JPH11106476A - 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】 パッケージ反りが少なく、かつ、流動性が良
好で、成形性に優れ、また、実装時の半田耐熱性に優
れ、樹脂クラックなどもなく、長期信頼性を保証するエ
ポキシ樹脂組成物および片面封止ＢＧＡ型の半封止装置
を提供する。 【解決手段】 （Ａ）（ａ）ビスフェノールＡ骨格多官
能エポキシ樹脂と（ｂ）ノボラック型エポキシ樹脂とが
（ｂ）／（ａ）＝0.01〜1 の割合に混合されたエポキシ
樹脂、（Ｂ）（ｃ）パラキシレン変性フェノール樹脂と
（ｄ）多官能フェノール樹脂とが（ｄ）／（ｃ）＝0.1
〜3 の割合に混合されたフェノール樹脂、（Ｃ）無機質
充填剤および（Ｄ）硬化促進剤を必須成分とし、（Ｃ）
成分を25〜93重量％の割合で含有してなるエポキシ樹脂
組成物である。また、この樹脂硬化物で半導体チップが
封止された、片面封止ＢＧＡ型の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、パッケージ反り
性、成形性、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が封止された、片
面封止のＢＧＡ（Ｂall Ｇrid Ａrray）型である半導体
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、
チップの高集積化に伴う大型化、多極化が進む一方、パ
ッケージ外径寸法は、携帯情報通信機器を中心に小型、
軽量化の要求がますます強くなっている。

【０００３】このため、リードが周辺に配列されるＱＦ
Ｐ（Ｑuad Ｆlat Ｐackage）では、多電極化に伴う狭ピ
ッチ化が加速し、現状の電極ピッチは0.3 ｍｍで一括リ
フローソルダリングの限界に達している。

【０００４】そこで、リードをパッケージ下面にエリア
アレイ状に配置したＢＧＡ型に移行させて、電極ピッチ
を1.5 ｍｍ〜1.0 ｍｍに保ちソルダリングを容易にする
動きが数年前より米国を中心に活発化してきた。

【０００５】しかし、ＢＧＡ型のパッケージは、片面封
止のために、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シリカ粉
末からなる樹脂組成物によって封止した場合、パッケー
ジの反りが大きいという欠点があった。また、ボンディ
ングワイヤの長ループ化により、成形時にワイヤ流れが
起こるという欠点があった。

【０００６】

【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、パッケージの反りが
少なく、かつ流動性が良好で成形性に優れ、また、実装
時の半田耐熱性に優れ、樹脂クラックの発生がなく、接
着性も良好であり、さらに、実装後の耐湿性に優れ、長
期の信頼性を保証するエポキシ樹脂組成物及びＢＧＡ型
の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
シ樹脂混合物、特定のフェノール樹脂混合物を用いるこ
とによって、樹脂組成物の高いガラス転移温度を保持し
たまま熱膨張係数が低減され、熱機械特性と低応力性が
向上してパッケージの反りを抑えることができ、また高
流動性を兼ね備えることにより良好な成形性がが付与さ
れ、さらに半田浸漬、半田リフロー後の樹脂クラックの
発生が無くなり、耐湿性劣化も少なくなることを見いだ
し、本発明を完成したものである。

【０００８】即ち、本発明は、（Ａ）（ａ）次の一般式
で示される、ビスフェノールＡ骨格を有する多官能エポ
キシ樹脂と、

【０００９】

【化９】 （但し、式中、Ｒ¹ 、Ｒ² 、Ｒ³ は水素原子又は炭素数
1 〜10のアルキル基を表す）（ｂ）次の一般式で示され
るノボラック型エポキシ樹脂

【００１０】

【化１０】 （但し、式中、Ｒ¹ 、Ｒ² 、Ｒ³ 、Ｒ⁴ は水素原子又は
炭素数1 〜10のアルキル基を、Ｒ⁵ は炭素数1 〜5 の 2
価の脂肪族飽和炭化水素基を表す）とを、重量比
［（ｂ）／（ａ）］が0.01〜1 の割合となるよう、混合
したエポキシ樹脂混合物、（Ｂ）（ｃ）次の一般式で示
されるパラキシレン変性フェノール樹脂と、

【００１１】

【化１１】 （但し、式中ｎは 0又は 1以上の整数を表す）（ｄ）次
の一般式で示される多官能フェノール樹脂

【００１２】

【化１２】 （但し、式中ｎは 0又は 1以上の整数を表す）とを、重
量比［（ｄ）／（ｃ）］が0.1 〜3 の割合となるよう、
混合したフェノール樹脂混合物、（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25〜93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。また別の本発明は、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た、片面封止のＢＧＡ型で
あることを特徴とする半導体封止装置である。

【００１３】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１４】本発明に用いる（Ａ）エポキシ樹脂のう
ち、（ａ）成分のビスフェノールＡ骨格を有する多官能
エポキシ樹脂としては、前記の一般式化９で示されたも
のが使用される。具体的な化合物として、例えば、

【００１５】

【化１３】

【００１６】

【化１４】 等が挙げられる。

【００１７】また、（Ａ）エポキシ樹脂のうち、（ｂ）
成分のノボラック型エポキシ樹脂としては、前記の一般
式化１０で示されたものが使用される。具体的な化合物
としては、例えば、

【００１８】

【化１５】

【００１９】

【化１６】 等が挙げられる。

【００２０】本発明では、（Ａ）エポキシ樹脂として上
述の（ａ）ビスフェノールＡ骨格を有する多官能エポキ
シ樹脂と（ｂ）ノボラック型エポキシ樹脂を併用するも
のであり、これにより高いガラス転移温度と高流動性を
両立させたものである。また、（ａ）成分と（ｂ）成分
の重量比としては、（ｂ）／（ａ）＝0.01〜1 、好まし
くは、0.05〜0.5 の範囲で使用するものである。重量比
が0.01未満では樹脂組成物の流動性が低下し、また、重
量比が1 を超えるとガラス転移温度が低下し、パッケー
ジ反りが大きくなる。

【００２１】本発明に用いる（Ｂ）フェノール樹脂のう
ち、（ｃ）成分のパラキシレン変性フェノール樹脂とし
ては、前記の一般式化１１で示されたものが使用され
る。具体的な化合物としては、例えば、

【００２２】

【化１７】

【００２３】

【化１８】 等が挙げられる。

【００２４】また、（Ｂ）フェノール樹脂のうち、
（ｄ）成分多官能フェノール樹脂としては、前記の一般
式化１２で示されたものが使用される。具体的な化合物
としては、例えば、

【００２５】

【化１９】

【００２６】

【化２０】 等が挙げられる。

【００２７】本発明では、（Ｂ）フェノール樹脂とし
て、上述の（ｃ）成分パラキシレン変性フェノール樹脂
と、（ｄ）成分多官能フェノール樹脂を併用するもので
あり、これにより、高いガラス転移温度と高接着性を両
立するものである。また、（ｃ）成分と（ｄ）成分の重
量比としては、（ｄ）／（ｃ）＝0.1 〜3 、好ましく
は、0.2 〜1 の範囲で使用するものである。重量比が0.
1 未満ではガラス転移温度が低下し、重量比が3 を超え
ると接着性が低下する。

【００２８】また、これらのフェノール樹脂の他にさら
にフェノール、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。

【００２９】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25〜93重量％の割合で含有することが望ましい。
その割合が25重量％未満では、樹脂組成物の吸湿性が大
きく、半田浸漬後の耐湿性に劣り、また、93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。

【００３０】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。

【００３１】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混合物、特定のフェノール樹脂混合
物、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。

【００３２】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。

【００３３】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。また、チッ
プを搭載する基板としては、セラミック、プラスチッ
ク、ポリイミドフィルム、リードフレーム等特に限定さ
れるものではない。

【００３４】

【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混合物、特定のフ
ェノール樹脂混合物を用いたことによって、樹脂組成物
の高いガラス転移温度を保持したまま熱膨張係数を低減
し、熱機械特性と、低応力性が向上してパッケージの反
りを抑えることができ、また、高流動性を兼ね備えるこ
とにより良好な成形性が付与され、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。

【００３５】

【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。

【００３６】実施例１ 前述した化１４のエポキシ樹脂 4.0％、前述した化１８
のフェノール樹脂 2.7％、化２０のフェノール樹脂 2.4
％、シリカ粉末90％、硬化促進剤 0.2％、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。

【００３７】実施例２ 実施例１で用いた化１４のエポキシ樹脂4.4 ％、化１６
のエポキシ樹脂1.5 ％、実施例１で用いた化１８のフェ
ノール樹脂3.1 ％、化２０のフェノール樹脂1.6 ％、シ
リカ粉末90％、硬化促進剤 0.2％、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。

【００３８】比較例１ ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂11％、ノボラ
ック型フェノール樹脂3％、シリカ粉末85％、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（Ｃ）を製造した。

【００３９】比較例２ エピビス型エポキシ樹脂11％、ノボラック型フェノール
樹脂 3％、シリカ粉末85％、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。

【００４０】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、パッケージの
反りがなく、流動性、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。

【００４１】

【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ＢＧＡ用フレームに接着し、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、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 ：10×10ｍｍダミーチップをＢＧＡ（30×30×1.2 ｍｍ）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30℃，60％，192 時間 の吸湿処理をした後、240 ℃のＩＲリフローを30秒間行い、パッケージクラック の発生の有無を評価した。 ＊6 ：10×10ｍｍダミーチップをＢＧＡ（30×30×1.2 ｍｍ）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の反り量を非接触式レー ザー測定機により測定した。

【００４２】

【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、パッケージ反りが少なく、かつ、流動性が良好で、
成形性に優れ、また、実装時の半田耐熱性に優れ、樹脂
クラックもなく、接着性も良好であり、また実装後の耐
湿性に優れ、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 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）（ａ）次の一般式で示される、ビ
   スフェノールＡ骨格を有する多官能エポキシ樹脂と、 【化１】 （但し、式中、Ｒ¹ 、Ｒ² 、Ｒ³ は水素原子又は炭素数
   1 〜10のアルキル基を表す）（ｂ）次の一般式で示され
   るノボラック型エポキシ樹脂 【化２】 （但し、式中、Ｒ¹ 、Ｒ² 、Ｒ³ 、Ｒ⁴ は水素原子又は
   炭素数1 〜10のアルキル基を、Ｒ⁵ は炭素数1 〜5 の 2
   価の脂肪族飽和炭化水素基を表す）とを、重量比
   ［（ｂ）／（ａ）］が0.01〜1 の割合となるよう、混合
   したエポキシ樹脂混合物、（Ｂ）（ｃ）次の一般式で示
   されるパラキシレン変性フェノール樹脂と、 【化３】 （但し、式中ｎは 0又は 1以上の整数を表す）（ｄ）次
   の一般式で示される多官能フェノール樹脂 【化４】 （但し、式中ｎは 0又は 1以上の整数を表す）とを、重
   量比［（ｄ）／（ｃ）］が0.1 〜3 の割合となるよう、
   混合したフェノール樹脂混合物、（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25〜93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）（ａ）次の一般式で示される、ビ
   スフェノールＡ骨格を有する多官能エポキシ樹脂と、 【化５】 （但し、式中、Ｒ¹ 、Ｒ² 、Ｒ³ は水素原子又は炭素数
   1 〜10のアルキル基を表す）（ｂ）次の一般式で示され
   るノボラック型エポキシ樹脂 【化６】 （但し、式中、Ｒ¹ 、Ｒ² 、Ｒ³ 、Ｒ⁴ は水素原子又は
   炭素数1 〜10のアルキル基を、Ｒ⁵ は炭素数1 〜5 の 2
   価の脂肪族飽和炭化水素基を表す）とを、重量比
   ［（ｂ）／（ａ）］が0.01〜1 の割合となるよう、混合
   したエポキシ樹脂混合物、（Ｂ）（ｃ）次の一般式で示
   されるパラキシレン変性フェノール樹脂と、 【化７】 （但し、式中ｎは 0又は 1以上の整数を表す）（ｄ）次
   の一般式で示される多官能フェノール樹脂 【化８】 （但し、式中ｎは 0又は 1以上の整数を表す）とを、重
   量比［（ｄ）／（ｃ）］が0.1 〜3 の割合となるよう、
   混合したフェノール樹脂混合物、（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25〜93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
   止された、片面封止のＢＧＡ型であることを特徴とする
   半導体封止装置。