JPH08245762A - エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 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）硬化促進剤としてトリ
アルキルシリルイミダゾールおよび（Ｄ）無機質充填剤
を必須成分とし、全体の樹脂組成物に対して前記（Ｃ）
の硬化促進剤を 0.05 〜 1.0重量％、前記（Ｄ）の無機
質充填剤を25〜90重量％の割合で含有してなるエポキシ
樹脂組成物であり、また、このエポキシ樹脂組成物の硬
化物によって半導体チップを封止した半導体封止装置で
ある。 【効果】 本発明によれば、半田浴浸漬後においても半
田耐熱性、耐湿性に優れ、吸湿による影響が少なく、電
極の腐蝕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、信頼性を保証することがで
きる。

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、半田耐熱性、
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】近年、半導体集積回路の分野において、
高集積化、高信頼性化の技術開発と同時に半導体装置の
実装工程の自動化が推進されている。例えばフラットパ
ッケージ型の半導体装置を回路基板に取り付ける場合
に、従来、リードピン毎に半田付けを行っていたが、最
近では半導体装置全体を250 ℃に加熱した半田浴に浸漬
して、一度に半田付けを行う方法が採用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のノボラック型エ
ポキシ樹脂等のエポキシ樹脂、ノボラック型フェノール
樹脂および無機質充填剤からなる樹脂組成物によって封
止した半導体装置は、装置全体の半田浴浸漬を行うと耐
湿性が低下するという欠点があった。特に吸湿した半導
体装置を浸漬すると、封止樹脂と半導体チップ、あるい
は封止樹脂とリードフレームとの間の剥がれや、内部樹
脂クラックが生じて著しい耐湿性劣化を起こし、電極の
腐蝕による断線や水分によるリーク電流を生じ、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
半田浴浸漬をし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】本発明は、上記の欠点を解消するためにな
されたもので、吸湿の影響が少なく、特に半田浴浸漬後
の耐湿性、半田耐熱性、成形性に優れ、封止樹脂と半導
体チップあるいは封止樹脂とリードフレームとの間の剥
がれや内部樹脂クラックの発生がなく、また電極の腐蝕
による断線や水分によるリーク電流の発生もなく、長期
信頼性を保証できるエポキシ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】本発明者らは、上記の目
的を達成しようと鋭意研究を重ねた結果、特定の硬化促
進剤を用いることによって、耐湿性、半田耐熱性、成形
性等に優れた信頼性の高い樹脂組成物が得られることを
見いだし、本発明を完成したものである。

【０００６】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）硬化促進剤
として次の一般式で示されるトリアルキルシリルイミダ
ゾールおよび

【０００７】

【化３】 （但し、式中Ｒは鎖状アルキル基を表す） （Ｄ）無機質充填剤を必須成分とし、全体の樹脂組成物
に対して前記（Ｃ）の硬化促進剤を 0.05 〜1.0重量
％、前記（Ｄ）の無機質充填剤を25〜90重量％の割合で
含有してなることを特徴とするエポキシ樹脂組成物であ
る。また、このエポキシ樹脂組成物の硬化物によって、
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
封止装置である。

【０００８】以下、本発明を詳細に説明する。

【０００９】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
合物であるかぎり、分子量、構造式等に特に制限される
ことはなく、一般封止材用として用いられているものが
広く使用することができる。例えばビスフェノール型の
芳香族系、シクロヘキサン誘導体等の脂環族系、さらに
次の一般式で示されるエポキシノボラック系等のエポキ
シ樹脂が挙げられる。

【００１０】

【化４】 （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又は 2種以上混合して使用
することができる。

【００１１】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或いはパラホルムア
ルデヒド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、これらは単独又は 2種以上混合して使用することが
できる。ノボラック型フェノール樹脂の配合割合は、前
述した（Ａ）エポキシ樹脂のエポキシ基（a ）と（Ｂ）
ノボラック型フェノール樹脂のフェノール性水酸基（b
）とのモル比［（a ）／（b ）］が 0.1〜10の範囲内
であることが望ましい。このモル比が 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。

【００１２】本発明に用いる（Ｃ）硬化促進剤として前
記の一般式化３で示されるトリアルキルシリルイミダゾ
ールが使用される。具体的な化合物として、例えば、

【００１３】

【化５】

【００１４】

【化６】 等が挙げられ、これらは単独又は混合して使用すること
ができる。この硬化促進剤の配合割合は全体の樹脂組成
物に対して 0.05 〜 1.0重量％の範囲内で使用すること
が望ましい。この配合量が 0.05 重量％未満では硬化性
に効果なく、また、 1.0重量％を超えると耐湿性等、信
頼性に悪影響を及ぼし実用に適さず好ましくない。

【００１５】本発明に用いる（Ｄ）無機質充填剤として
は、不純物濃度が低く最大粒径が 100μm 以下で、平均
粒径30μm 以下の無機質充填剤が好ましく使用される。
平均粒径30μm を超えると耐湿性および成形性が劣り好
ましくない。無機質充填剤の具体的なものとしては例え
ば、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25〜90重量％含有するように配合すること
が好ましい。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90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。

【００１６】本発明のエポキシ樹脂組成物、エポキシ樹
脂、ノボラック型フェノール樹脂、特定の硬化促進剤お
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、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、カーボンブラック、
ベンガラ等の着色剤、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。

【００１７】本発明のエポキシ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、エポキシ樹脂、ノボ
ラック型フェノール樹脂、特定の硬化促進剤および無機
質充填剤その他成分を配合し、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
めとする電子部品或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。

【００１８】また、本発明の半導体封止装置は、上述の
成形材料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。封止を行う半導体チップと
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。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。成形材料で封止後、加熱して
硬化させ、最終的にはこ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
上の温度で加熱硬化させることが望ましい。

【００１９】

【作用】本発明のエポキシ樹脂組成物および半導体封止
装置は、エポキシ樹脂、ノボラック型フェノール樹脂お
よび特定の硬化促進剤を用いることによって、樹脂組成
物の成形性が向上し、半田耐熱性の劣化を防止すること
ができた。

【００２０】

【実施例】次に実施例を本発明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。以下の実施例および比較例において「％」とは「重
量％」を意味する。

【００２１】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 21
5）18％、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当
量 107） 9％、硬化促進剤として化６のトリエチルシリ
ルイミダゾール 0.1％、溶融シリカ粉末71％およびエス
テル系ワックス類等1.9 ％を常温で混合し、さらに90〜
95℃で混練冷却した後、粉砕して成形材料（Ａ）を製造
した。

【００２２】実施例２ クレゾールノボラックエポキシ樹脂（エポキシ当量 21
5）19％、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当
量 107） 8％、硬化促進剤として化６のトリエチルシリ
ルイミダゾール 0.3％、、溶融シリカ粉末71％およびエ
ステル系ワックス類等1.9 ％を常温で混合し、さらに90
〜95℃で混練冷却した後、粉砕して成形材料（Ｂ）を製
造した。

【００２３】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 21
5）19％、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当
量 107） 8％、硬化促進剤として化６のトリエチルシリ
ルイミダゾール 0.7％、溶融シリカ粉末71％、γ−グリ
シドキシプロピルメトキシシラン 0.2％およびエステル
系ワックス類等1.1 ％を常温で混合し、さらに90〜95℃
で混練冷却した後、粉砕して成形材料（Ｃ）を製造し
た。

【００２４】比較例 クレゾールノボラックエポキシ樹脂（エポキシ当量 21
5）19％、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当
量 107） 9％、溶融シリカ粉末71％、硬化促進剤として
2-メチル -4-エチルイミダゾール 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
常温で混合し、さらに90〜95℃で混練冷却した後、粉砕
して成形材料（Ｄ）を製造した。

【００２５】こうして製造した成形材料（Ａ）〜（Ｄ）
を用いて170 ℃に加熱した金型内にトランスファー注
入、半導体チップを封止し硬化させて半導体封止装置を
製造した。これらの半導体封止装置について、諸試験を
行ったのでその結果を表１に示したが、本発明のエポキ
シ樹脂組成物および半導体封止装置は、諸特性に優れて
おり、本発明の顕著な効果を確認することができた。

【００２６】

【表１】 ＊1 ：トランスファー成形によってφ50mm、厚さ3mm の成形品を作り、これを12 7 ℃，2 気圧の飽和水蒸気中に24時間放置し、増加した重量によって求めた。 ＊2 ：吸水率の試験と同様な成形品を作り、これを175 ℃，8 時間の後硬化を行 い適当な大きさのテストピースとし、熱機械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半導体チップを 42アロイフレームに接着し、175 ℃，2 分間トランスファー成形して 5×10× 1 .5mmのフラットパッケージ型成形品を作りその後、さらに175 ℃，8 時間エイジ ングさせた。この成形品を予め40℃，90％ＲＨ，100 時間の吸湿処理をした後、 250 ℃の半田浴に10秒間浸漬した。その後127 ℃， 2.5気圧の飽和水蒸気中でＰ ＣＴを行い、アルミニウム腐食による50％断線（不良発生）の起こる時間を評価 した。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明および表１から明らかなよう
に、本発明のエポキシ樹脂組成物および半導体封止装置
は、半田浴浸漬後においても半田耐熱性、耐湿性に優
れ、吸湿による影響が少なく、電極の腐蝕による断線や
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 (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）ノボラック
   型フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤として次の一般式
   で示されるトリアルキルシリルイミダゾールおよび 【化１】 （但し、式中Ｒは鎖状アルキル基を表す） （Ｄ）無機質充填剤を必須成分とし、全体の樹脂組成物
   に対して前記（Ｃ）の硬化促進剤を 0.05 〜1.0重量
   ％、前記（Ｄ）の無機質充填剤を25〜90重量％の割合で
   含有してなることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
2. 【請求項２】 （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）ノボラック
   型フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤として次の一般式
   で示されるトリアルキルシリルイミダゾールおよび 【化２】 （但し、式中Ｒは鎖状アルキル基を表す） （Ｄ）無機質充填剤を必須成分とし、全体の樹脂組成物
   に対して前記（Ｃ）の硬化促進剤を 0.05 〜1.0重量
   ％、前記（Ｄ）の無機質充填剤を25〜90重量％の割合で
   含有したエポキシ樹脂組成物の硬化物によって、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封止装
   置。