JPH11152392A

JPH11152392A - 半導体封止用樹脂組成物および半導体装置

Info

Publication number: JPH11152392A
Application number: JP31947097A
Authority: JP
Inventors: Motohiro Kuroki; 基弘黒木; Shiro Honda; 史郎本田; Akio Oura; 昭雄大浦
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1997-11-20
Filing date: 1997-11-20
Publication date: 1999-06-08

Abstract

(57)【要約】【課題】封止材とシリコンチップやリードフレームとの
間の剥離という問題を解決しながら連続成形によっても
金型汚れが発生しにくく、成形性、半田耐熱性、耐湿信
頼性、および高温信頼性に優れた半導体封止用樹脂組成
物の提供。【解決手段】エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、無機
充填材（Ｃ）、脂肪族リン酸エステル（Ｄ）およびハイ
ドロタルサイト系化合物（Ｅ）を含み、好ましくは前記
脂肪族リン酸エステル（Ｄ）の含有量が樹脂組成物全体
の０．０１〜０．５重量％、前記ハイドロタルサイト系
化合物（Ｅ）の含有量が樹脂組成物全体の０．０１〜２
重量％であることを特徴とする半導体封止用樹脂組成
物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物の分野に関わり、特に成形性、半田耐熱
性、および耐湿信頼性、高温信頼性に優れた半導体封止
用樹脂組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】エポキシ樹脂は耐熱性、耐湿性、電気特
性、接着性などに優れ、さらに配合処方により種々の特
性が付与できるのでエポキシ樹脂組成物として塗料、接
着剤、構造材料、電気絶縁材料などの工業材料に幅広く
利用されている。例えば半導体装置などの電子回路部品
の封止材にはエポキシ樹脂組成物が一般的に使用されて
いる。

【０００３】近年電子機器の小型化のために半導体装置
を配線基板に高密度に実装することが非常に重要になっ
てきた。そのため、従来のように半導体装置のリードピ
ンを基板の穴に挿入して基板の裏側から半田付けする
「挿入実装方式」に代わり、基板表面に半導体装置を仮
止めした後、全体を加熱する「表面実装方式」が一般的
になってきた。

【０００４】表面実装方式への移行に伴い、挿入実装方
式ではあまり問題にならなかった半田付け工程が大きな
問題になっている。挿入実装方式では半田付け工程はリ
−ド部が部分的に加熱されるだけであったが、表面実装
方式ではパッケ−ジ全体が加熱されるため、パッケ−ジ
全体が２１０〜２７０℃の高温に加熱されることにな
る。従って、樹脂封止型パッケージでは、成形してから
実装工程の間までに封止材に吸湿された水分が半田付け
加熱時に爆発的に水蒸気化、膨脹し、半田付け時にクラ
ックが発生したり、封止材とシリコンチップやリードフ
レームの間の剥離が生じ、信頼性が低下してしまうとい
う問題があった。

【０００５】この問題に対して、優れた接着性を有する
エポキシ樹脂、硬化剤を含有するエポキシ樹脂組成物を
用い、上記問題の解決を図る提案等が数多くなされてい
る。例えば、ビフェニル型エポキシ樹脂とフェノールア
ラルキル硬化剤を使用する方法が知られている（特開平
４−１７３８２８号公報参照）。しかし、これらの手法
では接着性の高さゆえに、金型に樹脂が付着するため金
型汚れが発生し、金型クリーニングの頻度が増し、生産
性が低下する問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、封止
材とシリコンチップやリードフレームとの間の剥離とい
う問題を解決するとともに、連続成形によっても金型汚
れが発生しにくく、なおかつ、半田耐熱性、耐湿信頼
性、高温信頼性の半導体封止用樹脂組成物、並びに半導
体装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の目
的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明に到達し
た。

【０００８】すなわち、本発明はエポキシ樹脂（Ａ）、
硬化剤（Ｂ）、無機充填材（Ｃ）脂肪族リン酸エステル
（Ｄ）およびハイドロタルサイト系化合物（Ｅ）を含む
ことを特徴とする半導体封止用樹脂組成物、およびこの
組成物で封止した半導体装置である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を詳述
する。

【００１０】本発明におけるエポキシ樹脂（Ａ）は、エ
ポキシ基を有する化合物であれば任意であるが、芳香族
性ヒドロキシル基をグリシジルエ−テルに転化したエポ
キシ樹脂（ａ）が好ましく用いられる。

【００１１】エポキシ樹脂（ａ）の具体例としては、
４，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）ビフェ
ニル、４，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）
−３，３’５，５’−テトラメチルビフェニル、４，
４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３’
５，５’−テトラエチルビフェニル、４，４’−ビス
（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３’５，５’−
テトラメチル−２−クロロビフェニルなど、ビフェニル
骨格を有するビフェニル型エポキシ樹脂、１，５−ジ
（２，３−エポキシプロポキシ）ナフタレン、１，６−
ジ（２，３−エポキシプロポキシ）ナフタレンなどのナ
フタレン型エポキシ樹脂、４，４’−ビス（２，３−エ
ポキシプロポキシ）スチルベン、４，４’−ビス（２，
３−エポキシプロポキシ）−３，３’５，５’−テトラ
メチルスチルベンなどのスチルベン型エポキシ樹脂、ク
レゾ−ルノボラック型エポキシ樹脂、フェノ−ルノボラ
ック型エポキシ樹脂、ビスフェノ−ルＡ骨格含有ノボラ
ック型エポキシ樹脂などのノボラック型エポキシ樹脂、
フェノ−ルアラルキル型エポキシ樹脂、ナフト−ルアラ
ルキル型エポキシ樹脂などのアリ−ルアラルキル型エポ
キシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格含有エポキシ樹
脂、トリス（２，３−エポキシプロポキシ）フェニルメ
タンなどの多官能エポキシ樹脂などが挙げられる。これ
らの中で、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エ
ポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂等の２官能エポ
キシ樹脂が特に好ましく用いられる。

【００１２】本発明における硬化剤（Ｂ）は、エポキシ
樹脂と反応する化合物であれば任意であるが、硬化物と
した場合に吸水率が低い化合物として分子中にヒドロキ
シル基を有するフェノ−ル化合物（ｂ）が好ましく用い
られる。フェノ−ル化合物（ｂ）の具体例としては、フ
ェノ−ルノボラック樹脂、クレゾ−ルノボラック樹脂、
ナフト−ルノボラック樹脂、トリス（ヒドロキシフェニ
ル）メタン、１，１，２−トリス（ヒドロキシフェニ
ル）エタン、１，１，３−トリス（ヒドロキシフェニ
ル）プロパン、テルペンとフェノ−ルの縮合化合物、ジ
シクロペンタジエン変性フェノ−ル樹脂、フェノ−ルア
ラルキル樹脂、ナフト−ルアラルキル樹脂、カテコ−
ル、レゾルシン、ヒドロキノン、ピロガロ−ル、フロロ
グルシノ−ルなどが挙げられる。その中でも、水酸基当
量が１３０以上の硬化剤が特に好ましく、またフェノー
ルアラルキル樹脂やテルペン骨格含有フェノール樹脂が
特に好ましく用いられる。

【００１３】本発明では、エポキシ樹脂（Ａ）と硬化剤
（Ｂ）の配合当量比（エポキシ基に対するヒドロキシル
基のモル比）は特に限定されるものではないが、通常好
ましくは、０．５〜２．０、さらには０．７〜１．５で
ある。エポキシ樹脂（Ａ）と硬化剤（Ｂ）の配合量とし
ては、エポキシ樹脂（Ａ）と硬化剤（Ｂ）の両方で５〜
２５重量％、さらには５〜１５重量％の範囲が好まし
い。

【００１４】本発明の半導体封止用樹脂組成物におい
て、無機充填材（Ｃ）が配合される。無機充填材（Ｃ）
の配合量としては、７５〜９７重量％、さらに８５〜９
５重量％が好ましい。無機充填材（Ｃ）として例えば、
非晶性シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素、タル
ク、硫酸カルシウム、窒化アルミニウムなどが挙げられ
る。無機充填材（Ｃ）の形状としては球状や破砕状など
任意であり、また、形状、平均粒子径の異なる２種類以
上の物を混合して用いてもよい。さらには、これらの無
機充填材（Ｃ）は各種シラン系カップリング剤、チタネ
ート系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤
などで表面処理して用いてもかまわない。

【００１５】本発明の組成物では、脂肪族リン酸エステ
ル（Ｄ）が配合される。このような化合物としては下式
（Ｉ）で表される構造を有するものである。この場合、
式（Ｉ）の化合物の縮合により、Ｐ−Ｏ−Ｐ結合を有す
る縮合物も含まれる。

【００１６】

【化１】（式中、Ｒは水素または脂肪族基を意味し、同一でも異
なっていてもよく、Ｒのうち少なくとも一つは脂肪族基
である。）脂肪族リン酸エステル（Ｄ）の脂肪族基の炭
素数としては１５以上、さらに２５〜５０の範囲にある
ことが好ましく、また数平均分子量は５００以上、さら
に５００〜３０００、またさらに７００〜１５００であ
ることが好ましい。

【００１７】脂肪族リン酸エステル（Ｄ）は、金型汚れ
の防止、基板への接着性および信頼性向上効果を付与す
るものである。その配合量としては樹脂組成物全体の
０．０１〜０．５重量％、さらに０．０５〜０．２５重
量％であることが好ましい。配合量が０．０１重量％未
満では金型汚れ改善効果が十分でなく、０．５重量％を
越えると接着力が低下する傾向にある。

【００１８】本発明におけるハイドロタルサイト系化合
物（Ｅ）は、下記式（II）または（III）で示される複
合金属化合物である。

【００１９】Ｍｇ_xＡｌ_y(ＯＨ)_(2x+3y-nz)Ａ_z・ｍＨ₂Ｏ・・・・・(II) Ｍｇ_xＡｌ_yＯ_(2x+3y)/2 ・・・・・(III) （ただし、Ａはｎ価の陰イオンＡn-を生成しうる官能
基、ｎは１〜３の整数ｘ、ｙおよびｚは０＜ｙ／ｚ≦
１、０≦ｚ／ｙ＜１．５の関係にある０または正の数、
ｍは０または正の数を示す。

【００２０】上記式（II）において、官能基Ａから生成
しうるｎ価の陰イオンＡ_n ^-の好ましい具体例としては、
Ｆ^-、Ｃｌ^-、Ｂｒ^-、Ｉ^-、ＯＨ^-、ＨＣＯ₃ ^-、ＣＨ₃ＣＯ
Ｏ^-、ＨＣＯＯ^-、ＣＯ₃ ^2-、ＳＯ₄ ^2-，(ＣＯＯ^-)₂、酒石
酸イオン［ＣＨ（ＯＨ）ＣＯＯ^-］₂、クエン酸イオン
［Ｃ（ＯＨ）ＣＯＯ^-］（ＣＨ₂ＣＯＯ^-）₂、サリチル酸
イオンＣ₆Ｈ₄（ＯＨ）ＣＯＯ^-などが挙げられる。なか
でもＣＯ₃ ^2-が特に好ましい。

【００２１】上記式（III）で表されるハイドロタルサ
イト系化合物（Ｅ）は、例えば上記式（II）で表される
ハイドロタルサイト系化合物（Ｅ）を、４００〜９００
℃で焼成処理することにより製造される。

【００２２】ハイドロタルサイト系化合物（Ｅ）の好ま
しい具体例として、Ｍｇ_4.5Ａｌ₂（ＯＨ）₁₃ＣＯ₃・３.
５Ｈ₂Ｏ、Ｍｇ_4.5Ａｌ₂Ｏ（ＯＨ）₁₃ＣＯ₃、Ｍｇ₅Ａｌ
_1.5（ＯＨ）₁₃ＣＯ₃・３.５Ｈ₂Ｏ、Ｍｇ₅Ａｌ_1.5Ｏ（Ｏ
Ｈ）₁₃ＣＯ₃ 、Ｍｇ₆Ａｌ₂（ＯＨ）₁₆ＣＯ₃ 、Ｍｇ_0.65
Ａｌ_0.35Ｏ_1.175、Ｍｇ_0.7Ａｌ_0.3Ｏ_1.15、Ｍｇ_0.75Ａ
ｌ_0.25Ｏ_1.125、Ｍｇ_0.8Ａｌ_0.2Ｏ_1.1などが挙げられ
る。

【００２３】本発明においてハイドロタルサイト系化合
物（Ｅ）の添加量は全体の０．０１〜２重量％、好まし
くは０．０２〜１重量％である。添加量が０．０１重量
％未満では高温信頼性の向上効果が不十分であり、２重
量％を越えると半田耐熱性が低下する。

【００２４】本発明の半導体封止用樹脂組成物には、さ
らにエポキシ樹脂への硬化促進剤を配合することができ
る。用いられる硬化促進剤としては、エポキシ樹脂と硬
化剤の反応を促進させるものであれば任意であり、有機
ホスフィン化合物、アミン化合物などが使用できる。

【００２５】本発明の半導体封止用樹脂組成物に配合す
る他の添加剤としては任意であるが、例えばエポキシシ
ラン、メルカプトシラン、ウレイドシランなどのシラン
カップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミ
ニウム系カップリング剤、アルミニウムキレート類、シ
リコ−ンゴム、ブタジエンゴム、変性ニトリルゴム、変
性シリコ−ンゴムなどのゴム成分、ハロゲン化エポキシ
樹脂などのハロゲン化合物、リン化合物などの難燃剤、
三酸化アンチモン、四酸化アンチモン、五酸化アンチモ
ンなどの難燃助剤、カ−ボンブラック、酸化チタンなど
の着色剤、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの熱可塑
性樹脂、ポリエチレン系ワックス、ポリアルキレン系ワ
ックス、モンタン酸系ワックスなどの離型剤が挙げられ
る。

【００２６】本発明の半導体封止用樹脂組成物は溶融混
練することが好ましく、例えばニ−ダ−、ロ−ル、単軸
もしくは二軸の押し出し機またはコニ−ダ−などの公知
の混練方法を用いて溶融混練することにより製造され
る。

【００２７】本発明の半導体封止用樹脂組成物は、通常
粉末またはタブレット状態で半導体の封止に供される。
半導体を基板に固定した部材を半導体封止用樹脂組成物
により成形する方法としては、低圧トランスファ−成形
法が一般的であり、インジェクション成形法や圧縮成形
法も可能である。成形条件としては、例えば封止材組成
物を成形温度１５０〜２００℃、圧力５〜１５ＭＰａ、
成形時間３０〜３００秒で成形し、封止用樹脂組成物の
硬化物とすることによって半導体装置が製造される。ま
た、必要に応じて上記成形物を１００〜２００℃で２〜
１５時間、追加加熱処理をしてもかまわない。

【００２８】

【実施例】実施例１〜１１、比較例１〜２表１に示した成分を、表２に示した組成比でミキサ−に
よりドライブレンドした。これを、バレル温度９０℃の
二軸押出機を用いて５分間加熱混練後、冷却・粉砕して
半導体封止用樹脂組成物を製造した。

【００２９】なお添加剤の脂肪族リン酸エステルは、化
学式（Ｉ）において、炭素数３６〜４２のアルキル基を
必須成分とし、Ｒの一部が水素原子である数平均分子量
９１０の混合物を使用した。この組成物を用いて、低圧
トランスファ−成形法により１７５℃×２分の条件（以
下成形条件（ａ）という）で、半導体素子を封止成形し
て半導体装置を得た。また、以下の方法により各組成物
の物性を測定した。

【００３０】金型汚れ：１６０ｐｉｎＱＦＰデバイス
（フレ−ム：４２アロイリードフレーム、チップサイ
ズ：１０．４mm×１０．４mm×０．５mm厚み、チップ表
面：チッ化膜、パッケ−ジサイズ：２８mm×２８mm×
３．３mm厚み）を用い、金型を十分洗浄した後、各々の
封止用樹脂組成物により成形条件（ａ）で各２０ショッ
ト成形した。そして、２０ショット後に金型に付着した
汚れを目視により評価した。金型に樹脂が付着していた
場合を×、樹脂は付着していないが曇りを生じているも
のを△、全く汚れていないものを○で表現した。

【００３１】半田耐熱性：上記１６０ｐｉｎＱＦＰデバ
イスを用い、各々の封止用樹脂組成物により成形条件
（ａ）で各８個成形を行った後、１７５℃、１２時間追
加加熱し、半導体装置とした。これらを８５℃、８５％
ＲＨの条件で１２０時間加湿した後、２４５℃に加熱さ
れたＩＲ（赤外線）リフロー炉に２４５℃、１０秒の条
件で通した。各々のデバイスについて超音波探傷機によ
り観察し、チップ面、およびリードフレームのダイパッ
ド裏面のそれぞれについて、剥離のあるものを不良とし
て不良数を求めた。

【００３２】耐湿信頼性（ＰＣＢＴ）：専用の模擬素子
を搭載した１６ｐｉｎＤＩＰデバイス（フレーム：４２
アロイリードフレーム、チップサイズ：４．０mm×３．
０mm×０．５mm厚み、パッケージサイズ：１６．９mm×
７．３mm×２．６mm厚み）を用い、各々の封止用樹脂用
組成物により成形条件（ａ）で各１２個成形を行った
後、１７５℃、１２時間追加加熱し、半導体装置とし
た。これらを１２５℃、８５％ＲＨ、バイアス電圧１０
ＶでＵＳＰＣＢＴを行い、累積故障率５０％になる時間
を求めて寿命とした。

【００３３】高温信頼性：専用の模擬素子を搭載した１
６ｐｉｎＤＩＰデバイス（フレーム：４２アロイリード
フレーム、チップサイズ：４．０mm×３．０mm×０．５
mm厚み、パッケージサイズ：１６．９mm×７．３mm×
２．６mm厚み）を用い、各々の封止用樹脂用組成物によ
り成形条件（ａ）で各１２個成形を行った後、１７５
℃、１２時間追加加熱し、半導体装置とした。これらを
１９５℃で高温信頼性の評価を行い、累積故障率５０％
になる時間を求めて高温信頼性の寿命とした。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】表２にみられるように、本発明の半導体封
止用樹脂組成物は比較例の組成物に比べて、封止成形時
の金型汚れが見られず、かつ、半田耐熱性耐湿信頼性、
高温信頼性に優れている。すなわち、本発明の半導体封
止用樹脂組成物は半導体装置を封止する場合に最適であ
る。

【００３７】

【発明の効果】本発明は、エポキシ樹脂封止材の添加剤
に特定の脂肪族リン酸エステルとハイドロタルサイト系
化合物を用いることで、封止成形時金型汚れがなく、連
続成形可能な半導体封止用樹脂組成物として有用であ
る。また、半田耐熱性、耐湿信頼性、高温信頼性に優れ
ているため、その封止用樹脂組成物を用いて封止した半
導体装置は半導体動作において高い信頼性を有する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩ // Ｃ０８Ｇ 59/24 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 59/62

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、無機
充填材（Ｃ）、脂肪族リン酸エステル（Ｄ）およびハイ
ドロタルサイト系化合物（Ｅ）を必含むことを特徴とす
る半導体封止用樹脂組成物。
【請求項２】前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物にお
いて、脂肪族リン酸エステル（Ｄ）の含有量が樹脂組成
物全体の０．０１〜０．５重量％であることを特徴とす
る請求項１記載の半導体封止用樹脂組成物。
【請求項３】前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物にお
いて、ハイドロタルサイト系化合物（Ｅ）の含有量が樹
脂組成物全体の０．０１〜２重量％であることを特徴と
する請求項１または請求項２記載の半導体封止用樹脂組
成物。
【請求項４】前記脂肪族リン酸エステル（Ｄ）が炭素数
１５以上の脂肪族炭化水素鎖を有することを特徴とする
請求項１〜３のいずれかに記載の半導体封止用樹脂組成
物。
【請求項５】前記エポキシ樹脂（Ａ）がビフェニル、ナ
フタレン、スチルベンのいずれかの骨格を持つ多官能エ
ポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１〜４のいず
れかに記載の半導体封止用樹脂組成物。
【請求項６】前記硬化剤（Ｂ）が水酸基当量１３０以上
であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載
の半導体封止用樹脂組成物。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載の半導体封
止用樹脂組成物の硬化物により、半導体が封止されてな
ることを特徴とする半導体装置。