JPH1180512A - エポキシ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、耐リフロー性、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エポキシ樹脂組成
物および半導体封止装置を提供する。 【解決手段】 （Ａ）次式で示されるエポキシ樹脂、 （Ｂ）次式で示されるフェノール樹脂および （Ｃ）無機質充填剤を必須成分とし、樹脂組成物に対し
て前記（Ｃ）の無機質充填剤を25〜95重量％の割合で含
有してなるエポキシ樹脂組成物であり、また該エポキシ
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、信頼性に優れたエポキシ樹脂組成物およ
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温度240 ℃に加熱したＩＲ
リフロー炉に通して、半田付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
ムとの間の剥がれや、内部樹脂クラックが生じて著しい
耐湿性劣化を起こし、電極の腐蝕による断線や水分によ
るリーク電流を生じ、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、半導体装置全体の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
フレームとの間の剥がれや内部樹脂クラックの発生がな
く、また電極の腐蝕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エポキシ樹脂組
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
樹脂およびフェノール樹脂を用いることによって、耐湿
性、耐リフロー性、成形性、作業性等に優れた信頼性の
高い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）次の式で示される
エポキシ樹脂、

【０００７】

【化５】

【０００８】（Ｂ）次の式で示されるフェノール樹脂お
よび

【０００９】

【化６】 （但し、式中、ｎは0 又は1 以上の整数を表す）（Ｃ）
無機質充填剤を必須成分とし、全体の樹脂組成物に対し
て前記（Ｃ）の無機質充填剤を25〜95重量％の割合で含
有してなることを特徴とするエポキシ樹脂組成物であ
る。また、このエポキシ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。

【００１０】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１１】本発明に用いる（Ａ）エポキシ樹脂として
は、前記の式化５で示されるものが使用される。

【００１２】本発明に用いる（Ｂ）フェノール樹脂とし
ては、前記の式化６で示されるものが使用される。

【００１３】本発明に用いる（Ｃ）無機質充填剤として
は、不純物濃度が低く最大粒径が 100μｍ以下で、平均
粒径30μｍ以下の無機質充填剤が好ましく使用される。
平均粒径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。これらの中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％含有するよ
うに配合することが好ましい。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。

【００１４】本発明のエポキシ樹脂組成物においては、
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、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。

【００１５】本発明のエポキシ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、前記エポキシ樹脂、
前記フェノール樹脂および無機質充填剤その他成分を配
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、またニーダ等による混
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。

【００１６】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、150 ℃以
上の温度で加熱硬化させることが望ましい。

【００１７】

【作用】本発明のエポキシ樹脂組成物および半導体封止
装置は、樹脂成分として前記エポキシ樹脂、前記フェノ
ール樹脂を用いることによって、樹脂組成物の成形性、
フレームとの接着強さが向上し、特に成形性の各段階に
対応する耐リフロー性を格段に向上させることができ
た。

【００１８】

【実施例】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。

【００１９】実施例１ 前記化５のエポキシ樹脂（エポキシ当量 265）7.6 ％、
前記化６のフェノール樹脂（フェノール当量 196）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等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。

【００２０】実施例２ 前記化５のエポキシ樹脂（エポキシ当量 265）5.9 ％、
前記化６のフェノール樹脂（フェノール当量 196）4.1
％、トリフェニルホスフィン0.1 ％、溶融シリカ粉末88
％およびエステル系ワックス類等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。

【００２１】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 1
95）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。

【００２２】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 175）
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等 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。

【００２３】こうして製造した成形材料（Ａ）〜（Ｄ）
を用い、175 ℃，3 分間の条件でトランスファー成形し
た後、180 ℃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）、ガラス転移温度、フレーム材で
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にまとめて
示したが、本発明の顕著な効果を確認することができ
た。

【００２４】

【表１】 ＊1 ：スパイラルと溶融粘度の測定温度は175 ℃であ
る。 ＊2 ：成形材料を175 ℃，3 分間の条件でトランスファ
ー成形し、180 ℃，8 時間アフターキュアをして成形品
を作製した。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。 ＊3 ：吸水率の試験と同様な成形品から、2.5 ×2.5 ×
15.0〜20.0の寸法のサンプルを作製し、熱機械分析装置
ＤＬ−１５００Ｈ（真空理工社製）を用い、昇温速度5
℃／ｍｉｎで測定した。 ＊4 ：成形材料を用いて、2 本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 ℃で2 分間トランスファー成形した後、17
5 ℃で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，100 時間の吸湿処理した後、25
0 ℃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、アルミニウム腐蝕
による50％断線（不良発生）の起こる時間を評価した。 ＊5 ：成形材料を175 ℃，3 分間の条件で、15ｍｍ×15
ｍｍの評価用素子を封止し、180 ℃で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。更
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。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明および表１から明らかなよう
に、本発明のエポキシ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、電極の腐蝕による断線
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。

Claims (2)

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