JPH10214926A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＦＭ型Ｐ−ＴＲＳのようなマーク上、下面
（表、裏面）のレジン厚さが異なるフルモールド型パッ
ケージにおいてウエルドマークを発生しない半導体体封
止用エポキシ樹脂組成物を提供する。 【解決手段】 エポキシ樹脂と硬化剤と無機充填剤を必
須成分として含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物
において、エポキシ樹脂組成物のジェッティング流動評
価法におけるジェッティング流動の最大値（Ｊ値）を１
０〜５０とした半導体封止用エポキシ樹脂組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐湿性、半田耐熱
性及び成形性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物
及びこれで封止してなる樹脂封止型半導体装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】樹脂封止型半導体装置は、例えば、Ｉ
Ｃ、ＬＳＩ、ＴＲＳ、ダイオード等の半導体素子を外部
雰囲気や機械的衝撃から保護するために、熱硬化性樹脂
を用いて封止したものである。半導体素子の封止方法
は、量産性、コスト、及び信頼性の点から大量生産に適
するエポキシ樹脂組成物による低圧トランスファー成形
方式が広く採用されている。

【０００３】近年、樹脂封止型半導体装置は、パッケー
ジ形状が多様化し、パッケージ厚さが１ｍｍ以下の超薄
形パッケージであるＴＳＯＰ（Thin Single Outline Pa
ckage）やフルモールド型パワートラジスター（ＦＭ型
Ｐ−ＴＲＳ）のような放熱板を有し、パッケージ厚さが
１０ｍｍと厚く、かつマーク面とマーク裏面とのモール
ドレジン厚みが異なるパッケージ等の樹脂封止が難しい
多種多様の形状のパッケージが増える傾向にある。

【０００４】従来の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
（以下、封止レジンということがある。）でＦＭ型Ｐ−
ＴＲＳのような、上下面で封止レジンの厚さが異なるパ
ッケージをトランスファー成形した場合、金型のゲート
よりキャビティ内へ流れ込むレジンの流動挙動が上面
（マーク表面）側と下面（マーク裏面）側で異なるため
成形品にウエルドマーク（キャビティー内にレジンを充
填する際に、インサートの上下に分かれて流動する、上
側レジン、下側レジンの交わる箇所に発生する一種のボ
イド）が発生する。このウエルドマークは樹脂封止型半
導体装置の電気特性の低下（絶縁耐圧不良）及び耐湿信
頼性の低下を引き起こす。すなわち、１２０℃、２気圧
の水蒸気中に放置する試験（ＰＣＴ）等の耐湿試験を行
った場合、このウエルドマーク部より水分が侵入し、リ
ーク電流が発生したり、電極が腐食し断線する等の不具
合が生じ、また、高電圧下では耐絶縁性が低下する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ＦＭ型Ｐ−
ＴＲＳのようなマーク上、下面（表、裏面）のレジン厚
さが異なるフルモールド型パッケージにおいて前記した
ウエルドマークを発生しない半導体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。

【０００６】本発明はまた、上記のウエルドマークのな
い樹脂封止型半導体装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは前記課題を
解決するために鋭意研究を重ねた結果、封止レジンの金
型（キャビティー）内の流動挙動に着目して、ウエルド
マークの発生メカニズムを解析するとともに、封止レジ
ンの新しい流動性評価法を確立し、この流動評価法で評
価した特定の流動性を有するエポキシ樹脂組成物を用い
て半導体を封止するとウエルドマークのない樹脂封止型
半導体装置が得られることを見出し、この知見に基づい
て本発明を完成するに至った。

【０００８】すなわち、本発明は、エポキシ樹脂と硬化
剤と無機充填剤を必須成分として含有する半導体封止用
エポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹脂組成物のジ
ェッティング流動評価法におけるジェッティング流動の
最大値（Ｊ値）を１０〜５０としたことを特徴とする半
導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供するものである。

【０００９】また、本発明は、上記の半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物で封止してなることを特徴とする樹脂封
止型半導体装置を提供するものである。

【００１０】ＦＭ型Ｐ−ＴＲＳの成形品は、封止レジン
が金型ゲートよりキャビティ内に流入した際、放熱板又
はリード線等のインサートの上面（広いエリア）と下面
（狭いエリア）の２方向に分かれて流動し、最終的に
は、上面、下面のレジンが交わり充填が完了し、成形品
が得られる。しかし、キャビティ内での上面（広いエリ
ア）、下面（狭いエリア）のレジンの流動性が異なるた
め、流動性が早い上面レジンが下面に埋り込んで交わる
ため、エアーベントからエアーがうまく抜けず、その交
わる箇所にエアーを抱き込み、ウエルドマーク（ボイ
ド）が発生する。

【００１１】そこで、金型キャビティー内での上面（広
いエリア）と下面（狭いエリア）のレジンの流動性を等
しくできれば、上面、下面のレジンの交わる箇所がエア
ーベント付近となり、エアーが抜け、ウエルドマーク
（ボイド）のない成形品が得られる。

【００１２】本発明においては、エポキシ樹脂組成物の
ジェッティング流動評価法におけるジェッティング流動
の最大値（Ｊ値）を１０〜５０とすることにより、金型
キャビティー内での上面（広いエリア）と下面（狭いエ
リア）のレジンの流動性をほぼ等しくすることができ、
ウエルドマークのない樹脂封止型半導体装置が得られ
る。Ｊ値が１０未満であるとウエルドマークが発生し、
５０を超えると上面未充填が発生する。

【００１３】Ｊ値について更に詳しく説明すると、図１
は狭スリット（ゲート）より、厚スリットに流入したレ
ジンの流動挙動を示す説明図で、注入するレジン重量を
増加してゆくと、図の→→→→のようにな
る。→→はゲート通過時の形状（厚み）を維持し
て流動し、→は流動形状が変化し、折りたたまれる
ように流動する。上記の→→のような流動をジエ
ッティング流動とよび熱可塑性樹脂では一般的な流動で
ある。

【００１４】本発明においては、エポキシ樹脂組成物
（レジン）のジェッティング流動の最大値（Ｊ値）が１
０〜５０の範囲のものが用いられる。

【００１５】このＪ値は、図２に示されるようなゲート
（ゲート厚：ａ＝０．８ｍｍ）を有するトランスファー
成形装置から金型（流路厚：ｂ＝４．０ｍｍ）内に試料
レジンを注入したときのレジンの流動距離（ｃ：ｍｍ）
と流路内に注入されたレジン重量（流動重量：ｍｇ）を
試料レジンの量を変えて測定する。このときの、トラン
スファー成形条件は、プランジャー圧力：１００ｋｇｆ
／ｃｍ²、金型温度１７５℃、プリヒートなし、トラン
スファータイム ５秒間、試料レジン：５〜１０ｇとす
る。

【００１６】次に、図３に示すような流動重量を横軸
に、流動距離を縦軸としたグラフを作成する。グラフの
傾きは流動重量の増加によって減少し、更に重量が増加
すると再び増加する。この場合、流動当初の「大きな傾
き」の部分が「ジェッティング流動」している部分であ
る。

【００１７】次に、図４に示すような図３のグラフを流
動質量で微分したグラフを作成する。このグラフの縦軸
は流動速度（距離／重量）で図３の傾きに相当し、横軸
は流動距離である。流動距離の増加によって、流動速度
は減少し、更に流動距離が増加すると流動速度は増加す
る。本発明においては、この流動速度が最小となる流動
距離を測定し、Ｊ値とした。なお、流動速度が最小とな
るまで、レジンはジェッティング流動している。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明に用いられるエポキシ樹脂
は、１分子中にエポキシ基を２個以上有する化合物であ
れば特に制限はなく、モノマー、オリゴマー、ポリマー
を問わないが、例えば、ビフェニル型のエポキシ化合
物、ビスフェノール型のエポキシ化合物、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、トリフェノールメタン型エポキシ化合物、ア
ルキル変性トリフェノールメタン型エポキシエポキシ化
合物、トリアジン核含有エポキシ樹脂等が挙げられる。
これらは１種で又は２種以上を混合して用いられる。

【００１９】本発明に用いられる硬化剤としては特に制
限はないが、フェノール樹脂硬化剤が好ましく用いられ
る。フェノール樹脂硬化剤としては、フェノールノボラ
ック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ジシクロペンタ
ジエン変性フェノール樹脂、テルペン変性フェノール樹
脂、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種で又は２種以上を混合して用いられる。

【００２０】これらの硬化剤の配合量は、エポキシ樹脂
のエポキシ基数と硬化剤の水酸基数の比が好ましくは
０．６〜１．４、更に好ましくは０．８〜１．２となる
ように配合する。

【００２１】本発明に用いられる無機充填剤としては、
結晶性シリカ粉、アルミナ粉、窒化ケイ素粉、溶融シリ
カ粉等が挙げられ、これらは１種で又は２種以上を混合
して用いられる。

【００２２】無機充填剤はその形状が角又は鈍角である
ものを用いることが好ましい。これらの無機充填剤は、
全エポキシ樹脂組成物中に６０〜９５重量％、好ましく
は７０〜９０重量％配合される。

【００２３】無機充填剤の種類、形状、平均粒径、粒径
分布、組み合わせ、配合割合を変えるすることにより、
エポキシ樹脂組成物のＪ値を調整することができ、Ｊ値
が１０〜５０の範囲になるような組成のエポキシ樹脂組
成物を本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物として
採用する。

【００２４】本発明のエポキシ樹脂組成物には、必要に
応じ、硬化促進剤が配合される。硬化促進剤は、エポキ
シ樹脂とフェノール性水酸基を有する化合物の硬化反応
を促進するものであれば、特に制限はなく使用できる。
例えば、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、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）フェノール等の三級アミン類、２−メチル
イミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−ヘプタ
デシ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、メチルジフェニルホスフィン、トリフェニル
ホスフィン、ジフェニルホスフィン、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、テトラフェニルホスホニウ
ム・エチルトリフェニルボレート、テトラブチルホスホ
ニウム・テトラブチルボレート等のテトラ置換ホスホニ
ウム・テトラ置換ボレート、２−エチル−４−メチルイ
ミダゾール・テトラフェニルボレート、Ｎ−メチルモル
ホリン・テトラフェニルボレート等のテトラフェニルボ
ロン塩等が挙げられる。

【００２５】これらの硬化促進剤はエポキシ樹脂に対
し、好ましくは０．５〜１２．０重量％配合される。

【００２６】本発明のエポキシ樹脂組成物には、その他
の添加剤として、カーボンブラック等の着色剤、天然ワ
ックス、合成ワックス、高級脂肪酸、高級脂肪酸金属
塩、エステル系ワックス等の離型剤、エポキシシラン、
アミノシラン、ビニルシラン、アルキルシラン等のシラ
ン系、有機チタネート等のチタン系、アルミニウムアル
コレート等のアルミニウム系のカップリング剤、シリコ
ーンオイル、ゴム等の低応力添加剤等を適宜配合して用
いることができる。また、酸化アンチモン、赤リン等の
化合物を配合して難燃化を図ることもできる。

【００２７】なお、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂
組成物は、その製造に際し、上述した成分の所定量を均
一に混合し、予め７０〜９５℃に加熱してあるニーダ
ー、ロール、エクストルーダー等で混練、押出、冷却、
粉砕する等の方法により得ることができる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の実施例及びその比較例によっ
て本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの
実施例に限定されるものではない。

【００２９】実施例１〜４、比較例１〜２ 表１に示す各種の素材を用い、性状（材質、形状、粒径
分布）の異なる無機充填剤を用いたエポキシ樹脂組成物
（封止材）を作製した。

【００３０】封止材の作製はまず各素材を予備混合（ド
ライブレンド）した後、２軸ミキシングロール（ロール
表面温度約７０〜８０℃）で１０分間混練し、冷却後粉
砕機で微粒化した。

【００３１】次に、得られた各封止材についてトランス
ファー成形機を用い、成形温度１８０℃、成形圧力７０
ｋｇｆ／ｃｍ²、硬化時間９０秒の条件でスパイラルフ
ローを測定した。また、島津製作所製高化式フローテス
ターにて１８０℃の溶融粘度を測定した。次に、前述し
たジェッティング流動評価用金型を用い、ジェッティン
グ値（Ｊ値）を求めた。

【００３２】また、ＦＭ型Ｐ−ＴＲＳ金型を用い、１８
０℃、７０ｋｇｆ／ｃｍ²、９０秒の条件で実装ＦＭ型
Ｐ−ＴＲＳを成形し、成形品の表面を目視で観察し、
０．１ｍｍφ以上のウエルドマークの発生の有無を判定
した。また、実装モールド品のＦＭ型Ｐ−ＴＲＳを用い
電気特性、耐湿性（ＰＣＴ、１０００ｈｒでの不良発生
状況）を測定した。結果を合わせて表２に示す。

【００３３】図５は半導体封止用エポキシ樹脂組成物で
ＦＭ型Ｐ−ＴＲＳを封止する様子を示す断面模式図であ
り、１はリード線、２はヘッダー、３はチップ、４はワ
イヤーで、５はゲート、６はエアーベントである。金型
内にゲート５からエポキシ樹脂組成物（レジン）を流入
させる。ゲートより流入したレジンはマーク面７側とマ
ーク裏面８側の２つに別れて流動する。金型内の広いエ
リアＡはレジンの流速が早く、金型内の狭いエリアＢは
レジンの流速が遅いため、Ａ、Ｂを通ったレジンはＣで
交わり、Ｃの箇所にエアを抱き込んだボイドが発生す
る。このボイドを含んだ欠陥（一種の未充填）がウエル
ドマークである。得られた成形品の裏面を目視により観
察し、０．１ｍｍφ以上のウエルドマークの有無を判定
した。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】

【発明の効果】本発明によりＦＭ型Ｐ−ＴＲＳのような
マーク上、下面（表、裏面）のレジン厚さが異なるフル
モールド型パッケージにおいてもウエルドマークを発生
しない半導体体封止用エポキシ樹脂組成物及びウエルド
マークのない樹脂封止型半導体装置を得ることができ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】 レジンの流動挙動を示す説明図。

【図２】 Ｊ値の測定装置の模式図。

【図３】 流動距離と流動重量の関係を示すグラフ。

【図４】 図３の傾きと流動距離の関係を示すグラフ。

【図５】 半導体封止用エポキシ樹脂組成物でＦＭ型Ｐ
−ＴＲＳを封止する様子を示す断面模式図。

【符号の説明】

１ リード線 ２ ヘッダー ３ チップ ４ ワイヤー ５ ゲート ６ エアーベント ７ マーク面 ８ マーク裏面 Ａ広いエリア Ｂ 狭いエリア Ｃ ウエルド発生箇所

フロントページの続き (72)発明者 奈良 直紀 茨城県結城市大字鹿窪1772−１ 日立化成 工業株式会社下館工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エポキシ樹脂と硬化剤と無機充填剤を必
   須成分として含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物
   において、エポキシ樹脂組成物のジェッティング流動評
   価法におけるジェッティング流動の最大値（Ｊ値）を１
   ０〜５０としたことを特徴とする半導体封止用エポキシ
   樹脂組成物。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹
   脂組成物で封止してなることを特徴とする樹脂封止型半
   導体装置。