JP4017478B2

JP4017478B2 - 電子部品装置

Info

Publication number: JP4017478B2
Application number: JP2002267295A
Authority: JP
Inventors: 功市川
Original assignee: Kyocera Chemical Corp
Current assignee: Kyocera Chemical Corp
Priority date: 2002-09-12
Filing date: 2002-09-12
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2022-09-12
Also published as: JP2004099836A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップ等の電子部品の封止材料として使用される封止用樹脂組成物、およびこれを用いた電子部品装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体チップ等の電子部品を熱硬化性樹脂を用いて封止することが広く行われている。このような封止樹脂材料には、エポキシ樹脂をベースとし、これに硬化剤や硬化促進剤、さらにはシリカ粉末のような無機充填剤や顔料等を配合した組成物が、信頼性や成形性、価格の点等から一般に使用されている（例えば、特許文献１−３参照）。
【０００３】
ところで、近年、電子機器の高密度実装化や組み立て工程の自動化等に対応するため、半導体装置の実装方法は、従来のピン挿入タイプから表面実装タイプへと移行してきている。表面実装タイプの実装方法では、基板にパッケージのリード部分をはんだ付けする際、基板上のクリームはんだを赤外線やフルオロカーボン蒸気で加熱する方法が採られている。このような表面実装法では、はんだを加熱する際にパッケージ自体も加熱され、その温度が215〜260℃程度になることがある。このため、表面実装法では、パッケージの急激な高温化により、パッケージの封止樹脂部分にクラックが発生したり、あるいはチップと封止樹脂間、リードフレームと封止樹脂間等で剥離が生じ、半導体装置の信頼性が低下してしまうという問題が発生している。
【０００４】
また、最近の環境についての関心の高まりから、半導体パッケージの分野においても、外装や接合に用いるはんだからの鉛の除去が強く求められている。現在、鉛を使用しないはんだのうち、半導体パッケージの分野で使用可能なものは、従来のはんだに比べて融点が高いため、リフロー温度も高くなり、前述したクラックや剥離がより発生しやすい。
【０００５】
このような事情から、高温のリフローによるクラックや剥離が少なく、鉛を含まず従来よりも高融点のはんだを使用しての表面実装にも十分適用可能な、耐リフロー性に優れた封止用樹脂組成物の開発が要望されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１−８７６１６号公報（第２−５頁）
【特許文献２】
特開平６−８０７６３号公報（第３−８頁）
【特許文献３】
特開平７−８２３４３号公報（第３−７頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、実装方式のピン挿入型から表面実装型への変更、鉛を含まないはんだの使用等に伴い、高温でのリフローによりクラックや剥離が発生することのない耐リフロー性に優れた封止用樹脂組成物の要求がある。
【０００８】
本発明はこのような従来の事情に鑑みてなされたもので、鉛を含まず従来よりも高融点のはんだを使用しての表面実装にも十分適用可能な、耐リフロー性に優れた封止用樹脂組成物を用いた高信頼性の電子部品装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の目的を達成するため鋭意研究を重ねた結果、エポキシ樹脂とフェノール樹脂硬化剤とを、エポキシ樹脂が有するエポキシ基数に対するフェノール樹脂硬化剤が有するフェノール性水酸基数の割合が特定範囲になるように配合することにより、耐リフロー性を向上させることができることを見出し、本発明を完成したものである。
【００１０】
すなわち、本発明の電子部品装置は、銅、銅基合金または鉄−ニッケル合金を母材とするリードフレーム上に搭載された半導体電子部品を、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）下記一般式で示されるビフェニル型フェノール化合物を含むフェノール樹脂硬化剤および（Ｃ）無機充填剤を含有し、前記（Ｂ）のフェノール樹脂硬化剤が有するフェノール性水酸基数（ｂ）と前記（Ａ）のエポキシ樹脂が有するエポキシ基数（ａ）との比（ｂ）／（ａ）が０．３〜０．７である封止用樹脂組成物の硬化物で封止したことを特徴としている。
【化２】

（式中、Ｒ ^１〜Ｒ ^４は水素原子またはメチル基を表す）
【００１１】
ここで、（Ａ）のエポキシ樹脂は、ビフェニル型エポキシ樹脂を含んでいてもよく、（Ｂ）のフェノール樹脂硬化剤は、ビフェニル型フェノール樹脂を含んでいてもよい。
【００１２】
また、（Ｃ）の無機充填剤の含有量が、70〜95重量％であってもよく、さらに、（Ｃ）の無機充填剤は、シリカ粉末を80〜95重量％含んでいてもよい。
【００１３】
上記構成の封止用樹脂組成物においては、フェノール樹脂硬化剤が有するフェノール性水酸基数（ｂ）とのエポキシ樹脂が有するエポキシ基数（ａ）との比（ｂ）／（ａ）を0.3〜0.7としたことにより、鉛を含まず従来よりも高融点のはんだを使用しての表面実装にも十分適用可能な、優れた耐リフロー性を備えることができる。
【００１５】
本発明の電子部品装置においては、耐リフロー性に優れた封止用樹脂組成物の硬化物によって電子部品が封止されているので、表面実装方式であっても、また、鉛を含まない高融点のはんだを使用しても、信頼性の高い実装が可能となる。
【００１６】
本発明においては、封止の対象となる電子部品が、銅、銅基合金、または鉄−ニッケル合金を母材とするリードフレーム上に搭載された半導体電子部品である場合に、上記の封止用樹脂組成物がそのようなリードフレームに対し高い接着力を有するため、耐リフロー性をより顕著に向上させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
本発明に使用される（Ａ）成分のエポキシ樹脂としては、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、分子構造、分子量等に制限されることなく一般に使用されているものを広く用いることができる。具体的には、下記の一般式［Ｉ］で示されるようなビフェニル型エポキシ樹脂、一般式［II］で示されるようなクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、一般式［III］で示されるようなジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、複素環型エポキシ樹脂、一般式［IV］で示されるようなビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、縮合環芳香族炭化水素変性エポキシ樹脂や、これらのハロゲン化物等が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
【００１９】
【化１】

（式中、Ｒ¹〜Ｒ⁴は水素原子またはメチル基を表す）
【化２】

（式中、ｎは0以上の整数を表す）
【化３】

（式中、ｎは0以上の整数を表す）
【化４】

【００２０】
本発明においては、（Ａ）成分として、ビフェニル型エポキシ樹脂をエポキシ樹脂全体の少なくとも10重量％以上、より好ましくは30〜100重量％配合することが好ましい。10重量％未満では、他の成分の影響により、表面実装時にクラックや剥離が発生するおそれがある。このビフェニル型エポキシ樹脂と併用するエポキシ樹脂としては、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂等が好ましく、特にクレゾールノボラック型エポキシ樹脂が好ましい。
【００２１】
（Ｂ）成分のフェノール樹脂硬化剤は、（Ａ）の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個以上有するものであれば、特に制限されることなく使用される。具体的には、一般式［Ｖ］で示されるようなビフェニル型フェノール化合物、一般式［ＶＩ］で示されるようなノボラック型フェノール樹脂、一般式［ＶＩＩ］で示されるようなアリールアルキル型フェノール樹脂、一般式［ＶＩＩＩ］で示されるようなジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、一般式［ＩＸ］で示されるような多官能型フェノール樹脂等の他、パラキシレン変性フェノール樹脂、フェノール類とベンズアルデヒド、ナフチルアルデヒド等との縮合物、トリフェノールメタン化合物等が挙げられる。これらは、１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。
【００２２】
【化５】

（式中、Ｒ¹〜Ｒ⁴は水素原子またはメチル基を表す）
【化６】

（式中、ｎは0以上の整数を表す）
【化７】

（式中、ｎは0以上の整数を表す）
【化８】

（式中、ｎは0以上の整数を表す）
【化９】

（式中、ｎは0以上の整数を表す）
【００２３】
本発明においては、（Ｂ）成分として、ビフェニル型フェノール化合物をフェノール樹脂硬化剤全体の少なくとも１０重量％以上、より好ましくは２０〜１００重量％配合することが好ましい。１０重量％未満では、本発明による効果が十分に得られないおそれがある。このビフェニル型フェノール化合物と併用するフェノール樹脂硬化剤としては、ノボラック型フェノール樹脂、アリールアルキル型フェノール樹脂等が好ましく、特にノボラック型フェノール樹脂が好ましい。
【００２４】
上記（Ａ）成分のエポキシ樹脂と（Ｂ）成分のフェノール樹脂硬化剤の配合比は、（Ｂ）成分のフェノール樹脂硬化剤が有するフェノール性水酸基数（ｂ）と（Ａ）成分のエポキシ樹脂が有するエポキシ基数（ａ）との比（ｂ）／（ａ）が0.3〜0.7となる範囲であり、好ましくは0.5〜0.7となる範囲である。（ｂ）／（ａ）が0.3未満では、成形性や、硬化物の電気特性等が低下し、逆に0.7を超えると、耐リフロー性を十分に向上させることができない。
【００２５】
（Ｃ）成分の無機充填剤としては、シリカ、アルミナ、タルク、炭酸カルシウム、チタンホワイト、ベンガラ、炭化珪素、窒化ホウ素等の粉末、これらを球形化したビーズ、単結晶繊維、ガラス繊維等が挙げられる。これらは単独または2種以上混合して使用することができる。本発明においては、これらのなかでも、シリカ粉末、アルミナ粉末の使用が好ましい。
【００２６】
この（Ｃ）成分の無機充填剤の配合量は、組成物全体の70〜95重量％の範囲が好ましく、80〜93重量％の範囲であるとさらに好ましく、83〜91重量％の範囲であるとよりいっそう好ましい。配合量が70重量％未満では、耐熱性や硬化物の機械的特性が低下する。逆に配合量が95重量％を越えると、組成物の流動性が低下し、成形性が不良となって実用が困難になる。
【００２７】
本発明の封止用樹脂組成物には、以上の各成分の他、本発明の効果を阻害しない範囲で、この種の組成物に一般に配合される、硬化促進剤、カーボンブラック、コバルトブルー等の着色剤、合成ワックス、天然ワックス等の離型剤、イオントラップ剤、シリコーンゴム等の低応力化剤、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、アルミネートカップリング剤等の各種カップリング剤、難燃剤、難燃助剤等を必要に応じて配合することができる。
【００２８】
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、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール等の3級アミン類、2-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、トリブチルホスフィン、ジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン等の有機ホスフィン類、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、トリフェニルホスフィンテトラフェニルボレートなどのテトラフェニルボロン塩等が挙げられる。これらは単独または2種以上混合して使用することができる。
【００２９】
本発明の封止用樹脂組成物を調製するにあたっては、上記各成分をミキサーなどによって十分に混合（ドライブレンド）した後、熱ロール、押出機、ニーダ等により溶融混練し、冷却後粉砕するようにすればよい。
【００３０】
本発明の電子部品装置は、上記の封止用樹脂組成物を用いて電子部品を封止することにより製造することができる。封止を行う電子部品としては、集積回路、大規模集積回路、トランジスタ、サイリスタ、ダイオード等が例示される。上記封止用樹脂組成物は、銅、銅基合金、鉄−ニッケル合金からなるリードフレーム、あるいは表面にニッケル／パラジウム／金メッキ層を施した銅もしくは銅基合金からなるリードフレームに対する接着力が従来のものに比べ向上し、その結果、耐リフロー性がより向上するため、封止を行う電子部品として、このようなリードフレーム上に搭載された半導体電子部品を対象とした場合に特に顕著な効果が得られ、なかでも、銅または銅基合金を母材とするリードフレームに上に搭載された半導体電子部品に適用した場合により顕著な効果が得られる。
【００３１】
なお、封止方法としては、低圧トランスファー法が一般的であるが、射出成形、圧縮成形、注型等による封止も可能である。封止用樹脂組成物で封止後は、加熱して硬化させ、最終的にその硬化物によって封止された電子部品装置が得られる。後硬化させる際の加熱温度は、150℃以上とすることが好ましい。
【００３２】
【実施例】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３３】
実施例１〜５、比較例１〜６
ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（長春人造社製商品名ＣＮＥ−２００、エポキシ当量２００）、臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（長春人造社製商品名ＢＥＢ、エポキシ当量３７０臭素含有量４８．０％）、フェノールノボラック樹脂（明和化成社製商品名Ｈ−４、水酸基当量１０４）、一般式［Ｖ］においてＲ^１〜Ｒ^４が水素原子であるビフェニル型フェノール化合物（本州化学工業社製商品名ビフェノール、水酸基当量９３）、硬化促進剤としてトリフェニルホスフィン（北興化学工業社製商品名ＰＰ−２００）、無機充填剤として平均粒径２４μｍの球状シリカ粉末、離型剤としてカルナバワックス、着色剤としてカーボンブラック、難燃助剤として三酸化アンチモン、シランカップリング剤として３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン（信越化学工業社製商品名ＫＢＭ８０３）、および低応力化剤としてアミノ変性ポリメチルフェニルシロキサン（信越化学工業社製商品名Ｘ２２−１６６０Ｂ−３）を用い、表１に示す配合割合で常法により封止用樹脂組成物を製造した。すなわち、各成分を常温でドライブレンドした後、９０〜１１０℃で加熱混練し、冷却後、粉砕して封止用樹脂組成物を製造した。
【００３４】
上記各実施例および各比較例で得られた封止用樹脂組成物について下記に示す方法で各種特性を評価した。
【００３５】
［スパイラルフロー］
EMMI-I-66に準じて175℃におけるスパイラルフローを測定した。
【００３６】
［ゲルタイム］
175℃に保たれた熱板上で一定量の封止用樹脂組成物を直径4〜5cmの円状に広げ一定速度で練り合わせ、試料が増粘し最終的に粘りがなくなるまでの時間を計測した。
【００３７】
［接着力］
予め150℃で1時間ベイクしたFe-Ni(42％)合金フレーム、Cu合金（KLF-125）フレームおよびCu母材にNi/Pd/Auメッキを施したフレーム上に、封止用樹脂組成物により直径2mm、高さ2mmのテストピースを作製接着させ、室温（20℃）で接着界面に水平方向の力を加え、界面が破壊されたときの強度を測定した。
【００３８】
［耐リフロー性］
Cuフレーム上にシリコンチップ（6.0mm×6.0mm）を銀ペーストを用いて150℃で1時間加熱して接着し、次いで、封止用樹脂組成物を用いて、175℃で60秒間トランスファー成形した後、175℃で8時間後硬化させてＱＦＰ-80pパッケージ（14mm×14mm×1.6mm）を作製した。このパッケージに、85℃、60％RHで、168時間の吸湿処理を行った後、最高温度260℃のＩＲリフローを3回行い、冷却後、樹脂硬化物とフレームとの界面および樹脂硬化物とシリコンチップとの界面における剥離並びにクラックの発生の有無を超音波探傷装置により観察し、その発生率を調べた。
【００３９】
これらの結果を表２に示す。
【表１】

【００４０】
【表２】

【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、鉛を含まず従来よりも高融点のはんだを使用しての表面実装にも十分適用可能な耐リフロー性に優れた封止用樹脂組成物を用いた高信頼性の電子部品装置を得ることができる。

Claims

銅、銅基合金または鉄−ニッケル合金を母材とするリードフレーム上に搭載された半導体電子部品を、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）下記一般式で示されるビフェニル型フェノール化合物を含むフェノール樹脂硬化剤および（Ｃ）無機充填剤を含有し、前記（Ｂ）のフェノール樹脂硬化剤が有するフェノール性水酸基数（ｂ）と前記（Ａ）のエポキシ樹脂が有するエポキシ基数（ａ）との比（ｂ）／（ａ）が０．３〜０．７である封止用樹脂組成物の硬化物で封止したことを特徴とする電子部品装置。

（式中、Ｒ ^１〜Ｒ ^４は水素原子またはメチル基を表す）
前記（Ａ）のエポキシ樹脂は、ビフェニル型エポキシ樹脂を含むことを特徴とする請求項１記載の電子部品装置。
前記（Ｃ）の無機充填剤の含有量が、７０〜９５重量％であることを特徴とする請求項１または２記載の電子部品装置。
前記（Ｃ）の無機充填剤は、シリカ粉末を８０〜９５重量％含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の電子部品装置。