JPH09255852A - 封止材用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エポキシ樹脂組成物中に無機充填材を高い比
率で含有させ、かつ、ジシクロペンタジエン型エポキシ
樹脂を全エポキシ樹脂中に高い比率で含有させた封止用
エポキシ樹脂組成物において、リードフレームと樹脂硬
化物との接着性、及び成形性が共に優れたエポキシ樹脂
組成物を提供する。また、リードフレームと樹脂硬化物
との接着性、及び成形性が共に優れた半導体装置を提供
する。 【解決手段】 シランカップリング剤として、下記式
（ａ）で表されるシラン化合物及び下記式（ｂ）で表さ
れるシラン化合物を配合する。 【化１】 【化２】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体等の封止に
使用される封止材用エポキシ樹脂組成物及びそれを用い
た半導体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置などの電子部品の封止方法と
して、セラミックや、熱硬化性樹脂を用いる方法が、従
来より行われている。なかでも、エポキシ樹脂組成物に
よる封止が、経済性及び性能のバランスより好ましく、
広く行われている。この封止材用エポキシ樹脂組成物
（以下封止樹脂と記す）により封止された半導体装置
は、例えばリードフレーム用金属上に半導体素子を搭載
し、その半導体素子とリードフレームをボンディングワ
イヤー等を用いて電気的に接続し、半導体素子の全体及
びリードフレームの一部を、封止樹脂で封止して形成さ
れている。

【０００３】上記リードフレームとしては、電気伝導性
の性能の点より銅合金製のリードフレームや、熱膨張率
の性能の点より４２アロイ合金製のリードフレームが一
般に使用されている。これらのリードフレームは、金線
等のボンディングワイヤーとの接着性が低いため、リー
ドフレームのボンディングワイヤーと接続しようとする
部分にあらかじめ銀メッキや金メッキを行った後、ボン
ディングワイヤーと接続し、接続の信頼性を改良する方
法が検討されている。

【０００４】また、封止樹脂の硬化物（以下樹脂硬化物
と記す）が吸湿すると、電子部品を母基板に実装する時
のハンダ付けの熱衝撃により、吸湿水分が急激に膨張し
て、樹脂硬化物の内部にクラックが発生し、信頼性が低
下するという問題が発生する場合があった。そのため吸
湿ハンダ耐熱性の改良として、封止樹脂中に無機充填材
を充填することにより封止樹脂中の吸湿しやすい成分で
あるエポキシ樹脂の割合を減らし樹脂硬化物の吸湿量を
減らす方法や、吸湿率の低いエポキシ樹脂等を用いる方
法や、無機充填材の表面をシランカップリング剤等によ
り処理したものを用いる方法等が検討されている。

【０００５】この吸湿率の低いエポキシ樹脂を用いる方
法として、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂を用い
る方法が検討されている。

【０００６】しかし封止樹脂中に無機充填材を高い比率
で含有させ、かつ、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹
脂を全エポキシ樹脂中に高い比率で含有させて吸湿ハン
ダ耐熱性を改良した場合、成形性が低下して樹脂硬化物
の内部に気泡が残ったり、実際に半導体装置を使用する
ときに曝される温度サイクルにより、リードフレームの
銀メッキを行った部分等と樹脂硬化物との接合部に、こ
れらの接着性が低いためと推定されるが、クラックが発
生する場合があった。そのため封止樹脂中に無機充填材
を高い比率で含有させ、かつ、ジシクロペンタジエン型
エポキシ樹脂を全エポキシ樹脂中に高い比率で含有させ
ても、成形性が優れ、かつ、リードフレームと樹脂硬化
物との接着性が高い封止ができる封止樹脂が求められて
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を改善するために成されたもので、封止樹脂中に無機充
填材を高い比率で含有させ、かつ、ジシクロペンタジエ
ン型エポキシ樹脂を全エポキシ樹脂中に高い比率で含有
させた封止樹脂であって、リードフレームと樹脂硬化物
との接着性、及び成形性が共に優れた封止樹脂を提供す
ることを目的とする。また、この封止樹脂を用いたリー
ドフレームと樹脂硬化物との接着性、及び成形性が共に
優れた半導体装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
封止樹脂（封止材用エポキシ樹脂組成物）は、エポキシ
樹脂、硬化剤、無機充填材及びシランカップリング剤を
配合してなる封止樹脂であって、封止樹脂１００重量部
中に、無機充填材を７０〜９５重量部含有し、かつ、全
エポキシ樹脂１００重量部中に、ジシクロペンタジエン
型エポキシ樹脂を４０〜１００重量部含有する封止樹脂
において、シランカップリング剤として、下記式（ａ）
で表されるシラン化合物及び下記式（ｂ）で表されるシ
ラン化合物を配合していることを特徴とする。

【０００９】

【化３】

【００１０】

【化４】

【００１１】本発明の請求項２に係る封止樹脂は、請求
項１記載の封止樹脂において、無機充填材が、シリカを
含有していることを特徴とする。

【００１２】本発明の請求項３に係る半導体装置は、請
求項１又は請求項２記載の封止樹脂を用いて、リードフ
レームに搭載された半導体素子を封止してなる。

【００１３】本発明によると、上記式（ａ）及び上記式
（ｂ）で表されるシランカップリング剤を封止樹脂に配
合しているため、無機充填材を、封止樹脂１００重量部
中に７０〜９５重量部含有し、かつ、全エポキシ樹脂１
００重量部中に、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂
を４０〜１００重量部含有した封止樹脂であっても、こ
れらのシランカップリング剤が、無機充填材とリードフ
レームとの密着力、及び成形性を改善するため、リード
フレームと樹脂硬化物との接着性、及び成形性が共に優
れた封止ができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の封止樹脂は、少なくとも
ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、硬化剤、無機充
填材及びシランカップリング剤として、上記式（ａ）で
表されるシラン化合物及び上記式（ｂ）で表されるシラ
ン化合物を配合してなる。上記式（ａ）で表されるシラ
ン化合物及び上記式（ｂ）で表されるシラン化合物を共
に配合していることが重要であり、これらのシランカッ
プリング剤を配合していない場合又は一方のみ配合して
いる場合は、リードフレームとの接着性が低下したり成
形性が低下する。なお、上記式（ａ）で表されるシラン
化合物の内、下記式（ｃ）で表されるＮ−フェニル−γ
−アミノプロピルトリメトキシシランを用い、上記式
（ｂ）で表されるシラン化合物の内、下記式（ｄ）で表
されるγ−メルカプトプロピルトリメトキシシランを用
いた場合、接着性及び成形性を改良する効果が大きく好
ましい。

【００１５】

【化５】

【００１６】

【化６】

【００１７】なお、上記式（ａ）で表されるシランカッ
プリング剤及び上記式（ｂ）で表されるシランカップリ
ング剤を、無機充填材１００重量部に対して、それぞれ
０．０５〜１．５重量部、より好ましくは０．１〜１．
０重量部配合していることが好ましい。０．０５重量部
未満の場合は、接着性や成形性を改良する効果が小さ
く、１．５重量部を越える場合は、樹脂硬化物の強度が
低下し問題となる。

【００１８】なお、シランカップリング剤としては、上
記式（ａ）で表されるシラン化合物及び上記式（ｂ）で
表されるシラン化合物のみを配合していることに限定す
るものではなく、更に必要に応じて、γ−ウレイドプロ
ピルトリメトキシシラン等の、上記式（ａ）で表される
化合物以外のアミノシランや、γ−グリシドキシプロピ
ルトリメトキシシラン等のエポキシシラン等を配合して
いてもよい。また、これらのシランカップリング剤は、
封止樹脂に直接添加してもよいが、あらかじめ無機充填
材に直接噴霧する方法や、シランカップリング剤を溶か
した溶液に無機充填材を浸漬する方法等により無機充填
材をシランカップリング剤で処理したのち、封止樹脂に
添加する方法の場合、封止樹脂に直接添加する場合と比
較して、樹脂硬化物とリードフレームとの接着性の改良
や、成形性を改良する効果を確実に得ることができ好ま
しい。

【００１９】本発明で使用する無機充填材としては特に
限定するものではなく、例えば結晶シリカ、非晶質シリ
カ、アルミナ、マグネシア、酸化チタン、炭酸カルシウ
ム、炭酸マグネシウム、窒化ケイ素、タルク、ケイ酸カ
ルシウム等が挙げられる。上記無機充填材は、単独で用
いても、２種類以上を併用してもよい。なお、無機充填
材を、封止樹脂１００重量部中に、７０〜９５重量部含
有することが重要である。無機充填材が７０重量部未満
の場合、樹脂硬化物の吸湿量が増加し、吸湿ハンダ耐熱
性が低下する場合があり問題となり、９５重量部を越え
る場合、封止樹脂の粘度が高くなり、封止する際の成形
性が低下し問題となる。なお、無機充填材として結晶シ
リカ又は非晶質シリカ等のシリカを用いた場合、樹脂硬
化物の線膨張係数が小さくなり、半導体素子の線膨張係
数に近づくため好ましい。

【００２０】本発明で使用するエポキシ樹脂としてはジ
シクロペンタジエン型エポキシ樹脂を、全エポキシ樹脂
１００重量部中に４０〜１００重量部含有することが重
要である。４０重量部未満の場合は、吸湿率が上昇して
吸湿ハンダ耐熱性が低下する場合がある。なお、ジシク
ロペンタジエン型エポキシ樹脂としては、例えば、下記
式（ｅ），式（ｆ）で表わされる化合物等が挙げられ
る。なお、式（ｅ）中ｐは、０又は正の数を表し、式
（ｆ）中ｑは、０又は正の数を表す。なお、下記式
（ｅ）で表されるエポキシ樹脂が、吸湿ハンダ耐熱性を
改良する効果が大きく好ましい。

【００２１】

【化７】

【００２２】

【化８】

【００２３】本発明で使用するエポキシ樹脂としてはジ
シクロペンタジエン型エポキシ樹脂のみに限定するもの
ではなく、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂を、全
エポキシ樹脂１００重量部中に４０重量部以上含有する
ように配合した場合、例えばクレゾールノボラック型エ
ポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、フェノ
ールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ
樹脂、線状脂肪族エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂等
を併用することができ、これらを単独で用いても、２種
類以上を併用してもよい。なお、ビフェニル型エポキシ
樹脂を併用すると、更に吸湿ハンダ耐熱性が向上して好
ましい。

【００２４】本発明で使用する硬化剤としては、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する
ものではなく、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、ナフトールノボラック樹脂、ア
ラルキル型フェノール樹脂等の各種ノボラック樹脂、無
水フタル酸、無水ピロメット酸等の酸無水物、ジアミノ
ジフェニルメタン、メタフェニレンジアミン等の芳香族
アミン等が挙げられる。上記硬化剤は、単独で用いて
も、２種類以上を併用してもよく、その配合量として
は、通常エポキシ樹脂に対して、当量比で０．５〜１．
５の範囲で配合される。なお、下記式（ｇ）で表わされ
るアラルキル型フェノール樹脂を用いた場合、樹脂の吸
湿率が低くなるため、吸湿ハンダ耐熱性が向上し好まし
い。なお、式（ｇ）中ｒは０又は正の整数を表す。アラ
ルキル型フェノール樹脂は、フェノール、クレゾール等
のフェノール類と、アラルキルエーテル類との反応で得
られる樹脂である。

【００２５】

【化９】

【００２６】また、硬化剤として上記式（ｇ）で表わさ
れるアラルキル型フェノール樹脂のフェノール部をα−
ナフトールに代えた、下記式（ｈ）で表わされるフェノ
ール樹脂を含有する場合も、樹脂の吸湿率が低くなるた
め、吸湿ハンダ耐熱性が向上し好ましい。なお、式
（ｈ）中ｓは０又は正の整数を表す。

【００２７】

【化１０】

【００２８】本発明の封止樹脂には、必要に応じて、硬
化促進剤、離型剤、着色剤、低応力化剤及び難燃剤等を
配合させることもできる。硬化促進剤としては例えば、
１，８−ジアザ−ビシクロ（５，４，０）ウンデセン−
７、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン等
の三級アミン化合物、２−メチルイミダゾール、２−エ
チル−４−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾ
ール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール等のイミ
ダゾール化合物、トリフェニルホスフィン、トリブチル
ホスフィン等の有機ホスフィン化合物等が挙げられる。
離型剤としては例えば、カルナバワックス、ステアリン
酸、モンタン酸、カルボキシル基含有ポリオレフィン等
が挙げられる。着色剤としては例えば、カーボンブラッ
ク、酸化チタン等が挙げられる。低応力化剤としては例
えば、シリコーンゲル、シリコーンゴム、シリコーンオ
イル等が挙げられる。難燃剤としては例えば、三酸化ア
ンチモン、ハロゲン化合物、リン化合物等が挙げられ
る。これらの硬化促進剤、離型剤、着色剤、低応力化剤
及び難燃剤等は２種類以上を併用することもできる。

【００２９】本発明の封止樹脂は、均一に混合され、混
練されていることが好ましい。混練の方法としては例え
ば、ロール、ニーダー、ミキサー等を用いて加熱して行
われ、その後冷却、粉砕するなどの方法で封止樹脂は製
造される。

【００３０】

【実施例】

（実施例１〜７、比較例１〜３）封止樹脂として、下記
の３種類のエポキシ樹脂、３種類の硬化剤、３種類のシ
ランカップリング剤、無機充填材、硬化促進剤、着色
剤、難燃剤及び離型剤を表１及び表２に示す重量比で配
合した。

【００３１】・エポキシ樹脂ア：上記式（ｅ）で表され
る、エポキシ当量が２６０のジシクロペンタジエン型エ
ポキシ樹脂［大日本インキ社製、商品名ＨＰ７２００］ ・エポキシ樹脂イ：エポキシ当量が１９２のビフェニル
型エポキシ樹脂［油化シェル社製、商品名ＹＸ４０００
Ｈ］ ・エポキシ樹脂ウ：エポキシ当量が４００のテトラブロ
モビスフェノールＡ型エポキシ樹脂 ・硬化剤カ：上記式（ｇ）で表される、水酸基当量１７
０のアラルキル型フェノール樹脂［三井東圧化学社製、
商品名ミレックスＸＬ−２２５−３Ｌ］ ・硬化剤キ：上記式（ｈ）で表される、水酸基当量２１
０のフェノール樹脂［新日鉄化学社製、商品名ＳＮ１８
０］ ・硬化剤ク：水酸基当量１０５のフェノールノボラック
樹脂［荒川化学社製、商品名タマノール７５２］ ・シランカップリング剤サ：上記式（ｃ）で表されるＮ
−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン
［信越化学工業社製、商品名ＫＢＭ５７３］ ・シランカップリング剤シ：上記式（ｄ）で表されるγ
−メルカプトプロピルトリメトキシシラン［東芝シリコ
ーン社製、商品名ＴＳＬ８３８０Ｅ］ ・シランカップリング剤ス：エポキシシラン［東レダウ
コーニング社製、商品名ＳＨ６０４０］ ・無機充填剤：非晶質シリカ［電気化学工業社製、商品
名ＦＢ７４］ ・硬化促進剤：トリフェニルホスフィン ・着色剤：カーボンブラック ・難燃剤：三酸化アンチモン ・離型剤：カルナバワックス

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【００３４】なお、上記シランカップリング剤は、あら
かじめ無機充填剤に直接噴霧して表面処理した後、配合
した。上記の各原料を混合した後、加熱ロールを用い
て、温度８５℃で５分間混練し、次いで冷却した。その
後、粉砕して封止樹脂を得た。

【００３５】（評価）実施例１〜７及び比較例１〜３で
得られた封止樹脂を用いて、評価用サンプルを下記の方
法で作製し、その評価用サンプルの、密着性、成形性、
吸湿ハンダ耐熱性及び吸湿率を下記の方法で測定した。

【００３６】密着性は、銀メッキを全面に施した厚み
０．５ｍｍの銅板の片面に、プリン型評価用サンプル
を、トランスファー成形機を用いて、１７０℃の温度で
９０秒成形した後、１７５℃の温度で６時間、後硬化し
て作製した。次いでこの評価用サンプルを、プッシュプ
ルゲージを用いて剪断方向に引っ張り、破断したときの
強度を求めた。

【００３７】成形性は、９．６×９．６×０．４ｍｍの
半導体素子を厚み１５０μｍの銀メッキを施した銅合金
製のリードフレームに銀ペーストで接着した後、１５×
１９×１．８ｍｍの６０ピンＱＦＰ型評価用サンプル
（半導体装置）を、密着性の評価用サンプルと同様にし
て作製した。次いでこの評価用サンプル１０個の内部の
気泡残留を、超音波探査装置（キャノン社製、Ｍ−７０
０ＩＩ）を用いて観察し、直径０．３ｍｍ以上の気泡が
残留したものを不良として求めた。

【００３８】吸湿ハンダ耐熱性は、成形性の評価用サン
プルと同様の６０ピンＱＦＰ型評価用サンプルを同様に
作製した。次いでこの評価用サンプル１０個を８５℃／
８５％ＲＨの条件で７２時間処理した後、２５０℃のハ
ンダに１０秒浸漬した。次いで評価用サンプルを半分に
切断し、切断面を研磨した後、顕微鏡でクラックの発生
の大きさを観察した。クラックの大きさが７５μｍ以上
のものを不良として求めた。

【００３９】吸湿率は、直径５０ｍｍ厚み３ｍｍの円盤
型評価用サンプルを、密着性の評価用サンプルと同様に
して作製した後、１２５℃の温度で１６時間乾燥し、次
いで８５℃／８５％ＲＨの条件で７２時間処理した後、
１２５℃の温度で１６時間乾燥した直後の重量との差を
測定して増加率を計算して求めた。

【００４０】（結果）結果は表１及び表２に示したよう
に、各実施例は比較例１と比較して、密着性が良好であ
り、各実施例は比較例２及び比較例３と比較して、成形
性が良好であることが確認された。すなわち、各実施例
は密着性及び成形性が共に良好であることが確認され
た。また、各実施例は各比較例と比較して、吸湿ハンダ
耐熱性及び吸湿率が同等か、やや優れることが確認され
た。

【００４１】

【発明の効果】本発明の請求項１及び請求項２に係る封
止樹脂は、上記式（ａ）及び上記式（ｂ）で表されるシ
ランカップリング剤を封止樹脂に配合しているため、封
止樹脂中に無機充填材を高い比率で含有させ、かつ、ジ
シクロペンタジエン型エポキシ樹脂を全エポキシ樹脂中
に高い比率で含有させた封止樹脂であっても、この封止
樹脂を用いて封止をすると、リードフレームと樹脂硬化
物との接着性、及び成形性が共に優れた封止品が得られ
る。

【００４２】本発明の請求項３に係る半導体装置は、リ
ードフレームと樹脂硬化物との接着性、及び成形性が共
に優れた半導体装置となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 23/31

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材及び
   シランカップリング剤を配合してなる封止材用エポキシ
   樹脂組成物であって、封止材用エポキシ樹脂組成物１０
   ０重量部中に、無機充填材を７０〜９５重量部含有し、
   かつ、全エポキシ樹脂１００重量部中に、ジシクロペン
   タジエン型エポキシ樹脂を４０〜１００重量部含有する
   封止材用エポキシ樹脂組成物において、シランカップリ
   ング剤として、下記式（ａ）で表されるシラン化合物及
   び下記式（ｂ）で表されるシラン化合物を配合している
   ことを特徴とする封止材用エポキシ樹脂組成物。 【化１】 （式中Ｒ¹ ，Ｒ³ ，Ｒ⁴ は水素又は炭素数１〜１２の一
   価の炭化水素基、Ｒ²は炭素数１〜１２の二価の炭化水
   素基、ｎは１〜３の整数を表す。） 【化２】 （式中Ｒ⁵ は炭素数１〜１２の二価の炭化水素基、
   Ｒ⁶ ，Ｒ⁷ は水素又は炭素数１〜１２の一価の炭化水素
   基、ｍは１〜３の整数を表す。）
2. 【請求項２】 無機充填材が、シリカを含有しているこ
   とを特徴とする請求項１記載の封止材用エポキシ樹脂組
   成物。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２記載の封止材用エ
   ポキシ樹脂組成物を用いて、リードフレームに搭載され
   た半導体素子を封止してなる半導体装置。