JP4804673B2

JP4804673B2 - 封止用樹脂組成物および半導体装置

Info

Publication number: JP4804673B2
Application number: JP2001264420A
Authority: JP
Inventors: 諭希雄矢田
Original assignee: Kyocera Chemical Corp
Current assignee: Kyocera Chemical Corp
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2021-08-31
Also published as: JP2003073556A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＰｄやＰｄ−Ａｕ等のプレプレーティングを施したフレームを用いた半導体構体の封止に用いられる、耐リフロークラック性等の信頼性に優れた封止用樹脂組成物および半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、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熱硬化性樹脂および無機充填剤からなる樹脂組成物によって封止した半導体装置が多用されるようになってきている。
【０００３】
しかるに、従来の熱硬化性樹脂および無機充填剤からなる樹脂組成物によってＰｄやＰｄ−Ａｕ等のプレプレーティングフレーム等のインサートが封止された半導体装置においては、インサートと樹脂組成物との接着性が著しく悪いという欠点があった。
【０００４】
特に、半導体装置が吸湿している場合、これを表面実装すると、樹脂組成物とリードフレーム、あるいは樹脂組成物と半導体チップとの間に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課題があった。このため、耐リフロー性に優れ、耐湿性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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記課題を解消し、上記要望にこたえるためになされたもので、ＰｄやＰｄ−Ａｕ等のプレプレーティングフレームと樹脂組成物との接着性が高く、特に耐リフロー性とリフロー後の信頼性に優れた、成形性の良い、封止用樹脂組成物および半導体装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【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、樹脂組成物に（Ｃ）４，４−ジチオジモルホリンと（Ｄ）下記構造式で示されるブタジエンゴムを適当に組み合わせることによって、これらを単独で使用したときよりも大幅にＰｄやＰｄ−Ａｕ等のプレプレーティングフレームと樹脂組成物との接着性を向上し、上記目的が達成されることを見出し、本発明を完成させたものである。
【化２】

【０００７】
即ち、本発明の封止用樹脂組成物は、（Ａ）最大粒子径が２００μｍ以下で平均粒子径が１μｍ以上６０μｍ以下である溶融シリカ、（Ｂ）エポキシ樹脂、（Ｃ）４，４−ジチオジモルホリン、（Ｄ）下記構造式で示されるブタジエンゴムを必須成分として含有する樹脂組成物において、前記樹脂組成物全体に対して、前記（Ａ）溶融シリカを５０〜９５重量％、前記（Ｃ）４，４−ジチオジモルホリンを０．００１〜０．５重量％および前記（Ｄ）ブタジエンゴムを０．０１〜５重量％の割合で含有することを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の半導体装置は、上記したような封止用樹脂組成物の硬化物によってＰｄもしくはＰｄ−Ａｕのプレーティングを施したフレームに搭載された半導体チップが封止されてなることを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明に用いる（Ａ）無機充填剤としては、シリカ、窒化ケイ素、アルミナ、タルク、炭酸カルシウム、酸化チタンおよびガラス繊維等からなるものが挙げられ、これらは、単独もしくは２種類以上混合して用いることができる。
【００１１】
これらの中でも特にシリカやアルミナからなる粉末を用いることが好ましい。シリカ粉末を用いた場合、得られる硬化物の線膨張係数を低減できるという利点がある。シリカ粉末としては溶融シリカ粉末、結晶性シリカ粉末が挙げられるが、高充填、高流動性という点から溶融シリカ粉末を用いることが好ましい。
この溶融シリカ粉末としては、球状溶融シリカ粉末、破砕溶融シリカ粉末があるが、流動性と強靱性を共立するという観点から、両者を併用することが好ましい。
【００１２】
無機充填剤の配合割合は、全体の樹脂組成物に対して５０〜９５重量％とする。好ましくは、全体の樹脂組成物に対して６０〜９０重量％の割合とする。その割合が５０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％を越えると、かさばりが大きくなり成形性に劣り実用に適さない。
【００１３】
無機充填剤は、最大粒子径が２００μｍ以下のものが好ましく、平均粒子径が１μｍ以上６０μｍ以下であることが好ましい。最大粒子径が２００μｍを越える場合、または平均粒子径が１μｍ未満または６０μｍを越える場合には、かさばりが大きくなるなどして成形性に劣り実用に適さない。なお、上記平均粒径は、例えばレーザー回折散乱式粒度分布測定装置を用いて測定することができる。
【００１４】
本発明に用いる(Ｂ)熱硬化性樹脂としては、例えば、ユリア樹脂，メラミン樹脂，フェノール樹脂，レゾルシノール樹脂，エポキシ樹脂，ポリウレタン樹脂，酢酸ビニル樹脂，ポリビニルアルコール樹脂，アクリル樹脂，ビニルウレタン樹脂，シリコーン樹脂，α−オレフィン無水マレイン酸樹脂，シリコーン樹脂，ポリアミド樹脂，ポリイミド樹脂等が挙げられ、これらは、単独または２種以上混合して使用することができる。この中でもエポキシ樹脂が工業的に有利に用いることができる。
【００１５】
エポキシ樹脂としては、特に限定されるものではなく、ジシクロペンタジエン型、クレゾールノボラック型、フェノールノボラック型、ビスフェノール型、ビフェニル型等の各種のエポキシ樹脂を用いることができる。
【００１６】
本発明に用いる（Ｃ）４，４−ジチオジモルホリンとしては、次の構造式で示される化合物である。
【００１７】
【化３】

【００１８】
４，４−ジチオジモルホリンの配合割合は、全体の樹脂組成物に対して０．００１〜０．５重量％含有することが望ましい。この割合が０．００１重量％未満では、Ｐｄや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がなく、また、０．５重量％を越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。４，４−ジチオジモルホリンのより好ましい配合割合は、０．０１〜０．１重量％である。
【００１９】
本発明に用いる（Ｄ）ブタジエンゴムとしては、次の構造式に示されるものである。
【００２０】
【化４】

【００２１】
ブタジエンゴムの配合割合は、全体の樹脂組成物に対して０．０１〜５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や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がなく、また、５重量％を越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。ブタジエンゴムのより好ましい配合割合は、全体の樹脂組成物に対して０．１〜２重量％である。
【００２２】
本発明の封止用樹脂組成物は、４，４−ジチオジモルホリン、ブタジエンゴム、熱硬化性樹脂および無機充填剤を主成分とするが、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、直鎖脂肪族の金属塩、酸アミド類、エステル類、パラフィン系等の離型剤、エラストマー等の低応力化成分、カーボンブラック等の着色剤、シランカップリング剤等の無機充填剤の処理剤、種々の効果促進剤などを適宜、添加配合することができる。
【００２３】
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、４，４−ジチオジモルホリン、ブタジエンゴム、熱硬化性樹脂、無機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封止用樹脂組成物とすることができる。こうして得られた封止用樹脂組成物は、半導体をはじめとする電子部品の封止、被膜、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。
【００２４】
本発明の封止用樹脂組成物は、樹脂成分として４，４−ジチオジモルホリンおよびブタジエンゴムを用いたことにより、目的とする特性が得られるものである。すなわち、ＰｄやＰｄ−Ａｕ等のプレプレーティングフレーム等のインサートと封止用樹脂組成物との接着力を向上させ、表面実装後のインサートと封止用樹脂組成物との接着性の劣化を防止することができ、長期の信頼性が保証される。
【００２５】
また、本発明の半導体装置は、上記のようにして得られた封止用樹脂組成物を用いて、ＰｄやＰｄ−Ａｕ等のプレプレーティングフレームや半導体チップ等のインサートを封止することにより得られる。本発明の半導体装置は、例えば低圧トランスファー成形法を用いて、インサートを封止用樹脂組成物で封止することにより得られる。この他にも、射出成形、圧縮成形または注型などによる作製も可能である。このような場合、封止用樹脂組成物を加熱して硬化させることにより、最終的に封止用樹脂組成物の硬化物によって封止された半導体装置を得ることができる。加熱による封止用樹脂組成物の硬化は、１５０℃以上に加熱して行うことが望ましい。本発明の半導体装置としては、例えば集積回路、大型集積回路、トランジスタ、サイリスタおよびダイオードなどで特に限定されるものではない。
【００２６】
【実施例】
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。
【００２７】
実施例１
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２００）１３％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当量１０５）５．５％、４，４−ジチオジモルホリン０．０３％、ブタジエンゴム０．５％、硬化触媒（北興化学製、ＰＰ−２００）０．２％、エステル系ワックス類（北興ファインケミカル製、カルバナ１号）およびカップリング剤（日本ユニカー製、Ｙ−９６６９）０．８％を含有し、残部が溶融シリカ粉末（龍森製、ＭＲＳ−２２１２、７９．９７％）からなるものを常温で混合し、さらに９０〜９５℃で混練してこれを冷却粉砕して封止用樹脂組成物を製造した。
【００２８】
この封止用樹脂組成物を１７５℃に加熱した金型内にトランスファー注入し、硬化させて半導体装置を作製した。この半導体装置について接着強さおよび耐湿性を測定した。その結果を表１に示す。
【００２９】
なお、接着強さは、トランスファー成形によって接着面積４ｍｍ^２の半導体装置を作成し、１７５℃、８時間放置した後のせん断接着力で表した。
【００３０】
耐湿性は、次のようにして測定した。すなわち、２本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、封止用樹脂組成物により１７５℃で２分間トランスファー成形して、ＱＦＰ-２０８Ｐ、２．８ｍｍ^ｔの半導体装置を作製し、１７５℃において８時間硬化させた。こうして得た半導体装置を予め、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。
【００３１】
実施例２
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２００）１０．５％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１７５）８％、４，４−ジチオジモルホリン０．０３％、ブタジエンゴム０．５％、硬化触媒（北興化学製、ＰＰ−２００）０．２％、エステル系ワックス類（北興ファインケミカル製、カルバナ１号）、カップリング剤（日本ユニカー製、Ｙ−９６６９）０．８％を含有し、残部が溶融シリカ粉末（龍森製、ＭＲＳ−２２１２、７９．９７％）からなるものを常温で混合し、さらに９０〜９５℃で混練してこれを冷却粉砕して封止用樹脂組成物を製造した。
この封止用樹脂組成物について、実施例１と同様にして半導体装置を得るとともに各試験をおこなった。試験結果を表１に示す。
【００３２】
実施例３
ビフェニル型エポキシ樹脂（エポキシ当量２１３）５％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１７５）４％、４，４−ジチオジモルホリン０．０２％、ブタジエンゴム０．２％、硬化触媒（北興化学製、ＰＰ−２００）０．２％、エステル系ワックス類（北興ファインケミカル製、カルバナ１号）およびカップリング剤（日本ユニカー製、Ｙ−９６６９）０．６％を含有し、残部が溶融シリカ粉末（龍森製、ＭＲＳ−２２１２、８９．９８％）からなるものを常温で混合し、さらに９０〜９５℃で混練してこれを冷却粉砕して封止用樹脂組成物を製造した。
この封止用樹脂組成物について、実施例１と同様にして半導体装置を得るとともに各試験をおこなった。試験結果を表１に示す。
【００３３】
比較例１
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２００）１３％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当量１０５）５．５％、ブタジエンゴム０．５％、硬化触媒（北興化学製、ＰＰ−２００）０．２％、エステル系ワックス類（北興ファインケミカル製、カルバナ１号）およびカップリング剤（日本ユニカー製、Ｙ−９６６９）０．８％を含有し、残部が溶融シリカ粉末（龍森製、ＭＲＳ−２２１２、８０％）からなるものを常温で混合し、さらに９０〜９５℃で混練してこれを冷却粉砕して封止用樹脂組成物を製造した。
この封止用樹脂組成物について、実施例１と同様にして半導体装置を得るとともに各試験をおこなった。その結果を表２に示す。
【００３４】
比較例２
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２００）１３．４％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当量１０５）５．６％、４，４−ジチオジモルホリン０．０３％、硬化触媒（北興化学製、ＰＰ−２００）０．２％、エステル系ワックス類（北興ファインケミカル製、カルバナ１号）およびカップリング剤（日本ユニカー製、Ｙ−９６６９）０．８％を含有し、残部が溶融シリカ粉末（龍森製、ＭＲＳ−２２１２、７９．９７％）からなるものを常温で混合し、さらに９０〜９５℃で混練してこれを冷却粉砕して封止用樹脂組成物を製造した。
この封止用樹脂組成物について、実施例１と同様にして半導体装置を得るとともに各試験をおこなった。試験結果を表２に示す。
【００３５】
比較例３
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２００）１３．４％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当量１０５）５．６％、硬化触媒（龍森製、ＭＲＳ−２２１２）０．２％、エステル系ワックス類（北興ファインケミカル製、カルバナ１号）およびカップリング剤（日本ユニカー製、Ｙ−９６６９）０．８％を含有し、残部が溶融シリカ粉末（龍森製、ＭＲＳ−２２１２、８０％）からなるものを常温で混合し、さらに９０〜９５℃で混練してこれを冷却粉砕して封止用樹脂組成物を製造した。
この封止用樹脂組成物について、実施例１と同様にして半導体装置を得るとともに各試験をおこなった。試験結果を表２に示す。
【表１】

【表２】

【００３６】
【発明の効果】
本発明の封止用樹脂組成物および半導体装置は、Ｐｄ、Ｐｄ−Ａｕ等のプレプレーティングが施され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）最大粒子径が２００μｍ以下で平均粒子径が１μｍ以上６０μｍ以下である溶融シリカ、（Ｂ）エポキシ樹脂、（Ｃ）４，４−ジチオジモルホリンおよび（Ｄ）下記構造式で示されるブタジエンゴムを必須成分として含有する樹脂組成物において、

前記樹脂組成物全体に対して、前記（Ａ）溶融シリカを５０〜９５重量％、前記（Ｃ）４，４−ジチオジモルホリンを０．００１〜０．５重量％および前記（Ｄ）ブタジエンゴムを０．０１〜５重量％の割合で含有することを特徴とする封止用樹脂組成物。
請求項１記載の封止用樹脂組成物の硬化物によってＰｄもしくはＰｄ−Ａｕのプレーティングを施したフレームに搭載された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装置。