JPH1171445A

JPH1171445A - エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置

Info

Publication number: JPH1171445A
Application number: JP24783597A
Authority: JP
Inventors: Isao Yamamoto; 功山本
Original assignee: Toshiba Chemical Corp
Current assignee: Kyocera Chemical Corp
Priority date: 1997-08-28
Filing date: 1997-08-28
Publication date: 1999-03-16

Abstract

(57)【要約】【課題】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剥がれや内部樹脂ク
ラックの発生がなく、また、電極の腐食による断線や水
分によるリーク電流の発生もないエポキシ樹脂組成物お
よびＢＧＡ用半封止装置を提供する。【解決手段】（Ａ）（ａ）多官能エポキシ樹脂と
（ｂ）エポキシ変性ポリブタジエンとを、重量比
［（ａ）／（ｂ）］として1 〜100 の割合で含有するエ
ポキシ樹脂、（Ｂ）多官能フェノール樹脂、（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
組成物に対して前記（Ｃ）無機質充填剤を25〜93重量％
の割合で含有してなるエポキシ樹脂組成物である。ま
た、この組成物の硬化物で、半導体チップが封止されて
なるＢＧＡ用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、耐湿性、半田耐熱
性に優れたエポキシ樹脂組成物およびその組成物によっ
て半導体チップが封止されたＢＧＡ（Ball Grid Array
）型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、
チップの高集積化に伴う大型化、多極化が進む一方、パ
ッケージ外径寸法は、携帯型情報通信機器を中心に小
型、軽量化の要求はますます強くなっている。

【０００３】このため、リードが周辺配列されているＱ
ＦＰ（Quad Flat Package ）では、多電極化に伴う狭ピ
ッチ化が加速し、現状0.3 ｍｍピッチにまで進み一括リ
フローソルダリングの限界にある。

【０００４】そこで、リードをパッケージ下面にエリア
アレイ状に配置したＢＧＡ型に移行して電極ピッチを1.
5 ｍｍ〜1.0 ｍｍに保ってソルダリングを容易にする動
きが数年前より米国を中心に活発化してきた。

【０００５】しかし、ＢＧＡ型のパッケージは、片面封
止のため、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シリカ粉末
からなる樹脂組成物によって封止した場合、パッケージ
の反りが大きいという欠点があった。また、ボンディン
グワイヤの長ループ化により、成形時にワイヤ流れが起
こるという欠点があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の欠点
を解消するためになされたもので、パッケージの反りが
少なく、かつ流動性が良好で成形性に優れ、また、実装
時の半田耐熱性に優れ、樹脂クラックの発生がなく、接
着性も良好であり、また、実装後の耐湿性に優れ、長期
の信頼性を保証するエポキシ樹脂組成物及びＢＧＡ型半
導体封止装置を提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、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、特定のフェノール樹脂を用いることによって、
耐湿性、半田耐熱性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。

【０００８】即ち、本発明は、（Ａ）（ａ）次の一般式
で示される多官能エポキシ樹脂と、

【０００９】

【化５】（但し、式中、Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³は水素原子又は炭素数
1 〜10のアルキル基を表す）（ｂ）エポキシ変性ポリブタジエンとを、重量比
［（ａ）／（ｂ）］として1 〜100 の割合で含有するエ
ポキシ樹脂、（Ｂ）次の一般式で示される多官能フェノ
ール樹脂、

【００１０】

【化６】（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、樹脂組成物に対して前記（Ｃ）無機質充填剤を25
〜93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、別の本発明は、このエポ
キシ樹脂組成物の硬化物で、半導体チップが封止された
てなることを特徴とするＢＧＡ型の半導体封止装置であ
る。

【００１１】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１２】本発明に用いる（Ａ）エポキシ樹脂のう
ち、（ａ）成分の多官能エポキシ樹脂としては、前記の
一般式化５で示されたものが使用され、（ｂ）成分のエ
ポキシ変性ポリブタジエンとしては、具体的な銘柄とし
て、Ｅ−１８００−６．５、Ｅ−１０００−６．５（日
本石油社製、商品名）などが挙げられる。（Ａ）エポキ
シ樹脂としては、（ａ）多官能エポキシ樹脂と（ｂ）エ
ポキシ変性ポリブタジエンとは、［（ａ）成分／（ｂ）
成分］の重量比が1 〜100 の割合になるように配合され
る。

【００１３】また、この（Ａ）エポキシ樹脂には、ノボ
ラック系エポキシ樹脂やエピビス系エポキシ樹脂、その
他の一般公知のエポキシ樹脂を併用することができる。

【００１４】本発明に用いる（Ｂ）多官能フェノール樹
脂としては、前記の一般式化６で示されたものが使用さ
れる。具体的な化合物としては、例えば

【００１５】

【化７】

【００１６】

【化８】

【００１７】

【化９】等が挙げられる。

【００１８】また、この多官能フェノール樹脂の他にフ
ェノール、アルキルフェノール等のフェノール類と、ホ
ルムアルデヒド或いはパラホルムアルデヒドとを反応さ
せて得られるノボラック型フェノール樹脂およびこれら
の変性樹脂を併用することができる。

【００１９】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
れらの中でも不純物濃度が低く、平均粒径30μｍ以下の
シリカ粉末が好ましく使用することができる。平均粒径
が30μｍを超えると耐湿性および成形性が劣り好ましく
ない。無機質充填剤の配合割合は、全体の樹脂組成物に
対して25〜93重量％の割合で含有することが望ましい。
その割合が25重量％未満では、樹脂組成物の吸湿性が大
きく、半田浸漬後の耐湿性に劣り、また、93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。

【００２０】本発明に用いる（Ｄ）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が広く使用さ
れる。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、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。

【００２１】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、特定のフェノール樹脂、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
天然ワックス類、合成ワックス類、直鎖脂肪酸の金属
塩、酸アミド類、エステル類、パラフィン類等の離型
剤、三酸化アンチモン等の難燃剤、カーボンブラック、
ベンガラ等の着色剤、シランカップリング剤、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。

【００２２】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な方法としては、前述した特
定のエポキシ樹脂、特定のフェノール樹脂、無機質充填
剤および硬化促進剤その他の成分を所定の組成比に選択
した原料成分を配合し、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又はニ
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
電子部品ある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。

【００２３】本発明の半導体封止装置は、上述した成形
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、注型等
による封止も可能である。成形材料は封止の際に加熱し
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。

【００２４】

【作用】本発明のエポキシ樹脂組成物およびＢＧＡ型半
導体封止装置は、前述した特定のエポキシ樹脂、特定の
フェノール樹脂を用いたことによって、樹脂組成物の吸
水性を低減し、熱機械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。

【００２５】

【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。以下の実施例及び比較例において「％」とは「重量
％」を意味する。

【００２６】実施例１前述した化５のエポキシ樹脂 6.2％、エポキシ変性ポリ
ブタジエン0.5 ％、前述した化７のフェノール樹脂 4.8
％、シリカ粉末88％、硬化促進剤 0.3％、エステルワッ
クス 0.3％およびシランカップリング剤 0.4％を常温で
混合し、さらに90〜95℃で混練してこれを冷却粉砕して
成形材料（Ａ）を製造した。

【００２７】実施例２実施例１で用いた化５のエポキシ樹脂6.6 ％、エポキシ
変性ポリブタジエン0.5 ％、実施例１で用いた化７のフ
ェノール樹脂3.1 ％、フェノールノボラック樹脂1.3
％、シリカ粉末88％、硬化促進剤 0.3％、エステルワッ
クス 0.3％およびシランカップリング剤 0.4％を常温で
混合し、さらに90〜95℃で混練してこれを冷却粉砕して
成形材料（Ｂ）を製造した。

【００２８】比較例１ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂7 ％、ノボラ
ック型フェノール樹脂4％、シリカ粉末88％、硬化促進
剤 0.3％、エステルワックス 0.3％およびシランカップ
リング剤 0.4％を混合し、さらに90〜95℃で混練してこ
れを冷却粉砕して成形材料（Ｃ）を製造した。

【００２９】比較例２エピビス型エポキシ樹脂9 ％、ノボラック型フェノール
樹脂 2％、シリカ粉末8 8 ％、硬化促進剤 0.3％、エス
テルワックス 0.3％およびシランカップリング剤 0.4％
を混合し、さらに90〜95℃で混練してこれを冷却粉砕し
て成形材料（Ｄ）を製造した。

【００３０】こうして製造した成形材料（Ａ）〜（Ｄ）
を用いて、175 ℃に加熱した金型内にトランスファー注
入し、硬化させて半導体チップを封止して半導体封止装
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
ポキシ樹脂組成物及び半導体封止装置は、耐湿性、半田
耐熱性に優れており、本発明の顕著な効果を確認するこ
とができた。

【００３１】

【表１】＊1 ：トランスファー成形によって直径50mm、厚さ3 mmの成形品を作り、これを 127℃， 2.5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測定した。＊2 ：吸水率の場合と同様な成形品を作り、 175℃で 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。＊3 ：ＪＩＳ−Ｋ−６９１１に準じて試験した。＊4 ：成形材料を用いて、 2本のアルミニウム配線を有するシリコン製チップを、通常の４２アロイフレームに接着し、175 ℃で 2分間トランスファー成形した後、175 ℃で 8時間の後硬化を行った。こうして得た成形品を予め、40 ℃，90 ％ＲＨ、100 時間の吸湿処理をした後、250 ℃の半田浴に10秒間浸漬した。その後、127 ℃，2.5 気圧の飽和水蒸気中で耐湿試験を行い、アルミニウム腐食による50％断線（不良発生）の起こる時間を評価した。＊5 ：8 ×8 ｍｍダミーチップをＢＧＡ（27×27×1.2 ｍｍ）パッケージに納め、成形材料を用いて、175 ℃で 2分間トランスファー成形した後、175 ℃で 8時間の後硬化を行った。こうして製造した半導体封止装置を85℃，85％，24時間の吸湿処理をした後、240 ℃の半田浴に1 分間浸漬した。その後、実体顕微鏡でパッケージ表面を過札し、外部樹脂クラックの発生の有無を評価した。＊6 ：10×10ｍｍダミーチップをＢＧＡ（30×30×1.2 ｍｍ）パッケージに納め、成形材料を用いて、175 ℃で 2分間トランスファー成形した後、175 ℃で 8時間の後硬化を行った。こうして製造した半導体封止装置の反り量を非接触式レーザー測定機により測定した。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明及び表１から明らかなよう
に、本発明のエポキシ樹脂組成物及びＢＧＡ型半導体封
止装置は、パッケージ反りが少なく、かつ、流動性が良
好で、成形性に優れ、また、実装時の半田耐熱性に優
れ、樹脂クラックもなく、接着性も良好であり、また実
装後の耐湿性に優れ、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ＦＩ // Ｃ０８Ｋ 3/36 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 7/18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）（ａ）次の一般式で示される多官
能エポキシ樹脂と、【化１】（但し、式中、Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³は水素原子又は炭素数
1 〜10のアルキル基を表す）（ｂ）エポキシ変性ポリブタジエンとを、重量比
［（ａ）／（ｂ）］として1 〜100 の割合で含有するエ
ポキシ樹脂、（Ｂ）次の一般式で示される多官能フェノ
ール樹脂、【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、樹脂組成物に対して前記（Ｃ）無機質充填剤を25
〜93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。
【請求項２】（Ａ）（ａ）次の一般式で示される多官
能エポキシ樹脂と、【化３】（但し、式中、Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³は水素原子又は炭素数
1 〜10のアルキル基を表す）（ｂ）エポキシ変性ポリブタジエンとを、重量比
［（ａ）／（ｂ）］として1 〜100 の割合で含有するエ
ポキシ樹脂、（Ｂ）次の一般式で示される多官能フェノ
ール樹脂、【化４】（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、樹脂組成物に対して前記（Ｃ）無機質充填剤を25
〜93重量％の割合で含有したエポキシ樹脂組成物の硬化
物で、半導体チップが封止されたことを特徴とするＢＧ
Ａ型半導体封止装置。