JPH11158353A - 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】 【課題】 ＩＲリフロー後の耐湿性、半田耐熱性、成形
性、流動性、熱伝導特性に優れ、封止樹脂と半導体チッ
プあるいはリードフレームとの間の剥がれや内部クラッ
クの発生がなく、また電極腐蝕による断線や水分による
リーク電流発生もなく、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する。 【解決手段】 （Ａ）アントラセン型エポキシ樹脂、
（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）一級又は二級のアミン系
シランカップリング剤、（Ｄ）窒化アルミニウム粉末お
よび（Ｅ）硬化促進剤を必須成分とし、全体の樹脂組成
物に対して前記（Ｄ）の窒化アルミニウム粉末を40〜95
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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐湿性、耐ＩＲリ
フロー性、半田耐熱性、成形性、高熱伝導性に優れたエ
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
近では半田浸漬方式やＩＲリフロー方式が主流とされて
いる。また、回路からの発熱を放出するべく、封止材料
自体に高い熱伝導特性が要求される場合が増えている。

【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、ＩＲリフロー炉を通る場合、装置全
体が240 ℃以上に加熱されるため、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がＩＲリフ
ローにさらされると、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、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】また、比較的よく使用されている下記に示
したナフタレン骨格含有エポキシ樹脂は、

【０００５】

【化５】 従来のノボラック型エポキシ樹脂やビフェニル型エポキ
シ樹脂に比較すると、靭性値が高いという長所があるも
ののエポキシ当量が低く、これを用いた樹脂組成物を低
吸湿化することが困難であった。

【０００６】また、充填材としてよく使用されている溶
融シリカを用いると、満足した熱伝導性が得られず、比
較的に熱伝導性のよい結晶シリカを使用した場合には、
耐ＩＲリフロー性が低下するという欠点があった。

【０００７】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、耐ＩＲリフロー性、半田耐熱性、成形性、流
動性、熱伝導性に優れ、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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の目的
を達成しようと鋭意研究を重ねた結果、特定のエポキシ
樹脂、特定のシランカップリング剤、特定の充填材を用
いることによって、耐湿性、耐ＩＲリフロー性、半田耐
熱性、成形性、高熱伝導性等に優れた樹脂組成物が得ら
れることを見いだし、本発明を完成したものである。

【０００９】即ち、本発明は、（Ａ）次の一般式に示さ
れるアントラセン型エポキシ樹脂、

【００１０】

【化６】 （但し、式中、Ｒ¹ 〜Ｒ⁴ は同一又はたがいに異なるＣ
_m Ｈ_2m+1基を、該基中のm は0 又は1 以上の整数を表
す） （Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）次の一般式で示される一
級又は二級のアミン系シランカップリング剤、

【００１１】

【化７】Ｒ⁵ −Ｃ_n Ｈ_2n−Ｓi （ＯＲ⁶ ）₃ （但し、式中Ｒ⁵ はアミノ基を有する原子団を、Ｒ⁶ は
メチル基又はエチル基を、n は0 又は1 以上の整数をそ
れぞれ表す） （Ｄ）最大粒径が100 μｍ以下の窒化アルミニウム粉末
および（Ｅ）硬化促進剤を必須成分とし、全体の樹脂組
成物に対して前記（Ｄ）の窒化アルミニウム粉末を40〜
95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。

【００１２】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１３】本発明に用いる（Ａ）エポキシ樹脂は、前
記の一般式化６で示されるものが使用される。具体的な
化合物としては、例えば

【００１４】

【化８】 が挙げられる。また、このエポキシ樹脂には、ノボラッ
ク系エポキシ樹脂、エピビス系エポキシ樹脂、ビフェニ
ル型エポキシ樹脂その他の一般の公知のエポキシ樹脂を
併用することができる。

【００１５】本発明に用いる（Ｂ）フェノール樹脂とし
ては、前記（Ａ）のエポキシ樹脂のエポキシ基と反応し
得るフェノール性水酸基を2 個以上有するものであれば
特に制限するものではない。具体的な化合物として例え
ば

【００１６】

【化９】 （但し、n は0 又は1 以上の整数を表す）

【００１７】

【化１０】 （但し、n は0 又は1 以上の整数を表す）

【００１８】

【化１１】 （但し、n は0 又は1 以上の整数を表す）

【００１９】

【化１２】 （但し、n は0 又は1 以上の整数を表す）

【００２０】

【化１３】 （但し、n は0 又は1 以上の整数を表す）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。

【００２１】本発明に用いる（Ｃ）アミン系シランカッ
プリング剤としては、前記の一般式化７で示されるもの
が使用される。アミンとしては一級又は二級アミンのい
ずれでもよく、またカルバミドもアミンと同様に作用す
るので（Ｃ）アミン系シランカップリング剤に含める。
具体的なものとして、例えば、

【００２２】

【化１４】

【００２３】

【化１５】 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。

【００２４】このシランカップリング剤には極微量の有
機塩基を添加処理することができる。有機塩基で処理す
ることによって加水分解性を高めることができ、ここで
添加処理する有機塩基としてジメチルアミン、ジエチル
アミン、ピリジン、キノリン、ピペリジン等の環状有機
塩基を挙げることができ、これらは単独又は混合して使
用することができる。有機塩基の配合割合は、シランカ
ップリング剤に対して0.05〜5 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％未満ではシ
ランカップリング剤の加水分解を十分に促進することが
できず、また、5 重量％を超えると耐湿信頼性が低下し
て好ましくない。

【００２５】本発明に用いる（Ｄ）窒化アルミニウム粉
末としては、不純物濃度が低く最大粒径が100 μｍ以下
で、平均粒径30μｍ以下の窒化アルミニウム粉末が好ま
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。窒化アルミニウム粉末の
配合割合は、全体の樹脂組成物に対して40〜95重量％含
有するように配合することか好ましい。その割合が40重
量％未満では樹脂組成物の吸湿性が高く、ＩＲリフロー
後の耐湿性に劣り、また95重量％を超えると極端に流動
性が悪くなり、成形性に劣り好ましくない。これらの窒
化アルミニウム粉末に、シランカップリング剤に有機塩
基を添加し、直ちにヘンシェルミキサー、スーパーミキ
サー等で処理を行うと均一に表面処理ができ、その効果
が十分に発揮できる。

【００２６】本発明に用いる（Ｅ）硬化促進剤として
は、リン系硬化促進剤、イミダゾール系硬化促進剤、Ｄ
ＢＵ系硬化促進剤その他の硬化促進剤等を広く使用する
ことができる。これらは単独又は2 種以上併用すること
ができる。硬化促進剤の配合割合は、全体の樹脂組成物
に対して0.01〜5 重量％含有するように配合することが
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、硬化特性も悪くなり、また、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、
さらに電気特性も悪くなり耐湿性に劣り好ましくない。

【００２７】本発明のエポキシ樹脂組成物は、前述した
特定のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、特定のシランカ
ップリング剤、窒化アルミニウム粉末および硬化促進剤
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、酸アミド類、エステ
ル類、パラフィン類等の離型剤、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、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。

【００２８】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、前述した特定のエポ
キシ樹脂、フェノール樹脂、シランカップリング剤処理
をした窒化アルミニウム粉末、硬化促進剤、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。

【００２９】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
に加熱して硬化させることが望ましい。

【００３０】本発明のエポキシ樹脂組成物および半導体
封止装置は、特定のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、特
定のシランカップリング剤、窒化アルミニウム粉末およ
び硬化促進剤を用いることによって、樹脂組成物の吸水
性を低減し、成形性、流動性、熱機械的特性が向上し、
半田浸漬、ＩＲリフロー後の樹脂クラックの発生がなく
なり、耐湿性劣化が少なくなるものであり、エポキシ樹
脂組成物の高熱伝導性により半導体封止装置の信頼性を
高めたものである。

【００３１】

【発明の実施の形態】次に本発明を実施例によって説明
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。

【００３２】実施例１ 窒化アルミニウム粉末（最大粒径100 μｍ以下）90％を
ヘンシェルミキサーに入れ、攪拌しながら前述した化１
５のシランカップリング剤0.4 ％と、ジエチルアミン4
×10^-4％とを加えて窒化アルミニウム粉末の表面処理を
した。

【００３３】次に前述した化９のアントラセン型エポキ
シ樹脂1.0 ％、下記化１６に示したビフェニル型エポキ
シ樹脂2.6 ％、

【００３４】

【化１６】 テトラブロモビスフェノールＡ型エポキシ樹脂0.7 ％、
前述した化９のフェノール樹脂0.8 ％、前述した化１０
のフェノール樹脂2.8 ％、トリフェニルホスフィン0.2
％、カルナバワックス類0.3 ％、カーボンブラック0.2
％、および三酸化アンチモン1.0 ％を常温で混合し、さ
らに70〜100 ℃で混練冷却した後、粉砕して成形材料
（Ａ）を製造した。

【００３５】実施例２ 窒化アルミニウム粉末（最大粒径100 μｍ以下）90％を
ヘンシェルミキサーに入れ、攪拌しながら前述した化１
５のシランカップリング剤0.4 ％と、ジエチルアミン4
×10^-4％とを加えて窒化アルミニウム粉末の表面処理を
した。

【００３６】次に前述した化８のアントラセン型エポキ
シ樹脂1.0 ％、実施例１で使用した化１６のビフェニル
型エポキシ樹脂2.6 ％、テトラブロモビスフェノールＡ
型エポキシ樹脂0.7 ％、前述した化９のフェノール樹脂
0.8 ％、前述した化１１のフェノール樹脂2.8 ％、トリ
フェニルホスフィン0.2 ％、カルナバワックス類0.3
％、カーボンブラック0.2 ％、および三酸化アンチモン
1 .0 ％を常温で混合し、さらに70〜100 ℃で混練冷却
した後、粉砕して成形材料（Ｂ）を製造した。

【００３７】比較例１ 窒化アルミニウム粉末（最大粒径100 μｍ以下）90％を
ヘンシェルミキサーに入れ、攪拌しながら前述した化１
４のシランカップリング剤0.4 ％と、ジエチルアミン4
×10^-4％とを加えて窒化アルミニウム粉末の表面処理を
した。

【００３８】実施例１で使用した化１６のビフェニル型
エポキシ樹脂3.6 ％、テトラブロモビスフェノールＡ型
エポキシ樹脂0.7 ％、化９のフェノール樹脂0.8 ％、前
述した化１０のフェノール樹脂2.8 ％、トリフェニルホ
スフィン0.2 ％、カルナバワックス類0.3 ％、カーボン
ブラック0.2 ％、および三酸化アンチモン1.0 ％を常温
で混合し、さらに70〜100 ℃で混練冷却した後、粉砕し
て成形材料（Ｃ）を製造した。

【００３９】比較例２ 溶融シリカ粉末（最大粒径100 μｍ以下）84％をヘンシ
ェルミキサーに入れ、攪拌しながら前述した化１４のシ
ランカップリング剤0.4 ％と、ジエチルアミン4 ×10^-4
％とを加えて溶融シリカ粉末の表面処理をした。

【００４０】実施例１で使用した化１６のビフェニル型
エポキシ樹脂5.8 ％、テトラブロモビスフェノールＡ型
エポキシ樹脂1.1 ％、前述した化９のフェノール樹脂1.
3 ％、前述した化１１のフェノール樹脂4.5 ％、トリフ
ェニルホスフィン0.2 ％、カルナバワックス類0.4 ％、
カーボンブラック0.3 ％、および三酸化アンチモン2.0
％を常温で混合し、さらに70〜100 ℃で混練冷却した
後、粉砕して成形材料（Ｄ）を製造した。

【００４１】こうして製造した成形材料（Ａ）〜（Ｄ）
を用いて 180℃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、耐湿性、耐ＩＲ
リフロー性、半田耐熱性、成形性、高熱伝導性に優れて
おり、本発明の顕著な効果を確認することができた。

【００４２】

【表１】 ＊1 ：180 ℃，80ｋｇ／ｃｍ² ，2 分間のトランスファー成形をして成形品（試 験片）をつくり、175 ℃，8 時間の後硬化を行い、ＪＩＳ−Ｋ−６９１１に準じ て試験した。 ＊2 ：＊1 と同様な成形品を作り、175 ℃，8 時間の後硬化を行い、適当な大き さの試験片とし、熱機械分析装置を用いて測定した。 ＊3 、＊4 ：成形材料を用いて180 ℃，2 分間トランスファー成形したＱＦＰ（ 厚さ1.4 ｍｍ）パッケージを、175 ℃，8 時間の後硬化を行った。こうして得た 半導体封止装置を85℃，85％，72時間の吸湿処理した後、増加した重量によって 計算した。また、これをＩＲリフロー（Ｍａｘ 240℃）後、ハクリおよびクラッ ク有無を調査した。

【００４３】

【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、耐湿性、耐ＩＲリフロー性、半田耐熱性、成形性、
熱伝導特性に優れ、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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 23/31

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）次の一般式に示されるアントラセ
   ン型エポキシ樹脂、 【化１】 （但し、式中、Ｒ¹ 〜Ｒ⁴ は同一又はたがいに異なるＣ
   _m Ｈ_2m+1基を、該基中のm は0 又は1 以上の整数を表
   す） （Ｂ）フェノール樹脂、 （Ｃ）次の一般式で示される一級又は二級のアミン系シ
   ランカップリング剤、 【化２】Ｒ⁵ −Ｃ_n Ｈ_2n−Ｓi （ＯＲ⁶ ）₃（但し、式
   中Ｒ⁵ はアミノ基を有する原子団を、Ｒ⁶ はメチル基又
   はエチル基を、n は0 又は1 以上の整数をそれぞれ表
   す） （Ｄ）最大粒径が100 μｍ以下の窒化アルミニウム粉末
   および （Ｅ）硬化促進剤を必須成分とし、全体の樹脂組成物に
   対して前記（Ｄ）の窒化アルミニウム粉末を40〜95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）次の一般式に示されるアントラセ
   ン型エポキシ樹脂、 【化３】 （但し、式中、Ｒ¹ 〜Ｒ⁴ は同一又はたがいに異なるＣ
   _m Ｈ_2m+1基を、該基中のm は0 又は1 以上の整数を表
   す） （Ｂ）フェノール樹脂、 （Ｃ）次の一般式で示される一級又は二級のアミン系シ
   ランカップリング剤、 【化４】Ｒ⁵ −Ｃ_n Ｈ_2n−Ｓi （ＯＲ⁶ ）₃ （但し、式中Ｒ⁵ はアミノ基を有する原子団を、Ｒ⁶ は
   メチル基又はエチル基を、n は0 又は1 以上の整数をそ
   れぞれ表す） （Ｄ）最大粒径が100 μｍ以下の窒化アルミニウム粉末
   および （Ｅ）硬化促進剤を必須成分とし、全体の樹脂組成物に
   対して前記（Ｄ）の窒化アルミニウム粉末を40〜95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。