JPH06329765A

JPH06329765A - エポキシ樹脂組成物の製造方法と半導体封止装置

Info

Publication number: JPH06329765A
Application number: JP13994993A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Sasaki; 俊彦佐々木; Koichi Ibuki; 浩一伊吹
Original assignee: Toshiba Chemical Corp
Current assignee: Kyocera Chemical Corp
Priority date: 1993-05-19
Filing date: 1993-05-19
Publication date: 1994-11-29

Abstract

(57)【要約】【構成】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）無機質充填剤および
（Ｄ）硬化促進剤を必須成分とするエポキシ樹脂組成物
において、予め前記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を配合し加
熱混練した混合物を冷却、粉砕した後、前記（Ｄ）の硬
化促進剤を上記粉砕した混合物に配合して加熱混練する
エポキシ樹脂組成物の製造方法であり、このエポキシ樹
脂組成物の硬化物で、半導体チップが封止された半導体
封止装置である。【効果】本発明によれば、製造バラツキが小さく、信
頼性の高い半導体封止装置を製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐湿性、成形性に優
れ、特性バランスのよいエポキシ樹脂組成物の製造方法
および半導体封止装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ダイオード、トランジスタ、集積
回路等の電子部品を、熱硬化性樹脂を用いて封止する方
法が行われてきた。この封止樹脂は、ガラス、金属、セ
ラミックを用いたハーメチックシール方式に比較して経
済的に有利なため、広く実用化されている。封止樹脂と
しては、熱硬化性樹脂の中でも信頼性および価格の点か
ら、エポキシ樹脂が最も一般的に用いられている。エポ
キシ樹脂には、酸無水物、芳香族アミン、ノボラック型
フェノール樹脂等の硬化剤が用いられるが、これらの中
でもノボラック型フェノール樹脂を硬化剤としたエポキ
シ樹脂は、他の硬化剤を利用したものに比べて、成形
性、耐湿性に優れ、毒性がなく、かつ安価であるため、
半導体封止用樹脂として広く使用されている。また、充
填剤としては、一般的に溶融シリカ粉末や結晶性シリカ
粉末が前述の硬化剤と共に使用され、更に、熱放散性の
必要な半導体用には窒化ケイ素粉末等が使用されてい
る。また、耐湿性、密着性、離型性等の向上を目的とし
て、カップリング剤、滑剤、変性剤および触媒等が添加
配合されている。

【０００３】従来、封止用樹脂組成物の製造方法として
は、一般に上述した硬化促進剤を含むすべての成分を一
度に配合混合し、それをニーダや押出機、ロール等で加
熱混練するか、一部の滑剤や変性剤を除き、硬化促進剤
を含む残りの成分を混合、加熱混練した後、除いた滑剤
や変性剤を配合し混合する方法を採用していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の製造方
法によって製造された封止樹脂は、主成分の均一化が不
十分であり、製造時のバラツキが大きく、また、その特
性上も信頼性、密着性、成形性等で不十分な点が多かっ
た。

【０００５】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、エポキシ樹脂組成物中に各成分が均一に分散し、
各成分の持つ特性を十分に引き出し、耐湿性、密着性、
成形性等に優れ信頼性の高いエポキシ樹脂組成物の製造
方法およびそのエポキシ樹脂組成物を用いた半導体封止
装置を提供しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の目
的を達成しようと各成分の配合、混合方法について鋭意
研究を重ねた結果、主成分を十分加熱混練した後、硬化
促進剤を混合して第２の加熱混練をすることによって、
上記目的が達成できることを見いだし、本発明を完成し
たものである。

【０００７】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）無機質充填
剤および（Ｄ）硬化促進剤を必須成分とするエポキシ樹
脂組成物において、予め前記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を
配合し加熱混練した混合物を冷却、粉砕した後、前記
（Ｄ）の硬化促進剤を上記粉砕した混合物に配合して加
熱混練することを特徴とするエポキシ樹脂組成物の製造
方法である。また、このエポキシ樹脂組成物の硬化物
で、半導体チップが封止されてなることを特徴とする半
導体封止装置である。

【０００８】以下、本発明を詳細に説明する。

【０００９】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、分子量等に特に制限はな
く、一般に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、ビスフェノール型、ビフェニル型等の芳
香族系、シクロヘキサン誘導体等の脂環族系、さらに次
の一般式で示されるエポキシノボラック系等のエポキシ
樹脂が挙げられる。

【００１０】

【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
以上の整数を表す）これらのエポキシ樹脂は単独又は 2
種以上混合して使用することができる。

【００１１】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、ホルムアルデヒド或いはパラホルム
アルデヒド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、例えばエポキシ化若し
くはブチル化ノボラック型フェノール樹脂等が挙げら
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。ノボラック型フェノール樹脂の配合割合は、前
記の（Ａ）エポキシ樹脂のエポキシ基（a ）と（Ｂ）の
ノボラック型フェノール樹脂のフェノール性水酸基（b
）とのモル比［（a ）／（b ）］が 0.1〜10の範囲内
であることが望ましい。モル比が 0.1未満若しくは10を
超えると耐湿性、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。

【００１２】本発明に用いる（Ｃ）無機質充填剤として
は、シリカ粉末、アルミナ、タルク、三酸化アンチモ
ン、炭酸カルシウム、チタンホワイト、クレー、マイ
カ、ベンガラ等が挙げられ、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。無機質充填剤の配合割
合は、樹脂組成物に対して25〜90重量％の割合で含有す
ることが望ましい。その配合割合が、25重量％未満で
は、耐湿性、耐熱性、成形性および機械的特性に劣り好
ましくない。また、90重量％を超えるとカサバリが大き
くなり、成形性が悪く実用に適さない。

【００１３】本発明に用いる（Ｄ）硬化促進剤として
は、リン系、アミン系、ボロン系等の硬化促進剤が挙げ
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。硬化促進剤の配合割合は、樹脂組成物に対し
て 0.01 〜3 重量％の割合であることが望ましい。その
配合割合が 0.01 重量％未満では硬化がおそく、また、
3重量％を超えると硬化が早くなり過ぎて、未充填等が
起こり成形上好ましくない。

【００１４】本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ
樹脂、ノボラック型フェノール樹脂、無機質充填剤およ
び硬化促進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、合成ワックス、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、カーボンブラック、ベンガラ
等の着色剤、シランカップリング剤、ゴム系やシリコー
ン系の低応力付与剤等を適宜添加配合することができ
る。

【００１５】本発明のエポキシ樹脂組成物の製造方法
は、まず、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）ノボラック型フ
ェノール樹脂及び（Ｃ）無機質充填剤の原料成分をミキ
サー等によって十分均一に混合した後、さらにニーダ、
押出機、熱ロール等による加熱混練処理を行い、次いで
冷却固化させ、適当な大きさに粉砕する。これに（Ｄ）
硬化促進剤を加えてミキサー等によって十分均一に混合
した後、さらにニーダ、押出機、熱ロール等による加熱
混練処理を行って成形材料とすることにある。その場
合、各種の添加剤の添加は（Ａ）〜（Ｃ）の加熱混練
時、あるいは（Ｄ）との加熱混練時のいずれでもよい。
この製造方法の特徴とするところは、硬化促進剤を添加
配合する前と添加配合した後の各 1回ずつ、計 2回の加
熱混練処理を行うことである。

【００１６】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。

【００１７】本発明の半導体封止装置は、上述したエポ
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。封止を行う半導体
チップとしては、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制限さ
れるものではない。封止の最も一般的な方法としては、
低圧ランスファー成形法があるが、射出成形、圧縮成
形、注形等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して硬化させ、最終的にはこの組成
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。

【００１８】

【作用】本発明は、硬化促進剤の添加配合の前後に、各
1回ずつ、計 2回の加熱混練処理を行うことによって、
各成分を十分均一に分散させることができる。その結
果、耐湿性、成形性等に優れ、その他の特性もバランス
よく保持させることができ、この樹脂組成物を用いるこ
とによって信頼性の高い半導体封止装置を製造すること
ができるものである。

【００１９】

【実施例】次に本発明を実施例によって説明するが、本
発明これらの実施例によって限定されるものではない。
以下の実施例および比較例において「％」とは「重量
％」を意味する。

【００２０】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 21
5）16％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール
当量 107） 8％、溶融シリカ粉末73％および離型剤等 3
％を常温で混合し、さらに90〜95℃で混練した後、これ
を冷却粉砕する。次いでリン系の硬化促進剤 0.2％加え
常温で混合し、さらに90〜95℃で混練した後、これを冷
却粉砕した成形材料を5 ロット製造した。

【００２１】実施例２実施例１において、溶融シリカ粉末73％の替わりに、結
晶性シリカ粉末73％を用いた以外は、すべて実施例１と
同一にした成形材料を5 ロット製造した。

【００２２】比較例１クレゾールノボラックエポキシ樹脂（エポキシ当量 21
5）16％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール
当量 107） 8％、溶融シリカ粉末73％、離型剤等3％お
よびリン系の硬化促進剤 0.2％加え常温で混合し、さら
に90〜95℃で混練した後、これを冷却粉砕した成形材料
を5 ロット製造した。

【００２３】比較例２比較例１において、溶融シリカ粉末（平均粒径35μm ）
の替わりに、結晶性シリカ粉末を用いた以外は、全て比
較例１と同一にした成形材料を5 ロット製造した。

【００２４】実施例１〜２及び比較例１〜２で製造した
成形材料を用いて半導体チップを封止し、170 ℃で加熱
硬化させて半導体封止装置を製造した。成形材料及び半
導体封止装置について、諸試験を行ったのでその結果を
表１に示した。本発明のエポキシ樹脂組成物及び半導体
封止装置は、耐湿性、成形性に優れており、本発明の効
果を確認することができた。

【００２５】

【表１】＊1 ：成形材料を用いて、175 ℃の金型で 100kg／cm²
の圧力をかけてスパイラルの流動距離を測定し、5 ロッ
トの平均値とδを求めた。＊2 ：成形材料を用いて、175 ℃の金型で 100kg／cm²
の圧力をかけて10μm の隙間を流れる流動距離を測定し
た。＊3 ：トランスファー成形によって直径50mm、厚さ3mm
の成形品をつくり、これを 127℃， 2.5気圧の飽和水蒸
気中24時間放置し、増加した重量によって測定した。＊4 ：吸水率の場合と同様な成形品を各ロットそれぞれ
5 個つくり、175 ℃， 8時間の後硬化を行い、適当な大
きさの試験片とし、熱機械分析装置を用いて測定し、5
ロットの平均値のδと、各ロットのδの平均値を求め
た。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明および表１から明らかなよう
に、本発明のエポキシ樹脂組成物の製造方法は、製造バ
ラツキが小さく、耐湿性、成形性、密着性に優れ、それ
らの特性バランスのとれたもので、このエポキシ樹脂組
成物を用いることによって信頼性の高い半導体封止装置
を製造することができた。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）ノボラック
型フェノール樹脂、（Ｃ）無機質充填剤および（Ｄ）硬
化促進剤を必須成分とするエポキシ樹脂組成物におい
て、予め前記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を配合し加熱混練
した混合物を冷却、粉砕した後、前記（Ｄ）の硬化促進
剤を上記粉砕した混合物に配合して加熱混練することを
特徴とするエポキシ樹脂組成物の製造方法。
【請求項２】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）ノボラック
型フェノール樹脂、（Ｃ）無機質充填剤および（Ｄ）硬
化促進剤を必須成分とするエポキシ樹脂組成物におい
て、予め前記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を配合し加熱混練
した混合物を冷却、粉砕した後、前記（Ｄ）の硬化促進
剤を上記粉砕した混合物に配合して加熱混練したエポキ
シ樹脂組成物の硬化物で、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。