JP2643547B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

半導体封止用エポキシ樹脂組成物

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JP2643547B2 JP2173513A JP17351390A JP2643547B2 JP 2643547 B2 JP2643547 B2 JP 2643547B2 JP 2173513 A JP2173513 A JP 2173513A JP 17351390 A JP17351390 A JP 17351390A JP 2643547 B2 JP2643547 B2 JP 2643547B2
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、半導体装置を封止するためのエポキシ樹脂
組成物に関する。さらに詳しくは、樹脂封止型半導体装
置を実装する際のハンダ付け工程において封止樹脂にク
ラックが発生するのを防止した半導体封止用エポキシ樹
脂組成物、特に耐湿性および成形性に優れた半導体封止
用エポキシ樹脂組成物に関するものである。
<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配線板への半導体装置組立
工程の自動化が推進されている。たとえばフラットパッ
ケージ型の半導体装置を回路板に取付ける場合、従来は
リードピンごとに半田付けを行っていたが、最近は半導
体装置全体を250℃以上に加熱した半田浴に浸漬して半
田付けを行う表面実装方式が採用されている。そのため
従来の封止用樹脂で封止したパッケージは半田付け時に
樹脂部分にクラックが発生し、信頼性が低下して製品と
して使用できないという問題が起きている。
また、半導体の封止方法としては、エポキシ樹脂に硬
化剤および充填材などを添加した組成物を用い、半導体
素子を金型にセットしてトランスファー成形法などによ
り封止する方法が一般的に行われている。
これら半導体封止樹脂に要求される特性としては、信
頼性、半田耐熱性および成形性などがあり、信頼性とし
ては耐湿性が、成形性としてはバリ、熱時硬度などが挙
げられる。
ここでいう耐湿性とは、高温、高湿環境下に樹脂封止
半導体を放置した場合に、封止樹脂や封止樹脂とリード
フレームとの界面を通って水分が侵入することにより、
半導体が故障するのを防止することであり、近年半導体
の集積度が向上すると共に、より高度の耐湿性が要求さ
れるようになった。
封止樹脂の耐湿性を向上するために、通常はシランカ
ップリング剤が添加されており、具体的には、エポキシ
シランを添加する方法(特公昭62−17640号公報)およ
びビニルシランを添加する方法(特開昭62−223219、特
開昭57−155753号公報)などが提案されている。
また、封止樹脂の耐半田クラック性を向上するための
従来法としては、たとえばビフェニル型のエポキシ樹脂
を用いる方法(特開昭63−251419号公報)などが提案さ
れている。
<発明が解決しようとする課題> しかしながら、耐湿性を改良するためにエポキシシラ
ンやビニルシランを添加する方法では、これらの添加に
よる耐湿性や半田耐熱性の向上がいまだ十分ではなく、
製品として使用するのは困難であった。
また、ビフェニル型のエポキシ樹脂とエポキシシラン
を用いる方法では、封止樹脂の耐半田クラック性はある
程度向上するものの満足できるレベルではないばかり
か、耐湿性が低いうえに、成形時に熱時硬度が低く、バ
リが多いなどの問題があり実用的ではなかった。
そこで本発明の課題は、上述したエポキシ樹脂組成物
が有する問題を解決し、半田耐熱性、耐湿性などの信頼
性、およびバリ、熱時硬度などの成形性に優れたエポキ
シ樹脂組成物を提供して、表面実装用の樹脂封止半導体
を可能にすることにある。
<課題を解決するための手段> 本発明者らは、多官能シランカップリング剤の使用に
より、上記の課題を達成し、目的に合致した半導体封止
用エポキシ樹脂組成物が得られることを見出し、本発明
に到達した。
すなわち本発明は、次式(I)で表される骨格を有す
るエポキシ樹脂(a)を30重量%以上含有するエポキシ
樹脂(A)、硬化剤(B)、充填剤(C)および多官能
シランカップリング剤(D)を含有する半導体封止用エ
ポキシ樹脂組成物、 (ただしR1〜R8は水素原子、C1〜C4の低級アルキル基ま
たはハロゲン原子) および前記の半導体封止用エポキシ樹脂組成物によって
半導体素子が封止された半導体装置を提供するものであ
る。
以下本発明の構成を詳述する。
本発明におけるエポキシ樹脂(A)は、その分子中に
エポキシ基を少なくとも2個以上有するものであれば特
に限定されず、これらの具体例としては、たとえばクレ
ゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラッ
ク型エポキシ樹脂、次式(I)で表される骨格を有する
ビフェニル型エポキシ樹脂(a) (ただし、R1〜R8は水素原子、C1〜C4の低級アルキル基
またはハロゲン原子を示す。) 次式(II)で表されるノボラック型エポキシ樹脂、 ビスフェノールAやレゾルシンなどから合成される各
種ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポ
キシ樹脂、線状脂肪族エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹
脂、複素環式エポキシ樹脂およびハロゲン化エポキシ樹
脂などが挙げられる。
用途によっては二種類以上のエポキシ樹脂を併用して
もよいが、半導体封止樹脂用としては半田耐熱性の点か
らビフェニル型エポキシ樹脂(a)を、全エポキシ樹脂
中に30重量%以上含む。
ビフェニル型エポキシ樹脂(a)の好ましい具体例と
しては、4,4′−ビス(2,3−エポキシプロポキシ)ビフ
ェニル、4,4′−ビス(2,3−エポキシプロポキシ)−3,
3′,5,5′−テトラメチルビフェニル、4,4′−ビス(2,
3−エポキシプロポキシ)−3,3′,5,5′−テトラメチル
−2−クロロビフェニル、4,4′−ビス(2,3−エポキシ
プロポキシ)−3,3′,5,5′−テトラメチル−2−ブロ
モビフェニル、4,4′−ビス(2,3−エポキシプロポキ
シ)−3,3′,5,5′−テトラエチルビフェニルおよび4,
4′−ビス(2,3−エポキシプロポキシ)−3,3′,5,5′
−テトラブチルビフェニルなどが挙げられる。
本発明における硬化剤(B)は、エポキシ樹脂(A)
と反応して硬化させるものであれば特に限定されず、そ
れらの具体例としては、たと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、下記式(III)で表
されるノボラック樹脂、 ビスフェノールAやレゾルシンから合成される各種ノボ
ラック樹脂、各種多価フェノール化合物、無水マレイン
酸、無水フタル酸、無水ピロメリット酸などの酸無水物
およびメタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメ
タン、ジアミノジフェニルスルホンなどの芳香族アミン
などが挙げられる。半導体装置封止用としては、耐熱
性、耐湿性および保存性の点から、フェノールノボラッ
ク、クレゾールノボラックなどのノボラック樹脂が好ま
しく用いられ、用途によっては二種以上の硬化剤を併用
してもよい。
本発明において、エポキシ樹脂(A)と硬化剤(B)
の配合比は、機械的性質および耐湿性の点から(A)に
対する(B)の化学当量比が0.5〜1.6、特に0.8〜1.3の
範囲にあることが好ましい。
また、本発明においてエポキシ樹脂(A)と硬化剤
(B)の硬化反応を促進するため硬化触媒を用いてもよ
い。硬化触媒は硬化反応を促進するものならば特に限定
されず、たとえば2−メチルイミダゾール、2,4−ジメ
チルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾー
ル、2−フェニルイミダゾール、2−フェニル−4−メ
チルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾールなど
のイミダゾール化合物、トリエチルアミン、ベンジルジ
メチルアミン、α−メチルベンジルジメチルアミン、2
−(ジメチルアミノメチル)フェノール、2,4,6−トリ
ス(ジメチルアミノメチル)フェノール、1,8−ジアザ
ビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7などの3級アミン化
合物、ジルコニウムテトラメトキシド、ジルコニウムテ
トラプロポキシド、テトラキス(アセチルアセトナト)
ジルコニウム、トリ(アセチルアセトナト)アルミニウ
ムなどの有機金属化合物およびトリフェニルホスフィ
ン、トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、ト
リブチルホスフィン、トリ(p−メチルフェニル)ホス
フィン、トリ(ノニルフェニル)ホスフィンなどの有機
ホスフィン化合物(F)挙げられる。なかでも耐湿性の
点から、有機ホスフィン化合物(F)が好ましく、トリ
フェニルホスフィンが特に好ましく用いられる。
これらの硬化触媒は、用途によっては二種以上を併用
してもよく、その添加量はエポキシ樹脂(A)100重量
部に対して0.1〜10重量部の範囲が好ましい。
本発明における充填剤(C)としては、溶融シリカ、
結晶性シリカ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ア
ルミナ、マグネシア、クレー、タルク、ケイ酸カルシウ
ム、酸化チタン、アスベスト、ガラス繊維などが挙げら
れる。なかでも溶融シリカは線膨脹係数を低下させる効
果が大きく、低応力化に有効なため好ましく用いられ
る。さらには、充填剤(C)の割合が全体の75〜90重量
%であり、かつ充填剤が平均粒径10μm以下の粉砕溶融
シリカ(C′)を全シリカ中40重量%以上含むことが、
半田耐熱性の点で好ましい。
なお、ここで平均粒径とは累積重量50%になる粒径
(メジアン径)を意味する。
本発明におけるシランカップリング剤(D)は、多官
能シランカップリング剤である。多官能シランカップリ
ング剤(D)の具体例としては、次式(III)で表され
るものが挙げられる。
(R1は炭素数1〜20の二価の炭化水素基、R2は水素原
子、炭素数1〜20の一価の炭化水素基、nは1〜3の整
数を各々示す。Xは2−アミノエチル基、グリシジル
基、メタクリル基またはヒドリド基を、Yはアリル基、
トリメトキシシリルプロピル基、ジメトキシメチルプロ
ピル基、またはグリシジル基を示す。) 本発明における多官能シランカップリング剤(D)の
具体例としては、3−[N−アリル−N(2−アミノエ
チル)]アミノプロピルトリメトキシシラン、N,N−ビ
ス[3−(トリメトキシシリル)プロピル]メタクリル
アミド、3−(N−アリル−N−グリシジル)アミノプ
ロピルトリメトキシシラン、3−(N,N−ジグリシジ
ル)アミノプロピルトリメトキシシラン、3−[N−ア
リル−N−グリシジル)アミノプロピルトリメトキシシ
ランおよび3−(N−アリル−N−メタクリル)アミノ
プロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。
これらの多官能シランカップリング剤(D)の添加量
は、通常、充填剤100重量部に対して0.1〜5重量部、好
ましくは0.2〜3重量部、特に好ましくは0.3〜1.5重量
部であり、さらには用途に応じて、一官能のエポキシシ
ラン、メルカプトシラン、アミノシラン、ビニルシラン
などの他のシランカップリング剤を併用することができ
る。
本発明において、充填剤(C)を多官能シランカップ
リング剤(D)であらかじめ表面処理することが、信頼
性の点で好ましい。
本発明の半導体封止用樹脂組成物には、ハロゲン化ポ
キシ樹脂などのハロゲン化合物、リン化合物などの難燃
剤、三酸化アンチモンなどの難燃助剤、カーボンブラッ
ク、酸化鉄などの着色剤、シリコーンゴム、シリコーン
オイル、スチレン系ブロック共重合体、オレフィン系共
重合体、変性ニトリルゴム、変性ポリブタジエンゴムな
どのエラストマー、ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂、
チタネートカップリング剤などのカップリング剤、長鎖
脂肪酸、長鎖脂肪酸の金属塩、長鎖脂肪酸のエステル、
長鎖脂肪酸のアミド、パラフィンワックスなどの離型剤
および有機過酸化物などの架橋剤を任意に添加すること
ができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物は溶融混練することによ
り製造するのが好ましく、たとえばバンバリーミキサ
ー、ニーダー、ロール、単軸もしくは二軸の押出機およ
びコニーダーなどの公知の混練方法を用いて溶融混練す
ることにより、製造される。
<実施例> 以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
表1に示した配合処方に対し、表2に示した各種シラ
ンカップリング剤、表3に示した各種溶融シリカを各々
表4に示した組成比で試薬をミキサーによりドライブレ
ンドした。これを、ロール表面温度90℃のミキシングロ
ールを用いて5分間加熱混練後、冷却、粉砕してエポキ
シ含有組成物を製造した。
この組成物を用い、低圧トランスファー成形法により
175℃×4分の条件で5時間ポストキュアした。ポスト
キュア後、次の物性測定法により、各組成物の物性を測
定した。
半田耐熱性:80pinQFP24個を85℃/85%RHで50時間加湿
後、260℃に加熱した半田浴に10秒間浸漬し、クラック
の発生しないQFPの個数の割合を求めた。
信頼性:44pinQFPを用い、120℃/85%RH,バイアス電圧15
VでUSPCBTを行い、累積故障率50%になる時間を求め
た。
また、前記の方法で製造したエポキシ樹脂組成物を用
いて、下記の方法により成形性の評価を行った。
バ リ:低圧トランスファー成形法によりフラッシュ金
型を用いてレジンフラッシュを測定した。
熱時硬度:低圧トランスファー成形法により175℃×2
分の条件で成形し、熱時硬度(ショアD)を測定した。
以上の評価結果をまとめて表4に示す。
表4にみられるように、本発明の多官能シランカップ
リング剤を用いた組成物(実施例1〜3)は半田耐熱
性、信頼性、バリおよび熱時硬度が均衡に優れている。
これに対して本発明の多官能シランカップリング剤を
使用しない組成物(比較例1〜4)では半田耐熱性、信
頼性、バリおよび熱時硬度において劣っている。
また、特定のエポキシ樹脂を30重量%以上含有した本
発明のエポキシ樹脂組成物(実施例4〜5)は信頼性や
バリ、熱時硬度などの成形性が優れているうえに半田耐
熱性がさらに向上している。
さらに、特定の溶融シリカを含有した本発明のエポキ
シ樹脂組成物(実施例6〜9)はさらに半田耐熱性が向
上している。
<発明の効果> 本発明のエポキシ樹脂組成物は、多官能シランカップ
リング剤、硬化剤、充填剤、エポキシ樹脂を配合したた
めに、半田耐熱性、信頼性、成形性に優れており、半導
体封止用として理想的な性能を有している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−285943(JP,A) 特開 平3−192151(JP,A) 特開 平3−192150(JP,A) 特開 平3−134016(JP,A) 特開 平3−134014(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】次式(I)で表される骨格を有するエポキ
    シ樹脂(a)を30重量%以上含有するエポキシ樹脂
    (A)、硬化剤(B)、充填剤(C)および多官能シラ
    ンカップリング剤(D)を含有する半導体封止用エポキ
    シ樹脂組成物。 (ただしR1〜R8は水素原子、C1〜C4の低級アルキル基ま
    たはハロゲン原子)
  2. 【請求項2】請求項1記載の半導体封止用エポキシ樹脂
    組成物によって半導体素子が封止された半導体装置。
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