JPH0881540A - エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置 - Google Patents

エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置

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JPH0881540A
JPH0881540A JP24479494A JP24479494A JPH0881540A JP H0881540 A JPH0881540 A JP H0881540A JP 24479494 A JP24479494 A JP 24479494A JP 24479494 A JP24479494 A JP 24479494A JP H0881540 A JPH0881540 A JP H0881540A
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JP
Japan
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epoxy resin
resin composition
silica powder
crystalline silica
obtuse
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Pending
Application number
JP24479494A
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English (en)
Inventor
Masanori Okamoto
正法 岡本
Atsushi Fujii
篤 藤井
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Kyocera Chemical Corp
Original Assignee
Toshiba Chemical Corp
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Publication date
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  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 本発明は、(A)次式で表されるビフェニル
型エポキシ樹脂、 (B)フェノール樹脂、(C)有機塩基を極微量添加し
たエポキシ基を有するシランカップリング剤、(D)最
大粒径が100 μm 以下の鈍角結晶性シリカ粉末及び
(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)の鈍角結晶性シリカ粉末を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、熱伝
導性に優れ、吸湿による影響が少なく、熱放散性が良好
で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、
成形性及び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】従来のエポキシ樹脂組
成物、すなわち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、樹脂組成物の低吸湿化を
図ることができるが、無機質充填剤の高充填化に伴い流
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する
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、パッケージの構造ばかりでなく、封止
材料においても熱伝導率のよい材料が求められつつあ
る。結晶性シリカは、溶融シリカ等に比べて熱伝導率が
高いため、これを充填剤として用いた場合、高い熱伝導
率が期待できるが、鋭角な破砕形の結晶性シリカでは高
充填化した際に良好な流動性が得られないという欠点が
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、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
流の発生や金型摩耗もなく、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。
【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および鈍角結晶性
シリカ粉末を用いることによって、上記目的が達成され
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
れるビフェニル型エポキシ樹脂、
【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 −Cn 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 以下の鈍角結
晶性シリカ粉末および(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)の鈍角結晶性
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。
【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で示されるビフェニル型エポキシ樹脂が
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】
【0016】(但し、n は0 又は1 以上の整数を表す)
【0017】
【化9】 (但し、n は0 又は1 以上の整数を表す)
【0018】
【化10】 (但し、n は0 又は1 以上の整数を表す)
【0019】
【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。
【0020】本発明に用いる(C)有機塩基を極微量添
加した、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、
【0021】
【化12】
【0022】
【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。
【0023】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。
ここで添加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
添加配合量は、シランカップリング剤に対して0.0005〜
0.05重量%の範囲内で使用することが望ましい。この配
合量が0.0005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、0.05重量
%を超えると耐湿信頼性が低下して好ましくない。
【0024】本発明に用いる(D)鈍角結晶性シリカ粉
末としては、不純物濃度が低く最大粒径が100 μm 以下
ものが好ましく使用される。また、充填剤を高充填化す
るために、不純物濃度が低く最大粒径が100 μm 以下の
溶融シリカ粉末を併用することができる。これらの充填
剤は、平均粒径30μm 以下であることが望ましい。平均
粒径が30μm を超えると耐湿性および成形性が劣り好ま
しくない。鈍角結晶性シリカ粉末の配合割合は、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
ることが好ましい。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。これらの鈍角結晶性シリカ粉末に、
シランカップリング剤に有機塩基を添加し、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。
【0025】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。
【0026】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、有機基を微量配
合した特定のシランカップリング剤、鈍角結晶性シリカ
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。
【0027】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、特定のシランカップリング
剤、鈍角結晶性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。
【0028】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、175 ℃以上
に加熱して硬化させることが望ましい。
【0029】
【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、有機塩
基を極微量添加した特定のシランカップリング剤、鈍角
結晶性シリカ粉末および硬化促進剤を用いることによっ
て、その効果が得られるものである。即ち、微量の有機
塩基がシランカップリング剤の加水分解を促進させ、樹
脂等の有機分と無機分との反応性を高め、最大粒径100
μm 以下の鈍角結晶性シリカと特定のエポキシ樹脂を用
いることによって、流動性を損なわずに高充填化でき、
有機分と無機分との界面強度が上がり、樹脂組成物の吸
水性を低減し、成形性、流動性が向上し、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、良好な
熱伝導性を示し、耐湿性劣化が少なくなるものである。
【0030】
【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。
【0031】実施例1 鈍角結晶性シリカ粉末(最大粒径100 μm 以下)74%、
微細な溶融球状シリカ粉末(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1
2のシランカップリング剤0.4 %、ジエチルアミン4 ×
10-4%を加えて複合シリカ粉末の表面処理をした。
【0032】次に前述した化5のビフェニル型エポキシ
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のフェノールノボラック樹脂
1.5%、前述した化8のフェノールアラルキル樹脂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、粉砕して成形材料を製造した。
【0033】実施例2〜3 表1に示した組成で実施例1と同様にして成形材料を製
造した。
【0034】比較例1〜3 表1に示した組成で実施例1と同様にして成形材料を製
造した。
【0035】こうして製造した成形材料を用いて 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2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、熱
伝導性に優れており、本発明の顕著な効果を確認するこ
とができた。
【0036】
【表1】
【0037】
【表2】 *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 ,25 mm 厚の成形品を作り、熱伝導率計を用いて測定した。 *6 :5.3 ×5.3mm チップをVQFP80pin (12×12×1.4mm )パッケージ用金 型に納め、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。 *7 :*6 のVQFP80pin パッケージの半導体封止装置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。 *8 :*6 のVQFP80pin パッケージの成形において充填できなかった。
【0038】
【発明の効果】以上の説明および表2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、熱伝導性に優れ、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、放熱性が良好で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 (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)次の一般式で示されるビフェニル
    型エポキシ樹脂、 【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 −Cn 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 以下の鈍角結
    晶性シリカ粉末および(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)の鈍角結晶性
    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)次の一般式で示されるビフェニル
    型エポキシ樹脂、 【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 −Cn 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 以下の鈍角結
    晶性シリカ粉末および(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)の鈍角結晶性
    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。
JP24479494A 1994-09-13 1994-09-13 エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置 Pending JPH0881540A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100543092B1 (ko) * 2002-12-07 2006-01-20 제일모직주식회사 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물

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