JPH021724A - エポキシ樹脂組成物及び樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はエポキシ樹脂組成物及びそれを用いた樹脂封止
型半導体装置に関し、特に機械特性、低応力性に優れ、
高信頼性のエポキシ樹脂組成物及びそれを用いた樹脂封
止型半導体装置に関する。

（従来の技術） エポキシ樹脂組成物は集積回路（ＩＣ）、大規模集積回
路（ＬＳＩ）、トランジスタなどの半導体部品や電子部
品その他の部品を封止するために広く用いられている。

上記のように半導体部品や電子部品などを封止したエポ
キシ樹脂組成物の硬化物からなる封止樹脂には、プリン
ト基板に実装する際のソルダリーグに耐えることが要求
される。このソルダリングに関しては、ハンダフロー又
はリフローによってハンダ付けする方法が主流となって
きている。そして、ソルダリング時には、封止樹脂は２
００℃以上、時には３００℃以上の温度に短時間曝され
るため、これらの条件でクラックやその他の故障を起こ
さないことが必要である。

従来、上述した用途のエポキシ樹脂組成物としては、ク
レゾールノボラック型エポキン樹脂を主成分とし、硬化
剤としてノボラック型フェノール樹脂を含Ｈするものが
一般的に用いられていた。

しかし、こうした組成を有するエポキシ樹脂組成物の硬
化物は脆く、機械的特性が不充分なため、ハンダフロー
又はリフローの際にクラックを発生しやすく、充分な信
頼性が得られないという問題があった。

また、従来のエポキシ樹脂組成物の硬化物は弾性率が高
く、そのため半導体チップなどを封止した状態で封止樹
脂に高ｆＡ（例えば２００℃）及び低温（例えば−６５
℃）の熱ストレスを加えると、封止樹脂と内部に封止さ
れた半導体チップとの間に大きな熱応力が発生し、封止
樹脂及びチップにクラックが発生しすくなり、またチッ
プ表面の酸化膜のクラックやアルミニウム配線の変形が
生じやすくなる欠点があった。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように従来のエポキシ樹脂組成物の硬化物は脆く
、熱応力が大きく、したがってそれを用いて得られる樹
脂封止型半導体装置の信頼性が低いという問題点があっ
た。

本発明は以上のような問題点に鑑みてなされたもので、
低応力性かつ高信頼性のエポキシ樹脂組成物及びそれを
用いた樹脂封止型半導体装置を提供することを目的とす
る。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、エポ
キシ樹脂の硬化剤と、ポリアミドエラストマーの溶融混
合物、溶解混合物又は反応混合物とを含有することを特
徴とするものである。

また、本発明の樹脂封止型半導体装置は、半導体デバイ
スを上記エポキシ樹脂組成物で封止したことを特徴とす
るものである。

以下、本発明を更に詳細に説明する。

本発明において用いられるエポキシ樹脂は通常知られて
いるものであって特に限定されない。例えば、ビスフェ
ノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、テ
トラキス（グリシドキシフェニル）エタン、式［１］ （式中、Ｑは炭素原子１以上の炭化水素基、各Ｒは無関
係に水素、ハロゲン、炭素原子１以上の炭化水素基、ハ
ロゲン化炭化水素基を表わし、ｎは０又は１以上の整数
を表わす） で表わされるエポキシ樹脂などグリシジルエステル型エ
ポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリ
シジルアミン型エポキシ樹脂、複素環型エポキシ樹脂、
Ｉ＼ロゲン化エポキシ樹脂など１分子中にエポキシ基を
２個以上有するエポキシ樹脂が挙げられる。これらのう
ち特に好ましいエポキシ樹脂はノボラック型エポキシ樹
脂、テトラキス（グリシドキシフェニル）エタン、上記
式［１１で表わされるエポキシ樹脂などである。これら
のエポキシ樹脂は１種又は２種以上の混合系で用いられ
る。

なお、エポキシ樹脂としては、塩素イオンの含有量が１
Ｏｐｐｉ以下、加水分解性塩素の含有量が０．１１ｍ％
以下のものが望ましい。これは、１０ｐｐｍを超える塩
素イオン又は０．１重量％を超える加水分解性塩素が含
まれると、封止された半導体チップのアルミニウム電極
が腐食されやすくなるためである。

本発明において用いられるエポキシ樹脂の硬化剤は、一
般に知られているものであって特に限定されない。ただ
し、好ましい硬化剤は１分子中にフェノール性水酸基を
２個以上有する硬化剤である。

具体的に例示すると、フェノールノボラック樹脂、クレ
ゾールノボラック樹脂など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、ポリパラヒドロキシス
チレン、フェノールアラルキル樹脂、ビスフェノールＡ
１テトラキス（ヒドロキシフェニル）エタン、これらの
ハロゲン化物。

式［■〕 ＨＨ （式中、Ｑは炭素原子１以上の炭化水素基、各Ｒは無関
係に水素、ハロゲン、炭素原子１以上の炭化水素基、ハ
ロゲン化炭化水素基を表わし、ｎは０又は１以上の整数
を表わす） で表わされる化合物などである。上記以外の硬化剤とし
て、酸無水物硬化剤、アミン系硬化剤の使用も可能であ
る。これらの硬化剤は１種又は２種以上の混合系で用い
られる。

硬化剤とエポキシ樹脂との配合比については、フェノー
ル性水酸基とエポキシ基との当量比が０．５〜１．５の
範囲内にあるように配合することが望ましい。これは、
上記範囲外では反応が充分に起りにくくなり、硬化剤の
特性が劣化しやすくなるためである。

本発明において用いられるポリアミドエラストマーとは
、ポリアミドのブロック共重合体であって、直鎖状ポリ
アミドのハードセグメントと直鎖状ポリエーテルのソフ
トセグメントからＪＩｌｌＳ成されている。その構造の
概略を式［Ｉ１１］に示す。

（式中、ＰＡはポリアミド、ＰＥはポリエーテルを表わ
し、ｎは１以上の整数を表わす）具体的には、ＦＡはナ
イロン６．６６．６１２゜１１．１２などのうちから選
ばれ、ＰＥはポリエチレングリコール、ポリプロピレン
グリコール、ポリテトラメチレングリコールなどのうち
から選ばれる。

ポリアミドエラストマーの配合量は、組成物全体の０．
０１〜３０重量％の範囲内であることか望ましい。これ
は、ｏ、ｏｉ重量％未満では添加の効果が認めがた＜、
３０重量％を超えると逆に組成物の特性が低下するため
である。

本発明に係るエポキシ樹脂組成物は、上述したエポキシ
樹脂、エポキシ樹脂の硬化剤及びポリアミドエラストマ
ーの溶融混合物、溶解混合物又は反応混合物を含有する
ものである。

エポキシ樹脂、エポキシ樹脂の硬化剤及びポリアミドエ
ラストマーの溶融混合物や溶解混合物は、−船釣には以
下のようにして調製することができる。まず、ポリアミ
ドエラストマーとエポキシ樹脂又は硬化剤との混合物を
調製する。この場合、エポキシ樹脂又は硬化剤とポリア
ミドエラストマーとを同一容器内に入れ、温度を１００
〜３００℃に上昇させて攪拌混合し、両者を相溶させて
均一な溶融混合物を調製するか、エポキシ樹脂又は硬化
剤とポリアミドエラストマーとを溶剤に溶解させて混合
して均一な溶液とし、その後溶剤を除去して固体の混合
物を調製する。このようにして得られたエポキシ樹脂／
ポリアミドエラストマー混合物又は硬化剤／ポリアミド
エラストマー混合物を、それぞれ硬化剤又はエポキシ樹
脂と混合することにより、本発明に係る硬化性エポキシ
樹脂組成物をｉＵることかできる。

上述した以外の方法として、エポキシ樹脂、硬化剤、ポ
リアミドエラストマーの３者を同時に溶融混合又は溶剤
を用いて混合してもよい。また、エポキシ樹脂の一部と
ポリアミドエラストマーとの混合物、又は硬化剤の一部
とポリアミドエラストマーとの混合物を調製し、その後
残りの樹脂成分と混合して硬化性エポキシ樹脂組成物を
調製してもよい。

なお、溶融混合用の装置としては、加熱混合釜、ニーグ
ー　ロール、混練押出機などが好ましい。

また、エポキシ樹脂、エポキシ樹脂の硬化剤及びポリア
ミドエラストマーの反応混合物は、以下のようにして調
製することができる。すなわち、ポリアミドエラストマ
ー構造中のカルボキシル基、水酸基、エステルなどは、
エポキシ樹脂や硬化剤と反応させることができる。した
がって、この反応を利用して反応混合物を調製すること
ができる。

この反応を促進するために、例えばトリフェニルホスフ
ィンなど、塩基性の触媒を用いることができる。このよ
うにポリアミドエラストマーをエポキシ樹脂や硬化剤と
反応させれば、ポリアミドエラストマーをエポキシ樹脂
と硬化剤とで構成される三次元網目構造中に組み入れる
ことができ、ポリアミドエラストマーが表面にブリード
する現象を防ぐことができるばかりでなく、硬化物の特
性を向上させることができる。

上記反応は製造のどの段階で行ってもよい。例えば、エ
ポキシ樹脂／ポリアミドエラストマー混合物、又は硬化
剤／ポリアミドエラストマー混合物を調製した時に反応
させてもよく、エポキシ樹脂と硬化剤とを硬化反応させ
る段階でもよい。

本発明のエポキシ樹脂組成物には、必要に応じてエポキ
シ樹脂と硬化剤との反応を促進する硬化促進剤を添加配
合してもよい。硬化促進剤は一般に知られているものを
使用できるが、高信頼性のエポキシ樹脂組成物を得るた
めには、有機ホスフィン、有機ホスフィンオキシト、有
機ホスフィンの配位化合物を用いることが望ましい。

有機ホスフィン化合物は、式［ＩＶ］ （式中、Ｒ，−Ｒ，は水素又は炭化水素基で、炭化水素
基の一部は他の原子を含む置換基で置換されていてもよ
い。なお、Ｒ１−Ｒ９が全で水素の場合を除く。） で表される化合物である。具体的には、トリフェニルホ
スフィン、トリス（メチルフェニル）ホスフィン、トリ
ス（メトキシフェニル）ホスフィン、トリブチルホスフ
ィン、トリシクロヘキシルホスフィン、メチルジフェニ
ルホスフィン、ブチルフェニルホスフィン、ジフェニル
ホスフィン、フェニルホスフィンなどが挙げられる。Ｒ
３が有機ホスフィンを含む有機基である有機ホスフィン
化合物としては、例えば１．２−ビス（ジフェニルホス
フィノ）エタン、ビス（ジフェニルホスフィノ）メタン
などが挙げられる。これらのうちでもアリールホスフィ
ン化合物が好ましく、特にトリフェニルホスフィン、ト
リス（メチルフェニル）ホスフィン、トリス（メトキシ
フェニル）ホスフィンなどが好ましい。

有機ホスフィンオキシトは、式［Ｖ、］（式中、Ｒ１−
Ｒ１は水素又は炭化水素基で、炭化水素基の一部は他の
原子を含む置換基で置換されていてもよい。なお、Ｒ１
−Ｒ１が全で水素の場合を除く。） で表される化合物である。具体的には、トリフェニルホ
スフィンオキシト、トリス（メチルフェニル−ホスフィ
ンオキシト、トリベンジルホスフィンセキンド、トリオ
クチルホスフィンオキシト、トノシクロへキシルホスフ
ィンオキシト、ジフェニルエチルホスフィンオキシト、
フエニルジメチルホスフィンオキシド、ジフェニルホス
フィンオキシト、ジヘキシルホスフィンオキシド、トリ
ス（クロロフェニル）ホスフィンオキシト、トリス（ヒ
ドロキシフェニル）ホスフィンオキシト、トリス（メト
キシフェニル）ホスフィンオキシトなどが挙げられる。

これらのうちでもトリフェニルホスフィンオキシトなど
トリアリールホスフィンオキシトが好ましい。

有機ホスフィンの配位化合物は式［ＶＩ］（式中、Ｒ１
−Ｒ６は水素、ハロゲン又は炭化水素基で、炭化水素基
の一部は他の原子を含む置換基で置換されていてもよい
。なお、Ｒ１−Ｒ３の少なくとも１つは炭化水素基であ
る。Ｍはホウ素又はアルミニウム原子である。） で表される化合物で、有機ホスフィンとＭＲ４Ｒ８Ｒ６
とを反応させることによって容易に得られる。

有機ホスフィンの配位化合物を構成する有機ボスフィン
としては、トリフェニルホスフィン、トリス（メチルフ
ェニル）ホスフィン、トリベンジルホスフィン、トリオ
クチルホスフィン、トリシクロへキシルホスフィン、ジ
フェニルエチルホスフィン、フエニルジメチルホスフィ
ン、ジフェニルホスフィン、ジヘキンルホスフィン、フ
ェニルホスフィン、デシルホスフィン、トリス・（クロ
ロフェニル）ホスフィン、トリス（ヒドロキシフェニル
）ホスフィン、トリス（メトキシフェニル）ホスフィン
などが挙げられる。これらのうちでもトリフェニルホス
フィンなどトリアリールホスフィンが好ましい。

有機ホスフィンの配位化合物を構成するｔＶＩＲ４Ｒ５
Ｒ６で表される化合物としては水素化ホウ素、水素化ア
ルミニウム、ハロゲン化ホウ素、／％ロゲン化アルミニ
ウム、有機ホウ素及び有機アルミニウムが挙げられる。

（ＨＩａホウ素化合物としては、トリフェニルホウ素、
トリス（エチルフェニル）ホウ素、トリベンジルホウ素
、トリオクチルホウ素、トリシクロヘキシルホウ素、ジ
フェニルメチルホウ素、フエニルジブチルホウ素、ジフ
ェニルホウ素、フエニルジブチルホウ素、ジフェニルホ
ウ素、ジオクチルホウ素、フェニルホウ素、シクロへキ
シルホウ素、トリス（クロロフェニル）ホウ素などが挙
げられる。

ａ機アルミニウム化合物としては、上記ホウ素化合物に
対応するアルミニウム化合物、例えばトリフェニルアル
ミニウムなどが挙げられる。

これらの有機ホウ素、有機アルミニウム化合物のうちで
もトリアリール化合物が好ましい。

本発明においては、以上の有機ホスフィン、有機ホスフ
ィンオキシト及び有機ホスフィンの配位化合物のうち少
なくとも１種又は２種以上を組合わせて用いることがで
きる。これらの配合量は組成物全体のｏ、ｏｏｔ〜１０
重量％の範囲が好ましい。

本発明のエポキシ樹脂組成物には、必要に応じて更に無
機質充填剤、離型剤、難燃剤、青色剤、充填剤の表面処
理剤、低応力付与剤などを添加配合してもさしつかえな
い。

無機質充填剤としては、溶融シリカ、結晶性シリカ、ガ
ラス繊維、タルク、アルミナ、ケイ酸カルシウム、炭酸
カルシウム、硫酸バリウム、マグネシア、窒化ケイ素、
窒化ホウ素など一般に知られているものを用いることが
できる。

また、離型剤としては例えば天然ワックス類、合成ワッ
クス類、直鎖脂肪酸の金属塩、酸アミド類、エステル類
、パラフィン類など、難燃剤としては塩素化パラフィン
、ブロムトルエン、ヘキサブロムベンゼン、三酸化アン
チモンなど、着色剤としてはカーボンブラックなど、充
填剤の表面処理剤とじてンランカップリング剤などを用
いることかできる。

以上のような各種の添加剤を含むエポキシ樹脂ｔ１１成
物を成形材料として調製する場合、−船釣には升定の組
成比に原料を配合し、例えばミキサーによって充分混合
した後、熱ロールによる溶融混合６理、又はニーダ−な
どによる混合処理を施す。

本発明に係る樹脂封止型半導体装置は、上記エポキシ樹
脂組成物を用いて半導体チップを封止することにより容
易に製造することができる。封止は最も一般的には低圧
トランスファ成形で行われるが、インジェクション成形
、圧縮成形、注型などによる封止も可能である。エポキ
シ樹脂組成物は封止の際に加熱により硬化し、最終的に
この組成物の硬化物によって封止された樹脂封止型半導
体装置が得られる。硬化に際しては１５０℃以上に加熱
することが特に望ましい。また、１５０〜３００℃で数
時間〜数十時間のポストキュアを行うことによって硬化
物の耐熱性などの特性を向上させることができる。ボス
トキュア温度は好ましくは１７０℃以上、更に好ましく
は２００°Ｃ以上、ボストキュア時間は好ましくは３〜
１６時間である。

（実施例） 以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明する。

まず、ポリアミドエラストマーとエポキシ樹脂又は硬化
剤との混合物Ａ−Ｃを調製した。

混合物Ａ ポリアミドエラストマー（ナイロン６６とポリエチレン
グリコールとのブロック共重合体）　１００部、エポキ
シ当量２０口のクレゾールノボラックユポキシ樹脂５０
０部をフラスコに入れ、窒素雰囲気下で２００℃に加熱
し、攪拌した。混合物が相溶して均一になった時点で加
熱を止め、冷却して混合物Ａを得た。

混合物Ｂ ポリアミドエラストマー（ナイロン１２とポリプロピレ
ングリコールとのブロック共重合体）１００部、軟化点
１００℃のフェノールノボラック樹脂４００部をフラス
コに入れ、上記と同様にして混合物Ｂを得た。

混合物Ｃ ポリアミドエラストマー（ナイロン６とポリテトラメチ
レングリコールとのブロック共重合体）１００部、エポ
キシ当金１６２のトリス（グリシドキシフェニル）メタ
ン２００部、トリフェニルホスフィン０．２部をフラス
コに入れ、上記と同様にして混合物Ｃを得た。

実施例１〜７及び比較例１〜４ 以下に示す各原料を第１表に示す組成（重量部）で配合
し、ミキサーにより混合した後、１００℃の加熱ロール
で３分間混練して実施例１〜７及び比較例１〜４のトラ
ンスファ成形用エポキシ樹脂組成物を調製した。

混合物Ａ−Ｃ 混合物Ａに用いられたポリアミドエラストマーのベレッ
ト エポキシ当量２００のクレゾールノボラック型エポキシ
樹脂（エポキシ樹脂Ａ） エポキシ当ｍ　１６２のトリス（グリシドキシフェニル
）メタン（エポキシ樹脂Ｂ） 水酸基当ａｔｏ７のフェノールノボラック樹脂（硬化剤
Ａ） 水酸基当量９７のトリス（ヒドロキシフェニル）メタン
（硬化剤Ｂ） トリフェニルホスフィン（硬化促進剤Ａ　）トリフェニ
ルホスフィンオキシト（硬化促進剤Ｂ） 溶融シリカ粉体（充填剤） 三酸化アンチモン（難燃剤） カーボンブラック（着色剤） カルナバワックス（離型剤） γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（シラン
カップリング剤） 上記のようにして調製された各エポキシ樹脂組成物を用
い、トランスファ成形により成形硬化物を作製した。ま
た、各エポキシ樹脂組成物を用い、トランスファ成形に
よりＭＯ３型集積回路を樹脂封止して樹脂封止型半導体
装置を作製した。

ここで、トランスファ成形は、高周波予熱器で９０℃に
加熱したエポキシ樹脂組成物を１７０℃で２分間モール
ドし、更に２００℃で８時間ポストキュアすることによ
り行った。また、封止された半導体チップのサイズは１
０１０Ｘ１２＋で、成形された樹脂パッケージは厚さ２
關のフラットパッケージ形である。

欠に、各成形硬化物及び各樹脂封止型半導体装置につい
て、以下の評価試験を行った。

（ａ）　２５℃において成形硬化物の曲げ強さを測定し
た。

（ｂ）　’２５℃において成形硬化物の曲げ弾性率を測
定した。

（ｅ）　２５℃において成形硬化物の曲げ破壊試験を行
ない、破壊に至るまでの最大たわみ量を測定した。

（ｄ）樹脂封止型半導体装置名２０個について、６５℃
、２００℃に各３０分間交互に１００回曝して熱サイク
ル試験を行った。試験後、パッケージを切断し、内部に
樹脂クラックが発生しているかどうかを調べた。

（８）樹脂封止型半導体装置名２０個について、ベーパ
ーフェーズ（ＶＰＳ）法により２１５℃でリフローはん
だ付けを行い、パッケージの外観に樹脂クラックが認め
られるかどうかを調べた。

（１’）上記■ＰＳ終了後の樹脂封止型半導体装置名２
０個について、！２１　’Ｃ１２気圧のプレッシャクッ
力法で耐湿試験を行い、２００時間後の半導体チップの
コロ−ジョン不良の発生を調べた。

これらの評価結果を第１表に併記する。

［発明の効果］ 上記の結果から明らかなように、本発明のエポキシ樹脂
Ｘ■成物は機械的特性に優れており、これを用いて半導
体チップを封止して得られる樹脂Ｊ′、を正型半導体装
置の信頼性は高く、したがってその工業的価値は大であ
る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂の硬化剤と、ポリ
   アミドエラストマーの溶融混合物、溶解混合物又は反応
   混合物とを含有することを特徴とするエポキシ樹脂組成
   物。
2. （２）半導体チップを請求項（１）記載のエポキシ樹脂
   組成物で封止したことを特徴とする樹脂封止型半導体装
   置。