JPH0873562A - エポキシ樹脂組成物および樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】低粘度、且つ低吸湿性と密着性の高い硬化物を
与えるエポキシ樹脂組成物およびそれを用いた樹脂封止
型半導体装置を提供すること。 【構成】（Ａ）一般式（１） 【化１】 （ここで、Ｒ₁ は、それぞれ独立に炭素数１〜６の鎖状
もしくは環状アルキル基、置換もしくは無置換のフェニ
ル基またはハロゲン原子を示す。Ｒ₂ は、それぞれ独立
に水素または炭素数１〜６の鎖状もしくは環状アルキル
基、置換もしくは無置換のフェニル基を示す。ｎは０〜
４の整数値を示す。）で表されるエポキシ樹脂と硬化剤
を主成分として含有することを特徴とするエポキシ樹脂
組成物、および該エポキシ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樹脂封止型半導体装
置に関するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に、電子部品の封止
用として有用なエポキシ樹脂組成物およびそれを用いた
樹脂封止型半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＬＳＩ、ＩＣ、トランジスタ等、
半導体の封止には、経済的に有用なエポキシ樹脂組成物
のトランスファーモールドが行われている。特に、最近
ではＬＳＩの表面実装が行われており、半田浴中に直接
浸漬される場合が増えてきている。その際封止材は、20
0 ℃以上の高温にさらされるため、封止材中に吸湿して
いた水分が膨張し、クラックが入ったり、ダイパットと
の界面に剥離を生ずる問題が発生する。

【０００３】このため、エポキシ樹脂封止材には、低吸
湿性および耐クラック性や密着性の改良が求められてい
る。また、低吸湿性を得る目的から充填剤を高密度に充
填可能な低粘度のエポキシ樹脂が望まれている。現状で
は、エポキシ樹脂としてｏ−クレゾールノボラックのグ
リシジルエーテルを用い、硬化剤としてはフェノールノ
ボラックを用いた封止材が主流であるが、保管時に吸湿
すると上記の問題があり、これを避けるため実用上は防
湿梱包をして使用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ｏ−クレゾールノボラ
ックのグリシジルエーテルを主とする封止材は、耐熱性
と成形性の点では一応のバランスがとれているが、前述
のような高い水準での低吸湿性が求められる用途におい
ては必ずしも充分ではないためハンダクラック性におい
て問題がある。本発明の目的は、低粘度、且つ低吸湿性
と密着性の高い硬化物を与えるエポキシ樹脂組成物およ
びそれを用いた樹脂封止型半導体装置を提供することで
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような事情に鑑み本
発明者らは、鋭意検討した結果、特定のエポキシ樹脂組
成物が上記目的に合うことを見出し本発明を完成するに
至った。すなわち、本発明は、（Ａ）一般式（１）

【０００６】

【化２】 （ここで、Ｒ₁ は、それぞれ独立に水素原子、炭素数１
〜６の鎖状もしくは環状アルキル基、置換もしくは無置
換のフェニル基またはハロゲン原子を示す。Ｒ₂は、そ
れぞれ独立に水素または炭素数１〜６の鎖状もしくは環
状アルキル基、置換もしくは無置換のフェニル基を示
す。ｎは０〜４の整数値を示す。）で表されるエポキシ
樹脂と硬化剤を主成分として含有することを特徴とする
エポキシ樹脂組成物、および該エポキシ樹脂組成物を用
いて半導体素子を封止してなることを特徴とする樹脂封
止型半導体装置に関するものである。

【０００７】本発明に用いられる一般式（１）で表され
る（Ａ）成分であるエポキシ樹脂の置換基Ｒ₁ を具体的
に例示すると、それぞれメチル基、エチル基、プロピル
基、ブチル基、アミル基、ヘキシル基、シクロヘキシル
基、フェニル基、トリル基、キシリル基（各異性体を含
む）、塩素原子および臭素原子等があげられる。

【０００８】また本発明で用いるエポキシ樹脂は、フェ
ノール類をグリシジルエーテル化する周知の方法によっ
て得ることができる。つまり、フェノール類とエピハロ
ヒドリンとを、苛性ソーダ等のアルカリの存在下で反応
させる方法である。特に、高純度品を得る場合には、特
開昭60-31517公報に記載された方法の様に、非プロトン
性溶媒下の反応が好適である。

【０００９】ここで用いられるフェノール類は、一般式
（２）

【化３】 （ここで、Ｒ₁ およびｎの意義は一般式（１）のそれと
同じである。）であり、一般式（２）で表されるフェノ
ール類の具体例としては、次のような化合物があげられ
る。

【００１０】

【化４】

【００１１】

【化５】

【００１２】

【化６】

【００１３】本発明の組成物においては、エポキシ樹脂
として上記エポキシ樹脂と他のエポキシ樹脂を併用して
もよい。これらのエポキシ樹脂としては、公知のものを
使用することができるが、これらについて例示すると、
フェノール、o-クレゾール等のフェノール類とホルムア
ルデヒドの反応生成物であるノボラック系エポキシ樹
脂、フロログリシン、トリス−（４−ヒドロキシフェニ
ル）−メタン、1,1,2,2,−テトラキス（4 −ヒドロキシ
フェニル）エタン等の三価以上のフェノール類から誘導
されるグリシジルエーテル化合物、ビスフェノールＡ、
ビスフェノールＦ、テトラメチルビフェノール、ハイド
ロキノン、レゾルシン、４，４’−チオジ（２，６−ジ
メチルフェノール）、ジヒドロキシナフタレン、ビス
（ヒドロキシフェニル）ジシクロペンタン、ビス（ヒド
ロキシフェニル）メンタン等の二価フェノール類または
テトラブロムビスフェノールＡ等のハロゲン化ビスフェ
ノール類から誘導されるジグリシジルエーテル化合物、
フェノール類と芳香族カルボニル化合物との縮合反応に
より得られる多価フェノール類のグリシジルエーテル化
合物、ｐ−アミノフェノール、ｍ−アミノフェノール、
4 −アミノメタクレゾール、６−アミノメタクレゾー
ル、4,4'−ジアミノジフェニルメタン、3,3'−ジアミノ
ジフェニルメタン、4,4'−ジアミノジフェニルエーテ
ル、 3,4'-ジアミノジフェニルエーテル、1,4 −ビス
（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、1,4 −ビス（３−
アミノフェノキシ）ベンゼン、1,3 −ビス（４−アミノ
フェノキシ）ベンゼン、1,3 −ビス（３−アミノフェノ
キシ）ベンゼン、2,2 −ビス（４−アミノフェノキシフ
ェニル）プロパン、ｐ−フェニレンジアミン、ｍ−フェ
ニレンジアミン、2,4 −トルエンジアミン、2,6 −トル
エンジアミン、ｐ−キシリレンジアミン、ｍ−キシリレ
ンジアミン、1,4 −シクロヘキサンビス（メチルアミ
ン）、1,3 −シクロヘキサンビス（メチルアミン）等か
ら誘導されるアミン系エポキシ樹脂、ｐ−オキシ安息香
酸、ｍ−オキシ安息香酸、テレフタル酸、イソフタル酸
等の芳香族カルボン酸から誘導されるグリシジルエステ
ル系化合物、5,5 −ジメチルヒダントイン等から誘導さ
れるヒダントイン系エポキシ化合物、2,2 −ビス（3,4
−エポキシシクロヘキシル）プロパン、2,2 −ビス〔４
−（2,3 −エポキシプロピル）シクロヘキシル〕プロパ
ン、ビニルシクロヘキセンジオキサイド、3,4 −エポキ
シシクロヘキシルメチル−3,4 −エポキシシクロヘキサ
ンカルボキシレート等の脂環式エポキシ樹脂、Ｎ，Ｎ−
ジグリシジルアニリン等があり、これらのエポキシ樹脂
の一種または二種以上が使用される。

【００１４】本発明に用いられる（Ｂ）成分であるエポ
キシ樹脂硬化剤としては、公知のものを使用することが
できる。これらについて例示すると、フェノールノボラ
ック等の多価フェノール類、ジシアンジアミド、ジアミ
ノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルフォン等
のアミン系硬化剤、無水ピロメリット酸、無水トリメリ
ット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸等の酸無水物
硬化剤等があげられるが、耐湿性の点から、好ましくは
多価フェノール類が用いられる。

【００１５】前記の多価フェノール類を更に例示する
と、フェノール、各種アルキルフェノール、ナフトール
等の１種または２種以上のフェノール類と、ホルムアル
デヒド、アセトアルデヒド、アクロレイン、グリオキザ
ール、ベンズアルデヒド、ナフトアルデヒド、ヒドロキ
シベンズアルデヒド等のアルデヒド類またはシクロヘキ
サノン、アセトフェノン等のケトン類との重縮合物；ポ
リビニルフェノール、ポリイソプロペニルフェノール等
のビニル重合型多価フェノール類；フェノール類と式

【００１６】

【化７】 で表される化合物等のジオール類、または式

【００１７】

【化８】 で表される化合物等のジアルコキシ類、または式

【００１８】

【化９】 で表される化合物等のジハロゲン類との、あるいはフェ
ノール類とジシクロペンタジエン、ジイソプロペニルベ
ンゼン等のジオレフィン類とのフリーデルクラフト型反
応物等であるが、作業性と硬化性の点からフェノールノ
ボラックが特に好ましい。また、これらの硬化剤は１種
または２種以上を併用して用いてもかまわない。

【００１９】（Ａ）成分のエポキシ樹脂と（Ｂ）成分の
エポキシ樹脂硬化剤の配合割合については、通常、エポ
キシ基に対して、0.７〜1.２当量が好ましい。エポキシ
基に対して0.７当量に満たない場合、もしくは、1.２当
量を超える場合、いずれも硬化が不完全となる。

【００２０】本発明の樹脂組成物を硬化させる場合、公
知の硬化促進剤を用いてもよい。このような硬化促進剤
について例示すると、トリフェニルホスフィン、トリ−
４−メチルフェニルホスフィン、トリ−４−メトキシフ
ェニルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリオクチ
ルホスフィン、トリ−２−シアノエチルホスフィン等の
有機ホスフィン化合物およびこれらのテトラフェニルボ
レート塩、トリブチルアミン、トリエチルアミン、1,8
−ジアザビシクロ(5,4,0) ウンデセン−７、トリアミル
アミン等の三級アミン、塩化ベンジルトリメチルアンモ
ニウム、水酸化ベンジルトリメチルアンモニウム、トリ
エチルアンモニウムテトラフェニルボレート等の四級ア
ンモニウム塩、イミダゾール類等が例示されるが、これ
らに限定されるものではない。これらの中でも、有機ホ
スフィン化合物、1,8 −ジアザビシクロ(5,4,0) ウンデ
セン−７、イミダゾール類が耐湿性及び硬化性の点から
好ましく、中でもトリフェニルホスフィンが特に好まし
い。

【００２１】また、本発明の樹脂組成物における（Ｃ）
成分である無機充填材としては、シリカ、アルミナ、チ
タンホワイト、水酸化アルミニウム、タルク、クレー、
ガラス繊維等が挙げられ、特にシリカ及びアルミナが好
ましい。これらは、その形状（球状あるいは破砕型）、
または大きさの異なるものを混合して充填量を増して使
用することもできる。無機充填材の配合割合は、好まし
くは樹脂組成物全量中の25〜92重量％であり、さらに好
ましくは70〜92重量％である。充填剤量が70重量％より
少ない場合は耐湿性に劣り、また92重量％を越える場合
は成形性に問題を生ずる。本発明において、その他必要
に応じて天然ワックス、合成ワックス、高級脂肪酸及び
その金属塩類、若しくはパラフィン等の離型剤あるいは
カーボンブラックのような着色剤、さらに、シランカッ
プリング剤等の表面処理剤等を添加してもよい。また、
三酸化アンチモン、リン化合物、ブロム化エポキシ樹脂
等の難燃剤を加えてもよい。難燃効果を出すためには、
ブロム化エポキシ樹脂が特に好ましい。また、低応力化
するには、各種エラストマーを添加またはあらかじめ反
応して用いてもよい。具体的には、ポリブタジエン、ブ
タジエン−アクリロニトリル共重合体、シリコーンゴ
ム、シリコーンオイル等の添加型あるいは反応型のエラ
ストマー等があげられる。本発明による樹脂組成物を用
いて半導体等、電子部品を封止し、樹脂封止型半導体装
置を製作するには、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従来
から公知の成形法により硬化成形すればよい。

【００２２】

【発明の効果】本発明のエポキシ樹脂組成物は、低粘
度、且つ低吸湿性と密着性の高い硬化物を与える。ま
た、この樹脂組成物を用いてなる樹脂封止型半導体装置
は耐ハンダクラック性に優れる。

【００２３】この組成物は、ｏ−クレゾールノボラック
のグリシジルエーテルと比較して低粘度であるので、充
填材の多量配合も可能であり、吸湿性等が向上し、生産
した製品の信頼性も高めることができる。

【００２４】

【実施例】以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこ
れに限定されるものではない。例中、エポキシ当量と
は、エポキシ基１個あたりのエポキシ樹脂の分子量で定
義される。また、加水分解性塩素とは、エポキシ樹脂を
ジオキサンに溶解し、水酸化カリウムのアルコール溶液
を加え、還流状態で30分加熱したときに脱離する塩素イ
オンを、硝酸銀水溶液で逆滴定し、該化合物中のｐｐｍ
で表したものである。

【００２５】混練物、硬化成形物の評価は、以下のとお
りである。 ・ゲルタイム：日新化学（株）製ゲル化試験機にて１８
０℃で測定を行った。 ・バーコール硬度： ASTM D-648に従い、935 型硬度計
にて175 ℃／90秒の条件で測定した。 ・ガラス転移温度：熱機械的分析装置（SHIMADZU DT-3
0 ）を用いて測定した。 ・曲げ強度、曲げ弾性率：JIS K-6911に従い、引っ張
り試験機(SHIMADZU IS-10T ）で測定した。 ・吸湿率： 恒温恒湿槽（アドバンテック東洋 AGX-32
6）を用い、85℃／85%RHの条件で重量変化を測定した。 ・スパイラルフロー：EMMI-1-66 に準じて175 ℃/70kg/
cm² の条件でおこなった。 ・フレーム引き抜き強度：図１に示すような銅及び４２
アロイフレーム上に成形物をトランスファー成形し、そ
の引き抜き強さにて評価を行った。 ・ハンダクラック性：模擬IC（52ピンQFP パッケージ：
パッケージ厚さ2.05mm)を85℃／85％RH／72時間の条件
にて吸湿させた後、直ちに240 ℃のハンダ浴に30秒浸漬
した後のクラックの発生したICの個体数。試験個体数８
個

【００２６】参考例１ 原料フェノールの合成−１ 温度計、撹拌機、コンデンサーを備えた２リットル四ツ
口フラスコに２，６−キシレノール２４４．４ｇ（２．
０ｍｏｌ）、クロロアセトアルデヒドジメチルアセター
ル１２４．５ｇ（１．０ｍｏｌ）および酢酸３７６ｇを
仕込み、撹拌、溶解し、５℃まで冷却した。次に、濃硫
酸１２２ｇ（１．２ｍｏｌ）を酢酸８４ｇに混合した溶
液を１０℃にて３時間かけて滴下、その後２０℃で８時
間反応系を保温した。系の温度を５℃まで冷却し、析出
した結晶を濾別した。結晶を１５０ｇの水で６回洗浄
し、その後４０℃にて８時間真空乾燥し、淡紫色結晶２
６８ｇを得た。

【００２７】参考例２ 原料フェノールの合成−２ 参考例１で得られたフェノール中間体２２０ｇ及びＮ−
メチルピロリドン４４０ｇを温度計、撹拌機、コンデン
サーの付いた反応容器に仕込み溶解し、４８％ＮａＯＨ
水溶液６０．１ｇを加えた。溶液を１５０℃まで昇温
し、この温度で２時間保温した。その後反応系を５℃ま
で冷却し、析出した結晶を濾別した。結晶を冷メタノー
ル１６０ｇで洗浄後、８０℃で４時間真空乾燥を行い黄
色結晶１０２ｇを得た。

【００２８】参考例３ エポキシ樹脂の合成 参考例２で得られた原料フェノール１００ｇを温度計、
撹拌機、滴下漏斗、分離管付きコンデンサーの付いた反
応容器に仕込、エピクロルヒドリン４８５．６ｇ、ジメ
チルスルホキシド２４３．１ｇに溶解した。反応系内を
４３ｔｏｒｒに保ちながら、温度４８℃で、４８．３％
苛性ソーダ６２．１３ｇを５時間で連続的に滴下した。
この間、温度は４８℃に保ちながら、共沸するエピクロ
ルヒドリンと水を冷却液化し、有機層を反応系内に戻し
ながら反応させた。反応終了後に、未反応エピクロルヒ
ドリンを減圧濃縮により除去し、副生塩とジメチルスル
ホキシドを含むグリシジルエーテルをメチルイソブチル
ケトン６４４ｇに溶解させ、副生塩とジメチルスルホキ
シドを水洗により除去した。 その後１７０℃、１０ｔ
ｏｒｒにてメチルイソブチルケトンを減圧留去し目的物
を得た（ＸＹＣＣ−Ｅとする）。このものの融点は１５
２℃、粘度０．１４Ｐ（１５５℃）、エポキシ当量は２
００ｇ／ｅｑであった。

【００２９】実施例１〜２および比較例１〜２ 参考例３で得られたグリシジルエーテル、o-クレゾール
ノボラックのグリシジルエーテル（商品名スミエポキシ
ESCN-195、住友化学工業製、溶融粘度２．６Ｐ（１５０
℃）、軟化点６５．６℃、エポキシ当量１９５ｇ／ｅ
ｑ）、硬化剤としてフェノールノボラック（商品名PSM-
4261、群栄化学工業（株）製）、硬化促進剤としてトリ
フェニルホスフィン、充填材として後述の各種溶融シリ
カ、離型剤としてカルナバワックス、カップリング剤
（商品名SH-6040 、東レダウコーニングシリコーン製）
を表１に示した量（ｇ）で配合し、ロールで加熱混練後
トランスファー成形を行った。さらに、180 ℃オーブン
中で、５時間ポストキュアーを行い、硬化成形物を得
た。この硬化成形物の物性を測定した。その結果を表１
に示す。なお、表中の充填材（溶融シリカの商品名）の
内容は次のとおりである。 ＦＳ−８９１：破砕状シリカ（平均粒径１３μｍ）、電
気化学工業（株）製 ＦＳ−２０：破砕状シリカ（平均粒径５．６μｍ）、電
気化学工業（株）製 ＦＢ−７４：球状シリカ（平均粒径３０μｍ）、電気化
学工業（株）製 アドマファインSOC-２：球状シリカ（平均粒径１０．８
μｍ）、（株）アドマテック製 シルスターMK-06 ：球状シリカ（平均粒径１８μｍ）、
日本化学工業（株）製 エクセリカSE-40 ：球状シリカ（平均粒径６１．２μ
ｍ）、徳山曹達（株）製

【００３０】

【表１】

【図面の簡単な説明】

【図１】引き抜き強度測定用フレームの平面図である。

【符号の説明】 １：樹脂硬化物を形成させる場所（斜線部） ２：引き抜き片 ３，４：引き抜き操作を行うための把持部

フロントページの続き (72)発明者 平野 泰弘 茨城県つくば市北原６ 住友化学工業株式 会社内 (72)発明者 斉藤 憲明 茨城県つくば市北原６ 住友化学工業株式 会社内 (72)発明者 森本 尚 愛媛県新居浜市惣開町５番１号 住友化学 工業株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（Ａ）一般式（１） 【化１】 （式中、Ｒ₁ は、それぞれ独立に炭素数１〜６の鎖状も
   しくは環状アルキル基、置換もしくは無置換のフェニル
   基またはハロゲン原子を示す。Ｒ₂ は、それぞれ独立に
   水素または炭素数１〜６の鎖状もしくは環状アルキル
   基、置換もしくは無置換のフェニル基を示す。ｎはそれ
   ぞれ０〜４の整数値を示す。）で表されるエポキシ樹脂
   と（Ｂ）エポキシ樹脂硬化剤を必須成分として含有する
   ことを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
2. 【請求項２】（Ｂ）成分であるエポキシ樹脂硬化剤が多
   価フェノール類である請求項１記載のエポキシ樹脂組成
   物。
3. 【請求項３】（Ａ）および（Ｂ）成分に加えて（Ｃ）無
   機充填剤を含有してなる請求項１または２記載のエポキ
   シ樹脂組成物。
4. 【請求項４】請求項１、２または３記載のエポキシ樹脂
   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
   する樹脂封止型半導体装置。