JPH0668010B2 - 半導体封止用樹脂組成物 - Google Patents

半導体封止用樹脂組成物

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JPH0668010B2
JPH0668010B2 JP62245072A JP24507287A JPH0668010B2 JP H0668010 B2 JPH0668010 B2 JP H0668010B2 JP 62245072 A JP62245072 A JP 62245072A JP 24507287 A JP24507287 A JP 24507287A JP H0668010 B2 JPH0668010 B2 JP H0668010B2
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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、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樹脂組成物に関する。
<従来の技術> 近年、半導体装置の高集積度化が急速に進められてお
り、素子サイズの大型化と配線の微細化が著しく進展し
ている。これら高集積化された半導体装置も含め半導体
装置は現在ほとんどが樹脂封止されているが、これは信
頼性の高い優れた性能を有する封止用樹脂の開発に負う
ところが大きい。
一方、最近は、プリント基板への部品実装においても高
密度化、自動化が進められており、従来のリードピンを
基板の穴に挿入する“挿入実装方式”に代り、基板表面
に部品をハンダ付けする“表面実装方式”がさかんにな
ってきている。それに伴い、パッケージも従来のDIP
(デュアル・インライン・パッケージ)型から高密度実
装、表面実装に適した薄型のFPP(フラット・プラス
チック・パッケージ)型に移行しつつある。
表面実装方式への移行に伴い、従来あまり問題とならな
かったハンダ付け工程が大きな問題となってきている。
従来のピン挿入実装方式ではハンダ付け工程はリード部
が部分的に加熱されるだけであったが、表面実装方式で
はパッケージ全体が熱媒に浸され加熱される。表面実装
方式におけるハンダ付け方法としてはハンダ浴浸漬、不
活性ガスの飽和蒸気による加熱(ベーパフェイズ法)や
赤外線リフロー法などが用いられるが、いずれの方法で
もパッケージ全体が210〜270℃の高温に加熱され
ることになる。そのため従来の封止用樹脂で封止したパ
ッケージはハンダ付け時に樹脂部分にクラックが発生
し、製品として使用できないという問題がおきる。
ハンダ付け工程におけるクラックの発生は、後硬化して
から実装工程の間までに吸湿された水分がハンダ付け加
熱時に爆発的に水蒸気化、膨脹することに起因するとい
われており、その対策として後硬化したパッケージを完
全に乾燥し密封した容器に収納して出荷する方法が用い
られている。
封止用樹脂の改良も種々検討されている。例えば、封止
用樹脂にゴム成分を配合し内部応力を低下させる方法
(特開昭58−219218号公報、特開昭59−96
122号公報)、無機充填剤の品種を選択する方法(特
開昭58−19136号公報、特開昭60−20214
5号公報)、無機充填剤の形状を球形化したり、粒子径
をコントロールすることにより応力、ひずみを均一化さ
せる方法(特開昭60−171750号公報、特開昭6
0−17937号公報)、揆水性の添加剤やワックスに
より吸水性を低下させ、ハンダ浴での水分による応力発
生を下げる方法(特開昭60−65023号公報)など
がある。
<発明が解決しようとする問題点> しかるに乾燥パッケージを容器に封入する方法は製造工
程および製品の取扱作業が煩雑になるうえ、製品価格が
きわめて高価になる欠点がある。
また種々の方法で改良された樹脂も、それぞれ少しづつ
効果をあげてきているが、実装技術の進歩に伴うより過
酷な要請に答えるには十分でない。具体的にはこれら従
来の方法で得られた樹脂により封止された半導体装置を
加湿処理後、例えば、85℃/85%RH処理72時
間、または121℃/2気圧PCT(プレッシャー・ク
ッカー・テスト)処理72時間後にハンダ浴に浸すと樹
脂部分にはことごとく膨れまたはクラックが発生する。
すなわち、まだハンダ付け加熱時のクラック発生を防止
した十分満足できる封止用樹脂は得られておらず。表面
実装化技術の進展に対応したハンダ耐熱性が優れた封止
用樹脂の開発が望まれているのが現状である。
本発明の目的は、かかるハンダ付け工程で生じるクラッ
クの問題を解消した改良された封止用樹脂を提供するこ
とにあり、表面実装ができる樹脂封止半導体装置を可能
にすることにある。
<問題点を解決するための手段> すなわち本発明はエポキシ樹脂(A)、硬化剤(B)お
よび粉末状充填剤(C)を主成分とする半導体封止用樹
脂組成物において前記エポキシ樹脂(A)が下記式
(I) (ただし、R〜Rは水素原子、C〜Cの低級ア
ルキル基またはハロゲン原子を示す。) で表わされる骨格を有するエポキシ樹脂(a)を必須成
分として含有し、かつ前記粉末状充填剤(C)が粒子径
14μ以下の微粉末粒子を50重量%以上含有すること
を特徴とする半導体封止用樹脂組成物である。
以下、本発明の構成を詳述する。
本発明の半導体封止用樹脂組成物はエポキシ樹脂
(A)、硬化剤(B)および粉末状充填剤(C)を主成
分として含有する。
本発明におけるエポキシ樹脂(A)は下記式(I) (ただし、R〜Rは水素原子、C〜Cの低級ア
ルキル基またはハロゲン原子を示す。) で表わされる骨格を有するエポキシ樹脂(a)を必須成
分として含有することが重要である。エポキシ樹脂
(a)を含有しない場合はハンダ付け工程におけるクラ
ックの発生防止効果は発揮されない。
上記式(I)において、R〜Rの好ましい具体例と
しては、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、
i−プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t
ert−ブチル基、塩素原子、臭素原子などが挙げられ
る。
本発明におけるエポキシ樹脂(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、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。
本発明におけるエポキシ樹脂(A)は上記のエポキシ樹
脂(a)とともに該エポキシ樹脂(a)以外の他のエポ
キシ樹脂をも併用して含有することができる。併用でき
る他のエポキシ樹脂としては、例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、下記式(II)で表わされるノボラック型エポキシ樹
脂、 (ただし、nは0以上の整数を示す。) 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などが挙げられる。
エポキシ樹脂(A)中に含有されるエポキシ樹脂(a)
の割合に関しては特に制限がなく必須成分としてエポキ
シ樹脂(a)が含有されれば本発明の効果は発揮される
が、より十分な効果を発揮させるためには、エポキシ樹
脂(a)がエポキシ樹脂(A)中に通常10重量%以
上、好ましくは20重量%以上含有せしめる必要があ
る。
本発明の樹脂組成物においてエポキシ樹脂(A)の配合
量は通常3〜30重量%、好ましくは5〜25重量%で
ある。
本発明における硬化剤(B)はエポキシ樹脂と反応して
硬化させるものであれば特に限定されない。例えば、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)で表わされるノボラック樹脂、 (ただし、nは0以上の整数を示す。) 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、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
どが挙げられるが、特に限定されるものではない。
本発明の樹脂組成物において硬化剤(B)の配合量は通
常1〜20重量%、好ましくは2〜15重量%である。
本発明で使用するエポキシ樹脂(A)および硬化剤
(B)は耐湿性の点からナトリウムイオン、塩素イオ
ン、遊離の酸、アルカリやそれらを生成する可能性のあ
る不純物はできるだけ除去したものを用いることが好ま
しい。
エポキシ樹脂(A)と硬化剤(B)の配合比は、機械的
性質や耐熱性などの点からエポキシ樹脂に対する硬化剤
の化学当量比が0.5〜1.5、特に0.7〜1.2の範囲にあるこ
とが好ましい。
本発明の樹脂組成物における粉末状充填剤(C)は粒子
径が14μ以下、好ましくは12μ以下、特に好ましく
は10μ以下の微粉末粒子を50重量%以上含有するこ
とが必須である。14μ以下の微粉末粒子が50重量%
未満の場合はハンダ工程におけるクラックの発生防止効
果は十分発揮されない。
粉末状充填剤(C)の材質に関しては特に制限がない
が、通常は溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化ケ
イ素、炭化ケイ素、炭酸マグネシウム、炭化カルシウ
ム、クレー、タルク、ケイ酸カルシウム、酸化チタンな
どが用いられる。これらは二種以上併用することができ
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。
粉末状充填剤(C)の粒子形状に関しても特に制限はな
く、通常は破砕状のもの、球状のものまたは破砕状と球
状を併用したものを用いることができる。
粉末状充填剤(C)の粒度分布に関しても、粒子径が上
記の範囲内にあるかぎり特に制限はない。異なる粒度分
布を持った粉末状充填剤を二種以上併用することもでき
る。
本発明の樹脂組成物において、粉末状充填剤(C)の配
合量は通常、50〜85重量%、好ましくは65〜80
重量%である。50重量%未満では線膨脹係数が大きく
なり、85重量%を越えると成形性が不十分である。
また、本発明において、エポキシ樹脂と硬化剤の硬化反
応を促進するために硬化促進剤を用いてもよい。硬化促
進剤としては硬化反応を促進させるものならば特に制限
されない。例えば、2−メチルイミダゾール、2−フェ
ニルイミダゾールなどのイミダゾール類、ベンジルジメ
チルアミン、1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン
−7(DBUと略す)などのアミン類、トリフェニルホ
スフィン、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニル
ボレートなどの有機リン化合物などが好ましく用いられ
る。
本発明の樹脂組成物は必要に応じてシリコーンゴム、オ
レフィン系ゴム、ジエン系ゴムなどのゴム状重合体、ワ
ックスなどの離型剤、カーボンブラックなどの着色剤、
カプリング剤、臭素化化合物、酸化アンチモンなどの難
燃剤、シリコーンオイルなどを用いることができる。
本発明の樹脂組成物は溶融混練することが好ましく、溶
融混練は公知の方法を用いることができる。例えばバン
バリーミキサー、ニーダー、ロール、一軸もしくは二軸
の押出機、コニーダーなどを用い、溶融混練することが
できる。
<実施例> 以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
実施例中、部数、%はそれぞれ重量部と重量%を意味す
る。
実施例1〜15、比較例1〜19 表1と表2に示した原料を表3に示した配合処方の組成
比で配合し、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
分間加熱混練したのち、冷却、粉砕して樹脂組成物を製
造した。
これらの樹脂組成物と模擬素子を搭載した42アロイ製
リードフレームを用い、低圧トランスファー成形機によ
り180℃×2分の条件で44ピンフラットパッケージ
を成形し、次いで180℃で5時間後硬化した。
得られたフラットパッケージ硬化物を85℃、85%R
Hで72時間加湿処理したのち、26℃のハンダ浴に1
0秒間浸漬し、浸漬後のクラック発生状況を調べた。
結果を表3に示す。
表3においてハンダ耐熱性をパッケージ20個中クラッ
クが発生しなかったパッケージの個数で表示した。
表3の結果から次のことが明らかである。
実施例1〜15にみられるようにエポキシ樹脂(a)を
含有し、かつ粉末状充填剤が粒子径14μ以下の微粉末
粒子を50重量%以上含有する本発明の樹脂組成物で封
止したパッケージは加湿処理後260℃のハンダ浴に浸
漬してもほとんどクラックが発生せず、ハンダ耐熱性が
優れている。
一方、比較例1〜5にみられるように粉末状充填剤が1
4μ以下の微粉末粒子を50重量%以上含有したとして
も、エポキシ樹脂(a)を含有しない樹脂組成物はほと
んどのパッケージにクラックが発生する。
比較例6〜8にみられるようにエポキシ樹脂(a)を含
有しても、粉末状充填剤が粒子径14μ以下の微粉末粒
子を50重量%未満しか含有しない樹脂組成物はほとん
どのパッケージにクラックが発生する。
比較例9にみられるようにエポキシ樹脂(a)を含有せ
ず、粉末状充填剤が粒子径14μ以下の微粉末粒子を5
0重量%未満しか含有しない樹脂組成物はすべてのパッ
ケージにクラックが発生する。
<発明の効果> 本発明の樹脂組成物はハンダ耐熱性がきわめて優れてお
り、本発明の樹脂組成物で封止することにより半導体装
置を実装する際のハンダ付け工程における樹脂クラック
の発生を防止することができる。この特徴をいかして、
表面実装用の半導体装置の封止など種々の用途への応用
が期待される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−98726(JP,A) 特開 昭61−47725(JP,A) 特開 昭60−17937(JP,A) 特開 昭62−261161(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エポキシ樹脂(A)、硬化剤(B)および
    粉末状充填剤(C)を主成分とする半導体封止用樹脂組
    成物において前記エポキシ樹脂(A)が下記式(I) (ただし、R〜Rは水素原子、C〜Cの低級ア
    ルキル基またはハロゲン原子を示す。) で表わされる骨格を有するエポキシ樹脂(a)を必須成
    分として含有し、かつ前記粉末状充填剤(C)が粒子径
    14μ以下の微粉末粒子を50重量%以上含有すること
    を特徴とする半導体封止用樹脂組成物。
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