JPH10251489A

JPH10251489A - エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置

Info

Publication number: JPH10251489A
Application number: JP7443097A
Authority: JP
Inventors: Isao Ichikawa; 功市川
Original assignee: Toshiba Chemical Corp
Current assignee: Kyocera Chemical Corp
Priority date: 1997-03-11
Filing date: 1997-03-11
Publication date: 1998-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】成形性、半田耐熱性に優れ、低粘度で薄型パ
ッケージなどの充填性に優れ、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
生を低減するエポキシ樹脂組成物及び半導体封止装置を
提供する。【解決手段】（Ａ）ビフェニル型エポキシ樹脂、
（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）次の一般式で示されるチ
タネート系カップリング剤、（Ｄ）最大粒径100 μｍ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
合で含有してなるエポキシ樹脂組成物であり、またこの
組成物の硬化物によって、半導体チップが封止されてな
る半導体封止装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成形性、耐湿性、
半田耐熱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わって外部
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、良好な成形性で、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、熱伝導性、成
形性に優れ、封止樹脂と半導体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、特定のチタネー
ト系カップリング剤を用いることによって、樹脂等の有
機分とシリカ等の無機分の双方との反応性を高めたカッ
プリング剤で処理した最大粒径が100 μｍ以下のシリカ
粉末と、特定のエポキシ樹脂を用いることで、流動性を
損なわず、高充填でき、有機分と無機分の界面強度が向
上し、成形性、耐湿性、半田耐熱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）次式で示されるビ
フェニル型エポキシ樹脂、

【０００８】

【化５】（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）次の一般式で示されるチ
タネート系カップリング剤、

【０００９】

【化６】（但し、式中Ｒ¹，Ｒ²はアルキル基を表す）（Ｄ）最
大粒径が100 μｍ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
であれば特に制限されるものではない。具体的な化合物
として、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）チタネート系カップ
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】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。また、公知のシランカップリング剤と併用し
て使用することができる。

【００２１】本発明に用いる（Ｄ）最大粒径が100 μｍ
以下の溶融シリカ粉末としては、不純物濃度が低く、平
均粒径30μｍ以下のものが使用される。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。

【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、特定のチタネー
ト系カップリング剤、最大粒径が100 μｍ以下の溶融シ
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、チタネート系カップリング
剤、最大粒径が100 μｍ以下の溶融シリカ粉末、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。

【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、前述した特定のエポキシ樹脂とフェノール樹脂
に対して、特定のチタネート系カップリング剤を用いる
ことによって樹脂界面を強化し、その結果、樹脂組成物
の吸水性を低減し、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最大粒径100 μｍ以下の溶融シリカ粉末84.0％をヘンシ
ルミキサーに入れ、攪拌しながら前述した化１２のチタ
ネート系カップリング剤 0.4％を加えて、上記のシリカ
粉末の表面処理をした。

【００２９】次に化５に示した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％、前記の化７のフェノールノボラック樹脂 1.5
％、前記の化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％、および三酸化アンチモン
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。

【００３０】実施例２最大粒径100 μｍ以下の溶融シリカ粉末84.0％をヘンシ
ルミキサーに入れ、攪拌しながら前述した化１２のチタ
ネート系カップリング剤 0.4％を加えて、上記のシリカ
粉末の表面処理をした。

【００３１】次に化５に示した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％、前記の化７のフェノールノボラック樹脂 1.5
％、前記の化９のジシクロペンタジエン変性フェノール
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％、および三
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。

【００３２】実施例３最大粒径100 μｍ以下の溶融シリカ粉末84.0％をヘンシ
ルミキサーに入れ、攪拌しながら前述した化１３のチタ
ネート系カップリング剤 0.4％を加えて、上記のシリカ
粉末の表面処理をした。

【００３３】次に化５に示した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％、前記の化７のフェノール樹脂 1.5％、前記の
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％、および三酸化アンチモン 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。

【００３４】比較例１最大粒径100 μｍ以下の溶融シリカ粉末80.0％をヘンシ
ルミキサーに入れ、攪拌しながら前述した化１２のチタ
ネート系カップリング剤 0.4％を加えて、上記のシリカ
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 ％、前記の化７のフェノールノボラック樹脂 2.0
％、前記の化８のフェノールアラルキル樹脂 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％、および三酸化アンチモン
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。

【００３６】比較例２最大粒径100 μｍ以下の溶融シリカ粉末84.0％をヘンシ
ルミキサーに入れ、攪拌しながら前述した化１２のチタ
ネート系カップリング剤 0.4％を加えて、上記のシリカ
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 ％、前記の化７のフェノールノボラック樹脂 1.5
％、前記の化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％、および三酸化アンチモン
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。

【００３８】比較例３最大粒径100 μｍ以下の溶融シリカ粉末84.0％をヘンシ
ルミキサーに入れ、攪拌しながら下記化１４のシラン系
カップリング剤 0.4％を加えて、上記のシリカ粉末の表
面処理をした。

【００３９】

【化１４】

【００４０】次に、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％、前記の化７のフェノールノボラック樹脂 1.5
％、前記の化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％、および三酸化アンチモン
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。

【００４１】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、成形性、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。

【００４２】

【表１】＊1 ：ＥＭＭＩ−Ｉ−６６に準じて175 ℃におけるスパイラルフローを測定した。＊2 ：高化式フロー粘度を175 ℃において測定した。＊3 ：175 ℃，80ｋｇ／ｃｍ²，2 分間のトランスファー成形して成形品（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、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。

【００４３】

【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、成形性、半田耐熱性に優れ、低粘度であるため、、
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、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。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）次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）次の一般式で示されるチ
タネート系カップリング剤、【化２】（但し、式中Ｒ¹，Ｒ²はアルキル基を表す）（Ｄ）最
大粒径100 μｍ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。
【請求項２】（Ａ）次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）次の一般式で示されるチ
タネート系カップリング剤【化４】（但し、式中Ｒ¹，Ｒ²はアルキル基を表す）（Ｄ）最
大粒径が100 μｍ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。