JP2000281748A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低吸湿性、耐半田ストレス性、半田耐湿性に
優れたエポキシ樹脂組成物を提供すること。 【解決手段】 （Ａ）スチルベン型エポキシ樹脂、
（Ｂ）α−ナフトールアラルキル樹脂を総樹脂硬化剤中
に３０〜１００重量％含む樹脂硬化剤、（Ｃ）無機充填
材、及び（Ｄ）硬化促進剤を必須成分とする樹脂組成物
であって、エポキシ樹脂(Ａ)のエポキシ基と樹脂硬化剤
(Ｂ)のフェノール性水酸基の当量比が０．５〜２であ
り、無機充填材(Ｃ)の含有量が、エポキシ樹脂と樹脂硬
化剤の合計量１００重量部当たり２５０〜１４００重量
部であり、硬化促進剤の含有量が、エポキシ樹脂と樹脂
硬化剤の合計量１００重量部当たり０．４〜２０重量部
であることを特徴とする半導体用エポキシ樹脂組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低吸湿性、耐半田
ストレス性、半田耐湿性に優れる半導体封止用エポキシ
樹脂組成物及び半導体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ダイオード、トランジスタ、集積
回路等の電子部品を、熱硬化性樹脂で封止しているが、
特に集積回路では、耐熱性、耐湿性に優れたエポキシ樹
脂、フェノール樹脂、溶融シリカ、結晶シリカ等の無機
充填材を配合したエポキシ樹脂組成物が用いられてい
る。ところが近年、集積回路の高集積化に伴いチップが
徐々に大型化し、かつ半導体装置は従来のＤＩＰタイプ
から表面実装化された小型、薄型のＱＦＰ、ＳＯＰ、Ｓ
ＯＪ、ＴＳＯＰ、ＴＱＦＰ、ＰＬＣＣに変わってきてい
る。即ち、大型チップを小型で薄いパッケージに封入す
ることになり、熱応力によりクッラクが発生し、これら
のクラックによる耐湿性低下等の問題が大きくクローズ
アップされている。特に半田付け工程において、急激に
２００℃以上の高温にさらされることにより、半導体装
置の割れや樹脂とチップの剥離により耐湿性が劣化して
しまうといった問題点がでてきている。従って、これら
の大型チップを封止するのに適した、信頼性の高い半導
体封止用樹脂組成物の開発が望まれている。耐半田スト
レス性に優れる半導体封止用エポキシ樹脂組成物の開発
のために、一般には無機充填材を増量して組成物の吸水
率を下げる方法が採られてきたが、無機充填材を増やし
すぎると組成物の粘度が上がり過ぎ、充填性が悪くなる
などの問題があり、無機充填材の増量には限界がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、この様な問
題点に対して、低吸湿性、耐半田ストレス性、半田耐湿
性に著しく優れたエポキシ樹脂組成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を提供ものであ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、（Ａ）一般式
（１）で示されるスチルベン型エポキシ樹脂、（Ｂ）一
般式（２）で示されるα−ナフトールアラルキル樹脂を
総樹脂硬化剤中に３０〜１００重量％含む樹脂硬化剤、
（Ｃ）無機充填材、及び（Ｄ）硬化促進剤を必須成分と
するする樹脂組成物であって、エポキシ樹脂(Ａ)のエポ
キシ基と樹脂硬化剤(Ｂ)のフェノール性水酸基の当量比
が０．５〜２であり、無機充填材(Ｃ)の含有量が、エポ
キシ樹脂と樹脂硬化剤の合計量１００重量部当たり２５
０〜１４００重量部であり、硬化促進剤の含有量が、エ
ポキシ樹脂と樹脂硬化剤の合計量１００重量部当たり
０．４〜２０重量部であることを特徴とする半導体用エ
ポキシ樹脂組成物、

【化３】 （式中のＲ₁は、水素、炭素数１〜５のアルキル基、又
はハロゲンの中から選択される基、又は原子であり、そ
れらは互いに同一であっても異なっていてもよい。）

【０００５】

【化４】 （式中のｎは平均値で、ｎは１〜１０の正数）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。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明で用いる一般式（１）で示
されるスチルベン型エポキシ樹脂は１分子中に２個のエ
ポキシ基を有する２官能性エポキシ樹脂で、従来の多官
能性エポキシ樹脂に比べ溶融粘度が低くトランスファー
成形時の流動性に優れる。従って樹脂組成物の無機充填
材を多く配合することができ、樹脂組成物の硬化物の低
熱膨張化及び低吸水化が図られ、耐半田ストレス性に優
れるエポキシ樹脂組成物を得ることができる。本発明で
用いる一般式（２）で示されるα−ナフトールアラルキ
ル樹脂は、剛直なナフトール骨格を１分子中少なくとも
２個以上有するため、樹脂組成物の硬化物の吸水率が低
いという特性を有している。更に、従来のβ−ナフトー
ル骨格の樹脂硬化剤と比較して、硬化時の樹脂組成物の
接着強度の低下、あるいは硬化物のガラス転移温度の低
下などが生じにくい特徴を有している。

【０００７】一般式（２）で示されるα−ナフトールア
ラルキル樹脂の使用量は、これを調節することにより、
耐半田ストレス性を最大限に引き出すことができる。耐
半田ストレス性の効果を引き出すためには、一般式
（２）で示される樹脂硬化剤を、総樹脂硬化剤量中に３
０重量％以上、好ましくは５０重量％以上の使用が望ま
しい。３０重量％未満であると、樹脂組成物の硬化物の
吸水率が高くなり、耐半田ストレス性が不充分である。
更に、式中のｎの値は平均値で、ｎは１〜１０の範囲で
あることが望ましく、ｎの値が１０を越えるとトランス
ファー成形時での流動性が低下し、成形性が劣化する傾
向がある。一般式（２）で示される樹脂硬化剤と他の樹
脂硬化剤を併用する場合は、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、ジシクロペンタジ
エン変性フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、
テルペン変性フェノール樹脂、トリフェノールメタン化
合物等を用いれば良い。更に、エポキシ樹脂のエポキシ
基と樹脂硬化剤のフェノール性水酸基の当量比が０．５
〜２であり、当量比が０．５未満であっても、２を越え
ても、樹脂組成物の硬化性の低下、あるいは硬化物のガ
ラス転移温度の低下などが生じるので好ましくない。

【０００８】本発明で用いる無機充填材としては、例え
ば、溶融シリカ粉末、球状シリカ粉末、結晶シリカ粉
末、二次凝集シリカ粉末、多孔質シリカ粉末、アルミ
ナ、クレー、タルク等が挙げられる。特に流動性の向上
という点から無機充填材が球状シリカであることが好ま
しい。球状シリカの形状は、流動性改善のために粒子自
体の形状は限りなく真球状であり、かつ粒度分布がブロ
ードであることが好ましい。又、無機充填材の含有量
は、エポキシ樹脂と樹脂硬化剤の合計量１００重量部当
たり２５０〜１４００重量部であり、２５０重量部未満
であると、低熱膨張化、低吸水化が得られず、耐半田ス
トレス性が不充分で、１４００重量部を越えると、樹脂
組成物の流動性が低下し成形時に充填不良などが生じた
り、高粘度化による半導体装置中のダイパット、金線ワ
イヤーのずれ等の不都合が生じる。

【０００９】本発明で用いる硬化促進剤としては、エポ
キシ基とフェノール性水酸基との硬化反応を促進させる
ものであればよく、一般に封止材料に用いられているも
のを広く用いることができる。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、ベンジルジメチルアミン、２−メチルイミ
ダゾール等を単独でも混合して用いてもよい。本発明の
樹脂組成物は、硬化促進剤をエポキシ樹脂と樹脂硬化剤
の合計量１００重量部あたり０．４〜２０重量部含有す
る。０．４重量部未満であると、加熱成形時において十
分な硬化性が得られないおそれがある。一方、２０重量
部を越えると、硬化が速すぎて成形時に流動性の低下に
より充填不良などが生ずるおそれがある。

【００１０】本発明のエポキシ樹脂組成物は、（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などのカップリング剤、ブロム化
エポキシ樹脂、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、天然ワックス、合成ワ
ックス等の離型剤及びシリコーンオイル、ゴム等の低応
力添加剤等の種々の添加剤を適宜配合しても差し支えな
い。又、本発明のエポキシ樹脂組成物を成形材料として
製造するには、エポキシ樹脂、樹脂硬化剤、硬化促進
剤、無機充填材、その他の添加剤をミキサー等によって
充分に均一に常温混合した後、更に熱ロール、又はニー
ダー等で溶融混練し、冷却後粉砕して封止材料とするこ
とができる。これらの成形材料は、電気部品あるいは電
子部品であるトランジスタ、集積回路等の被覆、絶縁、
封止等に適用することができる。本発明の樹脂組成物を
用いて、半導体素子等の電子部品を封止し、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成形方
法で硬化せいけいすればよい。

【００１１】

【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明を、更に詳細
に説明するが、本発明はこれら実施例によりなんら限定
されるものではない。 実施例１ 式（３）で示される樹脂を主成分とするエポキシ樹脂（エポキシ基当量２１０ ｇ／ｅｑ、融点１１０℃） ５．７４重量部

【化５】

【００１２】 式（４）で示されるα−ナフトールアラルキル樹脂（水酸基当量２００ｇ／ｅ ｑ、軟化点７２℃） ５．４６重量部

【化６】 溶融球状シリカ粉末（平均粒径１５μｍ） ８６．００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） ０．１９重量部 カーボンブラック ０．２８重量部 カルナバワックス ０．４７重量部 臭素化フェノールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２７５ｇ／ｅｑ） ０．９３重量部 三酸化アンチモン ０．９３重量部 を、常温においてミキサーで混合し、７０〜１００℃で
２軸ロールにより混練し、冷却後粉砕して成形材料とし
た。評価結果を表１に示す。

【００１３】評価方法 ・吸湿率：得られた材料をタブレット化し、低圧トラン
スファー成形機にて金型温度１７５℃、注入圧力１００
ｋｇ／ｃｍ²、硬化時間１２０秒の条件で直径５０ｍ
ｍ、高さ３ｍｍの円盤状試験片を成形した。ポストキュ
アとして１７５℃で８時間処理した試験片の乾燥時の重
量と８５℃、相対湿度８５％の環境下で１６８時間処理
した後の重量を測定し、試験片の吸湿率を求めた。 ・耐半田ストレス性：得られた材料をタブレット化し、
低圧トランスファー成形機にて金型温度１７５℃、注入
圧力１００ｋｇ／ｃｍ²、硬化時間１２０秒の条件で８
０ｐＱＦＰ（厚さ１．５ｍｍ、チップサイズ６×６ｍ
ｍ）を成形した。ポストキュアとして１７５℃で８時間
処理したパッケージ８個を、８５℃、相対湿度８５％の
環境下で１６８時間処理した後、ＩＲリフロー処理（２
４０℃）を行った。処理後の内部の剥離、及びクラック
の有無を超音波探傷機で観察し、不良パッケージの個数
を数えた。不良パッケージの個数がｎ個であるとき、ｎ
／８と表示する。 ・半田耐湿性：得られた材料をタブレット化し、低圧ト
ランスファー成形機にて金型温度１７５℃、注入圧力１
００ｋｇ／ｃｍ²、硬化時間１２０秒の条件で１６ｐＳ
ＯＰ（チップサイズ３×６ｍｍ）を成形した。ポストキ
ュアとして１７５℃で８時間処理したパッケージ８個
を、８５℃、相対湿度８５％の環境下で２４時間処理し
た後、 ＩＲリフロー処理（２４０℃）を行った。プレ
ッシャークッカー試験（１２５℃、相対湿度１００％）
を行い、回路のオープン不良を測定し、平均寿命を計算
した。数値の大きい方が半田耐湿性が良好である。

【００１４】実施例２〜４、比較例１〜６ 実施例１と同様にして、表１に従って配合して得られた
成形材料について評価した。なお、実施例１以外で用い
た樹脂の構造は、以下の通りである。式（５）のフェノ
ールアラルキル樹脂（水酸基当量１７０ｇ／ｅｑ）、式
（６）のβ−ナフトールアラルキル樹脂（水酸基当量２
００ｇ／ｅｑ）、式（７）のビフェニル型エポキシ樹脂
を主成分とする樹脂（エポキシ基当量１９８ｇ／ｅ
ｑ）。なお、フェノールノボラック樹脂の水酸基当量は
１００ｇ／ｅｑ、オルソクレゾールノボラック型エポキ
シ樹脂のエポキシ基当量は２００ｇ／ｅｑである。評価
結果を表１、表２に示す。

【化７】

【００１５】

【化８】

【００１６】

【化９】

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】

【発明の効果】本発明のエポキシ樹脂組成物で封止され
た半導体装置は、低吸湿性で、耐半田ストレス性、半田
耐湿性に著しく優れている。

───────────────────────────────────────────────────── 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 CC042 CD051 CE002 DE146 DJ016 DJ036 DJ046 EN067 EU117 EU137 EW147 FA086 FD016 FD142 FD157 GQ05 4J036 AD09 AD10 DC41 DC46 DD07 FA03 FA05 FB06 FB07 JA07 4M109 AA01 BA01 CA21 EA03 EB02 EB04 EB06 EB07 EB08 EB09 EB12 EB13 EB16 EB19 EC01 EC03 EC05

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（Ａ）一般式（１）で示されるスチルベン
   型エポキシ樹脂、（Ｂ）一般式（２）で示されるα−ナ
   フトールアラルキル樹脂を総樹脂硬化剤中に３０〜１０
   ０重量％含む樹脂硬化剤、（Ｃ）無機充填材、及び
   （Ｄ）硬化促進剤を必須成分とする樹脂組成物であっ
   て、エポキシ樹脂(Ａ)のエポキシ基と樹脂硬化剤(Ｂ)の
   フェノール性水酸基の当量比が０．５〜２であり、無機
   充填材(Ｃ)の含有量が、エポキシ樹脂と樹脂硬化剤の合
   計量１００重量部当たり２５０〜１４００重量部であ
   り、硬化促進剤の含有量が、エポキシ樹脂と樹脂硬化剤
   の合計量１００重量部当たり０．４〜２０重量部である
   ことを特徴とする半導体用エポキシ樹脂組成物。 【化１】 （式中のＲ₁は、水素、炭素数１〜５のアルキル基、又
   はハロゲンの中から選択される基、又は原子であり、そ
   れらは互いに同一であっても異なっていてもよい。） 【化２】 （式中のｎは平均値で、ｎは１〜１０の正数）
2. 【請求項２】 請求項１のエホキシ樹脂組成物で半導体
   素子を封止してなる半導体装置。