JPH04258624A - 封止用樹脂組成物及び半導体封止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、成形性が良く、耐湿性
、半田耐熱性にも優れた封止用樹脂組成物、及びそれに
より封止した半導体封止装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置において、薄いパッケ
ージの実用化が推進されている。例えば集積回路におけ
るフラットパッケージや、ＳＯＰ（ｓｍａｌｌｏｕｔｌ
ｉｎｅ　ｐａｃｋａｇｅ　）、ＴＳＯＰ（ｔｈｉｎ　ｓ
ｍａｌｌ　ｏｕｔｌｉｎｅ　ｐａｃｋａｇｅ）、またパ
ワートランジスタにおけるアイソレーションタイプのパ
ッケージ等は、半導体素子の上面やアイソレーションタ
イプパッケージの裏面等で、約　０．１〜　０．５ｍｍ
程度という薄肉の部分に樹脂を充填しなければならなく
なっている。一方、表面実装型のパッケージは、それを
回路基板に取り付ける場合に半田浸漬方式や半田リフロ
ー方式が採用され、パッケージを構成する封止樹脂にと
って一層厳しい環境になっている。

【０００３】従来の封止樹脂は、ノボラック型エポキシ
樹脂、ノボラック型フェノール樹脂、シリカ粉末および
公知の硬化促進剤からなるものであるが、この封止樹脂
で封止すると、薄肉の部分に樹脂が充填されず巣やフク
レを生じる等成形性が悪く、耐湿性の低下や外観不良を
生じる欠点があった。また、上記従来の封止樹脂で封止
した半導体装置は、装置全体の半田浴浸漬等を行うと耐
湿性が低下するという欠点があった。特に吸湿した半導
体装置を半田浴に浸漬した場合には、封止樹脂と半導体
素子、封止樹脂とリードフレームとの間の剥がれや、内
部の樹脂クラック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る。 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。

【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、薄肉部の成形性に優
れ、また吸湿の影響が少なく、特に半田浸漬後や半田リ
フロー後の耐湿性、半田耐熱性に優れ、長期信頼性を保
証できる封止用樹脂組成物及び半導体封止装置を提供す
ることを目的としている。

【０００５】

【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、後述するよう
な組成物を用いることによって、薄肉部の成形性、耐湿
性、半田耐熱性に優れた封止用樹脂組成物及び半導体封
止装置が得られることを見いだし、本発明を完成したも
のである。

【０００６】すなわち、本発明は、（Ａ）ヒドロキシベ
ンズアルデヒドの芳香族環水素をアルキル基で置換した
アルキル置換ヒドロキシベンズアルデヒド類とフェノー
ルの芳香族環水素をアルキル基で置換したアルキル置換
フェノール類とを反応して得られる樹脂におけるフェノ
ール性水酸基をエポキシ化したアルキル変性多官能エポ
キシ樹脂（但し、アルキル置換ヒドロキシベンズアルデ
ヒド類のアルキル基がＣｍ　Ｈ２ｍ＋１，ｍ≧１　の整
数であり、アルキル置換フェノール類のアルキル基がＣ
ｎ　Ｈ２ｎ＋１，１０≧ｎ≧１　の整数である）、（Ｂ
）次の一般式（Ｉ）　又は（ＩＩ）で示される多官能フ
ェノール樹脂

【０００７】

【化５】 （但し式中、ｎは０　又は１　以上の整数を、ＲはＣｍ
　Ｈ２ｍ＋１を、ｍは０　又は１　以上の整数を表す）
、（Ｃ）次の一般式で示されるトリス（オルト・パラ置
換フェニル）ホスフィン

【０００８】

【化６】 （但し、式中Ｒ１　，Ｒ２　，Ｒ３　は電子供与基もし
くは水素原子を表し、Ｒ１　，Ｒ２　，Ｒ３　のうち少
なくとも１　つは電子供与基である。）、及び（Ｄ）シ
リカ粉末を必須成分とし、樹脂組成物に対して前記（Ｃ
）のトリス（オルト・パラ置換フェニル）ホスフィンを
　０．０１　〜　５重量％の割合に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、半導体装置が封止されてい
ることを特徴とする半導体封止装置である。

【０００９】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１０】本発明に用いる（Ａ）アルキル変性多官能
エポキシ樹脂としては、アルキル置換ヒドロキシベンズ
アルデヒド類とアルキル置換フェノール類とを反応して
得られるフェノール樹脂骨格構造を有し、その樹脂骨格
構造におけるフェノール性水酸基をエポキシ化したもの
で、その分子中その骨格構造を有する限り、分子構造、
分子量等に特に制限されることはなく、広く使用するこ
とができる。

【００１１】（Ａ）アルキル変性多官能エポキシ樹脂と
して、次の構造式のものを例示することができる。

【００１２】

【化７】 （但し式中、Ｒ３　はＣｍ　Ｈ２ｍ＋１，ｍ≧１　の整
数であり、Ｒ４　はＣｎ　Ｈ２ｎ＋１，１０≧ｎ≧１　
の整数である）また、（Ａ）アルキル変性多官能エポキ
シ樹脂には、必要に応じてノボラック型エポキシ樹脂や
エピビス系エポキシ樹脂を併用することもできる。これ
らのアルキル変性多官能エポキシ樹脂は、単独又は　２
種以上使用することができる。

【００１３】本発明に用いる（Ｂ）多官能フェノール樹
脂は、前記の（Ｉ）　，（ＩＩ）式で示されるように三
官能もしくは四官能以上のフェノール樹脂で、その分子
中に前記骨格構造を有する限り、そのほかの分子構造、
分子量等に特に制限されることはなく、広く使用するこ
とができる。具体的な（Ｂ）多官能フェノール樹脂の例
として、次式のような三官能及び四官能のフェノール樹
脂

【００１４】

【化８】

【００１５】

【化９】 等が挙げられ、これらは単独又は　２種以上使用するこ
とができる。さらに多官能フェノール樹脂の他に、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
ムアルデヒドあるいはパラホルムアルデヒドとを反応さ
せて得られるノボラック型フェノール樹脂およびそれら
の変性樹脂を混合して使用することができる。

【００１６】本発明に用いる（Ｃ）トリス（オルト・パ
ラ置換フェニル）ホスフィンは、前記の一般式を有する
もので、トリフェニルホフィンにおけるフェニル基のオ
ルト・パラ位に電子供与基を置換したものであるが、必
ずしもすべて置換したものでなくてもよい。すなわち、
１　つのオルト位のみ、オルト位とパラ位、オルト位と
オルト位、パラ位のみ、２　つのオルト位とパラ位に置
換されたものである。電子供与基の種類としては、アル
コキシ基、アミノ基、水酸基、ハロゲン基、アルキル基
等が挙げられる。トリス（オルト・パラ置換フェニル）
ホスフィンは硬化促進剤として使用される。また、この
トリス（オルト・パラ置換フェニル）ホスフィンの他に
硬化促進剤として公知のイミダゾール系促進剤、ジアザ
ビシクロウンデセン（ＤＢＵ）系促進剤、リン系促進剤
、その他の促進剤を併用することができる。

【００１７】（Ｃ）トリス（オルト・パラ置換フェニル
）ホスフィンの配合割合は、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。その割合
が　０．０１　重量％未満では、樹脂組成物のゲルタイ
ムが長く、また硬化特性も悪く好ましくない。　５重量
％を超えると極端に流動性が悪くなって成形性に劣り、
また電気特性も悪くなり、さらに耐湿性が劣り好ましく
ない。

【００１８】本発明に用いる（Ｄ）シリカ粉末としては
、一般に使用されているシリカ粉末が広く使用されるが
、それらの中でも不純物濃度が低く、平均粒径３０μｍ
以下のものが望ましい。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。

【００１９】本発明の封止用樹脂組成物は、アルキル変
性多官能エポキシ樹脂、多官能フェノール樹脂、トリス
（オルト・パラ置換フェニル）ホスフィン硬化促進剤お
よびシリカ粉末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、エステル類、パラフィン類の離型剤、三酸化アン
チモン等の難燃剤、カーボンブラック等の着色剤、シラ
ンカップリング剤、硬化促進剤、ゴム系やシリコーン系
の低応力付与剤等を適宜添加配合することができる。

【００２０】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方法は、前述した各成分、すな
わち、アルキル変性多官能エポキシ樹脂、多官能フェノ
ール樹脂、トリス（オルト・パラ置換フェニル）ホスフ
ィンの硬化促進剤、シリカ粉末、その他を配合し、ミキ
サー等によって十分均一に混合する。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。この成形材料を電子部品あるいは電
気部品の封止用として、また被覆、絶縁等に適用し、優
れた特性と信頼性を付与することができる。

【００２１】本発明の半導体封止装置は、上記の封止用
樹脂組成物を用いて、半導体装置を封止することにより
製造することができる。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
く広く使用できる。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、注形等による封止も可能である。封止用樹脂組成物
は封止成形の後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装置が得られる
。加熱による硬化は　１５０℃以上の温度で硬化させる
ことが望ましい。

【００２２】

【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、アルキル変性多官能エポキシ樹脂、多官能フェノ
ール樹脂、トリス（オルト・パラ置換フェニル）ホスフ
ィン硬化促進剤を用いて反応させることによって目的を
達成したものである。即ち、トリス（オルト・パラ置換
フェニル）ホスフィン硬化促進剤を所定量配合させ、樹
脂組成物のゲル化時間、流動性をコントロールしたので
薄肉部の充填性が良くなり耐湿性の向上とともに優れた
成形性を付与した。　　また、アルキル変性多官能エポ
キシ樹脂と多官能フェノール樹脂とを反応させることに
よって、ガラス転移温度を上昇させ、熱時の特性を向上
させるとともに樹脂組成物の吸湿性が少なくなる。その
結果、半田浸漬や半田リフローを行っても樹脂クラック
の発生がなくなり、特に耐湿性劣化がなくなるものであ
る。

【００２３】

【実施例】次に本発明の実施例について説明するが、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
。以下の実施例および比較例において「％」とは「重量
％」を意味する。

【００２４】実施例１ 化７のアルキル変性多官能エポキシ樹脂１７％、化８の
三官能フェノール樹脂　８％、トリス（２，６−ジエト
キシフェニル）ホスフィンの硬化促進剤　０．３％、シ
リカ粉末７４％、エステルワックス　０．３％およびシ
ランカップリング剤　０．４％を常温で混合し、さらに
９０〜９５℃の温度で混練し、冷却した後粉砕して成形
材料（Ａ）を製造した。

【００２５】実施例２ 化７のアルキル変性多官能エポキシ樹脂１２％、化８の
三官能フェノール樹脂　６％、トリス（２，６−ジエト
キシフェニル）ホスフィンの硬化促進剤　０．３％、シ
リカ粉末８１％、エステルワックス　０．３％およびシ
ランカップリング剤　０．４％を常温で混合し、さらに
９０〜９５℃の温度で混練し、冷却した後、粉砕して成
形材料（Ｂ）を製造した。

【００２６】比較例１ ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂１７％、ノボ
ラック型フェノール樹脂　８％、シリカ粉末７４％、イ
ミダゾール系硬化促進剤　０．３％、エステルワックス
　０．３％およびシランカップリング剤　０．４％を実
施例１と同様にして成形材料（Ｃ）を製造した。

【００２７】比較例２ ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂１２％、ノボ
ラック型フェノール樹脂　６％、シリカ粉末８１％、イ
ミダゾール系硬化促進剤　０．３％、エステルワックス
　０．３％およびシランカップリング剤　０．４％を比
較例１と同様にして成形材料（Ｄ）を製造した。

【００２８】実施例１〜２及び比較例１〜２で製造した
成形材料（Ａ）〜（Ｄ）及びこれらを用いて製造した半
導体封止装置について、成形性及び耐湿性について試験
したのでその結果を表１に示した。本発明はいずれも優
れており、本発明の顕著な効果を確認することができた
。

【００２９】

【表１】 ＊１　：成形材料を用いて、　１７５℃の金型で　１０
０ｋｇ／ｃｍ２　の圧力をかけスパイラルの流動距離を
測定した＊２　：１７５　℃の熱板上で成形材料がゲル
化するまでの時間を測定した ＊３　：成形材料を用い、　１７５℃の金型で　１００
ｋｇ／ｃｍ２　の圧力をかけて、　２００μｍ　，　３
００μｍ，１０μｍ　のすき間を流れる流動距離を測定
した ＊４　：成形材料を用いて、ＱＦＰ（１４×１４×１．
４ｍｍ　）パッケージに　８×　８ｍｍのダミーチップ
を納め、パッケージ５００個の中でのチップ上面の充填
不良数を測定した＊５　：成形材料を用いて、ＴＯ−２
２０型パッケージにダミーチップを納め、パッケージ　
５００個中での裏面の充填不良数を測定した ＊６　：成形材料を用いて、ＤＩＰ−１６ピンＭＯＳＩ
Ｃテスト素子、又はＴＯ−２２０型テスト素子を封止し
た半導体封止装置それぞれについて、ＰＣＴ　４気圧の
条件でアルミニウム配線のオープン不良が５０％に達す
るまでの時間を測定した。

【００３０】

【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は、成形性に優れ、吸湿
の影響が少なく、半田浴浸漬後の耐湿性、半田耐熱性に
優れているため、薄肉部によく充填し、巣やフクレの発
生がなく、樹脂組成物と半導体装置あるいは樹脂組成物
とリードフレーム間の剥がれや内部樹脂クラックの発生
がなく、また電極の腐食による断線や水分によるリーク
電流の発生もない、優れた信頼性の高い半導体封止装置
が得られた。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　（Ａ）ヒドロキシベンズアルデヒドの
   芳香族環水素をアルキル基で置換したアルキル置換ヒド
   ロキシベンズアルデヒド類とフェノールの芳香族環水素
   をアルキル基で置換したアルキル置換フェノール類とを
   反応して得られる樹脂におけるフェノール性水酸基をエ
   ポキシ化したアルキル変性多官能エポキシ樹脂（但し、
   アルキル置換ヒドロキシベンズアルデヒド類のアルキル
   基がＣｍＨ２ｍ＋１，ｍ≧１　の整数であり、アルキル
   置換フェノール類のアルキル基がＣｎ　Ｈ２ｎ＋１，１
   ０≧ｎ≧１　の整数である）、（Ｂ）次の一般式（Ｉ）
   　又は（ＩＩ）で示される多官能フェノール樹脂 【化１】 （但し式中、ｎは０　又は１　以上の整数を、ＲはＣｍ
   　Ｈ２ｍ＋１を、ｍは０　又は１　以上の整数を表す）
   、（Ｃ）次の一般式で示されるトリス（オルト・パラ置
   換フェニル）ホスフィン 【化２】 （但し式中、Ｒ１　，Ｒ２　，Ｒ３　は電子供与基もし
   くは水素原子を表し、Ｒ１　，Ｒ２　，Ｒ３　のうち少
   なくとも１　つは電子供与基である）、及び（Ｄ）シリ
   カ粉末を必須成分とし、樹脂組成物に対して前記（Ｃ）
   のトリス（オルト・パラ置換フェニル）ホスフィンを　
   ０．０１　〜　５重量％の割合に含有してなることを特
   徴とする封止用樹脂組成物。
2. 【請求項２】　　（Ａ）ヒドロキシベンズアルデヒドの
   芳香族環水素をアルキル基で置換したアルキル置換ヒド
   ロキシベンズアルデヒド類とフェノールの芳香族環水素
   をアルキル基で置換したアルキル置換フェノール類とを
   反応して得られる樹脂におけるフェノール性水酸基をエ
   ポキシ化したアルキル変性多官能エポキシ樹脂（但し、
   アルキル置換ヒドロキシベンズアルデヒド類のアルキル
   基がＣｍＨ２ｍ＋１，ｍ≧１　の整数であり、アルキル
   置換フェノール類のアルキル基がＣｎ　Ｈ２ｎ＋１，１
   ０≧ｎ≧１　の整数である）、（Ｂ）次の一般式（Ｉ）
   　又は（ＩＩ）で示される多官能フェノール樹脂 【化３】 （但し式中、ｎは０　又は１　以上の整数を、ＲはＣｍ
   　Ｈ２ｍ＋１を、ｍは０　又は１　以上の整数を表す）
   、（Ｃ）次の一般式で示されるトリス（オルト・パラ置
   換フェニル）ホスフィン 【化４】 （但し式中、Ｒ１　，Ｒ２　，Ｒ３　は電子供与基もし
   くは水素原子を表し、Ｒ１　，Ｒ２　，Ｒ３　のうち少
   なくとも１　つは電子供与基である。）、及び（Ｄ）シ
   リカ粉末を必須成分とし、樹脂組成物に対して前記（Ｃ
   ）のトリス（オルト・パラ置換フェニル）ホスフィンを
   　０．０１　〜　５重量％の割合に含有した封止用樹脂
   組成物の硬化物によって、半導体装置が封止されてなる
   ことを特徴とする半導体封止装置。