JPH11106608A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボイドが少なく、反りが少なく、耐半田クラ
ックに優れた信頼性の高い半導体装置を得ることのでき
るエポキシ樹脂組成物を提供すること。 【解決手段】 式（１）に示されるエポキシ樹脂、式
（２）に示されるフェノール樹脂硬化剤、硬化促進剤、
及び無機充填材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】 ［式（１）のＲ₁、Ｒ₂は水素原子、メチル基、エチル
基、ターシャリブチル基から選ばれ、同一でも異なって
いてもよい。ｎは１以上の整数を示す。］ 【化２】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パッケージの反り
が小さく、高信頼性のボール・グリッド・アレイ用に適
した半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びそれによって
封止された半導体装置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。近年、開発された特殊
なパッケージとして、ボール・グリッド・アレイ（以
下、ＢＧＡという）がある。このＢＧＡは、回路基板上
に半導体素子を直接搭載し、その上をエポキシ樹脂組成
物（以下、樹脂組成物という）で封止した構造となって
いる。半導体素子が搭載されている回路基板の裏面の半
田ボールを経由して、マザーボードに実装されるもので
ある。このパッケージは、ピン数の多い素子を容易にマ
ザーボードに実装できるために生産量が非常に増加しつ
つある。このパッケージは、いわゆるバイメタル構造を
しており、大きな反りが発生し易い。この反りを低減さ
せるための樹脂組成物が種々検討されているが、いずれ
も反りを完全に解決できてはいない。例えば、ＢＧＡの
反りを低減させるため、ガラス転移温度（以下、Ｔｇと
いう）の高い樹脂系が有効であることが特開平１−１５
８７５５号公報に開示されている。しかし、この公報に
開示されているＴｇが高い樹脂系を用いても、反り低減
には未だ不十分であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、パッケージ
の反りが小さく、高信頼性のＢＧＡ用に適した半導体封
止用エポキシ樹脂組成物及びそれによって封止された半
導体装置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、（Ａ）式
（１）に示されるエポキシ樹脂、（Ｂ）式（２）に示さ
れるフェノール樹脂硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤、及び
（Ｄ）無機充填材からなる半導体封止用エポキシ樹脂組
成物であり、好ましくは硬化促進剤が、１，８−ジアザ
ビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７及び／又は式
（３）で示される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であり、更には前記記載
のエポキシ樹脂組成物に（Ｅ）式（４）又は式（５）で
示されるシランカップリング剤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である。又更にはそ
れらのエポキシ樹脂組成物によって半導体素子が封止さ
れていることを特徴とする半導体装置である。

【０００５】

【化５】 ［式（１）のＲ₁、Ｒ₂は水素原子、メチル基、エチル
基、ターシャリブチル基から選ばれ、同一でも異なって
いてもよい。ｎは１以上の整数を示す。］

【０００６】

【化６】 ［式（２）のｍ，ｎは１以上の整数を示す。］

【０００７】

【化７】

【０００８】

【化８】 ［式（４）及び式（５）のＲは、メチル基又はエチル
基。］

【０００９】

【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は、式（１）で示され
ているように、−ＣＨ−に連結しているベンゼン環に結
合したグリシジルエーテル基が、オルソ位に存在してい
ることにより、前述した公開公報に開示されている樹脂
に較べ、硬化物の硬化収縮率が若干小さくなり、ＢＧＡ
の反りが小さくなることが判明した。理由は定かではな
いが、グリシジルエーテル基がオルソ位に存在している
ことによる立体障害のために、エポキシ樹脂の骨格は大
幅に自由度が制限されて剛直になり、硬化収縮率が小さ
くなると推定される。なお硬化物の硬化収縮率には差が
あるが、ガラス転移温度（Ｔｇ）はほぼ同じである。

【００１０】式（１）で示されるエポキシ樹脂には、種
々の構造が包含されるが、これらは単独でも混合して用
いてもよい。又、式（１）で示されるエポキシ樹脂の特
性を損なわない範囲内で、他のエポキシ樹脂と併用して
もかまわない。併用するエポキシ樹脂としては、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、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、
ビフェニル型エポキシ樹脂、式（１）以外のアルキル変
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、ビスフェノール型エポキシ樹脂等が挙げ
られる。本発明で用いられるエポキシ樹脂は、耐湿信頼
性向上のため塩素イオンやナトリウムイオン等のイオン
性不純物は極力少ないことが望ましい。

【００１１】本発明で用いられるフェノール樹脂硬化剤
は、式（２）で示されるものであり、Ｔｇが高いので、
他の硬化剤を使用した場合に較べ、硬化物の硬化収縮率
が低減し、ＢＧＡの反りも小さくなる。式（２）で示さ
れるフェノール樹脂の特性を損なわない範囲内で、他の
フェノール樹脂と併用してもかまわない。併用するフェ
ノール樹脂としては、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、キシリレン変性フェノール樹脂等
が挙げられる。本発明で用いられるフェノール樹脂硬化
剤は、耐湿信頼性向上のため塩素イオンやナトリウムイ
オン等のイオン性不純物は極力少ないことが望ましい。

【００１２】本発明で用いられる硬化促進剤としては、
エポキシ基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用いられるもの
を広く使用できる。より好ましいのは、１，８−ジアザ
ビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、及び前記式
（３）で示される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である。１，８−ジアザ
ビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７は、各種基材に
対する接着性の向上のために有効であり、更に式（３）
の硬化促進剤は、樹脂組成物の常温保管特性を大幅に向
上させる効果がある。これらの硬化促進剤は、単独でも
混合して用いてもかまわない。又、必要に応じて他の硬
化促進剤と併用することもできる。併用する硬化促進剤
としては、例えば、トリフェニルホスフィン、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
フェニルボレート等が挙げられる。

【００１３】本発明で用いられる無機充填材は、例え
ば、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、無機充填材の形状と
しては、破砕状でも球状でもかまわないが、流動特性、
機械強度及び熱的特性のバランスを考慮すると球状溶融
シリカ粉末が好ましい。これらの無機充填材は単独でも
混合して用いてもよい。更に、シランカップリング剤等
で予め表面処理したものを用いてもよい。

【００１４】本発明で用いられるシランカップリング剤
は、式（４）、式（５）で示され、無機充填材と有機物
の両方に反応性を有するものである。これらのシランカ
ップリング剤は、半導体を搭載する基板と樹脂組成物と
の接着界面に作用し、接着力を向上させ、耐半田性等の
信頼性を向上させる効果がある。これらのシランカップ
リング剤は、単独でも混合して用いてもよい。更に、必
要に応じて他のカップリング剤を併用することもでき
る。又、添加方法については、特に限定しない。

【００１５】本発明の樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）、
又は（Ａ）〜（Ｅ）成分の他、必要に応じてカーボンブ
ラック等の着色剤、臭素化エポキシ樹脂や酸化アンチモ
ン等の難燃剤、各種離型剤、シリコーンオイルを適宜配
合しても差し支えない。本発明の樹脂組成物は、例え
ば、全ての配合原料をミキサー等を用いて十分に均一混
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。この樹脂組成物
は、特にＢＧＡの被覆に適用することができる。本発明
のエポキシ樹脂組成物を用いて、半導体等の電子部品を
封止し、半導体装置を製造するには、トランスファーモ
ールド、コンプレッションモールド、インジェクション
モールド等の従来からの成形方法で硬化成形をすればよ
い。

【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》 ・エポキシ樹脂（Ｅ−１） １０．１重量部 ・フェノール樹脂（Ｈ−１） ６．９重量部 ・１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（以下、ＤＢＵという ） ０．２重量部 ・球状シリカ（平均粒径１５μｍ） ８０．０重量部 ・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 をミキサーを用いて常温で混合し、５０〜１３０℃で二
軸ロールを用いて混練し、冷却後粉砕し、タブレット化
して樹脂組成物を得た。この樹脂組成物を以下の方法で
評価した。結果を表１に示す。

【００１７】《評価方法》 ・ＢＧＡの反り量：低圧トランスファー成形機を用いて
２２５ピンＢＧＡの成形を行った。成形温度１７５℃、
圧力７０ｋｇ／ｃｍ² 、硬化時間２分で成形し、１７５
℃で８時間のポストキュアを行い、測定用サンプルとし
た。使用したＢＧＡ基板は、ビスマレイミドトリアジン
樹脂を用いた基板で、基板のサイズは２７×２７×０．
３６ｍｍ、実装するＩＣチップは９×９×０．３５ｍ
ｍ、測定用サンプルの成形品の大きさは２４×２４×
１．１８ｍｍ。半田ボール実装前の成形品を利用して反
りを測定した。サンプルの反り量を表面粗さ計［東京精
密(株)製］を用いて常温で測定した。測定位置は正方形
のパッケージの対角線とした。 ・硬化収縮率：直径５０ｍｍの円盤を成形し、以下の方
法で硬化収縮率を測定した。 硬化収縮率（％）＝｛（ｒ₁−ｒ₂）／ｒ₁×１００｝−
Ｃs ｒ₁：１７５℃における金型の内径（ｍｍ） ｒ₂：上記の金型で成形し、ポストキュア後、常温に戻
したときの円盤の外径（ｍｍ） Ｃs：樹脂組成物の成形品をセイコー電子(株)製熱機械
分析装置ＴＭＡ１２０を用いて測定した２５〜１７５℃
の温度域での熱膨張率（％）

【００１７】《実施例２〜１２、比較例１〜６》表１、
２に示した配合（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
重量部は表では省略した。）で、実施例１と同様に樹脂
組成物を作製し、実施例１と同様にして評価した。硬化
促進剤のＣＡは、［ＤＢＵ］／［式（Ｈ−２）のフェノ
ールノボラック樹脂］＝２／８（重量比）の溶融混合物
である。実施例及び比較例で用いたエポキシ樹脂、フェ
ノール樹脂硬化剤、及びシランカップリング剤の構造式
を以下に示す。

【００１８】

【化９】

【００１９】

【化１０】

【００２０】

【化１１】

【００１９】

【化１２】

【００２０】

【化１３】

【００２１】

【化１４】

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】

【表３】

【００２５】

【発明の効果】本発明のエポキシ樹脂組成物をＢＧＡの
封止に用いることにより、ボイドが少なく、反りが少な
く、硬化収縮率が小さく、耐半田クラックに優れた信頼
性の高い半導体装置を得ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ０８Ｋ 3/00 Ｃ０８Ｋ 3/00 5/54 5/54 Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）式（１）に示されるエポキシ樹
   脂、（Ｂ）式（２）に示されるフェノール樹脂硬化剤、
   （Ｃ）硬化促進剤、及び（Ｄ）無機充填材からなること
   を特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 【化１】 ［式（１）のＲ₁、Ｒ₂は水素原子、メチル基、エチル
   基、ターシャリブチル基から選ばれ、同一でも異なって
   いてもよい。ｎは１以上の整数を示す。］ 【化２】 ［式（２）のｍ，ｎは１以上の整数を示す。］
2. 【請求項２】 硬化促進剤が、１，８−ジアザビシクロ
   （５，４，０）ウンデセン−７及び／又は式（３）で示
   される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】
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の半導体封止用エポ
   キシ樹脂組成物に更に（Ｅ）式（４）又は式（５）で示
   されるシランカップリング剤を添加してなることを特徴
   とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 【化４】 ［式（４）及び式（５）のＲは、メチル基又はエチル
   基。］
4. 【請求項４】 基板の片面に半導体素子が搭載され、こ
   の半導体素子が搭載された基板面側の実質的に片面のみ
   が請求項１、２又は３記載のエポキシ樹脂組成物によっ
   て封止されていることを特徴とする半導体装置。