JP2000248050A

JP2000248050A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

Info

Publication number: JP2000248050A
Application number: JP11053671A
Authority: JP
Inventors: Masaru Ota; 賢太田
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 1999-03-02
Filing date: 1999-03-02
Publication date: 2000-09-12

Abstract

(57)【要約】【課題】成形性、難燃性に優れ、かつ耐半田性に優れ
た半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供すること。【解決手段】一般式（１）で示されるエポキシ樹脂、
（Ｂ）フェノール樹脂（Ｃ）硬化促進剤、及び（Ｄ）全
エポキシ樹脂組成物中に７０〜９４重量％含有される無
機充填材を必須成分とすることを特徴とする半導体封止
用エポキシ樹脂組成物。【化１】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低吸水率、成形性
及び難燃性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
及びこ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】半導体を機械的、化学的作用から保護す
るために、従来からエポキシ樹脂組成物が開発、生産さ
れてきた。この樹脂組成物に要求される項目は、半導体
の種類、封止される半導体装置の種類、使用される環境
等によって変化しつつある。表面実装パッケージの増加
から低吸水化されたエポキシ樹脂組成物が要求されてお
り、非常に多くの樹脂組成物が提案されている。更に現
在、環境問題のクローズアップにより、臭素化合物、酸
化アンチモンを含まないエポキシ樹脂組成物が強く要求
されている。又各種の難燃剤が提案されているが、これ
らの難燃剤さえ使用しない樹脂組成物も提案されいる
が、現在のところ封止用エポキシ樹脂組成物として良好
な成形性あるいは耐半田性等も完全に満足させるもの
は、未だ提案されていない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、低吸水率、
成形性及び難燃性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組
成物、及びこれを用いた半導体装置を提供するものであ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、（Ａ）一般式
（１）で示されるエポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂
（Ｃ）硬化促進剤、及び（Ｄ）全エポキシ樹脂組成物中
に７０〜９４重量％含有される無機充填材を必須成分と
することを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物
で、特にフェノール樹脂が、一般式（２）及び／又は
（３）で、更に石油系重質油又はピッチ類とホルムアル
デヒド重縮合物とフェノール類を縮合させた重縮合物、
及びこれを用いて半導体素子を封止してなる半導体装置
である。

【化４】（ｎは０〜５の整数）

【０００５】

【化５】（Ｒ₁はフェニレン基、ジフェニレン基、ジフェニレン
エーテル基、ジフェニレンメタン基、又はそれらの基に
置換基とし炭素数１〜５のアルキル基のついたもの、
（Ｒ₂）_lのｌは０〜３の整数で、Ｒ₂は炭素数１〜４の
アルキル基、ｎは０〜５の整数を示す。）

【０００６】

【化６】（Ｒ₃はフェニレン基、ジフェニレン基、ジフェニレン
エーテル基、ジフェニレンメタン基、又はそれらの基に
置換基とし炭素数１〜５のアルキル基のついたもの、
（Ｒ₄）_mのｍは０〜２の整数で、Ｒ₄は炭素数１〜４の
アルキル基、ｎは０〜５の整数を示す。）

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明に用いられる一般式（１）
のエポキシ樹脂とは、融点が約６０〜６５℃、エポキシ
当量が２３０前後で、常温では固体の結晶性エポキシ樹
脂である。又、１５０℃での溶融粘度が０．４５ポイズ
（ＩＣＩ粘度計）程度で溶融粘度が低く、ビフェニル型
エポキシ樹脂等の他の結晶性エポキシ樹脂と同様に無機
充填材を多く配合することができる。更に、常温で固体
のため取り扱い作業性についてもなんら問題ない。一般
式（１）のエポキシ樹脂は、他の結晶性エポキシ樹脂と
異なり１分子中に含まれる芳香環が多いため、難燃性に
優れるという特徴を有している。難燃性に優れているた
め、後述するフェノール樹脂と組み合わせた場合、臭素
化合物、酸化アンチモン等の難燃剤を含まない樹脂組成
物でも高い難燃性を有し、ＵＬ−９４のＶ−０レベルを
達成できる。

【０００８】一般式（１）のエポキシ樹脂の特性を損な
わない範囲で、他のエポキシ樹脂と併用してもよい。併
用する場合、一般式（１）のエポキシ樹脂は、全エポキ
シ樹脂中少なくとも１０重量％以上、より好ましくは３
０重量％以上である。１０重量％未満だと難燃性が不十
分となるおそれがある。併用できるエポキシ樹脂として
は、例えばビフェニル型エポキシ樹脂、スチルベン型エ
ポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフ
ェノールＦ型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラッ
ク型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フノール
型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂
等が挙げられる。なお、本発明の一般式（１）のエポキ
シ樹脂は、難燃性の高い樹脂であり、必要によって臭素
化エポキシ樹脂等の難燃成分を配合してもなんら問題な
いが、各種の特性向上のためには添加しない方がより好
ましい。

【０００９】本発明に用いられるフェノール樹脂は、１
分子中に２個以上のフェノール性水酸基を有するモノマ
ー、オリゴマー、ポリマーであれば特に限定しない。例
えば、フェノールノボラック樹脂、トリフェノールメタ
ン型樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、
一般式（２）のフェノール樹脂、一般式（３）のフェノ
ール樹脂、石油系重質油又はピッチ類とホルムアルデヒ
ド重縮合物とフェノール類を重縮合させたフェノール樹
脂等が挙げられる。これらの内では、一般式（２）のフ
ェノール樹脂、一般式（３）のフェノール樹脂、石油系
重質油又はピッチ類とホルムアルデヒド重縮合物とフェ
ノール類を重縮合させたフェノール樹脂で、分子中の芳
香環由来の炭素原子が全炭素原子中の８０重量％以上
で、かつ水酸基当量が１４０以上のフェノール樹脂が好
ましい。一般式（２）のフェノール樹脂、一般式（３）
のフェノール樹脂の具体的な構造を以下に示す。

【化７】

【００１０】

【化８】石油系重質油又はピッチ類とホルムアルデヒド重縮合物
とフェノール類を縮合させたフェノール樹脂は、特開平
７−２５２３３９号公報、特開平９−２１６９２７号公
報に開示されている。これらのフェノール樹脂は、分子
中の芳香環の含有量が多く、かつ水酸基当量が大きいた
め、これらを用いたエポキシ樹脂組成物の硬化物の吸水
率が従来の樹脂組成物の硬化物よりも非常に小さくな
り、耐半田性が大幅に向上するという特徴を有する。
又、分子中に芳香環を多く含むことにより難燃性も大幅
に向上し、難燃剤を添加しない樹脂組成物でも難燃性に
優れているという特徴を有する。本発明に用いるフェノ
ール樹脂の融点、軟化点、溶融粘度、イオン性不純物の
含有量等については特に限定しないが、イオン性不純物
の含有量の低い樹脂ほど信頼性が良好であり好ましい。

【００１１】本発明に用いられる全エポキシ樹脂のエポ
キシ基と全フェノール樹脂のフェノール性水酸基の当量
比は、好ましくは０．５〜２であり、特に０．７〜１．
５がより好ましい。０．５〜２の範囲を外れると、耐湿
性、硬化性等が低下するので好ましくない。本発明に用
いられる硬化促進剤は、エポキシ基とフェノール性水酸
基の反応を促進するものであれば特に限定はしないが、
例えば、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデ
セン−７、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、テトラフェニル
ホスホニウム・テトラ安息香酸ボレート、テトラフェニ
ルホスホニウム・テトラナフトイックアシッドボレート
等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いてもよ
い。

【００１２】本発明に用いられる無機充填材の種類につ
いては特に制限はなく、一般に封止材料に用いられてい
るものを使用することができる。例えば、溶融破砕シリ
カ粉末、溶融球状シリカ粉末、結晶シリカ粉末、２次凝
集シリカ粉末、アルミナ、チタンホワイト、水酸化アル
ミニウム、タルク、クレー、ガラス繊維等が挙げられ、
特に溶融球状シリカ粉末が好ましい。形状は限りなく真
球状であることが好ましく、又、粒子の大きさの異なる
ものを混合することにより充填量を多くすることができ
る。無機充填材の含有量は、全エポキシ樹脂組成物中に
７０〜９４重量％が好ましく、より好ましくは８５〜９
２重量％である。無機充填材の量が多いと、樹脂組成物
の硬化物の吸水率が低減すると共に、燃焼しない無機充
填材は炎にさらされたときに熱エネルギーを奪い硬化物
の難燃性を向上させ、更に弾性率を向上させることによ
り良好な成形性（離型性）を発現するのに有効である。
無機充填材の量が７０重量％未満だと、硬化物の吸水率
が多くなり、難燃試験において燃焼し易く、又、成形時
の離型性に劣る樹脂組成物となる。９４重量％を越える
と流動性が低下して成形品を得ることができなくなる。

【００１３】本発明の樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）成
分の他、必要に応じてγ−グリシドキシプロピルトリメ
トキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン
等のシランカップリング剤、カーボンブラック等着色
剤、臭素化エポキシ樹脂、酸化アンチモン、リン化合物
等の難燃剤、シリコーンオイル、シリコーンゴム等の低
応力成分、天然ワックス、合成ワックス等の離型剤、酸
化防止剤等の各種添加剤を配合することができる。特に
添加剤のシリコーンオイルはボイドの低減に非常に効果
的である。本発明の樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）成
分、及びその他の添加剤等をミキサーを用いて常温混合
し、ロール、押出機等の混練機で混練し、冷却後粉砕し
て得られる。本発明の樹脂組成物を用いて、半導体等の
各種パッケージを封止し、半導体装置を製造するには、
トランスファーモールド、コンプレッションモールド、
インジェクションモールド等の従来からの成形方法で硬
化成形すればよい。

【００１４】

【実施例】以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこ
れらに限定されるものではない。配合単位は重量部とす
る。実施例１式（Ｅ−１）のエポキシ樹脂８．１重量部

【化９】

【００１５】式（Ｈ−１）のフェノール樹脂３．９重量部

【化１０】

【００１６】臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂０．５重量部三酸化アンチモン１重量部１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（以下、ＤＢＵという）０．２重量部溶融球状シリカ（平均粒径１５μｍ）８５重量部エポキシシランカップリング剤０．５重量部カーボンブラック０．５重量部カルナバワックス０．３重量部を常温でミキサーを用いて混合した後、１００℃で二軸
ロールを用いて混練し、冷却後粉砕し、樹脂組成物を得
た。得られた樹脂組成物を以下の方法で評価した。結果
を表１に示す。

【００１７】評価方法スパイラルフロー：ＥＭＭＩ−Ｉ−６６に準じたスパイ
ラルフロー測定用の金型を用い、金型温度１７５℃、注
入圧力７０ｋｇ／ｃｍ²、硬化時間２分で測定した。単
位ｃｍ。難燃性：低圧トランスファー成形機を用い、成形温度１
７５℃、圧力７０ｋｇ／ｃｍ²、硬化時間２分で、テス
トピースを成形した。成形品の厚みは１．６ｍｍ。ＵＬ
−９４に従って難燃性試験を行った。高温保管性：模擬素子を実装した１６ｐＤＩＰにて、１
８５℃で１０００時間処理する。処理後の配線間の抵抗
値を計測し、初期値に対し２０％以上抵抗値が上がった
パッケージを不良とする。１０パッケージ中の不良パッ
ケージの個数で示した。耐半田性：低圧トランスファー成形機を用い、成形温度
１７５℃、圧力７０ｋｇ／ｃｍ²、硬化時間２分で、８
０ｐＱＦＰ（１．５ｍｍ厚）を成形し、１７５℃、８時
間のポストキュアを行ったのち、８５℃、相対湿度６０
％で９６時間の処理を行い、ＩＲリフロー処理（２２０
℃、１０秒）を行った。処理済みのパッケージをＳＡＴ
（超音波探傷機）を用いて観察し、パッケージ内部の剥
離、クラック等の不良を測定する。６個のパッケージ中
の不良パッケージ数を示す。

【００１８】実施例２〜７表１の処方に従って配合し、実施例１と同様にして樹脂
組成物を得、実施例１と同様にして評価した。結果を表
１に示す。比較例１〜３表２の処方に従って配合し、実施例１と同様にして樹脂
組成物を得、実施例１と同様にして評価した。結果を表
２に示す。実施例２〜７、比較例１〜３に用いたエポキ
シ樹脂（Ｅ−２）、フェノール樹脂（Ｈ−２）〜（Ｈ−
４）の構造を以下に示す。更に、石油系重質油とホルム
アルデヒド重縮合物とフェノールとを、酸触媒の存在下
で重縮合したフェノール樹脂）（Ｈ−５）は、特開平７
−２５２３３９号公報、特開平９−２１６９２７号公報
に従った樹脂である。その特性は、軟化点８２℃、水酸
基当量１４５、ＩＣＩ粘度２．２／１５０℃、芳香族由
来の炭素原子の含有率は全炭素原子中の８８重量％。

【化１１】

【００１９】

【化１２】

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】

【発明の効果】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成
物は、成形性、難燃性に優れ、かつ低吸水化されている
ため耐半田性に優れており、これを用いた半導体装置は
信頼性に優れている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 23/31 Ｆターム(参考） 4J002 CC03X CC04X CC05X CC07X CD07W DE137 DE147 DJ017 DJ037 DJ047 DL007 EW016 EW176 EZ006 FA047 FD017 FD156 GQ05 4J036 AA02 AD07 DA05 DA06 DC46 DD07 FA03 FA05 FA06 FB08 GA23 GA29 4M109 AA01 BA01 CA21 EA03 EA06 EB03 EB04 EB06 EB07 EB08 EB09 EB12 EB19 EC01 EC03 EC05 EC20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）一般式（１）で示されるエポキシ
樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂（Ｃ）硬化促進剤、及び
（Ｄ）全エポキシ樹脂組成物中に７０〜９４重量％含有
される無機充填材を必須成分とすることを特徴とする半
導体封止用エポキシ樹脂組成物。【化１】（ｎは０〜５の整数）
【請求項２】フェノール樹脂が、一般式（２）及び／
又は（３）である請求項１記載のエポキシ樹脂組成物。【化２】（Ｒ₁はフェニレン基、ジフェニレン基、ジフェニレン
エーテル基、ジフェニレンメタン基、又はそれらの基に
置換基とし炭素数１〜５のアルキル基のついたもの、
（Ｒ₂）_lのｌは０〜３の整数で、Ｒ₂は炭素数１〜４の
アルキル基、ｎは０〜５の整数を示す。）【化３】（Ｒ₃はフェニレン基、ジフェニレン基、ジフェニレン
エーテル基、ジフェニレンメタン基、又はそれらの基に
置換基とし炭素数１〜５のアルキル基のついたもの、
（Ｒ₄）_mのｍは０〜２の整数で、Ｒ₄は炭素数１〜４の
アルキル基、ｎは０〜５の整数を示す。）
【請求項３】フェノール樹脂が、石油系重質油又はピ
ッチ類とホルムアルデヒド重縮合物とフェノール類を縮
合させた重縮合物である請求項１の半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物。
【請求項４】石油系重質油又はピッチ類とホルムアル
デヒド重縮合物とフェノール類を縮合させた重縮合物に
おいて、芳香環由来の炭素原子が全炭素原子中８０重量
％以上で、かつ水酸基当量が１４０以上である請求項３
の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項５】請求項１〜４記載の半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止してなることを
特徴とする半導体装置。