JPH11293090A

JPH11293090A - 封止用樹脂組成物および半導体封止装置

Info

Publication number: JPH11293090A
Application number: JP11157698A
Authority: JP
Inventors: Haruomi Hosokawa; 晴臣細川
Original assignee: Toshiba Chemical Corp
Current assignee: Kyocera Chemical Corp
Priority date: 1998-04-07
Filing date: 1998-04-07
Publication date: 1999-10-26

Abstract

(57)【要約】【課題】特に常温影響での保存安定性に優れ、耐湿
性、耐リフロー性、成形性等の改善処方になんら影響を
与えることなく、長期信頼性を保証できる封止用樹脂組
成物及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）無機質充填剤および（Ｄ）硬化促進剤が保
護媒質のスチレン系熱可塑性樹脂中に分散し、硬化促進
剤が分散物に対して15〜30重量％の割合に含有するとと
もに分散物が平均粒径1 〜10μｍに調整された硬化促進
剤分散粉末を必須成分とし、全体の樹脂組成物に対して
前記（Ｃ）の無機質充填剤を25〜95重量％の割合で含有
してなる封止用樹脂組成物であり、またこの組成物の硬
化物によって、半導体チップが封止されてなる半導体封
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、成形性、作業性、
長期保存安定性、耐リフロー性、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】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、半導体装置全体を最高240 ℃に加熱した赤外線
（ＩＲ）リフロー炉に通して、半田漬けを行う方法が採
用されている。この対策として、フィラーの高充填化が
進められ、低粘度のレジンが多く用いられるようになっ
た。

【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ＩＲリフローによる表
面実装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ＩＲリフローをさせると、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。このため、耐湿性の影響が少なく、半導体装置全体
のＩＲリフローによる表面実装を行っても耐湿劣化の少
ない成形性の良い材料の開発が強く要望されていた。ま
た、フイラーを高充填化するための処方として、溶融粘
度の低いレジンが用いられている。このように低い軟化
点のレジンを用いるとエポキシ樹脂の保存安定性は概し
て低下するという欠点がある。

【０００４】本発明は、上記の欠点を解消するためにな
されたもので、常温での保存安定性に優れ、耐湿性、耐
ＩＲリフロー性、成形性等の改善処方になんら影響を及
ぼさな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。

【０００５】

【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、エポキシ樹脂
と、フェノール樹脂と、無機充填剤と、スチレン系熱可
塑性樹脂で保護された平均粒径が1 〜10μｍでその含有
率が15〜30％の硬化促進剤分散粉末を用いることによっ
て、優れた長期保存安定性をもち、耐湿性、耐ＩＲリフ
ロー性、成形性、作業性等の改善処方になんら影響を与
えない、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。

【０００６】即ち、本発明は、（Ａ）エポキシ樹脂、
（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）無機質充填剤および
（Ｄ）硬化促進剤が保護媒質のスチレン系熱可塑性樹脂
中に分散し、硬化促進剤が分散物に対して15〜30重量％
の割合に含有するとともに分散物が平均粒径1 〜10μｍ
に調整された硬化促進剤分散粉末を必須成分とし、全体
の樹脂組成物に対して前記（Ｃ）の無機質充填剤を25〜
95重量％の割合で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。

【０００７】以下、本発明を詳細に説明する。

【０００８】本発明に用いる（Ａ）エポキシ樹脂は、エ
ポキシ基を2 個以上有するものであれば特に制限される
ものではなく使用される。具体的なものとしては、例え
ば

【０００９】

【化１】（但し、式中、ｎは0 又は1 以上の整数を表す）

【００１０】

【化２】

【００１１】

【化３】（但し、式中、ｎは0 又は1 以上の整数を表す）等が挙
げられるが、その他の一般の公知のエポキシ樹脂を単独
又は混合して使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

【００１３】

【化４】（但し、式中、ｎは0 又は1 以上の整数を表す）

【００１４】

【化５】（但し、式中、ｎは0 又は1 以上の整数を表す）

【００１５】

【化６】（但し、式中、ｎは0 又は1 以上の整数を表す）

【００１６】

【化７】（但し、式中、ｎは0 又は1 以上の整数を表す）

【００１７】

【化８】（但し、式中、ｎは0 又は1 以上の整数を表す）等が挙
げられ、これらは混合して用いることができる。

【００１８】本発明に用いる（Ｃ）無機質充填剤として
は、不純物濃度が低く、最大粒径が90μｍ以下で、平均
粒径が30μｍ以下の無機質充填剤が好ましく使用され
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。無機質充填剤の具体的なものとして例
えば、シリカ粉末、アルミナ粉末、窒化ケイ素粉末、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種以上併用することができ
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、よく使用される。無機質充填剤の配合割合
は、全体の樹脂組成物に対して25〜95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95重量％を超えるとカサバリが大
きくなり、成形性に劣り実用に適さない。

【００１９】本発明に用いる（Ｄ）硬化促進剤分散粉末
は、硬化促進剤が保護媒質のスチレン系熱可塑性樹脂中
に海島構造で取り込まれた形で分散したもので、分散さ
せた硬化促進剤が分散物に対して15〜30重量％の割合に
含有するとともに硬化促進剤を分散した分散物が平均粒
径1 〜10μｍに調整された粉末である。好ましくは平均
粒径が1 〜10μｍであるが、特に好ましくは3 〜5 μｍ
のものが良い。平均粒径が1 μｍ以下であると、硬化促
進剤がうまく取り込まれず、保存安定性の効果が劣り好
ましくない。また、平均粒径が10μｍを超えると成形時
に硬化促進剤の放出がうまくいかず硬化不良を起こす可
能性があり、好ましくない。硬化促進剤の含有率は、15
〜30重量％が好ましく、特に好ましくは18〜23重量％で
ある。15重量％以下では硬化不良が発生しやすく、ま
た、30重量％を超えると保存安定性が劣り好ましくな
い。

【００２０】ここで用いられる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、ＤＢＵ系
硬化促進剤、その他の硬化促進剤等を広く使用調製する
ことができるが、好ましくはリン系硬化促進剤を使用す
るとその効果が十分に発揮できる。

【００２１】またここで用いるスチレン系熱可塑性樹脂
としては、ポリスチレン、ブタジエン変性ポリスチレ
ン、ポメチルスチレンのほか、スチレンやメタスチレン
の共重合樹脂が含まれる。

【００２２】本発明のエポキシ樹脂組成物は、前述した
エポキシ樹脂、フェノール樹脂、無機質充填剤およびス
チレン系熱可塑性樹脂で保護された平均粒径が1 〜10μ
ｍでその含有率が15〜30重量％の硬化促進剤分散粉末を
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、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
等の難燃剤、カーボンブラック、ベンガラ等の着色剤、
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。

【００２３】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方法は、前述したエポキシ樹
脂、フェノール樹脂、無機質充填剤およびスチレン系熱
可塑性樹脂で保護された平均粒径が1 〜10μｍでその含
有率が15〜30重量％の硬化促進剤分散粉末その他の成分
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常温での
優れた保存安定性をもちながら信頼性等に悪影響を与え
ることなく、成形品を得ることができる。

【００２４】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。

【００２５】

【作用】本発明の封止用エポキシ樹脂組成物および半導
体封止装置は、スチレン系熱可塑性樹脂で保護された平
均粒径が1 〜10μｍでその含有率が15〜30重量％の硬化
促進剤分散粉末を用いることにより、樹脂組成物の保存
安定性を大幅に向上させることができた。しかも、前述
したエポキシ樹脂とフェノール樹脂その他の添加剤によ
る樹脂組成物の成形性、フレームとの接着強さを向上さ
せるための処方にはなんら影響を与えることがない。

【００２６】

【発明の実施の形態】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。

【００２７】実施例１前記化２のエポキシ樹脂（エポキシ当量195 ）5.0 ％、
前記化７のフェノール樹脂（フェノール当量170 ）4.0
％、溶融シリカ粉末89％、前記スチレン系熱可塑性樹脂
で保護された平均粒径が5 μｍでトリフェニルホスフィ
ンを20％含有する硬化促進剤1.0 ％およびエステル系ワ
ックス類1.0 ％を常温で混合し、さらに90〜95 ℃で混
練冷却した後、粉砕して成形材料（Ａ）を製造した。

【００２８】実施例２前記化２のエポキシ樹脂（エポキシ当量195 ）5.0 ％、
前記化７のフェノール樹脂（フェノール当量170 ）4.0
％、溶融シリカ粉末89％、前記スチレン系熱可塑性樹脂
で保護された平均粒径が10μｍでトリフェニルホスフィ
ンを20％含有する硬化促進剤1.0 ％およびエステル系ワ
ックス類1.0 ％を常温で混合し、さらに90〜95 ℃で混
練冷却した後、粉砕して成形材料（Ｂ）を製造した。

【００２９】比較例１前記化２のエポキシ樹脂（エポキシ当量195 ）5.0 ％、
前記化７のフェノール樹脂（フェノール当量170 ）4.0
％、溶融シリカ粉末89％、前記スチレン系熱可塑性樹脂
で保護された平均粒径が20μｍでトリフェニルホスフィ
ンを14％含有する硬化促進剤1.0 ％およびエステル系ワ
ックス類1.0 ％を常温で混合し、さらに90〜95 ℃で混
練冷却した後、粉砕して成形材料（Ｃ）を製造した。

【００３０】比較例２前記化２のエポキシ樹脂（エポキシ当量195 ）5.17％、
前記化７のフェノール樹脂（フェノール当量170 ）4.17
％、溶融シリカ粉末89.5％、トリフェニルホスフィン0.
16％およびエステル系ワックス類1.0 ％を常温で混合
し、さらに90〜95℃で混練冷却した後、粉砕して成形材
料（Ｄ）を製造した。

【００３１】こうして製造した成形材料（Ａ）〜（Ｄ）
を用いて175 ℃，2 分間の条件でトランスファー成形し
た後、175 ℃で8 時間アフターキュアーして試験片を作
成した。これらの成形材料と試験片について、成形性、
ゲルタイム、高化式フローテスターによる溶融粘度、吸
水率（ＰＣＴ）、ガラス転移温度、フレーム材である４
２合金・銀メッキとの接着強さ、スパイラルフロー、ス
パイラルフローの経時変化による保存安定性、および耐
リフロー性を測定した。以上の測定結果を表１及び表２
に示したが、本発明の顕著な効果を確認することができ
た。

【００３２】

【表１】＊1 ：測定温度は180 ℃である。＊2 ：測定温度は180 ℃である。＊3 ：成形材料を175 ℃，2 分間の条件でトランスファー成形し、175 ℃，8 時間アフターキュアをして成形品を作製した。これを127 ℃，2 気圧の飽和水蒸気中に24時間放置し、増加した重量によって求めた。＊4 ：吸水率の試験と同様な成形品から、2.5 ×2.5 ×15.0〜20.0の寸法のサンプルを作製し、熱機械分析装置ＤＬ−１５００Ｈ（真空理工社製、商品名）を用い、昇温速度5 ℃／ｍｉｎで測定した。

【００３３】

【表２】＊5 ：スパイラルの測定温度は175 ℃であり、初期は25℃の環境に放置した材料である。＊6 ：成形材料を175 ℃，90秒間の条件で、6.2 ｍｍ×6.2 ｍｍの評価用素子を用い、14.5ｍｍ×14.5ｍｍ×1.4 ｍｍＶＱＦＰを成形し、175 ℃で8 時間アフターキュアを行った。次いでこのパッケージを85℃、相対湿度60％及び85％の雰囲気中に168 時間放置して吸湿処理を行った後、これを最高温度240 ℃のＩＲリフロー炉に3 回通した。この時点でパッケージのクラック発生及びリードフレームとの剥離の発生率を調べた。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明および表１、表２から明らか
なように、本発明の封止用樹脂組成物は、常温での保存
安定性に優れ、その他特性の特性値になんら影響を与え
ないため、高い信頼性をそなえたままの半導体封止装置
を得ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 23/31

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）無機質充填剤および（Ｄ）硬化促進剤が保
護媒質のスチレン系熱可塑性樹脂中に分散し、硬化促進
剤が分散物に対して15〜30重量％の割合に含有するとと
もに分散物が平均粒径1 〜10μｍに調整された硬化促進
剤分散粉末を必須成分とし、全体の樹脂組成物に対して
前記（Ｃ）の無機質充填剤を25〜95重量％の割合で含有
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）無機質充填剤および（Ｄ）硬化促進剤が保
護媒質のスチレン系熱可塑性樹脂中に分散し、硬化促進
剤が分散物に対して15〜30重量％の割合に含有するとと
もに分散物が平均粒径1 〜10μｍに調整された硬化促進
剤分散粉末を必須成分とし、全体の樹脂組成物に対して
前記（Ｃ）の無機質充填剤を25〜95重量％の割合で含有
した封止用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。