JPH0925330A - 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】 【構成】 本発明は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）ポリ
エチレン系ワックスとエステル系ワックスとを予め予備
分散させたシクロペンタジエン・フェノール重合体、
（Ｃ）無機質充填剤および（Ｄ）硬化促進剤を必須成分
とし、樹脂組成物に対して（Ｃ）無機質充填剤を25〜90
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、このエポキシ樹脂組成物の硬化物によって、
半導体チップを封止した半導体封止装置である。 【効果】 本発明によれば、連続成形後の金型汚れもな
く、良好な金型剥離性を示し、一方耐湿性、半田耐熱
性、成形性に優れ、また半導体封止装置の吸湿による影
響、電極の腐蝕による断線や水分によるリーク電流の発
生等を著しく低減させ、信頼性を保証することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半田耐熱性、金型離型
性に優れるとともに金型汚れのない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けを行っていたが、最近では
半導体装置全体を200 ℃以上に加熱した半田浴に浸漬し
て、一度に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、装置全体の半田浴浸漬を行うと耐
湿性が低下するという欠点があった。特に吸湿した半導
体装置を半田浴に浸漬すると、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
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。

【０００４】こうしたことから樹脂組成物全体の低吸湿
化を図るため、シクロペンタジエン・フェノール樹脂等
の疎水性かつ可とう性のフェノール樹脂硬化剤を導入す
る試みが行われているが、従来のノボラック型フェノー
ル樹脂を硬化剤とした場合に比較して、成形性、金型離
型性が劣るという欠点があった。また、金型離型性を改
善するためそれ自身耐熱性のあるポリエチレン系ワック
スを少量配合すると、金型離型性が大きく改善されるも
のの、ポリエチレン系ワックスが本来エポキシ樹脂やフ
ェノール樹脂と非相溶であるため、それが金型に徐々に
堆積し金型汚れとなる欠点があった。

【０００５】本発明は、上記の欠点を解消するためにな
されたもので、耐熱性がたかく、吸湿の影響が少なく、
特に半導体装置全体の半田浴浸漬をしても耐湿劣化が少
なく、半田耐熱性、金型離型性に優れ、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、金型汚れがなく、成形性
のよい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。

【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、予めポリエチレ
ン系ワックスとエステル系ワックスとを予備分散させた
特定のフェノール樹脂を用いることによって、上記の目
的を達成できる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。

【０００７】即ち、本発明は、 （Ａ）エポキシ樹脂、 （Ｂ）ポリエチレン系ワックスとエステル系ワックスと
を予め予備分散させた次式で示されるシクロペンタジエ
ン・フェノール重合体、

【０００８】

【化３】 （但し、式中n は 0又は 1以上の整数を表す） （Ｃ）無機質充填剤および （Ｄ）硬化促進剤 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25〜90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。

【０００９】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１０】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
合物であるかぎり、分子量、構造式等に特に制限される
ことはなく、一般封止材料として用いられているものを
広く使用することができる。例えばビスフェノール系エ
ポキシ樹脂、エピビス系エポキシ樹脂、ビフェニル系エ
ポキシ樹脂、ノボラック系エポキシ樹脂等が挙げられ、
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。

【００１１】本発明に用いる（Ｂ）シクロペンタジエン
・フェノール重合体としては、前述した化３で示される
ものが使用される。このシクロペンタジエン・フェノー
ル重合体はポリエチレン系ワックスとエステル系ワック
スとを予め予備分散させたものである。予め予備分散さ
せるポリエチレン系ワックスとしては、分子内にカルボ
キシ基を有する直鎖形或いは分岐形のポリエチレンワッ
クスが挙げられ、これらは単独又は混合して使用され
る。また、エステル系ワックスとしては、カルナバワッ
クス（主成分セロチン酸ミリシル）など天然の或いはモ
ンタン酸ワックスなど合成のエステルワックスが挙げら
れ、これらは単独又は混合して使用される。ここで最も
重要なことは、ポリエチレン系ワックスとエステル系ワ
ックスとを併用し、かつ予備分散させておくことであ
る。予備分散はシクロペンタジエン・フェノール重合体
を、 120〜150 ℃に溶融させてポリエチレン系ワックス
とエステル系ワックスとを分散させる。分散の方法につ
いては特に制限されるものではない。このシクロペンタ
ジエン・フェノール重合体の他に、本発明の目的に反し
ない範囲において、フェノールノボラック樹脂、フェノ
ールアラルキル樹脂、その他のフェノール性水酸基を分
子内に 2個以上有する樹脂を併用することができる。

【００１２】本発明に用いる（Ｃ）無機質充填剤として
は、一般に使用されているものが広く使用されるが、そ
の中でも不純物濃度が低いものがが好ましく使用され
る。具体的なものとしては例えば、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％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90重量％を超えると極端に
流動性が悪くなり、成形性に劣り好ましくない。

【００１３】本発明に用いる（Ｄ）硬化促進剤として、
リン系硬化促進剤、イミダゾール系硬化促進剤、ＤＢＵ
系硬化促進剤、その他の硬化促進剤等を広く使用するこ
とができる。これらは単独又は 2種以上併用することが
できる。硬化促進剤の配合割合は、全体の樹脂組成物に
対して 0.01 〜5 重量％含有するように配合することが
望ましい。その割合が 0.01 重量％未満では樹脂組成物
のゲルタイムが長く、硬化特性も悪くなり、また、5 重
量％を超えると極端に流動性が悪くなって成形性に劣
り、さらに電気特性も悪くなり耐湿性に劣り好ましくな
い。

【００１４】本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ
樹脂、ワックス予備分散シクロペンタジエン・フェノー
ル重合体、無機質充填剤および硬化促進剤を必須成分と
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、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にの
難燃剤、カーボンブラック、ベンガラ等の着色剤を適宜
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、エポキシ樹脂、ワッ
クス予備分散シクロペンタジエンフェノール重合体、無
機質充填剤および硬化促進剤その他の成分を配合し、ミ
キサー等によって十分均一に混合する。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 ℃以上に
加熱して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、ポリエチレン系ワックスとエステル系ワックス
とを予め予備分散させたシクロペンタジエン・フェノー
ル重合体を用いることによって、樹脂組成物を低吸湿化
し、機械的特性と低応力性を向上させ、半田浴浸漬、半
田リフロー後の樹脂クラックの発生をなくし、金型汚れ
を低減し良好な金型離型性を得ることができたものであ
る。

【００１８】

【実施例】次に本発明を実施例によって説明するが、本
発明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。 ［ワックス類の予備分散］前述した化３で示したシクロ
ペンタジエン・フェノール重合体 8.4％に、直鎖型酸化
ポリエチレンワックス（酸価20，分子量 9000 ）を 0.1
5 ％、カルナバワックス 0.25 ％を120 ℃の温度で30分
間、溶融混合して、ワックス類の予備分散をさせたシク
ロペンタジエン・フェノール重合体［予備分散フェノー
ル樹脂］を調製した。

【００１９】実施例 o-クレゾールノボラックエポキシ樹脂 9.3％、テトラブ
ロモビスフェノールＡ型エポキシ樹脂 1.0％、予備分散
フェノール樹脂 8.8％、溶融シリカ粉末（最大粒径 100
μm 以下）78％、トリフェニルホスフィン 0.2％、シラ
ンカップリング剤0.4 ％、カーボンブラック 0.3％、三
酸化アンチモン 2.0％を常温で混合し、さらに90〜100
℃で混練冷却した後、粉砕して成形材料（Ａ）を製造し
た。

【００２０】比較例１ o-クレゾールノボラックエポキシ樹脂 9.3％、テトラブ
ロモビスフェノールＡ型エポキシ樹脂 1.0％、シクロペ
ンタジエン・フェノール重合体 8.4％、直鎖型酸化ポリ
エチレンワックス（酸価20，分子量 9000 ） 0.15 ％、
カルナバワックス 0.25 ％、溶融シリカ粉末78％、トリ
フェニルホスフィン 0.2％、シランカップリング剤0.4
％、カーボンブラック 0.3％、三酸化アンチモン 2.0％
を常温で混合し、さらに90〜100 ℃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２ o-クレゾールノボラックエポキシ樹脂 9.3％、テトラブ
ロモビスフェノールＡ型エポキシ樹脂 1.0％、シクロペ
ンタジエン・フェノール重合体 8.4％、カルナバワック
ス 0.4％、溶融シリカ粉末78％、トリフェニルホスフィ
ン 0.2％、シランカップリング剤0.4 ％、カーボンブラ
ック 0.3％、三酸化アンチモン 2.0％を常温で混合し、
さらに90〜100 ℃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３ o-クレゾールノボラックエポキシ樹脂11.4％、テトラブ
ロモビスフェノールＡ型エポキシ樹脂 1.0％、ノボラッ
ク型フェノール樹脂 6.3％、カルナバワックス0.4％、
溶融シリカ粉末78％、トリフェニルホスフィン 0.2％、
シランカップリング剤0.4 ％、カーボンブラック 0.3
％、三酸化アンチモン 2.0％を常温で混合し、さらに90
〜100 ℃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）
を用いて170 ℃に加熱した金型内にトランスファー注
入、半導体チップを封止し硬化させて半導体封止装置を
製造した。これらの半導体封止装置について、諸試験を
行ったのでその結果を表１に示したが、本発明のエポキ
シ樹脂組成物および半導体封止装置は、諸特性に優れて
おり、本発明の顕著な効果を確認することができた。

【００２４】

【表１】 ＊1 ：図１（ａ）に示した 3個のダイ部分１、２、３か
らなる試験用金型により成形品４を成形し、図１（ｂ）
のようにその成形直後に型板２から成形品４がとれる時
の荷重を測定し、小さい荷重を○、大きい荷重を×とし
た。 ＊2 ：ＤＩＰ16PIN （鏡面）を 2000 ショット連続成形
した後に金型汚れのないものを○、少し汚れているもの
を△、汚れのひどいものを×とした。 ＊3 ：図２（ａ）に示した 3個のダイ部分１、２、３か
らなる試験用金型により、下部に銅フレーム５を密着さ
せた成形品４の試験片を成形し、図２（ｂ）のようにそ
の成形品４がフレーム５から剥がれる時の剪断方向の荷
重を測定し、大きい荷重を○、中程度の荷重を△、小さ
い荷重を×とした。 ＊4 ： 5.3× 5.3mmの半導体チップをＶＱＦＰ（12×12
× 1.4mm）パッケージに納め、成形材料を用いて175
℃，2 分間トランスファー成形した後、175 ℃，8時間
の後硬化を行った。こうして得た半導体封止装置を85
℃，85％，48時間の吸湿処理をし、これをエアーリフロ
ーマシン（Ｍax 240℃）に通し、外部および内部クラッ
クの有無を調査した。

【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、吸湿による影響が少なく、半田浴浸漬後においても
耐湿性、半田耐熱性に優れ、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。また、連続成形後の金型汚れもなく、良好な金型
剥離性を示した。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は本発明のエポキシ樹脂組成物の金
型剥離性を試験する金型の模式断面図、図１（ｂ）は剥
離性評価方法を説明する型板斜視図である。

【図２】図２（ａ）は本発明のエポキシ樹脂組成物のフ
レーム密着力を試験する金型の模式断面図、図２（ｂ）
は密着力評価方法を説明する試験片斜視図である。

【符号の説明】

１，２，３ 金型 ４ 成形品 ５ 銅フレーム

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）エポキシ樹脂、 （Ｂ）ポリエチレン系ワックスとエステル系ワックスと
   を予め予備分散させた次式で示されるシクロペンタジエ
   ン・フェノール重合体、 【化１】 （但し、式中n は 0又は 1以上の整数を表す） （Ｃ）無機質充填剤および （Ｄ）硬化促進剤 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25〜90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）エポキシ樹脂、 （Ｂ）ポリエチレン系ワックスとエステル系ワックスと
   を予め予備分散させた次式で示されるシクロペンタジエ
   ン・フェノール重合体、 【化２】 （但し、式中n は 0又は 1以上の整数を表す） （Ｃ）無機質充填剤および （Ｄ）硬化促進剤 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25〜90重量％の割合で含有したエポキ
   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。