JP2001002755A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

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JP2001002755A JP11170394A JP17039499A JP2001002755A JP 2001002755 A JP2001002755 A JP 2001002755A JP 11170394 A JP11170394 A JP 11170394A JP 17039499 A JP17039499 A JP 17039499A JP 2001002755 A JP2001002755 A JP 2001002755A
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 エリア実装型半導体装置での成形後や半田処
理時の反りが小さく、耐半田クラック性、成形性に優れ
るエポキシ樹脂組成物 【解決手段】 (A)式(1)及び/又は式(2)で示
される多官能フェノール樹脂(a)と、フェノール類
(b)とを混合しグリシジルエーテル化したエポキシ樹
脂、(B)式(1)、又は式(2)で示される多官能フ
ェノール樹脂硬化剤、(C)無機充填材、及び(D)硬
化促進剤を必須成分とし、重量比a/bが1〜19、エ
ポキシ樹脂(A)の軟化点が70〜120℃、エポキシ
基に対するフェノール性水酸基の当量比が0.5〜2.
0、無機充填材の含有量が樹脂の合計量100重量部当
たり250〜1400重量部、硬化促進剤の含有量が樹
脂の合計量100重量部当たり0.4〜20重量部であ
る樹脂組成物。 (RはC1〜5炭化水素、ハロゲン、m=0〜4、n=
0〜3、kは平均値で、1〜10) (C1〜5炭化水素、ハロゲン、m=0〜4)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、エリア実装型半導
体装置での成形後や半田処理時の反りが小さく、耐半田
クラック性に優れ、且つ成形性に優れる半導体封止用エ
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】近年の電子機器の小型化、軽量化、高機
能化の市場動向において、半導体の高集積化が年々進
み、又、半導体装置の表面実装化が促進されるなかで、
新規にエリア実装型半導体装置が開発され、従来構造の
半導体装置から移行し始めている。エリア実装型半導体
装置としては、ボールグリッドアレイ(以下、BGAと
いう)、あるいは更に小型化を追求したチップサイズパ
ッケージ(以下、CSPという)が代表的であるが、こ
れらは従来QFP、SOPに代表される表面実装型半導
体装置では限界に近づいている多ピン化・高速化への要
求に対応するために開発されたものである。構造として
は、ビスマレイミド・トリアジン(以下、BTという)
樹脂/銅箔回路基板に代表される硬質回路基板、あるい
はポリイミド樹脂フィルム/銅箔回路基板に代表される
フレキシブル回路基板の片面上に半導体素子を搭載し、
その素子搭載面、即ち基板の片面のみが樹脂組成物など
で成形・封止されている。又、基板の素子搭載面の反対
面には半田ボールを2次元的に並列して形成し、半導体
装置を実装する回路基板との接合を行う特徴を有してい
る。更に、素子を搭載する基板としては、上記有機回路
基板以外にもリードフレーム等の金属基板を用いる構造
も考案されている。
【0003】これらエリア実装型半導体装置の構造は、
基板の素子搭載面のみを樹脂組成物で封止し、半田ボー
ル形成面側は封止しないという片面封止の形態をとって
いる。ごく希に、リードフレーム等の金属基板などで
は、半田ボール形成面でも数十μm程度の封止樹脂層が
存在することもあるが、素子搭載面では数百μmから数
mm程度の封止樹脂層が形成されるため、実質的に片面
封止となっている。このため、有機基板や金属基板と樹
脂組成物の硬化物との間での熱膨張・熱収縮の不整合、
あるいは樹脂組成物の成形・硬化時の硬化収縮による影
響により、これらの半導体装置では成形直後から反りが
発生しやすい。又、これらの半導体装置を実装する回路
基板上に半田接合を行う場合、200℃以上の加熱工程
を経るが、この際に半導体装置の反りが発生し、多数の
半田ボールが平坦とならず、半導体装置を実装する回路
基板から浮き上がってしまい、電気的接合信頼性が低下
する問題も起こる。基板上の実質的に片面のみを樹脂組
成物で封止した半導体装置において、反りを低減するに
は、基板の線膨張係数と樹脂組成物の硬化物の線膨張係
数を近づけること、及び樹脂組成物の硬化収縮を小さく
することの二つの方法が重要である。基板としては有機
基板では、BT樹脂やポリイミド樹脂のような高いガラ
ス転移温度(以下、Tgという)の樹脂が広く用いられ
ており、これらは樹脂組成物の成形温度である170℃
近辺よりも高いTgを有する。従って、成形温度から室
温までの冷却過程では有機基板のα1の領域のみで収縮
する。従って、樹脂組成物もTgが高く、且つα1が回
路基板と同じであり、更に硬化収縮がゼロであれば反り
はほぼゼロであると考えられる。このため、トリフェノ
ールメタン型エポキシ樹脂とトリフェノールメタン型フ
ェノール樹脂との組合せによりTgを高くし、無機充填
材の配合量でα1を合わせる手法が既に提案されてい
る。
【0004】又、赤外線リフロー、ベーパーフェイズソ
ルダリング、半田浸漬などの手段での半田処理による半
田接合を行う場合、樹脂組成物の硬化物並びに有機基板
からの吸湿により半導体装置内部に存在する水分が高温
で急激に気化することによる応力で半導体装置にクラッ
クが発生したり、基板の素子搭載面と樹脂組成物の硬化
物との界面で剥離が発生することもあり、硬化物の高強
度化、低応力化、低吸湿化とともに、基板との高密着性
も求められる。従来のBGAやCSPなどのエリア実装
型半導体装置には、反りの低減のためにトリフェノール
メタン型エポキシ樹脂とトリフェノールメタン型フェノ
ール樹脂を樹脂成分とする樹脂組成物が用いられてき
た。この樹脂組成物は、Tgが高く、硬化性、熱時曲げ
強度に優れた特性を有しているが、硬化物の吸湿率が高
く、又、樹脂組成物の溶融粘度が比較的高く、無機充填
材の高充填化には限界があり、低吸湿化が不十分で、耐
半田クラック性には問題があった。一方、従来のQFP
やSOPなどの表面実装型半導体装置では、半田実装時
のクラックや各素材界面での剥離防止のために、ビフェ
ニル型エポキシ樹脂に代表されるような結晶性エポキシ
樹脂を使用しているが、トリフェノールメタン型エポキ
シ樹脂を用いた樹脂組成物の硬化物と比較して熱時曲げ
強度が低く、且つ硬化が遅いのが問題であった。そこ
で、反りが小さく、硬化性、熱時曲げ強度に優れ、且つ
低吸湿性、耐半田クラック性に優れる樹脂組成物を得る
ため、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂と結晶性エ
ポキシ樹脂の特徴を生かすべく、樹脂組成物の製造時に
両方のエポキシ樹脂を適正量併用したり、予め両方のエ
ポキシ樹脂を溶融混合したものを用いても、トリフェノ
ールメタン型エポキシ樹脂を用いた時の反りが小さく、
硬化性、熱時曲げ強度に優れるという特徴と、結晶性エ
ポキシ樹脂を用いた時の低吸湿、耐半田クラック性に優
れるという特徴を両立することはできておらず、不十分
であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、エリア実装
型半導体装置での成形後や半田処理時の反りが小さく、
耐半田クラック性に優れ、且つ成形性に優れる半導体封
止用エポキシ樹脂組成物、及び半導体装置を提供すると
ころにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、 [1](A)一般式(1)及び/又は一般式(2)で示
される多官能フェノール樹脂(a)と、結晶性エポキシ
樹脂の前駆体であるフェノール類(b)とを混合しグリ
シジルエーテル化したエポキシ樹脂、(B)一般式
(1)、又は一般式(2)で示される多官能フェノール
樹脂硬化剤、(C)無機充填材、及び(D)硬化促進剤
を必須成分とし、(a)と(b)との重量比(a/b)
が1〜19であり、エポキシ樹脂(A)の軟化点が70
〜120℃であり、全エポキシ樹脂のエポキシ基に対す
る全フェノール樹脂硬化剤のフェノール性水酸基の当量
比が0.5〜2.0であり、無機充填材の含有量が全エ
ポキシ樹脂と全フェノール樹脂硬化剤の合計量100重
量部当たり250〜1400重量部であり、硬化促進剤
の含有量が全エポキシ樹脂と全フェノール樹脂硬化剤の
合計量100重量部当たり0.4〜20重量部であるこ
とを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
【化6】 (ただし、式中のRは炭素数1〜5の炭化水素、ハロゲ
ンの中から選択される基又は原子であり、それらは互い
に同一であっても異なっていてもよい。m=0〜4、n
=0〜3、kは平均値で、1〜10の正数)
【0007】
【化7】 (ただし、式中のRは炭素数1〜5の炭化水素、ハロゲ
ンの中から選択される基又は原子であり、それらは互い
に同一であっても異なっていてもよい。m=0〜4) [2]一般式(1)及び/又は一般式(2)で示される
多官能フェノール樹脂(a)と、結晶性エポキシ樹脂の
前駆体であるフェノール類(b)とを混合し、グリシジ
ルエーテル化したエポキシ樹脂(A)において、融解熱
量が5〜35mJ/mgである第[1]項記載の半導体
封止用エポキシ樹脂組成物、 [3]結晶性エポキシ樹脂の前駆体であるフェノール類
(b)が、一般式(3)、一般式(4)、又は一般式
(5)から選ばれる一種以上である第[1]、又は
[2]項記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
【0008】
【化8】 (ただし、式中のRは炭素数1〜5の炭化水素、ハロゲ
ンの中から選択される基又は原子であり、それらは互い
に同一であっても異なっていてもよい。m=0〜4)
【0009】
【化9】
【0010】
【化10】 (ただし、式中のRは炭素数1〜5の炭化水素、ハロゲ
ンの中から選択される基又は原子であり、それらは互い
に同一であっても異なっていてもよい。m=0〜4、R
2は水素、炭素数1〜5の炭化水素、ハロゲンの中から
選択される基又は原子であり、それらは互いに同一であ
っても異なっていてもよい。 ) [4]結晶性エポキシ樹脂の前駆体であるフェノール類
(b)が、4,4’−ジヒドロキシビフェニル、4,
4’−ジヒドロキシ−3,3’,5,5’−テトラメチ
ルビフェニル、ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキ
シフェニル)メタン、2,2−ビス(3’,5’−ジメ
チル−4’−ヒドロキシフェニル)プロパン、ビス(2
−ターシャリブチル−5−メチル−4−ヒドロキシフェ
ニル)スルフィド、又は、3−ターシャリブチル−2,
4’−ジヒドロキシ−3’,5’,6−トリメチルスチ
ルベン、3−ターシャリブチル−4,4’−ジヒドロキ
シ−3’,5’,6−トリメチルスチルベン、3−ター
シャリブチル−4,4’−ジヒドロキシ−3’,5,
5’−トリメチルスチルベン、の3種から選ばれる1種
以上と4,4’−ジヒドロキシ−3,3’,5,5’−
テトラメチルスチルベン、4,4’−ジヒドロキシ−
3,3’−ジターシャリブチル−6,6’−ジメチルス
チルベン、2,2’−ジヒドロキシ−3,3’−ジター
シャリブチル−6,6’−ジメチルスチルベン、2,
4’−ジヒドロキシ−3,3’−ジターシャリブチル−
6,6’−ジメチルスチルベン、2,2’−ジヒドロキ
シ−3,3’,5,5’−テトラメチルスチルベン、
4,4’−ジヒドロキシ−3,3’−ジターシャリブチ
ル−5,5’−ジメチルスチルベンの6種から選ばれる
1種以上との混合物である第[1]、[2]、又は
[3]項記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 [5]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第
[1]、[2]、[3]、又は[4]項記載のエポキシ
樹脂組成物によって封止しされていることを特徴とする
半導体装置。を提供するものであり、エリア実装型半導
体装置での成形後や半田処理時の反りが小さく、耐半田
クラック性に優れ、且つ成形性に優れる。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明に用いる一般式(1)、又
は一般式(2)で示される多官能フェノール樹脂(a)
と結晶性エポキシ樹脂の前駆体であるフェノール類
(b)との重量比(a/b)を1〜19とした混合物
(以下、混合多価フェノールという)をグリシジルエー
テル化したエポキシ樹脂は、結晶性エポキシ樹脂に由来
する低粘度化が図られており、これにより無機充填材の
高充填化、ひいては樹脂組成物の硬化物の低吸湿化が可
能となり、樹脂組成物の硬化物のTgが殆ど低下せず、
又、多官能エポキシ樹脂を用いた樹脂組成物の硬化物の
熱時曲げ強度と較べても遜色なく、且つ低弾性率で、硬
化性も同等の特性を有している。この方法で得られたエ
ポキシ樹脂は、多官能エポキシ樹脂と結晶性エポキシ樹
脂がより均一化されることにより、結晶性エポキシ樹脂
を使用する場合の問題点である硬化反応性も向上するも
のと考えられる。従って、本発明の樹脂組成物を用いた
半導体装置は、実装時の半田処理下でも高い信頼性を得
ることができる。
【0012】一般式(1)、又は一般式(2)で示され
る多官能フェノール樹脂としては、例えば式(6)、式
(7)、式(8)、式(9)、式(10)等が挙げられ
るが、入手のし易さ、性能、原料価格等の点から式
(6)、式(9)の多官能フェノール樹脂が好ましい。
【化11】
【0013】
【化12】
【0014】
【化13】
【0015】
【化14】
【0016】
【化15】 本発明に用いる結晶性エポキシ樹脂の前駆体であるフェ
ノール類(b)としては、例えば一般式(3)のビフェ
ニル型、一般式(4)のビスフェノール型、一般式
(5)のスチルベン型等が挙げられる。
【0017】一般式(3)のビフェニル型フェノール類
としては、例えば、4,4’−ジヒドロキシビフェニ
ル、4,4’−ジヒドロキシ−3,3’,5,5’−テ
トラメチルビフェニル、4,4’−ジヒドロキシ−3,
3’−ジターシャリブチル−6,6’−ジメチルビフェ
ニル、2,2’−ジヒドロキシ−3,3’−ジターシャ
リブチル−6,6’−ジメチルビフェニル、4,4’−
ジヒドロキシ−3,3’−ジターシャリブチル−5,
5’−ジメチルビフェニル、4,4’−ジヒドロキシ−
3,3’,5,5’−テトラターシャリブチルビフェニ
ル等(置換位置の異なる異性体を含む)が挙げられる。
一般式(4)のビスフェノール型フェノール類として
は、例えば、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、
ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)メタン、
ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)メ
タン、ビス(2,3,5−トリメチル−4−ヒドロキシ
フェニル)メタン、1,1−ビス(3’,5’−ジメチ
ル−4’−ヒドロキシフェニル)エタン、2,2−ビス
(4’−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス
(3’−メチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロパ
ン、2,2−ビス(3’,5’−ジメチル−4’−ヒド
ロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3’−ター
シャリブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロパン、
ビス(2−ターシャリブチル−5−メチル−4−ヒドロ
キシフェニル)スルフィド等が挙げられる。
【0018】一般式(5)のスチルベン型フェノール類
としては、例えば、3−ターシャリブチル−4,4’−
ジヒドロキシ−5,3’−ジメチルスチルベン、3−タ
ーシャリブチル−4,4’−ジヒドロキシ−3’,6−
ジメチルスチルベン、3−ターシャリブチル−2,4’
−ジヒドロキシ−3’,5’,6−トリメチルスチルベ
ン、3−ターシャリブチル−4,4’−ジヒドロキシ−
3’,5’,6−トリメチルスチルベン、3−ターシャ
リブチル−4,4’−ジヒドロキシ−3’,5,5’−
トリメチルスチルベン、4,4’−ジヒドロキシ−3,
3’−ジメチルスチルベン、4,4’−ジヒドロキシ−
3,3’,5,5’−テトラメチルスチルベン、4,
4’−ジヒドロキシ−3,3’−ジターシャリブチルス
チルベン、4,4’−ジヒドロキシ−3,3’−ジター
シャリブチル−6,6’−ジメチルスチルベン、2,
2’−ジヒドロキシ−3,3’−ジターシャリブチル−
6,6’−ジメチルスチルベン、2,4’−ジヒドロキ
シ−3,3’−ジターシャリブチル−6,6’−ジメチ
ルスチルベン、2,2’−ジヒドロキシ−3,3’,
5,5’−テトラメチルスチルベン、4,4’−ジヒド
ロキシ−3,3’−ジターシャリブチル−5,5’−ジ
メチルスチルベン、4,4’−ジヒドロキシ−3,
3’,5,5’−テトラターシャリブチルスチルベン等
(置換位置の異なる異性体を含む)が挙げられる。
【0019】これらの内では、入手のし易さ、性能、原
料価格等の点から、4,4’−ジヒドロキシビフェニ
ル、4,4’−ジヒドロキシ−3,3’,5,5’−テ
トラメチルビフェニル、ビス(3,5−ジメチル−4−
ヒドロキシフェニル)メタン、ビス(2,3,5−トリ
メチル−4−ヒドロキシフェニル)メタン、2,2−ビ
ス(3’−メチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロパ
ン、2,2−ビス(3’,5’−ジメチル−4’−ヒド
ロキシフェニル)プロパン、ビス(2−ターシャリブチ
ル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)スルフィド
(以上7種のフェノール類を、以下a群という)、3−
ターシャリブチル−2,4’−ジヒドロキシ−3’,
5’,6−トリメチルスチルベン、3−ターシャリブチ
ル−4,4’−ジヒドロキシ−3’,5’,6−トリメ
チルスチルベン、3−ターシャリブチル−4,4’−ジ
ヒドロキシ−3’,5,5’−トリメチルスチルベン
(以上3種のフェノール類を、以下b群という)、4,
4’−ジヒドロキシ−3,3’,5,5’−テトラメチ
ルスチルベン、4,4’−ジヒドロキシ−3,3’−ジ
ターシャリブチル−6,6’−ジメチルスチルベン、
2,2’−ジヒドロキシ−3,3’−ジターシャリブチ
ル−6,6’−ジメチルスチルベン、2,4’−ジヒド
ロキシ−3,3’−ジターシャリブチル−6,6’−ジ
メチルスチルベン、2,2’−ジヒドロキシ−3,
3’,5,5’−テトラメチルスチルベン、又は4,
4’−ジヒドロキシ−3,3’−ジターシャリブチル−
5,5’−ジメチルスチルベン(以上6種のフェノール
類を、以下c群という)から選択される1種以上が好ま
しい。
【0020】a群の内、ビフェニル型フェノール類で
は、低粘度化効果が大きく、且つ反応性に富む4,4’
−ジヒドロキシビフェニルが含まれているものが特に好
ましい。その他のa群では、ビス(3,5−ジメチル−
4−ヒドロキシフェニル)メタン、2,2−ビス
(3’,5’−ジメチル−4’−ヒドロキシフェニル)
プロパン、ビス(2−ターシャリブチル−5−メチル−
4−ヒドロキシフェニル)スルフィドが特に好ましい。
又、スチルベン型フェノール類では、b群から選ばれる
1種以上と、c群から選ばれる1種以上との混合物が、
軟化点が低くなるため好ましい。これらの混合比、混合
方法等は特に限定しない。
【0021】本発明の多官能フェノール樹脂(a)と結
晶性エポキシ樹脂の前駆体のフェノール類(b)の重量
比(a/b)としては、1〜19が好ましく、特に、
1.5〜9が好ましい。重量比が1未満だと、グリシジ
ルエーテル化したときに生成した多官能エポキシ樹脂に
由来する高いTg、熱時曲げ強度を十分に発現できない
ので好ましくない。又、重量比が19を越えると、グリ
シジルエーテル化したときに生成した結晶性エポキシ樹
脂に由来する低粘度化の効果が薄まり、無機充填材の高
充填化ができないので好ましくない。本発明のエポキシ
樹脂の合成方法については特に限定しないが、例えば、
混合多価フェノールを過剰のエピクロルヒドリンに溶解
した後、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカ
リ金属水酸化物の存在下で50〜150℃、好ましくは
60〜120℃で1〜10時間反応させる方法が挙げら
れる。反応終了後、過剰のエピクロルヒドリンを留去
し、残留物をトルエン、メチルイソブチルケトン等の溶
剤に溶解し、濾過し、水洗して無機塩を除去し、次いで
溶剤を留去することにより得ることができる。生成した
エポキシ樹脂の塩素イオン、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。本発明の
エポキシ樹脂の軟化点としては、70〜120℃の範囲
にあることが好ましく、特に、80〜110℃が好まし
い。70℃未満だと、常温で液状又は半固形状であり、
グリシジルエーテル化処理後の作業性の問題や、これを
用いた樹脂組成物の常温保存性の低下、あるいはその硬
化物のTg及び熱時曲げ強度の低下のおそれがあるので
好ましくない。120℃を越えると、グリシジルエーテ
ル化したときに生成した多官能エポキシ樹脂自体の粘度
が高くなり、同時に生成した結晶性エポキシ樹脂成分の
低粘度化の効果が薄くなるので好ましくない。エポキシ
樹脂の軟化点の測定方法は、JIS K 7234の環
球法に準じた。
【0022】本発明のエポキシ樹脂としては、特に融解
熱量が5〜35mJ/mgであるものが好ましい。この
融解熱量は、使用するフェノール類(b)のグリシジル
エーテル化により生成する結晶性エポキシ樹脂に由来し
ている。5mJ/mg未満だと、エポキシ樹脂は低軟化
点で作業性が著しく低下するので好ましくない。35m
J/mgを越えると、結晶性エポキシ樹脂のような挙動
を示し、多官能エポキシ樹脂に由来する高いTgや硬化
反応性を維持することができなくなるため好ましくな
い。エポキシ樹脂の融解熱量は、示差走査熱量計(セイ
コー電子工業(株)・製)を用いて、常温から昇温速度
5℃/分で昇温したときの吸熱ピークの熱量を示す。
又、本発明のエポキシ樹脂の特性を損なわない範囲で、
他のエポキシ樹脂を併用できる。併用できるエポキシ樹
脂としては、例えば、ノボラック型エポキシ樹脂、ビス
フェノールA型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹
脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹
脂等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いても良
い。本発明で用いる一般式(1)、又は一般式(2)で
示される多官能フェノール樹脂硬化剤としては、具体的
には前記した式(6)、式(7)、式(8)、式
(9)、式(10)等が挙げられるが、入手のし易さ、
性能、原料価格等の点から式(6)、式(9)の多官能
フェノール樹脂硬化剤が好ましい。
【0023】又、本発明のフェノール樹脂の特性を損な
わない範囲で、他のフェノール樹脂硬化剤を併用でき
る。併用できるフェノール樹脂硬化剤としては、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、フェ
ノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、テ
ルペン変性フェノール樹脂等が挙げられ、これらは単独
でも混合して用いても良い。更に、半導体装置の長期信
頼性の点から、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。全エポキシ樹脂のエポキシ基と全フェノ
ール樹脂のフェノール性水酸基との当量比は、0.5〜
2.0が好ましく、この範囲を外れると、樹脂組成物の
硬化性の低下、或いは硬化物のTgの低下等のおそれが
あるので好ましくない。
【0024】本発明で用いる無機充填材の種類について
は特に制限はなく、一般に封止材料に用いられているも
のを使用することができる。例えば、溶融破砕シリカ粉
末、溶融球状シリカ粉末、結晶シリカ粉末、2次凝集シ
リカ粉末、アルミナ、チタンホワイト、水酸化アルミニ
ウム、タルク、クレー、ガラス繊維等が挙げられ、特に
溶融球状シリカが好ましい。球状シリカの形状として
は、流動性改善のために限りなく真球状であり、且つ粒
度分布がブロードであることが好ましい。この無機充填
材の配合量としては、全エポキシ樹脂と全フェノール樹
脂との合計量100重量部当たり250〜1400重量
部が好ましい。250重量部未満だと、低熱膨張化、低
吸湿性が得られず、耐半田クラック性が不十分となり、
1400重量部を越えると、流動性が低下し、成形時に
充填不良等が生じたり、高粘度化による半導体装置内の
金線変形等の不都合が生じるおそれがあるので好ましく
ない。本発明で用いる無機充填材は、予め十分に混合し
ておくことが好ましい。又、必要に応じて無機充填材を
カップリング剤やエポキシ樹脂あるいはフェノール樹脂
で予め処理して用いても良く、処理の方法としては、溶
剤を用いて混合した後に溶媒を除去する方法や直接無機
充填材に添加し、混合機を用いて処理する方法等があ
る。
【0025】本発明で用いる硬化促進剤としては、エポ
キシ樹脂とフェノール樹脂との架橋反応を促進するもの
であれば良く、例えば、1,8−ジアザビシクロ(5,
4,0)ウンデセン−7等のアミジン系化合物、トリフ
ェニルホスフィン、テトラフェニルホスフォニウム・テ
トラフェニルボレート塩等の有機リン系化合物、2−メ
チルイミダゾール等のイミダゾール化合物等が挙げられ
るが、これらに限定されるものではない。これらの硬化
促進剤は単独でも混合して用いても差し支えない。配合
量としては、全エポキシ樹脂と全フェノール樹脂との合
計量100重量部当たり0.4〜20重量部が好まし
い。配合量が0.4重量部未満だと、加熱成形時に十分
な硬化性が得られないおそれがあり、一方、20重量部
を越えると、硬化が速すぎて成形時に流動性の低下によ
る充填不良等を生じるおそれがあるので好ましくない。
【0026】本発明の樹脂組成物は、(A)〜(D)成
分の他、必要に応じて臭素化エポキシ樹脂、酸化アンチ
モン、リン化合物等の難燃剤、酸化ビスマス水和物等の
無機イオン交換体、γ-グリシドキシプロピルトリメト
キシシラン等のカップリング剤、カーボンブラック、ベ
ンガラ等の着色剤、シリコーンオイル、シリコーンゴム
等の低応力化成分、天然ワックス、合成ワックス、高級
脂肪酸及びその金属塩類もしくはパラフィン等の離型
剤、酸化防止剤等の各種添加剤を適宜配合しても差し支
えない。本発明の樹脂組成物は、(A)〜(D)成分、
及びその他の添加剤等をミキサーを用いて常温混合し、
ロール、ニーダー、押出機等の混練機で溶融混練し、冷
却後粉砕して得られる。本発明の樹脂組成物を用いて、
半導体素子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成形方法で硬化
成形すればよい。
【0027】
【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳細に
説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定
されるものではない。実施例及び比較例のエポキシ樹脂
A〜Fの合成に使用した樹脂は、前記した式(9)と、
式(11)(水酸基当量91g/eq)である。式(1
1)の構造を以下に示す。
【化16】
【0028】又、結晶性エポキシ樹脂の前駆体であるフ
ェノール類として4,4’−ジヒドロキシ−3,3’,
5,5’−テトラメチルビフェニル、4,4’−ジヒド
ロキシ−3,3’,5,5’−テトラメチルスチルベ
ン、3−ターシャリブチル−4,4’−ジヒドロキシ−
3’,5’,6−トリメチルスチルベンを用いた。実施
例及び比較例で使用したエポキシ樹脂A〜Fについて、
その特性を表1に示す。エポキシ樹脂A〜Fは、表1の
配合割合で、常法に従いグリシジルエーテル化して得
た。配合割合は重量部とする。軟化点、融解熱量は、前
述した方法で測定した。
【0029】
【表1】
【0030】 実施例1 エポキシ樹脂A 60.6重量部 前記式(11)のフェノール樹脂硬化剤(水酸基当量91g/eq) 39.4重量部 溶融球状シリカ(平均粒径15μm) 779.8重量部 γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン 3.7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 ) 3.7重量部 カーボンブラック 2.8重量部 カルナバワックス 4.6重量部 臭素化フェノールノボラック型エポキシ樹脂(エポキシ当量275g/eq) 9.2重量部 三酸化アンチモン 9.2重量部 無機イオン交換体 4.6重量部 を、常温においてミキサーで混合し、70〜120℃で
2軸ロールにより混練し、冷却後粉砕して樹脂組成物を
得た。得られた樹脂組成物を以下の方法で評価した。評
価結果を表2に示す。
【0031】・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。 ・硬化トルク:キュラストメータ((株)オリエンテッ
ク・製、JSRキュラストメータIVPS型)を用い、
金型温度175℃、加熱開始90秒後のトルクを求め
た。キュラストメータにおけるトルクは硬化性のパラメ
ータであり、数値の大きい方が硬化性が良好である。単
位はkgf・cm。 ・吸湿率:トランスファー成形機を用いて、金型温度1
75℃、注入圧力75kg/cm2、硬化時間2分で直
径50mm、厚さ3mmの成形品を成形し、175℃、
8時間で後硬化し、得られた成形品を85℃、相対湿度
60%の環境下で168時間放置し、重量変化を測定し
て吸湿率を求めた。単位は重量%。 ・熱時強度:熱時曲げ強度をJIS K 6911に準
じて(240℃で)測定した。単位はいずれもN/mm
2。 ・パッケージ反り量:トランスファー成形機を用いて、
金型温度180℃、注入圧力75kg/cm2、硬化時
間2分で225pBGA(基板は厚さ0.36mm、ビ
スマレイミド・トリアジン/ガラスクロス基板、パッケ
ージサイズは24×24mm、厚さ1.17mm、シリ
コンチップはサイズ9×9mm、厚さ0.35mm、チ
ップと回路基板のボンディングパッドとを25μm径の
金線でボンディングしている。)を成形した。更にポス
トキュアとして175℃で8時間処理した。室温に冷却
後パッケージのゲートから対角線方向に、表面粗さ計を
用いて高さ方向の変位を測定し、変位差の最も大きい値
を反り量とした。単位はμm。 ・耐半田クラック性:トランスファー成形機を用いて、
金型温度180℃、注入圧力75kg/cm2、硬化時
間2分で225pBGA(基板は厚さ0.36mm、ビ
スマレイミド・トリアジン/ガラスクロス基板、パッケ
ージサイズは24×24mm、厚さ1.17mm、シリ
コンチップはサイズ9×9mm、厚さ0.35mm、チ
ップと回路基板のボンディングパッドとを25μm径の
金線でボンディングしている。)を成形した。ポストキ
ュアとして175℃で8時間処理したパッケージ8個
を、85℃、相対湿度60%で168時間処理した後、
IRリフロー処理(240℃)を行った。処理後の内部
の剥離、及びクラックの有無を超音波傷機で観察し、不
良パッケージの個数を数えた。不良パッケージの個数が
n個であるとき、n/8と表示する。
【0032】実施例2〜5、比較例1〜6 実施例1と同様にして、表2、表3の組成に従って配合
して得られた樹脂組成物について評価した。評価結果を
表2、表3に示す。実施例2、5、比較例3では式
(9)のフェノール樹脂硬化剤を用いた。比較例4、5
では式(12)のエポキシ樹脂(エポキシ当量154g
/eq)を用いた。比較例5、6では4,4’−ビス
(2,3−エポキシプロポキシ)−3,3’,5,5’
−テトラメチルビフェニルを主成分とするエポキシ樹脂
(融点105℃、エポキシ当量195g/eq)を用い
た。
【0033】
【化17】
【0034】
【表2】
【0035】
【表3】
【0036】
【発明の効果】本発明に従うと、成形性に優れるエポキ
シ樹脂組成物が得られ、これを用いた半導体装置は成形
後や半田処理時の反りが小さく、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.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 23/31 Fターム(参考) 4J002 CC04X CC05X CC06X CD03W CD04W CD05W CD06W CE00X DE136 DE146 DJ016 DJ036 DJ046 DL006 EU097 EU117 EW017 EY017 FA046 FD016 FD090 FD130 FD157 FD160 GQ05 4J036 AD08 AD10 AF06 AF08 AF10 AF22 AF27 BA09 DC41 DC46 FA03 FB08 GA06 GA29 JA07 4M109 AA01 BA03 BA05 CA21 EA03 EA04 EA06 EB03 EB04 EB06 EB07 EB08 EB09 EB12 EB13 EB19 EC01 EC03 EC20

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)一般式(1)及び/又は一般式
    (2)で示される多官能フェノール樹脂(a)と、結晶
    性エポキシ樹脂の前駆体であるフェノール類(b)とを
    混合しグリシジルエーテル化したエポキシ樹脂、(B)
    一般式(1)、又は一般式(2)で示される多官能フェ
    ノール樹脂硬化剤、(C)無機充填材、及び(D)硬化
    促進剤を必須成分とし、(a)と(b)との重量比(a
    /b)が1〜19であり、エポキシ樹脂(A)の軟化点
    が70〜120℃であり、全エポキシ樹脂のエポキシ基
    に対する全フェノール樹脂硬化剤のフェノール性水酸基
    の当量比が0.5〜2.0であり、無機充填材の含有量
    が全エポキシ樹脂と全フェノール樹脂硬化剤の合計量1
    00重量部当たり250〜1400重量部であり、硬化
    促進剤の含有量が全エポキシ樹脂と全フェノール樹脂硬
    化剤の合計量100重量部当たり0.4〜20重量部で
    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。 【化1】 (ただし、式中のRは、炭素数1〜5の炭化水素、ハロ
    ゲンの中から選択される基又は原子であり、それらは互
    いに同一であっても異なっていてもよい。m=0〜4、
    n=0〜3、kは平均値で、1〜10の正数) 【化2】 (ただし、式中のRは炭素数1〜5の炭化水素、ハロゲ
    ンの中から選択される基又は原子であり、それらは互い
    に同一であっても異なっていてもよい。m=0〜4)
  2. 【請求項2】 一般式(1)及び/又は一般式(2)で
    示される多官能フェノール樹脂(a)と、結晶性エポキ
    シ樹脂の前駆体であるフェノール類(b)とを混合し、
    グリシジルエーテル化したエポキシ樹脂(A)におい
    て、融解熱量が5〜35mJ/mg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。
  3. 【請求項3】 結晶性エポキシ樹脂の前駆体であるフェ
    ノール類(b)が、一般式(3)、一般式(4)、又は
    一般式(5)から選ばれる一種以上である請求項1、又
    は2記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 【化3】 (ただし、式中のRは炭素数1〜5の炭化水素、ハロゲ
    ンの中から選択される基又は原子であり、それらは互い
    に同一であっても異なっていてもよい。m=0〜4) 【化4】 【化5】 (ただし、式中のRは炭素数1〜5の炭化水素、ハロゲ
    ンの中から選択される基又は原子であり、それらは互い
    に同一であっても異なっていてもよい。m=0〜4、R
    2は水素、炭素数1〜5の炭化水素、ハロゲンの中から
    選択される基又は原子であり、それらは互いに同一であ
    っても異なっていてもよい。 )
  4. 【請求項4】 結晶性エポキシ樹脂の前駆体であるフェ
    ノール類(b)が、4,4’−ジヒドロキシビフェニ
    ル、4,4’−ジヒドロキシ−3,3’,5,5’−テ
    トラメチルビフェニル、ビス(3,5−ジメチル−4−
    ヒドロキシフェニル)メタン、2,2−ビス(3’,
    5’−ジメチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロパ
    ン、ビス(2−ターシャリブチル−5−メチル−4−ヒ
    ドロキシフェニル)スルフィド、又は、3−ターシャリ
    ブチル−2,4’−ジヒドロキシ−3’,5’,6−ト
    リメチルスチルベン、3−ターシャリブチル−4,4’
    −ジヒドロキシ−3’,5’,6−トリメチルスチルベ
    ン、3−ターシャリブチル−4,4’−ジヒドロキシ−
    3’,5,5’−トリメチルスチルベン、の3種から選
    ばれる1種以上と4,4’−ジヒドロキシ−3,3’,
    5,5’−テトラメチルスチルベン、4,4’−ジヒド
    ロキシ−3,3’−ジターシャリブチル−6,6’−ジ
    メチルスチルベン、2,2’−ジヒドロキシ−3,3’
    −ジターシャリブチル−6,6’−ジメチルスチルベ
    ン、2,4’−ジヒドロキシ−3,3’−ジターシャリ
    ブチル−6,6’−ジメチルスチルベン、2,2’−ジ
    ヒドロキシ−3,3’,5,5’−テトラメチルスチル
    ベン、4,4’−ジヒドロキシ−3,3’−ジターシャ
    リブチル−5,5’−ジメチルスチルベンの6種から選
    ばれる1種以上との混合物である請求項1、2、又は3
    記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
  5. 【請求項5】 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、3、又は4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。
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