JPH08325357A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents
半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置Info
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- JPH08325357A JPH08325357A JP8073640A JP7364096A JPH08325357A JP H08325357 A JPH08325357 A JP H08325357A JP 8073640 A JP8073640 A JP 8073640A JP 7364096 A JP7364096 A JP 7364096A JP H08325357 A JPH08325357 A JP H08325357A
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Abstract
なかでも難燃性、高温信頼性に優れた半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物を提供すること。 【解決手段】 エポキシ樹脂、硬化剤、充填剤からなる
樹脂組成物であって、前期エポキシ樹脂がナフタレン骨
格を有するエポキシ樹脂を必須成分として含有し、かつ
充填剤の割合が全体の好ましくは87〜95重量%、ブ
ロム化合物、アンチモン化合物の割合が、それぞれ全体
の0〜0.3重量%であり、さらに調整した組成物の酸
素指数が42%以上であることを特徴とする半導体封止
用エポキシ樹脂組成物。
Description
よび高温信頼性に優れる半導体封止用エポキシ樹脂組成
物及びこの半導体封止用エポキシ樹脂組成物で封止して
なる半導体装置に関するものである。
性、接着性などに優れており、さらに配合処方により種
々の特性が付与できるため、塗料、接着剤、電気絶縁材
料など工業材料として利用されている。
の封止方法として従来より金属やセラミックスによるハ
ーメチックシールとフェノール樹脂、シリコーン樹脂、
エポキシ樹脂などによる樹脂封止が提案されている。し
かし、経済性、生産性、物性のバランスの点からエポキ
シ樹脂による樹脂封止が中心になっている。
も高密度化、自動化が進められており、従来のリードピ
ンを基板の穴に挿入する“挿入実装方式”に代わり、基
板表面に部品を半田付けする“表面実装方式”が盛んに
なってきた。それに伴いパッケ−ジも従来のDIP(デ
ュアル・インライン・パッケ−ジ)から高密度実装、表
面実装に適した薄型のFPP(フラット・プラスチック
・パッケ−ジ)に移行しつつある。
問題にならなかった半田付け工程が大きな問題になって
きた。従来のピン挿入実装方式では、半田付け工程はリ
ード部が部分的に加熱されるだけであったが、表面実装
方式ではパッケージ全体が熱媒に浸され加熱される。表
面実装方式における半田付け方法としては半田浴浸漬、
不活性ガスの飽和蒸気による加熱(ベーパーフェイズ
法)や赤外線リフロー法などが用いられるが、いずれの
方法でもパッケージ全体が210〜270℃の高温に加
熱されることになる。そのため、従来の封止樹脂で封止
したパッケージは、半田付け時に樹脂部分にクラックが
発生したり、チップと樹脂の間に剥離が生じたりして、
信頼性が低下して製品として使用できないという問題が
おきる。
後硬化してから実装工程の間までに吸湿した水分が半田
付け加熱時に爆発的に水蒸気化、膨張することに起因す
るといわれており、その対策として後硬化したパッケー
ジを完全に乾燥し密封した容器に収納して出荷する方法
が用いられている。
のためUL規格により難燃性の付与が義務づけられてい
る。このため封止用樹脂には通常、ブロム化合物および
三酸化アンチモンなどの難燃剤が添加されている。
てきたブロム化合物およびアンチモン化合物などの難燃
剤は、150〜200℃の高温環境下で半導体が使用さ
れた場合の信頼性、すなわち高温信頼性を低下する原因
になる。
とえば、半田耐熱性を改良する目的で、マトリックス樹
脂にノボラック型エポキシ樹脂とフェノ−ルアラルキル
樹脂を配合する方法(特開昭53−299号公報、特開
昭59−67660号公報)、、マトリックス樹脂にビ
フェニル型エポキシ樹脂とフェノ−ルアラルキル樹脂を
用い充填剤を80〜85重量%配合する方法(特開平3
−207714号公報、特開平4−48759号公報、
特開平4−55423号公報)などが提案されている。
るため、ハイドロタルサイト系化合物(特開昭61−1
9625号公報)、四酸化アンチモンの添加(特開昭5
7−32506号公報、特開平2−175747号公
報)が提案されている。
ジを容器に封入する方法は、製造工程および製品の取扱
い作業が繁雑になるうえ、製品価格が高価になる欠点が
ある。
れぞれ効果を挙げてきているが、まだ十分ではない。マ
トリックス樹脂にノボラック型エポキシ樹脂とフェノ−
ルアラルキル樹脂を配合する方法(特開昭53−299
号公報、特開昭59−67660号公報)、マトリック
ス樹脂にビフェニル型エポキシ樹脂とフェノ−ルアラル
キル樹脂を用い破砕系充填剤を60〜85重量%配合す
る方法(特開平3−207714号公報、特開平4−4
8759号公報、特開平4−55423号公報)は、マ
トリックス樹脂の溶融粘度が高く充填性に問題があるば
かりか、半田付け工程における樹脂部分のクラック防止
においても十分なレベルではなかった。
下での半導体の機能を保証するもので、発熱量の大きい
半導体や自動車のエンジンまわりで使用する半導体など
では必須の性能であり、難燃性を付与するために添加し
ているブロム化合物およびアンチモン化合物などの難燃
剤の分解が主原因で低下することが分かっている。
優れる半導体封止用エポキシ樹脂組成物は得られなかっ
た。
に、ハイドロ化合物を添加する方法(特開昭61−19
625号公報)は、高温信頼性の向上に有効であるが、
十分ではなく、さらに向上することが望まれていた。
るために、四酸化アンチモンを添加する方法(特公昭5
7−32506号公報、特開平2−175747号公
報)は、高温信頼性の向上に効果がなかった。
ともに優れる半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供す
ることにある。
クス樹脂にナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂を用
い、充填剤を87〜95重量%添加することに加えて、
ブロム化合物やアンチモン化合物の添加量をそれぞれ
0.3重量%以下にすることにより、上記の課題を達成
し、目的に合致した半導体封止用エポキシ樹脂組成物が
得られることを見出だし、本発明に達した。
硬化剤(B)、充填剤(C)をからなる樹脂組成物であ
って、前記エポキシ樹脂(A)が次の一般式(I)
する有機基であり、それ以外は水素原子、ハロゲン原子
または炭素数1〜4のアルキル基を示す。)で表される
骨格を有するエポキシ樹脂(a)を必須成分として含有
し、かつ好ましくは前記充填剤(C)の割合が組成物の
全体の87〜95重量%で、ブロム化合物の割合が全体
の0.3重量%以下であり、アンチモン化合物の割合が
全体の0.3重量%であり、さらに調整した組成物の硬
化後の酸素指数が42%以上であることを特徴とする半
導体封止用エポキシ樹脂組成物 および該エポキシ樹脂
組成物で封止してなる半導体装置である。
本発明において「重量」とは「質量」を意味する。
記式(I)で表される骨格を有するエポキシ樹脂(a)
を必須成分として含有することが重要である。エポキシ
樹脂(a)を含有しない場合は、半田付け工程における
クラック発生防止効果が発揮されないばかりか、十分な
流動性や難燃性が得られない。
しい具体例としては、水素原子、メチル基、エチル基、
プロピル基、i−プロピル基、n−プロピル基、sec
−ブチル基、tert−ブチル基、塩素原子、臭素原子
などがあげられる。
しい具体例としては、1,5−ビス(2,3−エポキシ
プロポキシ)ナフタレン、1,5−ビス(2,3−エポ
キシプロポキシ)−7−メチルナフタレン、1,6−ビ
ス(2,3−エポキシプロポキシ)ナフタレン、1,6
−ビス(2,3−エポキシプロポキシ)−2−メチルナ
フタレン、1,6−ビス(2,3−エポキシプロポキ
シ)−8−メチルナフタレン、1,6−ビス(2,3−
エポキシプロポキシ)−4,8−ジメチルナフタレン、
2−ブロム−1,6−ビス(2,3−エポキシプロポキ
シ)ナフタレン、8−ブロム−1,6−ビス(2,3−
エポキシプロポキシ)ナフタレン、2,7−ビス(2,
3−エポキシプロポキシ)ナフタレンなどが挙げられ、
1,5−ビス(2,3−エポキシプロポキシ)ナフタレ
ン、1,6−ビス(2,3−エポキシプロポキシ)ナフ
タレン、2,7−ビス(2,3−エポキシプロポキシ)
ナフタレンが特に好ましい。
のエポキシ樹脂(a)とともにそのエポキシ(a)以外
の他のエポキシ樹脂をも併用して含有することができ
る。
とえば、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂、クレゾ
−ルノボラック型エポキシ樹脂、フェノ−ルノボラック
型エポキシ樹脂、ビスフェノ−ルAやレゾルシンなどか
ら合成される各種ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェ
ノ−ルA型エポキシ樹脂、線状脂肪族エポキシ樹脂、脂
還式エポキシ樹脂、複素還式エポキシ樹脂などがあげら
れる。
シ樹脂(a)の割合は、特に限定されず、任意に選ぶこ
とができるが、流動性の点から、エポキシ樹脂(a)を
エポキシ樹脂(A)中に50重量%以上、好ましくは7
0重量%以上含有せしめることが望ましい。
合量は、組成物全体の通常0.1〜10重量%、好まし
くは0.5〜7重量%である。エポキシ樹脂(A)の配
合量が0.5重量%未満では成形性や接着性が不十分で
あり好ましくない。
樹脂(A)と反応して硬化させるものであれば特に限定
されず、それらの具体例としては、たとえばフェノ−ル
ノボラック樹脂、クレゾ−ルノボラック樹脂、下記一般
式(II)で表されるフェノ−ル化合物
基、nは0以上の整数を示す。) ビスフェノ−ルAやレゾルシンから合成される各種ノボ
ラック樹脂、トリス(ヒドロキシフェニル)メタン、ジ
ヒドロキシビフェニルなどの多種多価フェノ−ル化合
物、無水マレイン酸、無水フタル酸、無水ピロメリット
酸などの酸無水物およびメタフェニレンジアミン、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な
どの芳香族アミンなどがあげられる。半導体封止用とし
ては、耐熱性、耐湿性および保存性の点から、フェノ−
ル系硬化剤が好ましく用いられ、用途によっては2種類
以上の硬化剤を併用してもよい。
組成物全体から通常0.1〜10重量%、好ましくは
0.5〜7重量%である。さらには、エポキシ樹脂
(A)と硬化剤(B)の配合比は、機械的性質および耐
湿信頼性の点から(A)に対する(B)の化学当量比が
0.5〜1.5、特に0.8〜1.2の範囲にあること
が好ましい。
と硬化剤(B)の硬化反応を促進するため硬化触媒を用
いてもよい。硬化触媒は硬化反応を促進するものならば
特に限定されず、たとえば2−メチルイミダゾール、
2,4−ジメチルイミダゾール、2−エチル−4−メチ
ルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−フェ
ニル−4−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化合物、トリエチルアミ
ン、ベンジルジメチルアミン、α−メチルベンジルジメ
チルアミン、2−(ジメチルアミノメチル)フェノー
ル、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェ
ノール、1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデ
セン−7などの3級アミン化合物、ジルコニウムテトラ
メトキシド、ジルコニウムテトラプロポキシド、テトラ
キス(アセチルアセトナト)ジルコニウム、トリ(アセ
チルアセトナト)アルミニウムなどの有機金属化合物お
よびトリフェニルホスフィン、トリメチルホスフィン、
トリエチルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリ
(p−メチルフェニル)ホスフィン、トリ(ノニルフェ
ニル)ホスフィンなどの有機ホスフィン化合物が挙げら
れる。なかでも耐湿性の点から、有機ホスフィン化合物
が好ましく、トリフェニルホスフィンが特に好ましく用
いられる。これらの硬化触媒は、用途によっては二種以
上を併用してもよい。
融シリカ、結晶性シリカ、炭酸カルシウム、炭酸マグネ
シウム、アルミナ、マグネシア、クレー、タルク、ケイ
酸カルシウム、酸化チタン、酸化アンチモン、アスベス
ト、ガラス繊維などが挙げられるが、なかでも溶融シリ
カが線膨張係数を低下させる効果が大きく、低応力化に
有効なため好ましく用いられる。
の非晶性シリカを意味する。その製造は必ずしも溶融状
態を経る必要はなく、任意の製造法を用いることができ
る。たとえば、結晶性シリカを溶融する方法、各種原料
から合成する方法などが挙げられる。
れないが、平均粒径5μm以上30μm以下の球状溶融
シリカ99〜50重量%と平均粒径1μm以下の球状溶
融シリカ1〜50重量%からなる溶融シリカ(c)を充
填剤(C)中に40重量%以上、好ましくは60重量%
以上、さらに好ましくは90重量%以上含有することが
流動性の点から好ましい。
なる粒径(メジアン径)を意味する。 本発明におい
て、充填剤(C)の割合は成形性および低応力性の点か
ら全体の87〜95重量%、好ましくは89〜95重量
%である。さらに好ましくは90〜95重量%である。
ング剤、チタネートカップリング剤などのカップリング
剤であらかじめ表面処理することが、半導体素子とした
場合の信頼性の点で好ましい。カップリング剤としてエ
ポキシシラン、アミノシラン、メルカプトシランなどの
シランカップリング剤が好ましく用いられる。
ブロム化合物を配合できる。また実質的に存在するブロ
ム化合物は、通常半導体封止用エポキシ樹脂組成物に難
燃剤として添加されるもので、特に限定されず、公知の
ものであってよい。
しては、ブロム化ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ブ
ロム化フェノールノボラック型エポキシ樹脂などのブロ
ム化エポキシ樹脂、ブロム化ポリカーボネート樹脂、ブ
ロム化ポリスチレン樹脂、ブロム化ポリフェニレンオキ
サイド樹脂、テトラブロモビスフェノールA、デカブロ
モジフェニルエーテルなどがあげられ、なかでも、ブロ
ム化ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ブロム化フェノ
ールノボラック型エポキシ樹脂などのブロム化エポキシ
樹脂が、成形性の点から特に好ましい。
成物全体に対して0.30重量%以下が難燃性および高
温信頼性の点で好ましい。特に好ましくは0.1重量%
以下、さらに好ましくは0.05重量%以下、さらに実
質的に配合されないものである。また、臭素原子の量に
注目すると、組成物全体に対して0.3重量%以下、特
に好ましくは0.10重量%以下、さらに好ましくは
0.05重量%以下の量が好ましい。
アンチモン化合物を配合できる。これは通常半導体封止
用エポキシ樹脂組成物に難燃助剤として添加されるもの
で、特に限定されず、公知のものが使用できる。アンチ
モン化合物の好ましい具体例としては、三酸化アンチモ
ン、四酸化アンチモン、五酸化アンチモンがあげられ
る。
物の量は、全体の0.3重量%以下が難燃性および高温
信頼性の点で好ましい。特に好ましくは0.1重量%以
下、さらに好ましくは0.05重量%以下、さらには実
質的に配合されていないものである。アンチモン原子に
注目すると全体の0.2重量%以下、好ましくは0.1
重量%以下、さらに好ましくは0.05重量%以下であ
る。
ンブラック、酸化鉄などの着色剤、ハイドロタルサイト
などのイオン捕捉剤、シリコ−ンゴム、オレフィン系共
重合体、変性ニトリルゴム、変性ポリブタジエンゴム、
変性シリコ−ンオイルなどのエラストマ−、ポリエチレ
ンなどの熱可塑性樹脂、長鎖脂肪酸、長鎖脂肪酸の金属
塩、長鎖脂肪酸のエステル、長鎖脂肪酸のアミド、パラ
フィンワックスなどの離型剤および有機過酸化物などの
架橋剤を任意に添加することができる。
樹脂の硬化後の酸素指数が42%以上であることが重要
である。酸素指数が42%未満の場合は、エポキシ樹脂
組成物が以上で述べた他の条件をすべて満たしたとして
も、本発明の効果、すなわち半田耐熱性、耐湿信頼性高
温信頼性、難燃性、成形性に優れたエポキシ樹脂組成物
を得ることはできない。
しては溶融混練によるものが好ましく、たとえばバンバ
リーミキサー、ニーダー、ロール、単軸もしくは二軸の
押出機およびコニーダーなどの公知の混練方法を用いて
溶融混練することにより製造される。
る。なお、実施例中の%は、重量%を示す。
よりドライブレンドした。これを、ロール表面温度90
℃のミキシングロールを用いて5分間加熱混練後、冷却
・粉砕して半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造し
た。この組成物を用い、低圧トランスファー成形法によ
り175℃×2分の条件で成形し、180℃×5時間の
条件でポストキュアして次の物性測定法により各組成物
の物性を測定した。
分を80重量%含有する。) 半田耐熱性:表面にAl蒸着した模擬素子を搭載したチ
ップサイズ12×12mmの160pinQFP 20
個を成形し、85℃/85%RHで吸水率が飽和する時
間、加湿後、最高温度245℃のIRリフロー炉で加熱
処理し、外部クラック、内部クラックの発生数を調べ
た。 吸水率:半田耐熱試験に用いる160pinQFPでの
吸水率を測定した。 高温信頼性:模擬素子を搭載した16pinDIPを用
い、200℃で高温信頼性を評価し、累積故障率63%
になる時間を求め高温特性寿命とした。 難燃性試験:5”×1/2”×1/16”の燃焼試験片
を成形、ポストキュア−し、UL94規格に従い難燃性
を評価した。 酸素指数:6.5×3.2×120mmの試験片を成
形、ポストキュア−し、JIS K7201に従って、
燃焼限界点における各ガス体積濃度を求めた。 酸素指数(%)=[酸素]/([酸素]+[窒素]) PKG充填性:半田耐熱試験に用いる160pinQF
Pを、成形後に目視および顕微鏡を用いて観察し、未充
填、ピンホ−ルの有無を調べた。
樹脂組成物(実施例1〜8)は、半田耐熱性、難燃性、
高温信頼性、PKG充填性に優れている。
未満で、酸素指数が42%未満である比較例2は、半田
耐熱性、難燃性に劣る。
て、0.15重量%を越える場合、アンチモン化合物の
割合が0.3重量%以上の比較例1は、高温信頼性が劣
っている。
い比較例3は、組成物の酸素指数が低く、十分な難燃性
が得られないばかりか、半田耐熱性にも劣っている。
物は、半田耐熱性に優れ、難燃性、半導体とした際の高
温信頼性にも優れている。
Claims (5)
- 【請求項1】 エポキシ樹脂(A)、硬化剤(B)、充
填剤(C)をからなる樹脂組成物であって、前記エポキ
シ樹脂(A)が次の一般式(I) 【化1】 (式中、R1 〜R8 はその内2個以上はエポキシ基を有
する有機基であり、それぞれ水素原子、ハロゲン原子ま
たは炭素数1〜4のアルキル基を示す。)で表される骨
格を有するエポキシ樹脂(a)を必須成分として含有
し、さらに組成物硬化後の酸素指数が42%以上である
ことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 - 【請求項2】 前記充填剤(C)の割合が全体の87〜
95重量%であることを特徴とする請求項1に記載の半
導体封止用エポキシ樹脂組成物。 - 【請求項3】 請求項1または2記載の組成物であっ
て、ブロム化合物の含有量がブロム原子として組成物全
体の0.3重量%以下、かつアンチモン化合物の含有量
が組成物全体の0.3重量%以下である半導体封止用エ
ポキシ樹脂組成物。 - 【請求項4】 請求項1または2いずれかに記載の組成
物であって、さらにブロム原子の含有量が組成物全体の
0.2重量%以下、アンチモン原子の含有量がを組成物
全体の0.2重量%以下である半導体封止用エポキシ樹
脂組成物。 - 【請求項5】 請求項1〜4いずれかにに記載の半導体
封止用エポキシ樹脂組成物で、半導体素子封止してなる
ことを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8073640A JPH08325357A (ja) | 1995-03-28 | 1996-03-28 | 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7013695 | 1995-03-28 | ||
JP7-70136 | 1995-03-28 | ||
JP8073640A JPH08325357A (ja) | 1995-03-28 | 1996-03-28 | 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08325357A true JPH08325357A (ja) | 1996-12-10 |
Family
ID=26411292
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8073640A Pending JPH08325357A (ja) | 1995-03-28 | 1996-03-28 | 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH08325357A (ja) |
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