JP2000204138A

JP2000204138A - 封止用樹脂組成物および半導体封止装置

Info

Publication number: JP2000204138A
Application number: JP477999A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Yokouchi; 比斗志横内; Haruomi Hosokawa; 晴臣細川
Original assignee: Toshiba Chemical Corp
Current assignee: Kyocera Chemical Corp
Priority date: 1999-01-12
Filing date: 1999-01-12
Publication date: 2000-07-25

Abstract

(57)【要約】【課題】ＩＲリフロー後の温度サイクル試験における
温度の影響を受けにくく、電極の断線等を著しく低減
し、成形品の表面汚れについても長期間にわたって信頼
性を保証する封止用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）エポキシ樹脂、（Ｂ）ノボラック
型フェノール樹脂、（Ｃ）平均粒径０．５μｍ以下の１
次粒子の非化学結合による集合体で、その集合体の平均
粒径が８０μｍ以下の球状体からなるようなジアリルフ
タレート樹脂および（Ｄ）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）のジアリルフタレー
ト樹脂を０．１〜５．０重量％、また前記（Ｄ）無機質
充填剤を２５〜９０重量％の割合で含有する封止用樹脂
組成物であり、またこの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、低応力性が向上
し、なおかつ連続生産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ける
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、従来はリードピンごとに半田漬けを行っていたが、
最近は、半導体装置全体を２５０℃に加熱した半田浴に
浸漬して、一度に半田漬けを行う方法が採用されてい
る。

【０００３】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及び無機質充填
剤からなる樹脂組成物によって封止した半導体装置で
は、装置全体の半田浴浸漬を行うと、耐湿性が低下する
という欠点がある。特に吸湿した半導体装置を半田浴に
浸漬すると、封止樹脂と半導体チップの間、あるいは封
止樹脂とフレームの間に剥がれが生じ、内部樹脂クラッ
クが生じて著しい耐湿劣化をおこし、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
導体装置全体の半田浴浸漬による表面実装を行っても耐
湿劣化が少なく、かつ成形性のよい材料の開発が強く要
望されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の欠点
を解消するためになされたもので、耐熱性が高く、特に
半田浴浸漬による表面実装後の耐湿性および半田耐熱
性、なおかつ成形性に優れた封止用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】本発明者らは、上記の目
的を達成しようと鋭意研究を重ねた結果、平均粒径０．
５μｍ以下の１次粒子の非化学結合による集合体で、そ
の集合体の平均粒径が約８０μｍ以下の球状体からなる
ようなジアリルフタレート樹脂を配合することによっ
て、低応力性が向上し、かつ連続生産性が優れた樹脂組
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）エポキシ樹脂、
（Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂、（Ｃ）平均粒径
０．５μｍ以下の１次粒子の非化学結合による集合体
で、その集合体の平均粒径が８０μｍ以下の球状体から
なるようなジアリルフタレート樹脂および（Ｄ）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）平均粒径０．５μｍ以下の１次粒子の非化学結合
による集合体で、その集合体の平均粒径が８０μｍ以下
の球状体からなるようなジアリルフタレート樹脂を０．
１〜５．０重量％、また前記（Ｄ）無機質充填剤を２５
〜９０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り、また、この封止用樹脂組成物の
硬化物によって半導体ペレット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）エポキシ樹脂として
は、その分子中にエポキシ基を少なくとも２個有する化
合物である限り、分子構造、分子量など特に制限はな
く、一般に封止用材料として使用されているものを広く
包含することができる。例えば、ビスフェノール型の芳
香族系、シクロヘキサン誘導体等の脂肪族系、また、次
の一般式で示されるエポキシノボラック系の樹脂等が挙
げられる。

【０００９】

【化１】（但し、式中、Ｒ¹は水素原子、ハロゲン原子又はアル
キル基を、Ｒ²は水素原子又はアルキル基を、ｎは１以
上の整数をそれそれ表す）これらのエポキシ樹脂は、単独又は２種以上混合して使
用することができる。

【００１０】本発明に用いる（Ｂ）ノボラック型フェノ
ール樹脂としては、フェノール、アルキルフェノール等
のフェノール類とホルムアルデヒド、パラホルムアルデ
ヒド等のアルデヒド類とを反応させて得られるノボラッ
ク型フェノール樹脂およびこれらの変性樹脂、例えば、
エポキシ化もしくはブチル化したノボラック型フェノー
ル樹脂等が挙げられ、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。ノボラック型フェノール樹脂
の配合割合は、前述したエポキシ樹脂のエポキシ基
（ａ）とノボラック型フェノール樹脂のフェノール性水
酸基（ｂ）との当量比［（ａ）／（ｂ）］が０．１〜１
０の範囲内であることが望ましい。当量比が０．１未満
もしくは１０を超えると、耐熱性、耐湿性、成形作業性
および硬化物の電気特性が悪くなり、いずれの場合も好
ましくない。従って、上記の範囲内に限定するのがよ
い。

【００１１】本発明に用いる（Ｃ）平均粒径０．５μｍ
以下の１次粒子の非化学結合による集合体で、その集合
体の平均粒径が８０μｍ以下の球状体からなるようなジ
アリルフタレート樹脂としては、例えば次の式に示され
る。

【００１２】

【化２】（但し、式中、ａは１以上の整数、ｂは０又は１以上の
整数を表す）一次粒子の好ましい平均粒径としては０．１μｍ、集合
体の好ましい平均粒径としては３０μｍのものが例示さ
れる。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。また、さらに、その他の有機系、シリコーン
系エラストマー、を併用することもできる。

【００１３】（Ｃ）の平均粒径０．５μｍ以下の１次粒
子の非化学結合による集合体で、その集合体の平均粒径
が８０μｍ以下の球状体からなるようなジアリルフタレ
ート樹脂の配合割合は、全体の樹脂組成物に対して０．
１〜５．０重量％含有することが望ましい。この割合が
０．１重量％未満では、低応力性に効果なく、また、
５．０重量％を超えると、金型汚れ等、成形性および耐
リフロークラック性に悪影響を与え、実用に適さず好ま
しくない。

【００１４】本発明に用いる（Ｄ）無機質充填剤として
は、シリカ粉末、アルミナ粉末、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２５〜９０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、９０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。

【００１５】本発明の封止用樹脂組成物は、エポキシ樹
脂、ノボラック型フェノール樹脂、平均粒径０．１μｍ
の１次粒子の非化学結合による集合体で、その集合体の
平均粒径が約３０μｍの球状体からなるようなジアリル
フタレート樹脂および無機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、種々の硬化促進剤
を適宜、添加配合することができる。

【００１６】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な方法としては、前述したエポ
キシ樹脂、ノボラック型フェノール樹脂、平均粒径が
０．１μｍの１次粒子の非化学結合による集合体で、そ
の集合体の平均粒径が約３０μｍの球状体からなるよう
なジアリルフタレート樹脂、無機質充填剤およびその他
の成分を所定の組成比に選んで配合し、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
混合処理又は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ある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。

【００１７】本発明の半導体封止装置は、上述した成形
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、注型等
による封止も可能である。成形材料は封止の際に加熱し
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
℃以上に加熱して硬化させることが望ましい。

【００１８】

【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、樹脂成分として前述した特定の平均粒径０．５
μｍ以下の１次粒子の非化学結合による集合体で、その
集合体の平均粒径が８０μｍ以下の球状体からなるよう
なジアリルフタレート樹脂を用いたことによって、目的
とする特性が得られたものである。平均粒径０．５μｍ
以下の１次粒子の非化学結合による集合体で、その集合
体の平均粒径が８０μｍ以下の球状体からなるようなジ
アリルフタレート樹脂は、樹脂組成物の低応力性を向上
させ、パッシベーションクラック、アルミスライド等に
よるペレットの信頼性での劣化を防止することができ
た。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に本発明を実施例によって説明
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。以下の実施例及び比較例において「％」と
は「重量％」を意味する。

【００２０】実施例１クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２
１５）１８％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノ
ール当量１０７）９％、次式に示した平均粒径０．１μ
ｍの１次粒子の非化学結合による集合体で、その集合体
の平均粒径が約３０μｍの球状体からなるようなジアリ
ルフタレート樹脂１．０％、

【００２１】

【化３】溶融シリカ粉末７１％およびエステル系ワックス類０．
３％を配合し、常温で混合してさらに９０〜９５℃で混
練してこれを冷却粉砕して実施例１の成形材料を製造し
た。

【００２２】実施例２クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２
１５）１９％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノ
ール当量１０７）９％、前記の式化３に示した平均粒径
０．１μｍの１次粒子の非化学結合による集合体で、そ
の集合体の平均粒径が約３０μｍの球状体からなるよう
なジアリルフタレート樹脂４．０％、シリカ粉末７１％
およびエステル系ワックス類０．３％を実施例１と同様
に混合粉砕して実施例２の成形材料を製造した。

【００２３】実施例３クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２
１５）１９％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノ
ール当量１０７）９％、前記の式化３に示した平均粒径
０．１μｍの１次粒子の非化学結合による集合体で、そ
の集合体の平均粒径が約３０μｍの球状体からなるよう
なジアリルフタレート樹脂８．０％、γ−グリシドキシ
プロピルトリメトキシシラン０．２％、シリカ粉末７１
％およびエステル系ワックス類０．３％を実施例１と同
様に混合粉砕して実施例３の成形材料を製造した。

【００２４】比較例１クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２
１５）１９％、ノボラック型フェノール樹脂（フェノー
ル当量１０７）９％、シリカ粉末７１％、硬化促進剤
０．３％、エステル系ワックス類０．３％およびシラン
カップリング剤０．４％を常温で混合し、実施例１と同
様に混合粉砕して比較例１の成形材料を製造した。

【００２５】こうして製造した実施例１〜３と比較例１
の成形材料を用いて、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
ーして試験片を作製した。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、高架式フローテス
ターによる溶融粘度、吸水率（ＰＣＴ）、ガラス転移温
度、曲げ特性、温度サイクルテスト（ＴＣＴ）および連
続成形による成形品表面汚れ性、（連続生産性）を測定
した。以上の結果を表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。

【００２６】

【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、
商品名）を用い、昇温速度５℃／ｍｉｎで測定した。＊４：吸水率の試験と同様な成形品から、５．４×１０
×１００の寸法のサンプルを作製し、曲げ試験装置ＡＧ
−Ｄ１０００（島津製作所製、商品名）を用い、２２℃
にて測定した。＊５：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、
１７５℃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、これを最高温度２４０℃のＩＲリフロー炉に３
回通した。その後、−６５℃で２０分間→２５℃で２．
５分間→１５０℃で２０分間を１サイクルとする温度サ
イクルテスト（ＴＣＴ）を行い、樹脂応力による断線不
良の起こる時間を評価した。。＊６：成形材料を１７５℃，３分間の条件で、１５ｍｍ
×１５ｍｍの評価用素子を封止し、１８０℃で８時間ア
フターキュアを行った。次いでこのパッケージを８５
℃、相対湿度４０％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。＊７：成形材料を自動成形装置ＶＰＳ−８０Ｎ（ＴＯＷ
Ａ株式会社製）を用いて、１７５℃，１２０秒の条件で
連続成形を行い、成形品表面の汚れについて評価した。

【００２７】

【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、ＩＲリフロー後の温度サイクル試験においても温度
の影響を受けにくく、電極の断線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。また、成形品の表面汚れについても
長時間にわたって連続生産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） //(Ｃ０８Ｌ 63/00 31:08）Ｆターム(参考） 4J002 BF05Y CC04X CC07X CD02W CD05W CD06W CD06X DE116 DE126 DE136 DE146 DE236 DJ016 DJ036 DJ046 DJ056 DL006 FA046 FA08Y FA086 FD016 FD14X GQ05 4J036 AA01 AA02 AA05 AB07 AD01 AF01 FA02 FA03 FA05 FB06 FB07 FB08 JA07 KA05 4M109 AA01 BA01 CA21 EA02 EB03 EB06 EB07 EB08 EB09 EB12 EB13 EB16 EB19 EC01 EC03 EC04 EC05 EC20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）ノボラック
型フェノール樹脂、（Ｃ）平均粒径０．５μｍ以下の１
次粒子の非化学結合による集合体で、その集合体の平均
粒径が８０μｍ以下の球状体からなるようなジアリルフ
タレート樹脂および（Ｄ）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）平均粒径０．５μ
ｍ以下の１次粒子の非化学結合による集合体で、その集
合体の平均粒径が８０μｍ以下の球状体からなるような
ジアリルフタレート樹脂を０．１〜５．０重量％、また
前記（Ｄ）無機質充填剤を２５〜９０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。
【請求項２】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）ノボラック
型フェノール樹脂、（Ｃ）平均粒径０．５μｍ以下の１
次粒子の非化学結合による集合体で、その集合体の平均
粒径が８０μｍ以下の球状体からなるようなジアリルフ
タレート樹脂および（Ｄ）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）平均粒径０．５μｍ
以下の１次粒子の非化学結合による集合体で、その集合
体の平均粒径が８０μｍ以下の球状体からなるようなジ
アリルフタレート樹脂を０．１〜５．０重量％、また前
記（Ｄ）無機質充填剤を２５〜９０重量％の割合で含有
する封止用樹脂組成物の硬化物によって、半導体ペレッ
トが封止されてなることを特徴とする半導体封止装置。