JPH08198946A

JPH08198946A - エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置

Info

Publication number: JPH08198946A
Application number: JP2754895A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Minowa; 努蓑輪; Masanori Okamoto; 正法岡本
Original assignee: Toshiba Chemical Corp
Current assignee: Kyocera Chemical Corp
Priority date: 1995-01-24
Filing date: 1995-01-24
Publication date: 1996-08-06

Abstract

(57)【要約】【構成】本発明は、（Ａ）ビスフェノールＦ型エポキ
シ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）アミンなどの有
機塩基をごく微量添加した、エポキシ基を含有するシラ
ンカップリング剤、（Ｄ）球状アルミナ粉末および
（Ｅ）硬化促進剤を必須成分とし、樹脂組成物に対して
前記（Ｄ）の球状アルミナ粉末を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、また、このエ
ポキシ樹脂組成物の硬化物によって、半導体チップを封
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、成形性、放熱性に優
れ、また、薄型パッケージ等の充填性にも優れ、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。

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、
成形性、高熱伝導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
近では半田浸漬方式や半田リフロー方式が採用されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のノボラック型エ
ポキシ樹脂等のエポキシ樹脂、ノボラック型フェノール
樹脂および無機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、あるいは
封止樹脂とリードフレームとの間の剥がれや、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】また、無機充填剤を高充填することによ
り、樹脂分の割合を少なくして樹脂組成物の低吸湿化を
図れるが、それに伴い流動性が著しく損なわれるばかり
でなく、樹脂等の有機分と無機質充填剤との界面が多く
なるため、内部樹脂クラックがその界面を伝って外部樹
脂クラックへと進行しやすいという欠点があった。

【０００５】さらに、高集積化に伴う半導体素子の発熱
量の増大により、パッケージ構造ばかりでなく封止樹脂
においても、熱伝導率のよい材料が求められつつある。
アルミナ粉末は溶融シリカ等に比べて熱伝導率が高いた
め、これを充填材として用いた組成物は、高い熱伝導率
が期待できるが、鋭角な破砕形のアルミナ粉末では高充
填化した際に良好な流動性が得られないばかりか、金型
摩耗の欠点があった。

【０００６】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、成形性、流動性、高熱伝導性に
優れ、封止樹脂と半導体チップあるいは封止樹脂とリー
ドフレームとの間の剥がれや、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、また金型摩耗等のない長期信頼性を
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。

【０００７】

【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、特定のエポキ
シ樹脂、特定のシランカップリング剤、特定の充填材を
用いることによって、耐湿性、半田耐熱性、成形性等に
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。

【０００８】即ち、本発明は、（Ａ）次の一般式で示さ
れるエポキシ樹脂、

【０００９】

【化５】（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）有機塩基を極微量添加し
た、次の一般式で示されるエポキシ基を有するシランカ
ップリング剤、

【００１０】

【化６】Ｒ¹−Ｃ_nＨ_2n−Ｓi （ＯＲ²）₃ （但し、式中Ｒ¹はエポキシ基を有する原子団を、Ｒ²
はメチル基又はエチル基を、n は0 又は1 以上の整数を
それぞれ表す）（Ｄ）最大粒径が100 μm 以下の球状アルミナ粉末およ
び（Ｅ）硬化促進剤を必須成分とし、全体の樹脂組成物
に対して前記（Ｄ）の球状アルミナ粉末を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。

【００１１】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１２】本発明に用いる（Ａ）エポキシ樹脂は、前
記の一般式化５で示されるものが使用される。また、こ
のエポキシ樹脂には、ノボラック系エポキシ樹脂、エピ
ビス系エポキシ樹脂、その他の公知のエポキシ樹脂を併
用することができる。

【００１３】本発明に用いる（Ｂ）フェノール樹脂とし
ては、前記（Ａ）のエポキシ樹脂のエポキシ基と反応し
得るフェノール性水酸基を2 個以上有するものであれば
特に制限するものではない。具体的な化合物として例え
ば

【００１４】

【化７】（但し、n は0 又は1 以上の整数を表す）

【００１５】

【化８】（但し、n は0 又は1 以上の整数を表す）

【００１６】

【化９】（但し、n は0 又は1 以上の整数を表す）

【００１７】

【化１０】（但し、n は0 又は1 以上の整数を表す）

【００１８】

【化１１】（但し、n は0 又は1 以上の整数を表す）等が挙げら
れ、これらは単独又は混合して使用することができる。

【００１９】本発明に用いる（Ｃ）エポキシ基を有する
シランカップリング剤としては、前記の一般式化６で示
されるものが使用される。具体的なものとして、例え
ば、

【００２０】

【化１２】

【００２１】

【化１３】等が挙げられ、これらは単独又は混合して使用すること
ができる。

【００２２】このシランカップリング剤には極微量の有
機塩基を添加処理することが重要である。有機塩基で処
理することによって加水分解性を高めることができる。
ここで処理する有機塩基としては、ジメチルアミン、ジ
エチルアミン、ピリジン、キノリン、ピペリジン等の環
状有機塩基を挙げることができ、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。有機塩基の配合割
合は、シランカップリング剤に対して0.05〜5 重量％の
範囲内で使用することが望ましい。この配合量が0.05重
量％未満ではシランカップリング剤の加水分解を十分に
促進することができず、また、5 重量％を超えると耐湿
信頼性が低下して好ましくない。

【００２３】本発明に用いる（Ｄ）球状アルミナ粉末と
しては、不純物濃度が低く最大粒径が100 μm 以下のも
ので、特に平均粒径30μm 以下の球状アルミナ粉末が好
ましく使用される。平均粒径30μm を超えると耐湿性お
よび成形性が劣り好ましくない。球状アルミナ粉末の配
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か好ましい。その割合が25重量
％未満では樹脂組成物の吸湿性が高く、半田浸漬後の耐
湿性に劣り、また90重量％を超えると極端に流動性が悪
くなり、成形性に劣り好ましくない。これらの球状アル
ミナ粉末に、シランカップリング剤と有機塩基を添加
し、直ちにヘンシェルミキサー、スーパーミキサー等で
処理を行うと均一に表面処理ができ、その効果が十分に
発揮できる。

【００２４】本発明に用いる（Ｅ）硬化促進剤として
は、リン系硬化促進剤、イミダゾール系硬化促進剤、Ｄ
ＢＵ系硬化促進剤その他の硬化促進剤等を広く使用する
ことができる。これらは単独又は2 種以上併用すること
ができる。硬化促進剤の配合割合は、全体の樹脂組成物
に対して0.01〜5 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0.01重量％未満では樹脂組成物の
ゲルタイムが長く、硬化特性も悪くなり、また、5 重量
％を超えると極端に流動性が悪くなって成形性に劣り、
さらに電気特性も悪くなり耐湿性に劣り好ましくない。

【００２５】本発明のエポキシ樹脂組成物は、前述した
特定のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、特定のシランカ
ップリング剤、球状アルミナ粉末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類、合成ワ
ックス類、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、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、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。

【００２６】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、球状アルミナ粉末に
特定のシランカップリング剤と有機塩基を配合して表面
処理し、前述した特定のエポキシ樹脂、フェノール樹
脂、特定のシランカップリング剤で処理をした球状アル
ミナ粉末および硬化促進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た後、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或いは電気部品の封
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。

【００２７】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。

【００２８】

【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、特定のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、特定の
シランカップリング剤、球状アルミナ粉末および硬化促
進剤を用いることによって、樹脂組成物の吸水性を低減
し、成形性、流動性、熱機械的特性と低応力性が向上
し、半田浸漬、半田リフロー後の樹脂クラックの発生が
なくなり、耐湿性劣化が少なくなるものである。

【００２９】

【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。

【００３０】実施例１球状アルミナ粉末（平均粒径20μm 、最大粒径100 μm
以下）77％、微細な溶融球状シリカ（平均粒径0.5 μm
）10％をヘンシェルミキサーに入れ、攪拌しながら前
述した化１２のシランカップリング剤0.4 ％、ジエチル
アミン4 ×10^-4％を加えて球状アルミナ粉末および微細
な溶融球状シリカの表面処理をした。次に前述した化５
のビスフェノールＦ型エポキシ樹脂5.0 ％、テトラブロ
モビスフェノールＡ型エポキシ樹脂1.0 ％、前述した化
７のフェノール樹脂1.2 ％、前述した化８のフェノール
樹脂2.5 ％、トリフェニルホスフィン0.2 ％、カルナバ
ワックス類0.4 ％、カーボンブラック0.3 ％、三酸化ア
ンチモン2.0 ％を常温で混合し、さらに90〜100 ℃で混
練冷却した後、粉砕して成形材料（Ａ）を製造した。

【００３１】実施例２球状アルミナ粉末（平均粒径20μm 、最大粒径100 μm
以下）77％、微細な溶融球状シリカ（平均粒径0.5 μm
）10％をヘンシェルミキサーに入れ、攪拌しながら前
述した化１３のシランカップリング剤0.4 ％、ジエチル
アミン4 ×10^-4％を加えて球状アルミナ粉末および微細
な溶融球状シリカの表面処理をした。次に前述した化５
のビスフェノールＦ型エポキシ樹脂5.0 ％、テトラブロ
モビスフェノールＡ型エポキシ樹脂1.0 ％、前述した化
７のフェノール樹脂1.2 ％、前述した化８のフェノール
樹脂2.5 ％、トリフェニルホスフィン0.2 ％、カルナバ
ワックス類0.4 ％、カーボンブラック0.3 ％、三酸化ア
ンチモン2.0 ％を常温で混合し、さらに90〜100 ℃で混
練冷却した後、粉砕して成形材料（Ｂ）を製造した。

【００３２】実施例３球状アルミナ粉末（平均粒径20μm 、最大粒径100 μm
以下）77％、微細な溶融球状シリカ（平均粒径0.5 μm
）10％をヘンシェルミキサーに入れ、攪拌しながら前
述した化１２のシランカップリング剤0.4 ％、ジエチル
アミン4 ×10^-4％を加えて球状アルミナ粉末および微細
な溶融球状シリカの表面処理をした。次に前述した化５
のビスフェノールＦ型エポキシ樹脂5.0 ％、テトラブロ
モビスフェノールＡ型エポキシ樹脂1.0 ％、前述した化
７のフェノール樹脂1.2 ％、前述した化９のフェノール
樹脂2.5 ％、トリフェニルホスフィン0.2 ％、カルナバ
ワックス類0.4 ％、カーボンブラック0.3 ％、三酸化ア
ンチモン2.0 ％を常温で混合し、さらに90〜100 ℃で混
練冷却した後、粉砕して成形材料（Ｃ）を製造した。

【００３３】比較例１球状アルミナ粉末（平均粒径20μm 、最大粒径100 μm
以下）73％、微細な溶融球状シリカ（平均粒径0.5 μm
）10％をヘンシェルミキサーに入れ、攪拌しながら前
述した化１２のシランカップリング剤0.4 ％を加えて球
状アルミナ粉末および微細な溶融球状シリカの表面処理
をした。次にテトラブロモビスフェノールＡ型エポキシ
樹脂1.5 ％、o-クレゾールノボラック型エポキシ樹脂7.
0 ％、前述した化７のフェノール樹脂1.7 ％、前述した
化８のフェノール樹脂3.5 ％、トリフェニルホスフィン
0.2 ％、カルナバワックス類0.4 ％、カーボンブラック
0.3％、三酸化アンチモン2.0 ％を常温で混合し、さら
に90〜100 ℃で混練冷却した後、粉砕して成形材料
（Ｄ）を製造した。

【００３４】比較例２球状アルミナ粉末（平均粒径20μm 、最大粒径100 μm
以下）77％、微細な溶融球状シリカ（平均粒径0.5 μm
）10％をヘンシェルミキサーに入れ、攪拌しながら前
述した化１２のシランカップリング剤0.4 ％を加えて球
状アルミナ粉末、微細な溶融球状シリカの表面処理をし
た。次にテトラブロモビスフェノールＡ型エポキシ樹脂
1.0 ％、o-クレゾールノボラック型エポキシ樹脂5.0
％、前述した化７のフェノール樹脂1.2 ％、前述した化
８のフェノール樹脂2.5 ％、トリフェニルホスフィン0.
2 ％、カルナバワックス類0.4 ％、カーボンブラック0.
3 ％、三酸化アンチモン2.0 ％を常温で混合し、さらに
90〜100 ℃で混練冷却した後、粉砕して成形材料（Ｅ）
を製造した。

【００３５】比較例３球状アルミナ粉末（平均粒径20μm 、最大粒径100 μm
以下）77％、微細な溶融球状シリカ（平均粒径0.5 μm
）10％をヘンシェルミキサーに入れ、攪拌しながら前
述した化１２のシランカップリング剤0.4 ％を加えて球
状アルミナ粉末および微細な溶融球状シリカの表面処理
をした。次に前述した化５のビスフェノールＦ型エポキ
シ樹脂5.0 ％、テトラブロモビスフェノールＡ型エポキ
シ樹脂1.0％、前述した化７のフェノール樹脂1.2 ％、
前述した化８のフェノール樹脂2.5％、トリフェニルホ
スフィン0.2 ％、カルナバワックス類0.4 ％、カーボン
ブラック0.3 ％、三酸化アンチモン2.0 ％を常温で混合
し、さらに90〜100 ℃で混練冷却した後、粉砕して成形
材料（Ｆ）を製造した。

【００３６】こうして製造した成形材料（Ａ）〜（Ｆ）
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、成形性に優れており、本発明の顕著な効果を確認
することができた。

【００３７】

【表１】＊1 ：ＥＭＭＩ−Ｉ−６６に準じてスパイラルフロー測
定した（175 ℃）。＊2 ：高化式フロー粘度（175 ℃）。＊3 ：175 ℃，80kg／cm²，2 分間のトランスファー成
形によって得られた成形品（試験片）をつくり、175
℃，8 時間の後硬化を行い、ＪＩＳ−Ｋ−６９１１に準
じて試験した。＊4 ：＊3 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。＊5 ：φ100 ，25mm厚さの成形品を作り熱伝導率計を用
いて測定した。＊6,＊7 ：5.3 ×5.3mm チップをＶＱＦＰ 80pin（12×
12×1.4mm ）パッケージに納め、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％，48時間の吸湿処理した後、増加した重量によ
って計算した。また、これをエアーリフローマシン（Ｍ
ax 240℃）に通し、外部および内部クラックの有無を調
査した。

【００３８】

【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、成形性、放熱性に優れ、ま
た、薄型パッケージ等の充填性にも優れ、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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 23/29 23/31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）次の一般式に示されるエポキシ樹
脂、【化１】（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）有機塩基を極微量添加し
た、次の一般式で示されるエポキシ基を有するシランカ
ップリング剤、【化２】Ｒ¹−Ｃ_nＨ_2n−Ｓi （ＯＲ²）₃ （但し、式中Ｒ¹はエポキシ基を有する原子団を、Ｒ²
はメチル基又はエチル基を、n は0 又は1 以上の整数を
それぞれ表す）（Ｄ）最大粒径が100 μm 以下の球状アルミナ粉末およ
び（Ｅ）硬化促進剤を必須成分とし、全体の樹脂組成物
に対して前記（Ｄ）の球状アルミナ粉末を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。
【請求項２】（Ａ）次の一般式で示されるエポキシ樹
脂、【化３】（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）有機塩基を極微量添加し
た、次の一般式で示されるエポキシ基を有するシランカ
ップリング剤、【化４】Ｒ¹−Ｃ_nＨ_2n−Ｓi （ＯＲ²）₃ （但し、式中Ｒ¹はエポキシ基を有する原子団を、Ｒ²
はメチル基又はエチル基を、n は0 又は1 以上の整数を
それぞれ表す）（Ｄ）最大粒径が100 μm 以下の球状アルミナ粉末およ
び（Ｅ）硬化促進剤を必須成分とし、全体の樹脂組成物
に対して前記（Ｄ）の球状アルミナ粉末を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。