JPH0723425B2 - 樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

樹脂封止型半導体装置

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JPH0723425B2
JPH0723425B2 JP61163877A JP16387786A JPH0723425B2 JP H0723425 B2 JPH0723425 B2 JP H0723425B2 JP 61163877 A JP61163877 A JP 61163877A JP 16387786 A JP16387786 A JP 16387786A JP H0723425 B2 JPH0723425 B2 JP H0723425B2
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epoxy resin
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章 善積
久之 平井
健 内田
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明はエポキシ樹脂組成物、特に電子部品,電気部
品,とりわけ半導体装置の封止に適したエポキシ樹脂組
成物に関する。
(従来の技術) エポキシ樹脂は、電気特性,機械特性,耐湿性などに優
れているため信頼性の高い絶縁材料として半導体装置,
電子部品,電気部品の封止や含浸などに広く用いられて
いる。
特に半導体装置の封止材料としては、従来のセラミック
や金属によるハーメチックシール方式に比べ安価で大量
生産が可能なことから、近年、樹脂による封止が半導体
パッケージングの主流となってきている。
半導体封止材料として樹脂に要求される特性は、素子上
のAl配線の腐食による断線不良に対する耐腐食性,また
チップとフレームをつなぐAuワイヤーの熱衝撃などによ
る断線不良に対する耐熱衝撃性などが主なものとして上
げられる。最近においては、半導体素子の高集積化に伴
いAl配線はさらに微細化し、またチップサイズも大型化
してきており、一方パッケージの小型化,薄肉化も急激
に進んで来ている。このような半導体封止技術の動向か
らしてフラットパッケージを表面実装する場合、260℃
の半田に5〜10秒耐える必要がある。フラットパッケー
ジは、素子上下の樹脂厚が薄く、260℃の半田に漬ける
と樹脂のクラックや耐湿性の低下が発生する。これらの
問題の対策として、樹脂の内部応力を下げることが一つ
の方法だが、普通に用いられている低応力化技術,例え
ばゴムなどの添加による変性樹脂を半導体封止用樹脂と
して用いた場合、耐湿性を低下させるという欠点があ
る。
(発明が解決しようとする問題点) 従来のエポキシ樹脂組成物は、内部応力が大きく、大型
素子を封止した場合、熱衝撃により、Auワイヤーオープ
ンや樹脂クラックなどを生じやすい。また半田浸漬など
の処理により、樹脂がフレームと容易に剥離し、不良発
生の原因となる。
本発明の目的は、このような従来のエポキシ樹脂に見ら
れる難点を改良し、低応力で、フレーム素材に対する密
着性が良好な、かつ高耐湿性のエポキシ樹脂組成物を提
供することにあり、また信頼性の高い樹脂封止型半導体
装置を提供することにある。
〔発明の構成〕
(問題点を解決するための手段) 本発明を概説すると、本発明の第1の発明は、 (a):エポキシ樹脂 (b):硬化剤としてフェノール樹脂 (c):硬化促進剤として1.8−ジアザビシクロ(5,4,
0)ウンデセン−7又はその塩 (d):エポキシ変性シリコーン化合物 (e):無機質充てん剤 を必須成分として成ることを特徴とするエポキシ樹脂組
成物に関するものであって、更に本発明の第2の発明
は、前記第1の発明に係るエポキシ樹脂組成物の硬化物
により封止されて成ることを特徴とする樹脂封止型半導
体装置に関するものである。
以下、本発明の構成について詳しく説明する。
本発明において用いるエポキシ樹脂(a)成分は通常知
られているものであり、特に限定されない。例えばビス
フェノールA型エポキシ樹脂,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な
どグリシジルエーテル型エポキシ樹脂,グリシジルエス
テル型エポキシ樹脂,グリシジルアミン型エポキシ樹
脂,線状脂肪酸エポキシ樹脂,脂環式エポキシ樹脂,複
素環型エポキシ樹脂,ハロゲン化エポキシ樹脂など一分
子中にエポキシ基を2個以上有するエポキシ樹脂が挙げ
られる。しかしてこれらエポキシ樹脂は1種もしくは2
種以上の混合系で用いてもよい。またこれらエポキシ樹
脂は塩素イオンの含有量が10ppm以下、加水分解性塩素
の含有量0.1重量%以下のものが望ましい。またエポキ
シ樹脂としてはグリシジルエーテル型エポキシ樹脂が最
も適しており、特にエポキシ当量170〜300のノボラック
型エポキシ樹脂を用いた場合に優れた特性を得ることが
できる。
本発明において用いる硬化剤としてのフェノール樹脂
(b)成分としては、フェノールノボラック樹脂,クレ
ゾールノボラック樹脂,tert−ブチルフェノールノボラ
ック樹脂,ノニルフェノールノボラック樹脂,などのノ
ボラック型フェノール樹脂,そしてレゾール型フェノー
ル樹脂,ビスフェノールAなどが挙げられる。
これらのフェノール樹脂は1種又は2種以上の混合系で
用いてもさしつかえない。しかして前記エポキシ樹脂
(a)成分とフェノール樹脂(b)成分の配合比率は、
エポキシ樹脂のエポキシ当量とフェノール樹脂のフェノ
ール性水酸基当量の当量比(エポキシ当量/OH当量)が
0.5〜1.5になるようにすることが好ましい。当量比がこ
の範囲からはずれると強度が低下してしまうので好まし
くない。
本発明において用いる硬化促進剤としての1.8−ジアゾ
ビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7(以下DBUと略す)及
びその塩(c)成分としては、フェノール塩,2−エチル
ヘキサン酸塩,オレイン酸塩,P−トルエンスルホン酸
塩,ギ酸塩などが上げられる。
本発明において特に注目すべきことは、前記DBUの使用
態様である。
DBUは、エポキシ樹脂系組成物の硬化促進剤として知ら
れているものであるが(例えば特開昭55−5929号)、ト
リフェニルホスフィン等のリン化合物系硬化促進剤に比
べ樹脂硬化物の電気的特性に劣り、特に樹脂封止型半導
体装置の封止材料として用いた場合、耐Al配線腐食試験
用素子によるバイアス−プレッシャークッカー試験の耐
湿信頼性において、不十分なものである。
しかしながら、前記DBUは後述するエポキシ変性シリコ
ーン化合物(d)成分と併用されると特異性を発現する
ものである。即ち、DBUとエポキシ変性シリコーン化合
物をフェノール硬化剤系エポキシ樹脂組成物に添加する
と、トリフェニルホスフィン硬化促進剤系エポキシ樹脂
組成物には見られないフレーム材質への高密着性を示
し、低応力でありながら、耐湿信頼性においてトリフェ
ニルホスフィン使用の半導体封止用樹脂と比べ何ら遜色
のない樹脂組成物が得られる。
これらの特性は、DBUとエポキシ変性シリコーン化合物
を併用した場合にのみ得られ、DBU単独あるいはエポキ
シ変性シリコーン化合物と他の参加促進剤を用いた場合
には、見られないものである。DBUは、常温で液体であ
り粉末樹脂,無機質充てん剤混合物に均一に分散させる
のは困難である。また、無機充てん剤に液体のまま混合
すると、充てん剤の表面への吸着をまぬがれ得ず、添加
量と触媒活性の間に齟齬が生ずる。そこで予め、硬化剤
であるフェノール樹脂にDBUを溶融混合して用いると、
取り扱い易く、かつ良好な特性の樹脂組成物が得られ
る。常温で液体であるDBUの塩についても同様の処置を
して用いることが出来る。
本発明において用いるエポキシ変性シリコーン化合物
(d)成分としては、シロキサン鎖の末端又は内部にエ
ポキシ基を有するものであればいかなる物でも良い。
例えば一般式: で示されるポリグリシドキシプロピルメチルシロキサ
ン, 一般式: で示されるポリグリシドキシプロピルメチル−ジメチル
シロキサンコポリマー, 一般式: R:ポリエーテル で示されるポリグリシドキシプロピルメチルポリエーテ
ルメチルシロキサンコポリマー, 一般式: で示されるポリ(エポキシシクロヘキシル)エチルメチ
ルシロキサン, 一般式: で示されるオリエポキシシクロヘキシルエチルメチル−
ジメチルシロキサンコポリマーなどが上げられる。
これらのエポキシ変性シリコーン化合物は、他の樹脂の
組成物中に直接添加しても、あるいはエポキシ樹脂又は
フェノール樹脂に予め溶融混合して用いてもかまわな
い。これらエポキシ変性シリコーン化合物は1種もしく
は2種以上を混合で用いてもさしつかえない。エポキシ
変性シリコーン化合物の好ましい添加量は全樹脂組成物
重量に対し、0.05〜5重量%であり、これ以上の添加は
成形性の低下をまねくので好ましくない。
本発明において用いる無機質充てん剤(e)成分として
は、例えば溶融シリカ粉末,結晶性シリカ粉末,ガラス
繊維,タルク,アルミナ粉,ケイ酸カルシウム粉,炭酸
カルシウム粉,硫酸バリウム粉,マグネシア粉など挙げ
られ、これらの中で溶融ガラス粉や結晶性シリカ粉が最
も好ましい。これらの無機質充てん剤は、1種もしくは
2種以上の混合系で用いてさしつかえない。
本発明に係る前記(a)成分〜(e)成分を必須成分と
するエポキシ樹脂組成物は、必要に応じて、他の添加成
分、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,エステル類もしくはパラフィ
ン類などの離型剤,塩素化パラフィン,ブロムトルエ
ン,ヘキサブロムベンゼン,三酸化アンチモンなどの難
燃剤,カーボンブラックなどの着色剤,シランカップリ
ング剤などを適宜添加してもさしつかえない。
本発明になるエポキシ樹脂組成物は、例えばミキサーに
よって充分混合後、さらに熱ロールによる溶融混合処理
又はニーダーなどによる混合処理を加えることにより均
一に混合された後、コンプレッション,トランスファー
又はインジェクション成形に供される。
本発明になる樹脂封止型半導体装置は、前記したエポキ
シ樹脂組成物を用いて半導体装置を封止することにより
容易に製造することができる。封止法の最も一般的な方
法は低圧トランスファ成形法があるが、インジェクショ
ン成形,圧縮成形,注型などによる封止法も適用できる
ことはいうまでもないことである。
封止用エポキシ樹脂組成物による封止に際して、加熱硬
化により、最終的にはこの組成物の硬化物によって封止
された樹脂封止型半導体装置を得ることができる。硬化
に際しては150℃以上に加熱することが特に望ましい。
本発明でいう半導体装置とは集積回路,大規模集積回
路,トランジスタ,サイリスタ,ダイオードなどであっ
て、特にこれらに限定されるものではない。
(実施例) 以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、
本発明の技術的思想を逸脱しない限り、本発明はこれら
実施例に何等限定されるものではない。
実施例1〜3 エポキシ当量200のクレゾールノボラック型エポキシ樹
脂(A),分子量700のェノールノボラック樹脂(B),
DBU,ポリ(エポキシシクロヘキシル)エチルメチル−ジ
メチルシクロキサンコポリマー(一般式Si(CH3 20
xSi(CH3)(CH2CH2C6H100)−Oy,x/y=20,分
子量35000以後PECSiと略記する)、ポリ(グリシリドキ
シ)プロピルメチル−ジメチルシロキサンコポリマー
(一般式 x/y=40,分子量45000以後PGSiと略記する)、溶融シリ
カ(C),シランカップリング(D),カルナバワック
ス(E)を第1表に示される配合割合(重量部)にてミ
キサーで混合後、ロールで混練し冷却後粉砕してエポキ
シ樹脂系成形材料とした。DBUは、フェノール樹脂中に
予め溶融混合したものを用いた。
実施例4 実施例1に示した各配合成分を第1表に示した割合で混
合する際、エポキシ樹脂成分とPECSi成分を予め溶融混
合したものを用いた。以後実施例1〜3と同様の操作を
行い成形材料を得た。
実施例5 実施例1に示した各配合成分を第1表に示した割合で混
合する際、フェノール樹脂成分とPECSi成分を予め溶融
混合したものを用いた。以後実施例1〜3と同様の操作
を行い成形材料を得た。
比較例1〜3 エポキシ当量200のクレゾールノボラック型エポキシ樹
脂,分子量700のフェノールノボラック樹脂,DBU,TPP
(トリフェニルホスフィン),PECSi,ポリジメチルシロ
キサンを第1表に示した割合で配合し、実施例と同様の
操作により比較対照用の成形材料を得た。
上記の各種エポキシ樹脂組成物を用い、180℃3時間の
トランスファ成形条件で試験片をつくり、堆積抵抗率、
曲げ強さ、曲げ弾性率の測定を行った。また上記各種の
エポキシ樹脂組成物を半導体フレーム用材料である鉄ニ
ッケル合金(Ni42%)板上に成形し、板に水平法きに力
を加え、樹脂がはがれる時の荷重を測定し、フレーム対
する密着性を調べた。結果を第2表に示す。
さらに実施例及び比較例の各種エポキシ樹脂成分材料
で、180℃×3分間の条件で、耐湿性試験用の半導体装
置(アルミニウム配線腐食チェック用のテスト素子)を
封止し、得られた耐湿性試験用半導体装置を125℃の高
温高圧水蒸気下で15V印加して耐湿性試験を行った(B
−PCT)。結果を第3表に示す。
次に耐半田浸漬性をテストした。実施例ならびに比較例
の各種エポキシ樹脂成形材料で上記と同様、アルミニム
配線腐食チェック用の耐式性試験用素子を厚さ2mmのフ
ラットパッケージに175℃×3時間の条件で成形した
後、180℃×4Hrアフターキュアした。次に85℃×85%R
H,72Hrの吸湿処理を行った試験用半導体装置を260℃の
半田槽に5秒間浸漬し、その後127℃の高温高圧水蒸気
下での耐湿性試験に供し、不良発生を調べた。結果を第
4表に示す。
第2表〜第4表に示される如く、本発明のエポキシ樹脂
組成物は、従来のエポキシ樹脂組成物に比べ、フレーム
材料への密着性が良く、かつ低弾性化されており、信頼
性の高い低応力化高密着性樹脂として、電子部品,電気
部品の封止及び含浸などに適していることが判る。
また本発明のエポキシ樹脂組成物は樹脂封止型半導体装
置に適用されるもので、高い耐湿信頼性を有し、フレー
ム−樹脂の密着性が良いことから特に半田浸漬用のフラ
ットパッケージ等に適していることが判る。
〔発明の効果〕 本発明になるエポキシ樹脂組成物は、耐湿信頼性,低い
内部応力,及びフレーム基材への高い密着性などの特性
に優れ、電子部品,電気部品の封止及び含浸などに、ま
た樹脂封止型半導体装置に有利に適用されるものであ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 23/31 (72)発明者 内田 健 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−12724(JP,A) 特開 昭60−69131(JP,A) 特開 昭60−124617(JP,A) 特開 昭63−46216(JP,A)

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a):エポキシ樹脂 (b):硬化剤としてのフェノール樹脂 (c):硬化促進剤としての1.8−ジアザビシクロ(5,
    4,0)ウンデセン−7又はその塩 (d):エポキシ変性シリコーン化合物 (e):無機質充填剤 を必須成分とするエポキシ樹脂組成物の硬化物によって
    半導体装置が封止されていることを特徴とする樹脂封止
    型半導体装置。
  2. 【請求項2】エポキシ樹脂のエポキシ当量とフェノール
    樹脂のOH当量の当量比(エポキシ当量/CH当量)が、0.5
    〜1.5の範囲内にある特許請求の範囲第1項記載の樹脂
    封止型半導体装置。
  3. 【請求項3】硬化促進剤である1.8−ジアザビシクロ
    (5,4,0)ウンデセン−7又はその塩が、予めフェノー
    ル樹脂に溶融混合されたものである特許請求の範囲第1
    項記載の樹脂封止型半導体装置。
  4. 【請求項4】エポキシ変性シリコーン化合物成分が、脂
    環式エポキシ基を有するジメチルシロキサン誘導体であ
    る特許請求の範囲第1項記載の樹脂封止型半導体装置。
  5. 【請求項5】エポキシ変性シリコーン化合物が、全樹脂
    組成物の0.05〜5重量%の範囲内にある特許請求の範囲
    第1項記載の樹脂封止型半導体装置。
  6. 【請求項6】エポキシ変性シリコーン化合物が、予めエ
    ポキシ樹脂又は硬化剤であるフェノール樹脂に溶融混合
    されたものである特許請求の範囲第1項記載の樹脂封止
    型半導体装置。
  7. 【請求項7】エポキシ樹脂組成物の無機質充填剤の主成
    分が、溶融シリカ及び結晶性シリカから選ばれる1種又
    は2種の複合系である特許請求の範囲第1項記載の樹脂
    封止型半導体装置。
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