JPH07126492A

JPH07126492A - エポキシ樹脂組成物、該組成物を接着剤として塗布した気密封止用接合部材、及び該組成物から成形された半導体装置用パッケージ、ならびにこれらを用いた半導体装置

Info

Publication number: JPH07126492A
Application number: JP27469693A
Authority: JP
Inventors: Toshio Suetsugu; 俊夫末次; Junichi Yoshitake; 順一吉武
Original assignee: Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Current assignee: Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Priority date: 1993-11-02
Filing date: 1993-11-02
Publication date: 1995-05-16

Abstract

(57)【要約】【目的】耐湿性に優れたエポキシ樹脂組成物、該組成
物からなる接着剤、該組成物から成形された半導体装置
用パッケージ、気密封止用接合部材、ならびにこれらを
用いた半導体装置を提供する。【構成】エポキシ樹脂組成物中に吸水率が３％以上、
密度が３．７ｇ／ｃｍ³以下のチタニアを全組成物基準
で１ないし８０重量％含有させることを特徴とするエポ
キシ樹脂組成物。このエポキシ樹脂組成物は、半導体装
置用の接着剤、気密封止用接合部材（蓋材）及びパッケ
ージ用の素材としてとくに有用である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エポキシ樹脂組成物な
らびにその用途に関するものであり、より詳しくは、と
くに半導体装置用のパッケージ素材及び気密封止用の接
合部材として用いるのに適した耐湿性に優れたエポキシ
樹脂組成物ならびにその用途に関する。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】ＩＣやＬＳＩなどの半導
体素子は、周囲の温度や湿度の変化、あるいは微細なゴ
ミやほこり等に大きく影響され、その特性が微妙に変化
してしまうことや、機械的振動や衝撃によって破損しや
すくなっている。したがって、半導体素子は、樹脂製の
パッケージに封入された状態で使用に供されていること
は良く知られている。なかでも、ＣＣＤ(Charge Couple
d Device) 、ＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor)、Ｃ
ＰＤ(Charge Primming Device)などの固体撮像素子、及
びＥＰＲＯＭ(Erasable and Programmable/Read Only M
emory)などの光による書き込み、消去可能なメモリーな
ど、光学特性を有する半導体素子を用いた半導体装置
は、光透過性が要求されている。したがって、水分が結
露して光透過率を低下させるのを防止する必要があり、
気密封止性、とくに耐湿性が要求される。

【０００３】パッケージ方式としては、大別して気密封
止方式と樹脂封止方式とがある。気密封止方式では、一
般にはセラミックスが用いられているが、樹脂を用いる
ことも試みられている。すなわち、樹脂製中空パッケー
ジ（以下、単に「パッケージ」ということがある。）の
中央部に接着剤によって固着された半導体素子は、イン
サート成形によって樹脂成形体と一体化され、両端がパ
ッケージの内側と外側に開放されたリードフレームとボ
ンディングワイヤーによって電気的に連結されている。
また樹脂成形体の上面の開口部を、透明あるいは不透明
な合成樹脂板、ガラス板、セラミックス板などの蓋材を
接着剤によって固着し、半導体素子をパッケージ内に気
密封止するというものである。

【０００４】しかしながら、このような封止手段を講じ
ても、時間の経過にともないパッケージ内部に微量の水
分が浸入し、半導体素子の機能を低下せしめ、やがては
使用不能の状態に至ったり、特に、光学特性を有する半
導体装置では、透明な蓋材の内面に水分が結露して光透
過率を低下させてしまうなどの問題点があった。ところ
で、パッケージ材、気密封止材用の接着剤としては、気
密封止性に優れているエポキシ樹脂やポリイミド樹脂な
どの熱硬化性樹脂が用いられているが、これらの樹脂本
来の耐湿特性には限界があるという問題がある。更に、
効率的に湿気の浸入を防止することが可能な高度の耐湿
性を有するパッケージ用素材、気密封止用接着剤、接合
部材、並びに半導体装置が要望されている。

【０００５】

【発明の目的】そこで本発明の目的は、著しく耐湿性に
優れたエポキシ組成物及び該組成物を接着剤として用い
た気密封止用接合部材、該組成物から成形された半導体
装置用のパッケージならびにこれらを用いた半導体装置
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために提案されたものであって、特定の樹脂用配
合剤を用いる点に特徴を有するものである。すなわち、
本発明によれば、エポキシ樹脂組成物中に、飽和吸水率
が３％以上、密度が３．７ｇ／ｃｍ³ 以下のチタニアを
全組成基準で１ないし８０重量％含有させることを特徴
とするエポキシ樹脂組成物が提供される。また、本発明
によれば、該組成物を接着剤として用いた気密封止用の
接合部材、該組成物から成形された半導体装置用パッケ
ージ、ならびにこれらを用いた半導体装置が提供され
る。

【０００７】

【発明の具体的説明】本発明の前記特定の配合剤を含有
するエポキシ樹脂組成物は、著しく優れた耐湿性を有す
るため、気密封止方式及び樹脂封止方式の半導体装置用
パッケージの成形素材として、また、接着剤として塗布
した半導体装置気密封止用の接合部材として、並びに、
該接合部材を用いて気密封止した半導体装置として好適
に使用される。

【０００８】本発明のエポキシ樹脂組成物は、著しく耐
湿性に優れた特性を生かして、とくに半導体装置用のも
のとして優れた適性を示すものであるが、エポキシ樹脂
組成物の自明の他の用途にも使用し得ることはもちろん
である。本発明のエポキシ樹脂組成物は、常温で液状の
もの、あるいは固形のもののいずれでも使用することが
できる。

【０００９】〈エポキシ樹脂〉本発明において、エポキ
シ樹脂として、分子中に反応性のエポキシ基（オキシラ
ン環）を有する有機エポキシド物質を使用することがで
きる。このようなエポキシ樹脂としては、公知の種々の
エポキシ樹脂が挙げられるが、例えば、ビスフェノール
Ａ型、ビスフェノールＦ型、ビスフェノールＡＤ型の各
エポキシ樹脂；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、ナフタレ
ン環含有エポキシ樹脂、１，１，１−トリメチロールプ
ロパンのグリシジル化物、ポリオキシプロピレングリコ
ールのグリシジル化物などのグリシジルエーテル型エポ
キシ樹脂；ジグリシジルフタレート、ジグリシジルテト
ラヒドロフタレート、ジグリシジルヘキサヒドロフタレ
ートなどのグリシジルエステル型エポキシ樹脂；テトラ
グリシジルジアミノジフェニルメタン、トリグリシジル
パラアミノフェノール、トリグリシジルメタアミノフェ
ノールなどのグリシジルアミン型エポキシ樹脂が好まし
く使用できる。また、樹脂主剤としては、市販のエポキ
シ樹脂を使用することもできる。これらのエポキシ樹脂
は、１種単独で、あるいは２種以上を混合して使用する
ことができる。

【００１０】〈チタニア〉本発明においては、上記エポ
キシ樹脂及び後述する配合剤からなる組成物中に、飽和
吸水率が３％以上、密度が３．７ｇ／ｃｍ³ 以下のチタ
ニアを配合することが重要な技術的特徴である。従来、
エポキシ樹脂をはじめとする樹脂に充填剤としてチタニ
アを配合することは良く知られているが、これらのチタ
ニアは、密度が３．８ｇ／ｃｍ³ 以上のものがほとんど
で、このようなチタニアを配合した樹脂組成物は、ある
程度の耐湿性は得られるが、よりすぐれた耐湿性が求め
られる半導体装置用の成形素材として使用できるほどに
十分な耐湿性を付与することはできないものであった。

【００１１】ところが、驚くべきことに、本発明者らの
実験によれば、エポキシ樹脂に配合する充填剤として、
前記特定の密度を有するチタニアを使用することによっ
て、組成物の耐湿性が著しく向上するという知見が得ら
れ、本発明はこの知見をもとに完成されたものである。
すなわち、本発明において用いるチタニアはヘリウムピ
クノメーターで測定した密度が３．７ｇ／ｃｍ³ 以下、
好ましくは、２．８ないし３．６ｇ／ｃｍ³ 、より好ま
しくは３．０ないし３．５ｇ／ｃｍ³ のものである。こ
のような密度を有するチタニアを使用することによっ
て、エポキシ樹脂組成物の耐湿性は著しく改良される。

【００１２】また、本発明において使用するチタニア
は、吸水率が３％以上であることが重要であり、これに
よって、驚くべきことに、エポキシ樹脂組成物の耐湿性
が改良される。吸水率の測定方法は後述する。チタニア
の粒径は特に限定されるものではないが、平均粒径が１
００μｍ以下の場合に優れた耐湿性性が得られる。ま
た、本発明において、チタニアは、密度及び吸水率が共
に前記規定を満たされた場合に、後述する実施例及び比
較例で示したように、本発明が目的とするエポキシ樹脂
組成物の耐湿性が著しく向上したものとなる。

【００１３】前記特定のチタニアは、エポキシ樹脂と後
述する各種配合剤からなるエポキシ樹脂組成物中に１な
いし８０重量％、好ましくは、５ないし６５重量％の割
合で配合される。チタニアの配合量の全体を、前記特定
したチタニアとすることが最も好ましいものであるが、
通常使用される密度３．９ないし４．３ｇ／ｃｍ³ 程度
のグレードのチタニア、あるいは通常のシリカを混合し
て使用することも可能である。チタニアの配合割合が、
エポキシ樹脂組成物に対して前記の配合割合の場合に、
耐湿性、とくに高温高湿という過酷な条件下でも優れた
性能を発揮すると共に、流動性に優れ、効率的な成形性
が得られる。

【００１４】〈硬化剤〉本発明において、エポキシ樹脂
の硬化剤として使用されるものとしては、ジエチレント
リアミン、トリエチレンテトラミン、ジエチルアミノプ
ロピルアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジ
フェニルスルホン、ｍ−フェニンジアミンなどの脂肪族
あるいは芳香族アミン；またはそれらの変性物；無水フ
タル酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水ヘキサヒドロ
フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘ
キサヒドロ無水フタル酸、メチルナジック酸無水物など
の酸無水物、フェノールボラック、クレゾールノボラッ
クなどの１分子中に２個以上のフェノール性水酸基を有
するフェノールノボラック硬化剤；イソフタル酸ジヒド
ラジド、アジピン酸ジヒドラジド、コハク酸ジヒドラジ
ドなどの酸ジヒドラジド；イミダゾール誘導体；ジシア
ンジアミド；三フッ化ホウ素などを挙げることができ
る。これらの硬化剤は、エポキシ樹脂のエポキシ基に対
して０．５ないし１．５当量、好ましくは０．８ないし
１．２当量の割合で配合される。

【００１５】〈その他の配合剤〉本発明においては、必
要に応じて、自体公知のエポキシ樹脂用配合剤を添加す
ることができる。これらの配合剤としては、例えば、前
記特定のチタニア以外のチタニア、シリカ、アルミナ、
ガラス繊維、カーボン繊維、ガラスビーズ、マイカ、ク
レー、タルク、炭酸カルシウムなどの無機充填剤、酸化
アンチモン、テトラブロムビスフェノールＡのようなハ
ロゲン化多価フェノール、フェロセン誘導体、リン化合
物などの難燃化剤、ワックス類、ステアリン酸などの脂
肪酸、及び金属塩などの離型剤、シランカップリング
剤、顔料などを例示すことができる。

【００１６】任意の充填剤として、本発明において規定
する特定のチタニア以外のチタニアあるいは通常のシリ
カを配合する場合でも、本発明の特定チタニアは前記配
合割合を維持しなければならない。これらの任意の配合
剤は、通常、全組成物基準で、充填剤１ないし８５重量
％、難燃化剤１ないし１０重量％、離型剤０．０５ない
し１重量％、シランカップリング剤０．１ないし４重量
％、顔料０．０１ないし１重量％程度の割合で配合され
る。本発明におけるエポキシ樹脂組成物とは、エポキシ
樹脂に硬化剤、ならびに、必要に応じて上記配合剤を配
合した配合物を意味する。

【００１７】〈中空パッケージ〉本発明のエポキシ樹脂
組成物によって成形される中空パッケージ(1) は、通
常、図１に示すように、上方が開口した箱状とされてお
り、その上面は気密封止用接合部材（蓋材）によって閉
止されている。この蓋材(2) は、ガラスや透明なプラス
チック等で構成され、中空パッケージ(1) との接合面に
接着剤(3) を介在してパッケージを密封している。接着
剤(3) は、本発明に係る前記エポキシ樹脂組成物からな
り、したがって、耐湿性に優れた半導体装置用の密封を
目的とした接着剤として優れた機能を発揮し得る。

【００１８】中空パッケージ(1) の中央凹陥部には半導
体素子(4) が固着されており、この半導体素子(4) はボ
ンディングワイヤー(5) を介してリードフレーム(8) の
内部リード部(7) と接続されている。リードフレーム
(8) はパッケージの成形時にインサート成形により一体
成形され、内部リード部(7) と連続する外部リード部
(6) が中空パッケージ(1) の外方へ延出されており、こ
の外部リード部(6) を介して他の素子と電気的に接続で
きるようになっている。また、パッケージ内部にはアイ
ランド（図示せず）が埋設されていてもよい。このよう
な構成からなるパッケージは、上記エポキシ樹脂組成物
を、例えばトランスファー成形によって、１０ないし５
００kg／ｃｍ² の加圧下で、温度１５０ないし２００℃
で、１ないし５分の成形条件によって成形することがで
きる。

【００１９】

【実施例】以下、実施例によって本発明を説明する。こ
れらの実施例は本発明の好適な態様を説明するためのも
のであり、これによって本発明を限定するものではな
い。飽和吸水率は、次の方法で測定した。十分に乾燥し
たチタニア約５ｇを容器に入れ、精秤し、この時の重量
をＷ_O とする。次いで、この容器を６０℃、９０％ＲＨ
の恒温恒湿槽に入れ、２４時間放置し、この時の重量を
Ｗ₁ とする。このＷ_O 、Ｗ₁ から次の式で飽和吸水率を
計算した。密度はヘリウムピクノメーター法により求め、平均粒径
はＴＥＭ観察から求めた。使用したチタニアは表１の通
りである。

【００２０】

【００２１】上記材料を配合し、均一に混合してエポキシ樹脂組成物
「a-1」とした。この樹脂組成物を用いて、トランスファ
ー成形機にて１８０℃、７０kgf ／cm²、２分間の条件
で成形を行い、ポストキュアー後、図１に示した箱形中
空樹脂成形体「A-1」を得た。

【００２２】

【００２３】上記材料を配合し、均一に混合してエポキ
シ樹脂成形物「a-2」とした。この樹脂成形物をガラス製
蓋材に塗布し、半硬化させて接合部材「A-2」を得た。こ
うして準備した箱形中空樹脂成形体「A-1」と接合部材「A
-2」とを加圧下で加熱し、接合部材に塗布されたエポキ
シ樹脂組成物「a-2」を完全に硬化させて、気密封止し
た。

【００２４】こうして気密封止した箱体の中空部に浸入
する水分量を測定することによって組成物の耐湿性を評
価した。測定は、テレビジョン学会誌(42(9)959(1988))
に記載された方法を参考にして行った。すなわち箱体を
市販のプレッシャークッカー試験機に入れ、温度１２１
℃、湿度１００％ＲＨの湿熱環境で所定時間曝露した。
次に、ガラス面を一定条件で強制冷却し、中空部内の水
分が結露するかどうかを調べた。結露が認められないも
のを良品とし、耐湿性の優劣は良品率で判定した。

【００２５】〈実施例２〉エポキシ樹脂組成物「a-1」に
おいて、チタニアNo.1の代わりに、チタニアNo.2を用い
た以外は、実施例１と同様にして試験体を得、実施例１
と同様にして耐湿性の評価を行った。この樹脂組成物を
「b-1」とし、この樹脂組成物によって成形された箱形中
空樹脂成形体「B-1」とする。

【００２６】〈実施例３〉エポキシ樹脂組成物「a-1」に
おいて、チタニアNo.1の代わりに、チタニアNo.3を用い
た以外は、実施例１と同様にして試験体を得、実施例１
と同様にして耐湿性の評価を行った。この樹脂組成物を
「c-1」とし、この樹脂組成物によって成形された箱形中
空樹脂成形体「C-1」とする。

【００２７】〈実施例４〉箱形中空樹脂成形体「A-1」の
代わりに、セラミックス製箱形成形体(CE)を用いた以外
は実施例１と同様にして試験体を得、実施例１と同様に
して耐湿性評価を行った。

【００２８】〈実施例５〉箱形中空樹脂成形体「A-1」の
代わりに、セラミックス製箱成形体(CE)を用い、エポキ
シ樹脂組成物「a-2」において、チタニアNo.1の代わりに
チタニアNo.2を用いた以外は実施例１と同様にして試験
体を得、実施例１と同様にして耐湿性の評価を行った。
この樹脂組成物を「b-2」とし、この樹脂組成物によって
成形された接合部材を「B-2」とする。

【００２９】〈実施例６〉箱形中空樹脂成形体「A-1」の
代わりに、セラミック製箱形成形体(CE)を用い、エポキ
シ樹脂組成物「a-2」において、チタニアNo.1の代わりに
チタニアNo.3を用いた以外は実施例１と同様にして試験
体を得、実施例１と同様にして耐湿性の評価を行った。
この樹脂組成物「c-2」とし、この樹脂組成物によって成
形された接合部材を「C-2」とする。

【００３０】〈比較例１〉エポキシ樹脂組成物「a-1」に
おいて、チタニアNo.1の代わりに、密度；４．２５ｇ／
ｃｍ³ のチタニアNo.4を用いた以外は、実施例１と同様
にして試験体を得、実施例１と同様にして耐湿性の評価
を行った。この樹脂組成物を「e-1」とし、この樹脂組成
物によって成形された箱形中空樹脂成形体を「E-1」とす
る。

【００３１】〈比較例２〉箱形中空樹脂成形体「A-1」の
代わりに、セラミックス製箱形成形体(CE)を用い、エポ
キシ樹脂組成物「a-2」において、チタニアNo.1の代わり
にチタニアNo.4を用いた以外は実施例１と同様にして試
験体を得、実施例１と同様にして耐湿性の評価を行っ
た。この樹脂組成物「f-2」とし、この樹脂組成物によっ
て成形された接合部材を「F-2」とする。各実施例及び比
較例で得られた耐湿性の評価結果を結果を表２に示し
た。

【００３２】 *：各PCT 曝露時間での良品率 CE：セラミックス

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、エポキシ樹脂組成物に
特定のチタニアを配合することにより、著しく耐湿性の
優れたエポキシ樹脂組成物を提供することができ、この
樹脂組成物は、半導体装置用のパッケージ素材、接着
剤、及び気密封止用接合部材として優れた適性を発揮で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエポキシ樹脂組成物によって成形され
た中空パッケージの一例を示す断面図である。

【符号の説明】

１中空パッケージ２気密封止用接合部材３接着剤４半導体素子５ボンディングワイヤー６外部リード部７内部リード部８リードフレーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (54)【発明の名称】エポキシ樹脂組成物、該組成物を接着剤として塗布した気密封止用接合部材、及び該組成物から成形された半導体装置用パッケージ、ならびにこれらを用いた半導体装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エポキシ樹脂組成物中に、飽和吸水率が
３％以上ならびに密度が３．７ｇ／ｃｍ³ 以下のチタニ
アを全組成基準で１ないし８０重量％含有させることを
特徴とするエポキシ樹脂組成物。
【請求項２】パッケージの開口部を閉止して、該パッ
ケージ内に半導体素子を気密封止するための気密封止用
接合部材において、該パッケージとの接合面に請求項１
記載のエポキシ樹脂組成物が接着剤として塗布されてな
る気密封止用接合部材。
【請求項３】請求項１記載のエポキシ樹脂組成物によ
って容器形状に形成された半導体装置用パッケージ。
【請求項４】請求項１記載のエポキシ樹脂組成物によ
り形成されたパッケージ内に半導体素子が気密封止され
てなる半導体装置。
【請求項５】請求項２記載の気密封止用接合部材によ
ってパッケージの開口部を閉止することにより半導体素
子が前記パッケージ内に気密封止されてなる半導体装
置。