JPH11158351A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温保管特性及び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こと。 【解決手段】 融点５０〜１５０℃の結晶性エポキシ樹
脂、全フェノール樹脂硬化剤中に式（１）、式（２）の
群から選ばれる一種以上のフェノール樹脂を５０重量％
以上含む樹脂硬化剤、硬化促進剤、全樹脂組成物中に７
５〜９２重量％含む無機充填材、及び式（３）の化合物
を必須成分とす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】 ＸＭ_2/nＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＹＳｉＯ₂・ＺＨ₂Ｏ （３） （ここで、Ｘ＝０．１〜２．０、Ｙ＝１．０〜２００、
Ｚ＝０〜１００、Ｍはアルカリ金属又はアルカリ土類金
属で、ｎはその原子価である。）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高温保管特性に優
れ、かつ耐半田クラック性が良好な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】半導体を機械的、化学的作用から保護す
るために、エポキシ樹脂組成物が開発、生産されてき
た。この樹脂組成物に要求される項目としては、封止さ
れる半導体装置の構造によって変化する。半導体パッケ
ージの表面実装化に伴って封止材料に求められる特性と
して耐半田クラック性がある。耐半田クラック性向上に
は、例えば結晶性のビフェニル型エポキシ樹脂を使用し
無機充填材であるシリカを高充填する手法が用いられて
いる。更に、高速化に伴う半導体素子の発熱や車載部品
を代表としての過酷な環境下での使用等により耐半田ク
ラック性と並んで高温保管特性の向上が要求されてい
る。

【０００３】ところが前記エポキシ樹脂組成物には難燃
性も要求されており、難燃性付与のため、通常臭素化合
物と酸化アンチモンが配合されている。しかしながら、
これらの難燃性の成分からは熱分解した臭素化合物が遊
離し半導体素子の接合部の信頼性を損なうことが知られ
ている。ここで言う信頼性とは、前記エポキシ樹脂組成
物を用いて半導体素子を封止して得られる半導体装置を
高温（例えば１８５℃）下に放置した後の半導体素子の
接合部（ボンディングパッド部）の信頼性のことである
（以下、高温保管特性という）。この高温保管特性を改
善する手法として、五酸化二アンチモンを配合する方法
（特開昭６１−５３３２１号公報）や酸化アンチモンと
有機ホスフィンを組み合わせる方法（特開昭６１−５３
３２１号公報）等が提案されているが、昨今の半導体装
置の信頼性の要求レベルには到達していないのが現状で
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記した問
題点を解決すべくなされたものであり、結晶性エポキシ
樹脂、式（１）、式（２）の群から選ばれる一種以上の
フェノール樹脂及び式（３）の化合物を用いることによ
り、高温保管特性に優れ、かつ耐半田クラック性が良好
な半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及びこれを用いた
半導体装置を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、（Ａ）融点５
０〜１５０℃の結晶性エポキシ樹脂、（Ｂ）全フェノー
ル樹脂硬化剤中に式（１）、式（２）の群から選ばれる
一種以上のフェノール樹脂を５０重量％以上含む樹脂硬
化剤、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）全樹脂組成物中に７５
〜９２重量％含む無機充填材、及び（Ｅ）式（３）の化
合物を必須成分とす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３】

【０００６】

【化４】

【０００７】 ＸＭ_2/nＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＹＳｉＯ₂・ＺＨ₂Ｏ （３） （ここで、Ｘ＝０．１〜２．０、Ｙ＝１．０〜２００、
Ｚ＝０〜１００、Ｍはアルカリ金属又はアルカリ土類金
属で、ｎはその原子価である。）

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明で用いられるエポキシ樹脂
は、融点５０〜１５０℃の結晶性エポキシ樹脂である。
結晶性エポキシ樹脂は、分子構造的には低分子で平面的
な構造の骨格を有し、常温では結晶化している固体であ
るが昇温することにより、融点以上の温度域で急速に融
解して低粘度（約０．１〜１０ポイズ／１５０〜１７５
℃）の液状に変化するものである。本発明で言う結晶性
エポキシ樹脂の融点とは、示差走査熱量計で昇温速度５
℃／分で測定した時の融解ピークである。融点は、５０
〜１５０℃であり、５０℃未満だと常温で融解してお
り、作業性の問題やエポキシ樹脂組成物とした時の常温
保存性の低下のおそれがある。１５０℃を越えると混練
時に充分融解せず、均一分散できないので硬化性が低下
して成形性が低下し、更に不均一な成形品となり、強度
が各部によって異なるために半導体装置としての性能が
低下する。

【０００９】これらの条件を満たすエポキシ樹脂として
は、例えば、ビフェニル型、ハイドロキノン型、スチル
ベン型、ビスフェノールＦ型、ナフタレン型等が挙げら
れ、これらは単独でも混合して用いても良い。耐湿信頼
性向上のために、これらのエポキシ樹脂中に含有される
塩素イオン、ナトリウムイオン、その他フリーのイオン
は極力少ないことが望ましい。又、エポキシ当量は１０
０〜３５０が好ましい。１００未満だと、反応点が増え
ることにより、樹脂組成物の硬化物の吸水率が高くな
り、耐半田クラック性が低下する。３５０を越えると、
反応性が低下して成形性が悪化する。結晶性エポキシ樹
脂の具体的な構造としては、以下のものが例示できる
が、これらに限定されるものではない。

【化５】

【００１０】

【化６】

【００１１】

【化７】 なお、結晶性エポキシ樹脂の特徴である無機充填材の高
充填化を損なわない範囲で、他のエポキシ樹脂、例えば
オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロ
ペンタジエン変性エポキシ樹脂、複素環型エポキシ樹脂
等を併用してもよい。

【００１２】本発明で用いられる式（１）及び式（２）
のフェノール樹脂は、全フェノール樹脂硬化剤中に５０
重量％以上含まれていればよい。式（１）及び式（２）
のフェノール樹脂は、従来のフェノールノボラック樹脂
と比べて、樹脂組成物の硬化物の吸水率を顕著に低下さ
せるので、硬化物の耐半田クラック性が向上する。５０
重量％未満だと、樹脂組成物の硬化物の吸水率が増加
し、硬化物の耐半田クラック性が低下するので好ましく
ない。又、ｍの値は１〜１０が好ましい。ｍが１０を越
えると、粘度が高くなり樹脂組成物の流動性が低下する
ので好ましくない。更に、耐湿信頼性向上のため、不純
物として含有される塩素イオン、ナトリウムイオン、そ
の他フリーのイオンは極力少ないことが望ましい。更
に、式（１）、式（２）のフェノール樹脂と併用できる
他の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、ポリビニルフェノール樹
脂等のポリフェノール化合物が挙げられるが、これらに
限定されるものではない。

【００１３】本発明で用いられる硬化促進剤は、エポキ
シ基とフェノール性水酸基の化学反応を促進させるもの
であれば特に限定しない。一般に封止材料によく使用さ
れるものとしては、トリフェニルホスフィン、１，８−
ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、テトラ
フェニルホスホニウム・テトラボレート塩、２−メチル
イミダゾール等が挙げられる。樹脂組成物の耐湿性向上
のために、イオン性不純物が極力低いことが望ましい。
又、潜在的触媒作用をする硬化促進剤であれば、更に好
ましい。

【００１４】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、特にエポキ
シ樹脂組成物の流動性の向上という観点から球状シリカ
粉末が望ましい。球状シリカ粉末の形状としては、流動
性改善のため粒子自体の形状は限りなく真球状で、更に
粒度分布がブロードであるものが望ましい。又、耐湿性
の向上のためにアルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロ
ゲン等のイオン性不純物をできるだけ含まないことが望
まれる。無機充填材の配合量としては、全エポキシ樹脂
組成物中に７５〜９２重量％が好ましい。７５重量％未
満だと樹脂組成物の硬化物の吸水率が高くなって耐半田
クラック性が低下する。９２重量％を越えると球状シリ
カを利用しても樹脂組成物の溶融粘度が高くなりすぎ成
形できない。又、無機充填材は、不飽和二重結合含有の
シランカップリング剤やその他のシラン系、チタン系、
その他の表面処理剤によって予め表面処理されていても
なんら問題はない。

【００１５】本発明で用いられる式（３）の化合物は、
一般にゼオライトと呼称されており、結晶構造を有し、
結晶粒子内に直径３〜２０オングストロームの無数の空
孔があり、水、アンモニア、炭酸ガス等の物質を吸着保
持する機能がある。本発明者は、結晶性エポキシ樹脂、
式（１）、式（２）のフェノール樹脂及び式（３）の化
合物を配合した樹脂組成物について鋭意検討した結果、
この樹脂組成物で封止された半導体装置は優れた高温保
管特性と耐半田クラック性を有していることを見いだし
た。式（３）の化合物の最大粒径としては、２００μｍ
以下、より好ましくは１５０μｍである。２００μｍを
越えると成形時に未充填の原因となるので好ましくな
い。平均粒径としては、特に限定しないが、５〜３０μ
ｍの範囲が好ましい。全樹脂組成物中の配合量として
は、０．１〜１０重量％、より好ましくは０．１〜５重
量％である。０．１重量％未満だと吸着性能が低く、十
分な高温保管特性が得られない。１０重量％を越えると
樹脂組成物の硬化物の吸水率が上昇し耐半田クラック性
が低下する。又、粒子の形状としては破砕状、球状等が
あるが、特に限定しない。

【００１６】本発明の樹脂組成物は、（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、天
然ワックス、合成ワックス等の離型剤及びシリコーンオ
イル、ゴム等の低応力成分、酸化アンチモン及び臭素化
合物等の難燃剤を添加することができる。本発明の樹脂
組成物は、（Ａ）〜（Ｅ）成分、及びその他添加剤をミ
キサーで常温混合し、ロール、押し出し機等の一般混練
機で混練し、冷却後粉砕して得られる。本発明の樹脂組
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すればよい。

【００１７】

【実施例】以下、本発明を実施例で具体的に説明する。
配合単位は重量部とする。 実施例１ エポキシ樹脂１（油化シェルエポキシ（株）・製、ＹＸ４０００、融点１０５ ℃、エポキシ当量１９５） ５．１０重量部 フェノール樹脂１（三井化学（株）・製、ＸＬ−２２５−ＬＬ、軟化点１００ ℃、水酸基当量１７５） ５．１０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） ８５．０重量部 式（３）の化合物（平均粒径６μｍ、最大粒径４０μｍ） ２．０重量部 カーボンブラック ０．３重量部 カルナバワックス ０．３重量部 三酸化アンチモン １．０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 をミキサーで常温混合し、１００℃で二軸ロールを用い
て混練し、冷却後粉砕し樹脂組成物を得た。得られた樹
脂組成物を以下の方法で評価した。結果を表１に示す。

【００１８】評価方法 スパイラルフロー：ＥＭＭＩ−Ｉ−６６に準じたスパイ
ラルフロー測定用の金型を用い、金型温度１７５℃、注
入圧力７０ｋｇ／ｃｍ²、硬化時間２分で測定した。単
位はｃｍ。 高温保管特性：前記樹脂組成物をトランスファー成形機
を用いて、成形温度１７５℃、圧力７０ｋｇ／ｃｍ²、
硬化時間２分で１６ｐＤＩＰを成形し、ポストキュアを
１７５℃で８時間行った。このパッケージ５個を１８５
℃の雰囲気中に放置し、模擬素子の回路抵抗を測定し、
測定値が初期値より２０％以上増加した時点を不良と判
定して、高温保管時の回路抵抗不良率とした。不良数が
全パッケージ数の５０％に達した時間を不良時間とし５
００時間以上のものを合格とした。 耐半田クラック性：前記樹脂組成物をトランスファー成
形機を用いて、成形温度１７５℃、圧力７０ｋｇ／ｃｍ
²、硬化時間２分で８０ｐＱＦＰ（厚み２ｍｍ、素子サ
イズ９ｍｍ×９ｍｍ）を成形し、ポストキュアを１７５
℃で８時間行った。パッケージ６個を８５℃、相対湿度
８５％の雰囲気中で１６８時間吸水させた後、ＩＲリフ
ロー処理（２４０℃、１０秒）を行った。処理後、顕微
鏡で外部クラックを観察した。クラックの生じたパッケ
ージがｎ個であるときｎ／６と表示した。

【００１９】実施例２〜７ 表１の処方に従って配合し、実施例１と同様にして樹脂
組成物を得、実施例１と同様にして評価した。結果を表
１に示す。 比較例１〜４ 表１の処方に従って配合し、実施例１と同様にして樹脂
組成物を得、実施例１と同様にして評価した。結果を表
１に示す。なお、実施例、及び比較例で用いた材料を以
下に示す。エポキシ樹脂２は、4,4'-ビス（2,3-エポキ
シプロポキシ）-3,3',5,5'-テトラメチルスチルベンを
主成分とする樹脂６０重量％と、4,4'-ビス（2,3-エポ
キシプロポキシ）-5-ターシャリブチル-2,3',5'-トリメ
チルスチルベンを主成分とする樹脂４０重量％との混合
物（融点１３０℃、エポキシ当量２１０）である。 フェノール樹脂２（式（４）、水酸基当量１０５）

【化８】

【００２０】フェノール樹脂３（式（５）、水酸基当量
２１０）

【化９】

【００２１】

【表１】

【００２２】

【発明の効果】本発明の樹脂組成物で封止された半導体
装置は、高温保管特性及び耐半田クラック性に優れてい
る。

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

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）融点５０〜１５０℃の結晶性エポ
   キシ樹脂、（Ｂ）全フェノール樹脂硬化剤中に式
   （１）、式（２）の群から選ばれる一種以上のフェノー
   ル樹脂を５０重量％以上含む樹脂硬化剤、（Ｃ）硬化促
   進剤、（Ｄ）全樹脂組成物中に７５〜９２重量％含む無
   機充填材、及び（Ｅ）式（３）の化合物を必須成分とす
   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】 ＸＭ_2/nＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＹＳｉＯ₂・ＺＨ₂Ｏ （３） （ここで、Ｘ＝０．１〜２．０、Ｙ＝１．０〜２００、
   Ｚ＝０〜１００、Ｍはアルカリ金属又はアルカリ土類金
   属で、ｎはその原子価である。）
2. 【請求項２】 請求項１記載のエポキシ樹脂組成物で封
   止されてなることを特徴とする半導体装置。