JPH10287793A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】インサートとの密着性と成形金型との離型性を
両立し、かつ優れた流動性をもった耐はんだストレス性
を著しく向上させた半導体封止用エポキシ樹脂組成物及
び半導体装置を提供すること。 【解決手段】下記（Ａ）〜（Ｄ）成分からなる半導体封
止用エポキシ樹脂組成物。 （Ａ）ジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂
を７０重量％以上含有するエポキシ樹脂、（Ｂ）１分子
中に２個以上のフェノール性水酸基を有する化合物、
（Ｃ）下記構造式２で表されるリン化合物 【化１】 及び（Ｄ）エポキシ樹脂組成物総量中６０〜９５重量％
の無機充填材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子の表面
実装化における耐湿性及び耐半田リフロー性に優れた半
導体封止用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。

【０００２】

【従来の技術】従来、ダイオード、トランジスター、Ｉ
Ｃ、ＬＳＩ等の半導体装置を熱硬化性樹脂で封止してい
るが、特に、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体装置では耐熱性、
耐湿性に優れたオルソクレゾールノボラック型エポキシ
樹脂をフェノールノボラック樹脂で硬化させ、充填材と
して溶融シリカ、結晶シリカ等の無機充填材を配合した
エポキシ樹脂組成物が用いられている。ところが、近年
ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体装置の高集積化に伴いチップが
段々大型化し、かつパッケージは、従来のＤＩＰタイプ
から表面実装化された小型、薄型のＱＦＰ、ＳＯＰ、Ｔ
ＳＯＰ、ＳＯＪ、ＴＱＦＰ、ＰＬＣＣに変わってきてい
る。すなわち、大型チップを小型で薄いパッケージに封
入することになり、熱応力によりクラックが発生し、こ
れらのクラックによる耐湿性の低下等の問題が大きくク
ローズアップされている。特に、はんダ付の行程におい
て、ＩＲリフローやＶＰＳリフロー等の装置を用いるた
め、急激に２００℃以上の高温にさらされることによ
り、パッケージ中に含有される水分が気化し、この蒸気
圧が樹脂と素子／リードフレーム等のインサートとの界
面において剥離応力として働き、これら界面での剥離、
薄型のパッケージでは、フクレや割れが発生し耐湿性が
劣化してしまうという問題点がでてきている。このよう
な問題点を解決しようといろいろな検討がなされてお
り、これまでに各種の樹脂による検討では、インサート
に対する接着力、硬化物の吸湿性、高温での強度が重要
であることが分かっている。一方、インサートに対して
強い接着力を示す場合、成形金型との離型性が悪いとい
った問題が生じていた。また、充填材料を多くすること
は低吸湿化、高強度化に対して有効ではあるが、流動性
を低下させるといった問題があり、これは、樹脂の粘度
にも影響される。このため、樹脂の硬化物では吸水率を
小さくできる系でも、その系の粘度が高く充填材料を多
く添加できないといった問題点が生じている。また、樹
脂系によっては、エポキシ樹脂組成物の保存安定性が著
しく悪いと言った問題を生じている。従って、これらの
大型チップを封止するのに適した信頼性の高い半導体封
止用樹脂組成物の開発が望まれている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題に対して、半導体封止用に用いるエポキシ樹脂組成
物において、インサートとの密着性と成形金型との離型
性を両立し、充填材が多いにもかかわらず優れた流動性
をもった半導体パッケージの基板への実装時におけるパ
ッケージの耐はんだストレス性を著しく向上させた半導
体封止用エポキシ樹脂組成物を提供するところにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために鋭意研究を重ねた結果、エポキシ樹脂
と硬化剤として特定の樹脂と特定の化合物とを組み合わ
せて含有させたエポキシ樹脂組成物が低吸湿、高接着の
点で優れ、同時に基板へのはんだ付け実装時のクラック
に対して有効であることを見出した。また、そのエポキ
シ樹脂組成物に特定のリン化合物を硬化促進剤として含
有させると、流動性に富み充填材の高充填化が可能であ
り、かつ保存性に富んでいるエポキシ樹脂組成物が得ら
れることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成す
るに至った。すなわち、本発明は、下記（Ａ）〜（Ｄ）
成分からなる半導体封止用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。 （Ａ）下記構造式１で表されるエポキシ樹脂、

【化５】 （Ｂ）１分子中に２個以上のフェノール性水酸基を有す
る化合物、（Ｃ）下記構造式２で表されるリン化合物

【化６】 及び（Ｄ）エポキシ樹脂組成物総量中６０〜９５重量％
の無機充填材。

【０００５】

【発明の実施の形態】（Ａ）成分のエポキシ樹脂は上記
構造式１で表されるエポキシ樹脂のみからなるものであ
ってもよいし、それ以外に１分子中に２個以上のエポキ
シ基を有する他のエポキシ樹脂を、総エポキシ樹脂中の
３０重量％まで併用してもよい。併用されるエポキシ樹
脂としては、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹
脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノ
ールＡ型エポキシ樹脂等が挙げられるが、好適には下記
構造式３で表されるエポキシ樹脂を全エポキシ樹脂に対
し、２〜３０重量％、好ましくは１０〜２０重量％の割
合で用いると、より流動性を向上することが出来、充填
材の高充填化の点からも好ましい。この場合、２重量％
未満では流動性向上の効果が乏しく、また３０重量％を
越えて配合すると離型性が悪化することがある。

【化７】 （式中、Ｒは水素原子または炭素数１〜４の低級アルキ
ル基を表し、ｍは０〜６の整数を表す。） なお、構造式３で表されるエポキシ樹脂は、１種単独で
用いても良いし、２種以上を併用しても良い。

【０００６】硬化剤として用いられる（Ｂ）成分の１分
子中に２個以上のフェノール性水酸基を有する化合物と
しては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラ
ック樹脂等が挙げられるが、好適には下記構造式４で示
される化合物を用いることが高接着力化、低吸湿率化の
点より好ましい。また、これらを２種以上併用しても良
い。

【化８】 （式中、ｐは０〜６の整数を表す。）

【０００７】（Ｃ）成分の構造式２で示されるリン化合
物は硬化促進剤として用いられ、このリン化合物を用い
ることにより流動性に富み、充填材の高充填化の点で優
れたエポキシ樹脂組成物が得られる。また、このリン化
合物を含有する本発明のエポキシ樹脂組成物は保存安定
性の点でも優れている。構造式２で表されるリン化合物
は、たとえば、以下の方法によって得られる。 １．トリフェルニホスフィン４１．６ｇをアセトン１２
０ｇに溶解する。 ２．ｐ−ベンゾキノン１７．６ｇをアセトン１２０ｇに
溶解する。 ３．１と２の溶液を室温〜８０℃で混合する。 ４．析出した黄褐色結晶を濾過して取り出し、構造式２
で示されるリン化合物として用いる。ここで、溶剤とし
て上記アセトンの代わりにアセトンとトルエンの混合溶
剤等を用いても良い。 （Ｃ）成分の配合割合は総エポキシ樹脂１００重量部に
対して通常０．１〜１０重量部、好ましくは２〜７重量
部が適当である。また、硬化促進剤として、構造式２で
表されるリン化合物以外の他の硬化促進剤、例えば、ト
リフェニルホスフィン、１，８−ジアザビシクロ（２．
４．６）ウンデセン−７等を併用してもよい。

【０００８】また、本発明のエポキシ樹脂組成物には、
成型時に金型との良好な離型性を持たせるため離型剤を
添加しても良い。この離型剤としては、酸化型若しくは
非酸化型のポリオレフィンを総エポキシ樹脂１００重量
部に対して０．０１〜１０重量部、好ましくは０．１〜
５重量部添加することが好ましい。これは、０．０１重
量部未満では十分な離型性を得ることができず、また、
１０重量部を越えると接着性が阻害される恐れがあるか
らである。この酸化型若しくは非酸化型のオレフィンと
してはヘキスト社製のＨ４やＰＥ、ＰＥＤシリーズ等の
平均分子量が５００〜１００００程度の低分子量ポリエ
チレン等が挙げられる。また、これ以外の離型剤、例え
ば、カルナバワックス、モンタン酸エステル、モンタン
酸、ステアリン酸等と併用しても良い。酸化型若しくは
非酸化型のポリオレフィンに加えてこれら他の離型剤を
併用する場合、その配合割合は総エポキシ樹脂１００重
量部に対して通常０．１〜１０重量部、好ましくは０．
５〜３重量部の範囲が適当である。

【０００９】ところで、構造式１で示されるエポキシ樹
脂を用いた場合、エポキシ樹脂組成物の難燃性が低下す
る。このため難燃剤を従来のオルソクレゾール型エポキ
シ樹脂を用いたエポキシ樹脂組成物において、使用する
よりも多量に配合することが好ましい。本発明において
好適に用いられる難燃剤としては、例えば、ブロム化エ
ポキシ樹脂等の有機難燃剤や三酸化アンチモン等の無機
難燃剤が挙げられる。また、これらの難燃剤をより多く
配合した場合、イオン性の不純物が多くなり、半導体装
置の信頼性を損なうことがある。このため、この様なエ
ポキシ樹脂組成物には、下記式５で示される無機イオン
捕捉剤（合成ハイドロタルサイト）を配合することが好
ましい。この無機イオン捕捉剤の配合割合は、総エポキ
シ樹脂１００重量部に対して、通常０．１〜３０重量
部、好ましくは１〜５重量部の範囲が適当である。 Ｍｇ_4.5 Ａｌ₂ （ＯＨ）₁₃ＣＯ₃ ・３．５Ｈ₂ Ｏ 式５ （Ｄ）成分の無機充填材としては、例えば、溶融シリカ
粉末、結晶シリカ粉末、アルミナ、窒化アルミ、窒化ケ
イ素等が用いられる。その形状としては、球状、不定
形、楕円状のもの等が用いられる。また、その配合割合
はエポキシ樹脂組成物総量中６０〜９５重量％配合され
る。６０重量％未満では十分な耐リフロークラック性を
維持することが出来ず、また、９５重量％を越えると成
形ために十分な流動性を維持することが出来ないためで
ある。また、本発明に用いられるエポキシ樹脂組成物に
は必要に応じてカーボンブラック等の顔料、シランカッ
プリング剤等のカップリング剤、シリコーン等の添加剤
類を配合することができる。

【００１０】上記原材料を各々適宣配合し、この配合物
をミキシングロール機等の混練機にかけ混練して半溶融
状態の樹脂組成物とし、これを室温に冷却した後、公知
の手段により粉砕し、必要に応じて打錠するといって一
連の工程により、目的とする半導体封止用エポキシ樹脂
組成物を得ることができる。本発明の半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物は、通常粉末状またはそれを打錠したタ
ブレット錠の材料として、半導体の封止に用いられる。
本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて、半導体素子を封
止すると目的とする半導体装置が得られる。半導体素子
の封止方法は特に限定するものではなく、通常の方法、
例えば、トランスファー成形等の公知の成形方法によっ
て行うことができる。このようにして得られる半導体装
置は、インサートと封止材料の接着性に優れ、封止材料
への吸湿量が少なく、装置を基板にはんだ付けする際の
耐クラック性に優れていると同時に、半導体装置をトラ
ンスファー成形する際に金型側へ張り付くこともなく優
れた封止作業性を有している。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例及び比較例によって本
発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施
例に限定されるものではない。まず、表１及び表２に示
す重量部で各材料を配合し予備混合した後、１０インチ
径の２軸ロールを使用して、混練温度８０〜９０℃、混
練時間７〜１２分の条件でし混練し、冷却後粉砕して半
導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。この封止用エポ
キシ樹脂組成物を用い、トランスファー成型機で、金型
温度１８０℃、成形圧力７０kgf/cm² 、硬化時間９０秒
の条件で成形し、試験片を作成した。後硬化は１７５
℃、６時間行った。スパイラルフローは、ＥＭＭＩ１−
６６に準じて測定した。熱時硬度は、上記条件で成形し
た成型品のショア硬度を測定した。Ａｌピール接着力
は、厚み約０．０３mmのアルミホイル上に成形した幅１
０mmの成形品にて測定した。吸水率は上記成形条件にて
φ５０×３mmt の円板を成形し、ＰＣＴ２０ｈ後の吸水
率を求めた。耐リフロークラック性は、ＱＦＰ１４×２
０×２．０mmt のパッケージを用い上記条件にて成形
後、８５℃／８５ＲＨ％の雰囲気にＸ時間放置した後、
ＩＲリフロー炉にて加熱（炉内温度：ＭＡＸ２４５℃）
し、クラックの有無を超音波顕微鏡にて観察した。表１
及び表２中のＢ／Ａについて、Ａは試験に供したパッケ
ージ数を、Ｂはクラックの発生が観察されたパッケージ
の数を示す。離型性はＣｒメッキを行ったステンレス板
表面に、２０mmφの成型品を連続成形し、金属板と封止
材の剪断接着力の変化から判定した。◎は５shot以内で
０kgf となったものを、○は５〜１０shotで０kgf とな
ったものを、×は１０shot成形しても０kgf とならなか
ったものを表す。表２中、高温放置（１７５℃）とは、
パッケージを１７５℃おいて放置してデバイスが不良品
となった時間を表す。表１に実施例１〜４及び比較例１
〜４の結果を示す。表２に実施例５，６及び比較例５，
６の結果を示す。これらの結果から判るように、本発明
の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は耐リフロークラッ
ク性、高温放置性、離型性等に優れている。

【００１２】

【表１】 その他の組成（実施例、比較例共通） シランカップリング剤 ６部 カルナバワックス ２部 三酸化アンチモン １５部 カーボンブラック ２部 なお、構造式１のエポキシ樹脂としては、エポキシ当量
２５７の明和化成社製ＺＸ−１２５７（商品名）を、構
造式３のエポキシ樹脂としては、エポキシ当量約１９２
の油化シェル社製ＹＸ−４０００Ｈ（商品名）を、オル
ソクレゾールノボラック（ＯＣＮ）としては、エポキシ
当量約２００の住友化学社製ＥＳＣＮ−１９５（商品
名）をＢｒ化エポキシ樹脂としては、エポキシ当量約３
７５、臭素含有約５０重量％の住友化学社製ＥＳＢ−４
００Ｔ（商品名）を用いた。硬化剤のフェノールノボラ
ック樹脂としては、水酸基当量約１０６の日立化成社製
ＨＰ−８５０Ｎ（商品名）を用いた。

【００１３】

【表２】 酸化１５〜３０mg ＫＯＨ／ｇ、数平均分子量約２００
０の分岐型ポリエチレンワックス その他の組成（実施例、比較例共通） シランカップリング剤 ６部 三酸化アンチモン １５部 カーボンブラック ２部

【００１４】

【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、はんだ付け時の耐熱性及びその他の信頼性、成形
性に優れたものであり、従って該封止用樹脂組成物で封
止した半導体装置もはんだ付け時の耐熱性やその他の信
頼性に優れている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ０８Ｋ 3/22 Ｃ０８Ｋ 3/22 3/26 3/26 5/524 5/524 Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31 //(Ｃ０８Ｌ 63/00 23:00） (72)発明者 塚原 輝巳 茨城県結城市大字鹿窪1772−１ 日立化成 工業株式会社下館工場内 (72)発明者 藤井 昌信 茨城県結城市大字鹿窪1772−１ 日立化成 工業株式会社下館工場内 (72)発明者 幸島 博起 茨城県結城市大字鹿窪1772−１ 日立化成 工業株式会社下館工場内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下記（Ａ）〜（Ｄ）成分からなる半導体封
   止用エポキシ樹脂組成物。 （Ａ）下記構造式１で表されるエポキシ樹脂を７０重量
   ％以上含有するエポキシ樹脂、 【化１】 （Ｂ）１分子中に２個以上のフェノール性水酸基を有す
   る化合物、 （Ｃ）下記構造式２で表されるリン化合物 【化２】 及び（Ｄ）エポキシ樹脂組成物総量中６０〜９５重量％
   の無機充填材。
2. 【請求項２】（Ａ）成分が下記構造式３で表されるエポ
   キシ樹脂を２〜３０重量％含有するエポキシ樹脂である
   請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 【化３】 （式中、Ｒは水素原子または炭素数１〜４の低級アルキ
   ル基を表し、ｍは０〜６の整数を示す。）
3. 【請求項３】（Ｂ）成分が下記構造式４で表される化合
   物である請求項１または２記載の半導体封止用エポキシ
   樹脂組成物。 【化４】 （式中、ｐは０〜６の整数を表す。）
4. 【請求項４】酸化若しくは非酸化型のポリオレフィン類
   を（Ａ）成分の全エポキシ樹脂１００重量部に対し、
   ０．０１〜１０重量部含有する請求項１、２又は３に記
   載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
5. 【請求項５】難燃剤としてブロム化エポキシ樹脂または
   三酸化アンチモンを含有する請求項１乃至４のいずれか
   に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
6. 【請求項６】下記式５で表される無機イオン補足剤を含
   有する請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体封止用
   エポキシ樹脂組成物。 Ｍｇ_4.5 Ａｌ₂ （ＯＨ）₁₃ＣＯ₃ ・３．５Ｈ₂ Ｏ 式５
7. 【請求項７】請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体
   封止用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。