JP3649893B2

JP3649893B2 - 封止用樹脂組成物および半導体封止装置

Info

Publication number: JP3649893B2
Application number: JP2912298A
Authority: JP
Inventors: 浩一伊吹; 元丈安藤
Original assignee: Kyocera Chemical Corp
Current assignee: Kyocera Chemical Corp
Priority date: 1998-01-27
Filing date: 1998-01-27
Publication date: 2005-05-18
Anticipated expiration: 2018-01-27
Also published as: JPH11209581A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｐｄ、Ｐｄ−Ａｕメッキを施したフレームを用いた半導体パッケージにおいて、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】
最近の半導体装置では、半田メッキに換えて、ＰｄやＰｄ−Ａｕ等のプレプレーティングを施したフレームを採用した半導体パッケージが増加している。
【０００３】
従来のエポキシ樹脂、ノボラック型フェノール樹脂及び無機質充填剤からなる樹脂組成物によって封止したＰｄやＰｄ−Ａｕのプレプレーティングフレームを採用した半導体装置は、該プレプレーティングフレームと封止樹脂との接着性が著しく悪いという欠点があった。特に吸湿した半導体装置を赤外線（ＩＲ）リフロー方式で表面実装すると、封止樹脂とリードフレーム、あるいは封止樹脂と半導体チップとの間の剥がれが生じて著しい耐湿劣化を起こし、電極の腐食による断線や水分によるリーク電流を生じ、その結果、半導体装置は、長期間の信頼性を保証することができないという欠点があった。このため、耐湿性の影響が少なく、半導体装置全体のＩＲリフローによる表面実装を行っても耐湿劣化の少ない成形性のよい材料の開発が強く要望されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の欠点を解消し、上記要望に応えるためになされたもので、Ｐｄ、Ｐｄ−Ａｕ等のプレプレーティングフレームとの接着性が高く、特に耐リフロー性とリフロー後の信頼性に優れた、成形性のよい、封止用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、樹脂組成物に2-メルカプトイミダゾリンを配合することによって、Ｐｄ、Ｐｄ−Ａｕ等のプレプレーティングフレームとの接着性を大幅に向上し、上記目的が達成されることを見いだし、本発明を完成したものである。
【０００６】
即ち、本発明は、
（Ａ）エポキシ樹脂、
（Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂、
（Ｃ）2-メルカプトイミダゾリンおよび
（Ｄ）無機質充填剤
を必須成分とし、樹脂組成物に対して、前記（Ｃ）の2-メルカプトイミダゾリンを0.01〜0.5 重量％、また前記（Ｄ）の無機質充填剤を25〜95重量％の割合で含有してなることを特徴とする封止用樹脂組成物である。またこの封止用樹脂組成物の硬化物によって、半導体チップを封止し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）エポキシ樹脂としては、その分子中にエポキシ基を少なくとも2 個有する化合物である限り、分子構造、分子量など特に制限はなく、一般に封止用材料として使用されているものを広く包含することができる。例えば、ビフェニル型、ビスフェノール型の芳香族系、シクロヘキサン誘導体等脂肪族系、また、次の一般式で示されるエポキシノボラック系のエポキシ樹脂等が挙げられる。
【０００９】
【化１】

（但し、式中、Ｒ¹は水素原子、ハロゲン原子又はアルキル基を、Ｒ²は水素原子又はアルキル基を、ｎは1 以上の整数をそれぞれ表す）
これらのエポキシ樹脂は、単独もしくは2 種以上混合して用いることができる。
本発明に用いる（Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂としては、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、パラホルムアルデヒド等のアルデヒド類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、例えばエポキシ化もしくはブチル化ノボラック型フェノール樹脂等が挙げられ、これらの樹脂は、単独もしくは2 種以上混合して用いる。ノボラック型フェノール樹脂の配合割合は、前述したエポキシ樹脂のエポキシ基（ａ）とノボラック型フェノール樹脂のフェノール性水酸基（ｂ）との当量比［（ａ）／（ｂ）］が0.1 〜10の範囲内であることが望ましい。当量比が0.1 未満もしくは10を超えると、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良い。
本発明に用いる（Ｃ）2-メルカプトイミダゾリンとしては、次の構造式に示される。
【００１０】
【化２】

また、2-メルカプトイミダゾリンには、更に他の加硫促進剤と酸化亜鉛、酸化マグネシウムを併用することもできる。
【００１１】
2-メルカプトイミダゾリンの配合割合は、全体の樹脂組成物に対して0.01〜0.5 重量％含有することが望ましい。この割合が0.01重量％未満では、Ｐｄ、Ｐｄ−Ａｕ、等のプレプレーティングフレームとの接着力の向上に効果なく、また、0.5 重量％を超えると、封止樹脂の硬化等に悪影響を与え、実用に適さず好ましくない。
【００１２】
本発明に用いる（Ｄ）無機質充填剤としては、シリカ粉末、アルミナ粉末、三酸化アンチモン、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。これらの中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25〜95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。
【００１３】
本発明の封止用樹脂組成物は、エポキシ樹脂、ノボラック型フェノール樹脂、2-メルカプトイミダゾリ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、三酸化アンチモン等の難燃剤、エラストマー等の低応力成分、カーボンブラック、ベンガラ等の着色剤、種々の硬化促進剤等を適宜、添加配合することができる。
【００１４】
本発明の封止用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、エポキシ樹脂、ノボラック型フェノール樹脂、2-メルカプトイミダゾリン、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。
【００１５】
本発明の半導体封止装置は、上記のようにして得られた封止用樹脂を用いて、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。封止用樹脂組成物を封止の際に加熱して硬化させ、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、150 ℃以上に加熱して硬化させることが望ましい。封止を行う半導体装置としては、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。
【００１６】
【作用】
本発明の封止用樹脂組成物および半導体封止装置は、樹脂組成物成分として2-メルカプトイミダゾリンを用いたことによって、目的とする特性が得られるものである。即ち、ＭＢＩは樹脂組成物のＰｄ、Ｐｄ−Ａｕ等のプレプレーティングフレームとの接着力を向上させ、半導体パッケージにおいて耐リフロークラック性等の信頼性を向上させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
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。
【００１８】
実施例１
クレゾールノボラックエポキシ樹脂（エポキシ当量215 ）19％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当量107 ）9 ％、次の化３に示した2-メルカプトイミダゾリン0.05％、
【００１９】
【化３】

溶融シリカ粉末71％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℃で混練してこれを冷却粉砕して成形材料を製造した。この成形材料を170 ℃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（封止品）をつくった。この成形品についてＰｄとＰｄ−Ａｕのプレプレーティングフレームに対する接着力、耐湿性を試験したので、その結果を表１に示した。特に接着力において本発明の顕著な効果が認められた。
【００２０】
実施例２
ビフェニル型エポキシ樹脂（エポキシ当量215 ）17％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当量107 ）8 ％、前記した化３の2-メルカプトイミダゾリン0.06％、シリカ粉末74％およびエステル系ワックス類 0.3％を実施例１と同様に混合、混練、粉砕して成形材料を製造した。また、実施例１と同様にして成形品をつくり、ＰｄとＰｄ−Ａｕのプレプレーティングフレームに対する接着力、耐湿性の特性試験を行ったのでその結果を表１に示した。特に接着力において本発明の顕著な効果が認められた。
【００２１】
実施例３
クレゾールノボラックエポキシ樹脂（エポキシ当量215 ）19％に、ノボラック型フェノールアラルキル樹脂（フェノール当量107 ）9 ％、前記した化３の2-メルカプトイミダゾリン0.06％、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン0.2 ％、シリカ粉末71％およびエステル系ワックス0.3 ％を実施例１と同様に混合、混練、粉砕して成形材料を製造した。また、実施例１と同様にして成形品をつくり、ＰｄとＰｄ−Ａｕのプレプレーティングフレームに対する接着力、耐湿性を試験したので、その結果を表１に示した。特に接着力において本発明の顕著な効果が認められた。
【００２２】
比較例
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量215 ）19％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当量107 ）9 ％、シリカ粉末71％、硬化促進剤0.3 ％、エステル系ワックス類 0.3％およびシラン系カップリング剤 0.4％を混合し、実施例１と同様にして成形材料を製造した。この成形材料を用いて成形品とし、成形品の諸特性について実施例１と同様にして試験を行い、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って接着面積4 ｍｍ²の成形品を、ＰｄまたはＰｄ−Ａｕプレプレーティングされた上に成形し、175 ℃，8 時間放置した後、剪断接着力を求めた。
＊2 ：トランスファー成形によって成形品をつくり、これを175 ℃，8 時間の後硬化を行い、熱機器分析装置を用いて測定した。
＊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Ｐｄプレプレーティングフレームに接着し、175 ℃で2 分間トランスファー成形して、ＱＦＰ−２０８Ｐ，2.8 ｍｍ^tの成形品をつくり、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、40℃，90％ＲＨ，100 時間の吸湿処理した後、Ｍａｘ240 ℃のＩＲリフロー炉を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、アルミニウムの腐食による断線を不良として評価した。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明および表１から明らかなように、本発明の封止用樹脂組成物および半導体封止装置は、Ｐｄ、Ｐｄ−Ａｕメッキをしたインサートとの接着性に優れ、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。

Claims

（Ａ）エポキシ樹脂、
（Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂、
（Ｃ）2-メルカプトイミダゾリンおよび
（Ｄ）無機質充填剤
を必須成分とし、樹脂組成物に対して、前記（Ｃ）の2-メルカプトイミダゾリンを0.01〜0.5 重量％、また前記（Ｄ）の無機質充填剤を25〜95重量％の割合で含有してなることを特徴とする封止用樹脂組成物。
（Ａ）エポキシ樹脂、
（Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂、
（Ｃ）2-メルカプトイミダゾリンおよび
（Ｄ）無機質充填剤
を必須成分とし、樹脂組成物に対して、前記（Ｃ）の2-メルカプトイミダゾリンを0.01〜0.5 重量％、また前記（Ｄ）の無機質充填剤を25〜95重量％の割合で含有した封止用樹脂組成物の硬化物によって、半導体チップを封止してなることを特徴とする半導体封止装置。