JPH11335527A

JPH11335527A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物

Info

Publication number: JPH11335527A
Application number: JP10142395A
Authority: JP
Inventors: Kuniyuki Eguchi; 州志江口; Yasuhide Sugawara; 泰英菅原; Toshiaki Ishii; 利昭石井; Hiroyoshi Kokado; 博義小角; Akira Nagai; 永井　　晃; Akira Mogi; 亮茂木; Takumi Ueno; 巧上野; Junichi Chihama; 淳一千濱; Hirooki Kojima; 博起幸島
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Resonac Corp
Priority date: 1998-05-25
Filing date: 1998-05-25
Publication date: 1999-12-07

Abstract

(57)【要約】【課題】成形性と難燃性を従来品と同様に維持し、高温
放置特性、耐湿性等の各種信頼性に優れたハロゲン，ア
ンチモンフリーの半導体封止用エポキシ樹脂組成物の提
供にある。【解決手段】（ａ）室温で固形のエポキシ樹脂、フェノ
ール樹脂硬化剤、硬化促進剤、無機充填剤、および、
（ｂ）酸化鉄を含有し、該酸化鉄の含有量が全樹脂組成
物の３〜２０重量％である半導体封止用エポキシ樹脂組
成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、酸化鉄を含有した
難燃性、成形性および信頼性を高めた半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】トランジスタ、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体
装置は、量産性の点からプラスチックパッケージを用い
た樹脂封止が主流となっている。

【０００３】半導体封止材料としては、特に、エポキシ
樹脂とフェノール樹脂硬化剤を配合した組成物が成形
性、吸湿特性および接着性の点でバランスがとれ、信頼
性に優れるため用いられている。この半導体封止材料に
は難燃性を付与するため、一般に臭素化エポキシ樹脂，
臭素化フェノール樹脂等の臭素化有機化合物と、難燃助
剤としてアンチモン化合物が配合されている。

【０００４】封止材料に含まれる臭素化有機化合物とア
ンチモン化合物は、従来から半導体装置の各種信頼性に
悪影響を与えることが知られている。半導体素子のアル
ミニウム配線パッドと金ワイヤとの接合部分は高温下に
おいて、臭素系有機化合物中の臭素の離脱によって腐食
が促進され、断線に至ると云う問題がある。特に、自動
車のエンジンルーム内や、高温雰囲気中で用いる電気機
器内の半導体装置ではこの問題が顕著である。

【０００５】また、離脱臭素は塩素ほど顕著ではないも
のの、半導体素子のアルミニウム配線の腐食を促進させ
るため、半導体装置の耐湿信頼性低下の原因にもなる。

【０００６】これらの問題は、臭素系有機化合物だけに
起因するものではなく、難燃助剤であるアンチモンも誘
発原因となる。アンチモン化合物は、臭素化アンチモン
ガスの発生により、臭素の離脱を促進させる働きがある
ためである。

【０００７】さらに、ハロゲンやアンチモンは、ダイオ
キシン発生の疑いや、人体への悪影響などが懸念されて
おり、環境衛生の点からも改良が求められている。その
ため、ハロゲンやアンチモンを使用しない高信頼性の難
燃性封止材料が強く望まれていた。

【０００８】ハロゲンやアンチモンを使用しないで難燃
化する手法としては、特開平７−１５７５４２号、特開
平７−１７３３７２号、特開平８−１５１４２７号、特
開平９−１６５４９５号および特開平９−２２７７６５
号公報に記載されている赤リン系難燃剤単独や、特開平
６−１０７９１４号および特開平９−１５３１０１号公
報にはホウ素化合物単独の配合が記載されている。

【０００９】さらに、特開平７−３３１０３３号、特開
平８−１５１５０５号および特開平８−１００１０８号
公報には、フェノール樹脂、リンまたは赤リン、窒素、
ホウ素化合物、金属水和物、ビスマス系化合物から選ば
れたノンハロゲン系難燃剤の併用系が記載されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、難燃
性材料、特に、半導体封止材料としての難燃性規格を満
足するものの、種々改良すべき点がある。

【００１１】難燃剤として赤リンを用いる場合は、その
配合量を他の難燃剤より少なくできるが、材料混練時の
熱や衝撃に対する不安定性が問題となる。また、赤リン
は封止材料の吸湿が大きくなる。そのため、無機材料に
よる赤リンの被覆などが行われているが、これらはまだ
完全に改善されていない。特に、リン酸や亜リン酸等の
イオン性物質は封止材料の耐湿信頼性の低下が避けられ
ない状況にあった。

【００１２】ホウ酸亜鉛、水酸化アルミニウムおよび水
酸化マグネシウムなどの無機酸化物、または、無機水酸
化物による難燃剤は、難燃性規格を満たすために、これ
ら難燃剤の配合量を従来の臭素／アンチモン系と比べ、
はるかに多くする必要がある。しかしこれは、封止材料
の成形性および接着性の低下と吸湿率の増加を招き、半
導体装置の量産性と信頼性の低下が問題となる。

【００１３】また、前記の非ハロゲン系難燃剤の併用系
を用いた樹脂組成物においても、非ハロゲン系難燃剤の
配合量を多くしなければならず、半導体装置用として必
要な特性である低熱膨張性、低吸湿性、並びに、高接着
性を達成することが困難である。

【００１４】以上の理由から、封止材料の難燃性を付与
できる方法は従来から示されているが、半導体装置とし
ての全ての信頼性を満足できる段階には至っていない。

【００１５】なお、エポキシ樹脂と潜在性硬化剤との樹
脂分１００重量部に対し、磁性酸化鉄（α−Ｆｅ₂Ｏ₃，
γ−Ｆｅ₂Ｏ₃またはＦｅ₃Ｏ₄等）を５０〜１００重量部
含む高周波誘導加熱硬化組成物からなる接着剤（特開昭
６２−２０５１５１号公報）が、また、液状エポキシ樹
脂に酸化鉄１０〜５０重量％配合した誘導熱硬化性エポ
キシ樹脂系組成物をコンクリート表面等の修復モルタル
に用いたもの（特開平２−１１５２５７号公報）が知ら
れているが、いずれも半導体封止用樹脂組成物として
は、その特性上から不適である。

【００１６】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、半導体装置用と
して必要な特性である低熱膨張性、低吸湿性、並びに、
高接着性を有し、ハロゲンおよびアンチモンフリーの半
導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者等は、従来、高周波誘導による加熱硬化促
進剤としてしか考えられていなかった酸化鉄を半導体封
止用エポキシ樹脂組成物の難燃剤として用いることによ
り、難燃性で封止材としての成形性および信頼性の両特
性を同時に満足できることを見い出し本発明に至った。

【００１８】酸化鉄は難燃剤として効果があるだけでは
なく、封止材中に多量に配合してもエポキシ樹脂組成物
の硬化性を阻害しないため、封止，成形作業性の低下を
防ぐことができる。更に、従来の高周波誘導加熱硬化用
エポキシ樹脂と比べて、格段の高性能化と高信頼性化を
要求される半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、
酸化鉄は封止材料の吸湿率の増大、接着性の低下がない
と云う利点を有する。そのために、半導体装置の量産性
と信頼性向上に対して大きな効果を有する。本発明の要
旨は次のとおりである。

【００１９】〔１〕（ａ）室温で固形のエポキシ樹
脂、フェノール樹脂硬化剤、硬化促進剤、無機充填剤、
および、（ｂ）酸化鉄を含有し、該酸化鉄の含有量が全
樹脂組成物の３〜２０重量％である半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物。

【００２０】〔２〕（ａ）室温で固形のエポキシ樹
脂、フェノール樹脂硬化剤、硬化促進剤、無機充填剤、
（ｂ）酸化鉄、および、（ｃ）赤りん系化合物，無機水
酸化物およびホウ酸塩の１種以上を含有し、前記（ｂ）
＋（ｃ）が全樹脂組成物の３〜２０重量％である半導体
封止用エポキシ樹脂組成物。

【００２１】〔３〕前記（ｂ）酸化鉄として、Ｆｅ
Ｏ、Ｆｅ₂Ｏ₃およびＦｅ₃Ｏ₄の１種以上を用いた前記の
半導体封止用エポキシ樹脂組成物。

【００２２】〔４〕前記（ｃ）赤りん系化合物，無機
水酸化物およびホウ酸塩の１種以上の含有量が、無機充
填剤と酸化鉄を除く全樹脂量に対して１５〜４５重量％
である前記〔２〕の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。

【００２３】〔５〕前記（ｂ）酸化鉄、または（ｂ）
酸化鉄と（ｃ）赤リン系化合物，無機水酸化物またはホ
ウ酸亜鉛が、樹脂またはカップリング剤で表面被覆され
ている前記の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。

【００２４】

【発明の実施の形態】前記において、Ｆｅ₂Ｏ₃は抵抗率
が高く、封止材料内に配合した時の電気絶縁性に優れる
ため好適である。通常のＦｅ₂Ｏ₃は茶褐色粉末であるた
め、この粉末を含有する封止材料はやや茶褐色となる
が、半導体チップの誤動作を防止するために必要な遮光
性に関しても何ら問題は生じない。

【００２５】封止材料の混練前に着色剤であるカーボ
ン、黒色顔料、黒色染料等と予め混合すれば、より黒色
に近い封止材料が得られる。特に、マンガンでコートし
たα−Ｆｅ₂Ｏ₃は黒色に近いため、これを用いることに
より着色性の上で有効である。

【００２６】ＦｅＯとＦｅ₃Ｏ₄は，誘電率が高いかまた
は抵抗率の低い材料であるが、配合量を少なくすれば難
燃剤の一部として用いることができる。また、ＦｅＯと
四酸化三鉄Ｆｅ₃Ｏ₄は、カーボン、黒色顔料、黒色染料
などの着色剤を配合しなくても茶褐色または黒色の封止
材料が得られると云う利点がある。

【００２７】さらに、本発明では前記の酸化鉄の表面を
予め樹脂や無機物で表面被覆したものを用いることがで
きる。表面被覆の方法としては、例えば、アクリル樹
脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂などの樹脂を、けん
濁乳化重合法またはメカノケミカル法によって被覆する
方法、シラン系または非シラン系のカップリング剤やス
テアリン酸などで表面処理する方法、メカノケミカル法
によって水酸化アルミニウムなどの無機物を表面に付着
被覆させる方法などが採用される。

【００２８】表面被覆した酸化鉄は、エポキシ樹脂の硬
化性低下の抑制、酸化鉄の形状または粒径の調整ができ
るため、封止材料の流動性向上、酸化鉄とエポキシ樹脂
との密着性向上など封止材料の高信頼性化に効果があ
る。

【００２９】前記のＦｅＯ、Ｆｅ₂Ｏ₃およびＦｅ₃Ｏ₄な
どの酸化鉄は、全樹脂組成物量に対して３〜２０重量
％、または、無機充填剤と酸化鉄を除く全樹脂量に対し
て１５〜４５重量％配合する。

【００３０】全樹脂組成物に対して３重量％未満、無機
充填剤と酸化鉄を除く全樹脂量に対して１５重量％未満
では、封止材料の難燃性が難燃性規格ＵＬ−９４のＶ−
０を達成できなくなる。

【００３１】一方、酸化鉄の含有量が全樹脂組成物に対
して２０重量％を超える、または、無機充填剤と酸化鉄
を除く全樹脂量に対して４５重量％を超えると、封止材
料の粘度が急激に増大し、流動性低下による作業性が問
題となる。特に、ＦｅＯとＦｅ₃Ｏ₄の場合は、配合量が
前記の量を超えると、封止材料の体積抵抗低下が顕著と
なり、電気絶縁性が悪化する。

【００３２】本発明において、前記酸化鉄と併用する赤
リン系化合物、無機水酸化物およびホウ酸塩から選択さ
れる１種以上の無機系化合物としては、フェノール樹脂
コート赤リン、水酸化アルミニウム付着赤リン、フェノ
ール樹脂コート赤リンと水酸化アルミニウムの混合物、
水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ホウ酸亜
鉛、ホウ酸マンガンなどを用いることができる。

【００３３】本発明では、水酸化アルミニウム、水酸化
マグネシウム、ホウ酸亜鉛、または、ホウ酸マンガンを
予め樹脂や無機物で表面被覆したものも酸化鉄と併用す
ることができる。

【００３４】表面被覆の方法としては、アクリル樹脂、
フェノール樹脂、メラミン樹脂などの樹脂をけん濁乳化
重合法またはメカノケミカル法によって被覆する方法、
シラン系または非シラン系のカップリング剤やステアリ
ン酸などで表面処理する方法、メカノケミカル法によっ
て水酸化アルミニウムなどの無機物を表面に付着被覆さ
せる方法などを採用することができる。

【００３５】赤リン系化合物は難燃効果が大きいため、
酸化鉄と赤リン系化合物とを併用した場合、難燃剤の含
有量を少なくでき、封止材料の流動性を維持できる効果
がある。

【００３６】酸化鉄と無機水酸化物またはホウ酸塩との
併用系においては、無機水酸化物またはホウ酸塩が、低
分子ガス成分の発生抑制効果によって高温放置特性の向
上を図ることができるため、より一層の高信頼性を得る
ことができる。

【００３７】赤リン系化合物、無機水酸化物、ホウ酸
塩、または、これらの表面被覆物の中から選択される１
種以上の無機系化合物の粒子径は、平均粒径０.５〜５
０μｍ、最大粒径１５０μｍ以下が好ましい。平均粒径
０.５μｍ未満では封止材料の流動性低下が顕著とな
り、最大粒径１５０μｍを超えると無機化合物の分散性
の低下や、半導体装置の金ワイヤ変形または断線が起こ
り易くなる。ここで、平均粒径とは累積重量で５０重量
％における粒径のことを意味する。

【００３８】前記の酸化鉄と、赤リン系化合物、無機水
酸化物、ホウ酸塩の中から選択される１種以上の化合物
との併用による無機系化合物は、全樹脂組成物量に対し
て３〜２０重量％、および、無機充填剤と酸化鉄を除く
全樹脂量に対して１５〜４５重量％になるように配合す
る。

【００３９】全樹脂組成物に対して３重量％未満、無機
充填剤および酸化鉄を除く全樹脂量に対して１５重量％
未満では、封止材料の難燃性が難燃性規格ＵＬ−９４の
Ｖ−０を達成できなくなる。

【００４０】酸化鉄の含有量が全樹脂量２０重量％を超
え、無機充填剤および酸化鉄を除く全樹脂量に対して４
５重量％を超えると、封止材料の流動性低下と吸湿率増
加による半導体装置の信頼性低下が顕著となる。

【００４１】酸化鉄と、赤リン系化合物、無機水酸化物
およびホウ酸塩から選択される１種以上の化合物との併
用系において、酸化鉄の配合割合は無機系化合物全量に
対して１０〜１００重量％、好ましくは２０〜１００重
量％である。

【００４２】酸化鉄の配合割合が２０重量％未満では、
封止材料の成形時硬化性が悪くなり、１０重量％未満で
は成形性が極端に低下する。

【００４３】酸化鉄と、表面被覆した無機水酸化物また
はホウ酸塩の１種以上の化合物との併用系においても、
無機系難燃剤の配合量は前記と同様に全樹脂組成物量に
対して３〜２０重量％、無機充填剤と酸化鉄を除く全樹
脂量に対して１５〜４５重量％である。

【００４４】本発明で用いるエポキシ樹脂としては、半
導体封止材料で通常使用されているエポキシ樹脂、例え
ば、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾール
ノボラック型エポキシ樹脂やビスフェノールＡ、ビスフ
ェノールＦ、およびビスフェノールＳ型エポキシ樹脂等
のビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノールまたはク
レゾールベースの３官能以上の多官能エポキシ樹脂、ビ
フェニル骨格、ナフタレン骨格、またはジシクロペンタ
ジエン骨格を有する２官能または３官能以上のエポキシ
樹脂等が挙げられ、これらは単独または２種以上併用し
て用いることができる。

【００４５】フェノール樹脂硬化剤も半導体封止材料で
通常用いられている樹脂硬化剤、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、フェノール
またはクレゾールベースの３官能型樹脂硬化剤、フェノ
ールとアラルキルエーテル重縮合物による樹脂硬化剤、
ナフタレン骨格、またはジシクロペンタジエン骨格を有
するフェノール樹脂硬化剤を、単独または２種以上併用
して用いることができる。

【００４６】硬化促進剤としては、トリフェニルホスフ
ィン、アルキル基またはアルコキシ基核置換トリフェニ
ルホスフィン、テトラフェニルホスフィンテトラフェニ
ルボレート等の含リン有機塩基性化合物、または、これ
らのテトラ置換ボロン塩、トリエチレンジアミン、ベン
ジルメチルアミンなどの３級アミン、１,８−ジアザビ
シクロ(５,０)−ウンデセン、イミダゾール等の１種以
上が用いられる。

【００４７】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
において、フェノール樹脂硬化剤の配合量はエポキシ樹
脂に対して０.５〜１.５当量が望ましい。硬化剤の配合
量がエポキシ樹脂に対して０.５当量未満では、エポキ
シ樹脂の硬化が完全に行われないため、硬化物の耐熱
性、耐湿性並びに電気特性が劣り、１.５当量を超える
と、逆に樹脂硬化後も、硬化剤が有する水酸基が多量に
残るために電気特性並びに耐湿性が低下する。

【００４８】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
には無機充填剤を配合する。無機充填剤は硬化物の熱膨
張係数や熱伝導率等の改良を目的に添加するものであ
る。

【００４９】無機充填剤としては種々が挙げられるが、
電子部品には熱化学的に安定な充填剤を用いることが重
要であり、具体的には溶融シリカ、結晶性シリカ、アル
ミナ、アルミニウムナイトライドまたはシリコンナイト
ライドの１種以上が用いられる。

【００５０】これらの充填剤の平均粒径は１〜３０μｍ
が望ましく、平均粒径が１μｍ未満では樹脂組成物の粘
度が上昇して流動性が著しく低下し、３０μｍを超える
と成形時に樹脂成分と充填剤の分離が起こり易く、硬化
物が不均一になるため硬化物の物性にばらつきが生じた
り、金型の狭い隙間への充填性が悪くなる。無機充填剤
の形状としては球形または角形があるが、単独でまたは
併用して用いることができる。

【００５１】さらに、本発明ではこの他必要に応じて、
可とう化剤、カップリング剤、離型剤、着色剤などの各
種添加剤を配合することができる。

【００５２】樹脂組成物として硬化物の強靭性化や低弾
性率化のための可とう化剤は、全樹脂組成物に対して２
〜２０重量％が好ましい。可とう化剤の配合量が２重量
％未満では硬化物の強靭性化や低弾性率化に対してほと
んど効果がなく、２０重量％を超えると樹脂組成物の流
動性が極端に悪くなったり、可とう化剤が成形時に樹脂
組成物表面に浮き出すことで、成形金型の汚れが顕著に
なる。

【００５３】可とう化剤としては、エポキシ樹脂組成物
と非相溶性のものがガラス転移温度を下げずに硬化物の
低弾性率化ができることから、ブタジエン・アクリロニ
トリル系共重合体やそれらの末端または側鎖にアミノ
基、エポキシ基、カルボキシル基変性共重合体、アクリ
ロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体等のブタジ
エン系可とう化剤や、末端または側鎖にアミノ基、水酸
基、エポキシ基、カルボキシル基変性シリコーン系可と
う化剤等が用いられるが、耐熱性、耐湿性並びに純度の
点から、シリコーン系可とう化剤が特に有用である。

【００５４】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
は、必要に応じ樹脂組成物と充填剤の接着性を高めるた
めのエポキシシラン、アミノシランなどのカップリング
剤、着色のための染料や顔料、硬化物の金型からの離型
性を改良するための離型剤等の各種添加剤を、本発明の
目的を損なわない範囲において用いることができる。

【００５５】以上のような原材料を用いて半導体封止材
料を作製する一般的な方法としては、所定配合量の原材
料混合物を十分混合した後、熱ロールや押し出し機等に
よって混練し、冷却、粉砕することによって封止材料を
得ることができる。

【００５６】このようにして得られた封止材料を用いて
半導体素子を封止する方法としては、低圧トランスファ
成形法が通常用いられるが、場合によっては、インジェ
クション成形、圧縮成形、注型等の方法によっても可能
である。

【００５７】次に、本発明の前記酸化鉄を含有するエポ
キシ樹脂組成物によって封止した樹脂封止型半導体装置
の製法例を説明する。

【００５８】図１に示すように、（ａ）半導体素子１を
リードフレームのダイパッド２上にＡｇ入りエポキシ接
着剤４やフィルム接着剤８等の有機接着剤、または、鉛
／錫はんだを用い、加熱硬化または溶融させて半導体素
子１を搭載する工程、（ｂ）金線ワイヤ５で半導体素子
１のアルミ電極６とインナーリード３とを接合する工
程、（ｃ）金型（図示省略）に挿入して前記酸化鉄を含
有するエポキシ樹脂組成物の封止材料７を用いて、トラ
ンスファ成形機で１７５℃，９０秒間加圧成形してモー
ルド後、１７５℃，５時間で後硬化を行う工程、（ｄ）
バリ取り工程、外装工程を経た後、リードフレームのト
リミング工程とフォーミング工程、を含む工程からな
る。このように、（ａ）〜（ｄ）の工程を経て樹脂封止
型半導体装置を得る。

【００５９】また、図２はリードオンチップ方式の樹脂
封止型半導体装置を得るための製造工程を示す。（ａ）
有機フィルム接着剤８を予め貼り合わせたリードフレー
ムを用いて、半導体素子１と加熱溶融硬化して接着する
工程、（ｂ）金線ワイヤ５で半導体素子１のアルミ電極
６とインナーリード３を接合する工程、（ｃ）金型（図
示省略）に挿入して前記酸化鉄を含有するエポキシ樹脂
組成物の封止材料７を用いて、トランスファ成形機で１
７５℃，９０秒間加圧成形してモールド後、１７５℃，
５時間で後硬化を行う工程、を含む工程からなる。封
止、後硬化後の半導体装置は図１の（ｄ）の工程で説明
したと同様の工程を経て、樹脂封止型半導体装置を得る
ことができる。

【００６０】また、図３は、ボールグリッドアレイ方式
の樹脂封止型半導体装置を得るための製造工程を示す。
（ａ）単層または多層のプリント配線基板９の片側に半
導体素子１を搭載し、その裏側にハンダボールグリッド
アレイ等の外部端子用実層面を形成する工程、（ｂ）回
路パターンを有するプリント配線基板９の上面に半導体
素子１の非能動面をエポキシ樹脂接着剤を用いて接着し
て半導体素子を搭載する工程、（ｃ）半導体素子１の能
動面上の電極をプリント配線基板９の配線パターンとワ
イヤボンデイングして電気的な接続をとる工程、（ｄ）
前記半導体素子を酸化鉄を含有するエポキシ樹脂組成物
の封止材料７を用い、トランスファ成形機で１７５℃，
９０秒間加圧成形によってプリント配線基板９上面をモ
ールドし１７５℃，５時間の後硬化を行う工程、（ｅ）
プリント配線基板の底面に外部端子を設けはんだバンプ
１１を形成する工程を含む製造工程からなる。

【００６１】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
は難燃剤として酸化鉄を含有するため、封止材料の成形
性、接着性、吸湿性等の諸特性を低下させずに難燃性を
維持でき、半導体装置に対する量産性と各種信頼性を確
保することができる。

【００６２】また、難燃剤の酸化鉄が、封止材料中に多
量に含有されていてもエポキシ樹脂組成物の硬化性を阻
害することがなく、さらに封止材料の吸湿率を増大せ
ず、封止材料の接着性の低下がないと云う優れた効果を
有する。

【００６３】本発明による半導体封止用エポキシ樹脂組
成物は、難燃剤にハロゲン／アンチモン化合物等を用い
ていないので、火災時の耐発煙性が優れ、毒性ガスの発
生がなく、取扱性と安全性においても優れている。

【００６４】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明
する。

【００６５】〔実施例１〜１０および比較例１〜
８〕下記に示すエポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、
酸化鉄を含む無機系化合物、シリコーン可とう化剤、並
びに、無機充填剤として平均粒径５μｍの角形の溶融シ
リカと平均粒径３０μｍの球形の溶融シリカの３０／７
０の混合品、平均粒径５μｍの粗球の溶融シリカと平均
粒径３０μｍの粗形の溶融シリカの３０／７０の混合
品、カップリング剤としてエポキシシラン、離型剤とし
てモンタン酸エステルロウ、着色剤としてカーボンブラ
ックを用い、表１に示す配合割合で本実施例の成形材料
を作製した。

【００６６】また、比較例１，２および５では、難燃剤
として臭素化エポキシ樹脂と難燃助剤として三酸化アン
チモンを用いた。比較例の配合割合は表２に示す。

【００６７】

【表１】

【００６８】

【表２】

【００６９】各素材の混練には直径２０インチの二軸ロ
ールを用い、ロール表面温度約５５〜９０℃で約１０分
間の混練を行った。

【００７０】１．エポキシ樹脂（Ａ）オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂：エ
ポキシ当量１９５、軟化点：６５℃

【００７１】

【化１】

【００７２】（Ｂ）ビフェニル型エポキシ樹脂：エポキ
シ当量１９５、軟化点：１０７℃

【００７３】

【化２】

【００７４】（Ｃ）ジシクロペンタジエン骨格含有エポ
キシ樹脂：エポキシ当量２６４、軟化点：６２℃

【００７５】

【化３】

【００７６】（Ｄ）臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ
樹脂：エポキシ当量３７５、軟化点：６８℃

【００７７】

【化４】

【００７８】２．フェノール樹脂硬化剤（Ｅ）フェノールノボラック樹脂：ＯＨ当量１０６

【００７９】

【化５】

【００８０】（Ｆ）フェノールアラルキル樹脂：ＯＨ当
量１７２

【００８１】

【化６】

【００８２】（Ｇ）ジシクロペンタジエン骨格含有フェ
ノール樹脂：ＯＨ当量１６１

【００８３】

【化７】

【００８４】３．シリコーン可とう化剤側鎖変性シリコーン樹脂（分子量７３,６００、エポキ
シ当量３,９００）なお、上記化１〜化７において、ｎは繰返し単位数を示
すものである。

【００８５】４．硬化促進剤ＤＢＵ：１,８−ビアザビシクロ(５,４,０)−ウンデセ
ンＴＰＰ：トリフェニルホスフィン２ＭＺ：２−メチルイミダゾール５．酸化鉄と併用する無機系化合物ＺｎＢ：ほう酸亜鉛（ボラックス社製ボラックス２９
０、平均粒径５〜１０μｍ）Ａｌ(ＯＨ)₃−Ａ：水酸化アルミニウム（昭和電工社製
Ｈ−３２、平均粒径８μｍ）Ａｌ(ＯＨ)₃−Ｂ：カップリング剤処理水酸化アルミニ
ウム（昭和電工社製Ｈ−３２ＳＴ、平均粒径３．５μ
ｍ）赤リン系Ａ：水酸化アルミニウムおよびフェノール樹脂
の混合物で赤リンを表面処理した赤リン（燐化学工業製
ノーバエクセル、平均粒径２５〜３５μｍ）Ｍｇ(ＯＨ)₂−Ａ：カップリング剤処理水酸化マグネシ
ウム（協和化学工業製キスマ５Ｊ、平均粒径０.６〜１
μｍ）Ｍｇ(ＯＨ)₂−Ｂ：ステアリン酸処理水酸化マグネシウ
ム（協和化学工業製キスマ５Ａ、平均粒径０.６〜１μ
ｍ）また、表３（実施例）および表４（比較例）の各種特性
は以下により測定した。

【００８６】１．スパイラルフロー：ＥＭＭＩ規格に準
じた金型を用い、１８０℃、７０ｋｇ／ｃｍ²の条件で
測定した。

【００８７】２．ガラス転移温度並びに線膨張係数：熱
機械測定装置（Ｔhermo Ｍechanical Ａnalyzer：ＴＭ
Ａ）を用い、昇温速度２℃／分で測定した。

【００８８】３．吸湿率：封止材料で９０ｍｍφ×２ｍ
ｍｔの円板を作製し、８５℃／８５％ＲＨの条件で、飽
和吸湿率を重量変化から求めた。

【００８９】４．接着力：０.０３ｍｍｔのアルミ箔、
または、アルミ箔０.０３ｍｍｔで裏打ちした０.０１ｍ
ｍｔのポリイミド箔と、成形材料とのピール強度を引張
り速度５０ｍｍ／分で求めた。

【００９０】５．難燃性：ＵＬ−９４規格に従って測定
した。

【００９１】

【表３】

【００９２】

【表４】

【００９３】表３，４から明らかなように、本発明の半
導体封止用エポキシ樹脂組成物は、酸化鉄を含有するた
め、臭素系有機化合物難燃剤と３酸化アンチモンを併用
した系（表４の比較例１，２および５）と同様に、難燃
性のＵＬ−９４規格のＶ−０を達成することができる。

【００９４】さらに、成形性並びに硬化物の物性におい
ても、従来の半導体封止用樹脂組成物である比較例１，
２および５とほぼ同等かあるいはそれ以上で、半導体装
置用の封止材料として優れた特性を有することが分か
る。

【００９５】特に、本発明による半導体封止用エポキシ
樹脂組成物は、１８０℃成形時における封止材料の熱時
硬度が７８以上、スパイラルフローが２６インチ以上で
あるため、半導体装置の製造時において従来と同等の量
産性を確保することができる。

【００９６】また、表４から分かるように、酸化鉄を必
須成分としてなる無機系化合物の含有量が、全樹脂組成
物に対して３重量％未満になると、前記の難燃性の規格
であるＶ−０を達成することができない。

【００９７】一方、比較例３、４および６に示すよう
に、酸化鉄を必須成分としてなる無機系化合物の含有量
が全樹脂中に対して４５重量％を超えると、難燃性は向
上するものの封止材料の流動性が大幅に低下（１５イン
チ以下）して成形性が悪くなる。酸化鉄以外の無機系化
合物〔Ａｌ(ＯＨ)₃−Ｂ，Ｍｇ(ＯＨ)₂，ＺｎＢ〕では、
比較例３，８に示すように、封止材料の熱時硬度が大幅
に低下（６５以下）し、成形時間も２分以上と長くな
る。

【００９８】上記材料を用いて、図１に示す表面にアル
ミニウムのジグザグ配線を形成した半導体素子（６ｍｍ
×６ｍｍ）を、４２アロイ系のリードフレームに搭載
し、さらに半導体素子表面のアルミニウム電極とリード
フレーム間を金線（３０μｍ径）でワイヤボンデイング
した半導体装置（２０ｍｍ×１４ｍｍ×厚さ２ｍｍ）を
封止し、１７５℃，５時間硬化した。

【００９９】耐温度サイクル性の信頼性試験は、上記の
樹脂封止型半導体装置を−５５℃，１０分、＋１５０
℃，１０分を１サイクルとし、１０００サイクルにおけ
るパッケージのクラック発生数を調べた。

【０１００】耐湿信頼性は、前記の樹脂封止型半導体装
置を６５℃／９５％ＲＨの条件下、１０００時間放置
後、印加バイアス電圧７Ｖにおいて断線不良が発生した
パッケージの数を不良数として調べた。

【０１０１】また、耐はんだリフロー性の信頼性試験
は、前記の樹脂封止型半導体装置を８５℃，８５％ＲＨ
の条件下で４８時間放置後、２４０℃の赤外線リフロー
炉中で１０秒間加熱する試験を行い、パッケージがクラ
ックしたものをクラック発生数として調べた。

【０１０２】さらに、高温放置信頼性試験は、前記の樹
脂封止型半導体装置を１７５℃の高温中に１０００時間
放置し、金ワイヤとアルミニウム配線との接合部の接続
不良数を印加バイアス電圧１Ｖを用い電気的にオープン
か否かで調べた。

【０１０３】これらの結果をまとめて表５，表６に示
す。表中、分母は試料数、分子は不良数である。

【０１０４】

【表５】

【０１０５】

【表６】

【０１０６】表５，６から明らかなように、本発明によ
る半導体封止用エポキシ樹脂組成物は優れた信頼性を有
していることが分かる。これは表１，３に示したよう
に、本発明による樹脂組成物が各種信頼性に及ぼす物性
値、即ち、線膨張係数、ガラス転移温度、飽和吸湿率、
並びに、接着力が従来と同等以上の特性を有しているた
めである。

【０１０７】また、本発明では酸化鉄とほう酸塩、金属
水酸化物を併用することにより、半導体装置の高温低印
加電圧試験において優れた信頼性を有することが分かる
（実施例２、３、６、７、８および９）。

【０１０８】なお、比較例３、４および６は、樹脂組成
物の流動性の低下が極端に大きかったため、成形後の半
導体装置にボイド発生と未充填部が観測された。そのた
め、表６に示すように半導体装置の耐湿信頼性が低下し
た。

【０１０９】

【発明の効果】本発明によって得られた半導体封止用エ
ポキシ樹脂組成物は、従来のハロゲンおよびアンチモン
化合物を有する樹脂組成物と同等の難燃性を有すると共
に、樹脂組成物の流動性、硬化性並びに硬化物の物性
は、従来の半導体封止材料と比べて同等以上で、成形作
業性においても問題がなく、しかも温度サイクル性、耐
はんだリフロー性などの信頼性においても良好な特性の
ものを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による樹脂封止型半導体装置の製造工程
の模式断面図である。

【図２】本発明によるリードオンチップ方式の樹脂封止
型半導体装置の製造工程の模式断面図である。

【図３】本発明によるボールグリッドアレイ方式の樹脂
封止型半導体装置の製造工程の模式断面図である。

【符号の説明】

１…半導体素子、２…ダイパッド、３…インナーリー
ド、４…接着剤、５…金ワイヤ、６…アルミ電極、７…
封止材料、８…フィルム接着剤、９…プリント配線基
板、１０…ソルダレジスト、１１…はんだバンプ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石井利昭茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者小角博義茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者永井晃茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者茂木亮茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者上野巧茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者千濱淳一茨城県下館市大字小川1500番地日立化成工業株式会社下館工場内 (72)発明者幸島博起茨城県下館市大字小川1500番地日立化成工業株式会社下館工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）室温で固形のエポキシ樹脂、フェ
ノール樹脂硬化剤、硬化促進剤、無機充填剤、および、
（ｂ）酸化鉄を含有し、該酸化鉄の含有量が全樹脂組成
物の３〜２０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。
【請求項２】（ａ）室温で固形のエポキシ樹脂、フェ
ノール樹脂硬化剤、硬化促進剤、無機充填剤、（ｂ）酸
化鉄、および、（ｃ）赤りん系化合物，無機水酸化物お
よびホウ酸塩の１種以上を含有し、前記（ｂ）＋（ｃ）
が全樹脂組成物の３〜２０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。
【請求項３】前記（ｂ）酸化鉄として、ＦｅＯ、Ｆｅ
₂Ｏ₃およびＦｅ₃Ｏ₄の１種以上を用いた請求項１または
２に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項４】前記（ｃ）赤りん系化合物，無機水酸化
物およびホウ酸塩の１種以上の含有量が、無機充填剤と
酸化鉄を除く全樹脂量に対して１５〜４５重量％である
請求項２に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項５】前記（ｂ）酸化鉄が、樹脂またはカップ
リング剤で表面被覆されている請求項１に記載の半導体
封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項６】前記（ｂ）酸化鉄、（ｃ）赤リン系化合
物，無機水酸化物またはホウ酸亜鉛が、樹脂またはカッ
プリング剤で表面被覆されている請求項２に記載の半導
体封止用エポキシ樹脂組成物。