JPH1135797A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

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JPH1135797A
JPH1135797A JP18997197A JP18997197A JPH1135797A JP H1135797 A JPH1135797 A JP H1135797A JP 18997197 A JP18997197 A JP 18997197A JP 18997197 A JP18997197 A JP 18997197A JP H1135797 A JPH1135797 A JP H1135797A
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JP
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epoxy resin
resin composition
semiconductor
filler
agent
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JP18997197A
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Masashi Nakamura
正志 中村
Shin Sawano
伸 沢野
Takayuki Tsuji
隆行 辻
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Panasonic Electric Works Co Ltd
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Matsushita Electric Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 成形時における離型性の低下や封止樹脂の内
部及び外部でのボイドの発生を防止する。 【解決手段】 o−クレゾールノボラック型エポキシ樹
脂と、下記(a)式で示される硬化剤と、充填剤とを含
有する。 【化1】

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面実装方式のS
OP(スモール・アウトライン・パッケージ)やQFP
(クォッド・フラット・パッケージ)などの半導体装置
を形成する際に好適に用いられる半導体封止用エポキシ
樹脂組成物、及びこの組成物を用いて形成される半導体
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】最近、回路基板に実装される電子部品は
小型化及び薄型化が進められており、半導体(素子)を
内蔵する半導体装置もピン挿入方式のDIP(デュアル
・インライン・パッケージ)などから表面実装方式のS
OPやQFPなどへと移行しつつある。このような表面
実装方式の半導体装置は、半導体及び半導体と接続され
るリードの内部リードを封止樹脂で封止すると共にリー
ドの外部リードを封止樹脂の外側に突出させて形成され
るものであって、封止樹脂としては熱硬化性樹脂である
エポキシ樹脂を含有するエポキシ樹脂組成物が最も一般
的に用いられている。
【0003】このような半導体封止用のエポキシ樹脂組
成物としては、例えば、オルトクレゾールノボラック型
エポキシ樹脂やビスフェノールA型エポキシ樹脂やビフ
ェニル型エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂と、フェノー
ルノボラック樹脂などの硬化剤と、三級アミンやイミダ
ゾールやホスフィン類などの硬化促進剤と、シリカなど
の無機粉末からなる無機充填剤と、シランカップリング
剤などのカップリング剤と、カルナバワックスやステア
リン酸などの離型剤と、カーボンブラックなどの着色剤
とを含有するものが用いられている。そしてトランスフ
ァー成形等の成形によってこのエポキシ樹脂組成物で半
導体及びリードの内部リードが封止された上記のような
半導体装置が形成されるのである。
【0004】このような表面実装方式の半導体装置は半
田付け工程で回路基板等に実装されるが、この際、半田
リフローなどの高温(例えば210〜260℃)で処理
されるために、半導体装置全体に半田リフローの熱が加
わって高温となり、この高温化によって半導体装置の封
止樹脂にクラックが発生したり、大幅に耐湿性が低下し
たりして製品として使用することができないことがあっ
た。
【0005】上記のような高温下における封止樹脂のク
ラックの発生は、半導体装置の成形後から実装までの間
に封止樹脂に吸湿された水分が、高温化によって爆発的
に水蒸気化して膨張することに起因すると考えられてい
る。そこで成形後の半導体装置を密封した容器に収納し
て出荷したり保存したりしてクラックの発生を低下させ
ることが行われているが、さらにクラックの発生を低減
させるために封止樹脂を形成するエポキシ樹脂組成物の
改良も行われている。
【0006】改良されたエポキシ樹脂組成物としては、
例えば低粘度のビフェニル型エポキシ樹脂を用いたもの
が提案されている。このように低粘度のビフェニル型エ
ポキシ樹脂を用いてエポキシ樹脂組成物を調製すると、
充填剤の配合割合を大きくしてもエポキシ樹脂組成物の
流動性などが低下しにくくなるので、充填剤の配合割合
を大きくして(充填剤を高充填して)エポキシ樹脂組成
物を調製することが可能となり、この結果、エポキシ樹
脂組成物で形成される封止樹脂の吸湿率や応力を低下さ
せることができ、耐半田クラック性を大幅に向上させる
ことができるのである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記のような低
粘度のビフェニル型エポキシ樹脂を用いたエポキシ樹脂
組成物であっても、成形時における離型性の低下や封止
樹脂の内部及び外部でのボイドの発生を防止することが
できなかった。本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
であり、成形時における離型性の低下や封止樹脂の内部
及び外部でのボイドの発生を防止することができる半導
体封止用エポキシ樹脂組成物を提供することを目的とす
るものである。また、本発明は成形時の離型性が高く、
封止樹脂の内部及び外部にボイドがない半導体装置を提
供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に記載
の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、o−クレゾール
ノボラック型エポキシ樹脂と、下記(a)式で示される
硬化剤と、充填剤とを含有して成ることを特徴とするも
のである。
【0009】
【化3】
【0010】また本発明の請求項2に記載の半導体封止
用エポキシ樹脂組成物は、請求項1の構成に加えて、自
硬化性シリコーンゴムあるいは自硬化性シリコーンゲル
を含有して成ることを特徴とするものである。また本発
明の請求項3に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
は、請求項1又は2の構成に加えて、下記(b)の一般
式あるいは(c)の一般式で示されるシリコーンオイル
を含有して成ることを特徴とするものである。
【0011】
【化4】
【0012】また本発明の請求項4に記載の半導体封止
用エポキシ樹脂組成物は、請求項1乃至3のいずれかの
構成に加えて、上記充填剤として最大粒径が150μm
以下のアルミナ粉末を用いて成ることを特徴とするもの
である。本発明の請求項5に記載の半導体装置は、請求
項1乃至4のいずれかの半導体封止用エポキシ樹脂組成
物で半導体を封止して成ることを特徴とするものであ
る。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、o
−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂と、二官能型の
フェノール化合物の硬化剤と、充填剤とを必須材料と
し、これに必要に応じて、フェノールノボラック樹脂な
どの他の硬化剤と、硬化促進剤と、自硬化性シリコーン
ゴムあるいは自硬化性シリコーンゲルやシリコーンオイ
ルなどの低応力化剤と、離型剤と、着色剤を配合して調
製される。
【0014】上記二官能型のフェノール化合物の硬化剤
は次の(a)式で示すことができる。
【0015】
【化5】
【0016】o−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂
とフェノールノボラック樹脂の硬化剤を配合したエポキ
シ樹脂組成物は、成形時の流動性や離型性などの成形性
が良好なものの、高吸湿で応力性に劣るものであり、耐
ボイド性や耐クラック性などの半田耐熱性の低い封止樹
脂しか得ることができなかった。そこで本発明は硬化剤
として上記(a)式のフェノール化合物を用いるもので
ある。
【0017】この硬化剤はフェノールノボラック樹脂の
硬化剤よりも低粘度であり、よって本発明のエポキシ樹
脂組成物はフェノールノボラック樹脂を硬化剤とするエ
ポキシ樹脂組成物に比べて充填剤の配合割合を大きく
(多く)しても離型性などの成形性を低下させないよう
にするとができ、しかも充填剤の配合割合を大きくする
ことによってエポキシ樹脂組成物の硬化物である封止樹
脂のTgを低下させて高温時に封止樹脂に生じる応力を
下げることができる。また(a)式のフェノール化合物
はフェノールノボラック樹脂よりも低官能数であり、よ
って本発明のエポキシ樹脂組成物の封止樹脂のTgを、
フェノールノボラック樹脂を硬化剤とするエポキシ樹脂
組成物の封止樹脂のTgに比べて適度に低下させること
ができる。従って、エポキシ樹脂組成物の成形性を損な
わないようにして封止樹脂の半田耐熱性を高くすること
ができる。
【0018】充填剤としては、シリカやアルミナなどの
一般的な粉末の無機充填剤を用いることができるが、そ
の中でも最大粒径が150μm以下のアルミナ粉末を用
いるのが好ましい。アルミナは他の充填剤に比べてエポ
キシ樹脂組成物の成形時の流動性を低下させないので好
ましいが、最大粒径が150μmを超えるアルミナ粉末
を用いると、エポキシ樹脂組成物の成形時の流動性が低
下し、封止樹脂にボイドが発生する恐れがある。アルミ
ナ粉末は細かいほど好ましいので、その最大粒径の下限
は特に設定されないが100μm程度である。
【0019】また充填剤の配合割合は、エポキシ樹脂組
成物の全重量に対して70〜90wt%に設定するのが
好ましい。充填剤の配合割合が70wt%未満であれ
ば、エポキシ樹脂組成物の硬化物である封止樹脂の吸湿
性(率)が大きくなり、半田耐熱性が低下する恐れがあ
り、また充填剤の配合割合が90wt%を超えると、半
導体装置への成形時にエポキシ樹脂組成物の流動性が低
下して封止樹脂にボイド等の不良が発生する恐れがあ
る。さらに高い半田耐熱性を有する封止樹脂を得るには
充填剤の配合割合を75wt%以上にするのがよい。
【0020】硬化促進剤としては、1,8−ジアザ−ビ
シクロ(5,4,0)ウンデセン−7、トリエチレンジ
アミン、ベンジルジメチルアミン等の三級アミン類や、
2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミ
ダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−フェニル−
4−メチルイミダゾール等のイミダゾール類や、トリブ
チルホスフィン、トリフェニルホスフィン等の有機ホス
フィン類(リン系硬化促進剤)などを用いることができ
る。
【0021】高温時の封止樹脂の応力を低下する低応力
化剤として配合される自硬化性シリコーンゴムあるいは
自硬化性シリコーンゲルはシリコーン系の可撓剤であっ
て、例えば、ビニル基含有シリコーンオイルとハイドロ
シリル基を含有するシリコーンオイルを白金系触媒で硬
化させたものなどを用いることができる。また低応力化
剤として配合されるシリコーンオイルとしては、一般式
が下記(b)で示される両末端アミノ基含有シリコーン
オイルや、一般式が下記(c)で示されるものを用いる
ことができる。そしてこれら低応力剤を配合することに
よって、エポキシ樹脂組成物の成形性や封止樹脂の半田
耐熱性をさらに向上させることができる。
【0022】
【化6】
【0023】離型剤としては、例えば、カルナバワック
ス、ステアリン酸、モンタン酸、カルボキシル基含有ポ
リオレフィンなどを用いることができ、また、着色剤と
しては、例えば、カーボンブラックなどを用いることが
できる。尚、硬化促進剤、無機充填剤、離型剤、着色剤
は上記に例示したものに限定されず、他の任意のものを
用いることができる。
【0024】そして本発明の半導体封止用エポキシ樹脂
組成物は、従来から任意の方法、例えば加熱ロールを用
いて上記材料を混合混練して調製することができる、ま
たこのエポキシ樹脂組成物は粉砕されることによって成
形用材料に形成され、この成形用材料を用いて上記従来
例と同様に例えばトランスファー成形し、半導体(素
子)及びリードの内部リードをエポキシ樹脂組成物の硬
化物である封止樹脂で封止することによって、本発明の
半導体装置を形成することができる。
【0025】
【実施例】以下、本発明を実施例によって詳述するが、
本発明はこの実施例に限定されない。 (実施例1乃至8及び比較例1乃至4)表1、2に示す
材料を同表の配合量(単位はg)で配合し、加熱ロール
を使用して温度85℃で5分間の条件で混合して半導体
封止用エポキシ樹脂組成物を調製した。この後、エポキ
シ樹脂組成物を約5mmに粉砕して成形用材料を作成し
た。尚、表中のビフェニル型エポキシ樹脂としては油化
シェル(株)製のYX4000Hを、上記(a)式の硬
化剤としてはヤスハラケミカル(株)製のYP90をそ
れぞれ使用した。
【0026】また表中のシリコーン化合物(1)は自硬
化性シリコーンゲルであって、フェノールノボラック樹
脂100gにポリエーテル基含有シリコーンオイルを
0.2g分散させ、ディスパーで攪拌しながら両末端ビ
ニル基含有シリコーンオイルとハイドロシリル基含有シ
リコーンオイルを所定量混合した液体(混合割合は、両
末端ビニル基含有シリコーンオイル:ハイドロシリル基
含有シリコーンオイル=10:1)を約10分で滴下
し、滴下後1時間攪拌し、冷却して粉砕するようにして
形成した。
【0027】また表中のシリコーン化合物(2)は両末
端アミノシリコーンとo−クレゾールノボラック型エポ
キシ樹脂の反応物であって、上記(b)の一般式を有す
るものであり、溶融したo−クレゾールノボラック型エ
ポキシ樹脂90gに両末端アミノ変性シリコーンオイル
(重合度20)10gを攪拌して分散し、1時間攪拌し
た後、冷却して粉砕した。
【0028】また表中のシリコーン化合物(3)はポリ
エーテル基、エポキシ基含有シリコーンとフェノールノ
ボラック樹脂の反応物であって、上記(c)の一般式を
有するものであり、溶融したフェノールノボラック樹脂
80gにポリエーテル基、エポキシ基含有シリコーンを
20gを攪拌して分散し、1時間攪拌した後、冷却して
粉砕した。
【0029】外形寸法が28×28×3.2mm厚の1
60ピンQFR用基板のダイパッドに、9.6×9.6
×0.4mm厚の半導体(素子)を実装し、これをトラ
ンスファー型IC成形機を用いて上記実施例及び比較例
の成形用材料で封止して評価用半導体装置(パッケー
ジ)を形成した。そして成形性として半導体装置の離型
性、及び半導体装置の封止樹脂の内部及び外部のボイド
の有無を観察した。また、上記評価用半導体装置を12
5℃で15時間脱湿し、次に85℃/85%RH/72
時間の条件で吸湿させた。次に、ピーク温度が245℃
の半田リフロー装置で高温処理した後、外観の目視検査
及び超音波探査装置によって封止樹脂のクラックの有無
を観察し、また超音波探査装置によって封止樹脂と半導
体(素子)の界面剥離、及びダイパッドと半導体(素
子)の界面剥離を観察した。
【0030】結果を表1、2に示す
【0031】
【表1】
【0032】
【表2】
【0033】表1、2に示すように、実施例1乃至8の
半導体装置の封止樹脂にはボイドやクラックの発生がな
いが、比較例1乃至4では総ての半導体装置の封止樹脂
にクラックが発生し、特に、エポキシ樹脂としてビフェ
ニル型エポキシ樹脂を用いた比較例4では総ての半導体
装置の封止樹脂にボイドが発生した。即ち、実施例1乃
至8は比較例1乃至4よりも成形性、耐半田クラック性
がともに高いと言える。
【0034】
【発明の効果】上記のように本発明の請求項1に記載の
発明は、o−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂と、
上記(a)式で示される硬化剤と、充填剤とを含有した
ので、フェノールノボラック樹脂の硬化剤よりも低粘度
の(a)式の硬化剤を用いることによって、充填剤の配
合割合を大きくしても離型性などの成形性を低下させな
いようにすることができ、従って、充填剤の配合割合を
大きくすることによって封止樹脂のTgを低下させて高
温時に封止樹脂に生じる応力を下げることができ、また
(a)式のフェノール化合物はフェノールノボラック樹
脂よりも低官能数であって、封止樹脂のTgを適度に低
下させることができ、成形時における離型性の低下や封
止樹脂の内部及び外部でのボイドの発生を防止すること
ができるものである。
【0035】また本発明の請求項2に記載の発明は、自
硬化性シリコーンゴムあるいは自硬化性シリコーンゲル
を含有したので、これら低応力剤を配合することによっ
て、エポキシ樹脂組成物の成形性や封止樹脂の半田耐熱
性をさらに向上させることができるものである。また本
発明の請求項3に記載の発明は、上記(b)の一般式あ
るいは(c)の一般式で示されるシリコーンオイルを含
有したので、これら低応力剤を配合することによって、
エポキシ樹脂組成物の成形性や封止樹脂の半田耐熱性を
さらに向上させることができるものである。
【0036】また本発明の請求項4に記載の発明は、上
記充填剤として最大粒径が150μm以下のアルミナ粉
末を用いたので、成形時の流動性を低下させないように
することができ、ボイドの発生を防止することができる
ものである。また本発明の請求項5に記載の発明は、請
求項1乃至4のいずれかの半導体封止用エポキシ樹脂組
成物で半導体を封止したので、上記のような成形性及び
耐半田クラック性の高いエポキシ樹脂を用いることによ
って、成形時の離型性が高く、封止樹脂の内部及び外部
にボイドが発生しないようにすることができるものであ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C08L 83/08 C08L 83/08 H01L 23/29 H01L 23/30 R 23/31

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 o−クレゾールノボラック型エポキシ樹
    脂と、下記(a)式で示される硬化剤と、充填剤とを含
    有して成ることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂
    組成物。 【化1】
  2. 【請求項2】 自硬化性シリコーンゴムあるいは自硬化
    性シリコーンゲルを含有して成ることを特徴とする請求
    項1に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
  3. 【請求項3】 下記(b)の一般式あるいは(c)の一
    般式で示されるシリコーンオイルを含有して成ることを
    特徴とする請求項1又は2に記載の半導体封止用エポキ
    シ樹脂組成物。 【化2】
  4. 【請求項4】 上記充填剤として最大粒径が150μm
    以下のアルミナ粉末を用いて成ることを特徴とする請求
    項1乃至3のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹
    脂組成物。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至4のいずれかの半導体封止
    用エポキシ樹脂組成物で半導体を封止して成ることを特
    徴とする半導体装置。
JP18997197A 1997-07-15 1997-07-15 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 Withdrawn JPH1135797A (ja)

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