JPH1045872A - エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体薄型パッケージの充填性に優れ、ボイ
ド発生のないパッケージを成形でき、かつ成形されたパ
ッケージの耐半田性に優れる半導体封止用エポキシ樹脂
組成物を提供すること。 【解決手段】 一般式（１）で示されるエポキシ樹脂を
総エポキシ樹脂中に３０重量％以上含むエポキシ樹脂、
１５０℃における溶融粘度が５ポイズ以下のフェノール
樹脂硬化剤、特定構造のポリシロキサン化合物、硬化促
進剤及び溶融シリカ粉末からなる半導体封止用エポキシ
樹脂組成物。 【化１】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は成形性、耐半田性に
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】ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子の封止方法
としてエポキシ樹脂のトランスファー成形による方法が
低コスト、大量生産に適した方法として採用されて久し
く、信頼性の面でもエポキシ樹脂や硬化剤であるフェノ
ール樹脂の改良により向上が図られてきた。しかし、近
年の電子機器の小型化、軽量化、高性能化の市場動向に
おいて、半導体の高集積化も年々進み、又半導体パッケ
ージの表面実装化が促進されるなかで、半導体封止用エ
ポキシ樹脂組成物（以下、樹脂組成物という）への要求
は益々厳しいものとなってきている。このため、従来か
らの樹脂組成物では解決出来ない問題点も出てきてい
る。その最大の問題点は、半導体パッケージの表面実装
の採用により、パッケージが半田浸漬、あるいはリフロ
ー工程で急激に２００℃以上の高温にさらされるために
パッケージが割れたり、チップ、リードフレーム、イン
ナーリード上の各種メッキされた接合部分、あるいはＬ
ＯＣ構造のパッケージの場合は、ポリイミドテープ接着
剤等と封止樹脂との各界面で剥離が生じて、信頼性が著
しく低下する現象である。

【０００３】更に、近年パッケージの薄型化に伴い、パ
ッケージ中に占める樹脂組成物の厚みが一段と薄くなっ
てきており、６４Ｍ，２５６ＭＤＲＡＭ用のパッケージ
は１ｍｍ厚のＴＳＯＰが主流となりつつある。これら薄
型パッケージでは樹脂組成物の成形時のパッケージ充填
性が良好で、金線変形が少なく、チップやリードフレー
ムの変形（チップシフトやダイパッドシフトと呼ぶ）の
ないことが重要であり、そのためには樹脂組成物は、成
形時に流動性に優れるていることが必要である。又成形
後のパッケージ内において気泡の残存（以下、ボイドと
いう）がないことも特に重要となる。半田処理による信
頼性不良を改良するために、樹脂組成物は低溶融粘度の
樹脂を使用し、溶融シリカ粉末の充填量を増加させるこ
とで、成形時の溶融樹脂組成物が低粘度で高流動性を維
持したまま低吸湿化、高強度化、低熱膨張化を達成し耐
半田性を向上させる手法が一般的となりつつある。エポ
キシ樹脂としては、特に常温では固体で、溶融時の粘度
が極端に低下する結晶性のエポキシ樹脂、特に代表的な
例としてはビフェニル型エポキシ樹脂が広く使用され始
めている（特開平５−１７５３６４、特開平５−３４３
５７０、特開平６−８０７６３各号公報等）。しかしな
がら、従来の結晶性エポキシ樹脂、特にビフェニル型エ
ポキシ樹脂では、成形温度での溶融粘度が低い特徴はあ
ったものの、溶融シリカ粉末を少しでも高充填化しよう
とする技術動向に対しその流動性には限界があった。更
に、その主骨格であるビフェニル構造では２官能という
官能基数の限界もあり、熱時強度、ガラス転移温度等の
硬化物特性が低いという問題点も指摘されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、薄型パッケ
ージでの充填性が良好で金線変形、チップシフトやダイ
パッドシフトの少ない、即ち、成形時に高流動性の特徴
を有し、しかも成形後のパッケージにボイド発生がな
く、更に耐半田性をはじめとする硬化物特性の良好な半
導体封止材料の開発を目的としてなされたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、（Ａ）
一般式（１）で示されるエポキシ樹脂を総エポキシ樹脂
中に３０重量％以上含むエポキシ樹脂、（Ｂ）１５０℃
における溶融粘度が５ポイズ以下のフェノール樹脂硬化
剤、特に好ましくは一般式（３）で示されるフェノール
樹脂硬化剤、（Ｃ）一般式（２）で示されるポリシロキ
サン化合物、（Ｄ）硬化促進剤、（Ｅ）溶融シリカ粉末
からなる樹脂組成物である。

【０００６】

【化４】

【０００７】

【化５】

【０００８】

【化６】 （ｍ≧０、ｎ≧０、かつｍ＋ｎ≧０）

【０００９】以下に本発明を詳細に説明する。本発明に
用いられる一般式（１）のエポキシ樹脂は、通常スチル
ベン構造型エポキシ樹脂と呼ばれ、既に多くの研究が以
前よりなされ、報文も数多く発表されている。この構造
は剛直な平面ないし棒状構造を有していることで、分子
同士が配向しやすいため液晶や液晶性高分子の代表的構
造である。この構造のエポキシ樹脂を用いた樹脂組成物
は、硬化後、エポキシ樹脂の剛直な分子骨格及びその分
子同士の配向性に由来する熱時高強度、低吸湿率性を有
し、このため、耐半田性に優れる特徴がある。更に、せ
ん断応力によって分子が配向しやすいことから、低圧ト
ランスファー成形においても樹脂組成物の流動性が高
く、薄型パッケージへの充填性に優れる。

【００１０】一般式（１）で示されるエポキシ樹脂の具
体例としては、以下のものが挙げられるが、これらに限
るものでない。

【化７】 本発明のエポキシ樹脂と併用可能なエポキシ樹脂とは、
エポキシ基を有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全
般を指し、例えば、ビスフェノールＡ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、ナフタレ
ン型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹
脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール類のエポキシ
化樹脂等が挙げられるが、特に耐半田性に優れる樹脂組
成物を得るためには、ビフェノールジグリシジルエーテ
ル、テトラメチルビフェノールジグリシジルエーテル、
ハイドロキノンジグリシジルエーテル、テトラメチルビ
スフェノールＦジグリシジルエーテル等に代表される室
温で結晶性を示すエポキシ樹脂が好適である。又、これ
らのエポキシ樹脂は、単独もしくは混合して用いても差
し支えない。本発明のエポキシ樹脂の使用割合は、総エ
ポキシ樹脂中の３０重量％以上が望ましい。３０重量％
未満では、この結晶性エポキシの特徴である成形時の高
流動性という特徴が発現しない。

【００１１】本発明で用いられるフェノール樹脂硬化剤
は、１５０℃での溶融粘度が５ポイズ以下であることを
特徴とする。１５０℃での溶融粘度が５ポイズを越える
と、得られる樹脂組成物の溶融粘度が上昇するために成
形時の流動性が低下し、金型内の成形品の未充填や金線
変形、リードフレーム変形（いわゆるパッドシフト）が
発生する。フェノール樹脂の１５０℃での溶融粘度の測
定方法としては、ＩＣＩコーンプレート粘度計が簡便で
あり、かつ一般的である。フェノール樹脂硬化剤として
は、エポキシ樹脂と硬化反応を行い架橋構造を形成する
ことができるフェノール性水酸基を有するモノマー、オ
リゴマー、ポリマー全般を指し、具体的には、フェノー
ルノボラック樹脂、キシリレン変性フェノール樹脂、テ
ルペン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性
フェノール樹脂、ビスフェノールＡ、トリフェノールメ
タン等が例示されるが、これらに限定されるものではな
い。これらのフェノール樹脂硬化剤も単独もしくは併用
で用いることが可能である。又、各種フェノール樹脂硬
化剤を併用した場合の１５０℃で５ポイズ以下という溶
融粘度は、それぞれ単独のフェノール樹脂の溶融粘度の
数値を示すものでなく、使用した全てのフェノール樹脂
の溶融混合物の溶融粘度を指す。

【００１２】しかし、樹脂組成物の耐半田性の観点から
特に効果のあるフェノール樹脂硬化剤としては、一般式
（２）で示されるキシリレン変性フェノール樹脂が好適
である。このフェノール樹脂は、通常はフェノールとｐ
−キシリレングリコールジメチルエーテル、或いはｍ−
キシリレングリコールジメチルエーテルとの重縮合反応
により合成される。この構造は低吸湿性、熱時の低弾性
率化、リードフレーム、チップ等の基材との高密着性を
有するため、吸湿した水分が半田処理により気化した際
に発生する応力を低減し、パッケージクラック発生の防
止効果が大きい。更に、一般式（２）の構造中のｐ−キ
シリレン骨格に対するｍ−キシリレン骨格の割合が増加
するにつれ、樹脂組成物の熱時強度が向上する特徴があ
り、より耐半田性に優れる傾向にある。

【００１３】本発明で用いられるポリシロキサンは、一
般式（１）で示されるエポキシ樹脂との組み合わせで、
特に優れた効果を有する成分である。前述したように一
般式（１）で示されるエポキシ樹脂は、その配向性の高
さに由来する高流動性及び硬化後の熱時高強度、低吸水
性に特徴がある。しかし、その配向性の高さに起因し
て、他の成分と加熱混練された樹脂組成物中においても
容易に部分的に結晶化し、不均一化する傾向が強い。こ
の部分的結晶化は加熱混練後の冷却工程及び低温での保
存状態で起こっており、単に結晶の融点以上の温度で他
の成分と加熱混練するだけでは防止することができな
い。この結晶化した部分は成形温度で容易に融解し、不
均一な液状エポキシドメインを形成する。このため、急
激な体積変化によるボイドの発生、あるいは成形時に未
反応エポキシ樹脂成分がバリとなり易いなど、成形性低
下を引き起こす。これらを防止する手段としては、エポ
キシ樹脂が溶融した状態でエポキシ樹脂中に一部相溶
し、かつ一部は非相溶性の界面活性作用を有するポリシ
ロキサンを添加することが効果的である。このポリシロ
キサン成分は、エポキシ樹脂とエポキシ樹脂以外の樹脂
成分や無機質充填材との親和性を向上させると共に、エ
ポキシ樹脂の結晶化を阻害する効果を有すものと考えら
れる。

【００１４】ポリシロキサン化合物中の主骨格であるＳ
ｉ−Ｏ−Ｓｉ結合は、エポキシ樹脂との相溶性がない
が、式（２）中のポリエーテル結合あるいはポリカプロ
ラクトン結合及び／又は有機官能基は、エポキシ樹脂と
の相溶性がある。式（３）のポリシロキサンの重合度
（ｌ＋ｍ＋ｎ）は、５〜５００が好ましく、５未満では
エポキシ樹脂との相溶性がよすぎるため、界面活性効果
が得られず、無機質充填材との親和性が向上しないう
え、耐熱性の低下を起こし、又５００を越えると相溶性
に劣るため成形時にブリードして、金型汚れの原因とな
る。又ポリシロキサン中の有機官能基単位の数（ｌ）は
３０以下が好ましく、これを越えると樹脂組成物の成形
時の流動性が低下する。有機官能基としては、グリシジ
ル基、シクロヘキセンオキサイド基、カルボキシル基、
アミノ基が挙げられる。ポリシロキサン中のポリエーテ
ル結合又はポリカプロラクトン結合単位の数（ｍ）は１
００以下が好ましく、これを越えると耐湿性低下の原因
となる。（ｌ＋ｍ）は１以上が必要であり、又上記理由
から１３０以下が好ましい。更に、ポリエーテルの繰り
返し単位及びポリカプロラクトンの繰り返し単位は３０
０以下が好ましい。３００を越えると粘度上昇が著し
く、成形性を低下させると共に、耐湿性も低下する。

【００１５】本発明で用いられる硬化促進剤としては、
前記エポキシ樹脂とフェノール樹脂硬化剤との架橋反応
の触媒となりうるものを指し、具体的には１，８−ジア
ザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７等のアミジン
系化合物、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホ
スフォニウム・テトラフェニルボレート塩等の有機リン
系化合物、２−メチルイミダゾール等のイミダゾール化
合物等が例示できるがこれらに限定されるものではな
い。これらの硬化促進剤は単独であっても混合して用い
ても差し支えない。

【００１６】本発明で用いられる溶融シリカ粉末は、破
砕状、球状のいずれでも使用可能であるが、溶融シリカ
粉末の含有量を高め、かつ樹脂組成物の溶融粘度の上昇
を抑えるためには、球状シリカを主に用いる方が好まし
い。更に球状シリカの配合量を高めるためには、球状シ
リカの粒度分布をより広くとるよう調整することが望ま
しい。溶融シリカ粉末の配合量は、成形性と耐半田性と
のバランスから総樹脂組成物中に７６〜９４重量％含有
することが望ましい。溶融シリカの配合量が、７６重量
％未満であると耐半田性が不十分であり、９４重量％を
越えると低粘度の樹脂を用いても樹脂組成物の成形時の
流動性が低下して、金型内の成形品の未充填や金線変
形、チップシフト、ダイパッドシフトが発生する。本発
明の樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｅ）までの必須成分以外
にも必要に応じて臭素化エポキシ樹脂、三酸化アンチモ
ン等の難燃剤、カップリング剤、カーボンブラックに代
表される着色剤、天然ワックス及び合成ワックス等の離
型剤等が適宜配合可能である。樹脂組成物とするには各
成分を混合後、加熱ニーダや熱ロールにより加熱混練
し、続いて冷却、粉砕することで目的とする樹脂組成物
が得られる。

【００１７】以下、本発明を実施例で具体的に説明す
る。 実施例１ 前記式（５）で示されるエポキシ樹脂（融点１２４℃） ３．８重量部

【００１８】 式（７−１）で示されるキシリレン変性フェノール樹脂（但し、ｍは１以上の 混合品であり、ｍ≧６成分の存在は３２％である）（１５０℃の溶融粘度２．８ ポイズ、水酸基当量１７０） ４．２重量部

【化８】

【００１９】 式（８）で示されるポリシロキサン ０．５重量部

【化９】

【００２０】 トリフェニルホスフィン ０．２重量部 球状溶融シリカ ８８．０重量部 γーグリシドキシプロピルトリメトキシシラン ０．５重量部 三酸化アンチモン １ 重量部 臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂 １ 重量部 カルナバワックス ０．５重量部 カーボンブラック ０．３重量部 上記の全成分をミキサーにより混合した後、表面温度が
９０℃と４５℃の２本ロールを用いて３０回混練し、得
られた混練物シートを冷却後粉砕して、樹脂組成物とし
た。得られた樹脂組成物の特性を以下の方法で評価をし
た。評価結果を表１に示す。

【００２１】評価方法 スパイラルフロー：ＥＭＭＩ−１−６６に準じたスパイ
ラルフロー測定用の金型を用いて、金型温１７５℃、注
入圧力７０ｋｇ／ｃｍ²、硬化時間２分で測定した。 耐半田性：１００ピンＴＱＦＰパッケージ（パッケージ
サイズは，１４×１４ｍｍ、厚み１．４ｍｍ，シリコン
チップはサイズ８．０×８．０ｍｍ、リードフレームは
鉄／ニッケル合金（４２アロイ）、チップとインナーリ
ードとの間には５μｍ長の金線をボンディングしてい
る）を１７５℃の金型温度、７５ｋｇ／ｃｍ²の射出圧
力で２分間トランスファー成形を行い、１７５℃で８時
間で、後硬化した。成形品パッケージを８５℃、相対湿
度８５％の環境下で１６８時間放置し、その後２４０℃
の半田槽に１０秒間浸漬した。顕微鏡でパッケージを観
察し、外部クラック数をクラック発生パッケージ数 ／
全パッケージ数の％表示で表した。 ボイド：耐半田性評価で成形した１００ピンＴＱＦＰパ
ッケージ中に存在するボイドの数を超音波探傷装置を用
いて観察した。１パッケージ中のボイドの数を表した。 金線変形量：耐半田性評価で成形した１００ピンＴＱＦ
Ｐパッケージを軟Ｘ線透視装置で観察し、金線の変形率
を流れ量／金線長で％表示した。 熱時強度：２４０℃での曲げ強さをＪＩＳ−Ｋ６９１１
の試験条件により測定した。 吸湿率：５０ｍｍφ、２ｍｍ厚の成形円盤を８５℃，相
対湿度８５％の環境下に１６８時間放置後 の重量増加
率により吸湿率を算出した。

【００２２】実施例２〜４、比較例１〜４ 実施例１の配合に替えて、表１に示す割合で各成分を配
合し、実施例１と同様に混合、混練して樹脂組成物を得
た。実施例１と同様に評価を行った。評価結果を表１に
示す。なお、表１に示すエポキシ樹脂（４）は、前述の
式（４）と同一のものであり、融点は１４６℃である。
フェノール樹脂（７−２）、（９）及びポリシロキサン
（１０）、（１１）、（１２）、（１３）の構造を下記
に示す。

【００２３】

【化１０】 （但し、ｍは１以上の混合品であり、ｍ≧６成分の存在
割合は６０％である。１５０℃での溶融粘度７．８ポイ
ズ、水酸基当量１６８）

【００２４】

【化１１】 （但し、重量比でｍ／ｎ＝３／１、ｍ＋ｎは１以上混合
品であり、ｍ＋ｎ≧６成分の存在割合は４０％である。
１５０℃の溶融粘度３．３ポイズ、水酸基当量１７０）

【００２５】

【化１２】

【００２６】

【表１】

【００２７】

【発明の効果】本発明の樹脂組成物は、薄型パッケージ
においても充填性に優れ、かつボイドが皆無の成形品を
得ることができる。更に、本発明の樹脂組成物で封止さ
れた半導体パッケージは、熱時強度、低吸湿性に優れる
ために耐半田性に優れている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 23/31

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）一般式（１）で示されるエポキシ
   樹脂を総エポキシ樹脂中に３０重量％以上含むエポキシ
   樹脂、（Ｂ）１５０℃における溶融粘度が５ポイズ以下
   のフェノール樹脂硬化剤、（Ｃ）一般式（２）で示され
   るポリシロキサン化合物、（Ｄ）硬化促進剤、（Ｅ）溶
   融シリカ粉末からなる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】 【化２】
2. 【請求項２】 １５０℃における溶融粘度が５ポイズ以
   下のフェノール樹脂硬化剤が、一般式（３）で示される
   フェノール樹脂硬化剤である請求項１記載の半導体封止
   用エポキシ樹脂組成物。 【化３】 （ｍ≧０、ｎ≧０、かつｍ＋ｎ≧０）