JP2000256439A - 封止用樹脂組成物および半導体封止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特にＩＲリフローによる表面実装後の耐湿
性、耐リフロー、成形性に優れ、半導体チップあるいは
リードフレームとの間の剥がれや内部樹脂クラックの発
生がなく、長期信頼性を保証できる封止用樹脂組成物お
よび半導体封止装置を提供するものである。 【解決手段】 （Ａ）ジシクロペンタジエンを骨格に含
むエポキシ樹脂、（Ｂ）メチルシクロヘキサンを骨格に
含むフェノール樹脂、および（Ｃ）無機質充填剤を必須
成分とし、前記（Ｃ）無機質充填剤を全体の樹脂組成物
に対して２５〜９５重量％の割合で含有してなる封止用
樹脂組成物であり、またこの封止用樹脂組成物の硬化物
によって、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、成形性、作業性、
耐リフロー性、信頼性に優れた、封止用樹脂組成物およ
び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、半導体装置全体を最高２４０℃に加熱した赤外
線（ＩＲ）リフロー炉に通して、半田漬けを行う方法が
採用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】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
樹脂および無機質充填剤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ＩＲリフローによる表
面実装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ＩＲリフローさせると、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
ムの間の剥がれや、内部樹脂クラックが生じて著しい耐
湿性劣化を起こし、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。
このため、耐湿性の影響が少なく、半導体装置のＩＲリ
フローによる表面実装を行っても耐湿劣化の少ない成形
性のよい材料の開発が強く要望されていた。

【０００４】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ＩＲリフロー
による表面実装後の耐湿性、耐リフロー性、成形性に優
れ、封止樹脂と半導体チップ、あるいは封止樹脂とリー
ドフレームの間の剥がれや、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封止用樹脂組
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
樹脂と特定のフェノール樹脂を用いることによって、耐
湿性、耐ＩＲリフロー性、成形性、作業性等に優れた樹
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エポキシ樹脂、

【化５】 （但し、式中ｎは０又は１以上の整数を表す） （Ｂ）次の一般式で示されるフェノール樹脂および

【化６】 （Ｃ）無機質充填剤 を必須成分とし、前記（Ｃ）の無機質充填剤を全体の樹
脂組成物に対して２５〜９５重量％の割合で含有してな
ることを特徴とする封止用樹脂組成物である。また、こ
の封止用樹脂組成物の硬化物によって、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。

【０００７】以下、本発明を詳細に説明する。

【０００８】本発明に用いる（Ａ）のエポキシ樹脂は、
前記の一般式化５で示されるジシクロペンタジエンを骨
格に含むエポキシ樹脂が使用される。また、このエポキ
シ樹脂には、ノボラック系エポキシ樹脂、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。

【０００９】本発明に用いる（Ｂ）フェノール樹脂とし
ては、前記の一般式化６で示されるメチルシクロヘキサ
ンを骨格に含むフェノール樹脂を使用することができ
る。（Ｂ）のフェノール樹脂には、その特性を損わない
限り、エポキシ樹脂のエポキシ基と反応し得るフェノー
ル性水酸基を分子中に２個以上有する公知のフェノール
樹脂を併用することができる。

【００１０】本発明に用いる（Ｃ）無機充填剤として
は、不純物濃度が低く、最大粒径が１００μｍ以下で、
平均粒径が３０μｍ以下の無機質充填剤が好ましく使用
される。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。無機質充填剤の具体的なもの
としては、例えば、シリカ粉末、アルミナ粉末、窒化ケ
イ素粉末、三酸化アンチモン、タルク、炭酸カルシウ
ム、チタンホワイト、クレー、マイカ、ベンガラ、ガラ
ス繊維等が挙げられ、これらは単独又は２種以上混合し
て使用することができる。これらのなかでも特にシリカ
粉末やアルミナ粉末が好ましく、よく使用される。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
〜９５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％未満では耐熱性、耐湿性、半田耐熱性、
機械的特性および成形性が悪くなり、、また９５重量％
を超えるとカサバリが大きくなり、成形性に劣り実用に
適さない。

【００１１】本発明の封止用樹脂組成物は、前述した特
定のエポキシ樹脂、特定のフェノール樹脂および無機質
充填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、塩素化パラ
フィン、ブロム化トルエン、ヘキサブロムベンゼン、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、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。

【００１２】本発明の封止用樹脂組成物を成形材料とし
て調製する場合の一般的方法は、前述した特定のエポキ
シ樹脂、特定のフェノール樹脂および無機質充填剤その
他の成分を配合し、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或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。

【００１３】また、本発明の半導体封止装置は、上述の
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、注形等
による封止も可能である。成形材料で封止後加熱して硬
化させ、最終的にはこの組成物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、１
５０℃以上に加熱して硬化させることが望ましい。

【００１４】

【作用】本発明の封止用樹脂組成物および半導体封止装
置は、前述したジシクロペンタジエンを骨格に含むとい
う特定のエポキシ樹脂とメチルシクロヘキサンを骨格に
含むという特定のフェノール樹脂を用いたことによっ
て、樹脂組成物の成形性やフレームとの接着強さが向上
し、耐リフロー性を格段に向上させることができた。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に本発明を実施例によって具体
的に説明するが、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。以下の実施例および比較例におい
て「％」とは「重量％」を意味する。

【００１６】実施例１ 前記化５に示したエポキシ樹脂（エポキシ当量２６５）
７．６％、前記化６に示したフェノール樹脂（フェノー
ル当量１５５）５．４％、トリフェニルホスフィン０．
１％、溶融シリカ粉末８５％およびエステル系ワックス
類１．９％を常温で混合し、さらに９０〜９５℃で混練
冷却した後、粉砕して成形材料（Ａ）を製造した。

【００１７】実施例２ 前記化５に示したエポキシ樹脂（エポキシ当量２６５）
５．９％、前記化６に示したフェノール樹脂（フェノー
ル当量１５５）４．１％、トリフェニルホスフィン０．
１％、溶融シリカ粉末８７％およびエステル系ワックス
類１．９％を常温で混合し、さらに９０〜９５℃で混練
冷却した後、粉砕して成形材料（Ｂ）を製造した。

【００１８】比較例１ ｏ−クレゾールノボラックエポキシ樹脂（エポキシ当量
１９５）８．４％、ノボラック型フェノール樹脂（フェ
ノール当量１０７）４．６％、溶融シリカ粉末８５％、
トリフェニルホスフィン０．１％、エステル系ワックス
類０．３％およびシラン系カップリング剤０．４％を常
温で混合し、さらに９０〜９５℃で混練冷却した後、粉
砕して成形材料（Ｃ）を製造した。

【００１９】比較例２ ビフェニル型エポキシ樹脂（エポキシ当量１９３）５．
３％、アラルキルフェノール樹脂（フェノール当量１７
５）４．７％、溶融シリカ粉末８８％、トリフェニルホ
スフィン０．１％およびエステル系ワックス類１．１％
を常温で混合し、さらに９０〜９５℃で混練冷却した
後、粉砕して成形材料（Ｄ）を製造した。

【００２０】実施例１〜２及び比較例１〜２で製造した
成形材料を用いて１７５℃，２分間の条件でトランスフ
ァー成形した後、１７５℃で８時間アフターキュアーし
て試験片を作成した。これらの成形材料と試験片につい
て、成形性、スパイラルフロー、高化式フローテスター
による溶融粘度、吸水率（ＰＣＴ条件での）、ガラス転
移温度、フレーム材料である４２合金・銅合金との接着
強さ、ＰＣＴおよび耐リフロー性を測定した。以上の測
定結果を表１に示したが、本発明の顕著な効果を確認す
ることができた。

【００２１】

【表１】 ＊１：スパイラルと溶融粘度の測定温度は１７５℃であ
る。

【００２２】＊２：成形材料を１７５℃，２分間の条件
でトランスファー成形し、１７５℃，８時間アフターキ
ュアーをして成形品を作成した。これを１２７℃，２気
圧の飽和水蒸気中に２４時間放置し、増加した重量によ
って求めた。

【００２３】＊３：吸水率の試験と同様な成形品から、
２．５ｍｍ×２．５ｍｍ×１５．０ｍｍ〜２０．０ｍｍ
の寸法のサンプルを作成し、熱機械分析装置ＤＬ−１５
００Ｈ（真空理工社製、商品名）を用い、昇温速度５℃
／ｍｉｎで測定した。

【００２４】＊４：成形材料を用いて、２本以上のアル
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℃，２分間トランスフ
ァー成形した後、１７５℃，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，１０
０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、アルミニウムの腐蝕による５０％
断線（不良発生）の起こる時間を評価した。

【００２５】＊５：成形材料を１７５℃，２分間の条件
で、１５ｍｍ×１５ｍｍの評価用素子を封止し、１７５
℃，８時間アフターキュアーを行った。次いでこのパッ
ケージを８５℃、相対湿度６０％の雰囲気中に１６８時
間放置して吸湿処理を行った後、これを最高温度２４０
℃のＩＲリフロー炉に３回通した。この時点でパッケー
ジのクラック発生を調べた。さらに、このＩＲリフロー
後のパッケージをプレッシャークッカー内で１２７℃の
飽和水蒸気雰囲気中に１００〜１０００時間放置し、不
良発生率を調べた。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明および表１から明らかなよう
に、本発明の封止用樹脂組成物および半導体封止装置
は、耐リフロー性、耐湿性に優れ、ＩＲリフロー後にお
いても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、しかも長期間にわたって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.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０８Ｋ 3/36 Ｃ０８Ｋ 3/36 7/14 7/14 Ｃ０８Ｌ 63/00 Ｃ０８Ｌ 63/00 Ｚ Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31 Ｆターム(参考） 4J002 CD001 CD041 DE117 DE127 DE137 DE147 DE237 DJ007 DJ017 DJ037 DJ047 DJ057 DL007 EJ046 FA047 FD017 FD146 GQ05 4J036 AD11 AE07 DB10 FA05 FA06 JA07 4M109 AA01 CA21 EA04 EB03 EB12 EC01 EC03 EC05

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エポキシ樹
   脂、 【化１】 （但し、式中ｎは０又は１以上の整数を表す） （Ｂ）次の一般式で示されるフェノール樹脂および 【化２】 （Ｃ）無機質充填剤 を必須成分とし、前記（Ｃ）の無機質充填剤を全体の樹
   脂組成物に対して２５〜９５重量％の割合で含有してな
   ることを特徴とする封止用樹脂組成物。
2. 【請求項２】 （Ａ）次の一般式で示されるエポキシ樹
   脂、 【化３】 （但し、式中ｎは０又は１以上の整数を表す） （Ｂ）次の一般式で示されるフェノール樹脂および 【化４】 （Ｃ）無機質充填剤 を必須成分とし、前記（Ｃ）の無機質充填剤を全体の樹
   脂組成物に対して２５〜９５重量％の割合で含有した封
   止用樹脂組成物の硬化物によって、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。