| 【発明の名称】 |
半導体封止用樹脂組成物 |
| 【発明者】 |
【氏名】田中 正幸
【氏名】萱場 啓司
【氏名】上野 敏秋
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| 【要約】 |
【課題】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し、表面実装ができる樹脂封止半導体装置を可能にする。
【解決手段】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）が特定の化学式（Ｉ）で表わされるビフェニル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％以上含有するとともに粒子径１２μ以下の微粉末粒子を５０重量％未満含有することを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。 |
【特許請求の範囲】
【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）
【化１】
（ただし、Ｒ1 〜Ｒ8 は水素原子、Ｃ1 〜Ｃ4 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％以上含有するとともに粒子径１２μ以下の微粉末粒子を５０重量％未満含有することを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。
【請求項２】 硬化剤（Ｂ）がフェノール系化合物であることを特徴とする請求項１記載の半導体封止用樹脂組成物。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【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。
【０００２】
【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。
【０００３】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。
【０００４】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。
【０００５】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。
【０００６】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５９−９６１２２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６０−２０２１４５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６０−１７９３７号公報）、撥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。
【０００７】
【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。
【０００８】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。
【０００９】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。
【００１０】
【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）
【化２】
（ただし、Ｒ1 〜Ｒ8 は水素原子、Ｃ1 〜Ｃ4 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％以上含有するとともに粒子径１２μ以下の微粉末粒子を５０重量％未満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。
【００１１】以下、本発明の構成を詳述する。
【００１２】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。
【００１３】本発明におけるエポキシ樹脂（Ａ）は下記式（Ｉ）
【化３】
（ただし、Ｒ1 〜Ｒ8 は水素原子、Ｃ1 〜Ｃ4 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。
【００１４】上記式（Ｉ）において、Ｒ1 〜Ｒ8 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、ｔｅｒｔ−ブチル基、塩素原子、臭素原子などが挙げられる。
【００１５】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。
【００１６】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、【化４】
（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。
【００１７】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。
【００１８】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。
【００１９】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のうち、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、【化５】
（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などのフェノール系化合物が好ましい。この他、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も用いることができる。
【００２０】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。
【００２１】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。
【００２２】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。
【００２３】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以下の微粉末粒子を５０重量％以上含有するとともに粒子径１２μ以下の微粉末粒子を５０重量％未満含有するものである。１４μ以下の微粉末粒子を５０重量％以上含有するとともに粒子径１２μ以下の微粉末粒子を５０重量％未満含有することで、ハンダ工程におけるクラックの発生防止効果が十分発揮されるのである。
【００２４】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。
【００２５】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。
【００２６】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。
【００２７】本発明の樹脂組成物において、線膨脹係数が大きくなるのを防ぐ一方、成形性を十分にする観点から、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。
【００２８】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。
【００２９】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、カップリング剤、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。
【００３０】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。
【００３１】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
【００３２】実施例中、部数、％はそれぞれ重量部と重量％を意味する。
【００３３】実施例１〜６、比較例１〜１２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。ここで、硬化剤は実施例３〜６については表１の水酸基当量107のフェノールノボラック樹脂に代えて下記式（IV)で表わされる水酸基当量175のフェノールアラルキル樹脂を用いた。
【００３４】
【化６】
（ただし、ｎは０以上の整数を示す。）
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。
【００３５】得られたフラットパッケージ硬化物を８５℃、８５％ＲＨで７２時間加湿処理したのち、２６０℃のハンダ浴に１０秒間浸漬し、浸漬後のクラック発生状況を調べた。
【００３６】結果を表３に示す。
【００３７】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。
【００３８】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
表３の結果から次のことが明らかである。
【００３９】実施例１〜６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％以上含有するとともに粒子径１２μ以下の微粉末粒子を５０重量％未満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。
【００４０】一方、比較例１〜５にみられるように粉末状充填剤が１４μ以下の微粉末粒子を５０重量％以上含有するとともに粒子径１２μ以下の微粉末粒子を５０重量％未満含有したとしても、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。
【００４１】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。
【００４２】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５０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。
【００４３】
【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。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３１５９
【氏名又は名称】東レ株式会社
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| 【出願日】 |
昭和６２年（１９８７）９月２８日 |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開平１１−６０６９８ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）３月２日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−２３２７４ |
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