JPH0940748A

JPH0940748A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物

Info

Publication number: JPH0940748A
Application number: JP19468395A
Authority: JP
Inventors: Shigeyuki Maeda; 重之前田; Naoki Mogi; 直樹茂木
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 1995-07-31
Filing date: 1995-07-31
Publication date: 1997-02-10

Abstract

(57)【要約】【構成】式（１）のエポキシ樹脂を総エポキシ樹脂量
に対して３０〜１００重量部含むエポキシ樹脂と、フェ
ノール樹脂硬化剤、無機充填材及び硬化促進剤からなる
半導体封止用エポキシ樹脂組成物。【化１】【効果】実装時における半導体パッケージの耐半田ス
トレス性に優れ、且つ耐湿性に優れたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイスの表面
実装化における、耐半田ストレス性に優れた半導体封止
用エポキシ樹脂組成物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ダイオード、トランジスタ、集積
回路などの電子部品を熱硬化性樹脂で封止しているが、
特に集積回路では、耐熱性、耐湿性に優れたオルソクレ
ゾールノボラック型エポキシ樹脂をフェノールノボラッ
ク樹脂で硬化させ、充填材として溶融シリカ、結晶シリ
カ等の無機充填材を配合したエポキシ樹脂組成物が用い
られている。ところが近年、集積回路の高集積化に伴い
チップがだんだん大型化し、かつパッケージは従来のＤ
ＩＰタイプから表面実装化された小型、薄型のＱＦＰ、
ＳＯＰ、ＳＯＪ、ＴＳＯＰ、ＴＱＦＰ、ＰＬＣＣに変わ
ってきている。即ち、大型チップを小型で薄いパッケー
ジに封入することになるため、熱応力によりクッラクが
発生し、これらのクラックによる耐湿性低下などの問題
が大きくクローズアップされている。特に半田付け工程
において、急激に２００℃以上の高温にさらされること
により、パッケージの割れや樹脂とチップの剥離により
耐湿性が劣化してしまうといった問題点がでてきてい
る。従って、これらの大型チップを封止するのに適し
た、信頼性の高い半導体封止用エポキシ樹脂組成物の開
発が望まれている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、この様な問
題点に対して、エポキシ樹脂として式（１）で示される
エポキシ樹脂を用い、フェノール樹脂硬化剤として式
（３）で示されるフェノール樹脂硬化剤を用いることに
より、実装時における半導体パッケージの耐半田ストレ
ス性を著しく向上させた半導体封止用エポキシ樹脂組成
物を提供するところにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、（Ａ）式
（１）で示されるエポキシ樹脂を、総エポキシ樹脂量に
対して３０〜１００重量％含むエポキシ樹脂、

【０００５】

【化５】（ｎ＝０〜２０）

【０００６】（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤、（Ｃ）無機
充填材、（Ｄ）硬化促進剤を必須成分とする半導体封止
用エポキシ樹脂組成物であり、従来のエポキシ樹脂組成
物に比べ、優れた信頼性として耐半田ストレス性と半田
処理後の耐湿性を有するものである。

【０００７】式（１）の分子構造で示されるエポキシ樹
脂は、キシレン類とクレゾールをフリーデル・クラフツ
・アルキル化反応により重合し、エピクロルヒドリンで
グリシジルエーテル化することによって得られる。従来
のクレゾールノボラック型エポキシ樹脂に較べて、硬化
物のゴム領域での弾性率が低く、低吸湿性、リードフレ
ーム（４２アロイ、銅合金）等の金属類との接着性に優
れている。また、式（５）の分子構造で示されるパラキ
シレンとフェノールをフリーデル・クラフツ・アルキル
化反応で重合し、エピクロルヒドリンでグリシジルエー
テル化したエポキシ樹脂（特公昭６２−２８１６５号公
報、特開平３−１４８１９号公報、特開平６−２２８２
７６号公報）に対し、本発明の式（１）のエポキシ樹脂
は、フェノールの部分にクレゾールを用いているので、
式（５）の樹脂に較べ低吸湿性を有するため、耐半田ス
トレス性に優れた特徴を有している。クレゾールの中で
は、オルソクレゾールを用いた式（２）のエポキシ樹脂
が好ましい。

【０００８】

【化６】

【０００９】このエポキシ樹脂の使用量は、これを調節
することにより、耐半田ストレス性を最大限に引き出す
ことができる。耐半田ストレス性の効果を引き出すため
には、式（１）で示されるエポキシ樹脂を、総エポキシ
樹脂量に対して３０重量％以上、好ましくは５０重量％
以上の使用が望ましい。３０重量％未満であると、目標
とした耐半田ストレス性が不充分である。式（１）で示
されるエポキシ樹脂以外に、他のエポキシ樹脂を併用す
る場合は、エポキシ基を２個以上有する化合物あるいは
ポリマー全般を用いればよい。例えば、ビフェニル型エ
ポキシ化合物、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、トリフェノール
メタン型エポキシ樹脂、アルキル変性トリフェノールメ
タン型エポキシ樹脂などがある。

【００１０】本発明のフェノール樹脂硬化剤としては、
フェノール性水酸基を２個以上有する化合物あるいはポ
リマー全般を用いればよい。例えばフェノールノボラッ
ク樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ジシクロペンタジ
エン変性フェノール樹脂、テルペン変性フェノール樹
脂、トリフェノールメタン化合物、前記した式（３）で
示されるフェノール樹脂などが挙げられ、単独でも混合
して用いてもよい。これらの中では式（３）の分子構造
で示されるフェノール樹脂が好ましい。即ち、従来のフ
ェノールノボラック樹脂に比べて、硬化物のゴム領域で
の弾性率が低く、低吸湿性、リードフレーム（４２アロ
イ、銅合金）などの金属類との接着性に優れていること
による。更に式（３）の中では、架橋点間距離の影響に
より熱時強度が向上するメタキシレンを用いた前記した
式（４）のフェノール樹脂が好ましい。この式（４）の
フェノール樹脂は、メタキシレンとフェノールをフリー
デル・クラフツ・アルキル化反応により重合させること
によって得られる。このフェノール樹脂の使用量は、こ
れを調整することにより耐半田ストレス性を最大限に引
き出すことができる。耐半田ストレス性の効果を引き出
すためには、式（３）で示されるフェノール樹脂を総フ
ェノール樹脂硬化剤量に対して３０重量％以上、好まし
くは５０重量％以上の使用が望ましい。また、これらの
フェノール樹脂硬化剤の配合量としては、エポキシ化合
物のエポキシ基数と硬化剤の水酸基数を合わせるように
配合することが望ましい。

【００１１】本発明で用いる無機充填材としては、溶融
シリカ粉末、球状シリカ粉末、結晶シリカ粉末、二次凝
集シリカ粉末、多孔質シリカ粉末、アルミナなどが挙げ
られ、特に球状シリカ粉末、及び溶融シリカ粉末と球状
シリカ粉末との混合物が好ましい。また、無機充填材の
配合量としては、耐半田ストレス性から総エポキシ樹脂
組成物量に対して８０〜９０重量％が好ましい。無機充
填材量が８０重量％未満だと低熱膨張化、低吸水化が得
られず、耐半田ストレス性が不充分である。また、無機
充填材量が９０重量％を越えると高粘度化による半導体
パッケージ中のダイパット、金線ワイヤーのずれ等の不
都合が生じる。本発明で用いる硬化促進剤としては、エ
ポキシ基と水酸基との硬化反応を促進させるものであれ
ばよく、一般に封止材料に用いられているものを広く用
いることができる。例えば、ジアザビシクロウンデセ
ン、トリフェニルホスフィン、ジメチルベンジルアミ
ン、２−メチルイミダゾールなどが単独でも混合して用
いてもよい。

【００１２】本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ
樹脂、フェノール樹脂硬化剤、無機充填材及び硬化促進
剤を必須成分とするが、これ以外に必要に応じてシラン
カップリング剤、ブロム化エポキシ樹脂、酸化アンチモ
ン、ヘキサブロムベンゼンなどの難燃剤、カーボンブラ
ック、ベンガラなどの着色剤、天然ワックス、合成ワッ
クスなどの離型剤及びシリコーンオイル、ゴムなどの低
応力添加剤など、種々の添加剤を配合して差し支えな
い。また本発明の封止用エポキシ樹脂組成物を成形材料
として製造するには、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進
剤、充填剤、その他の添加剤をミキサーなどによって充
分に均一に混合した後、更に熱ロールまたはニーダーな
どで溶融混練し、冷却後粉砕して封止材料とすることが
できる。これらの成形材料は、電気部品あるいは電子部
品であるトランジスタ、集積回路などの被覆、絶縁、封
止などに適用することができる。

【００１３】本発明を実施例で具体的に説明する。実施例１式（２）のエポキシ樹脂（軟化点５７℃，エポキシ当量２５４ｇ／ｅｑ）（ｎの値は０〜３を示す混合物であり、その重量割合はｎ＝０が１に対してｎ＝１が０．７１、ｎ＝２が０．４４、ｎ＝３が０．２７である。）６．８０重量部オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂（軟化点５８℃，エポキシ当量２００ｇ／ｅｑ）１．７０重量部式（４）で示されるフェノール樹脂硬化剤（軟化点６５℃，水酸基当量１７０ｇ／ｅｑ）（ｎの値は０〜３を示す混合物であり、その重量割合はｎ＝０が１に対してｎ＝１が０．６５、ｎ＝２が０．４１、ｎ＝３が０．２８である。）４．２４重量部フェノールノボラック樹脂硬化剤（軟化点６５℃，水酸基当量１０５ｇ／ｅｑ）１．０６重量部溶融シリカ粉末（平均粒径１０μｍ，比表面積２．０ｍ²／ｇ）３５重量部球状シリカ粉末（平均粒径３０μｍ，比表面積２．５ｍ²／ｇ）５０重量部トリフェニルホスフィン０．２重量部カーボンブラック０．５重量部カルナバワックス０．５重量部を常温においてミキサーで混合し、７０〜１００℃で２
軸ロールにより混練し、冷却後粉砕して成形材料とし
た。

【００１４】粉砕して得られた成形材料は、ＥＭＭＩ−
Ｉ−６６に準じた試験用金型を用い、１７５℃、７０ｋ
ｇ／ｃｍ²、１２０秒の条件でスパイラルフローを測定
した。更に、得られた成形材料をタブレット化し、低圧
トランスファー成形機にて１７５℃、７０ｋｇ／ｃ
ｍ^２、１２０秒の条件で半田ストレス試験用として６×
６ｍｍのチップを５２ｐＱＦＰに封止し、また半田耐湿
性試験用として３×６ｍｍのチップを１６ｐＳＯＰに封
止した。封止したテスト用素子について、下記の半田ス
トレス試験、半田耐湿性試験を行った。半田ストレス試験：封止したテスト用素子を、８５℃、
８５％ＲＨの環境下で２４時間、４８時間、７２時間及
び１２０時間処理し、その後２６０℃の半田槽に１０秒
間浸漬した後、顕微鏡で外部クラックを観察した。クラ
ック発生数／総数で表した。半田耐湿性試験：封止したテスト用素子を、８５℃、８
５％ＲＨの環境下で７２時間処理し、その後２６０℃の
半田槽に１０秒間浸漬した後、プレッシャークッカー試
験を行い、回路のオープン不良を測定した（試験片の数
は１６個）。試験結果を表１に示す。

【００１５】実施例２〜７表１の処方に従って配合し、実施例１と同様にして成形
材料を得た。この成形材料で試験用の封止した成形品を
得、この成形品を用いて実施例１と同様に半田ストレス
試験及び半田耐湿性試験を行った。試験結果を表１に示
す。比較例１〜５表２の処方に従って配合し、実施例１と同様にして成形
材料を得た。なお比較例４、５に用いる式（５）のエポ
キシ樹脂は、軟化点６３℃、エポキシ当量２３９ｇ／ｅ
ｑ、ｎの値は０〜３を示す混合物であり、その重量割合
はｎ＝０が１に対して、ｎ＝１が０．７５、ｎ＝２が
０．４６、ｎ＝３が０．２２である。これらの成形材料
で試験用の封止した成形品を得、この成形品を用いて実
施例１と同様に半田ストレス試験及び半田耐湿性試験を
行った。試験結果を表２に示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【表２】

【００１８】

【発明の効果】本発明に従うと、実装時における半導体
パッケージの耐半田ストレス性に優れ、且つ耐湿性に優
れたものである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）式（１）で示されるエポキシ樹脂
を、総エポキシ樹脂量に対して３０〜１００重量％含む
エポキシ樹脂、【化１】（ｎ＝０〜２０）（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤、（Ｃ）
無機充填材、（Ｄ）硬化促進剤を必須成分とする半導体
封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項２】式（１）のエポキシ樹脂が、式（２）で
ある請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。【化２】（ｎ＝０〜２０）
【請求項３】フェノール樹脂硬化剤が、式（３）であ
る請求項１、又は請求項２記載の半導体封止用エポキシ
樹脂組成物。【化３】（式中のＲ₁、Ｒ₂は、水素、ハロゲン類、アルキル基の
中から選択される、同一もしくは異なる原子または基）（ｎ＝０〜２０）
【請求項４】式（３）のフェノール樹脂硬化剤が、総
フェノール樹脂硬化剤に対して３０〜１００重量％含む
請求項１、請求項２、又は請求項３記載の半導体封止用
エポキシ樹脂組成物。
【請求項５】式（３）のフェノール樹脂硬化剤が、式
（４）である請求項１、請求項２、請求項３、又は請求
項４記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。【化４】（ｎ＝０〜２０）