JPH093161A - 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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JPH093161A
JPH093161A JP17671895A JP17671895A JPH093161A JP H093161 A JPH093161 A JP H093161A JP 17671895 A JP17671895 A JP 17671895A JP 17671895 A JP17671895 A JP 17671895A JP H093161 A JPH093161 A JP H093161A
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JP
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epoxy resin
resin composition
group
formula
semiconductor
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JP17671895A
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Koichi Ibuki
浩一 伊吹
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Kyocera Chemical Corp
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Toshiba Chemical Corp
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 本発明は、(A)次式で表されるエポキシ樹
脂、 (B)フェノールアラルキル樹脂、(C)無機質充填剤
および(D)硬化促進剤を必須成分とし、樹脂組成物に
対して前記(C)無機質充填剤を50〜95重量%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
組成物の硬化物で、半導体チップが封止されてなる半導
体封止装置である。 【効果】 本発明のエポキシ樹脂組成物及び半導体封止
装置は、耐湿性、半田耐熱性に優れ、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、半田耐熱性に
優れたエポキシ樹脂組成物およびその組成物によって半
導体チップを封止した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】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及びシリカ粉末
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
い耐湿劣化を起こし、電極の腐食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】
【発明が解決しようとする課題】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
ムとの剥がれや内部樹脂クラックの発生がなく、また電
極の腐食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。
【0005】
【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
樹脂に硬化剤として特定のフェノール樹脂を用いること
によって、耐湿性、半田耐熱性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。
【0006】即ち、本発明は、 (A)次の一般式で示されるエポキシ樹脂、
【0007】
【化5】 (但し、式中R1 はCj 2j+1基を、R2 はCk 2k+1
基を、R3 はCl 2l+1基を、R4 はCm 2m+1基をそ
れぞれ表し、各基におけるj 、k 、l 及びm 並びにn は
0又は 1以上の整数を表す) (B)次の一般式で示されるフェノール樹脂
【0008】
【化6】 (但し、式中R5 はCj 2j+1基を、R6 はCk 2k+1
基をそれぞれ表し、各基におけるj 及びk 並びにn は 0
又は 1以上の整数を表す) (C)無機質充填剤および (D)硬化促進剤を必須成分とし、樹脂組成物に対して
前記(C)無機質充填剤を50〜95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で、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。
【0009】以下、本発明を詳細に説明する。
【0010】本発明に用いる(A)エポキシ樹脂として
は、前記の一般式化5で示されるものが使用され、その
分子量等に特に制限されることなく使用することができ
る。具体的な化合物として、例えば
【0011】
【化7】
【0012】(但し、式中n は0 又は1 以上の整数を表
す)
【0013】
【化8】 (但し、式中、n は0 又は1 以上の整数を表す)等が挙
げられ、これらは単独または 2種以上混合して使用する
ことができる。また、これらのエポキシ樹脂には、ノボ
ラック型エポキシ樹脂やエピビス系エポキシ樹脂、その
他の一般公知のエポキシ樹脂を併用することができる。
【0014】本発明に用いる(B)フェノール樹脂とし
ては、前記の一般式化6で示されるフェノール樹脂を使
用することができる。具体的な化合物として、例えば
【0015】
【化9】 (但し、式中、n は0 又は1 以上の整数を表す)
【0016】
【化10】 (但し、式中、n は0 又は1 以上の整数を表す)が挙げ
られる。また、このフェノール樹脂の他にフェノール、
アルキルフェノール等のフェノール類と、ホルムアルデ
ヒド或いはパラホルムアルデヒドとを反応させて得られ
るノボラック型フェノール樹脂およびこれらの変性樹脂
を併用することができる。
【0017】本発明に用いる(C)無機質充填剤として
は、一般に使用されているものが広く使用されるが、そ
れらの中でも不純物濃度が低く、平均粒径30μm 以下の
シリカ粉末が好ましく使用することができる。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。無機質充填剤の配合割合は、全体の樹脂組成物に
対して50〜95重量%の割合で含有することが望ましい。
その割合が50重量%未満では、樹脂組成物の吸湿性が大
きく、半田浸漬後の耐湿性に劣り、また、95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。
【0018】本発明に用いる(D)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が広く使用さ
れる。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、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。
【0019】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、特定のフェノール樹脂、無機質充
填剤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、
ベンガラ等の着色剤、シランカップリング剤、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。
【0020】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な方法としては、前述した特
定のエポキシ樹脂、特定のフェノール樹脂、無機質充填
剤および硬化促進剤その他の成分を所定の組成比に選択
した原料成分を配合し、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又はニ
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
電子部品ある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。
【0021】本発明の半導体封止装置は、上述した成形
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、注型等
による封止も可能である。成形材料は封止の際に加熱し
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。
【0022】
【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、前述した特定のエポキシ樹脂、フェノール樹脂
を用いたことによって、樹脂組成物のガラス転移温度が
上昇し、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。
【0023】
【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。以下の実施例及び比較例において「%」とは「重量
%」を意味する。
【0024】実施例1 化7に示したエポキシ樹脂 8.9%、化9に示したフェノ
ール樹脂 6.1%、シリカ粉末84%、硬化促進剤 0.3%、
エステルワックス 0.3%およびシランカップリング剤
0.4%を常温で混合し、さらに90〜95℃で混練してこれ
を冷却粉砕して成形材料(A)を製造した。
【0025】実施例2 実施例1で用いた化7のエポキシ樹脂5.9 %と実施例1
で用いた化9のフェノール樹脂 4.1%、シリカ粉末89.0
%、硬化促進剤 0.3%、エステルワックス 0.3%および
シランカップリング剤 0.4%を常温で混合し、さらに90
〜95℃で混練してこれを冷却粉砕して成形材料(B)を
製造した。
【0026】比較例1 o-クレゾールノボラック型エポキシ樹脂9.8 %、ノボラ
ック型フェノール樹脂5.2%、シリカ粉末84%、硬化促
進剤 0.3%、エステルワックス 0.3%およびシランカッ
プリング剤 0.4%を混合し、実施例1と同様にして成形
材料(C)を製造した。
【0027】比較例2 ビフェニル型エポキシ樹脂(エポキシ当量193 )5.2
%、実施例1で用いた化9のフェノール樹脂 4.8%、シ
リカ粉末89%、硬化促進剤 0.3%、エステルワックス
0.3%およびシランカップリング剤 0.4%を混合し、さ
らに90〜95℃で混練してこれを冷却粉砕して成形材料
(D)を製造した。
【0028】こうして製造した成形材料A)〜(D)を
用いて、175 ℃に加熱した金型内にトランスファー注入
し、硬化させて半導体チップを封止して半導体封止装置
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
キシ樹脂組成物及び半導体封止装置は、耐湿性、半田耐
熱性に優れており、本発明の顕著な効果を確認すること
ができた。
【0029】
【表1】 *1 :トランスファー成形によって直径50mm、厚さ3 mm
の成形品を作り、これを127℃, 2.5気圧の飽和水蒸気
中に24時間放置し、増加した重量によって測定した。 *2 :吸水率の場合と同様な成形品を作り、 175℃で 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。 *3 :JIS−K−6911に準じて試験した。 *4 :成形材料を用いて、 2本のアルミニウム配線を有
するシリコン製チップを、通常の42アロイフレームに接
着し、175 ℃で 2分間トランスファー成形した後、175
℃で 8時間の後硬化を行った。こうして得た成形品を予
め、40℃,95%RH, 100時間の吸湿処理した後、250
℃の半田浴に10秒間浸漬した。その後、127 ℃,2.5 気
圧の飽和水蒸気中で耐湿試験を行い、アルミニウム腐食
による50%断線(不良発生)の起こる時間を評価した。 *5 : 8×8 mmダミーチップをQFP(14×14×1.4 m
m)パッケージに納め、成形材料を用いて、175 ℃で 2
分間トランスファー成形した後、175 ℃で 8時間の後硬
化を行った。こうして製造した半導体封止装置を85℃,
85%,96時間の吸湿処理をした後、Max 240 ℃のリフロ
ー炉に通した。その後、実体顕微鏡でパッケージ表面を
観察し、外部樹脂クラックの発生の有無を評価した。ま
た、超音波探傷測定機において、ダイパッド裏面の剥離
現象を観察し、5 %以上の剥離の有無を評価した。
【0030】
【発明の効果】以上の説明及び表1から明らかなよう
に、本発明のエポキシ樹脂組成物及び半導体封止装置
は、耐湿性、半田耐熱性に優れ、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、しかも長時間にわた
って信頼性を保証することができる。

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エポキシ樹
    脂、 【化1】 (但し、式中R1 はCj 2j+1基を、R2 はCk 2k+1
    基を、R3 はCl 2l+1基を、R4 はCm 2m+1基をそ
    れぞれ表し、各基におけるj 、k 、l 及びm 並びにn は
    0又は 1以上の整数を表す) (B)次の一般式で示されるフェノール樹脂 【化2】 (但し、式中R5 はCj 2j+1基を、R6 はCk 2k+1
    基をそれぞれ表し、各基におけるj 及びk 並びにn は 0
    又は 1以上の整数を表す) (C)無機質充填剤および (D)硬化促進剤を必須成分とし、樹脂組成物に対して
    前記(C)無機質充填剤を50〜95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エポキシ樹
    脂、 【化3】 (但し、式中R1 はCj 2j+1基を、R2 はCk 2k+1
    基を、R3 はCl 2l+1基を、R4 はCm 2m+1基をそ
    れぞれ表し、各基におけるj 、k 、l 及びm 並びにn は
    0又は 1以上の整数を表す) (B)次の一般式で示されるフェノール樹脂 【化4】 (但し、式中R5 はCj 2j+1基を、R6 はCk 2k+1
    基をそれぞれ表し、各基におけるj 及びk 並びにn は 0
    又は 1以上の整数を表す) (C)無機質充填剤および (D)硬化促進剤を必須成分とし、樹脂組成物に対して
    前記(C)無機質充填剤を50〜95重量%の割合で含有し
    たエポキシ樹脂組成物の硬化物で、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。
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