JPH11302502A

JPH11302502A - 半導体装置およびそれに用いる半導体封止用エポキシ樹脂組成物

Info

Publication number: JPH11302502A
Application number: JP10113746A
Authority: JP
Inventors: Minoru Nakao; 稔中尾; Hiromichi Nishikawa; 博通西川
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1998-04-23
Filing date: 1998-04-23
Publication date: 1999-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】リードフレームと封止用樹脂硬化物との接着性
が良好で半田耐熱性に優れた半導体装置を提供する。【解決手段】下記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有するエポ
キシ樹脂組成物を用いて、リードフレーム上に載置され
た半導体素子を封止する。（Ａ）エポキシ樹脂。（Ｂ）フェノール樹脂。（Ｃ）無機質充填剤。（Ｄ）分子内にリン酸エステル構造を有するアルミニウ
ムキレート化合物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エポキシ樹脂組成
物で封止された樹脂封止型半導体装置に係わり、特に半
田耐熱性に優れた半導体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】トランジスタ、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体
素子は、通常、エポキシ樹脂組成物を用いてトランスフ
ァー成形により封止される。この種のパッケージの代表
例としては、従来からデュアルインラインパッケージ
（ＤＩＰ）がある。このＤＩＰは、ピン挿入型のもので
あり、実装基板に対してピンを挿入することにより基板
に取り付けるようになっている。

【０００３】しかし、近年の電子機器の小型化、軽量
化、高性能化にともない実装の高密度化が進み、半導体
パッケージの表面実装化が促進されてきている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な表面実装型パッケージを用いた半導体装置において、
特に表面実装前にパッケージ自体が吸湿している場合に
は、半田実装時に気化した吸湿水分の蒸気圧によって、
パッケージにクラックが生じるという問題がある。

【０００５】このような問題の対策として、樹脂骨格の
低吸湿化や充填剤の高充填化によりパッケージの吸湿水
分を減少させる方法や、シラン化合物を添加することに
よりリードフレームと封止用樹脂硬化物との界面の接着
性を向上させる方法が提案されているが、いまだ満足出
来る結果が得られていない。また、近年パラジウムによ
る先付けめっきリードフレームが、半導体装置の製造工
程の時間短縮および合理化と鉛半田を使用しないことに
よる地球環境保護の観点から適用されるようになってき
たが、このようなリードフレームでは特に封止用樹脂硬
化物との接着性が充分でなく、半田耐熱性を悪くする原
因となっている。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、リードフレームと封止用樹脂硬化物との接着性
が良好で半田耐熱性に優れた半導体装置およびそれに用
いる半導体封止用エポキシ樹脂組成物の提供をその目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、下記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有するエ
ポキシ樹脂組成物を用いて、リードフレーム上に載置さ
れた半導体素子を封止してなる半導体装置を第１の要旨
とする。（Ａ）エポキシ樹脂。（Ｂ）フェノール樹脂。（Ｃ）無機質充填剤。（Ｄ）分子内にリン酸エステル構造を有するアルミニウ
ムキレート化合物。

【０００８】また、上記（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有する
半導体封止用エポキシ樹脂組成物を第２の要旨とする。

【０００９】すなわち、本発明者らは、上記の目的を達
成するため封止材料について検討を行った。そして、実
装時のパッケージクラックの発生防止を目的として、封
止樹脂であるエポキシ樹脂組成物硬化体とリードフレー
ムとの接着性の改良を中心に研究を重ねた。その結果、
封止樹脂硬化体の形成材料であるエポキシ樹脂組成物と
して、上記（Ｄ）成分である特定のアルミニウムキレー
ト化合物を用いると、リードフレームとの接着性が向上
し有効であることを見出し本発明に到達した。

【００１０】そして、上記リードフレームのなかでも、
近年多用されている、最外層にＡｕめっき層が形成され
たリードフレームに対して、優れた接着性を示すことを
突き止めた。同様に、最外層にＡｕめっき層が形成さ
れ、かつこのＡｕめっき層に隣接する下層がＰｄめっき
層であるリードフレームに対して、従来の封止材料では
得られなかった優れた接着性を示すことを突き止めた。

【００１１】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施の形態を詳
しく説明する。

【００１２】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
は、エポキシ樹脂（Ａ成分）と、フェノール樹脂（Ｂ成
分）と、無機質充填剤（Ｃ成分）と、特定のアルミニウ
ムキレート化合物（Ｄ成分）とを用いて得ることができ
るものであり、通常、粉末状もしくはこれを打錠したタ
ブレット状になっている。

【００１３】本発明に用いるエポキシ樹脂（Ａ成分）
は、特に限定されるものではなく通常用いられるエポキ
シ樹脂が用いられる。例えば、クレゾールノボラック
型、フェノールノボラック型、ビスフェノールＡ型、ビ
フェニル型やナフタレン型等の各種エポキシ樹脂やブロ
ム化エポキシ樹脂等があげられる。これらは、単独で使
用できるほか、２種以上を併用してもよい。なかでも、
低吸湿性という点から、ビフェニル型エポキシ樹脂を用
いることが好ましい。

【００１４】また、上記エポキシ樹脂（Ａ成分）ととも
に用いるフェノール樹脂（Ｂ成分）はエポキシ樹脂の硬
化剤としての作用を有するものであり、フェール性水酸
基を有する樹脂を指し、ＩＣＩ粘度計を用いて測定され
る１５０℃の溶融粘度が５ポイズ以下のものが好ましく
用いられる。このようなフェノール樹脂としては特に限
定するものではないが、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等のノボラック型樹
脂、キシリレン変性フェノール樹脂、テルペン変性フェ
ノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂
等があげられる。これらのフェノール樹脂も単独もしく
は２種以上併用することができる。そして、このような
フェノール樹脂のなかでも、低吸湿性という点から、下
記の一般式（１）で表されるキシリレン変性フェノール
樹脂を用いることが好ましい。上記一般式（１）におい
て、繰り返し数ｎとしては、ｎ＝１〜５の範囲が好適で
ある。

【００１５】

【化１】

【００１６】そして、上記Ａ成分とＢ成分の配合割合
は、上記エポキシ樹脂（Ａ成分）のエポキシ基（ａ）と
フェノール樹脂（Ｂ成分）のフェノール性水酸基（ｂ）
との当量比〔（ａ）／（ｂ）〕が（ａ）／（ｂ）＝０．
５〜２．０の範囲に設定することが好ましく、より好ま
しくは（ａ）／（ｂ）＝０．８〜１．２である。

【００１７】また、上記Ａ成分およびＢ成分とともに用
いられる無機質充填剤（Ｃ成分）としては、溶融シリ
カ、結晶性シリカ、アルミナ等の無機粉末が用いられ
る。これらの無機質充填剤は、破砕状、球状のどちらで
も使用可能である。そして、これらは単独もしくは２種
以上混合して用いられる。特に好ましくは、溶融破砕シ
リカである。そして、平均粒径２０〜４０μｍ程度のも
のが好ましい。また、これらの無機質充填剤の配合量は
成形性と半田耐熱性とのバランスから、エポキシ樹脂組
成物中に７０〜９５重量％含有することが好ましい。配
合量が７０重量％未満では、半田耐熱性が不充分になり
易く、９５重量％を超えるとエポキシ樹脂組成物の溶融
粘度が大きくなり、成形時の流動性が低下し、未充填や
ボンディングワイヤーの変形が生じる傾向が見られるよ
うになる。

【００１８】つぎに、上記Ａ〜Ｃ成分とともに用いられ
る特定のアルミニウムキレート化合物（Ｄ成分）は、分
子内にリン酸エステル構造を有するアルミニウムキレー
ト化合物であり、このＤ成分を配合することにより封止
材料であるエポキシ樹脂組成物の硬化体とリードフレー
ムとの接着性が向上するという効果が得られるようにな
る。そして、本発明に用いられる特定のアルミニウムキ
レート化合物としては、例えば下記の一般式（２）で表
される、分子内にリン酸エステル構造を有するアルミニ
ウムキレート化合物が好ましく用いられ、アルミニウム
イソプロポキサイドのようなアルミニウムアルコラート
と、β−ケトエステルやβ−ジケトンのようなキレート
剤と、酸性リン酸エステル類を反応させることにより得
ることができる。

【００１９】

【化２】

【００２０】上記一般式（２）で表されるアルミニウム
キレート化合物において、Ｒ₁がイソプロピル基、Ｒ₂
がメチル基、Ｒ₃がエトキシ基、Ｒ₄がオクチル基であ
るアルミニウムキレート化合物、Ｒ₁がイソプロピル
基、Ｒ₂がメチル基、Ｒ₃がエトキシ基、Ｒ₄がイソブ
チル基であるアルミニウムキレート化合物を用いること
が接着性の向上という点から特に好ましい。

【００２１】上記特定のアルミニウムキレート化合物
（Ｄ成分）の配合量は、エポキシ樹脂組成物全体に対し
て０．１〜２．０重量％の範囲に設定することが好まし
く、特に好ましくは０．２〜０．５重量％である。すな
わち、上記Ｄ成分の配合量が少なすぎると、リードフレ
ームに対する充分な接着性の向上効果が得られ難く、逆
に２．０重量％を超え多すぎると、樹脂の硬化性が低下
する傾向がみられるからである。

【００２２】さらに、本発明に用いられるエポキシ樹脂
組成物には、上記（Ａ）〜（Ｄ）成分以外にも、必要に
応じて従来から用いられているその他の添加剤を適宜に
配合することができる。

【００２３】上記その他の添加剤としては、例えば、硬
化促進剤、離型剤、難燃助剤、着色剤、シランカップリ
ング剤、低応力化剤等があげられる。

【００２４】上記硬化促進剤としては、１，８−ジアザ
ビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７等のアミン類、
イミダゾール類、有機ホスフィン化合物や四級ホスホニ
ウム化合物等の有機リン化合物等があげられ、これらは
単独もしくは併せて使用することができる。

【００２５】上記離型剤としては、従来公知のステアリ
ン酸、パルミチン酸等の長鎖のカルボン酸、ステアリン
酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の長鎖カルボン酸の
金属塩、カルナバワックス、モンタンワックス等のワッ
クス類を用いることができる。

【００２６】また、難燃助剤としては、三酸化アンチモ
ン、五酸化アンチモン等があげられる。

【００２７】さらに、着色剤としては、カーボンブラッ
ク等があげられる。

【００２８】また、低応力化剤としては、アクリロニト
リル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ）やメタ
クリル酸メチル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＭＢ
Ｓ）のようなブタジエン系ゴムやシリコーン化合物があ
げられる。

【００２９】本発明に用いられる半導体封止用エポキシ
樹脂組成物は、例えばつぎのようにして製造することが
できる。すなわち、まず上記（Ａ）〜（Ｄ）成分ならび
に上記その他の添加剤を適宜配合し、この混合物をミキ
シングロール等の混練機にかけ加熱状態で溶融混合し、
これを室温に冷却したのち公知の手段により粉砕し、必
要に応じて打錠するという一連の工程により製造するこ
とができる。

【００３０】このような半導体封止用エポキシ樹脂組成
物を用いてのリードフレーム上に搭載された半導体素子
の封止は、特に限定するものではなく、リードフレーム
上の半導体素子を通常のトランスファー成形等の公知の
モールド方法により封止することにより行うことができ
る。

【００３１】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
を封止材料として用いる場合、リードフレームに対する
接着性の向上という点から、上記リードフレームに関し
て、例えば、従来の封止材料では充分な接着力が得られ
なかったことから、最外層にＡｕめっき層が形成された
リードフレームがあげられる。さらに、上記Ａｕめっき
層に隣接する下層にＰｄめっき層が形成されたリードフ
レームがあげられる。上記Ｐｄめっき層は、例えば、銅
あるいは銅合金等のリードフレーム素体の表面にＰｄめ
っきを施すことにより形成され、このようなリードフレ
ームをＰｄによる先付けめっきリードフレーム（以下
「Ｐｄ−ＰＰＦ」という）という。通常、上記Ｐｄ−Ｐ
ＰＦは封止樹脂硬化体との接着性に乏しいものである
が、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いた
場合、前記Ｄ成分を含有するため、得られる封止樹脂硬
化体は優れた接着性を示すようになり、その結果、高い
半田耐熱性が得られるようになる。

【００３２】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。

【００３３】まず、実施例に先立って下記に示す化合物
を準備した。

【００３４】＜エポキシ樹脂＞（ａ）：o-クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポ
キシ当量：１９５、軟化点：８０℃）

【００３５】（ｂ）：ノボラック型ブロム化エポキシ樹
脂（エポキシ当量：２７５、軟化点：８４℃）

【００３６】＜フェノール樹脂＞（ｃ）：フェノールノボラック樹脂（水酸基当量：１０
６、軟化点：８３℃、１５０℃、溶融粘度：２ポイズ）

【００３７】（ｄ）：下記の式（３）で表されるキシリ
レン変性フェノール樹脂（水酸基当量：１７０、軟化点
８３℃、１５０℃溶融粘度：１．８ポイズ）

【００３８】

【化３】

【００３９】（ｅ）：フェノールノボラック樹脂（水酸
基当量：１０６、軟化点：９１℃、１５０℃溶融粘度：
１１ポイズ）

【００４０】＜無機質充填剤＞（ｆ）：溶融破砕シリカ（平均粒径：２０μｍ）

【００４１】＜アルミニウムキレート化合物＞（ｇ）：一般式（２）において、Ｒ₁：イソプロピル
基、Ｒ₂：メチル基、Ｒ₃：エトキシ基、Ｒ₄：オクチ
ル基であるアルミニウムキレート化合物

【００４２】（ｈ）：一般式（２）において、Ｒ₁：イ
ソプロピル基、Ｒ₂：メチル基、Ｒ₃：エトキシ基、Ｒ
₄：イソブチル基であるアルミニウムキレート化合物

【００４３】（ｉ）：下記の式（４）で表されるアルミ
ニウムキレート化合物

【００４４】

【化４】

【００４５】

【実施例１〜８、比較例１〜２】つぎに、下記の表１〜
表２に示す成分を同表に示す割合で配合し、ミキシング
ロール機で混練して冷却した後、粉砕することにより目
的とする粉末状のエポキシ樹脂組成物を得た。

【００４６】

【表１】

【００４７】

【表２】

【００４８】上記エポキシ樹脂組成物を用いて半導体素
子トランスファー成形（１７５℃×９０ｓｅｃ成形、１
８０℃×５時間後硬化）でモールドすることにより半導
体装置を得た。この半導体装置は、１６０ピンのクワッ
ドフラットパッケージ（ＱＦＰ−１６０）を用い、リー
ドフレームとして、銅合金素体の、その表面にＮｉ：厚
み５００μｍ、Ｐｄ：厚み５０μｍ、そして最外層にＡ
ｕ：厚み８ｎｍの各めっきをそれぞれ施したものを用い
た。このようにして得られた半導体装置について、８５
℃／８５％ＲＨで１６８時間吸湿させた後、２６０℃の
半田中へ浸漬してパッケージクラックが発生するまでの
時間を測定した。

【００４９】また、接着力はつぎのようにして測定し
た。すなわち、図１に示す、上型１０，中型１１，下型
１２の３層構造からなる成形型の、中型１１と下型１２
との間に測定用の金属板１３（上記リードフレームと同
じ材質：銅合金素体に厚み５００μｍのニッケルめっき
層が形成され、さらに厚み５０μｍのＰｄめっき層が形
成され、さらに厚み８ｎｍの金めっき層が形成された
板：大きさ３ｃｍ×７ｃｍ）を挟持させたものを準備
し、型内にエポキシ樹脂組成物１４を充填して図２に示
す測定用のサンプルを成形した。図２において、１３は
測定用の金属板であり、１５は円錐台形状の樹脂硬化体
（下面の直径１ｃｍ、上面の直径＜１ｃｍ）である。成
形は、通常のモールド条件と同じく、１７５℃×２分間
の成形とし、さらに１７５℃×５時間の後硬化を行っ
た。そして、得られたサンプルを、図３に示すように、
固定治具１６に固定し、金属板１３の端部を引張試験機
１７でチャックし、樹脂硬化体１５と金属板１３の剪断
接着力を測定した。そして、この剪断接着力より樹脂硬
化体１５と金属板１３の接着性を評価した。

【００５０】また、スパーラルフローはＥＭＭＩ規格に
準じた金型を使用して、１７５℃，７０ｋｇ／ｃｍ²の
条件で評価した。

【００５１】さらに、縦８０ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み４
ｍｍの棒状の板（硬化体）を１７５℃×９０秒の硬化条
件で成形した後、素早くショアー硬度計で樹脂の熱時硬
度を測定し樹脂の硬化性を評価した。

【００５２】これらの測定・評価の結果を下記の表３〜
表４に併せて示す。

【００５３】

【表３】

【００５４】

【表４】

【００５５】上記表３〜表４の結果から、全ての実施例
品はスパイラルフロー値も高く流動性に優れており、し
かも高接着力を示し、かつ半田耐熱性にも優れているこ
とがわかる。特に、実施例３，６品は、接着性および半
田耐熱性に関して一層優れたものであった。これに対し
て、比較例１品はアルミニウムキレート化合物が配合さ
れておらず、流動性に関しては問題はなかったが、接着
力が著しく低く、しかも半田耐熱性に劣っている。ま
た、比較例２品は、比較例１品と同様、流動性に関して
は問題はなかったが、接着力が低く、半田耐熱性に劣っ
ている。

【００５６】

【発明の効果】以上のように、本発明の半導体装置は、
特定のアルミニウムキレート化合物（Ｄ成分）を含む特
殊なエポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を樹脂封止
して構成することにより、リードフレームと封止用樹脂
硬化物との接着性が良好となり、半田実装におけるよう
な過酷な条件下においてもパッケージクラックが生ずる
ことがなく、優れた半田耐熱性を備えている。

【００５７】特に、近年適用されるようになってきたパ
ラジウムによる先付けリードフレームに対しても、良好
な接着性を示し半田耐熱性に優れた半導体装置を提供す
る。

【００５８】なお、本発明においては、表面実装型の半
導体装置を中心に説明したが、これに限らずピン挿入型
等の実装方式にも適用できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】エポキシ樹脂組成物からなる樹脂硬化体の接着
性を評価する際に用いられる評価用サンプルの製造方法
を示す断面図である。

【図２】上記製造方法により得られた評価用サンプルを
示す斜視図である。

【図３】樹脂硬化体とフレームとの剪断力の測定方法を
示す説明図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/50 Ｄ 23/31 23/30 Ｒ 23/50

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有するエ
ポキシ樹脂組成物を用いて、リードフレーム上に載置さ
れた半導体素子を封止してなる半導体装置。（Ａ）エポキシ樹脂。（Ｂ）フェノール樹脂。（Ｃ）無機質充填剤。（Ｄ）分子内にリン酸エステル構造を有するアルミニウ
ムキレート化合物。
【請求項２】上記リードフレームが最外層にＡｕめっ
き層を有するものである請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】上記Ａｕめっき層に隣接する下層がＰｄ
めっき層であるリードフレームを用いる請求項２記載の
半導体装置。
【請求項４】下記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有する半
導体封止用エポキシ樹脂組成物。（Ａ）エポキシ樹脂。（Ｂ）フェノール樹脂。（Ｃ）無機質充填剤。（Ｄ）分子内にリン酸エステル構造を有するアルミニウ
ムキレート化合物。