JPH1135800A - Resin composition and resin-sealed semiconductor device made by using the same - Google Patents
Resin composition and resin-sealed semiconductor device made by using the sameInfo
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- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップの封
止材料として好適に用いられる樹脂組成物、およびこれ
を用いた樹脂封止型半導体装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a resin composition suitably used as a sealing material for a semiconductor chip, and a resin-sealed semiconductor device using the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】高度な情報社会の発達に伴なって、半導
体を用いた集積回路(IC)は、より大きなキャパシテ
ィやより多機能な性能が要求されるようになった。この
ような要求に答えるために、最近では半導体チップ内の
単位素子サイズはより小さくなり、ICチップの集積度
はより密になりつつある。しかしながら、ICの性能を
向上させるという要求は、集積度の改善による小型化の
速度を上回り、結果としてICのチップサイズは徐々に
大きくなってきているのが現状である。2. Description of the Related Art With the development of an advanced information society, integrated circuits (ICs) using semiconductors have been required to have higher capacity and more multifunctional performance. In order to meet such demands, the unit element size in a semiconductor chip has recently become smaller, and the degree of integration of an IC chip has been increasing. However, the demand for improving the performance of ICs exceeds the speed of miniaturization due to the improvement of the degree of integration, and as a result, the chip size of ICs is gradually increasing.
【0003】現在、ICチップのパッケージの主流は、
42アロイと呼ばれる鉄−ニッケル合金フレームにシリ
コンICチップをマウントし、ICチップ上に形成され
たファーストボンディングパッドと、リードフレーム上
に形成されたセカンドボンディングパッドとを、アルミ
ニウムもしくは金ワイヤでボンディングにより接続して
アセンブリした半導体部品を、エポキシ系の熱硬化樹脂
組成物でモールドする方法である。この製造プロセス
は、低コストかつ、生産性が高く、しかもパッケージさ
れたICは信頼性に優れていた。At present, the mainstream of IC chip packages is:
A silicon IC chip is mounted on an iron-nickel alloy frame called Alloy 42, and a first bonding pad formed on the IC chip is connected to a second bonding pad formed on the lead frame by bonding with an aluminum or gold wire. This is a method of molding a semiconductor component assembled by using an epoxy-based thermosetting resin composition. This manufacturing process was low in cost and high in productivity, and the packaged IC was excellent in reliability.
【0004】しかしながら、ICのチップサイズが大き
くなるにしたがって、熱硬化樹脂モールドには次のよう
な課題があることが明らかになってきた。それは、熱硬
化後の樹脂組成物とICチップ(もしくはフレーム)と
の熱膨張率の相違により、パッケージ内部で樹脂組成物
とICチップ(もしくはフレーム)との間に応力が発生
して、両者の間に剥離が発生するという問題である。こ
のような剥離は、パッケージICにハンダ・リフロー工
程を実施する際に、特に顕著に現れる。剥離防止の対策
として、樹脂組成物の充填材(フィラー)組成を変える
ことによって、具体的には、樹脂組成物に含まれるフィ
ラーの比率を高めることによって、その熱膨張率をIC
チップの熱膨張率に近づける方法が取られている。例え
ば、石英フィラーを含有する最新の樹脂組成物の組成で
は、フィラー重量比は90%前後に達している。However, as the chip size of ICs has increased, it has become clear that thermosetting resin molds have the following problems. This is because stress is generated between the resin composition and the IC chip (or frame) inside the package due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the resin composition after thermal curing and the IC chip (or frame), and This is a problem that separation occurs between the two. Such peeling is particularly noticeable when a solder reflow process is performed on the package IC. As a measure for preventing peeling, by changing the composition of the filler (filler) of the resin composition, specifically, by increasing the ratio of the filler contained in the resin composition, the coefficient of thermal expansion can be reduced by an IC.
A method of approaching the coefficient of thermal expansion of the chip has been adopted. For example, in the latest resin composition containing a quartz filler, the filler weight ratio has reached about 90%.
【0005】このようにフィラー組成比を高めることに
よって、熱膨張率の問題は解決できたものの、かかる樹
脂組成物を用いたパッケージの成形プロセスにおいては
新たな問題が発生した。すなわち、樹脂組成物のフィラ
ーの比率を高めると、トランスファー成形あるいはイン
ジェクション成形で、その樹脂組成物を成形金型に注入
する際に粘度が十分に低下しないことである。このた
め、ICとリードフレームとを接続するボンディングワ
イヤが樹脂組成物との粘性抵抗により変形し、ワイヤ間
の接触やワイヤの断線につながる不具合が発生すること
である。ワイヤの断線などの不具合の対策として、樹脂
組成物に含まれるエポキシ樹脂を、ビフェニル系やビス
フェノールF系を代表とする低粘度樹脂に変更すること
によって、フィラーを90%前後含む樹脂組成物でも、
ワイヤの断線などの不具合が生じない程度の最小粘度
(具体的な目安として、最小粘度70Pa・s以下)を
達成する方法がとられてきた。Although the problem of the coefficient of thermal expansion can be solved by increasing the filler composition ratio in this way, a new problem has arisen in the process of molding a package using such a resin composition. That is, when the ratio of the filler in the resin composition is increased, the viscosity does not sufficiently decrease when the resin composition is injected into a molding die in transfer molding or injection molding. For this reason, the bonding wire connecting the IC and the lead frame is deformed due to the viscous resistance of the resin composition, thereby causing a problem that leads to contact between the wires and disconnection of the wire. As a countermeasure against defects such as wire breakage, by changing the epoxy resin contained in the resin composition to a low-viscosity resin represented by a biphenyl-based or bisphenol-F-based resin, even a resin composition containing about 90% of a filler,
A method of achieving a minimum viscosity (as a specific guideline, a minimum viscosity of 70 Pa · s or less) that does not cause inconvenience such as wire breakage has been taken.
【0006】しかしながら、低粘度樹脂を配合した樹脂
組成物では、フレームやチップ表面と樹脂との接着力が
不足し、耐リフロー性が不足するという問題が発生し
た。接着力付与剤を配合すれば接着力を高めることもで
きるが、接着力付与剤は硬化促進作用を有している材料
が多いので、粘度の増加の原因となるうえに、室温にお
ける保存安定性を低下させてしまう。However, a resin composition containing a low-viscosity resin has a problem in that the adhesion between the resin and the surface of the frame or chip is insufficient, and the reflow resistance is insufficient. Adhesive strength can be increased by blending an adhesive strength enhancer, but many of the adhesive strength enhancers have an effect of accelerating curing, causing an increase in viscosity and storage stability at room temperature. Is reduced.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上述したように、半導
体素子封止用の樹脂には多くの特性が要求されているも
のの、それらを全て満たすような樹脂組成物は、未だ得
られていないのが現状である。As described above, although many characteristics are required for a resin for encapsulating a semiconductor element, a resin composition satisfying all of them has not yet been obtained. Is the current situation.
【0008】そこで本発明は、樹脂注入時には低粘度で
あって、かつ成形後の熱膨張率が低く、しかもフレーム
およびチップ表面に対して高い接着力を有する樹脂組成
物、および信頼性、特に耐リフロー性の高い樹脂封止型
半導体装置を提供することを目的とする。Accordingly, the present invention provides a resin composition having a low viscosity at the time of resin injection, a low coefficient of thermal expansion after molding, and a high adhesive strength to the frame and chip surfaces, and its reliability, especially resistance to It is an object of the present invention to provide a resin-sealed semiconductor device having high reflow properties.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、エポキシ樹脂と、硬化剤と、硬化促進剤
と、無機充填材と、脂肪族を主成分とする離型剤と、熱
可塑性有機材料とを含有し、前記熱可塑性有機材料は、
ステロイド構造を有する低分子有機材料であることを特
徴とする樹脂組成物を提供する。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an epoxy resin, a curing agent, a curing accelerator, an inorganic filler, and a release agent containing aliphatic as a main component. , Containing a thermoplastic organic material, wherein the thermoplastic organic material,
Provided is a resin composition characterized by being a low molecular weight organic material having a steroid structure.
【0010】また本発明は、エポキシ樹脂と、硬化剤
と、硬化促進剤と、無機質充填材と、脂肪族を主成分と
する離型剤と、熱可塑性有機材料とを含有し、前記熱可
塑性有機材料は、少なくとも炭素数6以上の脂環式構造
と炭素数12以上のメチレン鎖とを有することを特徴と
する樹脂組成物を提供する。The present invention also provides an epoxy resin, a curing agent, a curing accelerator, an inorganic filler, a release agent containing an aliphatic component as a main component, and a thermoplastic organic material. The organic material provides a resin composition having at least an alicyclic structure having 6 or more carbon atoms and a methylene chain having 12 or more carbon atoms.
【0011】さらに本発明は、半導体素子と、前記半導
体素子を封止する樹脂層とを具備し、前記樹脂層は、前
述の樹脂組成物の硬化物を用いることを特徴とする樹脂
封止型半導体装置を提供する。Further, the present invention comprises a semiconductor element and a resin layer for encapsulating the semiconductor element, wherein the resin layer uses a cured product of the above resin composition. A semiconductor device is provided.
【0012】以下、本発明をさらに詳細に説明する。本
発明のエポキシ樹脂組成物に配合され得るエポキシ樹脂
は、1分子中に2個以上のエポキシ基を有するものであ
れば任意の化合物を使用することができ、特に限定され
ない。具体的には、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、
ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型
エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、フェノール
ノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エ
ポキシ樹脂、ナフトールタイプのノボラック型エポキシ
樹脂、ビスフェノールAのノボラック型エポキシ樹脂、
フェノールまたはアルキルフェノールとヒドロキシベン
ズアルデヒドとの縮合物をエポキシ化して得られるトリ
ス(ヒドロキシフェニル)アルカンのエポキシ化物、テ
トラ(ヒドロキシフェニル)アルカンのエポキシ化物、
2,2’,4,4’−テトラグリシドキシベンゾフェノ
ン、パラアミノフェノールのトリグリシジルエーテル、
ポリアリルグリシジルエーテル、1,3,5−トリグリ
シジルエーテルベンゼン、1,2,3−トリグリシジル
エーテルベンゼン、およびフェノールアラルキル樹脂の
グリシジルエーテルなどが挙げられる。これらのエポキ
シ樹脂は、単独でまたは2種以上を混合して使用するこ
とができる。Hereinafter, the present invention will be described in more detail. The epoxy resin that can be blended in the epoxy resin composition of the present invention is not particularly limited, as long as it has two or more epoxy groups in one molecule. Specifically, bisphenol A type epoxy resin,
Bisphenol F type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, phenol novolak type epoxy resin, cresol novolak type epoxy resin, naphthol type novolak type epoxy resin, bisphenol A novolak type epoxy resin,
Epoxidized tris (hydroxyphenyl) alkane, epoxidized tetra (hydroxyphenyl) alkane obtained by epoxidizing a condensate of phenol or alkylphenol and hydroxybenzaldehyde,
2,2 ′, 4,4′-tetraglycidoxybenzophenone, triglycidyl ether of paraaminophenol,
Examples include polyallyl glycidyl ether, 1,3,5-triglycidyl ether benzene, 1,2,3-triglycidyl ether benzene, and glycidyl ether of phenol aralkyl resin. These epoxy resins can be used alone or in combination of two or more.
【0013】本発明のエポキシ樹脂組成物における硬化
剤としては、フェノール樹脂を用いることができ、具体
的には、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラ
ック樹脂、ノニルフェノール樹脂、ノニルフェノールノ
ボラック樹脂、ビスフェノールF型ノボラック樹脂、ビ
スフェノールA型ノボラック樹脂、ナフトール系ノボラ
ック樹脂などのノボラック型フェノール樹脂、2,2’
−ジメトキシ−p−キシレンとフェノールモノマーとの
縮合重合化合物のフェノールアラルキル樹脂、ビフェニ
ル型フェノールアラルキル樹脂、ナフタレン型フェノー
ルアラルキル樹脂、ジシクロペンタジエン・フェノール
重合体、ヒドロキノン、レゾルシノール、カテコール、
1,2,3−トリヒドロキシベンゼン、および1,3,
5−トリヒドロキシベンゼンなどのが挙げられる。これ
らのフェノール樹脂は、単独でまたは2種以上を混合し
て使用することができる。As the curing agent in the epoxy resin composition of the present invention, a phenol resin can be used. Specifically, a phenol novolak resin, a cresol novolak resin, a nonylphenol resin, a nonylphenol novolak resin, a bisphenol F type novolak resin, Novolak type phenol resins such as bisphenol A type novolak resin and naphthol type novolak resin, 2,2 ′
A phenol aralkyl resin of a condensation polymerization compound of -dimethoxy-p-xylene and a phenol monomer, a biphenyl phenol aralkyl resin, a naphthalene phenol aralkyl resin, a dicyclopentadiene phenol polymer, hydroquinone, resorcinol, catechol,
1,2,3-trihydroxybenzene, and 1,3
5-trihydroxybenzene and the like. These phenolic resins can be used alone or in combination of two or more.
【0014】本発明の樹脂組成物において、エポキシ樹
脂成分とフェノール樹脂成分との配合比は、硬化剤であ
るフェノール樹脂のフェノール性水酸基数とエポキシ樹
脂のエポキシ基数との比(フェノール性水酸基数/エポ
キシ基数)が0.5〜1.5の範囲となるように調整す
ることが望ましい。この値が0.5未満では、硬化反応
が十分に起こりにくくなり、一方1.5を超えると硬化
の特性、特に耐湿性が劣化しやすくなる。In the resin composition of the present invention, the mixing ratio of the epoxy resin component and the phenol resin component is determined by the ratio of the number of phenolic hydroxyl groups of the phenol resin as a curing agent to the number of epoxy groups of the epoxy resin (the number of phenolic hydroxyl groups / It is desirable to adjust so that the number of epoxy groups) is in the range of 0.5 to 1.5. If this value is less than 0.5, the curing reaction is unlikely to occur sufficiently, while if it exceeds 1.5, the curing properties, especially the moisture resistance, tend to deteriorate.
【0015】本発明の樹脂組成物において、硬化促進剤
としては、アミン系、リン系、ホウ素系、およびリン−
ホウ素系等を用いることができるが、これらのなかで
も、特にリン系の硬化促進剤を配合した樹脂組成物は、
硬化後の耐湿性が優れているので、半導体素子の封止用
として好適である。硬化促進剤の配合量は、樹脂成分全
体の0.05〜5wt%であることが好ましい。これ
は、硬化促進剤の配合量が0.05wt%未満の場合に
は、その効果を十分に発揮することが困難となり、一方
5wt%を超えると、ゲル時間が短くなりすぎ、未充填
が起こるおそれがあるからである。In the resin composition of the present invention, as a curing accelerator, amine-based, phosphorus-based, boron-based, and phosphorus-based
Although a boron-based or the like can be used, among these, a resin composition containing a phosphorus-based curing accelerator is particularly preferred.
Since it has excellent moisture resistance after curing, it is suitable for sealing semiconductor elements. The compounding amount of the curing accelerator is preferably 0.05 to 5% by weight of the entire resin component. This is because when the amount of the curing accelerator is less than 0.05 wt%, it is difficult to exert its effect sufficiently, and when it exceeds 5 wt%, the gel time becomes too short and unfilling occurs. This is because there is a fear.
【0016】また、無機質充填材としては、溶融シリ
カ、結晶性シリカ、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミ
ニウム、窒化ホウ素および雲母等が挙げられ、これらは
単独でまたは2種以上混合して使用することができる。
なお、低吸湿性でしかも低溶融粘度の組成物が得られる
ことから、溶融シリカや結晶性シリカ等が特に好ましく
用いられる。溶融シリカや結晶性シリカの形状は、破砕
状および球状シリカなどがあり、これらを組み合わせて
配合してもよい。Examples of the inorganic filler include fused silica, crystalline silica, alumina, silicon nitride, aluminum nitride, boron nitride, and mica. These may be used alone or as a mixture of two or more. it can.
Note that a fused silica, a crystalline silica, or the like is particularly preferably used because a composition having a low hygroscopicity and a low melt viscosity can be obtained. The shape of fused silica or crystalline silica includes crushed and spherical silica, and these may be combined and combined.
【0017】いずれの無機質充填材の場合も、ソフトエ
ラーを防止するために、充填材中のウラン(U)および
トリウム(Th)の含有量は、ともに0.5ppb以下
であることが望まれる。In any of the inorganic fillers, the content of uranium (U) and thorium (Th) in the filler is desirably 0.5 ppb or less in order to prevent soft errors.
【0018】上述したような無機質充填材の配合量は、
樹脂組成物全体に対して70〜95wt%、さらには8
5〜92wt%とすることが好ましい。70wt%未満
では十分な耐熱衝撃性を得ることが困難となり、一方9
5wt%を超えると組成物の溶融粘度が上昇して成形性
が低下するおそれがある。The amount of the inorganic filler as described above is
70 to 95% by weight, and more preferably 8 to 80% by weight based on the whole resin composition.
The content is preferably set to 5 to 92% by weight. If it is less than 70 wt%, it is difficult to obtain sufficient thermal shock resistance, while 9
If it exceeds 5% by weight, the melt viscosity of the composition may increase and the moldability may decrease.
【0019】本発明の樹脂組成物に配合される離型剤と
しては、例えば、パラフィンワックス、ライスワック
ス、カルナバワックス、キャンデリラワックスなどの天
然ワックス;ポリエチレンワックス、酸化ポリエチレン
ワックスなどの石油系ワックス;高級脂肪族ケトン、高
級脂肪族エステル、高級脂肪酸、高級脂肪族アルコール
などが挙げられる。これらは、単独でも2種以上の混合
物で用いてもよい。かかる離型剤の配合量は、エポキシ
樹脂10重量部に対して、0.1〜2.5重量部とす
る。Examples of the release agent blended in the resin composition of the present invention include natural waxes such as paraffin wax, rice wax, carnauba wax and candelilla wax; petroleum waxes such as polyethylene wax and polyethylene oxide wax; Examples include higher aliphatic ketones, higher aliphatic esters, higher fatty acids, higher aliphatic alcohols, and the like. These may be used alone or in a mixture of two or more. The amount of the release agent is 0.1 to 2.5 parts by weight based on 10 parts by weight of the epoxy resin.
【0020】本発明において用いられる熱可塑性有機材
料としては、次に示す2種類のものが挙げられる。第1
の熱可塑性有機材料は、ステロイド骨格を有する低分子
有機材料であり、第2の熱可塑性有機材料は、少なくと
も炭素数6以上の脂環式構造と炭素数12以上のメチレ
ン鎖を有するものである。前記第2の熱可塑性有機材料
における炭素数6以上の脂環構造は、ステロイド構造、
アダマンタン構造、およびノルボルネン構造から選択す
ることができる。熱可塑性有機材料としては、具体的に
は、コレステロール、ステアリン酸コレステロールエス
テル、ペヘン酸ノルボルネノールエステル、およびベヘ
ン酸アダマンタノールエステル等が挙げられる。The thermoplastic organic materials used in the present invention include the following two types. First
Is a low molecular weight organic material having a steroid skeleton, and the second thermoplastic organic material has at least an alicyclic structure having 6 or more carbon atoms and a methylene chain having 12 or more carbon atoms. . The alicyclic structure having 6 or more carbon atoms in the second thermoplastic organic material has a steroid structure,
It can be selected from an adamantane structure and a norbornene structure. Specific examples of the thermoplastic organic material include cholesterol, cholesterol stearate, norbornenol pehenate, and adamantanol behenate.
【0021】上述したような熱可塑性有機材料の配合量
は、樹脂組成物中、離型剤の重量部に対して0.5〜2
0重量%とすることが好ましい。0.5重量%未満で
は、熱可塑性樹脂を配合した効果を十分に得ることがで
きず、一方、20重量%を越えると、離型剤の効果を阻
害するおそれがある。The amount of the thermoplastic organic material is 0.5 to 2 parts by weight based on the weight of the release agent in the resin composition.
It is preferably 0% by weight. If the amount is less than 0.5% by weight, the effect of blending the thermoplastic resin cannot be sufficiently obtained, while if it exceeds 20% by weight, the effect of the release agent may be impaired.
【0022】さらに、上述の成分に加えて、本発明の樹
脂組成物には、カーボンブラック、二酸化チタンなどの
顔料;シランカップリング剤などのフィラー表面処理
剤;三酸化アンチモンなどの難燃助剤などを適宜添加し
てもよい。Further, in addition to the above-mentioned components, the resin composition of the present invention may further contain a pigment such as carbon black and titanium dioxide; a surface treating agent such as a silane coupling agent; a flame retardant auxiliary such as antimony trioxide; Etc. may be appropriately added.
【0023】本発明の樹脂組成物は、前述した各成分を
加熱ロール、ニーダーまたは押出機によって溶融混練し
たり、微粉砕可能な特殊混合機によって混合したり、あ
るいはこれらの各方法を適宜組み合わせることにより容
易に製造することができる。In the resin composition of the present invention, the above-mentioned components are melted and kneaded by a heating roll, a kneader or an extruder, mixed by a special mixer capable of being finely pulverized, or by appropriately combining these methods. Can be manufactured more easily.
【0024】本発明の樹脂組成物を用いて半導体素子を
封止するに当っては、最も一般的には、低圧トランスフ
ァー成形が用いられるが、これに限定されるものではな
い。すなわち、インジェクション成形、圧縮成形および
注型などの任意の方法で半導体素子を封止することがで
きる。封止後には、175℃以上の温度でアフターキュ
アすることが望ましい。In sealing a semiconductor element using the resin composition of the present invention, low pressure transfer molding is most commonly used, but is not limited thereto. That is, the semiconductor element can be sealed by any method such as injection molding, compression molding, and casting. After sealing, it is desirable to perform after-curing at a temperature of 175 ° C. or higher.
【0025】なお、本発明において封止される半導体チ
ップは特に限定されず、目的や用途等に応じた任意のチ
ップを封止することができる。本発明の樹脂組成物に配
合される熱可塑性有機材料は、エポキシ樹脂、硬化剤お
よび脂肪族からなる離型剤のいずれにも相溶性を有して
いるので、本来相分離する樹脂と離型剤との界面に存在
して、その分散性を向上させる作用を有している。その
ため、樹脂モールド時に離型剤がフレームに過度に付着
することを抑制することができ、結果としてフレームや
チップ表面との接着力に優れ、かつ離型性を合わせもつ
樹脂組成物が得られた。加えて、上述したような熱可塑
性有機材料の融解後の粘度は低いため、樹脂組成物の低
粘度化に有効である。It should be noted that the semiconductor chip sealed in the present invention is not particularly limited, and any chip according to the purpose or application can be sealed. Since the thermoplastic organic material blended in the resin composition of the present invention has compatibility with any of the epoxy resin, the curing agent, and the release agent composed of an aliphatic resin, it is separated from the resin that originally undergoes phase separation. It exists at the interface with the agent and has the effect of improving its dispersibility. Therefore, it was possible to suppress the release agent from excessively adhering to the frame during resin molding, and as a result, a resin composition having excellent adhesion to the frame or chip surface and having a combination of release properties was obtained. . In addition, since the viscosity of the above-mentioned thermoplastic organic material after melting is low, it is effective for reducing the viscosity of the resin composition.
【0026】さらに、上述したような熱可塑性有機材料
は、結晶性と非晶質性(もしくは秩序状態と無秩序状
態)とを合わせもっているので、構造変化により樹脂内
部の応力を緩和する効果がある。したがって、特に大面
積のチップの封止において、冷熱サイクルや加圧加熱条
件での素子への負荷を小さくすることができる。このた
め、本発明の樹脂組成物で半導体素子を封止することに
よって、耐リフロー信頼性を大幅に向上させた樹脂封止
型半導体装置を製造することができる。Furthermore, since the above-mentioned thermoplastic organic material has both crystalline and amorphous properties (or an ordered state and a disordered state), it has an effect of relieving the stress inside the resin by a structural change. . Therefore, particularly in the sealing of a chip having a large area, the load on the element under the cooling / heating cycle or the heating under pressure can be reduced. Therefore, by sealing a semiconductor element with the resin composition of the present invention, a resin-sealed semiconductor device having significantly improved reflow resistance can be manufactured.
【0027】[0027]
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例によってさ
らに詳細に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定
されるものではない。下記表1に、エポキシ樹脂、熱硬
化剤、無機充填材のシリカ微粒子、シランカップリング
剤、硬化促進剤(触媒)、離型剤、熱可塑性有機材料、
着色剤(カーボンブラック)、また必要に応じて変性剤
や難燃剤などを配合してなる熱硬化性樹脂組成物(実施
例1〜8,比較例1〜4)の組成例をまとめて示す。樹
脂組成物のシリカ微粒子含有率は、重量比にして90%
である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. Note that the present invention is not limited to the following examples. Table 1 below shows an epoxy resin, a thermosetting agent, silica fine particles of an inorganic filler, a silane coupling agent, a curing accelerator (catalyst), a release agent, a thermoplastic organic material,
The composition examples of the thermosetting resin compositions (Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 4) containing a coloring agent (carbon black) and, if necessary, a modifier and a flame retardant are shown below. The content of silica fine particles in the resin composition is 90% by weight.
It is.
【0028】[0028]
【表1】 [Table 1]
【0029】表中における配合量の単位は、重量部であ
る。また、下記表2には、実施例および比較例の樹脂組
成物に配合した熱可塑性有機材料の種類と特徴とをまと
める。The unit of the compounding amount in the table is part by weight. Table 2 below summarizes the types and characteristics of the thermoplastic organic materials blended in the resin compositions of Examples and Comparative Examples.
【0030】[0030]
【表2】 [Table 2]
【0031】上述のようにして調製した実施例(1〜
8)および比較例(1〜4)の樹脂組成物について、以
下のようにして接着性を評価した。8.5mm×29m
mの短冊状のフレームを用いて、その片面に厚みの異な
る(0.5mm,2mm)樹脂を成形してサンプルを作
製し、各サンプルについて超音波探傷による剥離評価を
行なった。下記表3に、エポキシ樹脂としてビフェニル
系エポキシ樹脂を配合した樹脂組成物(実施例5〜8,
比較例1,3,4)についての剥離数をまとめて示す。The examples (1 to 1) prepared as described above
8) and the resin compositions of Comparative Examples (1 to 4) were evaluated for adhesion as follows. 8.5mm x 29m
Using a strip-shaped frame having a thickness of m, resins having different thicknesses (0.5 mm and 2 mm) were molded on one side to prepare samples, and peeling evaluation was performed on each sample by ultrasonic flaw detection. In Table 3 below, a resin composition containing a biphenyl-based epoxy resin as an epoxy resin (Examples 5 to 8,
The numbers of peelings for Comparative Examples 1, 3, and 4) are shown together.
【0032】[0032]
【表3】 [Table 3]
【0033】表3に示されるように、特定の熱可塑性有
機材料を配合した本発明の樹脂組成物(実施例5〜8)
は、極めて接着性に優れており、樹脂膜厚の影響を全く
受けないことがわかる。これに対して比較例の樹脂組成
物では、剥離が観察されており、特に樹脂膜厚が0.5
mmと薄い領域、およびフレーム表面が42アロイの場
合に顕著に現れている。As shown in Table 3, resin compositions of the present invention containing specific thermoplastic organic materials (Examples 5 to 8)
Is extremely excellent in adhesiveness and is not affected at all by the resin film thickness. On the other hand, in the resin composition of the comparative example, peeling was observed, and particularly when the resin film thickness was 0.5%.
This is remarkable when the area is as thin as mm and the frame surface is 42 alloy.
【0034】また、下記表4には、エポキシ樹脂として
ビスフェノールFを配合した樹脂組成物(実施例1〜
4,比較例2)について、前述と同様にして評価した結
果をまとめて示す。Table 4 below shows resin compositions containing bisphenol F as an epoxy resin (Examples 1 to 3).
4, Comparative Example 2) are shown together with the results of evaluation in the same manner as described above.
【0035】[0035]
【表4】 [Table 4]
【0036】表4の結果からも、特定の熱可塑性有機材
料を配合した本発明の樹脂組成物(実施例1〜4)が極
めて接着性に優れており、樹脂膜厚の影響を全く受けな
いことがわかる。これに対して従来例では、剥離が観察
されており、前述の表3の結果とは逆に樹脂膜厚が2.
0mmと厚い領域、フレーム表面が42アロイとポリイ
ミドの場合に現れている。From the results shown in Table 4, the resin compositions of the present invention (Examples 1 to 4) containing a specific thermoplastic organic material are extremely excellent in adhesiveness and are not affected by the resin film thickness at all. You can see that. On the other hand, in the conventional example, peeling was observed, and contrary to the result in Table 3 above, the resin film thickness was 2.
It appears when the area is as thick as 0 mm and the frame surface is made of 42 alloy and polyimide.
【0037】次に、本発明による樹脂組成物を用いて、
樹脂封止型半導体装置を作製し、外観検査と電気特性検
査による信頼性の評価を行なった。樹脂封止型半導体装
置の製造に当たっては、まず、本実施例と比較例の樹脂
タブレットは、室温で24時間放置しておいた。一方、
QFP(Quad Flat Package)184
pin用フレームに18mm角のテスト用の半導体チッ
プをアセンブリした。次いで、これらを前述の樹脂でQ
FP184pin専用金型を使用して、トランスファモ
ールド装置によりモールドして、樹脂封止型半導体装置
のサンプルを得た。なお、樹脂の封止条件は、185
℃、60秒間とした。Next, using the resin composition according to the present invention,
A resin-encapsulated semiconductor device was manufactured, and its reliability was evaluated by appearance inspection and electrical characteristic inspection. In manufacturing the resin-encapsulated semiconductor device, first, the resin tablets of this example and the comparative example were left at room temperature for 24 hours. on the other hand,
QFP (Quad Flat Package) 184
An 18 mm square test semiconductor chip was assembled on a pin frame. Then, these are Q
Using a mold exclusively for FP184pin, molding was performed with a transfer molding apparatus to obtain a sample of a resin-sealed semiconductor device. Note that the resin sealing condition is 185
° C and 60 seconds.
【0038】各サンプルは、信頼性試験前に超音波探傷
装置により初期の樹脂剥離の有無を検査し、剥離が発生
したサンプルは信頼性試験を行なわなかった。なおここ
で製造したQFP(Quad Flat Packag
e)の概略を示す斜視図を図1に示し、その断面図を図
2に示す。QFP 10は、図2に示すように、基板1
1上に半導体チップ12が実装されており、半導体チッ
プ12はボンディングワイヤー14によりリードフレー
ム13と電気的に接続されている。これらは、本発明の
樹脂組成物を硬化させてなる樹脂層15により封止され
ている。Each sample was inspected for initial resin peeling by an ultrasonic flaw detector before the reliability test, and the sample in which peeling occurred was not subjected to the reliability test. The QFP (Quad Flat Package) manufactured here
FIG. 1 is a perspective view schematically showing e), and FIG. 2 is a sectional view thereof. The QFP 10 is, as shown in FIG.
A semiconductor chip 12 is mounted on 1, and the semiconductor chip 12 is electrically connected to a lead frame 13 by a bonding wire 14. These are sealed by the resin layer 15 obtained by curing the resin composition of the present invention.
【0039】エポキシ樹脂としてビスフェノールFを用
いた樹脂組成物(実施例1〜4、比較例1、4)で封止
したサンプルについてのパッケージ外視検査と、TCT
試験の結果とを下記表5にまとめ、同様のサンプルにつ
いてのPCT試験の結果を下記表6にまとめる。Package visual inspection and TCT of a sample sealed with a resin composition using bisphenol F as an epoxy resin (Examples 1 to 4, Comparative Examples 1 and 4)
The results of the test are summarized in Table 5 below, and the results of the PCT test on similar samples are summarized in Table 6 below.
【0040】なお、TCT試験は、−60℃(30分)
→室温(5分)→150℃(30分)→室温(5分)を
1サイクルとする冷熱サイクルにより行ない、PCT試
験は、127℃の飽和水蒸気圧(2.5気圧)の条件に
よりにより行なった。The TCT test was performed at -60 ° C (30 minutes).
→ A room temperature (5 minutes) → 150 ° C. (30 minutes) → Room temperature (5 minutes) cycle is performed by a cooling and heating cycle, and the PCT test is performed under the condition of a saturated steam pressure of 127 ° C. (2.5 atm). Was.
【0041】[0041]
【表5】 [Table 5]
【0042】[0042]
【表6】 [Table 6]
【0043】また、エポキシ樹脂としてビフェニル系エ
ポキシを用いた樹脂組成物(実施例5〜8、比較例2)
で封止したサンプルについてのパッケージ外視検査と、
TCT試験の結果とを下記表7にまとめ、同様のサンプ
ルについてのPCT試験の結果を下記表8にまとめる。A resin composition using a biphenyl-based epoxy as an epoxy resin (Examples 5 to 8, Comparative Example 2)
Package external inspection for the sample sealed with
The results of the TCT test are summarized in Table 7 below, and the results of the PCT test on similar samples are summarized in Table 8 below.
【0044】[0044]
【表7】 [Table 7]
【0045】[0045]
【表8】 [Table 8]
【0046】これらの表に示される結果から、特定の熱
可塑性有機材料を含有した本発明の樹脂組成物で封止し
てなる樹脂封止型半導体装置は、いずれの試験において
も不良はほとんど発生せず、比較例の樹脂組成物で封止
してなる半導体装置より優れた信頼性を有していること
がわかる。From the results shown in these tables, the resin-encapsulated semiconductor device sealed with the resin composition of the present invention containing a specific thermoplastic organic material shows almost no defects in any of the tests. It can be seen that the semiconductor device has better reliability than the semiconductor device sealed with the resin composition of the comparative example.
【0047】なお、エポキシ樹脂として、ビスフェノー
ルS型、ジフェニルエーテル型、ナフタレン型、3官能
型などを用いて本発明の樹脂組成物を調製し、前述と同
様にして評価したところ、程度の差はあるものの、いず
れもビスフェノールF型と同等の効果が得られた。The resin composition of the present invention was prepared using bisphenol S type, diphenyl ether type, naphthalene type, trifunctional type, etc. as an epoxy resin, and was evaluated in the same manner as described above. However, in each case, an effect equivalent to that of the bisphenol F type was obtained.
【0048】[0048]
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
樹脂注入時には低粘度であって、かつ成形後の熱膨張率
が低く、しかもフレームおよびチップ表面に対して高い
接着力を有する樹脂組成物が提供される。この樹脂組成
物を用いることにより、信頼性、特に耐リフロー信頼性
に優れた樹脂封止型半導体装置を製造することができ、
その工業的価値は大なるものがある。As described in detail above, according to the present invention,
A resin composition having a low viscosity at the time of resin injection, a low coefficient of thermal expansion after molding, and a high adhesive strength to a frame and a chip surface is provided. By using this resin composition, it is possible to manufacture a resin-encapsulated semiconductor device having excellent reliability, especially excellent reflow resistance,
Its industrial value is immense.
【図1】本発明の樹脂封止型半導体装置の一例を表わす
斜視図。FIG. 1 is a perspective view illustrating an example of a resin-sealed semiconductor device of the present invention.
【図2】本発明の樹脂封止型半導体装置の一例を表わす
断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an example of a resin-sealed semiconductor device of the present invention.
10…QFP(Quad Flat Package) 11…基板 12…半導体チップ素子 13…リードフレーム 14…ボンディングワイヤー 15…樹脂層 Reference Signs List 10 QFP (Quad Flat Package) 11 Substrate 12 Semiconductor chip element 13 Lead frame 14 Bonding wire 15 Resin layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥山 哲生 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Tetsuo Okuyama 1 Toshiba-cho, Komukai Toshiba-cho, Saisaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Inside the R & D Center of Toshiba Corporation
Claims (4)
と、無機充填材と、脂肪族を主成分とする離型剤と、熱
可塑性有機材料とを含有し、 前記熱可塑性有機材料は、ステロイド構造を有する低分
子有機材料であることを特徴とする樹脂組成物。1. An epoxy resin, a curing agent, a curing accelerator, an inorganic filler, a release agent containing an aliphatic component as a main component, and a thermoplastic organic material, wherein the thermoplastic organic material is And a low molecular weight organic material having a steroid structure.
と、無機質充填材と、脂肪族を主成分とする離型剤と、
熱可塑性有機材料とを含有し、 前記熱可塑性有機材料は、少なくとも炭素数6以上の脂
環式構造と炭素数12以上のメチレン鎖とを有すること
を特徴とする樹脂組成物。2. An epoxy resin, a curing agent, a curing accelerator, an inorganic filler, and a release agent containing aliphatic as a main component.
A resin composition comprising a thermoplastic organic material, wherein the thermoplastic organic material has at least an alicyclic structure having 6 or more carbon atoms and a methylene chain having 12 or more carbon atoms.
ロイド構造、アダマンタン構造、およびノルボルネン構
造から選択された請求項2に記載の樹脂組成物。3. The resin composition according to claim 2, wherein the alicyclic structure having 6 or more carbon atoms is selected from a steroid structure, an adamantane structure, and a norbornene structure.
る樹脂層とを具備し、前記樹脂層は、請求項1ないし3
のいずれかに記載の樹脂組成物の硬化物を用いることを
特徴とする樹脂封止型半導体装置。4. A semiconductor device comprising: a semiconductor element; and a resin layer for encapsulating the semiconductor element, wherein the resin layer comprises
A resin-encapsulated semiconductor device, comprising using a cured product of the resin composition according to any one of the above.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20007297A JPH1135800A (en) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | Resin composition and resin-sealed semiconductor device made by using the same |
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Country | Link |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US7459342B2 (en) | 2006-02-22 | 2008-12-02 | Renesas Technology Corp. | Manufacturing method of semiconductor device |
JP4524835B2 (en) * | 2000-02-03 | 2010-08-18 | 住友ベークライト株式会社 | Epoxy resin composition and semiconductor device |
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-
1997
- 1997-07-25 JP JP20007297A patent/JPH1135800A/en active Pending
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