JP2000290470A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐半田クラック性、高温保管性及び耐燃性に
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】 (A)エポキシ樹脂、(B)フェノール
樹脂、(C)硬化促進剤、(D)無機質充填材、(E)
メラミン及び250℃以上で10重量%以上の結晶水を
放出する無機化合物を必須成分とする樹脂組成物であっ
て、ハロゲン系化合物、酸化アンチモン及び燐系難燃剤
を含まないことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂
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、耐半田クラック
性、高温保管性及び耐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】近年の電子機器の小型化、軽量化、高性
能化の市場動向において、半導体の高集積化が年々進
み、又、半導体装置の表面実装化が促進される中で、半
導体封止材料への要求は益々厳しいものとなってきてい
る。更に環境対応の点からUL−94でのV−0レベル
での耐燃性、及び高温保管性等を満足させる樹脂組成物
の要求がでている。従来から難燃剤としてハロゲン系化
合物である臭素化合物と酸化アンチモンを配合すること
で、高温時に臭素化アンチモンを発生させ難燃化を図っ
てきた。しかし、この手法は電子部品が高温にさらされ
ている間に臭素又は臭素化アンチモンによるアルミニウ
ム配線の腐食や半導体素子のアルミパッドと金線の結合
部の切断等の問題が発生することがある。これらの問題
を解決するために赤燐系難燃剤を用いて、高温保管性を
向上させる技術も提案されているが、赤燐系難燃剤に起
因する耐湿性の低下による半田クラック等があり、満足
できるレベルには達していないのが現状である。更に、
近年の環境対策から臭素化合物及び酸化アンチモンに対
する規制も厳しくなり、臭素化合物及び酸化アンチモン
を配合せず、かつ燐系難燃剤も含まない耐半田クラック
性、高温保管性及び耐燃性に優れた樹脂組成物が強く要
求されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、耐半田クラ
ック性、高温保管性及び耐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)エポキ
シ樹脂、(B)フェノール樹脂、(C)硬化促進剤、
(D)無機質充填材、(E)メラミン及び250℃以上
で10重量%以上の結晶水を放出する無機化合物を必須
成分とする樹脂組成物であって、より好ましくは(E)
メラミン及び250℃以上で10重量%以上の結晶水を
放出する無機化合物が、各々全樹脂組成物中に0.5〜
2重量%で、ハロゲン系化合物、酸化アンチモン及び燐
系難燃剤を含まないことを特徴とする半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物、及びこれを用いて封止された半導体装
置である。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明に用いられるエポキシ樹脂
は、1分子中にエポキシ基を2個以上有するモノマー、
オリゴマー、ポリマー全般を指し、例えば、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、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、
ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、トリフェノール
メタン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェ
ノール型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキ
シ樹脂、テルペン変性フェノール型エポキシ樹脂、ビフ
ェニル型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹
脂、スチルベン型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エ
ポキシ樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるもの
ではない。又、これらのエポキシ樹脂は単独でも混合し
て用いてもよい。半導体装置の耐半田クラック性を向上
することを目的にエポキシ樹脂組成物中の無機質充填材
の配合量を増大させ、得られた樹脂組成物の硬化物の低
吸湿化、低熱膨張化、高強度化を達成させる場合には、
エポキシ樹脂として、常温で結晶性を示し、融点を越え
ると極めて低粘度の液状となる結晶性エポキシ樹脂を用
いることが特に好ましい。
【0006】本発明で用いられるフェノール樹脂として
は、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック
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、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、
ナフトールアラルキル樹脂、トリフェノールメタン型樹
脂、ビスフェノール型樹脂等が挙げられるが、これらに
限定されるものではない。又、これらのフェノール樹脂
は単独でも混合して用いてもよい。エポキシ基及びフェ
ノール水酸基の当量比は、連続成形性、硬化性の点から
0.8〜1.2の範囲が好ましい。
【0007】本発明で用いられる硬化促進剤としては、
前記エポキシ樹脂とフェノール樹脂との架橋反応の触媒
となり得るものを指し、具体例としては、トリブチルア
ミン、1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセ
ン−7等のアミン系化合物、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
塩等の有機燐系化合物、2−メチルイミダゾール等のイ
ミダゾール化合物等が挙げられるが、これらに限定され
るものではない。又、これらの硬化促進剤は単独でも混
合して用いてもよい。
【0008】本発明で用いられる無機質充填材として
は、例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化
珪素、窒化アルミ等が挙げられる。無機質充填材の配合
量を特に大きくする場合は、溶融シリカを用いるのが一
般的である。溶融シリカは、破砕状、球状のいずれでも
使用可能であるが、溶融シリカの配合量を高め、且つ成
形材料の溶融粘度の上昇を抑えるためには、球状のもの
を主に用いる方が好ましい。更に球状シリカの配合量を
高めるためには、球状シリカの粒度分布がより広くなる
ように調整することが好ましい。
【0009】本発明で用いられるメラミン及び250℃
以上で10重量%以上の結晶水を放出する無機化合物
は、難燃剤として作用するものである。メラミンは、冷
水、大部分の溶剤に不溶の物質で、半導体封止用樹脂組
成物への適用に最適である。一般に、ホルムアルデヒド
と共に加熱反応させメチロール化したメラミン樹脂の難
燃剤としての適用例は多いが、半導体封止用エポキシ樹
脂組成物においては、メラミン樹脂の自身の吸湿性に起
因する半導体装置の耐湿性の低下のため、用いることは
できなかった。
【0010】本発明に用いられる250℃以上で10重
量%以上の結晶水を放出する無機化合物としては、水酸
化マグネシウム、硼酸亜鉛2ZnO・3B23・3.5
2O、硼酸カルシウムCaO・3B23・5H2O等が
挙げられる。難燃剤として用いられる無機化合物の結晶
水の放出温度が250℃未満の場合、燃焼初期段階で結
晶水を放出してしまい難燃効果が発現されず、又、結晶
水の放出量が10重量%未満のものも十分な難燃性が得
られない。メラミンと250℃以上で10重量%以上の
結晶水を放出する無機化合物の添加量は、全樹脂組成物
中各々0.5〜2重量%、更に好ましくは0.5〜1.
5重量%である。メラミン、又は250℃以上で10重
量%以上の結晶水を放出する無機化合物の単独使用で
は、難燃特性にバラツキがあり充分な難燃性が得られ
ず、好ましくない。添加量が各々0.5重量%未満だと
安定した難燃性を得ることができず、2.0重量%を越
えると難燃性は発現されるが成形時の流動性の低下、得
られた半導体装置の耐湿性低下に起因する耐半田クラッ
ク性の低下のため実用的ではない。これらの組み合わせ
での難燃化は、メラミンの窒素分に基づく難燃性付与と
無機化合物の結晶水による燃焼温度の低下の相乗効果に
よるものである。本発明で用いる250℃以上で10重
量%以上の結晶水を放出する無機化合物の結晶水解離温
度と結晶水放出量は、TGA(熱重量分析法)を用いて
昇温速度10℃/分で常温から500℃まで測定し、得
られたピークから求める。
【0011】本発明のエポキシ樹脂組成物は、(A)〜
(E)成分を必須成分とするが、これ以外にも必要に応
じてカーボンブラック等の着色剤、天然ワックス及び合
成ワックス等の離型剤、シリコーンオイル、シリコーン
ゴム、合成ゴム等の低応力添加剤等を適宜配合してもよ
い。本発明のエポキシ樹脂組成物は、(A)〜(E)成
分、及びその他の添加剤等を混合後、加熱ニーダや熱ロ
ールを用いて加熱混練し、続いて冷却、粉砕して得られ
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成形硬化すればよい。
【0012】
【実施例】以下、本発明を実施例で具体的に説明する。
配合量の単位は重量部とする。 実施例1 3,3’,5,5’−テトラメチルビフェノールジグリシジルエーテルを主成 分とするエポキシ樹脂(油化シェルエポキシ(株)・製、YX4000H、融点 105℃、エポキシ当量195;以下ビフェニル型エポキシ樹脂という) 9.4重量部 フェノールアラルキル樹脂(三井化学(株)・製 XL225−LL、軟化点7 5℃、水酸基当量175;フェノールアラルキル樹脂という) 8.4重量部 メラミン 1.0重量部 硼酸亜鉛(2ZnO・3B23・3.5H2O)(結晶水解離温度350℃、 結晶水放出量14重量%) 1.0重量部 球状溶融シリカ 79.5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 カルナバワックス 0.2重量部 カーボンブラック 0.3重量部 をミキサーを用いて混合した後、表面温度が90℃と2
5℃の2軸ロールを用いて20回混練し、得られた混練
物シートを冷却後粉砕して、エポキシ樹脂組成物とし
た。得られたエポキシ樹脂組成物の特性を以下の方法で
評価した。結果を表1に示す。
【0013】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て、金型温度175℃、
注入圧力70kg/cm2、硬化時間2分で測定した。 耐半田クラック性:金型温度175℃、成形圧力75k
gf/cm2、硬化時間2分で成形した144pQFP
パッケージを、175℃、8時間で後硬化させた。得ら
れた半導体パッケージ10個を85℃、相対湿度85%
の環境下で168時間放置し、その後240℃の半田槽
に10秒間浸漬した。顕微鏡で外部クラックを観察し、
クラック発生パッケージ数を表示した。 高温保管性:封止したテスト素子を高温下(185℃)
に放置し抵抗値の増加断線を観察し抵抗値上昇開始時間
を測定した。 耐燃性:UL−94垂直試験法に準じて測定した(0.
5mm厚)。
【0014】実施例2〜5、比較例1〜5 表1、表2に示す配合にて実施例1と同様にしてエポキ
シ樹脂組成物を得、実施例1と同様にして評価した。結
果を表1、表2に示す。実施例1以外に用いた原材料
は、以下の通り。オルソクレゾールノボラック型エポキ
シ樹脂(軟化点65℃、エポキシ当量200)、臭素化
エポキシ樹脂(軟化点65℃、エポキシ当量275)、
フェノールノボラック樹脂(軟化点80℃、水酸基当量
104)、硼酸カルシウム(CaO・3B23・5H2
O、結晶水解離温度350℃、結晶水放出量23重量
%)、水酸化アルミニウム(結晶水解離温度200℃、
結晶水放出量34重量%)。
【0015】
【表1】
【0016】
【表2】
【0017】
【発明の効果】本発明のエポキシ樹脂組成物は、ハロゲ
ン系化合物、酸化アンチモン及び燐系難燃剤を含まなく
とも耐半田クラック性、高温保管性及び耐燃性に優れて
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

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)エポキシ樹脂、(B)フェノール
    樹脂、(C)硬化促進剤、(D)無機質充填材、(E)
    メラミン及び250℃以上で10重量%以上の結晶水を
    放出する無機化合物を必須成分とする樹脂組成物であっ
    て、ハロゲン系化合物、酸化アンチモン及び燐系難燃剤
    を含まないことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂
    組成物。
  2. 【請求項2】 (E)メラミン及び250℃以上で10
    重量%以上の結晶水を放出する無機化合物を、全樹脂組
    成物中に各々0.5〜2重量%含む請求項1記載の半導
    体封止用エポキシ樹脂組成物。
  3. 【請求項3】 請求項1、又は2記載の半導体封止用エ
    ポキシ樹脂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。
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