JPH0859963A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 エポキシ樹脂と硬化剤と無機質充填剤とを含
有してなるエポキシ樹脂組成物において、下記一般式
（１）で示されるシラノール基含有有機珪素化合物を組
成物全体の０．０５〜０．３重量％配合するか、又は下
記一般式（１）で示されるシラノール基含有有機珪素化
合物により表面処理された無機質充填剤を配合したこと
を特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 【化１】 （Ｒは置換又は非置換の１価炭化水素基を示し、ｎは１
又は２である。） 【効果】 本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
は、成形時の流動性に優れ、表面実装時の耐クラック性
に優れた硬化物を与えることができ、本発明の組成物の
硬化物で封止された半導体装置は信頼性の高いものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、成形時の流動性に優
れ、表面実装時の耐クラック性に優れた硬化物を与える
半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び該組成物の硬化物
で封止され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、
半導体産業の中で樹脂封止型のダイオード、トランジス
タ、ＩＣ、ＬＳＩ、超ＬＳＩが主流となっており、この
封止樹脂としてエポキシ樹脂は、一般に他の熱硬化性樹
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。

【０００３】最近においては、これらの半導体装置は集
積度が益々大きくなり、それに応じてチップ寸法も大き
くなりつつある。一方、これに対してパッケージ外形寸
法は電子機器の小型化、軽量化の要求にともない、小型
化、薄型化が進んでいる。更に、半導体部品を回路基板
へ取り付ける方法も、基板上の部品の高密度化や基板の
薄型化のため、半導体部品の表面実装化が幅広く行われ
るようになってきた。

【０００４】しかしながら、半導体装置を表面実装する
場合、半導体装置全体を半田槽に浸漬するか又は半田が
溶融する高温ゾーンを通過させる方法が一般的である
が、その際の熱衝撃により封止樹脂層にクラックが発生
したり、リードフレームやチップと封止樹脂との界面に
剥離が生じたりする。このようなクラックや剥離は、表
面実装時の熱衝撃以前に半導体装置の封止樹脂層が吸湿
していると更に顕著なものとなるが、実際の作業工程に
おいては、封止樹脂層の吸湿は避けられず、このため実
装後のエポキシ樹脂で封止した半導体装置の信頼性が大
きく損なわれる場合がある。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
成形時の流動性に優れ、表面実装時の耐クラック性に優
れた硬化物を与える半導体封止用エポキシ樹脂組成物及
び該組成物の硬化物で封止され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、エポキシ
樹脂、硬化剤及び無機質充填剤を必須成分とするエポキ
シ樹脂組成物に、下記一般式（１）で示されるシラノー
ル基含有有機珪素化合物を配合することにより、或いは
無機質充填剤を下記一般式（１）で示されるシラノール
基含有有機珪素化合物で表面処理したものを配合するこ
とにより、このエポキシ樹脂組成物の流動性を改善する
とともに、硬化物の吸水率を従来のものより低くできる
ことを知見し、本発明をなすに至ったものである。

【０００７】

【化２】 （Ｒは置換又は非置換の１価炭化水素基を示し、ｎは１
又は２である。）

【０００８】従って、本発明は、エポキシ樹脂と硬化剤
と無機質充填剤とを含有してなるエポキシ樹脂組成物に
おいて、上記一般式（１）で示されるシラノール基含有
有機珪素化合物を組成物全体の０．０５〜０．３重量％
配合した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、エポキシ樹脂と硬化剤と無機質充填剤とを
含有してなるエポキシ樹脂組成物において、上記一般式
（１）で示されるシラノール基含有有機珪素化合物によ
り表面処理された無機質充填剤を配合したことを特徴と
する半導体封止用エポキシ樹脂組成物、並びに、上記組
成物の硬化物で封止された半導体装置を提供する。

【０００９】以下、本発明につき更に詳述すると、本発
明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、上述したよう
にエポキシ樹脂、硬化剤及び無機質充填剤を主成分とし
て含有するものである。

【００１０】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
を構成するエポキシ樹脂としては、１分子中にエポキシ
基を少なくとも２個以上有するエポキシ樹脂であればい
ずれのものでもよく、具体的にはビスフェノール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、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、
ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン−フ
ェノールノボラック樹脂、フェノールアラルキル型エポ
キシ樹脂、ナフタレン環含有エポキシ樹脂、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、臭素化エポキシ樹脂などを用いること
ができる。これらのエポキシ樹脂のなかでは、下記式で
示されるナフタレン環含有エポキシ樹脂やビフェニル型
エポキシ樹脂が低吸湿、高接着性を得る点で望ましい。

【００１１】

【化３】 （ｎは１以上の整数を示す。）

【００１２】なお、これらのエポキシ樹脂は、その使用
に当たっては必ずしも１種類の使用に限定されるもので
はなく、２種類又はそれ以上を混合して配合してもよ
い。

【００１３】また、硬化剤は特に制限されるものではな
く、使用するエポキシ樹脂に応じて適宜選定することが
でき、例えばアミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤、フェ
ノールノボラック型硬化剤などが挙げられるが、中でも
フェノールノボラック型硬化剤が組成物の成形性、耐湿
性の面でより望ましく、好適に使用できる。なお、フェ
ノールノボラック型硬化剤としては、具体的にフェノー
ルノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂などが例
示される。

【００１４】上記硬化剤の配合量はエポキシ樹脂を硬化
させ得る量で、通常使用される量とすることができ、フ
ェノールノボラック型硬化剤を用いた場合、エポキシ樹
脂中のエポキシ基と硬化剤中のＯＨ基との比がモル比で
１：０．５〜１：１．５となるように配合することが好
ましい。

【００１５】無機質充填剤としては、従来公知の無機質
充填剤を配合することができ、これにより封止材の膨張
係数を小さくし、半導体素子に加わる応力を低下させる
ことができる。このような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いずれのものをも使用
することができ、具体的には、破砕状や球状を有する溶
融シリカ、結晶性シリカが用いられ、この他にはアルミ
ナ、窒化ケイ素、窒化アルミなども使用可能である。

【００１６】これらの無機質充填剤の平均粒径として
は、５〜４０μｍのものを用いることが好ましい。無機
質充填剤の充填量は、本発明のエポキシ樹脂組成物全体
に対し７５〜９４％（重量％、以下同様）とすることが
好ましく、より好ましくは８０〜９２％である。充填量
が７５％未満では、得られた硬化物の膨張係数が大きく
なってしまうため応力特性が悪くなってしまう場合があ
り、９４％を超えると成形時の溶融粘度が高くなりすぎ
るためにボイド、未充填などが発生する場合がある。

【００１７】また、硬化物の低膨張化と成形性とを両立
させるためには、球状品と破砕品とのブレンド、或いは
球状品のみを用いることが推奨される。

【００１８】なお、上記無機質充填剤は、予めシランカ
ップリング剤や、後述するように式（１）のシラノール
基含有有機珪素化合物で表面処理して用いることが好ま
しい。

【００１９】本発明においては、上記成分に加え、下記
一般式（１）で示されるシラノール基含有有機珪素化合
物を配合するもので、これにより本発明の組成物より得
られた硬化物が成形時の流動性に優れ、表面実装時の耐
クラック性に優れたものとなる。

【００２０】

【化４】 （Ｒは置換又は非置換の１価炭化水素基を示し、ｎは１
又は２である。）

【００２１】なお、Ｒは炭素数１〜１２、特に１〜６で
あることが好ましく、メチル基、エチル基等のアルキル
基、フェニル基等のアリール基やこれらのハロゲン置換
体が挙げられる。

【００２２】ここで、上記有機珪素化合物はシラノール
基を有するシロキサンであり、具体的には下記に示す化
合物が例示される。

【００２３】１，１，３，３−テトラメチル−１，３−
ジヒドロキシジシロキサン、１，３−ジメチル−１，３
−ジフェニル−１，３−ジヒドロキシジシロキサン、
１，１，３，３，５，５−ヘキサメチル−１，５−ジヒ
ドロキシ−１，３，５−トリシロキサン。これらの中
で、特に１，１，３，３−テトラメチル−１，３−ジヒ
ドロキシジシロキサンの使用が好ましい。

【００２４】この有機珪素化合物は、組成物全体に対し
て０．０５〜０．３％配合する。使用法としては組成物
製造時に単純に添加したり、予め無機質充填剤の表面処
理をしたりして用いることができる。配合量が０．０５
％未満の場合には十分な流動性の改善ができなかった
り、吸水率低減効果が得られず、０．３％を超える場合
には強度低下を起こしたり、接着性が悪くなる。

【００２５】更に、本発明の組成物には、硬化促進剤を
添加することができる。この硬化促進剤としては、イミ
ダゾールもしくはその誘導体、ホスフィン誘導体、シク
ロアミジン誘導体などが挙げられる。その配合量はエポ
キシ樹脂１００部（重量部、以下同様）に対して０．０
０１〜１０部、特に０．１〜５部とすることが好まし
く、配合量が０．００１部未満では短時間で硬化させる
ことができず、１０部を超えると硬化速度が速すぎて良
好な成形品が得られないことがある。

【００２６】また更に、本発明では硬化物の応力を低下
させる目的で組成物中にシリコーン系ポリマーを配合し
てもよい。シリコーン系ポリマーを配合すると、硬化物
の熱衝撃テストにおけるパッケージクラックの発生を著
しく少なくすることが可能である。このシリコーン系ポ
リマーとしては、例えばエポキシ基、アミノ基、カルボ
キシル酸、水酸基、ヒドロシリル基、ビニル基などを有
するシリコーンオイル、シリコーンレジン、シリコーン
ゴム等やこれらシリコーンポリマーと有機重合体、例え
ば置換又は非置換のフェノールノボラック樹脂等との共
重合体を挙げることができる。

【００２７】なお、シリコーン系ポリマーの添加量は特
に限定されないが、通常エポキシ樹脂と硬化剤との合計
量１００部に対し１〜５０部とすることが好ましい。

【００２８】本発明の組成物には、更に必要により各種
の添加剤を配合することができ、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酸やその金属
塩等の離型剤（中でも接着性、離型性の面からカルナバ
ワックスが好適に用いられる）、有機ゴム系等の可撓性
付与剤、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、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等の
表面処理剤、エポキシシラン、ホウ素化合物、アルキル
チタネート等のシランカップリング剤、老化防止剤、そ
の他の添加剤の１種又は２種以上を配合することができ
る。

【００２９】なお、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攪拌、混
合し、予め７０〜９５℃に加熱してあるニーダー、ロー
ル、エクストルーダー等で混練、冷却し、粉砕する等の
方法で得ることができるが、特にミキシングロール、押
出機を用いた溶融混合法が好適に採用される。ここで、
成分の配合順序に特に制限はない。

【００３０】このようにして得られる本発明のエポキシ
樹脂組成物はＤＩＰ型、フラットパック型、ＰＬＣＣ
型、ＳＯ型等の半導体パッケージに有効であり、この場
合、従来より採用されている成形法、例えばトランスフ
ァー成形、インジェクション成形、注型法等により行う
ことができる。なお、本発明のエポキシ樹脂組成物の成
形温度は１５０〜１８０℃、ポストキュアーは１５０〜
１８０℃で２〜１６時間行うことが好ましい。

【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、成形時の流動性に優れ、表面実装時の耐クラック
性に優れた硬化物を与えることができ、本発明の組成物
の硬化物で封止された半導体装置は信頼性の高いもので
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。なお、以下の例において部はいずれも重
量部を示す。

【００３３】〔実施例１〜４、比較例１〜３〕エポキシ
当量１９８、軟化点６０℃のエポキシ化クレゾールノボ
ラック樹脂５１部、エポキシ当量２８０の臭素化エポキ
シ化フェノールノボラック樹脂６部、フェノール当量１
１０、軟化点９０℃のフェノールノボラック樹脂３３
部、下記式（ａ）で示される化合物６０部と下記式
（ｂ）で示される化合物４０部との反応生成物１０部、
トリフェニルホスフィン０．６５部、三酸化アンチモン
１０部、カルナバワックス１．２部、γ−グリシドキシ
プロピルトリメトキシシラン１．０部、カーボン１部及
び下記に示すシリカＡ、シリカＢ、１，１，３，３−テ
トラメチル−１，３−ジヒドロキシジシロキサン（シロ
キサンＡ）、トリメチルシラノール、ジフェニルシラン
ジオールを表１に示す量で配合し、８０℃のミキシング
ロールで５分間溶融混合した後、シート状にして取り出
し、これを冷却粉砕して組成物を得た。

【００３４】

【化５】

【００３５】シリカＡ：γ−グリシドキシプロピルトリ
メトキシシラン０．６％で表面処理した平均粒径２５μ
の球状シリカ シリカＢ：１，１，３，３−テトラメチル−１，３−ジ
ヒドロキシジシロキサン０．３％で表面処理した平均粒
径２５μの球状シリカ

【００３６】得られた組成物につき、以下に示す試験を
行った。結果を表１に示す。 （イ）スパイラルフロー ＥＭＭＩ規格に準じた金型を使用して１７５℃、７０ｋ
ｇｆ／ｃｍ²の条件で測定した。 （ロ）クラック発生率 １７５℃、７０ｋｇｆ／ｃｍ²、成形時間２分の条件で
１４×２０×２．７ｍｍの１００ピンＱＦＰを封止し、
１８０℃で４時間ポストキュアーした。このパッケージ
を８５℃／８５％ＲＨの雰囲気中に４８時間放置して吸
湿処理を行った後、２４０℃の半田浴に１０秒浸漬し
た。この時に発生するパッケージのクラック発生率調べ
た（ｎ＝２０）。

【００３７】

【表１】

【００３８】表１の結果より、本発明のエポキシ樹脂組
成物を使用すると、流動性及び表面実装時の耐クラック
性に優れた硬化物を与えることができ、本発明の組成物
の硬化物で封止された半導体装置は信頼性の高いもので
あることが確認された。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 戸塚 賢一 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

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エポキシ樹脂と硬化剤と無機質充填剤と
   を含有してなるエポキシ樹脂組成物において、下記一般
   式（１）で示されるシラノール基含有有機珪素化合物を
   組成物全体の０．０５〜０．３重量％配合したことを特
   徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 【化１】 （Ｒは置換又は非置換の１価炭化水素基を示し、ｎは１
   又は２である。）
2. 【請求項２】 エポキシ樹脂と硬化剤と無機質充填剤と
   を含有してなるエポキシ樹脂組成物において、上記一般
   式（１）で示されるシラノール基含有有機珪素化合物に
   より表面処理された無機質充填剤を配合したことを特徴
   とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
3. 【請求項３】 シラノール基含有有機珪素化合物が１，
   １，３，３−テトラメチル−１，３−ジヒドロキシジシ
   ロキサンである請求項１又は２記載の組成物。
4. 【請求項４】 請求項１，２又は３記載の組成物の硬化
   物で封止された半導体装置。