JPH11147940A - エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置 - Google Patents

エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置

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JPH11147940A
JPH11147940A JP33087397A JP33087397A JPH11147940A JP H11147940 A JPH11147940 A JP H11147940A JP 33087397 A JP33087397 A JP 33087397A JP 33087397 A JP33087397 A JP 33087397A JP H11147940 A JPH11147940 A JP H11147940A
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JP
Japan
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epoxy resin
resin
inorganic filler
resin composition
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JP33087397A
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English (en)
Inventor
Yoshiyo Kumano
佳代 熊野
Yuzuru Wada
譲 和田
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Kyocera Chemical Corp
Original Assignee
Toshiba Chemical Corp
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Publication date
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  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Epoxy Resins (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パッケージの反り、流動・成形性、実装時の
半田耐熱性、樹脂クラック、接着性、実装後の耐湿性に
優れ、長期間の信頼性を保証することができるエポキシ
樹脂組成物および片面封止BGA型半導体封止装置を提
供する。 【解決手段】 (A)ビスフェノールA骨格を有する多
官能エポキシ樹脂、(B)(i )テルペン変性フェノー
ル樹脂と(ii)多官能フェノール樹脂とを重量比で(i
)/(ii)=0.1 〜2.0 の割合で含有するフェノール
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、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エポキシ樹脂組
成物であり、またこの組成物の硬化物で、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)型の半導体封止装
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
ッケージ外径寸法については、携帯情報通信機器を中心
に小型、軽量化の要求が益々強くなっている。このた
め、リードが周辺に配列されているQFPでは、多電極
化に伴う狭ピッチ化が加速し、現状の0.3 mm電極ピッ
チでは一括リフローソルダリングの限界に達している。
【0003】そこでリードをパッケージ下面にエリアア
レイ状配置としたBGA型に移行して、電極ピッチを1.
5 〜1.0 mmに保って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。
【0004】しかし、BGA型のパッケージは、片面封
止のため、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。
【0005】
【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、実装後の耐湿性に優れ、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、特定のエポキシ
樹脂、特定のフェノール樹脂を用いることによって、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、実装後の耐湿
性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、
【0008】
【化7】 (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)(i )次の一般式で示
されるテルペン変性フェノール樹脂と、
【0009】
【化8】 (但し、式中n は 0又は 1以上の整数を表す)(ii)次
の一般式で示される多官能フェノール樹脂
【0010】
【化9】 (但し、式中n は 0又は 1以上の整数を表す)とを重量
比で(i )成分/(ii)成分が0.1 〜2.0 の割合で含有
するフェノール樹脂、(C)無機質充填剤および(D)
硬化促進剤を必須成分とし、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(Ball Grid
Array)型であ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)エポキシ樹脂として
は、前記の一般式化7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、
【0013】
【化10】
【0014】
【化11】 等が挙げられる。また、このエポキシ樹脂には、ノボラ
ック系エポキシ樹脂やエピビス系エポキシ樹脂、その他
の一般公知のエポキシ樹脂を併用することができる。こ
の場合、化7のエポキシ樹脂は、エポキシ樹脂混合物全
体の50重量%以上、特に70〜90重量%の割合で用いるの
が望ましい。
【0015】本発明に用いる(B)(i )テルペン変性
フェノール樹脂としては、前記の一般式化8で示される
ものが使用される。具体的な化合物として、例えば
【0016】
【化12】
【0017】
【化13】
【0018】
【化14】 等が挙げられる。
【0019】また、(ii)多官能フェノール樹脂として
は、前記の一般式化9で示されるものが使用される。具
体的な化合物として例えば、
【0020】
【化15】
【0021】
【化16】 等が挙げられる。(i )および(ii)のフェノール樹脂
を併用することにより、高いガラス転移温度と、高流動
性、高接着性を可能とすることができる。また、(i )
および(ii)のフェノール樹脂の他にフェノール、アル
キルフェノール等のフェノール類と、ホルムアルデヒド
ある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。この場合、(i )および(ii)
のフェノール樹脂は、フェノール樹脂混合物全体の10重
量%以上、特に40〜100 重量%となるように配合するこ
とが好ましい。
【0022】本発明においては、(i )テルペン変性フ
ェノール樹脂と、(ii)多官能フェノール樹脂とを、テ
ルペン変性フェノール樹脂/多官能フェノール樹脂の重
量比が0.1 〜2.0 、好ましくは0.2 〜0.7 の割合で使用
する。重量比が0.1 未満では、吸水率の増加、高粘度、
接着力の低下が生じ、2.0 を超えるとガラス転移温度の
低下が生じる。
【0023】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。
【0024】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。
【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、特定のフェノール樹脂、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。
【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。
【0027】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。チップを搭
載する基板としては、セラミック、プラスティック、ポ
リイミドフィルム、リードフレームなどであるがこれら
に限定されるものではない。
【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、前述した特定のエポキシ樹脂、特定のフェノー
ル樹脂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、かつ高
流動性を兼ね備えることによって、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、良好な成形性で
あり、半田浸漬、半田リフロー後の樹脂のクラックの発
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。以下の実施例及び比較例において「%」とは「重量
%」を意味する。
【0030】実施例1前述した化11のエポキシ樹脂
6.5%、前述した化12のフェノール樹脂 1.9%、化1
5のフェノール樹脂2.7 %、シリカ粉末88%、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。
【0031】実施例2実施例1で用いた化11のエポキ
シ樹脂6.9 %、実施例1で用いた化12のフェノール樹
脂1.3 %、化15のフェノール樹脂1.7 %、フェノール
ノボラック樹脂 1.2%、シリカ粉末88%、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。
【0032】比較例1o−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。
【0033】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。
【0034】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
反りが少なく、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。
【0035】
【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レーザ ー測定機により測定した。
【0036】
【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、
樹脂クラックもなく、接着性も良好であり、また、実装
後の耐湿性に優れ、しかも長期間の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、 【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)(i )次の一般式で示
    されるテルペン変性フェノール樹脂と、 【化2】 (但し、式中n は 0又は 1以上の整数を表す)(ii)次
    の一般式で示される多官能フェノール樹脂 【化3】 (但し、式中n は 0又は 1以上の整数を表す)とを重量
    比で(i )成分/(ii)成分が0.1 〜2.0 の割合で含有
    するフェノール樹脂、(C)無機質充填剤および(D)
    硬化促進剤を必須成分とし、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)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、 【化4】 (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)(i )次の一般式で示
    されるテルペン変性フェノール樹脂と、 【化5】 (但し、式中n は 0又は 1以上の整数を表す)(ii)次
    の一般式で示される多官能フェノール樹脂 【化6】 (但し、式中n は 0又は 1以上の整数を表す)とを重量
    比で(i )成分/(ii)成分が0.1 〜2.0 の割合で含有
    するフェノール樹脂、(C)無機質充填剤および(D)
    硬化促進剤を必須成分とし、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。
JP33087397A 1997-11-14 1997-11-14 エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置 Pending JPH11147940A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7956136B2 (en) 2004-07-22 2011-06-07 Sumitomo Bakelite Company, Ltd. Resin composition for semiconductor encapsulation and semiconductor device
US8008410B2 (en) 2006-11-15 2011-08-30 Sumitomo Bakelite Company, Ltd. Epoxy resin composition for encapsulating semiconductor and semiconductor device
WO2018080057A1 (ko) * 2016-10-31 2018-05-03 주식회사 케이씨씨 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물

Cited By (4)

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