JPH08217850A - 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）ジシクロペンタジエン骨格
含有エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）シリ
コーン系カップリング剤、（Ｄ）溶融シリカ粉末および
（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）の溶融シリカ粉末を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、充填性に優
れ、吸湿による影響が少なく、電極の腐食による断線や
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、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、無機質充填剤を高充填することによ
り樹脂分の割合が少なくなり、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ク
ラックへと進行するという欠点があった。

【０００５】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、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。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、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、特定のカップリング剤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。

【０００７】即ち、本発明は、（Ａ）次の式で示される
ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、

【０００８】

【化５】 （但し、式中n は 0又は 1の整数を表す） （Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）次の一般式で示されるシ
リコーン系カップリング剤、

【０００９】

【化６】 （但し、式中Ｘは末端にアルコキシシリル基を含有した
アルキル基を、Ｙは末端にエポキシ基、カルボキシル基
又は水酸基を含有した反応性アルキル基を、Ｚは有機物
との相溶性を高めるためのポリエーテルユニット、アル
キル基又はアラルキル基を、l 、m 、n 、o は 1以上の
整数をそれぞれ表す） （Ｄ）最大粒径が 100μm 以下の溶融シリカ粉末および
（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）の溶融シリカ粉末を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。

【００１０】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１１】本発明に用いる（Ａ）エポキシ樹脂は、前
記の化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、その他の一般の公知のエポキシ樹脂を併
用することができる。

【００１２】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分子中に 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
してた、例えば、

【００１３】

【化７】 （但し、n は 0又は 1以上の整数を表す）

【００１４】

【化８】 （但し、n は 0又は 1以上の整数を表す）

【００１５】

【化９】 （但し、n は 0又は 1以上の整数を表す）

【００１６】

【化１０】 （但し、n は 0又は 1以上の整数を表す）

【００１７】

【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 2種以上混合して使用することが
できる。

【００１８】本発明に用いる（Ｃ）シリコーン系カップ
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は、例えば、

【００１９】

【化１２】

【００２０】

【化１３】 （但し式中、ａ，ｂのいずれか一方は0 又は1 以上の整
数を、他方のａもしくはｂ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。このシリコーン系カップリング剤の配合割合は、
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。この配合量が 0.01 重量
％未満では、機械的強度が上がらないため半田浸漬後の
耐湿性に劣り、5 重量％を超えると樹脂バリが出やすく
成形性が悪くなり好ましくない。

【００２１】本発明に用いる（Ｄ）溶融シリカ粉末とし
ては、不純物濃度が低く最大粒径が100μm 以下で、平
均粒径30μm 以下の溶融シリカ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。溶融シリカ粉末の配合割合、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。その配合が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。

【００２２】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。

【００２３】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、特定のカップリ
ング剤、溶融シリカ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、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、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。

【００２４】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、フェノール樹脂、特定のカップリング剤、溶
融シリカ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、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。

【００２５】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ブ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。

【００２６】

【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、樹脂、特定のカップリン
グ剤、溶融シリカ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。

【００２７】

【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。

【００２８】実施例１ 溶融シリカ粉末（最大粒径 100μm ）84％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のカップ
リング剤 0.4％を加えて溶融シリカ粉末の表面処理をし
た。

【００２９】次に前述した化５のジシクロペンタジエン
骨格含有エポキシ樹脂 6.2％、テトラブロモビスフェノ
ールＡ型エポキシ樹脂 1.5％、前述した化７のフェノー
ル樹脂 1.5％、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（Ａ）を製造した。

【００３０】実施例２ 溶融シリカ粉末（最大粒径 100μm ）84％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％を加えて溶融シリカ粉末の表面処
理をした。

【００３１】次に前述した化５のジシクロペンタジエン
骨格含有エポキシ樹脂 6.2％、テトラブロモビスフェノ
ールＡ型エポキシ樹脂 1.5％、前述した化７のフェノー
ル樹脂 1.5％、前述した化９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（Ｂ）を製造した。

【００３２】実施例３ 溶融シリカ粉末（最大粒径 100μm ）84％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のカップ
リング剤 0.4％を加えて溶融シリカ粉末の表面処理をし
た。

【００３３】次に前述した化５のジシクロペンタジエン
骨格含有エポキシ樹脂 6.2％、テトラブロモビスフェノ
ールＡ型エポキシ樹脂 1.5％、前述した化７のフェノー
ル樹脂 1.5％、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（Ｃ）を製造した。

【００３４】比較例１ 溶融シリカ粉末（最大粒径 100μm 以下）80％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％を加えて溶融シリカ粉末の表
面処理をした。

【００３５】次にテトラブロモビスフェノールＡ型エポ
キシ樹脂 2.0％、o-クレゾールノボラックエポキシ樹脂
8.1％、前述した化７のフェノール樹脂 2.0％、前述し
た化８のフェノール樹脂 4.6％、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。

【００３６】比較例２ 溶融シリカ粉末（最大粒径 100μm 以下）84％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％を加えて溶融シリカ粉末の表
面処理をした。

【００３７】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エポキシ樹脂
6.2％、前述した化７のフェノール樹脂 1.5％、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。

【００３８】比較例３ 溶融シリカ粉末（最大粒径 100μm ）84％をヘンシェル
ミキサーに入れ、攪拌しながらエポキシアルキルシラン
カップリング剤 0.4％を加えて溶融シリカ粉末の表面処
理をした。

【００３９】次に前述した化５のジシクロペンタジエン
骨格含有エポキシ樹脂 6.2％、テトラブロモビスフェノ
ールＡ型エポキシ樹脂 1.5％、前述した化７のフェノー
ル樹脂 1.5％、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（Ｆ）を製造した。

【００４０】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。

【００４１】

【表１】 ＊1 ：ＥＭＭＩ−Ｉ−６６に準じてスパイラルフローを測定した（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 ：＊6 5.3× 5.3mmチップをＶＱＦＰ（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 理をした後、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（Max 240 ℃）に通し、外部および内部クラックの有無を調査した。

【００４２】

【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、成形性に優れ、また、流動性
がよく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 23/31

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）次の式で示されるジシクロペンタ
   ジエン型エポキシ樹脂、 【化１】 （但し、式中n は 0又は 1の整数を表す） （Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）次の一般式で示されるシ
   リコーン系カップリング剤、 【化２】 （但し、式中Ｘは末端にアルコキシシリル基を含有した
   アルキル基を、Ｙは末端にエポキシ基、カルボキシル基
   又は水酸基を含有した反応性アルキル基を、Ｚは有機物
   との相溶性を高めるためのポリエーテルユニット、アル
   キル基又はアラルキル基を、l 、m 、n 、o は 1以上の
   整数をそれぞれ表す） （Ｄ）最大粒径が 100μm 以下の溶融シリカ粉末および
   （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）の溶融シリカ粉末を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。
2. 【請求項２】 （Ａ）次の式で示されるジシクロペンタ
   ジエン型エポキシ樹脂、 【化３】 （但し、式中n は 0又は 1の整数を表す） （Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）次の一般式で示されるシ
   リコーン系カップリング剤、 【化４】 （但し、式中Ｘは末端にアルコキシシリル基を含有した
   アルキル基を、Ｙは末端にエポキシ基、カルボキシル基
   又は水酸基を含有した反応性アルキル基を、Ｚは有機物
   との相溶性を高めるためのポリエーテルユニット、アル
   キル基又はアラルキル基を、l 、m 、n 、o は 1以上の
   整数をそれぞれ表す） （Ｄ）最大粒径が 100μm 以下の溶融シリカ粉末および
   （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）の溶融シリカ粉末を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。