JPH107888A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物 - Google Patents
半導体封止用エポキシ樹脂組成物Info
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Abstract
体封止用エポキシ樹脂組成物を提供する。 【解決手段】下記の一般式(1)で表されるエポキシ樹
脂(A成分)と、下記の一般式(2)で表されるフェノ
ール樹脂(B成分)と、無機質充填剤(C成分)とを含
有した半導体封止用エポキシ樹脂組成物である。 【化1】 【化2】
Description
実装時の耐半田性に優れ、かつ生産性にも優れた半導体
封止用エポキシ樹脂組成物に関するものである。
体素子は、従来から、セラミックパッケージ等によって
封止され、半導体装置化されていたが、最近では、コス
ト、量産性の観点から、プラスチックパッケージを用い
た樹脂封止が主流になっている。この種の樹脂封止に
は、従来から、エポキシ樹脂が使用されており良好な成
績を収めている。しかしながら、半導体分野の技術確信
によって集積度の向上とともに素子サイズの大形化、配
線の微細化が進み、パッケージも小形化、薄形化する傾
向にあり、これに伴って封止材料に対してより以上の信
頼性(得られる半導体装置の熱応力の低減、耐湿信頼
性、耐熱衝撃試験に対する信頼性等)の向上が要望され
ている。特に、近年、電子装置の小形で高機能にする要
求から、実装の高密度化が進んでいる。このような観点
から従来のピン挿入型パッケージから表面実装型パッケ
ージが主流になってきている。
な表面実装型パッケージでは、実装前にパッケージが吸
湿した状態で用いられると、半田実装時に水分の蒸気圧
により、各部材との剥離やパッケージにクラックや膨れ
が発生する問題がある。
薄形化、大形化が進み、その成形もより緻密になり、ボ
イドの発生、金線ワイヤーの流れ、半導体チップを搭載
するダイのシフト等問題が多く発生している。
えば、下記の一般式(1)で表されるような、より低粘
度で低吸湿性のエポキシ樹脂を用い、さらに無機フィラ
ーを多く含有させた封止用樹脂組成物が提案されている
が、半田耐熱性および成形性の両者を充分満足させるも
のではない。
で表されるフェノールアラルキル樹脂を用いた、封止用
エポキシ樹脂組成物が提案されている。
成物はつぎのような問題がある。すなわち、耐半田性向
上のためには、封止用エポキシ樹脂組成物に対して無機
フィラーの高充填化が考えられるが、高充填化を図った
上記封止用エポキシ樹脂組成物は粘度が上昇して流動性
が低下する。したがって、トランスファー成形時におい
て、ワイヤーボンディングされた金線が流れて金線が相
互に接触したり、半導体チップが成形型内で傾きパッケ
ージ表面に露出する現象が生じる。このような現象は、
パッケージの薄形化の要求に対して特に問題となる。
もので、耐半田性および成形性の双方に優れた半導体封
止用エポキシ樹脂組成物の提供をその目的とする。
め、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、下記
の(A)〜(C)成分を含有するという構成をとる。
キシ樹脂。
ノール樹脂。
かつ半田耐熱性にも優れた封止用樹脂組成物を得るため
に一連の研究を重ねた。その結果、上記一般式(1)で
表されるビフェニル型エポキシ樹脂と併せて、特殊な骨
格構造を有する前記一般式(2)で表されるフェノール
樹脂を用いると、封止用樹脂組成物の低粘度化が図られ
ることから、無機質充填剤の高充填化が可能となり、耐
半田性が向上するとともに、流動性も向上するために成
形性の向上をも実現することを見出し本発明に到達し
た。
特殊なフェノール樹脂との併用に加えて、前述のよう
に、特定の粒度分布を備えた球状シリカ粉末と、特定の
粒度分布を備えた破砕シリカ粉末とからなる無機質充填
剤を用いることにより、より高度に、封止用樹脂組成物
の低粘度化が図られ、その結果、より一層の無機質充填
剤の高充填化の実現が図られる。
いて説明する。
は、特殊な骨格構造を有するエポキシ樹脂(A成分)
と、特殊な骨格構造を有するフェノール樹脂(B成分)
と、無機質充填剤(C成分)とを用いて得られるもので
あり、通常、粉末状あるいはこれを打錠したタブレット
状になっている。
(A成分)は、下記の一般式(1)で表されるビフェニ
ル型エポキシ樹脂である。
素原子、メチル基を有するものが好ましく、特にそのな
かでも、水素原子が70重量%以下で、残りがメチル基
であるものが、低吸湿性および反応性の点から好まし
い。
(1)で表されるエポキシ樹脂(A成分)単独でエポキ
シ樹脂成分を構成してもよいし、上記一般式(1)で表
されるエポキシ樹脂(A成分)とともに、それ以外の一
般に用いられる他のエポキシ樹脂を併用してもよい。前
者の場合は、エポキシ樹脂成分の全部が上記一般式
(1)で表されるビフェニル型エポキシ樹脂(A成分)
で構成され、後者の場合にはエポキシ樹脂成分の一部が
上記一般式(1)で表されるビフェニル型エポキシ樹脂
(A成分)で構成されることとなる。この他のエポキシ
樹脂を併用する場合の、上記一般式(1)で表されるエ
ポキシ樹脂(A成分)の割合は、エポキシ樹脂成分全体
の50重量%(以下「%」と略す)以上に設定すること
が好ましい。
するものではなく従来公知のエポキシ樹脂、例えば、ク
レゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラ
ック型エポキシ樹脂、ノボラックビスA型エポキシ樹
脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ジシクロペンタ
ジエン系エポキシ樹脂等の各種エポキシ樹脂があげられ
る。上記ノボラック型エポキシ樹脂としては、通常、エ
ポキシ当量150〜250、軟化点50〜130℃のも
のが用いられ、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂と
しては、エポキシ当量180〜210、軟化点60〜1
10℃のものが一般に用いられる。
(A成分)とともに用いられる、特殊な骨格構造を有す
るフェノール樹脂(B成分)は、下記の一般式(2)で
表されるものである。
とも、好適には各上限値が20に設定される。そして、
繰り返し数nは1〜9、繰り返し数mは1〜9の範囲が
好ましく、特に好ましくは、繰り返し数nは1〜5、繰
り返し数mは1〜5の範囲である。さらに好ましくは、
繰り返し数nが1〜5、繰り返し数mが1〜5におい
て、n+m=2〜5となる範囲である。
脂(B成分)は、水酸基当量150〜220、軟化点4
0〜110℃が好ましく、より好ましくは水酸基当量1
50〜200、軟化点50〜90℃である。
されるフェノール樹脂(B成分)との配合割合は、エポ
キシ樹脂成分中のエポキシ基1当量当たりフェノール樹
脂(B成分)中の水酸基が0.8〜1.2当量となるよ
うに配合することが好適である。より好適なのは0.9
〜1.1当量である。
特殊なフェノール樹脂(B成分)とともに用いられる無
機質充填剤(C成分)としては、特に限定するものでは
なく従来公知のものが用いられる。例えば、石英ガラ
ス、タルク、シリカ粉末およびアルミナ粉末等があげら
れる。なかでも、シリカ粉末、特に溶融シリカ粉末を用
いることが好適である。さらに詳しく述べると、シリカ
粉末のなかでも、下記の(a)〜(d)に示す粒度分布
に設定されたものを用いることが、より高度な封止用樹
脂組成物の低粘度化が図られ、その結果、より一層の無
機質充填剤の高充填化の実現が図られる。
カ粉末がシリカ粉末全体の40〜80%。 (b)平均粒径1〜10μmの球状シリカ粉末がシリカ
粉末全体の5〜50%。 (c)平均粒径0.1〜1μmの球状シリカ粉末がシリ
カ粉末全体の5〜20%。 (d)平均粒径1〜20μmの破砕シリカ粉末がシリカ
粉末全体の0〜20%。
量は、例えば、上記のように、シリカ粉末〔上記(a)
〜(d)の粒度分布に設定されたシリカ粉末等を含む〕
を用いる場合、エポキシ樹脂組成物全体の75%以上と
なるように設定することが好ましい。特に好適なのは8
0〜93%の範囲である。すなわち、無機質充填剤(C
成分)の含有量が75%未満では、半田耐熱性が大幅に
低下する傾向がみられるからである。
組成物には、上記A〜C成分に加えて、硬化促進剤を用
いてもよい。上記硬化促進剤としては、例えば、1,8
−ジアザ−ビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7、ト
リエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン、トリエ
タノールアミン、ジメチルアミノエタノール、トリス
(ジメチルアミノメチル)フェノール等の三級アミン
類、2−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
ゾール等のイミダゾール類、トリブチルホスフィン、メ
チルジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン、
ジフェニルホスフィン、フェニルホスフィン等の有機ホ
スフィン類、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニ
ルボレート、2−エチル−4−メチルイミダゾールテト
ラフェニルボレート、N−メチルモルホリンテトラフェ
ニルボレート等のテトラフェニルボロン類等(リン系硬
化促進剤)があげられる。これらは単独でもしくは併せ
て用いられる。なかでも、特に、その硬化性、耐湿信頼
性という点から、上記各種リン系硬化促進剤を用いるこ
とが好ましい。
硬化促進剤は、他の成分と同様に単に配合するだけでも
よいが、予め、前記の一般式(2)で表されるフェノー
ル樹脂の一部または全部に溶融混合して用いると、成形
性および耐半田性に関してより一層良好な結果が得られ
る。
コーン化合物を用いてもよい。上記シリコーン化合物と
しては、例えば、下記の一般式(4)で表されるシリコ
ーン化合物があげられる。これらは単独でもしくは併用
して用いられる。
に示す式(5)、式(6)を用いることが好ましい。そ
して、上記式(6)のなかでも、特に好ましいものとし
て具体的には、下記に示す式(7)があげられる。
シ樹脂組成物全体の5%以下となるよう設定することが
好ましい。特に好ましくは0.1〜3%の範囲内であ
る。
組成物には、樹脂硬化物と成形用金型との離型性を向上
させ、成形作業性を良好にするために、各種離型剤を配
合してもよい。上記離型剤としては、ポリエチレン系ワ
ックス、カルナバワックス、モンタン酸、ステアリン酸
等の公知のものがあげられる。なかでも、離型性と接着
性(信頼性)という観点からポリエチレン系ワックスを
用いることが好ましい。さらに、上記ポリエチレン系ワ
ックスのなかでも、酸化ポリエチレンワックスを用いる
ことが好ましく、上記酸化ポリエチレンワックスとして
は、酸価10〜30で、滴点(溶融して液滴状になる温
度)90〜130℃のものを用いることが好ましい。
物全体の0.1〜2.0%の範囲に設定することが好ま
しく、より好ましくは0.1〜1.0%である。
ン系ワックスは、他の成分と同様に単に配合するだけで
もよいが、予め、前記の一般式(2)で表されるフェノ
ール樹脂の一部または全部に溶融混合して用いると、離
型性と接着性(信頼性)に関してより一層良好な結果が
得られる。
脂組成物には、上記A〜C成分、硬化促進剤、シリコー
ン化合物、離型剤以外に、必要に応じて、他の添加剤と
して、三酸化アンチモン、リン系化合物等の難燃剤や、
顔料、シランカップリング剤等のカップリング剤、イオ
ントラップ剤等を適宜に配合することができる。
は、例えば、つぎのようにして製造することができる。
すなわち、まず、上記A〜C成分、硬化促進剤、シリコ
ーン化合物、離型剤、および、必要に応じて上記他の添
加剤を所定の割合で配合する。ついで、これら配合物を
ミキシングロール機等の混練機にかけ、加熱状態で溶融
混練してこれを室温に冷却した後、公知の手段によって
粉砕し、必要に応じて打錠するという一連の工程を経る
ことによって目的とする半導体封止用エポキシ樹脂組成
物を製造することができる。
のシリコーン化合物を用いて上記A成分およびB成分の
少なくとも一方を変性し、この変性樹脂と残りの成分と
を配合してもよい。
物を用いての半導体素子の封止等は特に限定するもので
はなく、通常のトランスファー成形等の公知のモールド
方法によって行うことができる。
記特殊な骨格構造を有するエポキシ樹脂(A成分)、お
よび、前記特殊な骨格構造を有するフェノール樹脂(B
成分)を用いるため、無機質充填剤の高充填化による優
れた半田耐熱性と、低粘度化の実現による流動性向上の
結果による優れた成形性とを備えたエポキシ樹脂組成物
により樹脂封止されたものであり、ボンディングワイヤ
ー同士の接触や、半導体チップが傾いたりする現象の発
生を防止することができる。
明する。
分を準備した。
れるビフェニル型エポキシ樹脂(エポキシ当量195、
軟化点107℃)
れるビフェニル型エポキシ樹脂(エポキシ当量175、
軟化点125℃)
れるエポキシ樹脂(エポキシ当量195、軟化点85
℃)
されるフェノール樹脂(水酸基当量163、軟化点73
℃)
されるフェノールアラルキル樹脂(水酸基当量173、
軟化点70℃)
されるフェノール樹脂(水酸基当量110、軟化点80
℃)
末a〜c、および、破砕シリカ粉末dを用いた。
カ粉末。 (b)平均粒径1〜10μmの球状シリカ粉末。 (c)平均粒径0.1〜1μmの球状シリカ粉末。 (d)平均粒径1〜20μmの破砕シリカ粉末。
(TPP) テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート
(4P4B)
レンワックス(酸価18、滴点105℃)
表されるシリコーン化合物
表されるシリコーン化合物
類化合物
ロピルトリメトシキシラン
トリメトキシシラン
示す各成分を同表に示す割合で配合し、ミキシングロー
ル機(温度100℃)で3分間溶融混練を行い、冷却固
化後粉砕して目的とする粉末状のエポキシ樹脂組成物を
得た。なお、上記各成分の配合に際して、実施例1〜3
では、各成分の配合に先立って、予め、上記フェノール
樹脂Dと触媒とを溶融混合した。また、実施例1〜5で
は、各成分の配合に先立って、予め、上記フェノール樹
脂Dと酸化ポリエチレンワックスとを溶融混合した。
較例のエポキシ樹脂組成物を用い、トランスファー成形
にて半導体装置を作製した。そして、この半導体装置を
用い、成形性(金線流率、ダイシフト)および半田耐熱
性について、下記の方法に従って測定・評価した。その
結果を下記の表4〜表7に示す。
2.7mm)をつぎの条件で製造(TOWA社製自動成
形機)した。
100kg/mm2 、成形時間120秒、エポキシ樹脂
組成物製タブレットの圧縮比93%
部を軟X線で透視することにより、図1に示すように、
リードフレーム1とボンディングパッド2とを結ぶワイ
ヤー(金線)3の状態を調べた。なお、図1における、
ワイヤー3の長さは1.2〜1.6mm、ワイヤー3の
直径は25μmである。すなわち、ワイヤー3と、リー
ドフレーム1およびダイパッド2の各連結点間の距離
(b)と、連結点からワイヤー3の頂部までの高さ
(a)をそれぞれ測定した。そして、金線流率(ワイヤ
ーフローレイト)を下記の式にて算出した。
て半導体装置を製造した。そして、ダイパッドのシフト
量を測定した。すなわち、図2(A)および(B)に示
すように、製造した半導体装置内の、半導体素子7を搭
載したダイパッド5の相対する両角部、p点とq点を結
ぶ一点鎖線Xの断面において、p点におけるダイパッド
5の下部の封止樹脂6の厚み(p1:μm)、および、
q点におけるダイパッド5の下部の封止樹脂6の厚み
(q1:μm)をそれぞれ測定した。そして、これらの
厚みと設計値との差をとって、下記の式に基づきダイシ
フト量(P/Q)として表した。なお、上記図2(A)
において、矢印Yはモールド成形機のゲート部分から注
入される封止用樹脂の注入方向を示す。
/(設計値/−q1)〕
0:14×20×厚み2.0mm)を上記金線流率の測
定の際に製造した条件と同様の条件にて製造した。この
ようにして得られた半導体装置について、85℃/85
%RHの相対湿度に設定された恒温槽中に、所定時間
(168時間)放置して吸湿させた後、IRリフロー
(240℃×10秒)の熱処理を行った。このときの熱
衝撃により発生したパッケージクラック数を測定した。
品は金線流率が5%以下と低く、ダイシフト量もその変
化の度合い(P/Q)が小さい。しかも、パッケージク
ラック発生数も全く発生しなかったか、発生しても極僅
かな結果であった。これに対して、比較例品1,3,4
は、金線流率が8%以上と高く、ダイシフト量もその変
化の度合いが大きかった。しかも、パッケージクラック
も多数発生した。また、比較例2品は、金線流率が5%
と実施例品と略同程度であり、ダイシフト量もその変化
の度合いは小さかったが、パッケージクラックが全8個
とも発生した。このように、全実施例品は、半田耐熱性
に優れるとともに、成形性においても優れた特性を有す
るものであることがわかる。
ポキシ樹脂組成物は、前記一般式(1)で表される特殊
な骨格構造を有するエポキシ樹脂(A成分)と、前記一
般式(2)で表される特殊な骨格構造を有するフェノー
ル樹脂(B成分)を含有するため、低粘度化が可能とな
り、半田耐熱性と成形性の双方とも優れたものとなる。
すなわち、従来、半田耐熱性を向上させるために無機質
充填剤を高充填した際の粘度上昇により、封止樹脂の流
動性が低下して金線同士の接触が発生したり、適正な位
置による半導体素子の封止が困難であったが、本発明で
は、エポキシ樹脂組成物の低粘度化が図られ、無機質充
填剤を高充填しても流動性の低下がみられず、成形性が
向上する。したがって、無機質充填剤の高充填による優
れた半田耐熱性と、流動性の向上による優れた成形性の
双方が実現する。このようなことから、本発明の半導体
封止用エポキシ樹脂組成物は、例えば、高密度化による
パッケージの薄形化に充分対応できるものである。
(A成分)と特殊なフェノール樹脂(B成分)との併用
に加えて、前述のように、特定の粒度分布を備えた球状
シリカ粉末と、特定の粒度分布を備えた破砕シリカ粉末
とからなる無機質充填剤(C成分)を用いることによ
り、より高度に、封止用樹脂組成物の低粘度化が図ら
れ、その結果、より一層の無機質充填剤の高充填化の実
現が図られる。
装置の平面図であり、(B)はその一点鎖線Xの断面図
である。
Claims (6)
- 【請求項1】 下記の(A)〜(C)成分を含有するこ
とを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 (A)下記の一般式(1)で表されるエポキシ樹脂。 【化1】 (B)下記の一般式(2)で表されるフェノール樹脂。 【化2】 (C)無機質充填剤。 - 【請求項2】 上記(A)〜(C)成分に加えて、さら
にポリエチレン系ワックスを含有する請求項1記載の半
導体封止用エポキシ樹脂組成物。 - 【請求項3】 上記(A)〜(C)成分に加えて、さら
にリン系触媒を含有する請求項1または2記載の半導体
封止用エポキシ樹脂組成物。 - 【請求項4】 上記リン系触媒を、予め、(B)成分で
あるフェノール樹脂の一部または全部と溶融混合して配
合する請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体封止
用エポキシ樹脂組成物。 - 【請求項5】 上記ポリエチレン系ワックスを、予め、
(B)成分であるフェノール樹脂の一部または全部と溶
融混合して配合する請求項1〜4のいずれか一項に記載
の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 - 【請求項6】 上記(C)成分である無機質充填剤が、
シリカ粉末であり、下記の(a)〜(d)に示す粒度分
布に設定されている請求項1〜5のいずれか一項に記載
の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 (a)平均粒径20〜60μmの球状シリカ粉末がシリ
カ粉末全体の40〜80重量%。 (b)平均粒径1〜10μmの球状シリカ粉末がシリカ
粉末全体の5〜50重量%。 (c)平均粒径0.1〜1μmの球状シリカ粉末がシリ
カ粉末全体の5〜20重量%。 (d)平均粒径1〜20μmの破砕シリカ粉末がシリカ
粉末全体の0〜20重量%。
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JP16006996A JP3618174B2 (ja) | 1996-06-20 | 1996-06-20 | 半導体封止用エポキシ樹脂組成物 |
Publications (2)
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JPH107888A true JPH107888A (ja) | 1998-01-13 |
JP3618174B2 JP3618174B2 (ja) | 2005-02-09 |
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JP16006996A Expired - Lifetime JP3618174B2 (ja) | 1996-06-20 | 1996-06-20 | 半導体封止用エポキシ樹脂組成物 |
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JP (1) | JP3618174B2 (ja) |
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