JPH11236489A

JPH11236489A - 封止用エポキシ樹脂組成物および半導体装置

Info

Publication number: JPH11236489A
Application number: JP10040778A
Authority: JP
Inventors: Tatsuyoshi Wada; 辰佳和田; Masashi Nakamura; 正志中村
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1998-02-23
Filing date: 1998-02-23
Publication date: 1999-08-31
Anticipated expiration: 2018-02-23
Also published as: JP3370271B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ビフェニル型エポキシ樹脂を用いたエポキシ
樹脂組成物において、成形硬化時の剛性を充分確保で
き、離型トラブル等の成形トラブルが生じにくい封止用
エポキシ樹脂組成物と、これを用いた半導体装置を提供
すること。【解決手段】封止用エポキシ樹脂組成物は、ビフェニ
ル型エポキシ樹脂を少なくとも含むエポキシ樹脂と、硬
化剤と、硬化促進剤と、充填材とを含み、さらに、添加
剤として少なくとも１つのシクロ環を有するカルボン酸
の無水物を全樹脂量に対して０．１〜３．０重量％含
む。半導体装置は、半導体素子を上記エポキシ樹脂組成
物で封止してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ダイオード、トラ
ンジスター、集積回路等の電気・電子部品や半導体装置
等の保護、封止に使用されるエポキシ樹脂組成物と、こ
れを用いた半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ダイオード、トランジスター、集積回路
等の電気・電子部品や半導体装置などの封止方法として
は、たとえば、エポキシ樹脂やシリコン樹脂等による封
止方法や、ガラス、金属、セラミック等を用いたハーメ
チックシール法が採用されているが、近年では、信頼性
の向上とともに大量生産が可能であり、かつ、コストの
面でメリットのあるエポキシ樹脂を用いた低圧トランス
ファー成形による樹脂封止が主流を占めている。

【０００３】このエポキシ樹脂を用いる封止法において
は、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂を基体樹
脂成分とし、その硬化剤としてフェノールノボラック樹
脂を用いたエポキシ樹脂組成物からなる成形材料が一般
的に使用されている。しかしながら、ＩＣ、ＬＳＩ、Ｖ
ＬＳＩ等の電子部品や半導体装置の高密度化、高集積化
に伴って、モールド樹脂の薄肉化のためには、従来のエ
ポキシ樹脂組成物では必ずしも満足に対応することがで
きなくなっている。

【０００４】たとえば、表面実装用デバイスにおいて
は、実装時にデバイス自身が半田に直接浸漬される等、
急激に高温過酷な環境下にさらされるため、パッケージ
クラック等の発生が避けられない事態となっている。す
なわち、成形後の保管中に吸湿された水分が高温にさら
される際に急激に気化膨張し、封止樹脂がこれに耐えき
れずにパッケージにクラックが生じる。

【０００５】このような問題点を解消するため、封止用
エポキシ樹脂組成物については、耐熱性、密着性等の向
上等の検討がなされ、実際に、これらの特性の改良がな
されてきている。たとえば、ビフェニル骨格を有するビ
フェニル型エポキシ樹脂の使用が検討され、改良がなさ
れてきた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ビフェニル
型エポキシ樹脂を用いた場合、反応架橋密度の低下や水
分による硬化促進剤の失活等が原因で、成形硬化時の剛
性が確保できず、成形トラブル、特に離型トラブルの原
因となっていた。そこで、本発明の課題は、ビフェニル
型エポキシ樹脂を用いたエポキシ樹脂組成物において、
成形硬化時の剛性を充分確保でき、離型トラブル等の成
形トラブルが生じにくい封止用エポキシ樹脂組成物と、
これを用いた半導体装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、下記のこと
を見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、ビフ
ェニル型エポキシ樹脂を用いたエポキシ樹脂組成物に、
添加剤として少なくとも１つのシクロ環を有するカルボ
ン酸の無水物を下記所定量添加すれば、ビフェニル型エ
ポキシ樹脂を用いた従来の封止用エポキシ樹脂組成物と
比べて、ビフェニル型エポキシ樹脂の使用による反応架
橋密度の低下や水分による硬化促進剤の失活等が防止さ
れ、その結果、成形硬化時の剛性が充分確保されて、離
型トラブル等の成形トラブルが生じにくくなるというこ
とである。

【０００８】すなわち、本発明にかかる封止用エポキシ
樹脂組成物は、下記構造式（１）で示されるビフェニル
骨格を有するビフェニル型エポキシ樹脂を少なくとも含
むエポキシ樹脂と、硬化剤と、硬化促進剤と、充填材と
を必須成分として含有してなる封止用エポキシ樹脂組成
物において、さらに、添加剤として少なくとも１つのシ
クロ環を有するカルボン酸の無水物を全樹脂量に対して
０．１〜３．０重量％含むことを特徴とする。

【０００９】

【化４】

【００１０】（式中、Ｒ¹〜Ｒ⁸は水素原子または炭素
数１〜５のアルキル基。）本発明にかかる半導体装置は、半導体素子を本発明の封
止用エポキシ樹脂組成物で封止してなる。

【００１１】

【発明の実施の形態】（エポキシ樹脂組成物）エポキシ
樹脂として用いられるビフェニル型エポキシ樹脂は、前
記構造式（１）で示されるビフェニル骨格を有する。式
（１）中、Ｒ¹〜Ｒ⁸は水素原子または炭素数１〜５の
アルキル基であれば特に限定はされない。

【００１２】エポキシ樹脂としては、前記ビフェニル型
エポキシ樹脂が必ず使用されるが、これ以外のエポキシ
樹脂を併用しても良い。ビフェニル型エポキシ樹脂と併
用可能なエポキシ樹脂は、１分子中に２個以上のエポキ
シ基を持っていれば特に制限はないが、好ましい例とし
ては、下記構造式（２）：

【００１３】

【化５】

【００１４】で示されるジシクロペンタジエン骨格を有
するジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、クレゾール
（ノボラック）型エポキシ樹脂、ビスフェノール型（Ａ
型、Ｆ型、Ｓ型等）エポキシ樹脂、トリフェニルメタン
型エポキシ樹脂、ブロム含有エポキシ樹脂、ナフタレン
環含有エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、トリグリシ
ジルイソシアヌレート、脂肪族系エポキシ樹脂等が挙げ
られ、これらの中から１種のみまたは２種以上選んで使
用できる。これらの中でもジシクロペンタジエン型エポ
キシ樹脂が、低吸湿性、耐（湿）リフロー性等の点から
特に好ましい。

【００１５】上記ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂
としては、特に限定はされないが、たとえば、下記構造
式（２−１）で示されるものが挙げられる。

【００１６】

【化６】（式中、ｎは０〜６の整数。）

【００１７】前記構造式（２−１）で示されるエポキシ
樹脂は、たとえば、大日本インキ化学工業（株）ＥＸＡ
７２００の他、日本化薬（株）から市販されている。前
記ビフェニル型エポキシ樹脂の使用量は、エポキシ樹脂
組成物中の全エポキシ樹脂に対し、２０〜１００重量％
の割合であることが好ましい。２０重量％を下回ると、
耐熱性、密着性等の向上効果が低くなる傾向がある。

【００１８】硬化剤としては、エポキシ樹脂と反応する
ものであれば特に制限はないが、光半導体封止のために
は比較的着色の少ないものが好ましい。好ましい例とし
ては、１分子中にフェノール性水酸基を２個以上有する
もの、たとえば、フェノールノボラック、クレゾールノ
ボラック、フェノールアラルキル、ナフトールアラルキ
ル、トリフェニルメタン型フェノール、その他の各種多
価フェノール化合物などを１種または２種以上用いるこ
とができる。多価フェノール化合物の中でも、下記構造
式（３）で示される骨格を有するフェノールアラルキル
樹脂および下記構造式（４）で示されるテルペン骨格を
有するフェノール樹脂からなる群の中から選ばれた少な
くとも１種を使用することが、低吸湿性、耐（湿）リフ
ロー性等の点で特に好ましい。

【００１９】

【化７】

【００２０】（式中、ｎは１〜５の整数。）使用硬化剤全体に対する前記構造式（３）および／また
は前記構造式（４）のフェノール樹脂の使用割合は、２
０〜１００重量％であることが好ましい。２０重量％を
下回ると、これらのフェノール樹脂を使用した効果が充
分に得られない恐れがある。

【００２１】エポキシ樹脂組成物中、硬化剤の配合割合
は、エポキシ樹脂１当量に対して硬化剤の当量を０．５
〜１．５の範囲に設定することが好ましく、特に好まし
くは０．７〜１．０である。硬化剤の当量が０．５未満
であれば離型性が悪く、１．５を超えると吸湿が増加
し、信頼性が悪くなる傾向がある。硬化促進剤として
は、エポキシ樹脂と硬化剤の反応を促進させる作用があ
るものであれば特に制限はないが、好ましい例として
は、トリフェニルホスフィン、ジフェニルホスフィン等
の有機ホスフィン類等の有機リン化合物；２−メチルイ
ミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−フェニル
−４−メチルイミダゾール等のイミダゾール類；１，８
−ジアザビシクロ〔５，４，０〕ウンデセン−７（「Ｄ
ＢＵ」とも言う）、ジアザビシクロノナン（「ＤＢＮ」
とも言う）、トリエタノールアミン、ベンジルジメチル
アミン等の３級アミン化合物；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有機塩類等を用いる
ことができる。これらは１種のみ用いてもよいし２種以
上併用してもよい。これらの中でも有機リン化合物およ
び／または３級アミン化合物の使用が、耐湿信頼性、耐
（湿）リフロー性等の点で特に好ましい。

【００２２】硬化促進剤の配合割合は、エポキシ樹脂組
成物全体に対して０．２５〜５重量％であることが好ま
しい。硬化促進剤の配合量が０．２５重量％未満では、
ゲル化時間が遅くなり、硬化不足により作業性を著しく
低下させる傾向がみられ、逆に５重量％を超えると、硬
化が急速に進み、その結果、発熱が大きくなってクラッ
クや発泡、成形トラブルを生じる恐れがあるからであ
る。

【００２３】本発明にかかるエポキシ樹脂組成物には、
樹脂硬化物にクラックを生じにくくさせたりするため
に、充填材が配合される。充填材としては、特に限定す
る訳ではないが、たとえば、溶融シリカ、結晶シリカ、
アルミナ、窒化珪素等の無機充填材等を１種または２種
以上用いることができる。これらの中でも溶融シリカ
が、流動性、耐（湿）リフロー性等の点で好ましい。

【００２４】充填材の配合割合は組成物全体の６５〜９
０重量％であることが好ましい。本発明の封止用エポキ
シ樹脂組成物には、ビフェニル型エポキシ樹脂の使用に
よる反応架橋密度の低下や水分による硬化促進剤の失活
等を防止して成形硬化時の剛性を充分確保するために、
添加剤として、少なくとも１つのシクロ環を有するカル
ボン酸の無水物が配合される。その具体例としては、特
に限定はされないが、たとえば、テトラヒドロフタル
酸、ヘキサヒドロフタル酸、４−メチルテトラヒドロフ
タル酸、４−メチルヘキサヒドロフタル酸、３−メチル
テトラヒドロフタル酸、コハク酸、ドデセニルコハク
酸、ポリアゼライン酸、エチレングリコールビス（トリ
メリテート）、グリセロールトリス（トリメリテート）
等のカルボン酸の無水物およびその変性物等が挙げられ
る。これらは１種のみ用いても２種以上併用してもよ
い。

【００２５】エポキシ樹脂組成物中、上記カルボン酸の
無水物の配合量は、エポキシ樹脂組成物の全樹脂量に対
して０．１〜３．０重量％の割合であり、好ましくは
０．３〜１．５重量％、より好ましくは０．５〜１．０
重量％である。０．１重量％未満だと、添加した効果が
充分に得られない恐れがあり、３．０重量％を超える
と、耐湿信頼性が悪化する恐れがある。

【００２６】なお、上記カルボン酸の無水物は、組成物
への配合時や組成物の保存時等に、その一部が水分と反
応してカルボン酸になっても差し支えない。エポキシ樹
脂組成物による樹脂封止は金型を用いて行うのが、普通
であり、脱型を容易にするために、本発明にかかるエポ
キシ樹脂組成物でも離型剤を配合しておくことが好まし
い。離型剤としては、例えば、天然カルナバ系、高級脂
肪酸、ポリエチレン系ワックスなどを用いることがで
き、１種のみ用いても２種以上併用してもよい。具体的
には、カルナバワックス、ステアリン酸、ステアリン酸
誘導体、モンタン酸、モンタン酸誘導体、カルボキシル
基含有ポリオレフイン等が好ましく用いられる。これら
は１種のみ使用されるほか、２種以上が併用されること
もある。離型剤の配合割合は組成物全体の０．０５〜
１．５重量％であることが好ましい。

【００２７】本発明にかかる封止用エポキシ樹脂組成物
には、必要に応じて、着色剤、低応力化剤、難燃剤、カ
ップリング剤等が適宜量添加されていてもよい。着色剤
としては、例えばカーボンブラック、酸化チタン等の顔
料等が挙げられる。低応力化剤としては、例えば、シリ
コーンゲル、シリコーンゴム、シリコーンオイル等が挙
げられる。難燃剤としては、例えば、三酸化アンチモ
ン、ハロゲン化合物、リン化合物等が挙げられる。カッ
プリング剤としては、例えば、γ−グリシドキシプロピ
ルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメ
トキシシラン等のシランカップリング剤等が挙げられ
る。前記着色剤、低応力化剤、難燃剤、カップリング剤
等はそれぞれ２種類以上を併用することもできる。

【００２８】本発明のエポキシ樹脂組成物は、前述した
各成分をミキサー、ブレンダー等によって均一に混合し
たのち、ロール、ニーダー等によって混練することで製
造することができる。成分の配合順序は特に制限はな
い。本発明のエポキシ樹脂組成物は、より具体的には、
例えば、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、充填材、
カルボン酸の無水物、さらには必要に応じてその他の配
合成分を溶解混合又は溶融混合した後、３本ロール等で
溶融混練し、この混練物を冷却・固化した後、粉砕し、
必要ならタブレット状に打錠することにより製造するこ
とができる。性状が室温で液状の場合は、溶解混合又は
溶融混練までで製造することができる。（半導体装置の封止）このようにして得られたエポキシ
樹脂組成物は、金型を用い、固形の場合はタブレットを
トランスファー成形することにより、また、液状の場合
はキャスティングやポッティング、印刷等の方式で注
型、硬化させることにより、光半導体装置等の半導体装
置のリードフレームや積層板に搭載した半導体素子を封
止することができる。

【００２９】上記リードフレームとしては、電気伝導性
および熱伝導性（より高機能の素子および大型素子は発
熱量がより多い）の点で銅や銅合金製のリードフレーム
が、また、熱膨張率の点で４２アロイ合金製のリードフ
レームが一般に使用される。これらのリードフレーム
は、金線等のボンディングワイヤーとの接着性が低いた
め、リードフレームのボンディングワイヤーと接続しよ
うとする部分にあらかじめ銀メッキや金メッキを行った
後、ボンディングワイヤーと接続し、接続の信頼性を改
良するようにしている。銅系のリードフレームではニッ
ケルや銀、金のメッキ処理を行うことが多い。

【００３０】

【実施例】以下、実施例及び比較例によって本発明を詳
細に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されな
い。＜実施例１〜８および比較例１〜３＞表１〜３に示す配
合（配合量の単位は重量基準）でエポキシ樹脂組成物を
製造し、半導体装置の封止を行った。表中、各成分の詳
細は下記の通り。

【００３１】エポキシ樹脂Ａ：前記構造式（１）のビフ
ェニル骨格を有するビフェニル型エポキシ樹脂（油化シ
ェルエポキシ（株）製、エポキシ当量１９５、品番ＹＸ
４０００Ｈ）。エポキシ樹脂Ｂ：前記構造式（２−１）のジシクロペン
タジエン型エポキシ樹脂（大日本インキ化学（株）製、
エポキシ当量２６４、品番ＨＰ７２００）。

【００３２】エポキシ樹脂Ｃ：ｏ−クレゾールノボラッ
ク型エポキシ樹脂（住友化学（株）製、エポキシ当量１
９５、品番ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ）。エポキシ樹脂Ｄ：ブロム化エポキシ樹脂（住友化学
（株）製、エポキシ当量４００、品番ＥＳＢ４００
Ｔ）。硬化剤Ａ：前記構造式（３）の骨格を有するフェノール
アラルキル樹脂（住金化工（株）製、水酸基当量１６
９、品番ＨＥ１００）。

【００３３】硬化剤Ｂ：前記構造式（４）のテルペン骨
格を有するフェノール樹脂（油化シェル（株）製、水酸
基当量１７５、品番ＭＰ４０２ＦＰＹ）。硬化剤Ｃ：フェノールノボラック樹脂（荒川化学（株）
製、水酸基当量１０５、品番タマノール）。カルボン酸無水物：４−メチルヘキサヒドロ無水フタル
酸（新日本理化（株）製、品番リカシッドＭＨ）。

【００３４】硬化促進剤Ａ：トリフェニルホスフィン
（北興化学（株）製）。硬化促進剤Ｂ：１，８−ジアザビシクロ〔５，４，０〕
ウンデセン−７（サンアプロ（株）製）。硬化促進剤Ｃ：２−フェニルイミダゾール（四国化成工
業（株）製）。離型剤：天然カルナバワックス。

【００３５】難燃剤：三酸化二アンチモン（三菱マテリ
アル（株）製、品番Ｓｂ２０３−ＮＴ）。顔料：カーボンブラック（三菱マテリアル（株）製、品
番７５０−Ｂ）。充填材：溶融シリカ（龍森社製）。カップリング剤：γ−グリシドキシプロピルトリメトキ
シシラン（信越化学（株）製、品番ＫＢＭ４０３Ｅ）。

【００３６】エポキシ樹脂組成物の製造条件は以下のと
おりであった。（エポキシ樹脂組成物の製造条件）：各成分をミキサ
ー、ブレンダー等によって３０分間均一に混合した後、
ロール、ニーダー等によって処理し、次いで冷却固化し
た。その後、粉砕機で粉砕して、封止材料を得た。

【００３７】得られた各エポキシ樹脂組成物およびその
成形品について、以下の方法で特性評価試験を行った。（吸湿率）：材料をタブレット化し、トランスファー成
形することにより得られた直径５０ｍｍ、厚さ３．０ｍ
ｍの円板状のテストピースを８５℃、８５％ＲＨの雰囲
気下に７２時間放置した時の吸湿率を測定した。（ショアーＤ硬度）：材料をタブレット化し、トランス
ファー成形することにより得られた直径５０ｍｍ、厚さ
３．０ｍｍの円板状のテストピースを成形完了後、金型
が開き始めてから２０±５秒後にショアーＤ硬度計（東
洋精機（株）製）で測定した。測定値が７０以下になる
と離型不良等の成形トラブルが発生する。（耐湿リフロー性）：金型温度１７５±５℃、注入時間
（スピード）１０秒、加圧（キュアー）時間１２０秒、
注入圧力６０ｋｇ／ｃｍ²の成形条件で得られた成形品
を１７５℃で６時間アフターキュアーすることにより、
６０ＱＦＰＴＥＧ（外径サイズ：１５ｍｍ×１９ｍｍ
×厚さ２．４ｍｍ）の評価用パッケージを得た。このパ
ッケージを８５℃、８５％ＲＨの雰囲気下に７２時間放
置して吸湿させた後、ＩＲリフロー処理（ＥＩＡＪ規
格）を行い、実体顕微鏡でクラックの有無を観察した。（耐湿信頼性）：上記耐湿リフロー性処理後のパッケー
ジをＰＣＴ：１３３℃／１００％ＲＨの条件下に５００
時間放置した時のオープン不良発生数をカウントした。

【００３８】結果を表１〜３に示す。

【００３９】

【表１】

【００４０】

【表２】

【００４１】

【表３】

【００４２】

【発明の効果】本発明の封止用エポキシ樹脂組成物は、
添加剤として少なくとも１つのシクロ環を有するカルボ
ン酸の無水物を前記所定量含むため、ビフェニル型エポ
キシ樹脂の使用による耐熱性、密着性等の向上の利点を
生かしつつ、反応架橋密度の低下や水分による硬化促進
剤の失活等を防止でき、成形硬化時の剛性を充分確保で
きるので、離型トラブル等の成形トラブルを生じにく
い。

【００４３】本発明の半導体装置は、半導体素子を上記
本発明の封止用エポキシ樹脂組成物で封止してなるもの
であるため、耐熱性、密着性等の性能に優れるととも
に、樹脂封止時に離型トラブル等の成形トラブルを生じ
ることなく製造することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記構造式（１）で示されるビフェニル骨
格を有するビフェニル型エポキシ樹脂を少なくとも含む
エポキシ樹脂と、硬化剤と、硬化促進剤と、充填材とを
必須成分として含有してなる封止用エポキシ樹脂組成物
において、さらに、添加剤として少なくとも１つのシク
ロ環を有するカルボン酸の無水物を全樹脂量に対して
０．１〜３．０重量％含むことを特徴とする、封止用エ
ポキシ樹脂組成物。【化１】（式中、Ｒ¹〜Ｒ⁸は水素原子または炭素数１〜５のア
ルキル基。）
【請求項２】前記エポキシ樹脂として下記構造式（２）
で示されるジシクロペンタジエン骨格を有するジシクロ
ペンタジエン型エポキシ樹脂をさらに含む、請求項１に
記載の封止用エポキシ樹脂組成物。【化２】
【請求項３】前記硬化剤として、下記構造式（３）で示
される骨格を有するフェノール樹脂および下記構造式
（４）で示される骨格を有するフェノール樹脂からなる
群の中から選ばれた少なくとも１種を少なくとも含む、
請求項１または２に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。【化３】（式中、ｎは１〜５の整数。）
【請求項４】前記硬化促進剤として、有機リン化合物お
よび３級アミン化合物からなる群の中から選ばれた少な
くとも１種を少なくとも含む、請求項１から３までのい
ずれかに記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項５】半導体素子を請求項１から４までのいずれ
かに記載の封止用エポキシ樹脂組成物で封止してなる半
導体装置。