JPH04100820A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、保存安定性が良好であると共に、加熱成形時
には速やかに硬化して耐湿性等に優れた硬化物を与える
エポキシ樹脂組成物及び該エポキシ樹脂組成物の硬化物
で封止された半導体装置に関する。

〔従来の技術〕

半導体装置のパッケージとして、プラスチックとしては
良好な電気特性１機械特性、耐薬品性。

耐湿性等を有する硬化物を与えるエポキシ樹脂が広く用
いられている。なかでもノボラック型エポキシ樹脂にフ
ェノール樹脂を硬化剤として配合し、これにさらに無機
質充填剤を加えた樹脂組成物が現在、半導体装置の樹脂
封止の主流となっている。

かかるエポキシ樹脂組成物には成形時に樹脂の硬化を促
進するための触媒（硬化促進剤）を使用することが一般
的であり、硬化促進剤としては含窒素、含燐化合物など
が用いられている。

〔発明が解決しようとする。Ｉ！題〕

しかしながら、一般に使用される硬化促進剤は、その種
類によっては比較的低温でも触媒作用を示すため、エポ
キシ樹脂と硬化剤その他の成分との加熱混合の際やその
後の保管時において、徐々に硬化が進行することにより
、成形時の流動性の低下や粘度の上昇など成形性の低下
を起こすことがあり、硬化性のばらつきのために成形品
の電気的機械的化学的特性を落とす原因となり、そのた
め、エポキシ樹脂組成物の混合時、保管時の温度管理を
厳重にしなければならない問題がある。それ故、常温で
安定で保存性が良好であり、かつ加熱成形時においては
迅速に硬化するエポキシ樹脂組成物の開発が望まれてい
る。

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、保存安定性が
良好であると共に、加熱成形時においては迅速に硬化し
て特に半導体封止用として優れた性質を有する硬化物を
与えるエポキシ樹脂組成物及び該エポキシ樹脂組成物の
硬化物で封止された信頼性に優れた半導体装置を提供す
ることを目的とする。

〔課屈を解決するための手段及び作用〕本発明者は上記
目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、 （Ａ）エポキシ樹脂、 （Ｂ）フェノール系硬化剤、及び （Ｃ）無機質充填剤 を含有するエポキシ樹脂組成物に、更に（Ｄ）硬化促進
剤として下記一般式（１） （但し、式中Ｒ’、Ｒ２及びＲ３はそれぞれ同種又は異
種の置換又は非置換の一価炭化水素基である。） で示される化合物を配合した場合、得られるエポキシ樹
脂組成物は長期間保管しても硬化性等の変化が少なく、
保存安定性が良好であると共に、加熱成形時においては
迅速に硬化すること、更にその硬化物は電気的化学的特
性が良好で、該硬化物で封止された半導体装置は耐湿性
等に優れ、信頼性に優れたものであることを見い出し１
本発明をなすに至ったものである。

従って、本発明は上記（Ａ）成分、（Ｂ）成分。

（Ｃ）成分及び（Ｄ）成分を必須成分として配合してな
ることを特徴とするエポキシ樹脂組成物及び該エポキシ
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
。

以下、本発明について更に詳しく説明する。

本発明のエポキシ樹脂組成物は、上述したように（Ａ）
エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール系硬化剤、（Ｃ）無機
質充填剤及び（Ｄ）硬化促進剤を必須成分として配合し
たものである。

ここで、（Ａ）成分のエポキシ樹脂としては。

１分子中に１個以上の二栄キシ基を有するものであれば
特に制限はなく、例えばビスフェノール型エポキシ樹脂
、脂環式エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキ
シ樹脂、ブレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリフ
エノールアルカン型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキ
シ樹脂、ビフニール型エポキシ樹脂、ハロゲン化エポキ
シ樹脂等が好適に使用され、これらはその１種を単独で
又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

なお、上記エポキシ樹脂は、組成物の耐湿性の点から加
水分解性塩素含有量が５００ｐｐｍ以下、遊離のＮａ、
（：、Ｑイオンが各々２　ｐｐｍ以下、有機酸含有量が
ｌｏｏｐｐｍ以下のものを用いることが望ましい。

次に、（Ｂ）成分のフェノール系硬化剤として、例えば
ノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール剛
脂、トリフニノールアルカン型樹脂、ナフトール型樹脂
、ビフェニル型フェノール樹脂等のフェノール樹脂など
が挙げられ、二九らの１種を単独で又は２種以上を併用
して用いる二とができる。なお、硬化剤として使用する
フェノール樹脂は、含有する遊離のＨａ、ＣＱイオンが
各々２　ｐｐｍ以下、七ツマ−のフェノール量が１％以
下であると共に、製造時に残存する微量のホルムアルデ
ヒドのカニツァロ反応で生じる蟻酸等の有機酸が１１０
０ｐｐ以下であることが望ましく、フェノール樹脂中の
遊離のＮａ、ＣＱイオンや有機酸の含有量が上記量より
多いと、封止された半導体装置の耐湿特性が低下する場
合があり、フェノール樹脂中のモノマーのフェノール量
が１％より多いと、成形品にボイド、未充填、ひけ等の
欠陥が発生する場合がある。さらに、フニノールノボラ
ック樹脂の軟化点は５０〜１２０　℃が好適であり、５
０℃未満であると硬化物の二次転移点が低くなって耐熱
性が悪くなる場合があり、１２０℃を越えると組成物の
溶融粘度が高くなり過ぎて作業性に劣る場合が生じる。

なお、本発明のエポキシ樹脂組成物においては、（Ａ）
成分のエポキシ樹脂の硬化剤として（Ｂ）成分のフェノ
ール系硬化剤を主成分とするものであるが、必要に応じ
てジアミノジフェニルメタン。

メタフェニレンジアミンなどに代表されるアミン系硬化
剤、無水ピロメリット酸や無水ベンゾフェノンテトラカ
ルボン酸等の酸無水物系硬化剤を併用してもよい。

ここで、硬化剤の配合量は別に制限されないが、上記エ
ポキシ樹脂のエポキシ基と上記硬化剤のフェノール性水
酸基とのモル比を０．８〜２．特に１〜１．５の範囲に
することが好適である。両基のモル比が０．８より小さ
くなると組成物の硬化特性や成形品の二次転移温度が低
くなって耐熱性が低下する場合があり、２より大きくな
ると成形品の二次転移温度や電気特性が悪くなることが
ある。

（Ｃ）成分の無機質充填材としては溶融シリカや結晶シ
リカの他、窒化珪素、アルミナ、窒化アルミニウム、窒
化硼素、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、けい徴カ
ルシウム、ジルコニウム、タルク、クレー、マイカ、ガ
ラス繊維粉などが用いら九る。

かかる無機質充填剤としては無定形、焼結、球状等積々
のものを用いることができるが、封止材料としては特に
球状または球状に近い形状のものが好ましい。特にアル
ミナの場合、走査型電子顕微鏡写真での粒子を観察した
場合に粒子の長径と短径との軸比が１〜２．特に１〜１
．７であることが好ましく、軸比が２より大きいアルミ
ナを用いると、組成物の流動性が悪くなる場合がある。

無機質充填剤の平均粒径は好ましくは５〜５０ミクロン
であるが、全充填剤量の３０％を越えない範囲で平均粒
径が０．１〜５ミクロンのものを用いても良い。Ｗ脂中
に含ま九る無機質充填剤量は特に限定されるものではな
いが、樹脂組成物全体の６０重量％以上であることが好
ましい。

なお、無機質充填剤はシランカップリング剤等であらか
じめ処理してもよい５この場合、処理に用いるシランカ
ップリング剤としては、下記構造式（４） ％式％（４） で表さ九るような加水分解性残基含有シラン類が好適に
用いられる。

上記式中Ｒ５としては、水素原子、メチル基。

エチル基、プロピル基、フェニル基などの無官能のアル
キル基、アルケニル基、アリール基、更にエポキシ、ア
ミノ、アクリル、アルケニル、アシル官能性であるよう
な下記に示すものが挙げられる− ＣＭ２ＣＨＣＨ２０ＣＨ２ＣＨ，ＣＨ，−〜１ Ｈ，ＮＣＨ２ＣＨ，ＮＨＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２−Ｒ”Ｒ’
ＮＣＥ−ｆ２ＣＨ２ＣＨ２− Ｒ’、　Ｒ””Ｆ（＋　　ＣｄＨｚｄ＋１．Ｃ，Ｈ９Ｃ
Ｈ２ｄ＝１−６の整数ＣＨ２＝Ｃ（Ｒ’）ＣＯＯ（ＣＨ
，）ｎ−Ｒ’＝Ｈ，ＣＨ，ｎ＝１　３の整数 ＣＨ２＝ＣＨ（ＣＨｚ）−ｍ＝Ｏ〜４の整数ＨＯＣＯ（
ＣＨｚ）Ｑ　　　　Ｑ＝２〜１８（１）Ｍ数一方、Ｒ５
としてはアルキル基、アルケニル基、アリール基、カル
ボニル基などが挙げられるが。

その内のメチル基、エチル基、イソプロペニル基などが
一般的であり、またＣは１〜４であるが。

Ｃが３又は４であることがより好ましい。

シランカップリング剤で無機質充填剤を処理する方法と
しては乾式、湿式のどちらを用いても良く、乾式法はボ
ールミル、ヘンシェルミキサー等で、湿式法は溶剤中で
それぞれ無機質充填剤にシランカップリング剤を混合、
撹拌することによって行なうことができる。シランカッ
プリング剤の量は、無機質充填剤１００部（重量部、以
下同様）に対して０．００１〜８部、より好ましくは０
．０１〜５部の範囲である。シランカップリング剤が少
なすぎると処理をした効果、即ち耐湿性の向上等があら
れれず、多すぎるとパリ特性などがかえって悪化してし
まうことがある。これらのシランカップリング剤は２種
類以上を併用しても良く、さらには、これらをあらかし
め一部域水分解したものを用いてもよい、湿式法に使用
される溶剤としてはトルエン、キシレンなどの炭化水素
系、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール
などのアルコール系、アセトン、２−ブタノンなどのケ
トン系、イソプロピルエーテル。

テトラヒドロフランなどのエーテル系等が挙げられ、水
および加水分解促進剤としての錫系、チタン系、あるい
はアミン化合物を併用することもできる。このようにし
て処理した後に４００〜１２００℃程度の加熱炉で焼結
することもできる。

本発明のエポキシ樹脂に（Ｄ）成分として使用する硬化
促進剤は、下記式（１） （但し、式中Ｒ’、Ｒ２及びＲ３はそれぞれ同種又は異
種の置換又は非置換の一価炭化水素基である。） で示されるものである。

ここで　ａｎ、　Ｒ２，Ｒ３の置換又は非置換の一価炭
化水素基としては、炭素数１〜１０のもの、特に炭素数
１〜８のものが好ましく１例えばメチル基、エチル基、
プロピル基、ブチル基などのアルキル基、あるいはこれ
らの基の水素原子の一部又は全部をハロゲン原子等で置
換したクロロメチル基、３，３．３−トリフルオロプロ
ピル基、フェニル基、トリル基などのアリール基、ベン
ジル基。

フェネチル基などのアラルキル基を挙げることができる
が、特にＲ１はメチル基とブチル基やフェニル基、Ｒ２
及びＲ１はメチル基が最も一般的である。

上記式（１）の化合物は対応する第三級ホスフィンと対
応する燐酸エステルとを反応させて得られる既知の物質
であり、たとえばトリフェニルホスフィン、トリブチル
ホスフィンなどとジメチルメタンホスホネートなどとを
反応させることによって得られる。具体的には、式（１
）の化合物としてメチルトリフェニルホスホニウムメチ
ルメタンホスホネート、メチルトリブチルホスホニウム
メチルメタンホスホネート、ベンジルトリフェニルホス
ホニウムベンジルメタンホスホネートなどが挙げられ、
これらの１種を単独で又は２種以上を併用して用いるこ
とができる。

本発明のエポキシ樹脂においては１式（１）で示される
硬化促進剤に加えて他の硬化促進剤を使用することがで
きるが、この場合、特に１，８−ジアザビシクロ（５，
４，０）ウンデセン−７との併用が硬化性、耐湿性等の
点から望ましい、硬化促進剤全体の配合量は、エポキシ
樹脂と硬化剤との合計量１００部に対し０．１〜１部部
、特に０．３〜７部の範囲とすることが好ましく、また
。

式（１）で示さ九る硬化促進剤は全硬化促進剤中１０〜
１００重量％、特に２０〜１００重量％とすることが好
適である。

本発明のエポキシ樹脂組成物には、更に低Ｓ！膨張率、
低弾性率、良好な耐湿性を付与するため。

シリコーン変性エポキシ樹脂及び／又はシリコーン変性
フェノール樹脂を配合することが望ましい。

このシリコーン変性二ボキシ書脂、フェノール樹脂とし
ては、アルケニル基含有二ポキシ樹脂又はアルケニル基
含有フェノール樹脂のアルケニル基に、下記式（２） ％式％（２） （ただし、式中Ｒ９は前記したＲ１−Ｒ３と同様の、炭
素数１〜１０の置換もしくは非置換の一価炭化水素基を
示し、ａ、ｂは０．０１≦ａ〈１゜１≦ｂ＜３．１≦ａ
　＋　ｂ　＜　４を満足する正数である。また、１分子
中のけい素原子の数は２０〜４００の整数であり、１分
子中のけい素原子に直結した水素原子の数は１以上の整
数である。）で表わされる有機けい素化合物のミＳｉＨ
基が付加されてなる重合体を好適に用いることができる
。

この場合、アルケニル基含有エポキシ樹脂又はフェノー
ル樹脂としては下記式（３） （ただし、式中Ｒ”は○ＣＨ，ＣＨ−ＣＨ２又は木准基
。

ＲＩＬはメチル基又は水素原子であり、ｐ＋’Ｔは０≦
ｐ≦１０，１≦９≦３で示される整数である。） で示されるアルケニル基含有エポキシ樹脂又はフェノー
ル樹脂を好適に用いることができる。

またこの場合、シリコーン変性エポキシ樹脂又はフェノ
ール樹脂は、加水分解性塩素の含有量が５００ｐｐｍ以
下で、遊離のＮａ、ＣＭイオンが各々２　ｐｐｍ以下、
有機微含有量が１１００ｐｐ以下であることが好ましく
、加水分解性塩素、遊離のＮ　ａ　ｇＣＱイオン、有機
欺の含有量が上記値を越えると、封止した半導体装置の
耐熱性が悪くなることがある。

シリコーン変性エポキシ樹脂又はフェノール樹脂は単独
でも、あるいは２種以上を混合して配合してもよく、さ
らに配合量は、エポキシ樹脂と硬化剤との合計量１００
部に対して５〜５０部とすることが好ましい。シリコー
ン変性エポキシ樹脂の配合量が５部より少ないと十分な
低応力性をｉ斗に＜＜、５０部を越えると成形品の機械
的強度が低下する場合がある。

本発明の組成物には、さらに必要により各種の添加剤を
添加することができ、例えばカルナバワックス等のワッ
クス類、ステアリン酸等の脂肪准やその金属塩などの離
型剤（なかでも接着性、離型性の面からカルナバワック
スが好適に用いられる）、カーボンブラック、コバルト
ブルー、ベンガラ等の顔料、酸化アンチモン、ハロゲン
化合物等の難燃化剤、老化防止剤、シランカップリング
剤、イオン交換物質などを適宜使用することもできる。

なお１本発明のエポキシ樹脂組成物は、その製造に際し
、上述した成分の所定量を均一に撹拌、混合し、あらか
しめ６０〜９５°Ｃに加熱しであるニーダ−、ロール、
エクストルーダー等で混練、冷却し、粉砕するなどの方
法で得ることができる。

本発明のエポキシ樹脂組成物はＩＣ，ＬＳＩ、トランジ
スタ、サイリスタ、ダイオード等の半導体の樹脂封止や
プリント回路板の製造などにも有効に使用でき、本発明
のエポキシ樹脂組成物を用いて半導体装置の樹脂封止を
行なう場合、従来より採用されている成形法、すなわち
トランスファー成形、インジェクション成形、注型法な
どを用いて行なうことができる。成形条件は温度１５０
〜１８０℃、ボストキュアは１５０〜１８０’Ｃ”ｐ２
〜１６時間程度行なうことが好ましい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のエポキシ樹脂組成物は、
保存安定性に優れていると共に、加熱成形時においては
迅速に硬化して電気的化学的特性の良好な硬化物を与え
るものであり、従って、本発明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は耐湿性等に優れ、信頼
性の高いものである。

以下、実施例及び比較例を示し、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、なお、以下の例において部はいずれも重量部である
。

〔実施例１〕 結晶性シリカ（平均粒径Ｌ７−）５００部をヘンシェル
ミキサーに入れ、０．０２重量％の１．８−ジアザピン
クロー７−ランチセンを含む２．０部のγ−グリシドキ
シプロピルトリメトキシシランを噴霧し、均一に分散し
た。その後。

１８０℃で１２時間、加熱処理を行なった。

この無機質充填剤、及び との付加反応物であるシリコーン変性エポキシ樹脂（式
中の添字は平均値、エポキシ当量２９５）２０部、クレ
ゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２３０
）１３部、ナフトール型エポキシ樹脂にボキシ当量２１
５）３０部、臭素化エポキシ樹脂にポキシ当量２８０）
５部、フェノールノボラック樹脂（フェノール当量１１
０）３２部、カルナバワックス１．２部、γ−グリシト
キシプロビルトリメトキシシラン１．８部、カーボンブ
ラック２部、メチルトリフェニルホスホニウムメチルメ
タンホスホネート０．９５部並びに１，８−ジアザビシ
クロ−７−ウンデセン０．１８部を８０〜９０℃の熱ロ
ールに掛けて混練し、冷却粉砕してニボキシ樹脂を得た
。

〔実施例２〕 実施例１におけるメチルトリフェニルホスホニウムメチ
ルメタンホスホネーｈｏ、９５部をメチルトリブチルホ
スホニウムメチルメタンホスホネート０．８０部に代え
た以外は実施例１と同様の配合でエポキシ樹脂組成物を
得た。

〔実施例３〕 実施例１におけるメチルトリフェニルホスホニウムメチ
ルメタンホスホネート０．７４部、１．８−ジアザビシ
クロ−７−ウンデセン０．１８部をメチルトリフェニル
ホスホニウムメチルメタンホスホネートのみ２．４８部
に代えた以外は実施例１と同様の配合でエポキシ樹脂組
成物を得た。

〔実施例４〕 実施例１における無機質充填剤を溶融シリカ（平均粒径
２２虜）のみ３７０部に代えた以外は実施例１と同様の
配合でエポキシ樹脂組成物を得た。

〔実施例５〕 実施例１における無機質充填剤を実施例１と同様に処理
したα−アルミナ（平均粒径２５＃）５５０部、溶融シ
リカ（平均粒径１．２ｘ）１１０部に代えた以外は実施
例１と同様の配合でエポキシ樹脂組成物を得た。

〔実施例６〕 実施例１における無機質充填剤を実施例１と同様に処理
した球状アルミナ（平均粒径１５ｔｍ）５００部、溶融
シリカ（平均粒径２５−）ＩＱＯ部に代えた以外は実施
例１と同様の配合でエポキシ樹脂組成物を得た。

〔比較例１〕 実施例３における化合物メチルトリブチルホスホニウム
メチルメタンホスホネート２．４８部を２−エチル−４
−メチルイミダゾール０．６４部に代えた以外は実施例
１と同様の配合でエポキシ樹脂組成物を得た。

〔比較例２〕 実施例１における化合物メチルトリフェニルホスホニウ
ムメチルメタンホスホネート０．９５部をトリス（４−
メトキシフェニル）ホスフィン０．６０部に代えた以外
は実施例１と同様の配合でエポキシ樹脂組成物を得た。

〔比較例３〕 実施例１における化合物メチルトリフェニルホスホニウ
ムメチルメタンホスホネート０．９５部をトリフェニル
ホスフィン・トリフェニルボレー１−１．１５部に代え
た以外は実施例１と同様の配合でエポキシ樹脂組成物を
得た。

〔比較例４〕 実施例６における化合物メチルトリフニニルボスホニウ
ムメチルメタンホスホ不一ト０．９５部、１．８−ジア
ザビシクロ−７−ウンデセン０．１８部を２フェニルイ
ミダゾール０．６６部に代えた以外は実施例６と同様の
配合てエポキシ樹脂組成物を得た。

これらの組成物について成形時の硬化性、保存安定性１
曲げ強さ、耐熱衝撃試験及びパワーＩＣの耐湿性（アル
ミ腐食試９Ｉ）について下記方法により評価した。結果
を第１表に示す。

スパイラルフロー ＥＭＭＩ規格に準じた金型を使用して、１７５”Ｃ，７
０ｋｇ／Ｊの条件で、配合直後及び１０℃保存９０日後
に澗定した。

棗−斐 トランスファー成形機を用い、１７５℃／７０−・■−
２で２分成形した後の熱時硬度をバーコール硬度計９３
５を用いて測定した。

アルミニウム　線素　率の アルミニウム金属電極の腐食を検討するために設計した
１４ビンＩＣにエポキシ樹脂組成物をトランスファーモ
ールド法で成形し、１２５℃、湿度８５％の高圧釜内で
１５Ｖのバイアス電圧をかけて２５０時間入れ、配線の
オープン不良率を調へた。

第１表の結果より１式（１）で示される硬化促進剤を配
合した本発明のエポキシｌ！Ｉ脂組成物（実施例）は、
この硬化促進剤を配合しないエポキシ樹脂組成物（比較
例）に比較して、硬化性が良好であり、かつ保存安定性
が良好である。また。

本発明のエポキシ樹脂組成物は半導体保護機能に優九た
硬化物を与え、かかる硬化物で封止されたＩＣは耐湿性
に優れていることが認められる。

出願人　　信越化学工業　株式会社 代理人　　弁理士　小　島　隆　司

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（Ａ）エポキシ樹脂、 （Ｂ）フェノール系硬化剤、 （Ｃ）無機質充填剤、 （Ｄ）下記一般式（１） ▲数式、化学式、表等があります▼…（１） （但し、式中Ｒ＾１、Ｒ＾２及びＲ＾３はそれぞれ同種
   又は異種の置換又は非置換の一価炭化水素基である。） で示される硬化促進剤 を必須成分として配合してなることを特徴とするエポキ
   シ樹脂組成物。 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。