JPH0940749A - 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）ビフェニル型エポキシ樹
脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）アルコキシシリル含
有基と、エポキシ含有基、カルボキシル含有基又はカル
ビノール含有基の反応性有機官能基とを有し、必要に応
じてポリエーテル基など有機物との相溶性を高めるため
のユニットを含むシリコーン系シランカップリング剤、
（Ｄ）100 μm 以下の溶融シリカ粉末および（Ｅ）硬化
促進剤を必須成分とし、樹脂組成物に対して前記（Ｄ）
粉末を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、吸湿による影響が少なく、
電極の腐食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る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐湿性、半田耐熱性、
成形性に優れた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
に、従来、リードピン毎に半田付けを行っていたが、最
近では半田浸漬方式や半田リフロー方式が採用されてい
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の間の剥がれや、内部樹脂
クラック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、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。

【０００４】また、無機質充填剤を高充填することによ
り樹脂分の割合が少なくなり、樹脂組成物の低吸湿化を
図れるが、それに伴い流動性が著しく損なわれるばかり
でなく、樹脂等の有機分と無機質充填剤との界面が多く
なるため、内部樹脂クラックがその界面を伝わって外部
クラックへと進行するという欠点があった。

【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、吸湿の影響が少なく、特に半田浴浸漬後
の耐湿性、半田耐熱性、熱伝導性、成形性に優れ、封止
樹脂と半導体ップあるいは封止樹脂とリードフレームと
の剥がれや内部樹脂クラックの発生がなく、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、
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、特定のエポキシ
樹脂、特定のシランカップリング剤を用いることによっ
て、耐湿性、半田耐熱性、成形性等に優れた樹脂組成物
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。

【０００７】即ち、本発明は、（Ａ）次式で示されるエ
ポキシ樹脂、

【０００８】

【化５】 （Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）次の一般式で示されるシ
リコーン系シランカップリング剤、

【０００９】

【化６】 （但し、式中Ｘはアルコキシシリル含有基を、Ｙはエポ
キシ含有基、カルボキシル含有基、又はカルビノール含
有基の反応性有機官能基を、Ｚはポリエーテル基、炭素
数2 以上のアルキル基、又はアラルキル基であって有機
物との相溶性を高めるためのユニットを、m 、p は 0又
は 1以上の整数を、n 、o は 1以上の整数を、それぞれ
表す） （Ｄ）最大粒径が100 μm 以下の溶融シリカ粉末および
（Ｅ）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（Ｄ）の溶融シリカ粉末を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。

【００１０】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１１】本発明に用いる（Ａ）エポキシ樹脂は、前
記化５で示されるものが使用され、特に耐湿性、半田耐
熱性、成形性等に優れる。また、このエポキシ樹脂に
は、ノボラック系エポキシ樹脂、エピビス系エポキシ樹
脂、その他の一般の公知のエポキシ樹脂を併用すること
ができる。

【００１２】本発明に用いる（Ｂ）フェノール樹脂とし
ては、前記（Ａ）のエポキシ樹脂のエポキシ基と反応し
得るフェノール性水酸基を分子中に 2個以上有するもの
であれば特に制限されるものではない。具体的な化合物
として、例えば、

【００１３】

【化７】 （但し、n は 0又は 1以上の整数を表す）

【００１４】

【化８】 （但し、n は 0又は 1以上の整数を表す）

【００１５】

【化９】 （但し、n は 0又は 1以上の整数を表す）

【００１６】

【化１０】 （但し、n は 0又は 1以上の整数を表す）

【００１７】

【化１１】 （但し、n は 0又は 1以上の整数を表す）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。

【００１８】本発明に用いる（Ｃ）シリコーン系シラン
カップリング剤としては、前記の一般式化６で示される
ものが使用される。具体的なものとしては、例えば、

【００１９】

【化１２】

【００２０】

【化１３】 （但、式中、ａ，ｂは10以下の整数を、それぞれ表す）
等が挙げられ、これらは単独又は混合して使用すること
ができる。このシランカップリング剤の配合割合は、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。この配合割合が 0.01 重量
％未満では機械的強度が向上しないため、半田浸漬後の
耐湿性に劣り、また、5 重量％を超えると樹脂バリが出
易いため成形性が悪く好ましくない。

【００２１】本発明に用いる（Ｄ）溶融シリカ粉末とし
ては、不純物濃度が低く最大粒径100 μm 以下で、平均
粒径30μm 以下のものが使用される。平均粒径30μm を
超えると耐湿性および成形性が劣り好ましくない。溶融
シリカ粉末の配合割合は、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％未満では樹脂組成物の吸湿性が高く、
半田浸漬後の耐湿性に劣り、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。

【００２２】本発明に用いる（Ｅ）硬化促進剤として
は、リン系硬化促進剤、イミダゾール系硬化促進剤、Ｄ
ＢＵ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。

【００２３】本発明のエポキシ樹脂組成物は、前述した
特定のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、特定のシランカ
ップリング剤、溶融シリカ粉末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、エステル類、パ
ラフィン等の離型剤、三酸化アンチモン等の難燃剤、カ
ーボンブラック等の着色剤、ゴム系やシリコーン系の低
応力付与剤等を適宜添加配合することができる。

【００２４】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、前述した特定のエポ
キシ樹脂、フェノール樹脂、特定のシランカップリング
剤、溶融シリカ粉末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し、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。この場合、溶融シリカ粉
末は予めシランカップリング剤で処理したものを使用す
ることもできる。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。

【００２５】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。

【００２６】

【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、特定のエポキシ樹脂と特定のシランカップリン
グ剤を用いることによって所期の目的を達成することが
できたものである。即ち、1 分子内に無機物に対して反
応性を有するユニットと、有機物に対して反応性に富む
ユニット及び必要に応じて有機物との相溶性を高めるユ
ニットを備えたシリコーン系カップリング剤を、特定の
エポキシ樹脂に対して用いることによって、有機物と無
機物との界面強度が向上し、樹脂組成物の吸水性を低減
し、成形性、流動性、機械的特性と低応力性が向上し、
半田浸漬、半田リフロー後の樹脂クラックの発生がなく
なり、耐湿性劣化が少なくなるものである。

【００２７】

【実施例】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。以下の実施例および比較例において「％」とは「重
量％」を意味する。

【００２８】実施例１ 最大粒径100 μm 以下の溶融シリカ粉末（平均粒径20μ
m 以下）84％をヘンシルミキサーに入れ、攪拌しながら
前述した化１２のシランカップリング剤 0.4％を加え
て、上記のシリカ粉末の表面処理をした。

【００２９】次に化５に示したビフェニル型エポキシ樹
脂 6.2％、テトラブロモビスフェノールＡ型エポキシ樹
脂 1.5％、前記の化７のフェノール樹脂 1.5％、前記の
化８のフェノール樹脂 3.5％、トリフェニルホスフィン
0.2％、カルナバワックス類0.4％、カーボンブラック
0.3％、および三酸化アンチモン 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。

【００３０】実施例２ 最大粒径100 μm 以下の溶融シリカ粉末（平均粒径20μ
m 以下）84％をヘンシルミキサーに入れ、攪拌しながら
前述した化１２のシランカップリング剤 0.4％を加え
て、上記のシリカ粉末の表面処理をした。

【００３１】次に化５に示したビフェニル型エポキシ樹
脂 6.2％、テトラブロモビスフェノールＡ型エポキシ樹
脂 1.5％、前記の化７のフェノール樹脂 1.5％、前記の
化９のフェノール樹脂 3.5％、トリフェニルホスフィン
0.2％、カルナバワックス類0.4％、カーボンブラック
0.3％、および三酸化アンチモン 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。

【００３２】実施例３ 最大粒径100 μm 以下の溶融シリカ粉末（平均粒径20μ
m 以下）84％をヘンシルミキサーに入れ、攪拌しながら
前述した化１３のシランカップリング剤 0.4％を加え
て、上記のシリカ粉末の表面処理をした。

【００３３】次に化５に示したビフェニル型エポキシ樹
脂 6.2％、テトラブロモビスフェノールＡ型エポキシ樹
脂 1.5％、前記の化７のフェノール樹脂 1.5％、前記の
化８のフェノール樹脂 3.5％、トリフェニルホスフィン
0.2％、カルナバワックス類0.4％、カーボンブラック
0.3％、および三酸化アンチモン 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。

【００３４】比較例１ 最大粒径100 μm 以下の溶融シリカ粉末（平均粒径20μ
m 以下）84％をヘンシルミキサーに入れ、攪拌しながら
前述した化１２のシランカップリング剤 0.4％を加え
て、上記のシリカ粉末の表面処理をした。

【００３５】次にテトラブロモビスフェノールＡ型エポ
キシ樹脂 2.0％、o-クレゾールノボラックエポキシ樹脂
8.1％、前記の化７のフェノール樹脂 2.0％、前記の化
８のフェノール樹脂 4.6％、トリフェニルホスフィン
0.2％、カルナバワックス類0.4 ％、カーボンブラック
0.3％、および三酸化アンチモン 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。

【００３６】比較例２ 最大粒径100 μm 以下の溶融シリカ粉末（平均粒径20μ
m 以下）84％をヘンシルミキサーに入れ、攪拌しながら
前述した化１３のシランカップリング剤 0.4％を加え
て、上記のシリカ粉末の表面処理をした。

【００３７】次にテトラブロモビスフェノールＡ型エポ
キシ樹脂 1.5％、o-クレゾールノボラックエポキシ樹脂
6.2％、前記の化７のフェノール樹脂 1.5％、前記の化
８のフェノール樹脂 3.5％、トリフェニルホスフィン
0.2％、カルナバワックス類0.4 ％、カーボンブラック
0.3％、および三酸化アンチモン 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（Ｅ）を製造した。

【００３８】比較例３ 最大粒径100 μm 以下の溶融シリカ粉末（平均粒径20μ
m 以下）84％をヘンシルミキサーに入れ、攪拌しながら
エポキシアルキルシランカップリング剤 0.4％を加え
て、上記のシリカ粉末の表面処理をした。

【００３９】次に化５に示したビフェニル型エポキシ樹
脂 6.2％、テトラブロモビスフェノールＡ型エポキシ樹
脂 1.5％、前記の化７のフェノール樹脂 1.5％、前記の
化８のフェノール樹脂 3.5％、トリフェニルホスフィン
0.2％、カルナバワックス類0.4％、カーボンブラック
0.3％、および三酸化アンチモン 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（Ｆ）を製造した。

【００４０】こうして製造した成形材料（Ａ）〜（Ｆ）
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、耐湿性、半田耐
熱性、成形性に優れており、本発明の顕著な効果を確認
することができた。

【００４１】

【表１】 ＊1 ：ＥＭＭＩ−Ｉ−６６に準じてスパイラルフロー測定した。（175 ℃）。 ＊2 ：高化式フロー粘度（175 ℃）。 ＊3 ：175 ℃，80kg／cm² ，2 分間のトランスファー成形して成形品（試験片） をつくり、175 ℃，8 時間の後硬化を行い、ＪＩＳ−Ｋ−６９１１に準じて試験 した。 ＊4 ：＊3 と同様な成形品を作り、175 ℃，8 時間の後硬化を行い、適当な大き さの試験片とし、熱機械分析装置を用いて測定した。 ＊5 ：＊6 ： 5.3× 5.3mm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 処理した後、増加した重量によって計算した。また、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。

【００４２】

【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、耐湿性、半田耐熱性、成形性に優れ、また、薄型パ
ッケージ等の充填性にも優れ、吸湿による影響が少な
く、電極の腐食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。

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

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）次式で示されるエポキシ樹脂、 【化１】 （Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）次の一般式で示されるシ
   リコーン系シランカップリング剤、 【化２】 （但し、式中Ｘはアルコキシシリル含有基を、Ｙはエポ
   キシ含有基、カルボキシル含有基、又はカルビノール含
   有基の反応性有機官能基を、Ｚはポリエーテル基、炭素
   数2 以上のアルキル基、又はアラルキル基であって有機
   物との相溶性を高めるためのユニットを、m 、p は 0又
   は 1以上の整数を、n 、o は 1以上の整数を、それぞれ
   表す） （Ｄ）最大粒径100 μm 以下の溶融シリカ粉末および
   （Ｅ）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（Ｄ）の溶融シリカ粉末を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）次式で示されるエポキシ樹脂、 【化３】 （Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）次の一般式で示されるシ
   リコーン系シランカップリング剤 【化４】 （但し、式中Ｘはアルコキシシリル含有基を、Ｙはエポ
   キシ含有基、カルボキシル含有基、又はカルビノール含
   有基の反応性有機官能基を、Ｚはポリエーテル基、炭素
   数2 以上のアルキル基、又はアラルキル基であって有機
   物との相溶性を高めるためのユニットを、m 、p は 0又
   は 1以上の整数を、n 、o は 1以上の整数を、それぞれ
   表す） （Ｄ）最大粒径が100 μm 以下の溶融シリカ粉末および
   （Ｅ）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（Ｄ）の溶融シリカ粉末を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。