JP2000248154A - 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】 【課題】 不純物特性、耐湿性を向上させ、成形性、耐
リフロークラック性に優れたエポキシ樹脂組成物および
半導体封止装置を提供する。 【解決手段】 （Ａ）ｏ−クレゾールノボラック型エポ
キシ樹脂、（Ｂ）（ａ）ジシクロペンタジエン型フェノ
ール樹脂と（ｂ）ノボラック型フェノール樹脂とを重量
比で（ａ）／（ｂ）が０．２〜１０で含有するフェノー
ル樹脂硬化剤、（Ｃ）（ｃ）１，２−トリメチレンベン
ズイミダゾールと（ｄ）トリフェニルホスフィンを重量
比で（ｃ）／（ｄ）が０．２〜１０で含有する硬化促進
剤および（Ｄ）無機質充填剤を必須成分とし、全体の樹
脂組成物に対して（Ｄ）無機質充填剤を２５〜９５重量
％で含有した封止用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、半導体チップが封止された
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、半導体パッケージ
において、成形性、耐リフロークラック性等の信頼性に
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】従来、半導体封止材料では、ｏ−クレゾ
ールノボラック型エポキシ樹脂をノボラック型フェノー
ル樹脂で硬化させる方法が多く用いられている。しか
し、近年、半導体集積回路の分野において、高集積化に
伴うチップの大型化が進む一方、パッケージは薄型化が
進み、より高い耐リフロークラック性が要求されてい
る。

【０００３】一方、硬化促進剤としては、トリフェニル
ホスフィン（ＴＰＰ）、１，８−ジアザビシクロ［５，
４，０］ウンデセン−１（ＤＢＵ）、イミダゾール類な
どが利用されてきたが、これらはそれぞれ固有の硬化性
を示すため、封止樹脂に要求される諸特性をすべて満た
すことはできなかった。なかでも、イミダゾール類は比
較的低温条件で反応を促進し、耐熱性に優れた硬化性を
与えるため、成形性、耐リフロークラック性の面では、
他の硬化促進剤と比較して優位にたっている。しかし、
不純物特性や耐湿信頼性においては、他の硬化促進剤に
比べて大きく見劣りしていた。

【０００４】

【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、不純物特性、耐湿性
を向上させ、成形性、耐リフロークラック性に優れ、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
ームの間の剥がれや、内部樹脂クラックの発生がない、
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。

【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、フェノール樹脂
硬化剤として、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂
とノボラック型フェノール樹脂を併用し、かつ、硬化促
進剤として、１，２−トリメチレンベンズイミダゾール
とトリフェニルホスフィンを併用することにより、上記
の目的が達成できることを見いだし、本発明を完成した
ものである。

【０００６】即ち、本発明は、 （Ａ）次の一般式で示されるｏ−クレゾールノボラック
型エポキシ樹脂、

【化６】 （但し、式中ｎは０又は１以上の整数を表す） （Ｂ）（ａ）次の一般式で示されるジシクロペンタジエ
ン型フェノール樹脂と

【化７】 （但し、式中ｎは０又は１以上の整数を表す） （ｂ）次の一般式で示されるノボラック型フェノール樹
脂

【化８】 （但し、式中ｎは０又は１以上の整数を表す）とを重量
比で（ａ）成分／（ｂ）成分が０．２〜１０の割合で含
有するフェノール樹脂硬化剤、 （Ｃ）（ｃ）次の一般式で示される１，２−トリメチレ
ンベンズイミダゾールと

【化９】 （ｄ）次の一般式で示されるトリフェニルホスフィン

【化１０】 とを重量比で（ｃ）成分／（ｄ）成分が０．２〜１０の
割合で含有する硬化促進剤および （Ｄ）無機質充填剤を必須成分とし、全体の樹脂組成物
に対して前記した（Ｄ）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。

【０００７】以下、本発明を詳細に説明する。

【０００８】本発明に用いる（Ａ）ｏ−クレゾールノボ
ラック型エポキシ樹脂は、一般式化６で示されるエポキ
シ樹脂が使用される。

【０００９】本発明に用いる（Ｂ）フェノール樹脂硬化
剤としては、（ａ）一般式化７で示されるジシクロペン
タジエン型フェノール樹脂と（ｂ）一般式化８で示され
るノボラック型フェノール樹脂を併用するものである。
（ａ）のジシクロペンタジエン型フェノール樹脂と
（ｂ）のノボラック型フェノール樹脂とは、重量比で
［（ａ）成分／（ｂ）成分］が０．２〜１０、好ましく
は０．５〜５の割合で使用する。重量比が０．２未満で
は、耐吸湿性が低下し、１０を超えると、成形作業性の
低下をもたらす。従って上記の範囲内に限定するのがよ
い。

【００１０】本発明における上記（Ｂ）フェノール樹脂
硬化剤の配合割合は、［（Ａ）エポキシ樹脂のエポキシ
基／（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤のフェノール性水酸
基］が当量比で０．１〜１０、好ましくは０．５〜２．
０の範囲で使用する。当量比が０．１未満もしくは１０
を超えると、硬化性、耐熱性、耐湿性、成形作業性およ
び硬化物の電気特性が悪くなり、いずれの場合も好まし
くない。従って上記の範囲内に限定するのがよい。

【００１１】本発明に用いる（Ｃ）硬化促進剤は、前記
の一般式化９で示される（ｃ）１，２−トリメチレンベ
ンズイミダゾールと前記の一般式化１０で示される
（ｄ）トリフェニルホスフィンを併用したものである。
（ｃ）１，２−トリメチレンベンズイミダゾールと
（ｄ）トリフェニルホスフィンとは、重量比で［（ｃ）
成分／（ｄ）成分］が０．１〜１０、好ましくは０．５
〜５の割合で使用する。重量比が０．１未満では、
（ｃ）１，２−トリメチレンベンズイミダゾールの効果
が発揮されず、また１０を超えると成形作業性の低下を
もたらす。従って上記の範囲内に限定するのがよい。

【００１２】本発明における上記（Ｃ）硬化促進剤の配
合割合は、全体の樹脂組成物に対して０．０１〜５．０
重量％の範囲で含有することが望ましい。この割合が
０．０１未満では、硬化剤として機能せず、また５．０
重量％を超えると、封止樹脂の硬化が速すぎるため実用
に適さず好ましくない。

【００１３】本発明に用いる（Ｄ）無機質充填剤として
は、不純物濃度が低く、最大粒径が１００μｍ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。無機質充填剤の具体的なもの
としては、例えば、シリカ粉末、窒化ケイ素粉末、アル
ミナ粉末、窒化アルミニウム、三酸化アンチモン、四酸
化アンチモン、五酸化アンチモン、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種以上混合
して使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２
５〜９５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。

【００１４】本発明のエポキシ樹脂組成物は、前述した
ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペ
ンタジエン型フェノール樹脂、ノボラック型フェノール
樹脂、１，２−トリメチレンベンズイミダゾール、トリ
フェニルホスフィンおよび無機質充填剤を必須成分とす
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、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等の難燃剤、エラストマー等
の低応力化成分、カーボンブラック、ベンガラ等の着色
剤、シラン系等のカップリング剤やシリコーンオイル等
を適宜添加配合することができる。

【００１５】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ｏ−クレゾ
ールノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン
型フェノール樹脂、ノボラック型フェノール樹脂、１，
２−トリメチレンベンズイミダゾール、トリフェニルホ
スフィン、無機質充填剤および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優れた特性と信頼性
を付与させることができる。

【００１６】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、最終的にはこの組成物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、１
５０℃以上に加熱して硬化させることが望ましい。

【００１７】

【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、特定組合せのフェノール樹脂硬化剤および特定
組合せの硬化促進剤を用いたことによって、特に、樹脂
組成物の不純物を低減し、半導体パッケージにおいて耐
湿性の信頼性を向上させることができた。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に本発明を実施例によって具体
的に説明するが、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。

【００１９】実施例１ 前記化６に示したｏ−クレゾールノボラック型エポキシ
樹脂１６％、前記化７に示したフェノール樹脂４．５
％、前記化８に示したフェノール樹脂４．５％、前記化
９に示した硬化促進剤０．１５％、前記化１０に示した
硬化促進剤０．１５％、溶融シリカ粉末７４％、シラン
カップリング剤０．４％およびエステル系ワックス類
０．３％を配合し、常温で混合し、さらに９０〜９５℃
で混練冷却した後、粉砕して成形材料を製造した。この
成形材料を１７５℃に加熱した金型内にトランスファー
注入し、硬化させて成形品を作成した。この成形品につ
いて不純物濃度、耐湿性を試験したので、その結果を表
１に示した。本発明の顕著な効果が確認された。

【００２０】比較例１ 前記化６に示したｏ−クレゾールノボラックエポキシ樹
脂１６％、前記化８に示したフェノール樹脂９％、前記
化９に示した硬化促進剤０．１５％、前記化１０に示し
た硬化促進剤０．１５％、溶融シリカ粉末７４％、シラ
ンカップリング剤０．４％およびエステル系ワックス類
０．３％を配合し、常温で混合し、さらに９０〜９５℃
で混練冷却した後、粉砕して成形材料を製造した。この
成形材料を１７５℃に加熱した金型内にトランスファー
注入し、硬化させて成形品を作成した。この成形品につ
いて不純物濃度、耐湿性を試験したので、その結果を表
１に示した。

【００２１】比較例２ 前記化６に示したｏ−クレゾールノボラック型エポキシ
樹脂１６％、前記化７に示したフェノール樹脂４．５
％、前記化８に示したフェノール樹脂４．５％、前記化
１０に示した硬化促進剤０．３％、溶融シリカ粉末７４
％、シランカップリング剤０．４％およびエステル系ワ
ックス類０．３％を配合し、常温で混合し、さらに９０
〜９５℃で混練冷却した後、粉砕して成形材料を製造し
た。この成形材料を１７５℃に加熱した金型内にトラン
スファー注入し、硬化させて成形品を作成した。この成
形品について不純物濃度、耐湿性を試験したので、その
結果を表１に示した。

【００２２】比較例３ 前記化６に示したｏ−クレゾールノボラック型エポキシ
樹脂１６％、前記化８に示したフェノール樹脂９％、前
記化１０に示した硬化促進剤０．３％、溶融シリカ粉末
７４％、シランカップリング剤０．４％およびエステル
系ワックス類０．３％を配合し、常温で混合し、さらに
９０〜９５℃で混練冷却した後、粉砕して成形材料を製
造した。この成形材料を１７５℃に加熱した金型内にト
ランスファー注入し、硬化させて成形品を作成した。こ
の成形品について不純物濃度、耐湿性を試験したので、
その結果を表１に示した。

【００２３】

【表１】 ＊１：トランスファー成形により成形品を作り、これを
１７５℃，８時間の後硬化を行った後にこれを砕き、１
８０℃で２時間熱水抽出し、イオンクロマトグラフィー
により測定を行った。

【００２４】＊２：トランスファー成形により成形品を
作り、これを１７５℃，８時間の後硬化を行い、熱機械
分析装置によって測定した。

【００２５】＊３：成形材料を用いて、２本以上のアル
ミニウム配線を有するシリコン製チップ（テスト用素
子）を、フレームに接着し、１７５℃，２分間トランス
ファー成形しＱＦＰ−２０８Ｐ、２．８ｍｍｔの成形品
を作り、これを１７５℃，８時間の後硬化を行った。こ
うして得た成形品を予め、８５℃，４０％ＲＨ，１６８
時間の吸湿処理した後、Ｍａｘ２４０℃のＩＲリフロー
炉に４回通した。その後、１２７℃，２．５気圧の飽和
水蒸気中でＰＣＴを行い、アルミニウムの腐蝕による５
０％断線（不良発生）の起こる時間を評価した。

【００２６】

【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、不純物特性に優れ、ＩＲリフロー後においても剥離
することなく、耐湿性に優れ、その結果、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.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31 Ｆターム(参考） 4J002 CD042 CD061 CD072 DE117 DE127 DE137 DE147 DE237 DF017 DJ007 DJ017 DJ037 DJ047 DJ057 DL007 EU116 EW146 FA047 FD017 FD142 FD156 GQ05 4J036 AF08 DC41 DD07 FA01 FB08 JA07 4M109 AA01 BA01 CA21 EA03 EB03 EB04 EB12 EC01 EC03 EC20

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）次の一般式で示されるｏ−クレゾ
   ールノボラック型エポキシ樹脂、 【化１】 （但し、式中ｎは０又は１以上の整数を表す） （Ｂ）（ａ）次の一般式で示されるジシクロペンタジエ
   ン型フェノール樹脂と 【化２】 （但し、式中ｎは０又は１以上の整数を表す） （ｂ）次の一般式で示されるノボラック型フェノール樹
   脂 【化３】 （但し、式中ｎは０又は１以上の整数を表す）とを重量
   比で（ａ）成分／（ｂ）成分が０．２〜１０の割合で含
   有するフェノール樹脂硬化剤、 （Ｃ）（ｃ）次の一般式で示される１，２−トリメチレ
   ンベンズイミダゾールと 【化４】 （ｄ）次の一般式で示されるトリフェニルホスフィン 【化５】 とを重量比で（ｃ）成分／（ｄ）成分が０．２〜１０の
   割合で含有する硬化促進剤および （Ｄ）無機質充填剤を必須成分とし、全体の樹脂組成物
   に対して前記した（Ｄ）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エポキシ樹脂
   組成物。
2. 【請求項２】 請求項１記載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。