JP2001192535A

JP2001192535A - 封止用樹脂組成物および半導体封止装置

Info

Publication number: JP2001192535A
Application number: JP2000002224A
Authority: JP
Inventors: Masaru Doi; 優土井
Original assignee: Toshiba Chemical Corp
Current assignee: Kyocera Chemical Corp
Priority date: 2000-01-11
Filing date: 2000-01-11
Publication date: 2001-07-17

Abstract

(57)【要約】【課題】特にハロゲン（塩素、臭素）化合物および酸
化アンチモンを含有しない、難燃性、成形性（連続生産
性）、耐湿性および信頼性のよい、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）フェノール樹
脂、（Ｃ）ホスファゼン化合物と（Ｄ）塩基性炭酸マグ
ネシウムとの難燃組合せおよび（Ｅ）無機充填剤を必須
成分とし、樹脂組成物全体に対して、前記（Ｃ）ホスフ
ァゼン化合物を０．１〜５重量％、好ましくは０．５〜
２重量％、また前記（Ｄ）塩基性炭酸マグネシウムを１
〜１０重量％、（Ｅ）無機充填剤を４０〜９５重量％の
割合で含有してなる封止用樹脂組成物である。また、こ
の封止用樹脂組成物の硬化物によって半導体チップを封
止し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、ハロゲン（塩素、
臭素）化合物および金属酸化物を添加することなしに優
れた難燃性を有し、また、成形性、耐湿性および信頼性
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】半導体装置では、その封止樹脂に難燃性
をもたせることが一般的であり、難燃の処方として、ハ
ロゲン（塩素、臭素）化合物および金属酸化物を単独も
しくは併用することで難燃効果を現している。具体的に
は、臭素化エポキシ樹脂と三酸化アンチモンの組合せが
一般的である。しかし、封止用樹脂組成物の難燃効果を
現すために添加されるハロゲン（塩素、臭素）化合物、
特に臭素化エポキシ樹脂およびその難燃効果を助けるた
めに添加されている金属酸化物、特に三酸化アンチモン
は、半導体装置の信頼性を低下させるという欠点があっ
た。そればかりか、最近では環境への悪影響も指摘され
始めている。

【０００３】このため、成形性、耐湿性、信頼性に優れ
た、ハロゲン（塩素、臭素）化合物および金属酸化物を
含有しない封止用の樹脂組成物の開発が強く要望されて
おり、その代替材として、リン系難燃剤の検討が広く進
められている。しかし、リン系難燃剤の多くはリン酸エ
ステル系のものが多く、難燃効果が得られても、加水分
解によって発生するリン酸が、半導体封止装置の耐湿信
頼性を低下させる原因となって、十分な信頼性を確保す
ることができないという欠点があった。このため、成形
性、耐湿性および信頼性に優れたハロゲン（塩素、臭
素）化合物および酸化アンチモンを含有しない封止用樹
脂組成物の開発が強く要望されてきた。

【０００４】また、本発明で使用するホスファゼン化合
物も反応系のものを除けば反応に関与しない有機物であ
るため、成形封止の連続生産性等に問題が生じ、添加量
が制限されるという問題があり、封止樹脂組成物に単独
で難燃効果を与えるには、無機充填剤の含有量がある程
度以上必要になるため、封止樹脂組成物全般に使用でき
ないのが現状であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記欠点を
解消し、上記要望に応えるためになされたもので、ハロ
ゲン（塩素、臭素）化合物および酸化アンチモンを含有
しないで、新規なリン−窒素系難燃剤と塩基性炭酸マグ
ネシウムの適当な組合せの配合により、十分な難燃性を
付与しつつ、成形性（連続生産性）、耐湿性および信頼
性のよい、封止用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。

【０００６】

【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、樹脂組成物に、
ホスファゼン化合物と塩基性炭酸マグネシウムとを適当
に組合せるという新規な配合によって、十分な難燃性、
成形性（連続生産性）とともに耐湿性と信頼性が向上
し、上記目的が達成されることを見いだし、本発明を完
成させたものである。

【０００７】即ち、本発明は、（Ａ）エポキシ樹脂、
（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）ホスファゼン化合物、
（Ｄ）塩基性炭酸マグネシウムおよび（Ｅ）無機充填剤
を必須成分とし、樹脂組成物全体に対して、前記（Ｃ）
ホスファゼン化合物を０．１〜５重量％、前記（Ｄ）塩
基性炭酸マグネシウムを１〜１０重量％、そして前記
（Ｅ）無機充填剤を４０〜９５重量％の割合でそれぞれ
含有してなることを特徴とする封止用樹脂組成物であ
る。また、この封止用樹脂組成物の硬化物によって、半
導体チップを封止してなることを特徴とする半導体封止
装置である。

【０００８】以下、本発明を詳細に説明する。

【０００９】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、分子構造および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るものを広く包
含することができる。例えば、ビフェニル型、ビスフェ
ノール型の芳香族系、またはシクロヘキサン誘導体等脂
肪族系のエポキシ樹脂、また、次の一般式で示されるよ
うなエポキシ樹脂が挙げられる。

【００１０】

【化１】（但し、式中、Ｒ¹、Ｒ²は水素原子あるいはアルキル
基を、ｎは１以上の整数をそれぞれ表す）これらのエポキシ樹脂は、単独もしくは２種類以上混合
して用いることができる。

【００１１】本発明に用いる（Ｂ）フェノール樹脂とし
ては、前記（Ａ）のエポキシ樹脂と反応し得るフェノー
ル性水酸基を２個以上有するものであれば、特に制限す
るものではない。具体的なものとしては、例えば、次の
各式に示されるものがある。

【００１２】

【化２】（但し、式中、Ｒ³は水素原子あるいはアルキル基を、
ｎは０または１以上の整数をそれぞれ表す）

【化３】（但し、式中、ｎは０または１以上の整数を表す）等が
挙げられ、これらの樹脂は、単独もしくは２種類以上混
合して用いることができる。

【００１３】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）の値が
０．１〜１０の範囲内であることが望ましい。当量比が
０．１未満あるいは１０を超えると、耐湿性、耐熱性、
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。

【００１４】本発明に用いる（Ｃ）のホスファゼン化合
物は、次の構造式に示されるものである。

【００１５】

【化４】（但し、式中、Ｒ³は、アルコキシ基、フェノキシ基、
アミノ基、アリル基などの有機基を、またｎは１以上の
整数を示す）これらホスファゼン化合物は、単独もしくは２種類以上
混合して用いることができる。ホスファゼン化合物の具
体的な化合物としては、例えば、

【化５】（但し、式中、ｎは３〜４の数を表す）

【化６】（但し、式中、ｎは３〜１０の数を表す）が挙げられる
が、耐熱性の面から特に化５に示されるホスファゼン化
合物が好ましい。

【００１６】ホスファゼン化合物の配合割合は、全体の
樹脂組成物に対して０．１〜５重量％、好ましくは０．
５〜２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、難燃性の効果が十分に得られず、ま
た５重量％を超えると封止樹脂の硬化物表面に滲み出す
ほか、硬化物の特性に悪影響を与え、実用に適さず好ま
しくない。

【００１７】本発明に用いる（Ｄ）の塩基性炭酸マグネ
シウムは、次の一般式に示されるものである。

【００１８】

【化７】３ＭｇＣＯ₃Ｍｇ（ＯＨ）₂・３Ｈ₂Ｏその配合割合は、全体の樹脂組成物に対して１〜１０重
量％含有することが望ましい。この割合が１重量％未満
では、難燃性の効果が十分に得られず、また、１０重量
％を超えても封止樹脂の難燃効果が向上しないため上記
含有量が適当である。

【００１９】本発明に用いる（Ｅ）の無機充填剤として
は、シリカ粉末、アルミナ粉末、タルク、酸化チタンお
よびガラス繊維等が挙げられ、これらは、単独もしくは
２種類以上混合して用いることができる。これらのなか
でも特にシリカ粉末やアルミナ粉末が好ましく、これら
はよく使用される。無機充填剤の配合割合は、全体の樹
脂組成物に対して４０〜９５重量％の割合で含有するこ
とが望ましい。その割合が４０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、かさばりが大き
くなり成形性に劣り実用に適さない。

【００２０】本発明の封止用樹脂組成物は、前述したエ
ポキシ樹脂、フェノール樹脂、ホスファゼン化合物、塩
基性炭酸マグネシウムおよび無機充填剤を主成分とする
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
鎖脂肪族の金属塩、酸アミド類、エステル類、パラフィ
ン系等の離型剤、エラストマー等の低応力化成分、カー
ボンブラック等の着色剤、シランカップリング剤等の無
機充填剤の処理剤、種々の硬化促進剤などを適宜、添加
配合することができる。

【００２１】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、フェノール樹脂、ホスファゼン化合物、塩基
性炭酸マグネシウム、無機充填剤、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、半導体封止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。

【００２２】本発明の半導体装置は、上記のようにして
得られた封止用樹脂を用いて、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。封止の最も一
般的な方法としては、低圧トランスファー成形方がある
が、射出成形、圧縮成形および注型などによる封止も可
能である。封止用樹脂組成物を封止の際に加熱して硬化
させ、最終的にはこの組成物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、１５
０℃以上に加熱して硬化させることが望ましい。封止を
行う半導体装置としては、例えば、集積回路、大規模集
積回路、トランジスタ、サイリスタおよびダイオード等
で特に限定されるものではない。

【００２３】

【作用】本発明の封止用樹脂組成物および半導体封止装
置は、樹脂成分としてホスファゼン化合物と塩基性炭酸
マグネシウムを用いたことにより、目的とする特性が得
られるものである。即ち、ホスファゼン化合物と塩基性
炭酸マグネシウムを所定量組合せて配合することによ
り、十分な成形性を保ちながら、樹脂組成物の優れた難
燃性を付与し、その化合物の安定性から半導体装置にお
いて耐湿性および信頼性を向上させることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】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。

【００２５】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
００）１６％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノ
ール当量１０５）１０％、前記の化５に示すホスファゼ
ン化合物２％、塩基性炭酸マグネシウム６％、溶融シリ
カ粉末６５％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、さらに９０〜９５℃で混練してこれ
を冷却粉砕して成形材料を製造した。

【００２６】この成形材料を１７５℃に加熱した金型内
にトランスファー注入し、硬化させて成形品（封止品）
を成形した。この成形品について燃焼性および耐湿性、
連続生産性の試験を行った。その結果を表１に示す。

【００２７】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
００）１２％に、ノボラック型フェノールアラルキル樹
脂（フェノール当量１７５）１２％、前記の化５に示す
ホスファゼン化合物１．５％、塩基性炭酸マグネシウム
５％、溶融シリカ粉末６８．５％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、さらに９０〜９
５℃で混練してこれを冷却粉砕して成形材料を製造し
た。

【００２８】この成形材料について、実施例１における
と同様に、成形品を得るとともに各種試験をした。その
結果を表１に示す。

【００２９】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
００）１１％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノ
ール当量１０５）６％、前記の化５に示すホスファゼン
化合物１％、塩基性炭酸マグネシウム６％、溶融シリカ
粉末７５％およびエステル系ワックス類０．２％を配合
し常温で混合し、さらに９０〜９５℃で混練してこれを
冷却粉砕して成形材料を製造した。

【００３０】この成形材料について、実施例１における
と同様に、成形品を得るとともに各種試験をした。その
結果を表１に示す。

【００３１】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
００）１４％に、臭素化エポキシ樹脂（エポキシ当量２
７０）３％、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール
当量１０５）９％、溶融シリカ粉末７０％、三酸化アン
チモン１％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、さらに９０〜９５℃で混練してこれを
冷却粉砕して成形材料を作成した。

【００３２】この成形材料について、実施例１における
と同様に、成形品を得るとともに各種試験をした。その
結果を表２に示す。

【００３３】比較例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
００）１５％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノ
ール当量１０５）９％、ポリリン酸エステル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、さらに９０〜９５℃で混練して
これを冷却粉砕して成形材料を作成した。

【００３４】この成形材料について、実施例１における
と同様に、成形品を得るとともに各種試験をした。その
結果を表２に示す。

【００３５】比較例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
００）１７％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノ
ール当量１０５）１０％、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、
さらに９０〜９５℃で混練してこれを冷却粉砕して成形
材料を作成した。

【００３６】この成形材料について、実施例１における
と同様に、成形品を得るとともに各種試験をした。その
結果を表２に示す。

【００３７】比較例４クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２
００）１５％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノ
ール当量１０５）９％、前記の化５に示すホスファゼン
化合物５％、溶融シリカ粉末７０％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、さらに９０〜
９５℃で混練してこれを冷却粉砕して成形材料を作成し
た。

【００３８】この成形材料について、実施例１における
と同様に、成形品を得るとともに各種試験をした。その
結果を表２に示す。

【００３９】

【表１】１：トランスファー成形によって１２０×１２×３．２
ｍｍの成形品をつくり、１７５℃、８時間放置した後、
ＵＬ−９４Ｖ耐炎性試験規格に基づき燃焼性の試験を行
った。

【００４０】＊２：成形材料を用いて２本のアルミ配線
を有するシリコン製チップ（テスト素子）を銅フレーム
に接着し、１７５℃で２分間トランスファー成形して、
ＴＯ−９２の成形品をつくり、１７５℃において４時間
後硬化させた後、２６０℃の半田浸漬後、１２７℃、
２．５気圧の飽和水蒸気中においてＰＣＴを行い、アル
ミニウムの腐食による断線を不良として評価した。

【００４１】＊３：成形条件１７５℃×９０ｓのトラン
スファー成形によってＤＩＰ−１４の連続生産性の評価
を行い、パッケージの外観不良発生までのショット数を
カウントした。

【００４２】

【表２】＊１：トランスファー成形によって１２０×１２×３．
２ｍｍの成形品をつくり、１７５℃、８時間放置した
後、ＵＬ−９４Ｖ耐炎性試験規格に基づき燃焼性の試験
を行った。

【００４３】＊２：成形材料を用いて２本のアルミ配線
を有するシリコン製チップ（テスト素子）を銅フレーム
に接着し、１７５℃で２分間トランスファー成形して、
ＴＯ−９２の成形品をつくり、１７５℃において４時間
後硬化させた後、２６０℃の半田浸漬後、１２７℃、
２．５気圧の飽和水蒸気中においてＰＣＴを行い、アル
ミニウムの腐食による断線を不良として評価した。

【００４４】＊３：成形条件１７５℃×９０ｓのトラン
スファー成形によってＤＩＰ−１４の連続生産性の評価
を行い、パッケージの外観不良発生までのショット数を
カウントした。

【００４５】

【発明の効果】以上の説明および表１および表２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、難燃性に優れているにもかかわらず、連続
生産性を低下させることなしに耐湿信頼性に優れ、その
結果、電極の腐食による断線不良を著しく低減すること
ができ、長期にわたる信頼性を保証することができた。

───────────────────────────────────────────────────── 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 85/02 Ｃ０８Ｌ 85/02 Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31 Ｆターム(参考） 4J002 CC04X CD01W CD02W CD03W CD05W CD06W CE00X CQ013 DE138 DE148 DE267 DJ018 DJ048 DL008 EW156 FA048 FD018 FD133 FD136 FD137 GJ02 GQ05 4J036 AA01 AA02 AB07 AD07 AD08 AE05 AF01 AF06 FA02 FA04 FA05 FA12 FB06 FB07 FB08 JA07 4M109 AA01 EA02 EB03 EB07 EB12 EC20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール
樹脂、（Ｃ）ホスファゼン化合物、（Ｄ）塩基性炭酸マ
グネシウムおよび（Ｅ）無機充填剤を必須成分とし、樹
脂組成物全体に対して、前記（Ｃ）ホスファゼン化合物
を０．１〜５重量％、前記（Ｄ）塩基性炭酸マグネシウ
ムを１〜１０重量％、そして前記（Ｅ）無機充填剤を４
０〜９５重量％の割合でそれぞれ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）フェノール
樹脂、（Ｃ）ホスファゼン化合物、（Ｄ）塩基性炭酸マ
グネシウムおよび（Ｅ）無機充填剤を必須成分とし、樹
脂組成物全体に対して、前記（Ｃ）ホスファゼン化合物
を０．１〜５重量％、前記（Ｄ）塩基性炭酸マグネシウ
ムを１〜１０重量％、そして前記（Ｅ）無機充填剤を４
０〜９５重量％の割合でそれぞれ含有する封止用樹脂組
成物の硬化物によって、半導体チップを封止してなるこ
とを特徴とする半導体封止装置。