JPH10168162A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボイドが少なく、耐半田クラック性に優れた
半導体装置を得ることのできる樹脂組成物を提供するこ
と。 【解決手段】 エポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、
硬化促進剤、無機充填材及びアルコキシシラン基とアル
コール性水酸基を有するシリコーンオイルを必須成分と
する半導体封止用エポキシ樹脂組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成形品にボイドが
なく、信頼性、特に耐半田クラック性に優れた半導体封
止用エポキシ樹脂組成物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子製品の軽薄短小化、高密度化、高機
能化及び低価格化のため、半導体パッケージは種々の形
態をとるようになってきている。特に、近年表面実装化
のため、半導体素子を封止するエポキシ樹脂組成物（以
下、樹脂組成物）に関しても種々の改良がなされてきて
いる。エポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、硬化促進
剤、無機充填材を主成分とする樹脂組成物は、特に上記
の表面実装対応のためには低吸水化させる必要があり、
無機充填材の配合量は９０重量％程度までに増加してき
ている。ところが、無機充填材の配合量が増加すると、
樹脂成分と無機充填材が均一に分散しにくくなってく
る。その結果、このような樹脂組成物で半導体素子を封
止すると、成形品にボイドが多く発生する欠点が生じ
る。

【０００３】従来、樹脂と無機充填材を均一に分散させ
る技術としては、シリコーンオイルを添加する方法（特
公平２−３６１４８号公報）等が有力な手段と考えられ
てきた。しかし、これらの手段のみでは分散が不十分
で、その結果として、無機充填材を高充填する樹脂組成
物においては、成形品のボイド発生を完全に解決するこ
とはできなかった。又、シリコーンオイルの添加という
手段は、接着力の低下や熱時強度の低下を引き起こすた
めに、耐半田クラック性が低下することも問題であっ
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、成形時に成
形品に発生するボイドを低減し、かつ耐半田クラック性
を向上できる信頼性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂
組成物を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、（Ａ）エポキ
シ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤、（Ｃ）硬化促進
剤、（Ｄ）無機充填材及び（Ｅ）アルコキシシラン基と
アルコール性水酸基を有するシリコーンオイルを必須成
分とし、好ましくはシリコーンオイルが式（１）、式
（２）及び式（３）から選ばれる１種以上である半導体
封止用エポキシ組成物である。

【化６】

【０００６】

【化７】

【０００７】

【化８】

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に本発明を詳細に説明する。
本発明で用いられるエポキシ樹脂としては、エポキシ基
を有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般をいう。
例えば、ビスフェノール型エポキシ樹脂、オルソクレゾ
ールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ
化合物、スチルベン型エポキシ化合物、フェノールノボ
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、アルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ
樹脂、トリアジン核含有エポキシ樹脂、ジシクロペンタ
ジエン変性エポキシ樹脂等が挙げられる。エポキシ樹脂
の融点、軟化点、エポキシ当量については特に限定しな
い。又、これらは単独でも混合して用いてもよい。本発
明で用いられるエポキシ樹脂は、耐湿信頼性向上のため
に、塩素イオンやナトリウムイオン等のイオン性不純物
が極力少ないことが望ましい。

【０００９】本発明で用いられるフェノール樹脂硬化剤
としては、フェノール性水酸基を有するモノマー、オリ
ゴマー、ポリマー全般をいう。例えば、フェノールノボ
ラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ジシクロペン
タジエン変性フェノール樹脂、キシレン変性フェノール
樹脂、トリフェノールメタン型フェノール樹脂等を用い
ることができる。フェノール樹脂の融点、軟化点、水酸
基当量については特に限定しない。又、これらは単独で
も混合して用いてもよい。本発明で用いられるフェノー
ル樹脂は、耐湿信頼性向上のために、塩素イオンやナト
リウムイオン等のイオン性不純物が極力少ないことが望
ましい。

【００１０】本発明で用いられる硬化促進剤は、エポキ
シ樹脂とフェノール性水酸基との反応を促進させるもの
であればよく、一般に封止用材料に使用されているもの
をひろく使用することができる。例えば１，８−ジアザ
ビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、トリフェニル
ホスフィン、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェ
ニルボレート、ジメチルベンジルアミン、テトラフェニ
ルホスホニウム・テトラナフトイックアシッドボレート
等がある。これらの硬化促進剤は、単独でも混合して用
いてもよい。又、これらの硬化促進剤は、フェノール樹
脂等に予め溶融混合して用いてもよいし、樹脂組成物製
造時に単に混合してもよい。

【００１１】本発明で用いられる無機充填材は、溶融シ
リカ粉末、球状シリカ粉末、結晶シリカ粉末、２次凝集
シリカ粉末、多孔質シリカ粉末、２次凝集シリカ粉末又
は多孔質シリカ粉末を粉砕したシリカ粉末、アルミナ等
が挙げられる。又、無機充填材の形状は、破砕状でも球
状でも問題ない。又、これらの無機充填材は単独でも混
合して用いてもよい。一般的には、流動特性、機械強度
及び熱的特性のバランスに優れた球状溶融シリカ粉末の
使用が好ましい。

【００１２】本発明で用いられるアルコキシシラン基と
アルコール性水酸基を有するシリコーンオイルは、本発
明における技術上の重要なポイントであるので詳細に説
明する。前述したように、無機充填材の配合量が９０重
量％程度になると、従来の手段では均一な樹脂組成物が
得られにくくなってきている。これらの問題に対して、
本発明では、アルコキシシラン基とアルコール性水酸基
を有するシリコーンオイル（以下、表面処理剤Ａとい
う）を用いて、均一な樹脂組成物を得るものである。本
発明で用いる表面処理剤Ａ中のアルコキシシラン基は、
無機充填材の表面と化学結合する官能基であり、アルコ
ール性水酸基は、樹脂成分とのなじみ性に優れた官能基
である。一方、通常のシランカップリング剤のみでは、
表面エネルギーが小さく、無機充填材の表面に効率よく
分散せず、界面でのなじみ向上には十分な効果がない。
これに対し、本発明の表面処理剤Ａを用いると、無機充
填材の表面に効率よく分散し、界面でのなじみ向上にも
十分効果が発揮される。

【００１３】本発明で用いる表面処理剤Ａとしては、式
（１）、式（２）及び式（３）の構造で示されるものが
好ましい。式（１）、式（２）及び式（３）中のアルコ
キシシラン基としては、メトキシシラン、エトキシシラ
ンが好ましい。更に、シリコーンオイルの主鎖中の平均
重合度（Ｎ＝ｎ＋ａ＋ｂ＋２）は、５≦ｎ＋ａ＋ｂ＋２
≦３００で、Ｎが５未満だとアルコキシシラン基及びア
ルコール性水酸基を含まないシリコーンオイルが高い割
合で存在することになり、無機充填材との反応性や樹脂
成分とのなじみ性が損なわれ、成形時に成形品のボイド
が多くなるので好ましくない。３００を越えると均一に
無機充填材の表面に分散できないため、樹脂とのなじみ
改善効果が充分ではなく、ボイド低減効果がない。本発
明で用いる表面処理剤Ａの配合量は、無機充填材１００
重量部に対し、０．０１〜５重量部が好ましい。０．０
１重量部未満だと表面処理剤としての添加効果が少な
く、ボイドの低減効果も小さい。５重量部を越えると吸
水率が増加して、耐半田クラック性が著しく低下する。
式（１）、式（２）及び式（３）のシリコーンオイル
は、単独でも混合して用いてもよい。更に、式（１）、
式（２）及び式（３）で示されるシリコーンオイルと式
（４）又は式（５）で示されるシランカップリング剤
（以下、表面処理剤Ｂという）とを併用してもよい。併
用することにより、成形品の強度及び耐半田クラック性
が向上する。併用する場合、その割合は特には限定しな
いが、表面処理剤Ａが１００重量部に対し、表面処理剤
Ｂは最大１０００重量部が望ましい。１０００重量部を
越えると吸水率が上昇して耐半田性が低下する。表面処
理剤Ａ、表面処理材Ｂの樹脂組成物への添加順序につい
ては特に限定しない。

【化９】

【００１４】

【化１０】

【００１５】本発明の樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｅ）、
又は（Ａ）〜（Ｆ）成分を必須成分とするが、これ以外
に必要に応じて、その他のシランカップリング剤、ブロ
ム化エポキシ樹脂、酸化アンチモン、ヘキサブロムベン
ゼン等の難燃剤、カーボンブラック、ベンガラ等の着色
剤、離型剤等種々の添加剤を適宜配合しても差し支えな
い。又、本発明の樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｅ）、又は
（Ａ）〜（Ｆ）成分、その他の添加剤をミキサー等によ
り十分に均一混合した後、更に熱ロール又はニーダー等
で溶融混合し、冷却後粉砕して製造することができる。
これらの樹脂組成物は、電子部品あるいは電気部品の封
止、被覆、絶縁等に適用することができる。

【００１６】

【実施例】以下に本発明を実施例で示す。配合割合は重
量部とする。 実施例１ ビフェニル型エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ（株）製・ＹＸ４０００Ｈ） ９．６重量部 フェノールアラルキル樹脂（三井東圧化学（株）製・ＸＬ−２２５ＬＬ） ７．４重量部 １，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（ＤＢＵ） ０．２重量部 球状シリカ（平均粒径２０μｍ） ７９．８重量部 シリコーンオイル１ カーボンブラック ０．３重量部 臭素化フェノールノボラック型エポキシ樹脂 １．０重量部 三酸化アンチモン １．０重量部 カルナバワックス ０．５重量部 をミキサーで常温で混合し、５０〜１３０℃で２軸ロー
ルにより混練し、冷却後粉砕し成形材料とし、これをタ
ブレット化して樹脂組成物を得た。この樹脂組成物を低
圧トランスファー成形機（成形条件：１７５℃、７０Ｋ
ｇ／ｃｍ²、１２０秒）を用いて成形し、得られた成形品
を１７５℃、８時間で後硬化し評価した。評価結果を表
２に示す。

【００１７】評価方法 ボイド：低圧トランスファー成形の金型の１６０ｐＱＦ
Ｐ成形テストを行った。成形温度１７５℃、硬化時間２
分で成形した成形品のボイドを超音波探傷機を用いて評
価する。○、△、×の３段階で官能評価する。 耐半田クラック：１７５℃、２分硬化で８０ｐＱＦＰ
（１．５ｍｍ厚、チップサイズ９×９ｍｍ）の成形品
（パッケージ）を得、１７５℃、８時間の後硬化を行っ
た。パッケージの数は、８個。このパッケージを８５
℃、６０％の恒温恒湿槽内に１６８時間放置した後、２
４０℃のＩＲリフロー処理を行った。処理後のパッケー
ジ内部の剥離を超音波探傷機にて観察し、クラックの発
生しているパッケージの個数で耐半田クラックを評価し
た。 実施例２〜１４、比較例１〜３ 表２、３、４に示した配合で、実施例１と同様に樹脂組
成物を作成し、実施例１と同様にして評価した。

【００１８】実施例２〜１４、比較例１〜３に用いたシ
リコーンオイルの構造については、表１に示す。表１中
の式（１）〜式（３）の基本構造は、前述した通りであ
る。実施例８〜１１で用いたシランカップリング剤を下
記に式（６）〜式（９）で示す。比較例３に用いたシリ
コーンオイル１０の構造を式（１０）で示す。

【化１１】

【００１９】

【化１２】

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】

【表３】

【００２３】

【表４】

【００２４】

【発明の効果】本発明の樹脂組成物を用いることによ
り、ボイドが少なく、耐半田クラック性に優れた信頼性
の高い半導体装置を得ることができる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール
   樹脂硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）無機充填材及び
   （Ｅ）アルコキシシラン基とアルコール性水酸基を有す
   るシリコーンオイル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】 アルコキシシラン基とアルコール性水酸
   基を有するシリコーンオイルが、式（１）、式（２）及
   び式（３）から選ばれる１種以上である請求項１記載の
   半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
3. 【請求項３】 （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール
   樹脂硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤，（Ｄ）無機充填材，
   （Ｅ）式（１）、式（２）及び式（３）から選ばれる１
   種以上のアルコキシシラン基とアルコール性水酸基を有
   するシリコーンオイル、（Ｆ）式（４）及び式（５）か
   ら選ばれる１種以上のシランカップリング剤を必須成分
   とすることを特徴とする半導体封止エポキシ樹脂組成
   物。 【化１】 【化２】 【化３】 【化４】 【化５】