JPH11302503A - 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】 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剥がれや内部樹脂ク
ラックの発生がなく、また電極の腐食による断線や水分
によるリーク電流の発生もない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）次の一般式で示される多官能エポ
キシ樹脂、 （Ｂ）次の一般式で示される多官能フェノール樹脂、 （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
ある。また、この組成物の硬化物で、半導体チップが封
止されてなる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、耐湿性、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】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及びシリカ粉末
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
い耐湿劣化を起こし、電極の腐食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】

【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、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
ムとの剥がれや内部樹脂クラックの発生がなく、また電
極の腐食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。

【０００５】

【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、耐
湿性、半田耐熱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。

【０００６】即ち、本発明は、 （Ａ）次の一般式で示される多官能エポキシ樹脂、

【０００７】

【化５】 （但し、式中Ｒ¹ はt-ブチル基を、Ｒ² はメチル基を、
Ｒ³ はＣ_l Ｈ_2l+1基を、Ｒ⁴ はＣ_m Ｈ_2m+1基を、n は1
以上の整数をそれぞれ表し、各基におけるl 、mは 0又
は 1以上の整数を表す） （Ｂ）次の一般式で示される多官能フェノール樹脂、

【０００８】

【化６】 （但し、式中、ｎは0 〜10までの整数であり、Ｒは水素
原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基及び
t-ブチル基の中で、1 種もしくは2 種以上の組合せを表
す） （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
止されてなることを特徴とする半導体封止装置である。

【０００９】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１０】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５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、

【００１１】

【化７】 （但し、式中、n は1 以上の整数を表す）

【００１２】

【化８】 （但し、式中、n は1 以上の整数を表す）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1 種又は2 種以上併用することができ
る。

【００１３】本発明に用いる（Ｂ）多官能フェノール樹
脂としては、前記の化６で示されたものが使用される。

【００１４】具体的な化合物として例えば、

【００１５】

【化９】 （但し、式中、n は1 以上の整数を表す）

【００１６】

【化１０】 （但し、式中、n は1 以上の整数を表す） また、この多官能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
1 種又は2 種以上併用することができる。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】

【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、樹脂組成物の吸水性を低
減し、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。

【００２３】

【発明の実施の形態】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。

【００２４】実施例１ 前述した化７のエポキシ樹脂 6.2％、前述した化９のフ
ェノール樹脂 4.8％、シリカ粉末88％、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。

【００２５】実施例２ 実施例１で用いた化７のエポキシ樹脂6.6 ％、実施例１
で用いた化９のフェノール樹脂3.1 ％、フェノールノボ
ラック樹脂 1.3％、シリカ粉末88％、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。

【００２６】比較例１ ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂17％、ノボラ
ック型フェノール樹脂8％、シリカ粉末74％、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。

【００２７】比較例２ エピビス型エポキシ樹脂20％、ノボラック型フェノール
樹脂 5％、シリカ粉末74％、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。

【００２８】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、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。

【００２９】

【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42アロイフレームに接
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予
め、40℃，90％ＲＨ， 100時間の吸湿処理した後、250
℃の半田浴に10秒間浸漬した。その後、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 ： 8×8 ｍｍダミーチップをＱＦＰ（14×14×1.4
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85
℃，85％，24時間の吸湿処理をした後、240 ℃の半田浴
に 1分間浸漬した。その後、実体顕微鏡でパッケージ表
面を観察し、外部樹脂クラックの発生の有無を評価し
た。

【００３０】

【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、耐湿性、半田耐熱性に優れ、吸湿による影響が少な
く、電極の腐食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、しかも長時間にわた
って信頼性を保証することができる。

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多官能エポ
   キシ樹脂、 【化１】 （但し、式中Ｒ¹ はt-ブチル基を、Ｒ² はメチル基を、
   Ｒ³ はＣ_l Ｈ_2l+1基を、Ｒ⁴ はＣ_m Ｈ_2m+1基を、n は1
   以上の整数をそれぞれ表し、各基におけるl 、mは 0又
   は 1以上の整数を表す） （Ｂ）次の一般式で示される多官能フェノール樹脂、 【化２】 （但し、式中、ｎは0 〜10までの整数であり、Ｒは水素
   原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基及び
   t-ブチル基の中で、1 種もしくは2 種以上の組合せを表
   す） （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多官能エポ
   キシ樹脂、 【化３】 （但し、式中Ｒ¹ はt-ブチル基を、Ｒ² はメチル基を、
   Ｒ³ はＣ_l Ｈ_2l+1基を、Ｒ⁴ はＣ_m Ｈ_2m+1基を、n は1
   以上の整数をそれぞれ表し、各基におけるl 、mは 0又
   は 1以上の整数を表す） （Ｂ）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 〜10までの整数であり、Ｒは水素
   原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基及び
   t-ブチル基の中で、1 種もしくは2 種以上の組合せを表
   す）す） （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てなることを
   特徴とする半導体封止装置。