JPH11100492A - 半導体封止用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】安全性はもちろん、半田耐熱性及び高温信頼性
に優れた半導体封止用樹脂組成物を用いて半導体装置を
提供する。 【解決手段】下記の（イ）〜（ハ）成分を含有して成る
半導体封止用樹脂組成物において、（ハ）成分の有機系
難燃剤を主成分とする難燃剤の含有率が該樹脂組成物全
体に対し１〜２０重量％である半導体封止用樹脂組成物
を用いて半導体素子を封止する。 （イ）熱硬化性樹脂。 （ロ）硬化剤 （ハ）有機系難燃剤を主成分とする難燃剤。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、難燃性、半田耐熱
性、高温信頼性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成
物及びこれを用いた半導体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】トランジスタ、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体
素子は、従来セラミックにより封止され、半導体装置化
されていたが、最近では、コスト、量産性の観点から、
エポキシ樹脂を用いた樹脂封止が主流になっている。と
ころで、半導体装置等の電子部品は、難燃性の規格であ
るＵＬ９４ Ｖ−０に適合することが必要不可欠であ
る。従来から、半導体封止用エポキシ樹脂組成物に難燃
作用を付与する方法として、臭素化エポキシ樹脂及び酸
化アンチモンを添加する方法が一般的に行われている
が、この方法を採用した半導体装置は、以下のような問
題を有している。すなわち、燃焼時に、臭化水素、臭
素、臭素化アンチモン等の有害ガスが発生したり、さら
には、高温で長時間放置すると、遊離した臭素の影響で
半導体素子のアルミニウム配線が腐食し、高温信頼性が
低下する。また、難燃剤として金属水酸化物を用いる方
法も提案されているが、この方法を採用した半導体装置
においても、以下のような問題点がある。第一の問題点
は、半導体装置を表面実装する際の半田耐熱性が低下す
るということである。すなわち、半導体装置が、半田浸
漬、赤外リフロー、ベーパーフェイズリフロー等の処理
により、高温（通常２１５〜２６０℃）に曝された時
に、金属水酸化物が保持している水分が急激に気化する
ことによって、半導体装置の膨れやクラックが発生する
という、いわゆる半田耐熱性の低下という問題が生じて
いる。第二の問題点は、１５０〜２００℃の高温環境下
での半導体素子機能が低下するという、いわゆる、高温
信頼性が低下するという点である。すなわち、発熱量の
大きい半導体素子や高温環境下で使用される半導体装置
等では、長時間の使用により金属水酸化物の脱水反応が
生起するため、高温信頼性が低下するという問題が生じ
ている。

【０００３】そこで、本出願人は、このような問題点を
解決するために、難燃剤として金属水酸化物と金属酸化
物を併用した半導体封止用熱硬化性樹脂組成物を提案
し、該樹脂組成物を用いることによって、樹脂封止した
半導体装置の安全性、半田耐熱性及び高温信頼性を向上
させた（特表平７−８０６０８５号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年の
半導体分野の技術革新に伴いより一層の半田耐熱性及び
高温信頼性の向上が望まれており、上記の金属水酸化物
と金属酸化物を併用した難燃剤を用いた半導体封止用熱
硬化性樹脂組成物でも、一部の半導体素子に対しては、
十分な信頼性が得られていない。また、難燃剤として、
金属水酸化物を用いた場合、あるいは、金属水酸化物と
金属酸化物を併用した場合は半導体封止用樹脂組成物の
成形時の流動性が低下し、半導体パッケージの形状によ
っては、成形が不可能となる場合がある。本発明は、こ
のような事情に鑑みなされたもので、難燃性、半田耐熱
性、高温信頼性、成形性および安全性に優れた半導体封
止用樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置の提供を
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明者らは、一連の研究を重ね、鋭意検討を継続
したところ、難燃剤として有機系難燃剤を主成分として
使用すると、半田耐熱性、高温信頼性だけでなく、良好
な成形性が得られることがわかり本発明に至った。

【０００６】すなわち、本発明は、下記の（イ）〜
（ハ）成分を含有して成る半導体封止用樹脂組成物であ
る。 （イ）熱硬化性樹脂。 （ロ）硬化剤。 （ハ）有機系難燃剤を主成分とする難燃剤。

【０００７】また、本発明は、上記半導体封止用樹脂組
成物を用いて半導体素子を封止して成る半導体装置であ
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を詳し
く説明する。

【０００９】本発明に係る半導体封止用樹脂組成物は、
熱硬化性樹脂（イ成分）と、硬化剤（ロ成分）と、有機
系難燃剤を主成分とする難燃剤（ハ成分）を用いて得ら
れるものであり、通常、粉末状あるいはこれを打錠した
タブレット状になっている。

【００１０】上記熱硬化性樹脂（イ成分）としては、エ
ポキシ樹脂、ポリマレイミド樹脂、不飽和ポリエステル
樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。特に、本発明に
おいてはエポキシ樹脂、ポリマレイミド樹脂を用いるこ
とが好ましい。

【００１１】上記エポキシ樹脂としては、特に限定する
ものではなく従来公知のものが用いられる。例えば、ビ
スフェノールＡ型、フェノールノボラック型、クレゾー
ルノボラック型、ビフェニル型、フェニレン型等が挙げ
られる。

【００１２】また、上記ポリマレイミド樹脂としては、
特に限定するものではなく従来公知の、１分子中に２個
以上のマレイミド基を有するものが用いられる。例え
ば、Ｎ，Ｎ’−４，４’−ジフェニルメタンビスマレイ
ミド、２，２−ビス−〔４−（４−マレイミドフェノキ
シ）フェニル〕プロパン等が挙げられる。

【００１３】上記熱硬化性樹脂（イ成分）とともに用い
られる硬化剤（ロ成分）としては、例えば、フェノール
樹脂、酸無水物、アミン化合物等従来公知のものが用い
られる。そして、上記熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂
を用いる場合、フェノール樹脂が好適に用いられる。上
記フェノール樹脂としては、フェノールノボラック樹
脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールＡ型ノ
ボラック樹脂、ナフトールノボラック樹脂およびフェノ
ールアラルキル樹脂等が挙げられる。

【００１４】また、熱硬化性樹脂としてポリマレイミド
樹脂を用いる際の硬化剤としては、特に限定するもので
なく従来公知のものが用いられる。例えば、上記エポキ
シ樹脂用硬化剤をハロゲン化アリルとアルカリの存在化
で反応させて得られるアルケニルフェノール類やアミン
類が挙げられる。

【００１５】そして、上記熱硬化性樹脂（イ成分）がエ
ポキシ樹脂であり、上記硬化剤（ロ成分）がフェノール
樹脂である場合の両者の含有割合は、上記エポキシ樹脂
中のエポキシ基１当量当たり、フェノール樹脂の水酸基
が０．７〜１．３当量となるように設定することが好ま
しく、なかでも、０．９〜１．１当量となるよう設定す
ることが特に好ましい。

【００１６】本発明においては、上記、熱硬化性樹脂
（イ成分）及び硬化剤（ロ成分）とともに、有機系難燃
剤を主成分とする難燃剤が用いられる。なお、本発明に
おいて、有機系難燃剤を主成分とする難燃剤とは有機系
難燃剤のみから成る難燃剤も含むものとする。有機系難
燃剤の難燃剤中に占める割合は９５〜１００重量％が好
ましい。また、有機系難燃剤としては、複素環化合物、
含窒素化合物、含リン化合物等が挙げられるが、特に複
素環化合物が好ましく用いられる。複素環化合物として
は例えば、メラミン（（化１）で示される）、シアヌル
酸（（化２）で示される）等のトリアジン環を有する複
素環化合物、また、イソシアヌル酸（（化３）で示され
る）、メラミンシアヌレート（（化４）で示される）等
のシアヌル酸の誘導体、ホスファゼン環を有する化合物
（例えば（化５）で示される）等が挙げられる。これら
は単独で、もしくは、２種類以上併せて用いられる。

【００１７】

【化１】

【００１８】

【化２】

【００１９】

【化３】

【００２０】

【化４】

【００２１】

【化５】

【００２２】有機系難燃剤以外の難燃剤としては、金属
酸化物、金属水酸化物等の無機系難燃剤が、難燃剤中０
〜５重量％の割合で用いられる。

【００２３】上記、有機系難燃剤を主成分とする難燃剤
の含有率は半導体封止用樹脂組成物全体の１〜２０重量
％、好ましくは、５〜１５重量％、さらに好ましくは、
９〜１５％の範囲に設定することが好ましい。すなわ
ち、この含有率が少なすぎると難燃効果に乏しく、一方
多すぎると、高温信頼性及び半田耐熱性が低下する傾向
が見られるからである。

【００２４】上記有機系難燃剤の熱分解開始温度は２６
０℃以上（通常の上限値は５００℃）であることが好ま
しい。熱分解開始温度が２６０℃未満では、本発明の半
導体封止用樹脂組成物が含有する有機系難燃剤以外の有
機成分の熱分解よりも早く有機系難燃剤の熱分解が起こ
るため難燃性が低下する。なお、有機系難燃剤の熱分解
開始温度とは、熱天秤を使用した熱重量法（大気中にて
測定）により、昇温速度１０℃／ｍｉｎで測定される値
であり、加熱減量が５ｗｔ％に達した時の温度および微
分加熱減量値（加熱減量を時間で一次微分した値、すな
わち、加熱減量速度）が０．５ｗｔ％を超えた時の温度
のいずれか低い方の温度とする。

【００２５】そして、上記有機系難燃剤を主成分とする
難燃剤を含有する半導体封止用樹脂組成物としては、つ
ぎのようにして抽出された抽出水中の塩素イオン量が上
記樹脂組成物の硬化体１ｇ当たり２００μｇ以下、好ま
しくは、１００μｇ以下であることが好ましい。すなわ
ち、樹脂組成物の硬化体５ｇと蒸留水５０ｃｃを簡易オ
ートクレーブに入れ、この簡易オートクレーブを１６０
℃の乾燥機内に２０時間放置して抽出水（ｐＨは６．０
〜８．０の範囲）を得る。そして、この抽出水をイオン
クロマト分析して塩素イオン量（ｘ）を測定する。この
塩素イオン量（ｘ）は樹脂組成物硬化体中のイオン量を
１０倍に希釈した値であるため、下記に示す式により樹
脂組成物硬化体１ｇ当たりの塩素イオン量を算出する。

【００２６】樹脂組成物硬化体１ｇ当たりの塩素イオン
量（μｇ）＝ｘ×（５０／５）

【００２７】すなわち、樹脂組成物の硬化体１ｇ当たり
に含有される塩素イオン量が２００μｇを超えて高い
と、半導体素子、リードフレーム等の腐食が発生した
り、耐湿信頼性が低下する傾向が見られるようになる。

【００２８】上記のように、塩素イオン量が上記樹脂組
成物の硬化体１ｇ当たり２００μｇ以下にするために
は、上記有機系難燃剤の塩素イオン量を１ｇ当たり５０
ｐｐｍにすることが好ましい。なお、有機系難燃剤の塩
素イオン量は、前述の樹脂組成物の硬化体中の塩素イオ
ン量の測定方法において、樹脂組成物硬化体を有機系難
燃剤に置き換えることによって求めることができる。

【００２９】本発明の半導体封止用熱硬化性樹脂組成物
には、上記（イ）〜（ハ）成分以外に、無機質充填材、
硬化促進剤、顔料、離型剤、可とう性付与剤等を必要に
応じて適宜に添加することができる。

【００３０】上記無機質充填材としては、石英ガラス粉
末、タルク、シリカ粉末、アルミナ粉末、炭酸カルシウ
ム等が挙げられる。特にシリカ粉末を用いるのが好適で
ある。このような無機質充填材の含有量は、シリカ粉末
の場合、樹脂組成物全体に対して無機質充填材と無機系
難燃剤と有機系難燃剤の総量が６０重量％以上となるよ
うに設定するのが好ましい。特に、好ましくは、７０重
量％以上（通常の上限値は９３重量％）である。すなわ
ち、無機物全体の含有率が６０重量％を下回ると難燃性
が低下する傾向が見られるからである。

【００３１】上記硬化促進剤としては、従来公知のも
の、例えば、１，８−ジアザ−ビシクロ（５，４，０）
ウンデセン−７、トリエチレンジアミン等の三級アミン
類、２−メチルイミダゾール等のイミダゾール類、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等のリン系硬化促進剤等が挙げられ
る。

【００３２】上記顔料としては、カーボンブラック、酸
化チタン等が挙げられる。

【００３３】上記離型剤としては、ポリエチレンワック
ス、パラフィンや脂肪酸エステル、脂肪酸塩等が挙げら
れる。

【００３４】さらに、上記可とう性付与剤としては、シ
ランカップリング剤等のカップリング剤、シリコーン樹
脂及びブタジエン−アクリロニトリルゴム等が挙げられ
る。

【００３５】本発明の半導体封止用樹脂組成物は、例え
ば次のようにして製造することができる。すなわち、熱
硬化性樹脂（イ成分）、硬化剤（ロ成分）、有機系難燃
剤を主成分とする難燃剤（ハ成分）ならびに必要に応じ
て他の添加剤を所定の割合で配合する。ついで、この混
合物をミキングロール機等の混練機を用いて加熱状態で
溶融混練して、これを室温に冷却する。そして、公知の
手段によって粉砕し、必要に応じて打錠するという一連
の工程によって目的とする樹脂組成物を製造することが
できる。このようにして得られる樹脂組成物を用いての
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。

【００３６】次に、実施例について比較例と併せて説明
する。

【００３７】

【実施例１〜９、比較例１〜３】表１及び表２に示す各
成分を同表に示す割合で配合し、ミキシングロール機
（温度１００℃）で３分間溶融混練を行い、冷却固化し
た後粉砕して目的とする粉末状熱硬化性樹脂組成物を得
た。なお、上記成分中、有機系難燃剤として用いたメラ
ミン、シアヌル酸およびメラミンシアヌレートの熱分解
開始温度は、それぞれ、２７０℃、３１０℃および３２
０℃であった。このように、実施例および比較例によっ
て得られた熱硬化性樹脂組成物を用い、半導体素子をト
ランスファー成形（条件：１７５℃×２分）し、１７５
℃×５時間で後硬化することにより半導体装置を得た。
この半導体装置は、８０ピンＱＦＰ（クワッドフラット
パッケージ、サイズ：２０×１４×２ｍｍ）であり、ダ
イパッドサイズは８×８ｍｍである。このようにして得
られた半導体装置について、８５℃／８５％相対湿度の
高温槽中に９６時間放置して吸湿させた後、加熱温度２
４０℃で９０秒間赤外リフローして半田耐熱性を評価し
た。また、上記半導体装置を２００℃で放置して故障率
５０％になる時間を測定する高温信頼性の評価を行っ
た。さらに、厚み１／１６インチの試験片を成形し、Ｕ
Ｌ９４ Ｖ−０規格の方法に従って難燃性を評価した。
また、樹脂組成物硬化体を粉砕したものをサンプルとし
て、前述の方法により樹脂組成物の硬化体の熱分解開始
温度を測定した。また、樹脂組成物の硬化体１ｇ当たり
の塩素イオン量を、前述の方法に従って測定した。さら
に、樹脂組成物の成形性の指標として、スパイラルフロ
ー値、フローテスター粘度を測定した。以上の結果を下
記の表３及び表４に示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【００４０】

【表３】

【００４１】

【表４】

【００４２】

【発明の効果】以上のように、本発明の半導体装置は、
有機系難燃剤を主成分とする難燃剤を含有する樹脂組成
物を用いて半導体素子が封止されている。このため、難
燃剤として金属水酸化物を使用した場合、あるいは、金
属水酸化物及び金属酸化物を併用した場合と比較すると
水分の影響が極めて少ないため半田耐熱性、高温信頼性
が向上して長寿命になる。さらに、有機系難燃剤を主成
分とする難燃剤は、金属水酸化物及び金属酸化物に比較
して、半導体封止用樹脂組成物の流動性を低下させるこ
とがないので、本発明の半導体封止用樹脂組成物はどの
ような半導体パッケージの形状においても良好な成形性
を得ることができる。また、本発明の半導体樹脂組成物
及びこれを用いた半導体装置は有害なハロゲン化合物や
三酸化アンチモンを使用せずに難燃性を付与しているの
で、安全性が非常に高く環境上無公害である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記の（イ）〜（ハ）成分を含有して成
   る半導体封止用樹脂組成物。 （イ）熱硬化性樹脂。 （ロ）硬化剤 （ハ）有機系難燃剤を主成分とする難燃剤。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体封止用樹脂組成
   物において、（ハ）成分の有機系難燃剤を主成分とする
   難燃剤の含有率が該樹脂組成物全体に対し１〜２０重量
   ％であることを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。
3. 【請求項３】有機系難燃剤が複素環化合物である請求項
   １または２に記載の半導体封止用樹脂組成物。
4. 【請求項４】有機系難燃剤の熱分解開始温度が２６０℃
   以上である請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体
   封止用樹脂組成物。
5. 【請求項５】半導体封止用樹脂組成物の硬化体の塩素イ
   オン量が硬化体１ｇ当たり２００μｇ以下である請求項
   １〜４のいずれか一項に記載の半導体封止用樹脂組成
   物。
6. 【請求項６】半導体封止用樹脂組成物の硬化体が、厚み
   １／１６インチでのＵＬ９４燃焼試験において、Ｖ−０
   相当の難燃性を示すものである請求項１〜５のいずれか
   一項に記載の半導体封止用樹脂組成物。
7. 【請求項７】請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導
   体封止用樹脂組成物を用いて半導体を封止して成る半導
   体装置。