JPH07330874A - 樹脂組成物および樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温下での耐クラック性および耐湿信頼性が
極めて良好な樹脂封止型半導体装置を提供する。 【構成】 （ａ）１５０℃以上で開裂してラジカルを発
生する化合物、（ｂ）マレイミド樹脂、（ｃ）エポキシ
樹脂、（ｄ）フェノール樹脂硬化剤、および（ｅ）無機
質充填剤を含有する樹脂組成物を用いて半導体素子を封
止した樹脂封止型半導体装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置を封止するた
めに用いられる樹脂組成物およびこの樹脂組成物を用い
て封止された樹脂封止型半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置の封止用樹脂として
は、フェノールノボラック樹脂硬化のエポキシ樹脂組成
物が主に用いられている。これは、この樹脂組成物の硬
化物が耐湿性、高温電気特性、成形性などに優れている
ためである。

【０００３】ところで近年、電子機器の高密度実装化お
よび組立工程の自動化の要求に伴って、半導体装置の実
装方法は従来からのピン挿入タイプから表面実装タイプ
へと移行してきている。表面実装法により基板にパッケ
ージをはんだ付けする際には、基板上のクリームはんだ
を赤外線やフロロカーボン蒸気で加熱してリードと接続
する方法が採られる。このときパッケージ全体は２１５
〜２６０℃の高温にさらされ、急激な加熱が原因になっ
てパッケージのクラックが発生することがある。このメ
カニズムは、吸湿した樹脂が高温にさらされ、パッケー
ジ内部の水が気化膨張することによってパッケージが膨
れ、その応力によって樹脂が破壊に至るというものであ
る。このようにパッケージにクラックが発生するとデバ
イスの信頼性が極端に低下するため、表面実装法におけ
る大きな問題の一つになっている。

【０００４】これに対して、表面実装時に生じる水蒸気
圧に耐えうるだけの機械的強度を封止樹脂に持たせるた
め、耐熱性の骨格構造を持つマレイミド樹脂で変性する
ことが考えられる。しかし、従来用いられているような
重合開始剤を添加してもマレイミド樹脂の重合を促進す
ることができないため、優れた硬化物が得られるまでに
は至っていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記課題を解
決するためになされたものであり、フェノールノボラッ
ク樹脂硬化のエポキシ樹脂をマレイミド樹脂で好適に変
性することができ、その硬化物が高温において優れた機
械的強度を発揮し得る樹脂組成物、およびこのような樹
脂組成物を用いた信頼性の高い樹脂封止型半導体装置を
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段と作用】本発明の樹脂組成
物は、（ａ）１５０℃以上でラジカルを発生する化合
物、（ｂ）マレイミド樹脂、（ｃ）エポキシ樹脂、
（ｄ）フェノール樹脂硬化剤、および（ｅ）無機質充填
剤を含有することを特徴とするものである。

【０００７】本発明の樹脂封止型半導体装置は、半導体
素子を前記樹脂組成物の硬化物で封止したことを特徴と
するものである。以下、本発明をさらに詳細に説明す
る。

【０００８】本発明において、（ａ）成分すなわち１５
０℃以上でラジカルを発生する化合物としては、ＤＳＣ
により５℃／ｍｉｎの昇温速度で測定された分解発熱開
始温度が１５０℃以上であるものであれば特に限定され
ない。このような化合物はマレイミド樹脂の重合開始剤
として作用する。具体例としては、下記一般式（１）で
表されるポリシラン化合物、下記一般式（２）で表され
るポリゲルマン化合物

【０００９】

【化２】 （Ｒ¹ 、Ｒ² は、それぞれ同一でも異なっていてもよ
く、水素原子、炭素原子数が１〜２４個のアルキル基、
炭素原子数が６〜２４個のアリール基または炭素原子数
が７〜２４個のアラルキル基である。また、アルキル
基、アリール基またはアラルキル基は、水酸基、カルボ
ン酸基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、不飽和基（例
えばビニル基、アセチル基）またはエーテル結合、チオ
エーテル結合、エステル結合、アミド結合、カルバメー
ト結合、カーボネート結合、イミド結合もしくはエポキ
シ基などを有する親水基で置換されていてもよい。） ならびに下記化学式（３−１）（例えば商品名パーヘキ
シン２．５Ｂ）、（３−２）（例えば商品名パーオクタ
Ｈ）、（３−３）（例えば商品名パークミルＨ）および
（３−４）（例えば商品名パーブチルＳＭ）で表される
有機過酸化物

【００１０】

【化３】 （Ｒは１価のアルキル基である。）などが挙げられる。
なお、有機過酸化物のうちでは上記化学式（３−４）で
表されるものが、気化しにくく化学的に安定であるため
好ましい。

【００１１】本発明において、（ａ）成分（重合開始
剤）の配合割合は、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）からな
る樹脂成分１００重量部に対して０．１〜１０重量部で
あることが好ましい。

【００１２】本発明において、（ｂ）成分であるマレイ
ミド樹脂は、１分子中に２個以上のイミド基を有するも
のであれば特に限定されない。例えば、下記一般式で表
わされるＮ，Ｎ’−置換ビスマレイミド化合物

【００１３】

【化４】 （Ｘはアルキレン基、シクロアルキレン基、単環式もし
くは多環式のアリレーン基など２価の原子団によって結
合された２価の炭化水素基を示す。） または下記一般式

【００１４】

【化５】 （ｎは１〜５の整数を示す。）で表わされるポリ（フェ
ニルメチレン）ポリマレイミドが挙げられる。

【００１５】具体例としては、Ｎ，Ｎ’−フェニレンビ
スマレイミド、Ｎ，Ｎ’−ヘキサメチレンビスマレイミ
ド、Ｎ，Ｎ’−ジフェニルメタンビスマレイミド、Ｎ，
Ｎ’−オキシ−ジ−ｐ−フェニレンビスマレイミド、
Ｎ，Ｎ’−４，４’−ベンゾフェノンビスマレイミド、
Ｎ，Ｎ’−ｐ−ジフェニルスルホンビスマレイミド、ポ
リ（フェニルメチレン）ポリマレイミドなどが挙げられ
る。これらのマレイミド樹脂のうち１種または２種以上
を用いることができる。なお、（ｂ）成分であるマレイ
ミド樹脂の配合割合は、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）か
らなる樹脂成分全体の１０〜５０ｗｔ％であることが好
ましい。マレイミド樹脂のイミド環は吸湿性が高く、樹
脂組成物中に多く存在すると吸水率が高くなる。

【００１６】本発明において、（ｃ）成分であるエポキ
シ樹脂は、１分子中に２個以上のエポキシ基を有するも
のであれば特に限定されない。具体例としては、フェノ
ールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック
型エポキシ樹脂、ナフトールのノボラック型エポキシ樹
脂、ビスフェノールＡのノボラック型エポキシ樹脂、ビ
スフェノールＡのグリシジルエーテル、トリ（ヒドロキ
シフェニル）アルカンのエポキシ化物、テトラ（ヒドロ
キシフェニル）アルカンのエポキシ化物、ビスヒドロキ
シビフェニル系エポキシ樹脂、各種臭素化エポキシ樹脂
などが挙げられる。これらのうち１種または２種以上を
用いることができる。

【００１７】本発明において、（ｄ）成分であるフェノ
ール樹脂硬化剤は、分子中にフェノール性水酸基を有す
るものであれば特に限定されず、例えばフェノールまた
はアルキルフェノール類とヒドロキシベンズアルデヒド
との縮合によって得られる。具体例としては、トリス
（ヒドロキシフェニル）メタン、トリス（ヒドロキシメ
チルフェニル）メタン、トリス（ヒドロキシフェニル）
プロパン、トリス（ヒドロキシフェニル）メチルメタ
ン、各種ノボラックタイプのフェノール樹脂、フェノー
ルアラルキル樹脂、テルペンフェノール樹脂、ジシクロ
ペンタジエンフェノール樹脂、ナフトール樹脂などが挙
げられる。フェノール樹脂硬化剤に関しては、封止樹脂
の信頼性を確保するために、含有される遊離のフェノー
ル類の濃度が１％以下であることが好ましい。

【００１８】本発明において、（ｃ）成分であるエポキ
シ樹脂成分と（ｃ）成分であるフェノール樹脂硬化剤成
分との配合比は、フェノール樹脂のフェノール性水酸基
数とエポキシ樹脂のエポキシ基数との比（フェノール性
水酸基数／エポキシ基数）が０．１〜２．５の範囲とな
るように調整することが望ましい。この値が０．１未満
では硬化反応が十分に起こりにくくなり、一方２．５を
超えると硬化物の特性、特に耐湿性が劣化しやすくな
る。

【００１９】本発明において、（ｅ）成分である無機質
充填剤は、一般に樹脂と複合されるものであれば特に限
定されない。例えば、溶融シリカ、結晶性シリカ、アル
ミナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウムなどが挙げられ
る。なお、（ｅ）成分である無機質充填剤の配合割合
は、樹脂組成物全体に対し４０〜９０ｖｏｌ％の範囲が
好ましい。４０ｖｏｌ％未満では熱膨張率が大きくな
り、封入物にかかる熱応力が高くなる。９０ｖｏｌ％を
超えると流動性が低下する。

【００２０】また、本発明においては、樹脂成分の硬化
反応を促進するために硬化促進剤を用いてもよい。硬化
促進剤は特に限定されないが、２−メチルイミダゾー
ル、２−ヘプタデシルイミダゾールなどのイミダゾール
類；ジアザビシクロウンデセンなどのジアザビシクロア
ルケン類やその塩類；トリフェニルホスフィンなどの有
機ホスフィン類；その他の有機金属化合物などが挙げら
れる。

【００２１】本発明の樹脂組成物を構成する成分として
は、上記の必須成分のほかにも、三酸化アンチモンなど
の難燃助剤；天然ワックス類、合成ワックス類、直鎖脂
肪酸やその金属塩、酸アミド類、エステル類、パラフィ
ン類などの離型剤；カーボンブラック、二酸化チタンな
どの顔料；シリコーンオイル、シリコーンゴム、各種プ
ラスチック粉末、各種エンジニアリングプラスチック粉
末、ＡＢＳ樹脂やＭＢＳ樹脂の粉末などの低応力化剤な
どを適宜添加してもよい。

【００２２】本発明の樹脂組成物は、原料成分を例えば
ヘンシェルミキサーなどのミキサーによって十分混合
し、さらに熱ロールによる溶融処理または二軸の押出機
などによる溶融混合処理を加えた後、冷却、粉砕するこ
とにより調製できる。

【００２３】本発明の樹脂封止型半導体装置は、前述し
た樹脂組成物を用い、半導体素子を樹脂封止することに
より製造できる。この場合最も一般的には、低圧トラン
スファ成形が用いられるが、コンプレッション成形、イ
ンジェクション成形、注型などによっても封止すること
ができる。なお、本発明の樹脂組成物によって封止され
る半導体素子は特に限定されない。

【００２４】本発明の樹脂組成物では、（ａ）成分であ
るポリシラン化合物やポリゲルマン化合物はその主鎖が
１５０℃以上で開裂し、有機過酸化物はＯ−Ｏ結合が１
５０℃以上で開裂してそれぞれラジカルを発生する。こ
のように１５０℃以上で開裂してラジカルを発生する化
合物を用いれば、まずエポキシ樹脂とフェノール樹脂硬
化剤とが反応し、十分に反応温度が上昇した後に重合開
始剤となる化合物が開裂してラジカルが発生し、マレイ
ミド樹脂の二重結合の重合開始反応が起こる。この結
果、かさ高く剛直なマレイミド樹脂の骨格で好適に変性
され、高温における機械的強度が高い封止樹脂を得るこ
とができる。また、このような化合物を含有する本発明
の樹脂組成物は、高温での処理や保存も可能である。

【００２５】一方、ゴムやプラスチックの架橋剤として
従来一般的に用いられている有機過酸化物は１５０℃未
満の低温で開裂してラジカルを発生する。このような有
機過酸化物をマレイミド樹脂の重合開始剤として利用し
ようとしても、エポキシ樹脂とフェノール樹脂硬化剤と
が反応する以前に、有機過酸化物からラジカルが発生し
てフェノール樹脂硬化剤との反応が生じるため、封止樹
脂をマレイミド樹脂によって有効に変性することができ
ない。

【００２６】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明する。 実施例１〜４および比較例１、２ 原料として以下に示す各成分を用いた。

【００２７】エポキシ樹脂Ａ：オルソクレゾールノボラ
ックエポキシ樹脂（ＥＳＣＮ１９５ＸＬ、住友化学
（株）製、当量１９７） エポキシ樹脂Ｂ：グリシジルアミン型エポキシ樹脂（Ｅ
ＬＭ−４３４ＨＶ、住友化学（株）製、当量１３０） エポキシ樹脂Ｃ：ビスフェノールＡ型臭素化エポキシ樹
脂（ＡＥＲ−７５５、旭化成（株）製、当量４６０） フェノール樹脂：フェノールノボラック樹脂（ＢＧＲ−
５５７、昭和高分子（株）製、当量１０４） マレイミド樹脂：ジフェニルメタン−Ｎ，Ｎ’−ビスマ
レイミド 硬化促進剤：２−ヘプタデシルイミダゾール（Ｃ１７
Ｚ、四国化成（株）製） 離型剤：カルナバワックス 顔料：カーボンブラック 難燃助剤：三酸化アンチモン 充填剤：溶融シリカ 重合開始剤Ａ：下記化学式（Ａ）で表されるポリシラン
（分子量約２００００、開裂温度１８０℃） 重合開始剤Ｂ：下記化学式（Ｂ）で表されるポリゲルマ
ン（分子量約２００００、開裂温度１８０℃） 重合開始剤Ｃ：下記化学式（Ｃ）で表される有機過酸化
物（開裂温度１８０℃） 重合開始剤Ｄ：ジクミルパーオキシド（開裂温度１３０
℃）

【００２８】

【化６】

【００２９】これらの成分を表１に示す割合で配合され
た樹脂組成物を以下のようにして調製した。なお、表１
中の配合量は重量部を示す（充填剤の配合割合をｖｏｌ
％に換算すると６５ｖｏｌ％となる）。すなわち、ヘン
シェルミキサー中で各成分を混合し、６０〜１３０℃の
加熱ロールで混練し、冷却した後、粉砕することにより
封止用樹脂組成物を得た。ただし実施例４については、
液状のエポキシ樹脂Ｂを予めマレイミド樹脂に溶融混合
したものを粉砕して用いた。

【００３０】

【表１】

【００３１】次いで、これらの樹脂組成物について下記
のような評価試験を行った。各樹脂組成物を用い、成形
温度１８０℃、３分の条件でトランスファー成形により
試験片を作製し、１８０℃で８時間アフターキュアし
た。

【００３２】これらの試験片について、ガラス転移温
度、熱膨張率、曲げ強度、吸水率、体積抵抗率を測定し
た。ここで、曲げ強度は２４０℃で測定した。吸水率は
試験片を２気圧の飽和水蒸気雰囲気に２０時間放置した
後に測定した。体積抵抗率は２気圧の飽和水蒸気雰囲気
に２０時間放置した後に１５０℃で測定した。

【００３３】次に、これらの樹脂で封止した半導体デバ
イスの耐湿信頼性を調べるために以下の試験を行った。
すなわち、各樹脂組成物を用いて試験用デバイスを封止
した後、１８０℃で４時間アフターキュアを行った。次
いで、得られたパッケージを８５℃、相対湿度８５％の
雰囲気中に７２時間放置して吸湿処理を行った後、２１
５℃のフロロカーボン蒸気雰囲気中に１分間さらした。
この時点でパッケージのクラック発生率を調べた。さら
に、クラックが発生しなかったパッケージを１２７℃の
飽和水蒸気雰囲気中に放置してプレッシャークッカー試
験を行い、不良（リーク不良、オープン不良）発生率を
調べた（クラックが発生した試料については、プレッシ
ャークッカー試験を行わなかった）。これらの結果を表
２に示す。

【００３４】

【表２】

【００３５】表２から明らかなように、実施例１〜４の
樹脂組成物の硬化物は、比較例１、２のものに比べて、
機械的特性、耐水性および電気特性が良好である。ま
た、実施例１〜４の樹脂封止型半導体装置は、比較例
１、２のものに比べて、高温下での耐クラック性および
その後の耐湿信頼性が良好である。

【００３６】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の樹脂組成物
は１５０℃以上の高温ではじめてマレイミド樹脂の重合
開始剤としての活性を示す化合物を用いているため、高
温での混合・成形が可能であり、またその硬化物は極め
て良好な機械的特性、耐水性および電気特性を示す。さ
らに、この樹脂組成物によって封止された本発明の樹脂
封止型半導体装置は、高温下での耐クラック性および耐
湿信頼性が極めて良好である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）１５０℃以上でラジカルを発生する
   化合物、（ｂ）マレイミド樹脂、（ｃ）エポキシ樹脂、
   （ｄ）フェノール樹脂硬化剤、および（ｅ）無機質充填
   剤を含有することを特徴とする樹脂組成物。
2. 【請求項２】１５０℃以上でラジカルを発生する化合物
   が、ポリシラン化合物、ポリゲルマン化合物および下記
   一般式 【化１】 （Ｒは１価のアルキル基である。）で表される有機過酸
   化物からなる群より選ばれる少なくとも１種であること
   を特徴とする請求項１記載の樹脂組成物。
3. 【請求項３】（ａ）１５０℃以上でラジカルを発生する
   化合物が、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）成分の総量１０
   ０重量部に対して０．１〜１０重量部であることを特徴
   とする請求項１記載の樹脂組成物。
4. 【請求項４】（ａ）１５０℃以上でラジカルを発生する
   化合物、（ｂ）マレイミド樹脂、（ｃ）エポキシ樹脂、
   （ｄ）フェノール樹脂硬化剤、および（ｅ）無機質充填
   剤を必須成分とする樹脂組成物の硬化物によって半導体
   素子が封止されていることを特徴とする樹脂封止型半導
   体装置。