JPH10310629A - 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】 【課題】 半田リフロー後の耐湿性、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リ
ードフレームとの間の剥がれや内部クラックの発生がな
く、また電極腐蝕による断線や水分によるリーク電流発
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する。 【解決手段】 （Ａ）アントラセン型エポキシ樹脂、
（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）エポキシ基を含有するシ
ランカップリング剤、（Ｄ）球状アルミナ粉末および
（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）の球状アルミナ粉末を35〜95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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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、装置全体の半田リフローを行うと耐
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、よく使用されている下記に示したナ
フタレン骨格含有エポキシ樹脂は、

【０００５】

【化５】 従来のノボラック型エポキシ樹脂やビフェニル型エポキ
シ樹脂に比較すると、靭性値が高いという長所があるも
ののエポキシ当量が低く、これを用いた樹脂組成物を低
吸湿化することが困難であった。

【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、特に半田浴リフロ
ー後の耐湿性、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。

【０００７】

【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、特定のシラン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。

【０００８】即ち、本発明は、（Ａ）次の一般式に示さ
れるアントラセン型エポキシ樹脂、

【０００９】

【化６】 （但し、式中、Ｒ¹ 〜Ｒ⁴ は同一又はたがいに異なるＣ
_m Ｈ_2m+1基を、m は0 又は1 以上の整数を表す） （Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）次の一般式で示されるエ
ポキシ基を有するシランカップリング剤、

【００１０】

【化７】Ｒ⁵ −Ｃ_n Ｈ_2n−Ｓi （ＯＲ⁶ ）₃ （但し、式中Ｒ⁵ はエポキシ基を有する原子団を、Ｒ⁶
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以下の球状アルミナ粉末およ
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）の球状アルミナ粉末を35〜95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６で示されるものが使用される。具体的な
化合物としては、例えば

【００１３】

【化８】 が挙げられる。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、ビフェニ
ル型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。

【００１４】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

【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）

【００１８】

【化１２】 （但し、n は0 又は1 以上の整数を表す）

【００１９】

【化１３】 （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）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７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１４】

【００２２】

【化１５】 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できる。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、ここで
添加処理する有機塩基としてジメチルアミン、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、これらは単独又は混合して使
用することができる。有機塩基の配合割合は、シランカ
ップリング剤に対して0.05〜5 重量％の範囲内で使用す
ることが望ましい。この配合量が0.05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、5 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）球状アルミナ粉末と
しては、不純物濃度が低く最大粒径が100 μｍ以下で、
平均粒径20μｍ以下の球状アルミナ粉末が好ましく使用
される。平均粒径20μｍを超えると耐湿性および成形性
が劣り好ましくない。球状アルミナ粉末の配合割合は、
全体の樹脂組成物に対して35〜95重量％含有するように
配合することか好ましい。その割合が35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。これらの球状アルミナ粉末
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、特定のシランカ
ップリング剤、球状アルミナ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、シランカップリング剤処理
をした球状アルミナ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、150 ℃以上
に加熱して硬化させることが望ましい。

【００２９】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、特
定のシランカップリング剤、球状アルミナ粉末および硬
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。

【００３０】

【発明の実施の形態】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 球状アルミナ粉末（最大粒径100 μｍ以下）86.5％をヘ
ンシェルミキサーに入れ、攪拌しながら前述した化１５
のシランカップリング剤0.4 ％と、ジエチルアミン4 ×
10^-4％とを加えて球状アルミナ粉末の表面処理をした。

【００３２】次に前述した化８のアントラセン型エポキ
シ樹脂1.4 ％、下記化１６に示したビフェニル型エポキ
シ樹脂4.0 ％、

【００３３】

【化１６】 テトラブロモビスフェノールＡ型エポキシ樹脂1.3 ％、
前述した化９のフェノール樹脂0.9 ％、前述した化１０
のフェノール樹脂3.7 ％、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1.0 ％を常温で混合し、さ
らに70〜100 ℃で混練冷却した後、粉砕して成形材料
（Ａ）を製造した。

【００３４】実施例２ 球状アルミナ粉末（最大粒径100 μｍ以下）86.5％をヘ
ンシェルミキサーに入れ、攪拌しながら前述した化１５
のシランカップリング剤0.4 ％と、ジエチルアミン4 ×
10^-4％とを加えて球状アルミナ粉末の表面処理をした。

【００３５】次に前述した化８のアントラセン型エポキ
シ樹脂1.4 ％、実施例１で使用した化１６のビフェニル
型エポキシ樹脂4.0 ％、テトラブロモビスフェノールＡ
型エポキシ樹脂1.3 ％、前述した化９のフェノール樹脂
0.9 ％、前述した化１１のフェノール樹脂3.7 ％、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
1.0 ％を常温で混合し、さらに70〜100 ℃で混練冷却し
た後、粉砕して成形材料（Ｂ）を製造した。

【００３６】比較例１ 球状アルミナ粉末（最大粒径100 μｍ以下）86.5％をヘ
ンシェルミキサーに入れ、攪拌しながら前述した化１４
のシランカップリング剤0.4 ％と、ジエチルアミン4 ×
10^-4％とを加えて球状アルミナ粉末の表面処理をした。

【００３７】実施例１で使用した化１６のビフェニル型
エポキシ樹脂5.4 ％、テトラブロモビスフェノールＡ型
エポキシ樹脂1.3 ％、化９のフェノール樹脂0.9 ％、前
述した化１０のフェノール樹脂3.7 ％、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1.0 ％を常温
で混合し、さらに70〜100 ℃で混練冷却した後、粉砕し
て成形材料（Ｃ）を製造した。

【００３８】比較例２ 球状アルミナ粉末（最大粒径100 μｍ以下）86.5％をヘ
ンシェルミキサーに入れ、攪拌しながら前述した化１４
のシランカップリング剤0.4 ％と、ジエチルアミン4 ×
10^-4％とを加えて球状アルミナ粉末の表面処理をした。

【００３９】実施例１で使用した化１６のビフェニル型
エポキシ樹脂4.0 ％、テトラブロモビスフェノールＡ型
エポキシ樹脂1.3 ％、化５に示したナフタレン型エポキ
シ樹脂1.4 ％、前述した化９のフェノール樹脂0.9 ％、
前述した化１１のフェノール樹脂3.7 ％、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1.0 ％を常
温で混合し、さらに70〜100 ℃で混練冷却した後、粉砕
して成形材料（Ｄ）を製造した。

【００４０】こうして製造した成形材料（Ａ）〜（Ｄ）
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 ：175 ℃，80ｋｇ／ｃｍ² ，2 分間のトランスファ
ー成形をして成形品（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。 ＊2 ：＊1 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。 ＊3 、＊4 ：成形材料を用いて175 ℃，2 分間トランス
ファー成形した10×15ｍｍの評価用素子を封止したパッ
ケージを、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％，168 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
半田リロー（Ｍａｘ 240℃）後、ハクリおよび口開きの
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、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 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 23/31

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）次の一般式に示されるアントラセ
   ン型エポキシ樹脂、 【化１】 （但し、式中、Ｒ¹ 〜Ｒ⁴ は同一又はたがいに異なるＣ
   _m Ｈ_2m+1基を、m は0 又は1 以上の整数を表す） （Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）次の一般式で示されるエ
   ポキシ基を有するシランカップリング剤、 【化２】Ｒ⁵ −Ｃ_n Ｈ_2n−Ｓi （ＯＲ⁶ ）₃ （但し、式中Ｒ⁵ はエポキシ基を有する原子団を、Ｒ⁶
   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以下の球状アルミナ粉末およ
   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）の球状アルミナ粉末を35〜95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）次の一般式に示されるアントラセ
   ン型エポキシ樹脂、 【化３】 （但し、式中、Ｒ¹ 〜Ｒ⁴ は同一又はたがいに異なるＣ
   _m Ｈ_2m+1基を、m は0 又は1 以上の整数を表す） （Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）次の一般式で示されるエ
   ポキシ基を有するシランカップリング剤、 【化４】Ｒ⁵ −Ｃ_n Ｈ_2n−Ｓi （ＯＲ⁶ ）₃ （但し、式中Ｒ⁵ はエポキシ基を有する原子団を、Ｒ⁶
   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以下の球状アルミナ粉末およ
   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）の球状アルミナ粉末を35〜95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。