである。

以下、実施例及び比較例を示し１本発明を具体的に説明
するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない
。

なお、以下の例において部はいずれも重量部である。

〔実施例１〜１１、比較例１〜４〕 第１表に示す成分を熱二本ロールにて均一に溶融混合し
、冷却、粉砕してエポキシ樹脂組成物を得た。

これらの組成物につき、次の（イ）〜（ト）の諸試験を
行なった。結果を第１表に併記する。

（イ）スバ　ラルフロー ＥＭＭＩ規格に準じた金型を使用して、１８０℃、７０
ｋｇ／ａｎ？の条件で測定した。

（ロ）　　　　的　　　　　　げ　　　　　び　　げＪ
ＩＳ−に６９１１に準じて１８０℃、７０ｋｇ／ｄ、成
形時間２分の条件で１０１０Ｘ４ＸＬＯＯの抗折枠を成
形し、１８０°Ｃで４時間ポストキュアーしたものにつ
いて測定した。

（ハ）？、ガラス転移゛ ４ａｎφ×１５１ｍ１１の試験片を用いて、デイラドメ
ーターにより毎分５℃の速さで昇温した時の値を測定し
た。

（二〇ＬＬ竹ｆつ− 図面に示すパッケージを成形条件１７５℃×２分で成形
し、１８０℃で４時間ポストキュアーした後、フレーム
（材質＝４２アロイ、厚さ：０．２５＋ｎ＋ａ）の引き
抜き力を測定した。

なお、図面において、１はフレー１１．２は封止樹脂で
ある。また、寸法は薗である。

（ホ）１１血」±と ９、ＯＸ４，５Ｘ０．５ｎｎ＋の大きさのシリコンチッ
プを２０ＰＩＮのＰＬＣＣフレームに接着し、これにエ
ポキシ樹脂組成物を成形条件１８０℃×２分で成形し、
１８０℃で４時間ポストキュアーした。

これを８５°Ｃ／８５％ＲＨの雰囲気中に７２時間放置
した後、温度２６０℃の半田浴に浸漬し、次いで１３０
℃／８５％ＲＨの雰囲気中に放置し、１００時間後のＡ
Ｑ腐食発生率を測定した。なお、ＡＱのパターン巾は５
μである。

（へ）韮ｊ１１バｌ− ８，０ＸＩＯ，ＯＸｏ、５ｍｍの大きさのシリコンチッ
プを１０Ｘ１４Ｘ２，３ｏｎの大きさのフラットパッケ
ージに接着し、これにエポキシ樹脂組成物を成形条件１
８０℃×２分で成形し、１８゜℃で４時間ポストキュア
ーした。

これを８５℃／８５％ＲＨの雰囲気中に４８時間放置し
た後、温度２６０℃の半田浴に浸漬し、次いで１２１℃
／１００％ＲＨの雰囲気中に放置し、１００時間後のＡ
ｆｌ腐食発生率を測定した。

なお、ＡＱのパターン［１］は５ｐである。

（ト）接１ｊ二ｍ−ル ９、ＯＸ４．５ｘ０．５ｍｍの大きさのシリコンチップ
を１４ＰＩＮ−ＩＣフレーム（４２７０イ）に接着し、
これにエポキシ樹脂組成物を成形条件１８０℃×２分で
成形し、１８０℃で４時間ポストキュアーした後、１２
１℃／１００％ＲＨの雰囲気中に２４時間放置し１次い
で２１５℃／３０秒半田浸漬を行なった。

これについて、超音波探傷装置（日立ＡＴ５０００）で
チップと封止材界面の接着性を調べ、下記の基準で評価
した。

Ｏ：極めて良好 △：良　好 Ｘ：不　良 （１）エポキシ樹脂（１） ＥＯＣＮ１０２０−７０　（日本化架装）エポキシ当Ｎ
　１９６（２）エポキシ樹脂（Ｕ） ＥＰＰＮ５０１Ｈ（日本化架装）　　エポキシ当量　１
６２（３）Ｂｒ化エポキシ樹脂 ＢＲＥＮ−８（日本化架装）　　　エポキシ当量　２８
０（４）フェノールノボラック樹脂 ＫＨ３４８８（大日本インキ社製）　フェノール当量　
１１０（５）ブロック共重合体 平均粒径１２声２粒径７５．以上の含有量０．１重量％
のシリカ。

（７）石英粉末（ＩＩ） 平均粒径０．　ＥＢｎ＋、比表面積６　ｎ（／　ｇのシ
リカ。

（８）カップリング剤（１） プロシル（Ｐｒｏｓｉｌ）　２２１０　（Ｓ　ＣＭ社製
）（９）カシプリング剤（■） （１０）カップリング剤（ＩＩＩ） 〔エポキシ当量３０５．オルガノポリシロキサン分３４
重量％〕 （但し、式中の添数字は平均値を示す、）（６）石英粉
末（１） （１１）γ−グリシドキシプロビルトリメトキシシラン
　　ＫＢＭ４０３Ｅ　（信越化学社製）

【図面の簡単な説明】

図面は接着性（１）試験で使用したパッケージを示す斜
視図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、エポキシ樹脂、置換又は非置換のノボラック型フェ
   ノール樹脂及び無機質充填剤を主成分とするエポキシ樹
   脂組成物において、下記一般式（１） ▲数式、化学式、表等があります▼…（１） （但し、Ｙはメトキシ基、エトキシ基、プロペノキシ基
   、メチル基、及びエチル基から選ばれる同種又は異種の
   基であるが、少なくとも１つはメトキシ基、エトキシ基
   又はプロペノキシ基である。 また、ｌ、ｍはそれぞれ１〜３の整数、ｌ＋ｍ＝４、ｎ
   は２〜１０（１）整数である。） で示されるシランとγ−グリシドキシプロピルトリメト
   キシシランとを重量比として１：０〜１：５の割合で配
   合すると共に、水を上記両シランの合計量１００重量部
   に対し１０重量部以下の割合で配合し、１、８−ジアザ
   ビシクロ（５、４、０）ウンデセン−７を上記両シラン
   の合計量１００重量部に対し２重量部以下の割合で配合
   してなることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組
   成物。 ２、請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の
   硬化物で封止された半導体装置。