JPH11147939A - 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】 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）アラルキル骨格含有エポキシ樹
脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）エポキシ基又はアミ
ノ基を含有するシランカップリング剤、（Ｄ）角とり結
晶シリカ粉末および（Ｅ）硬化促進剤を必須成分とし、
樹脂組成物に対して前記（Ｄ）の角とり結晶シリカ粉末
を25〜92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】

【産業上の利用分野】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、下記一般式に示すビフェニル型エポ
キシ樹脂は、低粘度であるため、無機充填材の高充填化
に適しているが、硬化性などの成形性が悪いという欠点
があった。

【０００５】

【化５】

【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、特に半田浴浸漬後
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
れるエポキシ樹脂、

【０００９】

【化６】 （但し、式中n 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
ポキシ基又はアミノ基を有するシランカップリング剤、

【００１０】

【化７】Ｒ¹ −Ｃ_n Ｈ_2n−Ｓi （ＯＲ² ）₃ （但し、式中Ｒ¹ はエポキシ基又はアミノ基を有する原
子団を、Ｒ² 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以下の角とり結晶シリカ粉末
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）
の角とり結晶シリカ粉末を25〜92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。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、その他の公知のエポキシ樹脂を併
用することができる。

【００１３】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

【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）

【００１８】

【化１２】 （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。

【００１９】本発明に用いる（Ｃ）エポキシ基又はアミ
ノ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、

【００２０】

【化１３】

【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】本発明に用いる（Ｄ）角とり結晶シリカ粉
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30μｍ以下の溶融シリカ粉末が好ましく使
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。角とり結晶シリカ粉末の配合割
合は、全体の樹脂組成物に対して25〜92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92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。これらの角とり結晶シ
リカ粉末に、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。

【００２４】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0.01〜5.0 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、5.0
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。

【００２５】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、角とり結晶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。

【００２６】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、角とり結晶シリカ粉
末に特定のシランカップリング剤と有機塩基を配合して
表面処理し、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角とり結晶シリ
カ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。

【００２７】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。

【００２８】

【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、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、角とり結晶シリカ粉末および硬
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。

【００２９】

【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。

【００３０】実施例１ 角とり結晶シリカ粉末（最大粒径100 μｍ以下）84％を
ヘンシェルミキサーに入れ、攪拌しながら前述した化１
３のシランカップリング剤0.4 ％を加えて角とり結晶シ
リカ粉末の表面処理をした。次に下記の構造式で表され
るアラルキル骨格含有エポキシ樹脂7.1 ％、

【００３１】

【化１５】 （但し、式中n は0 又は1 以上の整数を表す） テトラブロモビスフェノールＡ型エポキシ樹脂1.5 ％、
前述した化７のフェノール樹脂1.2 ％、前述した化８の
フェノール樹脂2.9 ％、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
％、三酸化アンチモン2.0 ％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。

【００３２】実施例２ 角とり結晶シリカ粉末（最大粒径100 μｍ以下）84％を
ヘンシェルミキサーに入れ、攪拌しながら前述した化１
３のシランカップリング剤0.4 ％を加えて角とり結晶シ
リカ粉末の表面処理をした。次に前述した化１６のアラ
ルキル骨格含有エポキシ樹脂7.1 ％、テトラブロモビス
フェノールＡ型エポキシ樹脂1.5 ％、前述した化８のフ
ェノール樹脂1.2 ％、前述した化１０のフェノール樹脂
2.9 ％、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 ％、三酸化アンチ
モン2.0 ％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。

【００３３】実施例３ 角とり結晶シリカ粉末（最大粒径100 μｍ以下）84％を
ヘンシェルミキサーに入れ、攪拌しながら前述した化１
４のシランカップリング剤0.4 ％を加えて角とり結晶シ
リカ粉末の表面処理をした。次に前述した化１６のアラ
ルキル骨格含有エポキシ樹脂7.1 ％、テトラブロモビス
フェノールＡ型エポキシ樹脂1.5 ％、前述した化８のフ
ェノール樹脂1.2 ％、前述した化９のフェノール樹脂2.
9 ％、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 ％、三酸化アンチモ
ン2.0 ％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。

【００３４】比較例１ 角とり結晶シリカ粉末（最大粒径100 μｍ以下）80％を
ヘンシェルミキサーに入れ、攪拌しながら前述した化１
３のシランカップリング剤0.4 ％を加えて角とり結晶シ
リカ粉末の表面処理をした。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
ク型エポキシ樹脂8.1 ％、前述した化８のフェノール樹
脂2.0 ％、前述した化９のフェノール樹脂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 ％、三酸化アンチモン2.0 ％
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。

【００３５】比較例２ 角とり結晶シリカ粉末（最大粒径100 μｍ以下）84％を
ヘンシェルミキサーに入れ、攪拌しながら前述した化１
３のシランカップリング剤0.4 ％を加えて角とり結晶シ
リカ粉末の表面処理をした。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 ％、ビフェニル型エポキシ
樹脂6.2 ％、前述した化８のフェノール1.5 ％、前述し
た化９のフェノール樹脂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 ％、三酸化アンチモン2.0％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
（Ｅ）を製造した。

【００３６】こうして製造した成形材料（Ａ）〜（Ｅ）
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。

【００３７】

【表１】 ＊1 ：ＥＭＭＩ−Ｉ−６６に準じてスパイラルフロー測定した（175 ℃）。 ＊2 ：高化式フロー粘度（175 ℃）。 ＊3 ：175 ℃，80ｋｇ／ｃｍ² ，2 分間のトランスファー成形によって得られた 成形品（試験片）をつくり、175 ℃，8 時間の後硬化を行い、ＪＩＳ−Ｋ−６９ １１に準じて試験した。 ＊4 ：＊3 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。 ＊5 、＊6 ：5.3 ×5.3 ｍｍチップをＶＱＦＰ（12×12×1.4 ｍｍ厚）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。 ＊7 ：175 ℃での連続成形を行って評価した。○印…200 ショットで問題なし、 △印…200 ショット未満で硬化不良、×印…100 ショット未満で硬化不良。

【００３８】

【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、また、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、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 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 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エポキシ樹
   脂、 【化１】 （但し、式中n 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
   ポキシ基又はアミノ基を有するシランカップリング剤、 【化２】Ｒ¹ −Ｃ_n Ｈ_2n−Ｓi （ＯＲ² ）₃ （但し、式中Ｒ¹ はエポキシ基又はアミノ基を有する原
   子団を、Ｒ² 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以下の角とり結晶シリカ粉末
   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）
   の角とり結晶シリカ粉末を25〜92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エポキシ樹
   脂、 【化３】 （但し、式中n 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
   ポキシ基又はアミノ基を有するシランカップリング剤、 【化４】Ｒ¹ −Ｃ_n Ｈ_2n−Ｓi （ＯＲ² ）₃ （但し、式中Ｒ¹ はエポキシ基又はアミノ基を有する原
   子団を、Ｒ² 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以下の角とり結晶シリカ粉末
   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）
   の角とり結晶シリカ粉末を25〜92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。