JPH03277620A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物 - 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〕 この発明は、樹脂封止型半導体装置を実装する時の半田
付は工程において封止樹脂にクランクが発生するのが防
止され、さらに、耐湿性および耐熱性に優れた半導体封
止用エポキシ樹脂組成物に関する。

〔従来の技術〕

従来より半導体等の電子部品を熱硬化性樹脂を用いて封
止する方法がよく行われてきた。熱硬性樹脂としては、
エポキシ樹脂組成物が最も一的に用いられている。

このエポキシ樹脂組成物は、たとえば、クレールツボラ
ンク型エポキシ樹脂、ビスフェノ−Ａ型エポキシ樹脂、
脂肪族環状エポキシ樹脂なのエポキシ樹脂；フェノール
ノボランクなどの化剤；三級アミンやイミダゾールなど
の硬化促ｊ剤；シリカやアルミナなどの無機微粉末から
な無機質充填材；シランカップリング剤などのカプリン
グ剤；カルナウバワックスやステアリン２などの離型剤
；カーボンブラックなどの着色剤２どから構成されてい
る。

最近では、電子部品の小型化、薄型化のため、半導体の
実装方式が従来のビン挿入方式（Ｄ　Ｉ　］：デュアル
・インライン・パッケージ等）から１面実装方式（ＳＯ
Ｐニスモール・アウトラインパンケージ、ＱＦＰ：クオ
ツド・フラット・バーケージ等）へと移行しつつある。

これらの表面フ装方式の場合、半導体バフケージは、実
装の際Ｃ１半田浴に浸漬されるなど高温（たとえば２１
０〜２７０℃）で処理され、その際パッケージ全体に高
温の熱が加わる。この工程で従来の封止用樹脂で封止し
たパッケージは、樹脂部分にクランクが発生したり、大
幅に耐湿性が低下したりするなどの問題を生じ、製品と
して使用できない。

半田付は工程におけるクランクの発生は、後硬化してか
ら実装工程の間までに吸湿された水分が半田付は加熱時
に爆発的に水蒸気化し、膨張することに起因するといわ
れている。その対策として、後硬化したパンケージを完
全に乾燥し、密封した容器に収納して出荷する方法が用
いられているまた、封止用樹脂の改良も種々検討されて
いる。たとえば、特開昭６４−８７６１６号公報、特開
平１−１０８２５６号公報などには、エポキシ樹脂とし
てビフェニル型エポキシ樹脂を用い、硬化剤として一般
の硬化剤を用いた封止樹脂が提案されている。また、特
開昭６２−１８４０２０号公報、特開昭６２−１０４８
３０号公報などには、硬化剤としてシンクロペンタジエ
ン・フェノール重合体を用い、一般のエポキシ樹脂を用
いた封止樹脂が提案されている。しかし、これらの公報
で提案されている封止樹脂では未だ充分な効果が得られ
ておらず、改良の余地があった。

Ｃ発明が解決しようとする課題〕 前述の、乾燥パッケージを容器に封入する方法は、製造
工程および製品の取扱作業が煩雑になるという欠点があ
る。従って、表面実装化技術の進展に対応した封止用樹
脂の開発が望まれているのが現状である。

この発明は、上述の半田付は工程など高温にさらされた
ときにクラックが発生しにくく、さらに耐湿信頼性に優
れ、表面実装ができる樹脂封止半導体装置を可能にする
ような半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供すること
を課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、この発明にががる半導体封
止用エポキシ樹脂組成物は、下記一般式■で表されるビ
フェニル型エポキシ樹脂（以下、「エポキシ樹脂（２）
」と言う）および下記一般式■で表されるシンクロペン
タジエン・フェノール重合体（以下、「硬化剤（６）」
と言う）を必須成分とする半導体封止用エポキシ樹脂組
成物であって、硬化促進剤として、下記の構造式〇で表
される１６−ジアザ−ビシクロ−ノネン−５　（以下、
［ＤＢＮＪと言う）を必須成分とすることを特徴とする
特 この発明にかかる半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、
上記エポキシ樹脂（４）および硬化剤（６）を必須成分
として含有するので、吸湿率を低減することができ、実
装時の温度で高強度を維持することができ、さらに、半
導体装置（たとえば、半導体チップなど）およびリード
フレームとの密着強度を向上できる。このため、実装時
の半田付は工程などにおける耐クラツク性を大幅に向上
させることが可能になった。

この発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の必須成分
の１つである上記エポキシ樹脂（２）は、剛直なビフェ
ニル骨格を持つため、低弾性率であって、熱時強度に優
れている。さらに、フェニル骨格に疎水性のメチル基を
有するために、吸湿性が小さくなるという特徴を持つ。

上記一般式（構造式）■中の繰り返し単位数ｍが０〜１
．０の範囲でで有効な耐熱性を示す。望ましくはｍは０
が良い。ｍが大きくなると、耐熱性の指標であるＴｇ（
ガラス転移温度）が低下し、高温時強度も低下する。

もう一方の必須成分である上記硬化剤（６）は、上記一
般式■で表される、ジシクロペンタジェンとフェノール
の重合体である。このような硬化剤を必須成分とするこ
とにより、硬化物の吸湿性が極めて小さくなり、その上
一般のフェノールノボラック硬化剤と同等の耐熱性を持
つ。一般弐〇中の繰り返し単位数ｌは、０以上の整数で
あればよく、有効な耐熱性および／または吸湿性を示す
と言う点からは、０〜１５の範囲が好ましく、０〜５゜
０がさらに好ましい。また、一般式■中のＲは、Ｈまた
は１価の炭化水素基（ｃ、　Ｈ２，，１）であり、同炭
化水素基の炭素数は特に限定されない。

さらに、この発明では、硬化促進剤として、ＤＢＮを必
須成分として用いる。ＤＢＮはサンアプロ社などからの
市販品を利用できる。硬化促進剤としては、ＤＢＮのみ
を用いるようにしてもよいが、他の硬化促進剤をＤＢＮ
と併用することがある。すなわち、ＤＢＮと他の硬化促
進剤の合計１００重量部に対して、ＤＢＳが３０〜１０
０Ｍ量部となるようにして用いるのが好ましい。この範
囲を下回ると、耐湿信頼性が悪化したり、吸湿後の耐半
田クランク性が悪化したりするおそれがある。ＤＢＮと
併用されうる硬化促進剤としては、特に限定されないが
、たとえば、１，８−ジアザ−ビシクロ（５，４，０）
ウンデセン−７、トリエチレンジアミン、ベンジルジメ
チルアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエ
タノールトリス（ジメチルアミノメチル）フェノール等
の三級アミン類；２−メチルイミダゾール、２−エチル
−４−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール
、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、２−ヘプタ
デシルイミダゾール等のイミダゾール類；トリブチルホ
スフィン、メチルジフェニルホスフィン、トリフェニル
ホスフィン、ジフェニルホスフィン、フェニルホスフィ
ン等の有機ホスフィン類（リン系硬化促進剤）；テトラ
フェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、トリフ
ェニルホスフィンテトラフェニルボレート、２−エチル
−４−メチルイミダゾールテトラフェニルボレート、Ｎ
−メチルモルホリンテトラフェニルボレート等のテトラ
フェニルボロン塩等がある。

以上のエポキシ樹脂（２）、硬化剤（６）、および、硬
化促進剤としてＤＢＮを必須成分として含んだエポキシ
樹脂組成物を封止材用の樹脂として用い、無機充填材、
カップリング剤、離型剤、着色剤などを加えた封止材料
に限り、実装時の半田付は工程などにおける耐クランク
性および耐湿信頼性を大幅に向上することができる。

また、エポキシ樹脂（４）および硬化剤（８）のいずれ
かを必須成分として欠いた場合、半田付は時の耐クラン
ク性は大幅な向上を期待できない。

この発明において、エポキシ樹脂（２）を必須成分とし
て含んでいれば、エポキシ樹脂（４）以外のエポキシ樹
脂を併用しても良い。たとえば、一般に使用されている
フェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾー
ルノボラック型エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂を、こ
の発明の効果を阻害しない範囲で適宜何種類でもエポキ
シ樹脂（２）と併用することができる。エポキシ樹脂（
４）とその他のエポキシ樹脂とは、これら両者の合計１
００Ｍ量部に対してエポキシ樹脂（４）が３０〜１００
重量部の割合となるようにするのが好ましい。この範囲
を下回ると、吸湿後の耐半田クラック性が大幅に悪くな
るおそれがある。

また、硬化剤についても、硬化剤（６）を必須成分とし
て含んでいれば、（２）以外の硬化剤を併用しても良い
。このような（６）以外の硬化剤としては、たとえば、
一般に使用されているフェノールノボラック、タレゾー
ルノボラック等がある。硬化剤（６）とその他の硬化剤
とは、これら両者の合計１００重量部に対して硬化剤（
６）が３０〜１００重量部の割合となるようにするのが
好ましい。この範囲を下回ると、吸湿後の耐半田クラ・
７り性が大幅に悪くなるおそれがある。

なお、これらのエポキシ樹脂（５）と硬化剤（ト））と
の当量比は、特に限定はないが、（８）の水酸基数／（
Ａ）のエポキシ基数＝０．７〜１．３が望ましく、さら
に、０．９〜１．１が望ましい。また、他のエポキシ樹
脂や硬化剤を併用する時は、硬化剤の全水酸基数／エポ
キシ樹脂の全エポキシ基数＝０．７〜１．３が望ましく
、０．９〜１．１がさらに望ましい。硬化促進剤の量は
、エポキシ樹脂全体に対して０．１〜５重量％が好まし
く、０．１重量％未満であれば硬化速度が遅く、実用上
成形サイクルがのびる等の問題が生じ、５重量％を越え
ると耐湿信頼性が劣り、アルミ断線によるオープン不良
率が高くなり、実用上使用するのに問題が生じる。

〔作　　　用〕

この発明によれば耐リフロー性（半田付は時の耐クラン
ク性）の良好な耐湿性・耐熱性の優れた半導体封止用エ
ポキシ樹脂組成物が得られる理由は、エポキシ樹脂（４
）と硬化剤（２）の各々の構造による。

エポキシ樹脂（２）は、疎水性のメチル基を有する剛直
なビフェニル骨格により、低吸湿、高耐熱さらに低弾性
率の特徴を発揮する。

また、硬化剤（６）は、その構造中にジシクロペンタジ
ェン骨格を有するため、極めて低吸湿で、さらにリード
フレームや半導体装置（または半導体チップなど）等と
の密着性を高めるものと推察される。

エポキシ樹脂（２）、硬化剤（６）およびＤＢＮを必須
成分として用いたこの発明の半導体封止用エポキシ樹脂
組成物で封止したパッケージは、半田付は時に発生する
パッケージクラック等の原因の１つである水分の侵入を
少なくし、さらに低弾性率かつ高密着性であるため、リ
ードフレームや半導体装置と封止樹脂の界面剥離をおさ
え、また、高温時の強度が高いため、実装時の水蒸気圧
に耐えるものと推察される。

〔実　施　例〕 以下に、この発明の具体的な実施例および比較例を示す
が、この発明は下記実施例に限定されない。

一実施例１− エポキシ樹脂（４）として次の構造式；で示され、エポ
キシ当量１９０、融点１０５℃のエポキシ樹脂ｒＹＸ４
０００ＨＪ　　（油化シェルエポキシ株式会社の商品名
）を用いた。硬化剤（１３）として次の構造式； で示され、平均分子量５５０、ＯＨ当量１７７、融点１
１０℃のフェノール系硬化剤ｒＤＣ１００ＬＬＪ　　（
山陽国策バルブ株式会社の商品名）を用いた。

エポキシ樹脂（２）８５重量部、硬化剤（至））７５重
量部、Ｄ　Ｂ　Ｎ　１．５　ｌ置部、モンタン酸離型剤
２．５重量部、カーボンブラック２．５重量部、γ−グ
リシドキシプロピルトリメトキシシランおよびＴ−アミ
ノプロピルトリエトキシシランを各２．５重量部、熔融
シリカ微粉末８３０重量部を配合し、加熱ロールを使用
して混練温度７０〜１２０℃で約８分の条件で混練した
。その後、約５ｗφに粉砕し、エポキシ樹脂組成物（エ
ポキシ樹脂成形材料）を作製した。

一実施例２〜６および比較例１〜４− 第１表に示した原材料を同表に示す重量部で実施例１と
同様に配合して混練を行い、粉砕してエポキシ樹脂組成
物（エポキシ樹脂成形材料）を作製した。

実施例６では、硬化剤（８）として、上記（８）式にお
いてＲ＝ＣＨｓで示され、平均分子量５２０、ＯＨ当量
１８６、融点７２℃のフェノール系硬化剤ｒＤｃ２００
ＬＬＪ　　（山陽国策バルブ株式会社の商品名）を用い
た。

（２）以外のエポキシ樹脂として、エポキシ当量１９５
、融点７０℃のタレゾールノボラック型エポキシ樹脂ｒ
ＥｓｃＮ１９５ＸＬＪ　　（住友化学工業株式会社の商
品名）を用いた。

（６）以外の硬化剤として、ＯＨ当量１０４、融点８２
℃のフェノールノボラック樹脂［タマノール７５２Ｊ　
　（荒川化学工業株式会社の商品名）を用いた。

上記実施例および比較例で得られた成形材料をトランス
ファー成形機にて１７０〜１７５℃で９０秒間成形し、
１７５℃で６時間後硬化し、下記の吸湿率、耐半田クラ
ンク性および耐湿信頼性の各評価用サンプルを得た。リ
ードフレーム密着強度の評価用サンプルは、下記のやり
方で得た。各種特性は、次に示す方法により測定、評価
し、これらの結果を第１表に示した。

（１）　　吸湿率 ６０■φ、２．０ｆｉ厚の円板を成形し、８５℃、８５
％ＲＨで７２時間吸湿させ、重量変化より吸湿率を求め
た。

（２）　　リードフレーム密着強度 第１図に示す治具を用いて低圧（５〜６　ｋｇ　／　ｃ
ｄ）で１７５℃で成形し、１７５℃で６時間後硬化し、
円柱（ａ＝φ１２ｍｍ、ｂ＝７ｍ厚み）の成形品３を４
２アロイ板２上に得た。第１図中、■は、ポリテトラフ
ロロエチレン樹脂製スペーサである。第２図に示す万能
引張試験器を用いて、前記４２７０イ板２と成形品３と
の引張剪断強度を測定した。第２図中、第１図と同じも
のには同じ番号を付しており、４は上部引張治具、５は
下部チャックである。４２アロイ板２と成形品３の接触
面積は、（０，６Ｃ１１）”π＝１．１３ｃｄであった
。

（３）吸湿後の耐半田クランク性 ７．６菖Ｘ　７．６　ｎ　Ｘ　Ｏ，４■厚の半導体素子
をダイパッド寸法８．２　ｎ　Ｘ　８．２　ｎの４２ア
ロイリードフレームに銀ペーストで実装し、外形寸法１
９１１×ｔｓｗｘ厚み１．８ｆｉの６０ビンフラツトパ
ツケージ型ＩＣ金型にて成形し、その後８５℃、８５％
ＲＨで７２時間吸湿した後、２６０℃の半田槽に浸漬し
た際のパッケージクランク発生秒数を求めた。

（４）耐湿信頼性（ＵＳＰＣＢＴ） 上記（３）で述べた評価用半導体素子（ＴＥＧ：Ｔｅ５
ｔ　Ｅｌｅｍｅｎｔ　Ｇｒｏｕｐ、　０．５　ｔｒｙの
クシ形アルミ配線回路が加工され、ガラス系保護膜付き
のもの）を使用して、８５℃、８５％ＲＨで７２時間吸
湿した後、２６０℃の半田槽に１０秒間浸漬した後、１
３８．５℃、８５％ＲＨ１２０Ｖの条件下で耐湿信頼性
を測定した。３００時間経過後の不良率を求めた。

第１表にみるように、実施例のものは、比較例３および
４のものに比べて、吸湿率が低く、かつ、リードフレー
ム密着強度が高いため、吸湿後の耐半田クラック性が格
段に優れている。しかも、実施例のものは、比較例１お
よび２のものに比べて、耐湿信頼性が非常に良い。

〔発明の効果〕

この発明にかかる半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、
以上に述べたように、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（６
）およびＤＢＮを必須成分として含有するので、従来の
封止樹脂に比較して低吸湿性かつ高密着性を有する。こ
のため、吸湿後の耐半田クラック性に優れており、さら
に、耐湿信頼性にも優れ、その工業的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、密着強度の評価に用いた治具の斜視図、第２
図は、密着強度の評価方法を表す側面図である。 ３・・・半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物であ
る成形品 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　下記一般式１で表されるビフェニル型エポキシ樹脂
   および下記一般式２で表されるシンクロペンタジエン・
   フェノール重合体を必須成分とする半導体封止用エポキ
   シ樹脂組成物であって、硬化促進剤として、下記の構造
   式（３）で表される１、６−ジアザ−ビシクロ−ノネン
   −５を必須成分とすることを特徴とする半導体封止用エ
   ポキシ樹脂組成物。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（１） 〔式（１）中、ｍは繰り返し単位の数を示す０〜１．０
   の数〕 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（２） 〔式（２）中、ＲはＨまたはＣ＿ｎＨ＿２＿ｎ＿＋＿１
   、ｎは０以上の整数、ｌは０以上の整数〕 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（３）