JP2003138097A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 （Ａ）エポキシ樹脂 （Ｂ）硬化剤 （Ｃ）ポリカーボネート （Ｄ）無機質充填剤 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、及びその硬化物で封止された半導体装
置。 【効果】 本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
は、難燃性及び信頼性に優れた硬化物を得ることができ
るものであり、しかも、臭素化エポキシ樹脂等の臭素化
合物、三酸化アンチモン等のアンチモン化合物をエポキ
シ樹脂組成物中に含有しなくても、高い難燃性を付与し
得るので、人体、環境に対する悪影響がないものであ
る。また、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の
硬化物で封止された半導体装置は、高い難燃性が付与さ
れ、信頼性に優れたものであり、産業上特に有用であ
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、高温放置特性、難
燃性及び耐熱性に優れると共に、臭素化エポキシ樹脂等
の臭素化合物、三酸化アンチモン等のアンチモン化合物
を含有しない硬化物を与えることができる半導体封止用
エポキシ樹脂組成物、及び該樹脂組成物の硬化物で封止
した半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】現在、
半導体デバイスは樹脂封止型のダイオード、トランジス
ター、ＩＣ、ＬＳＩ、超ＬＳＩが主流となっており、一
般にエポキシ樹脂が他の熱硬化性樹脂に比べて成形性、
接着性、電気特性、機械特性、耐湿性等に優れているた
め、エポキシ樹脂組成物で半導体装置を封止することが
多く行われている。そしてエポキシ樹脂組成物中には、
難燃性規格であるＵＬ−９４のＶ−０を達成するため
に、一般に臭素化エポキシ樹脂と三酸化アンチモンとが
配合されている。この臭素化エポキシ樹脂と三酸化アン
チモンとの組み合わせは、気相においてラジカルトラッ
プ、空気遮断効果が大きく、その結果、高い難燃効果が
得られるものである。

【０００３】しかし、臭素化エポキシ樹脂は燃焼時に有
毒ガスを発生するという問題があり、また三酸化アンチ
モンにも粉体毒性があるため、人体、環境に対する影響
を考慮すると、これらの難燃剤を樹脂組成物中に全く含
まないことが好ましい。

【０００４】このような要求に対して、臭素化エポキシ
樹脂或いは三酸化アンチモンの代替として、従来からＡ
ｌ（ＯＨ）₃、Ｍｇ（ＯＨ）₂等の水酸化物、赤リン、リ
ン酸エステル等のリン系難燃剤等の検討がなされてきて
いる。しかし、いずれの化合物を使用しても、成形時の
硬化性が悪くなったり、耐湿性が悪くなる等の問題点が
あり、半導体装置の信頼性を満足させるものはなく、実
用化には至っていないのが現状である。

【０００５】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、臭素化エポキシ樹脂等の臭素化合物及び三酸化アン
チモン等のアンチモン化合物を含有せず、難燃性及び信
頼性に優れる硬化物を得ることができる半導体封止用エ
ポキシ樹脂組成物、及び該樹脂組成物の硬化物で封止し
た半導体装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】本
発明者等は、上記目的を達成するために鋭意検討を行っ
た結果、エポキシ樹脂、硬化剤、無機質充填剤を含有す
る半導体封止用エポキシ樹脂組成物に、ポリカーボネー
トを配合することにより、臭素化エポキシ樹脂等の臭素
化合物及び三酸化アンチモン等のアンチモン化合物を配
合しなくとも、難燃性及び信頼性に優れる硬化物が得ら
れ、該エポキシ樹脂組成物により封止した半導体装置
は、耐熱性及び信頼性の高いものであることを見出し、
本発明をなすに至ったものである。

【０００７】従って、本発明は、 （Ａ）エポキシ樹脂 （Ｂ）硬化剤 （Ｃ）ポリカーボネート （Ｄ）無機質充填剤 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、及びこのエポキシ樹脂組成物の硬化物で
封止された半導体装置を提供する。

【０００８】以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ
樹脂、エポキシ樹脂と反応して架橋鎖を形成する硬化
剤、ポリカーボネート及び無機質充填剤を含有するもの
である。

【０００９】本発明に用いる（Ａ）エポキシ樹脂として
は、一分子中に少なくとも２個のエポキシ基を有し、後
述する各種の硬化剤によって硬化させることが可能であ
る限り、分子構造、分子量等に制限はなく、従来から知
られている種々のエポキシ樹脂の中から適宜選択して使
用することができる。使用する一般的なエポキシ樹脂と
しては、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾ
ールノボラック型エポキシ樹脂等の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、トリフ
ェノールプロパン型エポキシ樹脂等のトリフェノールア
ルカン型エポキシ樹脂及びその重合物、ビフェニル骨格
含有エポキシ樹脂、ナフタレン骨格含有エポキシ樹脂、
ジシクロペンタジエン−フェノールノボラック型エポキ
シ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビスフ
ェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキ
シ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、グリシジル
エステル型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環
型エポキシ樹脂等が挙げられ、これらのうち１種を単独
で又は２種以上を併用することができる。

【００１０】上記エポキシ樹脂は、加水分解性塩素が
１，０００ｐｐｍ以下、特に５００ｐｐｍ以下であり、
ナトリウム及びカリウムはそれぞれ１０ｐｐｍ以下の含
有量とすることが望ましい。加水分解性塩素が１，００
０ｐｐｍを超えたり、ナトリウム又はカリウムが１０ｐ
ｐｍを超える場合は、長時間高温高湿下に半導体装置を
放置すると、耐湿性が劣化する場合がある。

【００１１】本発明に用いる（Ｂ）硬化剤としては、フ
ェノール化合物、アミン化合物、酸無水物等、従来から
エポキシ樹脂の硬化剤として使用されるもの全般が適用
され、特に制限されるものではないが、一分子中にフェ
ノール性水酸基を２個以上有するフェノール樹脂を好適
に使用することができる。具体的には、フェノールノボ
ラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂等のノボラック
型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂、フェノ
ールアラルキル樹脂、トリフェノールメタン型樹脂、ト
リフェノールプロパン型樹脂等のトリフェノールアルカ
ン型フェノール樹脂及びその重合物、ナフタレン環含有
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、ビスフェノールＦ型樹脂、ビスフェノールＡ型樹
脂等のビスフェノール型フェノール樹脂などが挙げら
れ、これらのうち１種を単独で又は２種以上を併用する
ことができる。

【００１２】上記硬化剤は、エポキシ樹脂と同様に、ナ
トリウム及びカリウムの含有量をそれぞれ１０ｐｐｍ以
下とすることが好ましい。ナトリウム又はカリウムが１
０ｐｐｍを超える場合は、長時間高温高湿下に半導体装
置を放置すると、耐湿性が劣化する場合がある。

【００１３】ここで、エポキシ樹脂と硬化剤の配合量
は、特に制限されないが、硬化剤量はエポキシ樹脂の硬
化有効量であり、上述したフェノール樹脂を用いる場合
には、エポキシ樹脂中に含まれるエポキシ基１モルに対
して、フェノール樹脂中に含まれるフェノール性水酸基
のモル比を０．５〜２．０、特に０．７〜１．５の範囲
にすることが好ましい。

【００１４】本発明に用いる（Ｃ）ポリカーボネート
は、芳香環を有する芳香族系のポリカーボネートが好ま
しく、より好ましくは重量平均分子量が６，０００〜５
０，０００、特に１５，０００〜３５，０００のものが
望ましい。具体的には、下記式（１）で示されるものが
使用し得る。

【化１】 ［式中、Ｘはベンゼン環、ナフタレン環等の芳香環を有
する２価の有機基、Ｚはベンゼン環、ナフタレン環等の
芳香環を有する１価の有機基を示し、ｎは１〜２００、
特に６０〜１２０の整数である。］

【００１５】この場合、Ｘとしては、下記のものを例示
することができ、これらの１種又は２種以上の組み合わ
せとすることができるが、これに限定されるものではな
い。

【化２】 〔式中、Ｒ¹〜Ｒ¹⁰は、それぞれ独立に水素原子又は炭
素数１〜２０の酸素原子を含んでもよい１価の炭化水素
基であり、該１価炭化水素基としては、炭素数１〜５の
アルキル基、炭素数６〜２０のアリール基、炭素数２〜
５のアルケニル基、炭素数１〜５のアルコキシ基もしく
は炭素数７〜１７のアラルキル基が例示される。また、
Ｙは、

【化３】 （式中、Ｒ¹¹〜Ｒ¹⁸はそれぞれ独立に水素原子又は炭素
数１〜２０の酸素原子を含んでもよい１価の炭化水素基
であり、該１価炭化水素基としては、炭素数１〜５のア
ルキル基、炭素数６〜２０のアリール基、炭素数２〜５
のアルケニル基、炭素数１〜５のアルコキシ基もしくは
炭素数７〜１７のアラルキル基が例示される。ｍ，ｐは
１〜２０の整数であり、ｑは１〜１００の整数であ
る。）から選ばれる基である。〕

【００１６】一方、Ｚとしては、下記のものを例示する
ことができるが、これに限定されるものではない。

【００１７】

【化４】 （式中、Ｙ，Ｒ¹〜Ｒ¹⁰は上記と同様である。）

【００１８】本発明のエポキシ樹脂組成物が良好な難燃
性を示す理由は定かではないが、上記式（１）で示され
る繰り返し構造を有する化合物は、電子を共鳴安定化し
やすい構造であり、燃焼時に発生する活性ラジカルを抑
制する効果があると考えられる。

【００１９】本発明におけるポリカーボネートの重合度
は、１〜２００であることが好ましい。重合度が低すぎ
ると十分な難燃性、耐熱性が得られない場合があり、ま
た高すぎると、難燃性、耐熱性は優れるものの、粘度が
上昇し、溶融混練が困難となる場合がある。諸特性を満
たすためには、６０〜１２０であることがより好まし
い。なお、ポリカーボネートは単独で又は２種以上を組
み合わせて使用することができる。

【００２０】上記（Ｃ）ポリカーボネートの添加量は、
特に限定されるものではないが、エポキシ樹脂と硬化剤
とポリカーボネートの合計量１００重量％に対して２〜
２０重量％、特に２〜１０重量％であることが好まし
い。添加量が２重量％未満では、難燃性、耐熱性に効果
が見られない場合があり、２０重量％を超えると、流動
性が低下するおそれがある。

【００２１】なお、ポリカーボネートは、融点（軟化
点）が高いため、予めエポキシ樹脂あるいは硬化剤と相
溶させておくことが望ましい。相溶させる手段として
は、加熱溶融混合、溶媒中での混合等が挙げられる。

【００２２】本発明の（Ｄ）無機質充填剤としては、通
常エポキシ樹脂組成物に配合されるものを使用すること
ができる。無機質充填剤としては、例えば、溶融シリ
カ、結晶性シリカ等のシリカ類、アルミナ、窒化珪素、
窒化アルミニウム、ボロンナイトライド、酸化チタン、
ガラス繊維等が挙げられる。これら無機質充填剤の平均
粒径や形状は、特に制限されるものではないが、成形性
及び流動性の面から平均粒径が５〜４０μｍの球状の溶
融シリカであることが特に好ましい。なお、本発明にお
いて、平均粒径は、例えばレーザー光回折法等による重
量平均値（又はメディアン径）等として求めることがで
きる。

【００２３】本発明に用いる無機質充填剤の添加量は、
エポキシ樹脂と硬化剤とポリカーボネートの総量１００
重量部に対して２００〜１，２００重量部であることが
好ましい。添加量が２００重量部未満では、膨張係数が
大きくなり、半導体素子に加わる応力が増大し、素子特
性の劣化を招く場合があり、また組成物全体に対する樹
脂量が多くなるために、本発明の目的とする難燃性が得
られない場合がある。一方、添加量が１，２００重量部
を超えると、成形時の粘度が高くなり、成形性が悪くな
る場合がある。特に好ましくは、６００〜１，０００重
量部である。

【００２４】なお、無機質充填剤は、樹脂と無機質充填
剤との結合強度を強くするため、シランカップリング
剤、チタネートカップリング剤などのカップリング剤で
予め表面処理することが好ましい。このようなカップリ
ング剤としては、γ−グリシドキシプロピルトリメトキ
シシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシ
シラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチ
ルトリメトキシシラン等のエポキシシラン、Ｎ−β（ア
ミノエチル）−γ−アミノ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、Ｎ−フェ
ニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミ
ノシラン、γ−メルカプトトリメトキシシラン等のメル
カプトシランなどのシランカップリング剤を用いること
が好ましい。ここで、表面処理に用いるカップリング剤
量及び表面処理方法については、特に制限されるもので
はない。

【００２５】また、本発明において、エポキシ樹脂と硬
化剤との硬化反応を促進させるため、硬化促進剤を用い
ることが好ましい。この硬化促進剤は、硬化反応を促進
させるものであれば特に制限はなく、例えば、トリフェ
ニルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリ（ｐ−メ
チルフェニル）ホスフィン、トリ（ノニルフェニル）ホ
スフィン、トリフェニルホスフィン・トリフェニルボレ
ート、テトラフェニルホスフィン・テトラフェニルボレ
ートなどのリン系化合物、トリエチルアミン、ベンジル
ジメチルアミン、α−メチル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
などの第３級アミン化合物、２−メチルイミダゾール、
２−フェニルイミダゾール、２−フェニル−４−メチル
イミダゾールなどのイミダゾール化合物等を使用するこ
とができる。

【００２６】硬化促進剤の配合量は有効量であるが、上
記エポキシ樹脂と硬化剤とポリカーボネートの総量１０
０重量部に対し、０．１〜５重量部、特に０．５〜２重
量部とすることが好ましい。

【００２７】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
には、更に必要に応じて各種の添加剤を配合することが
できる。例えば、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマ
ー、有機合成ゴム、シリコーン系等の低応力剤、カルナ
バワックス、高級脂肪酸、合成ワックス等のワックス
類、カーボンブラック等の着色剤、ハロゲントラップ剤
などの添加剤を本発明の目的を損なわない範囲で添加配
合することができる。

【００２８】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
は、例えば、エポキシ樹脂、硬化剤、ポリカーボネー
ト、無機質充填剤、及びその他の添加物を所定の組成比
で配合し、これをミキサー等によって十分均一に混合し
た後、熱ロール、ニーダー又はエクストルーダー等によ
る溶融混合処理を行い、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。

【００２９】このようにして得られる本発明の半導体封
止用エポキシ樹脂組成物は、各種の半導体装置の封止用
として有効に利用でき、この場合、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挙げられ
る。なお、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の
成形条件は、温度１５０〜１８０℃で３０〜１８０秒、
後硬化は温度１５０〜１８０℃で２〜１６時間行うこと
が望ましい。

【００３０】本発明において、半導体装置の種類は特に
制限はなく、従来より半導体封止用エポキシ樹脂組成物
の硬化物で封止が行われてきたいずれの半導体装置に対
しても適用でき、例えば、ＤＩＰ型、ＳＯ型、ＰＬＣＣ
型、フラットパック型等の各種の半導体パッケージなど
を挙げることができる。

【００３１】

【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、難燃性及び信頼性に優れた硬化物を得ることがで
きるものであり、しかも、臭素化エポキシ樹脂等の臭素
化合物、三酸化アンチモン等のアンチモン化合物をエポ
キシ樹脂組成物中に含有しなくても、高い難燃性を付与
し得るので、人体、環境に対する悪影響がないものであ
る。また、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の
硬化物で封止された半導体装置は、高い難燃性が付与さ
れ、信頼性に優れたものであり、産業上特に有用であ
る。

【００３２】

【実施例】以下、実施例及び比較例を示して本発明を具
体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限される
ものではない。

【００３３】［実施例１〜６、比較例１〜４］表１に示
す成分を熱２本ロールにて均一に溶融混合し、冷却、粉
砕して半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。これら
の組成物につき、次の（ｉ）〜（ｖｉｉ）の諸特性を測
定した。結果を表２に示した。

【００３４】（ｉ）スパイラルフロー値 ＥＭＭＩ規格に準じた金型を使用して、温度１７５℃、
成形圧力６．９Ｎ／ｍｍ²、成形時間１２０秒の条件で
測定した。

【００３５】（ｉｉ）ゲル化時間 組成物のゲル化時間を１７５℃熱板上で測定した。

【００３６】（ｉｉｉ）高温電気抵抗性 温度１７５℃、成形圧力６．９Ｎ／ｍｍ²、成形時間１
２０秒の条件で７０φ×３ｍｍの円板を成形し、１８０
℃で４時間ポストキュアーした。その後１５０℃雰囲気
下で体積抵抗率を測定した。

【００３７】（ｉｖ）難燃性 ＵＬ−９４規格に基づき、１／８インチ厚の板を、温度
１７５℃、成形圧力６．９Ｎ／ｍｍ²、成形時間１２０
秒で成形し、１８０℃で４時間ポストキュアーしたもの
の難燃性を調べた。

【００３８】（ｖ）耐湿性 アルミニウム配線を形成した６×６ｍｍの大きさのシリ
コンチップを１４ｐｉｎ−ＤＩＰフレーム（４２アロ
イ）に接着し、更にチップ表面のアルミニウム電極とリ
ードフレームとを３０μｍφの金線でワイヤボンディン
グした後、これにエポキシ樹脂組成物を温度１７５℃、
成形圧力６．９Ｎ／ｍｍ²、成形時間１２０秒の条件で
成形し、１８０℃で４時間ポストキュアーした。このパ
ッケージそれぞれ２０個を１２１℃／１００％ＲＨの雰
囲気中２０Ｖの直流バイアス電圧をかけて５００時間放
置した後、アルミニウム腐食が発生したパッケージ数を
調べた。

【００３９】（ｖｉ）高温保管信頼性 アルミニウム配線を形成した６×６ｍｍの大きさのシリ
コンチップを１４ｐｉｎ−ＤＩＰフレーム（４２アロ
イ）に接着し、更にチップ表面のアルミニウム電極とリ
ードフレームとを３０μｍφの金線でワイヤボンディン
グした後、これにエポキシ樹脂組成物を温度１７５℃、
成形圧力６．９Ｎ／ｍｍ²、成形時間１２０秒の条件で
成形し、１８０℃で４時間ポストキュアーした。このパ
ッケージそれぞれ２０個を２００℃雰囲気中５００時間
放置した後、発煙硝酸で溶解、開封し、金線引張り強度
を測定した。引張り強度が初期値の７０％以下となった
ものを不良とし、不良数を調べた。

【００４０】（ｖｉｉ）耐熱性（酸素吸収性） 温度１７５℃、成形圧力６．９Ｎ／ｍｍ²、成形時間１
２０秒の条件で１０×４×１００ｍｍの棒を成形して、
１８０℃で４時間ポストキュアーした。その後、２００
℃の酸素雰囲気下で５００時間放置し、酸素吸収量を調
べた。

【００４１】

【表１】

【００４２】エポキシ樹脂 （イ）ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂：ＥＯ
ＣＮ１０２０−５５（日本化薬製、エポキシ当量２０
０） （ロ）ビフェニル型エポキシ樹脂：ＹＸ−４０００ＨＫ
（油化シェル製、エポキシ当量１９０） 硬化剤 （ハ）フェノールノボラック樹脂：ＤＬ−９２（明和化
成製、フェノール性水酸基当量１１０） （ニ）フェノールアラルキル型樹脂：ＭＥＨ−７８００
ＳＳ（明和化成製、フェノール性水酸基当量１７５） ポリカーボネート （ホ）下記式で示される（ｎ＝６０）ポリカーボネート
重量平均分子量１８，０００ （ヘ）下記式で示される（ｎ＝１１０）ポリカーボネー
ト 重量平均分子量３４，０００ （ト）下記式で示される（ｎ＝２１０）ポリカーボネー
ト 重量平均分子量６２，０００

【化５】 セキリン：ノーバエクセル１４０（燐化学工業製） 無機質充填剤：球状溶融シリカ（龍森製、平均粒径２０
μｍ） 硬化触媒：トリフェニルホスフィン（北興化学製） 離型剤：カルナバワックス（日興ファインプロダクツ
製） カーボンブラック：デンカブラック（電気化学工業製） シランカップリング剤：γ−グリシドキシプロピルトリ
メトキシシラン、ＫＢＭ−４０３（信越化学工業製）

【００４３】

【表２】

【００４４】表２の結果より、ポリカーボネートを添加
したエポキシ樹脂組成物の硬化物は難燃性、耐湿性、高
温保管信頼性に優れるものであった。また、ポリカーボ
ネートに代えて赤リンを用いた場合は、難燃性は優れる
が、耐湿性は著しく劣るものであった。従って、本発明
のエポキシ樹脂組成物は、難燃性、耐湿信頼性に優れる
硬化物が得られるものであり、しかも、臭素化エポキシ
樹脂等の臭素化合物、三酸化アンチモン等のアンチモン
化合物を樹脂組成物中に含有しないので、人体、環境に
対する悪影響がないものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹中 博之 群馬県碓氷郡松井田町大字人見１番地10 信越化学工業株式会社シリコーン電子材料 技術研究所内 (72)発明者 富吉 和俊 群馬県碓氷郡松井田町大字人見１番地10 信越化学工業株式会社シリコーン電子材料 技術研究所内 (72)発明者 池田 多春 群馬県碓氷郡松井田町大字人見１番地10 信越化学工業株式会社シリコーン電子材料 技術研究所内 (72)発明者 塩原 利夫 群馬県碓氷郡松井田町大字人見１番地10 信越化学工業株式会社シリコーン電子材料 技術研究所内 Ｆターム(参考） 4J002 CC043 CC053 CD00W CE003 CG00X DE136 DE146 DJ006 DJ016 DK006 DL006 FA046 FB086 FB166 FD016 FD143 GQ05 4M109 AA01 CA21 EA02 EB03 EB06 EB07 EB13 EC20

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）エポキシ樹脂 （Ｂ）硬化剤 （Ｃ）ポリカーボネート （Ｄ）無機質充填剤 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。
2. 【請求項２】 請求項１記載のエポキシ樹脂組成物の硬
   化物で封止された半導体装置。