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JP3003887B2 - 半導体封止用樹脂組成物 - Google Patents

半導体封止用樹脂組成物

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JP3003887B2
JP3003887B2 JP1482292A JP1482292A JP3003887B2 JP 3003887 B2 JP3003887 B2 JP 3003887B2 JP 1482292 A JP1482292 A JP 1482292A JP 1482292 A JP1482292 A JP 1482292A JP 3003887 B2 JP3003887 B2 JP 3003887B2
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JP
Japan
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epoxy resin
formula
curing agent
weight
resin composition
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慶一 作道
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Sumitomo Bakelite Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Bakelite Co Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

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  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Epoxy Resins (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイスの表面
実装化における耐半田ストレス性に優れた半導体封止用
エポキシ樹脂組成物に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、ダイオード、トランジスター、集
積回路などの電子部品は熱硬化性樹脂で封止されている
が、特に集積回路では耐熱性、耐湿性に優れたオルソク
レゾールノボラックエポキシ樹脂をノボラック型フェノ
ール樹脂で硬化させるエポキシ樹脂が用いられている。
しかし、近年、集積回路の高集積化に伴いチップの大型
化、パッケージの軽薄短小化が進み、実装法の表面実装
化が進んできた。
【0003】即ち大型チップを小型で薄いパッケージに
封入することになり、応力によるクラック発生、それに
伴う耐湿性の低下などの問題が大きくクローズアップさ
れてきている。特に半田付け工程において急激に200
℃以上の高温にさらされることによりパッケージの割れ
や樹脂とチップの剥離により耐湿性が劣化してしまうと
いった問題がでてきている。そのため、耐半田ストレス
性、耐湿性に優れた封止用樹脂組成物の開発が望まれて
いる。これらの問題を解決するために半田付け時の熱衝
撃を緩和する目的で、熱可塑性オリゴマーの添加(特開
昭62−115849号公報)や各種シリコーン化合物
の添加(特開昭62−115850号公報、62−11
6654号公報、62−128162号公報)、更には
シリコーン変性(特開昭62−136860号公報)な
どの手法で対処しているがいずれも半田付け時にパッケ
ージにクラックが生じてしまい信頼性の優れた半導体樹
脂組成物を得るまでには至らなかった。
【0004】一方、耐半田ストレス性に優れた耐熱性エ
ポキシ樹脂組成物を得るために、樹脂系としては多官能
エポキシ樹脂の使用(特開昭62−168620号公
報)等により耐熱性の向上が検討されてきたが、特に2
00〜300℃のような高温にさらされた場合において
は耐半田ストレス性が不十分であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題に対して耐半田ストレス性及び耐湿性に優れた半導
体封止用樹脂組成物を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、これらの
問題を解決するために鋭意研究を進め、次の組成を持つ
樹脂組成物を見いだした。即ち、本発明は、(A)式
(1)で示される3、3’、5、5’−テトラメチル−
4、4’−ジヒドロキシビフェニルグリシジルエーテル
と式(2)で示される4、4’−ジヒドロキシビフェニ
ルグリシジルエーテルの重量比が式(1)/式(2)=
1/3〜3/1であるエポキシ樹脂を総エポキシ樹脂量
に対して50〜100重量%含むエポキシ樹脂、
【0007】
【化5】
【0008】
【化6】
【0009】(B)フェノール樹脂硬化剤として、式
(3)で示されるαナフトール樹脂硬化剤または/およ
び式(4)で示されるβナフトール樹脂硬化剤を総フェ
ノール樹脂硬化剤量に対して30〜100重量%含むフ
ェノール樹脂硬化剤、
【0010】
【化7】 (n=1〜6)
【0011】
【化8】 (n=1〜6)
【0012】(C)無機充填材及び (D)硬化促進剤 を必須成分とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物であ
る。
【0013】本発明において用いられる式(1)、
(2)で示される構造のビフェニル型エポキシ化合物は
従来のエポキシ樹脂に比べて非常に低い粘度を有する。
そのため、充填材の含有量を大幅に増加させることが可
能であり、樹脂組成物の衝撃強度を向上させ、耐半田性
に優れた特性を示している。式(2)の化合物は式
(1)の化合物に比べフェノール性水酸基との反応性に
優れているが、吸水率が高くなる欠点があり、式(1)
/(2)の重量比を1/3〜3/1、望ましくは1/
1.2〜1.2/1にすることにより、両化合物の特徴
を最大限に発揮できる。この範囲から外れると両者の特
徴が生かせずバランスが崩れる。 式(1)、(2)の
エポキシ樹脂の使用量は、これを調整することにより耐
半田ストレスを最大限に引き出すことができる。耐半田
ストレス性の効果を引き出すためには式(1)、(2)
で示されるエポキシ樹脂を総エポキシ樹脂量に対して5
0重量%以上、更に好ましくは70重量%以上の使用が
望ましい。使用が50重量%未満だと耐半田ストレス性
の効果を充分に引き出すことができない。式(1)の化
合物と式(2)の化合物は、溶融等により予め混合して
用いてもよいし、樹脂組成物の製造時に別々に添加して
用いてもよい。併用するエポキシ樹脂にはエポキシ基を
有するポリマー全般を用いることができる。例えばクレ
ゾールノボラックエポキシ樹脂、フェノールノボラック
エポキシ樹脂、ナフタレンエポキシ樹脂、3官能エポキ
シ樹脂等が挙げられる。これらは単独又は2種以上を混
合して用いてもよい。
【0014】式(3)の分子構造で示される硬化剤はα
−ナフトール、式(4)の分子構造で示される硬化剤は
β−ナフトールを用い、アラルキルエーテル(α、α’
−ジメトキシパラキシレン)と、フリーデルクラフツ反
応により縮合させ得たものである。この使用は従来のフ
ェノールノボラック樹脂硬化剤の使用と比べると半田処
理温度周辺での弾性率の低下とリードフレーム及びチッ
プとの密着力を向上させ、また分子内にナフタレン構造
が導入されていることから、低熱膨張化及び低吸水化を
得ることができる。従って半田付け時の熱衝撃に対し
て、発生応力の低下とそれに伴うチップとの密着不良の
防止に有効である。
【0015】このようなナフトール樹脂硬化剤の使用量
はこれを調整することにより耐半田ストレス性を最大限
に引き出すことができる。耐半田ストレス性の効果を引
き出すためには式(3)または/および(4)で示され
るナフトール樹脂硬化剤を総硬化剤量に対して30重量
%以上、更に好ましくは50重量%以上の使用が望まし
い。使用が30重量%未満だと低吸水性、低弾性及びリ
ードフレーム、チップとの密着力が不十分で耐半田スト
レス性の向上が望めない。更に式(3)、(4)中のn
の値は1〜6が望ましく、6を越えるとトランスファー
成形時の流動性が低下する。
【0016】併用する硬化剤にはフェノール性水酸基を
有するポリマー全般を用いることができる。例えばフェ
ノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ジ
シクロペンタジエン変性フェノール樹脂、ジシクロペン
タジエン変性フェノール樹脂とフェノールノボラック及
びクレゾールノボラック樹脂との共重合物、パラキシレ
ン変性フェノール樹脂等を用いることができる。これら
は単独もくしは2種以上混合して用いることができる。
【0017】本発明で用いる無機充填材としては、溶融
シリカ粉末、球状シリカ粉末、結晶シリカ粉末、2次凝
集シリカ粉末、多孔質シリカ粉末、2次凝集シリカ粉末
または多孔質シリカ粉末を粉砕したシリカ粉末、アルミ
ナ等が挙げられ、特に溶融シリカ粉末、球状シリカ粉
末、及び溶融シリカ粉末と球状シリカ粉末との混合物が
好ましい。また無機充填材の配合量としては耐半田スト
レス性と成形性のバランスから総組成物量に対して70
から90重量%が好ましい。
【0018】本発明に使用される硬化促進剤はエポキシ
基とフェノール性水酸基との反応を促進させるものであ
れば良く、一般に封止用材料に使用されているものを広
く使用することができ、例えばトリフェニルホスフィン
(TPP)、トリブチルホスフィン、トリ(4−メチル
フェニル)ホスフィン等の有機ホスフィン化合物、トリ
ブチルアミン、トリエチルアミン、ジメチルベンジルア
ミン(BDMA)、トリスジメチルアミノメチルフェノ
ール、ジアザビシクロウンデセン(DBU)等の3級ア
ミン、2−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾ
ール、2−エチル−4−メチルイミダゾール等のイミダ
ゾール化合物が挙げられる。これらは単独もしくは2種
類以上混合して用いられる。
【0019】本発明の封止用エポキシ樹脂組成物はエポ
キシ樹脂、硬化剤、無機充填材及び硬化促進剤を必須成
分とするが、これ以外に必要に応じてシランカップリン
グ剤、ブロム化エポキシ樹脂、3酸化アンチモン、ヘキ
サブロムベンゼン等の難燃化剤、カーボンブラック、ベ
ンガラなどの着色剤、天然ワックス、合成ワックス等の
シリコーンオイル、ゴム等の低応力剤等の種々の添加剤
を適宜配合しても良い。本発明の封止用エポキシ樹脂組
成物を成形材料として製造するには、エポキシ樹脂、硬
化剤、無機充填材、硬化促進剤、その他の添加剤をミキ
サーなどにより均一に混合した後、更に熱ロールまたは
ニーダーなどで溶融混練し、冷却後粉砕して成形材料と
することができる。これらの成形材料は電子部品あるい
は電気部品の封止、被覆、絶縁などに適用することがで
きる。
【0020】
【実施例】以下本発明を実施例にて具体的に説明する。
【0021】実施例1 下記組成物 式(1)と(2)で示されるエポキシ樹脂溶融混合物 〔式(1)/式(2)=50/50(重量比)〕 24.8重量部 オルソクレゾールノボラックエポキシ樹脂 (軟化点65℃、エポキシ当量200) 24.8重量部 式(3)で示されるαナフトール樹脂硬化剤 (nは1〜6の混合物、軟化点90℃、水酸基当量243) 10.0重量部 フェノールノボラック樹脂硬化剤 (軟化点100℃、水酸基当量104) 23.4重量部 溶融シリカ粉末 332重量部 トリフェニルホスフィン 0.8重量部 カーボンブラック 2.1重量部 カルナバワックス 2.1重量部 を、ミキサーで常温で混合し、70〜100℃で2軸ロ
ールにより混練し、冷却後粉砕し成形材料とした。得ら
れた成形材料を、タブレット化し、低圧トランスファー
成形機にて175℃、70kg/cm2 、120秒の条件で
半田クラック試験用として6×6mmのチップを13.9
×13.9×2.0mmのパッケージに封止し、また半田
耐湿試験用として3×6mmのチップを7.2×11.5
×2.0mmに封入した。封止したテスト用素子について
下記の半田クラック試験及び半田耐湿性試験を行った。
【0022】半田クラック試験:封止したテスト用素子
を85℃、85%RHの環境下で24時間、72時間処
理後、260℃の半田槽に10秒間浸漬した。浸漬後、
顕微鏡で外観観察しクラックを確認した。 半田耐湿性試験:封止したテスト用素子を85℃、85
%RHの環境下で72時間処理後、260℃の半田槽に
10秒間浸漬した。浸漬後プレッシャークッカー試験
(125℃、100%RH)を行い回路のオープン不良
を測定した。 試験結果を表1に示す。
【0023】実施例2〜5 表1の処方に従って配合し、実施例1と同様にして成形
材料を得、同様に評価した。 実施例6 実施例1の式(3)で示されるαナフトール樹脂硬化剤
に変えて、式(4)で示されるβナフトール樹脂硬化剤
(n=1〜6の混合物、軟化点109℃、水酸基当量2
41)を用いて表1の処方に従って配合し、実施例1と
同様にして成形材料を得、同様に評価した。 実施例7〜11 表1の処方に従って配合し、実施例1と同様にして成形
材料を得、同様に評価した。
【0024】比較例1〜7 表2の処方に従って配合し、実施例1と同様にして成形
材料を得、同様に評価した。
【0025】
【表1】
【0026】
【表2】
【0027】
【発明の効果】本発明に従うと従来技術では得ることの
できなかった耐半田ストレス性を有するエポキシ樹脂組
成物を得ることができるので、半田付け工程による急激
な温度変化による熱ストレスを受けたときの耐クラック
性に非常に優れ、更に耐湿性が良好なことから電子、電
気部品の封止用、被覆用、絶縁用に用いた場合、特に表
面実装パッケージに搭載された高集積大型チップICに
おいて、信頼性の要求が特に厳しい製品に最適である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 23/31

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(A)式(1)で示される3、3’、5、
    5’−テトラメチル−4、4’−ジヒドロキシビフェニ
    ルグリシジルエーテルと式(2)で示される4、4’−
    ジヒドロキシビフェニルグリシジルエーテルの重量比が
    式(1)/式(2)=1/3〜3/1であるエポキシ樹
    脂を総エポキシ樹脂量に対して50〜100重量%含む
    エポキシ樹脂、 【化1】 【化2】 (B)フェノール樹脂硬化剤として、式(3)で示され
    るαナフトール樹脂硬化剤または/および式(4)で示
    されるβナフトール樹脂硬化剤を総フェノール樹脂硬化
    剤量に対して30〜100重量%含むフェノール樹脂硬
    化剤、 【化3】 (n=1〜6) 【化4】 (n=1〜6) (C)無機充填材及び (D)硬化促進剤 を必須成分とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
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JP4560871B2 (ja) * 2000-02-23 2010-10-13 住友ベークライト株式会社 エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
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