JPH1060228A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外部ボイドの発生を少なく、かつ各種金属成
分との密着性を向上させることにより、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を提供する
ものである。 【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、無機充填材及び下記式で示されるシリコー
ンオイル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、内部及び外部ボイ
ドが少なく、かつ耐半田クラック性、耐湿信頼性に優れ
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本体を機械的、化学的作用から保護
するために、エポキシ樹脂系半導体封止用樹脂組成物が
開発、生産されてきた。ＩＣに必要な特性を満足させる
ために、半導体封止用樹脂組成物には各種の性能が要求
されている。近年の要求項目としては、耐半田クラック
特性の向上がある。耐半田クラック特性を向上させるた
めに半導体封止用樹脂組成物の吸水率を低減する必要が
あるが、そのためには無機充填材の配合量を従来以上に
増加させる必要がある。配合量が多すぎると、封止用樹
脂に均一に分散できず、成形時にボイドが多発するとい
う現象が生じる。発生するボイドを低減するために、粘
度が高い樹脂を用いたり、無機充填材の粒度分布を変更
するなど、各種の手法が試みられた。ボイドの低減に効
果のあるものとして、ポリエチレンオキサイドとポリプ
ロピレンオキサイドのブロックコポリマーをシリコーン
主鎖にグラフト又はブロック共重合させた構造のシリコ
ーンオイルの添加が挙げられる（特公平２−３６１４８
号公報）。しかし、この手法は現在の表面実装材に適用
した場合、ボイド低減効果が十分には発現しなかった。
更に、これらのシリコーンオイルの添加によって、耐半
田クラック性の低下、特に各種金属との密着性が低下す
ることも問題であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の欠点
を解決するために鋭意研究をした結果、成形時の流動中
の樹脂が不均一である場合、流動先端は非常に不均一と
なり空隙ができ易く、ボイドが多発することに注目し、
内部、外部ボイドの発生を少なくすることの可能な半導
体封止用樹脂組成物の開発を目的とするものであり、同
時に、各種金属成分との密着性を向上させることによ
り、耐半田クラック性に優れた半導体封止用エポキシ樹
脂組成物を提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、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、
及び下記式で示されるシリコーンオイルからなり、全樹
脂組成物中のシリコーンオイルの量が０．０２〜４重量
％であることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組
成物である。

【化２】

【０００５】

【発明の実施の形態】以下に各成分について説明する。
本発明で用いられるエポキシ樹脂は、分子中に２個以上
のエポキシ基を有するものならば特に限定するものでは
ないが、好ましいものとしては、例えば、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、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフ
ェニル型エポキシ樹脂、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、スチルベン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエ
ン型エポキシ樹脂、イミド変性エポキシ樹脂、更にこれ
らのシリコーン変性物等が挙げられ、これらは単独でも
混合して用いても差し支えない。エポキシ当量や軟化点
に関しても特に限定するものではない。

【０００６】本発明で用いられるフェノール樹脂硬化剤
は、分子中に水酸基を有するものならば特に限定するも
のではないが、好ましいものとしては、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、パラキシリレン
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、テルペン変性フェノール樹脂、イミド変性フェ
ノール樹脂、更にこれらのシリコーン変性物等が挙げら
れ、これらは単独でも混合して用いても差し支えない。
更に水酸基当量や軟化点に関しても特に限定するもので
はない。全樹脂組成物中のエポキシ樹脂とフェノール樹
脂の合計量は５〜３５重量％が好ましい。５重量％未満
だと成形時の流動性が劣り、３５重量％を越えると耐半
田クラック性が劣る。

【０００７】本発明に用いられる硬化促進剤は、エポキ
シ基と水酸基の硬化反応を促進させるものならばよく、
一般に半導体封止用樹脂組成物に使用されているものを
広く利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フォニウム・テトラフェ
ニルボレート、ベンジルジメチルアミン、２−メチルイ
ミダゾール、テトラフェニルホスフォニウム・テトラ安
息酸ボレート、テトラフェニルホスフォニウム・テトラ
ナフトエ酸ボレート等が挙げられ、単独でも混合して用
いても差し支えない。全樹脂組成物中の硬化促進剤量
は、０．０１〜１重量％が好ましい。０．０１重量％未
満だと硬化不充分で、１重量％を越えると硬化が速すぎ
て充分な流動性が得られない。

【０００８】本発明で用いられる無機充填材としては、
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、アルミナ等が挙げられ、特に半導体
封止用樹脂組成物の流動性の向上の点から、球状シリカ
粉末が望ましい。球状シリカ粉末の形状は、流動性改善
のために、粒子自体の形状は限りなく真球状であること
が望ましく、更に粒度分布がブロードで有ることが望ま
しい。全樹脂組成物中の無機充填材量は、６５〜９３重
量％が好ましい。６５未満だと耐半田性が劣り、９３重
量％を越えると充分な流動性がが得られない。

【０００９】本発明に用いられ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。通常、シリコーンオイルはポリジメチルシ
ロキサンをその基本骨格としているが、本発明に用いら
れるシリコーンオイルはこれとは異なり、主鎖のＳｉＯ
単位のＲ（フェニル、フェネチル、エポキシ、メルカプ
ト、アルコキシ）が結合しており、従来のポリジメチル
シロキサンとは著しく異なる特性を有している。従来の
ポリジメチルシロキサンの場合、シリコーンオイル分子
はαヘリックス状態、即ち螺旋状態で熱的に安定してい
るので、シリコーンオイル分子は表面にメチル基を有し
ており、疎水性で表面張力の小さい構造を有している。
しかし本発明に用いられるシリコーンオイルは、ＳｉＯ
単位のうち８０モル％以上にメチル基以外の官能基のＲ
が結合しているために、オイル分子は螺旋構造が取れ
ず、分子の表面にはメチル基以外のＲやＳｉＯが露出し
た状態になる。その為に本発明に用いられるシリコーン
オイルは、シリコーンオイルの特徴である疎水性を有し
ている上に、ＳｉＯ単位による親水性を有し、更に官能
基Ｒのためにエポキシ樹脂及び各種金属に対する親和性
や反応性を有しているという大きな特徴がある。

【００１０】本発明のシリコーンオイルは、親水、疎水
の両方を有した両親媒性のため、界面活性効果を有し、
無機充填材と樹脂を均一分散できるので、成形時のボイ
ドが低減できる。各種金属に対する親和性が有るため
に、ＩＣパッケージ内部で各種金属（４２合金、銅、Ａ
ｇ，Ａｕ）と良好に密着し、耐半田クラック特性が向上
する。

【００１１】本発明に用いられるシリコーンオイル中の
官能基Ｒは、フェニル基、フェネチル基、エポキシ基、
脂環式エポキシ基、メルカプト基、アルコキシ基のいず
れかである。これら官能基は、同一でも、異なっていて
もよい。ｎは２〜３００である。２未満では粘度が低す
ぎて揮発しやすく成形品のボイドの数が増える。３００
を越えると封止用樹脂との相溶性が低下し、ボイドの低
減と耐半田クラック性の向上の両方の効果が発現しな
い。また、ｍは、０以上である。ただし、ｍ／（ｍ＋
ｎ）は０．２以下である必要がある。ｍ＝０、即ちジメ
チルシロキサンユニットは存在しなくても問題ない。更
に、ｍ／（ｍ＋ｎ）が０．２を越えると、従来のポリジ
メチルシロキサンの特徴がでてきて基材に対する密着力
の低下のため耐半田クラック性が低下するので好ましく
ない。

【００１２】本発明で使用するシリコーンオイルの添加
量は特には限定しないが、全樹脂組成物１００重量％中
の０．０２〜４重量％が好ましい。０．０２重量％未満
ではシリコーンオイルの効果がなく、成形品のボイドが
低減しない。４重量％を越えると、成形品の機械的強度
が低下して耐半田性が低下する。更に本発明で使用する
シリコーンオイルは、他のシリコーンオイルと併用して
も問題ない。但し併用するシリコーンオイルは、全シリ
コーンオイル中３０％重量以下好ましい。３０重量％を
越えると、耐半田クラック性やボイド特性が低減する。

【００１３】本発明の半導体封止用樹脂組成物には、必
要に応じてカーボンブラック等の着色剤、ブロム化エポ
キシ樹脂、三酸化アンチモン等の難燃剤、γ−グリシド
キシプロピルトリメトキシシラン等のカップリング剤、
ゴム等の低応力成分、カルナバワックス等のワックス成
分を添加することができる。本発明の半導体封止用樹脂
組成物は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、硬化
促進剤、シリコーンオイル、無機充填材、その他添加剤
をミキサーにて常温混合し、ロール、押し出し機等の混
練機にて混練し、冷却後粉砕し成形材料とする。

【００１４】以下本発明を実施例にて具体的に説明す
る。 《実施例１》 下記組成物 ビフェニル型エポキシ樹脂（Ｅ−１） １０．５重量部 フエノールノボラック樹脂（Ｈ−１） ７．３重量部 球状シリカ（平均粒径１５μｍ） ８０．０重量部 1,8-ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン-7 ０．２重量部 カーボンブラック ０．２重量部 カルナバワックス ０．２重量部 臭素化フェノールノボラック型エポキシ樹脂 ０．５重量部 三酸化アンチモン ０．４重量部 γ−グリシドキシトリメトキシシラン ０．２重量部 シリコーンオイル（Ｓ−１） ０．５重量部 を、ミキサーにて常温混合し、１００℃で二軸ロールに
て混練し、冷却後粉砕し成形材料とし、得られた材料を
ドライエアーで乾燥させて材料化を完了させた。成形材
料のボイドの有無、耐半田クラック性の評価を行った。
その結果を表１に示す。

【００１５】《評価方法》 ・ボイドの評価：１６０ｐＱＦＰ（２８×２８ｍｍの１
６０ｐＱＦＰ）を成形温度；１７５℃、注入時間；１５
秒、硬化時間；１２０秒（注入時間を含む）、予熱時
間；８０℃の条件で成形し、成形品の内部ボイドの数を
超音波探傷機により確認した。４パッケージ中の外部お
よび内部のボイド数（０．５ｍｍφ以上のサイズのも
の）を合計し、１パッケージ当たりに換算してボイド数
とする。 ・耐半田クラック性評価：８０ｐＱＦＰ（厚さ１．５ｍ
ｍ）を成形し、ポストキュア後、恒温恒室槽中で８５℃
／８５％で１６８時間処理する。処理直後、ＩＲリフロ
ー炉によって２４０℃、１０秒の処理を行い、リフロー
処理の後、超音波探傷機を利用してパッケージの内部の
剥離状況を観察する。８パッケージ中に何パッケージに
剥離が発生しているかを評価する。半田後の剥離パッケ
ージ数とする。

【００１６】《実施例２〜１２》シリコーンオイルの種
類［（Ｓ−２）〜（Ｓ−１２）］を代えた以外は実施例
１と同一の配合割合で成形材料を得、同様に評価した。
その結果を表１に示す。 《実施例１３〜１５、比較例１〜３》実施例１５はシリ
コーンオイル（Ｓ−１）とシリコーンオイル（Ｓ−１
５）を併用し、実施例１３、１４及び比較例１〜３はシ
リコーンオイル（Ｓ−１）の添加量を代えた以外は、実
施例１と同一の配合割合で成形材料を得、同様に評価し
た。但し、シリコーンオイルを増減した分は球状シリカ
を増減して調節した。その結果を表２に示す。 《実施例１６〜２０》エポキシ樹脂の種類［（Ｅ−１）
〜（Ｅ−５）］及びフェノール樹脂硬化剤の種類［（Ｈ
−１）〜（Ｈ−３）］を使用し、［エポキシ樹脂＋フェ
ノール樹脂硬化剤］ＮＯ添加量が１７．８重量部になる
ようにした以外は実施例１と同一の配合割合で成形材料
を得、同様に評価した。その結果を表２に示す。 《比較例４〜７》本発明で使用するシリコーンオイル以
外のシリコーンオイル［（Ｓ−１３）〜（Ｓ−１６）］
を使用した以外は、実施例１と同一の配合割合で成形材
料を得、同様に評価した。その結果を表２に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】実施例及び比較例で使用したシリコーンオ
イル、エポキシ樹脂及びフェノール樹脂硬化剤の種類は
下記のとおりである。

【化３】

【００２０】

【化４】

【００２１】

【化５】

【００２２】

【化６】

【００２３】

【化７】

【００２４】

【化８】

【００２５】

【化９】

【００２６】

【発明の効果】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成
物を用いて半導体素子を封止することにより、ボイドが
少なく、信頼性が高く、かつ耐半田クラック性に優れた
半導体装置を得ることができる。従って、ドライパック
が不要となり工数削減、コスト削減に大きな効果があ
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 Ｃ０８Ｋ 3/00 ＮＫＴ Ｃ０８Ｋ 3/00 ＮＫＴ Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、
   硬化促進剤、無機充填剤、及び下記式で示されるシリコ
   ーンオイルからなり、全樹脂組成物中のシリコーンオイ
   ルの量が０．０２〜４重量％であ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】