JPH07278271A - エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置 - Google Patents

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）硬化促進剤として（a
）次の一般式で示されるイミダゾール化合物 と（b ）三フッ化ホウ素とアミンの錯体、及び（Ｄ）無
機質充填剤を必須成分とし、全体の樹脂組成物に対して
前記（Ｃ）の硬化促進剤を0.1 〜1.0 重量％、（Ｃ）硬
化促進剤中（a ）のイミダゾール化合物を5 〜50重量
％、全体の樹脂組成物に対して（Ｄ）の無機質充填剤を
25〜90重量％の割合で含有してなるエポキシ樹脂組成物
であり、この樹脂組成物により封止した半導体封止装置
である。 【効果】 本発明のエポキシ樹脂組成物および半導体封
止装置は、耐湿性、半田耐熱性に優れる。

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、半田耐熱性に
優れたエポキシ樹脂組成物および半導体封止装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路の分野において、
高集積化、高信頼性化の技術開発と同時に半導体装置の
実装工程の自動化が推進されている。例えばフラットパ
ッケージ型の半導体装置を回路基板に取り付ける場合
に、従来、リードピン毎に半田付けを行っていたが、最
近では半導体装置全体を250 ℃に加熱した半田浴に浸漬
して一度に半田付けを行う方法が採用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のエポキシ樹脂、
ノボラック型フェノール樹脂、トリフェニルホスフィン
等のリン系硬化促進剤及び無機質充填剤からなる樹脂組
成物によって封止した半導体装置は、装置全体の半田浴
浸漬を行うと耐湿性が低下するという欠点があった。特
に吸湿した半導体装置を浸漬すると、封止樹脂と半導体
チップの間、あるいは封止樹脂とリードフレームの間の
剥がれや、内部樹脂クラックが生じて著しい耐湿性劣化
を起こし、電極の腐蝕による断線や水分によるリーク電
流を生じ、その結果、半導体装置は、長期間の信頼性を
保証することができないという欠点があった。

【０００４】本発明は、上記の欠点を解消するためにな
されたもので、吸湿の影響が少なく、特に半田浴浸漬後
の耐湿性、半田耐熱性に優れ、封止樹脂と半導体チップ
との或いは封止樹脂とリードフレームとの剥がれや内部
樹脂クラックの発生がなく、また電極の腐蝕による断線
や水分によるリーク電流の発生もなく、長期信頼性を保
証できるエポキシ樹脂組成物および半導体封止装置を提
供しようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の目
的を達成しようと鋭意研究を重ねた結果、特定の硬化促
進剤を併用することによって、耐湿性、半田耐熱性に優
れた樹脂組成物が得られることを見いだし、本発明を完
成したものである。

【０００６】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）硬化促進剤として（a ）次の一般式で示されるイ
ミダゾール化合物および

【０００７】

【化５】 （但し、式中Ｒ¹ はＣ_j Ｈ_2j+1基を、Ｒ² はＣ_k Ｈ_2k+1
基をそれぞれ表し、各基におけるj 、k およびn は 0又
は 1以上の整数を表す） （b ）次の一般式で示される三フッ化ホウ素とアミンの
錯体

【０００８】

【化６】 （但し、式中Ｒ³ はＣ_l Ｈ_2l+1基を、Ｒ⁴ はＣ_m Ｈ_2m+1
基をそれぞれ表し、各基におけるl 、m は 0又は 1以上
の整数を表す） （Ｄ）無機質充填剤 を必須成分とし、全体の樹脂組成物に対して前記（Ｃ）
の硬化促進剤を0.1 〜1.0 重量％の割合で含有し、かつ
（Ｃ）硬化促進剤中（a ）のイミダゾール化合物を5 〜
50重量％含み、また、全体の樹脂組成物に対して（Ｄ）
の無機質充填剤を25〜90重量％の割合で含有してなるこ
とを特徴とするエポキシ樹脂組成物である。また、この
エポキシ樹脂組成物の硬化物によって、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。

【０００９】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１０】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。

【００１１】

【化７】 （但し、式中Ｒ⁵ は、水素原子、ハロゲン原子又はアル
キル基を、Ｒ⁶ 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。

【００１２】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あるいはパラホルム
アルデヒドと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もし
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な
り、いずれの場合も好ましくない。

【００１３】本発明に用いる（Ｃ）硬化促進剤として
は、前記一般式化５で示される（a ）イミダゾール化合
物および（b ）前記一般式化６で示される三フッ化ホウ
素とアミンの錯体が併用される。（a ）イミダゾール化
合物の具体的な化合物としては、例えば

【００１４】

【化８】

【００１５】

【化９】 等が挙げられる。イミダゾール化合物の配合割合は、
（Ｃ）硬化促進剤中5 〜50重量％、すなわち全体の樹脂
組成物に対して0.05〜0.6 重量％含有するように配合す
ることが望ましい。その割合が0.05重量％未満では熱時
の強度向上に効果なく、また、0.6 重量％を超えると吸
水率が高くなり、半田浸漬後の耐湿性に悪影響を与え、
実用に適さず好ましくない。（b ）三フッ化ホウ素とア
ミンの錯体としては、例えば Ｃ₂ Ｈ₅ ＮＨ₂ ・ＢＦ₃
が挙げられ、これらの硬化促進剤、即ち、（a ）イミダ
ゾール化合物と（b ）三フッ化ホウ素とアミンの錯体は
単独ではなく併用することが重要である。この硬化促進
剤の他にＤＢＵ等を加えることもできる。

【００１６】本発明に用いる（Ｄ）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、全体の樹脂組成物に対して25〜90重量％含有する
ように配合することが好ましい。その割合が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。

【００１７】本発明のエポキシ樹脂組成物は、前述した
エポキシ樹脂、ノボラック型フェノール樹脂、硬化促進
剤および無機質充填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、
天然ワックス類、合成ワックス類、直鎖脂肪酸の金属
塩、酸アミド、エステル類、パラフィン等の離型剤、三
酸化アンチモン等の難燃剤、カーボンブラック等の着色
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。

【００１８】本発明のエポキシ樹脂組成物を成形材料と
して調製する場合の一般的方法は、前述した特定のエポ
キシ樹脂、ノボラック型フェノール樹脂、硬化促進剤お
よび無機質充填剤、その他の成分を配合し、ミキサー等
によって十分均一に混合し、さらに熱ロールによる溶融
混合処理またはニーダ等による混合処理を行い、次いで
冷却固化させ適当な大きさに粉砕して成形材料とするこ
とができる。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。

【００１９】また、本発明の半導体封止装置は、上述の
成形材料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限定されるもので
はない。封止の最も一般的な方法としては、低圧トラン
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。成形材料で封止後、加熱して
硬化させ、最終的にはこの硬化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。

【００２０】

【作用】本発明のエポキシ樹脂組成物および半導体封止
装置は、エポキシ樹脂、ノボラック型フェノール樹脂の
樹脂成分に、イミダゾール化合物と三フッ化ホウ素とア
ミンの錯体を用いることによって、樹脂組成物の熱時強
度を向上させ、半田浸漬後の耐湿性劣化を防止すること
ができる。

【００２１】

【実施例】次に本発明を実施例によって説明するが、本
発明は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。

【００２２】実施例１ クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量19
5 ）17％、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当
量104 ）9 ％、前述した化８の硬化促進剤0.4％、硬化
促進剤のＣ₂ Ｈ₅ ＮＨ₂ ・ＢＦ₃ を0.3 ％、溶融シリカ
粉末73％およびエステルワックス類 0.3％を常温で混合
し、さらに90〜95℃で混練冷却した後、粉砕して成形材
料（Ａ）を製造した。

【００２３】実施例２ クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量19
5 ）18％、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当
量104 ）9 ％、実施例１で用いた化８の硬化促進剤0.6
％、実施例１で用いた硬化促進剤のＣ₂ Ｈ₅ ＮＨ₂ ・Ｂ
Ｆ₃ を0.1 ％、シリカ粉末72％およびエステルワックス
類 0.3％を常温で混合し、さらに90〜95℃で混練冷却し
た後、粉砕して成形材料（Ｂ）を製造した。

【００２４】実施例３ クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量21
5 ）19％、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当
量107 ）9 ％、実施例１で用いた化８の硬化促進剤0.4
％、実施例１で用いた硬化促進剤のＣ₂ Ｈ₅ ＮＨ₂ ・Ｂ
Ｆ₃ を0.3 ％、シリカ粉末70.8％、エステルワックス類
0.3％およびγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシ
ラン0.2 ％を常温で混合し、さらに90〜95℃で混練冷却
した後、粉砕して成形材料（Ｃ）を製造した。

【００２５】比較例 クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量19
5 ）17％、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当
量104 ）9 ％、シリカ粉末73％、硬化促進剤としてＤＢ
Ｕ 0.3％、エステルワックス類0.3 ％およびシランカッ
プリング剤0.4％を常温で混合し、さらに90〜95℃で混
練冷却した後、粉砕して成形材料（Ｄ）を製造した。

【００２６】こうして製造した成形材料（Ａ）〜（Ｄ）
を用いて 170℃に加熱した金型内にトランスファー注
入、半導体チップを封止し硬化させて半導体封止装置を
製造した。これらの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に示したが、本発明のエポキ
シ樹脂組成物および半導体封止装置は、耐湿性、半田耐
熱性に優れており、本発明の顕著な効果を確認すること
ができた。

【００２７】

【表１】 ＊1 ：トランスファー成形によって直径50mm、厚さ3mm
の成形品を作り、これを127℃， 2.5気圧の飽和水蒸気
中に24時間放置し、増加した重量によって測定した。 ＊2 ：吸水率の場合と同様な成形品を作り、 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た。 ＊3 ：ＪＩＳ−Ｋ−６９１１に準じて試験した。 ＊4 ：成形材料を用いて、2 本以上のアルミニウム配線
を有するシリコン製チップ（テスト用素子）を、銅合金
に接着し、175 ℃，2 分間トランスファー成形した後、
175 ℃，8 時間の後硬化を行った。こうして得た成形品
を、予め40℃，95％ＲＨ，100 時間の吸湿処理した後、
250 ℃の半田浴に10秒間浸漬した。その後、127 ℃，
2.5気圧の飽和水蒸気中でＰＣＴを行い、アルミニウム
の腐蝕による50％断線を不良として評価した。 ＊5 ： 5×5mm ダミーチップをＱＦＰ（14×14× 1.4m
m）パッケージ納め、成形材料を用いて175 ℃，2 分間
トランスファー成形した後、175 ℃，8 時間の後硬化を
行った。こうして得た半導体封止装置を85℃，85％，24
時間の吸湿処理した後、240 ℃の半田浴に 1分間浸漬し
た。その後、実体顕微鏡でパッケージ表面を観察し、外
部樹脂クラックの発生の有無を評価した。

【００２８】

【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および半導体封止装置
は、耐湿性、半田耐熱性に優れ、吸湿による影響が少な
く、電極の腐蝕による断線や水分によるリーク電流の発
生等を著しく低減することができ、しかも長期間にわた
って信頼性を保証することができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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）硬化促進剤として（a ）次の一般式で示されるイ
   ミダゾール化合物および 【化１】 （但し、式中Ｒ¹ はＣ_j Ｈ_2j+1基を、Ｒ² はＣ_k Ｈ_2k+1
   基をそれぞれ表し、各基におけるj 、k およびn は 0又
   は 1以上の整数を表す） （b ）次の一般式で示される三フッ化ホウ素とアミンの
   錯体 【化２】 （但し、式中Ｒ³ はＣ_l Ｈ_2l+1基を、Ｒ⁴ はＣ_m Ｈ_2m+1
   基をそれぞれ表し、各基におけるl 、m は 0又は 1以上
   の整数を表す） （Ｄ）無機質充填剤 を必須成分とし、全体の樹脂組成物に対して前記（Ｃ）
   の硬化促進剤を0.1 〜1.0 重量％の割合で含有し、かつ
   （Ｃ）硬化促進剤中（a ）のイミダゾール化合物を5 〜
   50重量％含み、また、全体の樹脂組成物に対して（Ｄ）
   の無機質充填剤を25〜90重量％の割合で含有してなるこ
   とを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
2. 【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）硬化促進剤として（a ）次の一般式で示されるイ
   ミダゾール化合物および 【化３】 （但し、式中Ｒ¹ はＣ_j Ｈ_2j+1基を、Ｒ² はＣ_k Ｈ_2k+1
   基をそれぞれ表し、各基におけるj 、k およびn は 0又
   は 1以上の整数を表す） （b ）次の一般式で示される三フッ化ホウ素とアミンの
   錯体 【化４】 （但し、式中Ｒ³ はＣ_l Ｈ_2l+1基を、Ｒ⁴ はＣ_m Ｈ_2m+1
   基をそれぞれ表し、各基におけるl 、m は 0又は 1以上
   の整数を表す） （Ｄ）無機質充填剤 を必須成分とし、全体の樹脂組成物に対して前記（Ｃ）
   の硬化促進剤を0.1 〜1.0 重量％の割合で含有し、かつ
   （Ｃ）硬化促進剤中（a ）のイミダゾール化合物を5 〜
   50重量％含み、また、全体の樹脂組成物に対して（Ｄ）
   の無機質充填剤を25〜90重量％の割合で含有したエポキ
   シ樹脂組成物の硬化物によって、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。