JP3463615B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置 - Google Patents
半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置Info
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Description
するために用いられるエポキシ樹脂組成物及びこのエポ
キシ樹脂組成物を用いて封止した表面実装用パッケージ
であるSOP、QFP等の半導体装置に関するものであ
る。
ー、集積回路等の電気・電子部品や、半導体装置等の封
止方法として、例えばエポキシ樹脂やシリコン樹脂等に
よる封止方法や、ガラス、金属、セラミック等を用いた
ハーメチックシール法が採用されているが、近年では信
頼性の向上と共に大量生産が可能であり、またコストメ
リットのあるエポキシ樹脂組成物を用いた低圧トランス
ファー成形による樹脂封止が主流を占めている。
おいては、エポキシ樹脂としてo−クレゾールノボラッ
ク型エポキシ樹脂、硬化剤としてフェノールノボラック
樹脂、硬化促進剤として有機リン化合物、三級アミン
類、イミダゾール類等を主成分とするエポキシ樹脂組成
物からなる成形材料が一般的に使用されている。
LSI、VLSI等の電子部品や半導体装置の高密度
化、高集積化に伴って、モールド樹脂の薄肉化のために
は、これまでのエポキシ樹脂組成物では必ずしもこれに
満足に対応することができなくなっている。
装時にデバイス自身が半田に直接浸漬されるなど急激に
高温過酷な環境下にさらされるため、パッケージクラッ
ク等の発生が避けられない事態となっている。すなわ
ち、半導体素子を封止樹脂で封止成形した後、封止樹脂
が保管中に吸湿した水分が、IRリフロー等で高温にさ
らされる際に急激に気化膨張し、封止樹脂がこれに耐え
切れずにパッケージクラックが発生するものである。
ては、耐熱性や密着性の向上等が従来から検討されてお
り、実際にこれらの特性の改良がなされてきている。例
えば、耐熱骨格を有するエポキシ樹脂の検討が行われて
いるが、上記のような耐吸湿半田性を高めてパッケージ
クラックの発生を十分に低減できる水準には至っていな
い。
リー技術が積極的に取り入れられてきている。その一つ
として、Pd又はPd/Au層を有するリードフレーム
(Pd/AuとはPdを材質とするリードフレーム上に
Auメッキを施したもの)の採用が挙げられる。しか
し、これらのリードフレームを採用した樹脂封止半導体
装置においては、封止樹脂とリードフレームの密着性の
低下や、耐IRリフロー性の悪化が著しく、これらの改
善が望まれていた。
あり、パッケージクラックを低減することができる半導
体封止用エポキシ樹脂組成物を提供することを目的とす
るものであり、またパッケージクラック等の不良の少な
い半導体装置を提供することを目的とするものである。
半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬
化剤、無機充填材、硬化促進剤、難燃剤を必須成分とし
て含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、
無機充填材を半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量中、
80〜93重量%含有する半導体封止用エポキシ樹脂組
成物において、エポキシ樹脂として下記式(1)のエポ
キシ樹脂と下記式(2)のエポキシ樹脂とをこれらのエ
ポキシ樹脂の総量がエポキシ樹脂全量に対して20〜1
00重量%の範囲となるように配合し、且つ、硬化成形
品の240℃での弾性率が0.6GPa以下であること
を特徴とするものである。
式(3)のフェノールアラルキル樹脂を配合して成るこ
とを特徴とするものである。
リン化合物を含有することを特徴とするものである。
有機リン化合物を含有することを特徴とするものであ
る。
求項1乃至4のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ
樹脂組成物で半導体素子が封止されて成ることを特徴と
するものである。
する。
記式(1)の骨格を有するものと、上記式(2)の骨格
を有するものの2成分を少なくとも用いるようにしてあ
るが、この式(1)及び式(2)のエポキシ樹脂以外
に、o−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ジシク
ロペンタジエン型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型
エポキシ樹脂、ブロム含有型エポキシ樹脂、ナフタレン
環を有するエポキシ樹脂等を用いることができる。ま
た、式(1)及び式(2)のエポキシ樹脂の配合量は、
エポキシ樹脂全量に対して、式(1)及び式(2)のエ
ポキシ樹脂の総量が、20〜100重量%の範囲となる
ように設定する。
晶シリカ、アルミナ、窒化珪素等を用いることができる
ものであり、これらのなかでも溶融シリカが好ましい。
この無機充填材の配合量は、エポキシ樹脂組成物全量に
対して80〜93重量%の範囲に設定されるものであ
り、特に82〜91重量%の範囲が好ましい。無機充填
材の配合量が80重量%未満であると、エポキシ樹脂組
成物の吸湿量が多くなり、封止樹脂の耐吸湿耐熱性等の
信頼性が低下し、逆に無機充填材の配合量が93重量%
を超えると、エポキシ樹脂組成物の溶融粘度が上昇し、
成形性が低下する。
を有するフェノールアラルキル樹脂を用いることができ
るが、これのみに限定されるものではなく、このフェノ
ールアラルキル樹脂以外の硬化剤としては、1分子中に
2個以上のフェノール性水酸基を有するものであればい
ずれのものでもよく、例えばフェノールノボラック樹
脂、ナフトール樹脂等を用いることができる。
いることができるが、これのみに限定されるものではな
く、例えばブロム化エポキシ樹脂、三酸化アンチモン、
窒素系難燃剤、金属水和物等を用いることができる。難
燃剤の配合量は、エポキシ樹脂組成物全量に対して、
0.1〜5重量%となるように設定するのが好ましい。
スフィン等の有機リン化合物を用いることができるが、
これのみに限定されるものではなく、例えば1,8−ジ
アザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7(DBU)
等の三級アミン、2−フェニルイミダゾール(2PZ)
等のイミダゾール類等を用いることができる。吸湿を低
減してパッケージクラックの発生を抑制するためには有
機リン化合物を用いるのが好ましい。硬化促進剤の配合
量は、組成物中の樹脂全量に対して、0.3〜2.0p
hrとなるように設定するのが好ましい。
は、上記のエポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、硬化促
進剤、難燃剤を必須成分とし、さらに必要に応じてカッ
プリング剤、シリコーン可撓剤等を配合し、これをミキ
サーやブレンダー等で均一に混合した後に、ニーダーや
ロールで加熱混練することによって調製することができ
るものである。そしてこの混練物を必要に応じて冷却固
化し、粉砕して粉状等にして使用するようにしてもよ
い。
樹脂組成物を用いて封止成形することによって、半導体
装置を作製することができる。例えば、IC等の半導体
素子を搭載したリードフレームをトランスファー成形金
型にセットし、トランスファー成形を行うことによっ
て、半導体素子をエポキシ樹脂組成物による封止樹脂で
封止した半導体装置を作製することができるものであ
る。このようにして作製される半導体装置にあって、封
止樹脂は式(1)及び式(2)の骨格を有するエポキシ
樹脂を併用し、且つ、硬化成形品の240℃における弾
性率を0.6GPa以下にしてあるので、低吸湿性、高
密着性を実現でき、耐リフロー性等の信頼性を向上させ
てパッケージクラックの発生を防止することができるも
のである。特にリードフレームとしてPdで作製したも
のやPd/Auで作製したものの場合において、このよ
うな効果を有効に得ることができるものである。また、
硬化成形品の240℃における弾性率は0.2GPaを
超えることが好ましい。他方、硬化成形品の240℃に
おける弾性率が0.6GPaを超えると、チップに及ぼ
す封止樹脂からの熱応力低減が不十分となり、耐リフロ
ー性及び耐湿信頼性は悪化する。
る。
合した後、ニーダーで加熱混練することによって、実施
例1〜10及び比較例1〜5の半導体封止用エポキシ樹
脂組成物を得た。
ポキシ樹脂として、新日鉄化学社製「ESLV80X
Y」(エポキシ当量195)を、式(2)のエポキシ樹
脂として、大日本インキ化学工業社製「HP7200」
(エポキシ当量264)を、オルソクレゾールノボラッ
ク型エポキシ樹脂として、住友化学工業社製「ESCN
195XL」(エポキシ当量195)を、式(3)のフ
ェノールアラルキル樹脂として、住金ケミカル社製「H
E100C」(水酸基当量169)を、フェノールノボ
ラック樹脂として、荒川化学社製「タマノール752」
(水酸基当量105)を用いた。また無機充填材として
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランで処理し
た溶融シリカを用いた。
の硬化成形品について、熱時における曲げ弾性率を測定
した。曲げ弾性率の測定は、JIS K 6911に準
拠し、熱時における曲げ弾性率を求めるため、測定は2
40℃の恒温機内にて行った。すなわち、恒温機内に上
記の成形品を試験片として設置し、この試験片に弾性限
度内の荷重をかけていき、随時たわみを計測した。この
結果得られた荷重とたわみの関係から、荷重−たわみ曲
線を作図し、これに基づき曲げ弾性率を算出した。測定
は各成形品について2回ずつ行った。結果を表1〜表3
に示す。
組成物について、吸湿率を測定した。吸湿率の測定は、
エポキシ樹脂組成物を成形して、直径50mm、厚み
3.0mmのテストピースを作製し、このテストピース
を85℃、85%RH、72時間の条件で吸湿させ、重
量増加を計測することによって行った。結果を表1〜表
3に示す。
組成物を用いて封止成形を行い、リードフレームとして
Pd/Auを用いた15mm×19mm×厚み2.4m
mの80ピンQFPのTEG(テストエレメントグルー
プ)パッケージを作製し、耐リフロー性を測定した。耐
リフロー性の測定は、このパッケージを85℃、85%
RH、72時間の条件で吸湿させた後、IRリフロー処
理(EIAJ規格)を行い、実体顕微鏡でクラックの発
生の有無を観察することによって行った。結果を表1〜
表3に、10個のサンプル(分母)中の不良個数(分
子)で示す。
処理を行ったパッケージについてPCT試験を行った。
試験は、133℃、100%RHの条件下にて500時
間処理したパッケージについて、オープン不良発生数を
測定することにより行った。結果を表1〜表3に、10
個のサンプル(分母)中の不良個数(分子)で示す。
記にようにして得たエポキシ樹脂組成物を用いて封止成
形を行い、4端子法の測定のできるTEG(テストエレ
メントグループ)を実装した16ピンのDIPパッケー
ジを作製し、このパッケージを175℃の条件下にて5
00時間処理して、オープン不良発生数を測定した。結
果を表1〜表3に、10個のサンプル(分母)中の不良
個数(分子)で示す。
エポキシ樹脂を含有しない比較例2、式(1)及び式
(2)のエポキシ樹脂の両方を含有しない比較例3は、
いずれも吸湿率が高く、耐リフロー性及び耐湿信頼性に
乏しいものであった。他方、式(1)及び式(2)のエ
ポキシ樹脂を併用した比較例1であっても、その硬化成
形品の240℃における弾性率が0.6GPaを超える
と、耐リフロー性及び耐湿信頼性は悪化するものであっ
た。
である比較例4及び比較例5では、エポキシ樹脂組成物
の吸湿量が多くなり、封止樹脂の耐吸湿耐熱性等の信頼
性が低下した。
ラルキル樹脂を含有する実施例7は、例えば実施例2と
比較すると、より吸湿率が低下し、耐リフロー性及び耐
湿信頼性が向上するものであった。
る実施例8は、吸湿率、耐リフロー性及び耐湿信頼性は
満足できる水準に達しており、さらに高温放置特性が他
の実施例及び比較例と比較して著しく向上した。
実施例2、実施例9及び実施例10を比較することによ
り、硬化促進剤として1,8−ジアザビシクロ(5,
4,0)ウンデセン−7(DBU)や2−フェニルイミ
ダゾール(2PZ)を使用するよりは、吸湿率、耐リフ
ロー性及び耐湿信頼性の観点から、トリフェニルホスフ
ィンを使用する方が好ましいことが確認された。
導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化
剤、無機充填材、硬化促進剤、難燃剤を必須成分として
含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、エ
ポキシ樹脂として上記式(1)のエポキシ樹脂と上記式
(2)のエポキシ樹脂とをこれらのエポキシ樹脂の総量
がエポキシ樹脂全量に対して20〜100重量%の範囲
となるように配合し、且つ、硬化成形品の240℃にお
ける弾性率が0.6GPa以下となるようにしたので、
低吸湿性、高密着性を得ることができ、耐リフロー性等
の信頼性を向上させてパッケージクラックの発生を防止
することができるものである。
シ樹脂組成物全量中に80〜93重量%含有するように
したので、良好な成形性を保持しつつ耐リフロー性を向
上させてパッケージクラックの発生を防止することがで
きるものである。
式(3)のフェノールアラルキル樹脂を配合するように
したので、吸湿を低減してパッケージクラックの発生を
防止する効果を高く得ることができるものである。
リン化合物を含有するので、高温放置特性を著しく向上
させることができるものである。
有機リン化合物を含有するので、吸湿を低減してパッケ
ージクラックの発生を防止する効果を高く得ることがで
きるものである。そして本発明の請求項5に係る半導体
装置は、上記の請求項1乃至4のいずれかに記載の半導
体封止用エポキシ樹脂組成物で半導体が封止されている
ので、封止樹脂が吸湿することを抑制することができ、
半田リフロー時等の高温の作用によってパッケージクラ
ックが発生することを低減することができるものであ
る。
Claims (5)
- 【請求項1】 エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、硬
化促進剤、難燃剤を必須成分として含有する半導体封止
用エポキシ樹脂組成物であって、無機充填材を半導体封
止用エポキシ樹脂組成物全量中、80〜93重量%含有
する半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、エポキ
シ樹脂として下記式(1)のエポキシ樹脂と下記式
(2)のエポキシ樹脂とをこれらのエポキシ樹脂の総量
がエポキシ樹脂全量に対して20〜100重量%の範囲
となるように配合し、且つ、半導体封止用エポキシ樹脂
組成物の硬化成形品の240℃での弾性率が0.6GP
a以下であることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹
脂組成物。 【化1】 - 【請求項2】 硬化剤として下記式(3)のフェノール
アラルキル樹脂を配合して成ることを特徴とする請求項
1に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 【化2】 - 【請求項3】 難燃剤として無機リン化合物を含有する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体封止用
エポキシ樹脂組成物。 - 【請求項4】 硬化促進剤として有機リン化合物を含有
することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載
の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 - 【請求項5】 請求項1乃至4のいずれかに記載の半導
体封止用エポキシ樹脂組成物で半導体が封止されて成る
ことを特徴とする半導体装置。
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---|---|---|---|
JP21190399A JP3463615B2 (ja) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP21190399A JP3463615B2 (ja) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置 |
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JP2001040178A JP2001040178A (ja) | 2001-02-13 |
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JP21190399A Expired - Fee Related JP3463615B2 (ja) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置 |
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JP (1) | JP3463615B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5246760B2 (ja) * | 2007-09-14 | 2013-07-24 | 日本化薬株式会社 | エポキシ樹脂組成物および半導体装置 |
-
1999
- 1999-07-27 JP JP21190399A patent/JP3463615B2/ja not_active Expired - Fee Related
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