JP2003176399A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 成形性、耐半田信頼性に優れた特性を有する
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】（Ａ）ジシクロペンタジエン変性フェノー
ル型エポキシ樹脂（１）とビフェニル型エポキシ樹脂
（２）を全エポキシ樹脂中７０重量％以上、（Ｂ）フェ
ノールノボラック樹脂（３）とフェノールアラルキル樹
脂（４）を全フェノール樹脂中９０重量％以上、（Ｃ）
硬化促進剤及び（Ｄ）無機質充填材を全エポキシ樹脂組
成物中８０〜９０重量％含み、かつ重量比［エポキシ樹
脂（１）］／［エポキシ樹脂（２）］＝３０／７０〜７
０／３０、［フェノール樹脂（３）］／［フェノール樹
脂（４）］＝１０／９０〜９０／１０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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成形性、耐半田信
頼性に優れた特性を有する半導体封止用エポキシ樹脂組
成物及び半導体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子の封止方法
として、エポキシ樹脂組成物のトランスファー成形によ
る方法が、低コスト、大量生産に適した方法として採用
され、信頼性の点でもエポキシ樹脂や硬化剤であるフェ
ノール樹脂の改良により、その向上が図られてきた。し
かし、近年電子機器の小型化、軽量化、高性能化の市場
動向において、半導体の多様化も年々進み、エポキシ樹
脂組成物への要求は益々厳しいものとなってきている。
このため、従来のエポキシ樹脂組成物では解決できない
問題点も出てきている。

【０００３】一つには、半導体装置の多様化に伴い、半
導体装置中に占めるエポキシ樹脂組成物の硬化物の厚み
が、それぞれの半導体装置において著しく異なってきて
いるということである。例えば１ｍｍ厚のＴＳＯＰ等の
場合、半導体素子の上面に形成されるエポキシ樹脂組成
物の硬化物の厚みは０．２〜０．３ｍｍ程度となる。一
方４ｍｍ厚のＳＯＪ等の厚型半導体装置の場合では、半
導体素子の上面に形成されるエポキシ樹脂組成物の硬化
物の厚みは１ｍｍ以上にもなる。そのため硬化物の厚み
により半導体装置内部及び外部にボイド、未充填が発生
したりして成形性に問題がある。一方エポキシ樹脂組成
物の硬化物とリードフレームや半導体素子との密着性等
の耐半田信頼性に対しての要求も、より高くなってい
る。このような要求に対して、ボイド等の低減には消泡
剤、密着性の向上には密着助剤の添加等の検討により改
良が図れてきたが、未だ完全な解決策とはならず、更な
る成形性と耐半田信頼性の改良が望まれている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、多種多様な
半導体装置の成形を目的とし、多種多様なリードフレー
ムを使用した場合における成形性、耐半田信頼性に優れ
た特性を有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びこ
れを用いて半導体素子を封止してなる半導体装置を提供
するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、 ［１］（Ａ）一般式（１）で示されるエポキシ樹脂と一
般式（２）で示されるエポキシ樹脂を全エポキシ樹脂中
７０重量％以上、（Ｂ）一般式（３）で示されるフェノ
ール樹脂と一般式（４）で示されるフェノール樹脂を全
フェノール樹脂中９０重量％以上、（Ｃ）硬化促進剤及
び（Ｄ）無機質充填材を全樹脂組成物中８０〜９０重量
％含み、かつ重量比［一般式（１）のエポキシ樹脂］／
［一般式（２）のエポキシ樹脂］＝３０／７０〜７０／
３０、［一般式（３）のフェノール樹脂］／［一般式
（４）のフェノール樹脂］＝１０／９０〜９０／１０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、

【０００６】

【化５】 （ｎは平均値で、１〜６の正数、Ｒ₁は炭素数１〜４の
アルキル基で同一でも異なっていてもよい、ｐは０、１
又は２）

【０００７】

【化６】 （Ｒ₂は水素原子又は炭素数１〜４のアルキル基で同一
でも異なっていてもよい）

【０００８】

【化７】 （ｎは平均値で、１〜６の正数、Ｒ₃は炭素数１〜４の
アルキル基で同一でも異なっていてもよい、ｑは０、１
又は２）

【０００９】

【化８】 （ｎは平均値で、１〜６の正数、Ｒ₄は炭素数１〜４の
アルキル基で同一でも異なっていてもよい、ｒは０、１
又は２）

【００１０】［２］第［１］項記載の半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止してなること
を特徴とする半導体装置、である。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明に用いる一般式（１）で示
されるエポキシ樹脂は、低吸湿性と高密着性、一般式
（２）で示されるエポキシ樹脂は、流動性と硬化性に優
れる特徴を有しているが、反面一般式（１）で示される
エポキシ樹脂は硬化性が劣り、一般式（２）で示される
エポキシ樹脂は、主に厚型半導体装置において低溶融粘
度に由来してボイドが発生するおそれがある。一般式
（１）と一般式（２）のエポキシ樹脂を併用することに
より、これらの欠点が解消される。重量比で［一般式
（１）のエポキシ樹脂］／［一般式（２）のエポキシ樹
脂］＝３０／７０〜７０／３０とすることにより流動
性、高密着性のバランスのとれたエポキシ樹脂となり、
ボイド、未充填がなく成形性に優れ、耐半田信頼性に優
れた半導体装置が得られる。重量比で［一般式（１）の
エポキシ樹脂］／［一般式（２）のエポキシ樹脂］＝３
０／７０未満だと主に厚型半導体装置において低溶融粘
度に由来するボイドの増加や密着性不足となり、７０／
３０を越えると流動性や硬化性に劣る。又一般式（１）
で示されるエポキシ樹脂と一般式（２）で示されるエポ
キシ樹脂は、全エポキシ樹脂中７０重量％以上含むこと
が必要であり、７０重量％未満では、これらのエポキシ
樹脂の特徴が発現されない。

【００１２】併用する場合のエポキシ樹脂としては、１
分子内にエポキシ基を２個以上有するモノマー、オリゴ
マー及びポリマー全般を指し、例えばビスフェノール型
エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、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、環状脂肪族エポキシ樹脂、グリシジルエス
テル系エポキシ樹脂、グリシジルアミン系エポキシ樹
脂、複素環式エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エ
ポキシ樹脂、臭素化エポキシ樹脂等が挙げられるが、特
にこれらに限定されるものではない。これらは単独でも
混合して用いても良い。

【００１３】本発明に用いる一般式（３）で示されるフ
ェノール樹脂は硬化性に優れ、一般式（４）で示される
フェノール樹脂は低吸湿性、低弾性に優れる特徴を有し
ているが、反面一般式（３）で示されるエポキシ樹脂は
弾性率が高く、一般式（４）で示されるエポキシ樹脂は
硬化性に劣るといった欠点がある。弾性率が低いと、特
に耐半田信頼性の向上に有効である。一般式（３）と一
般式（４）のエポキシ樹脂を併用することにより、これ
らの欠点が解消される。重量比で［一般式（３）のフェ
ノール樹脂］／［一般式（４）のフェノール樹脂］＝１
０／９０〜９０／１０とすることにより硬化性、低吸水
性、低弾性のバランスのとれたフェノール樹脂となり、
耐半田信頼性に優れた半導体装置が得られる。重量比で
［一般式（３）のフェノール樹脂］／［一般式（４）の
フェノール樹脂］＝１０／９０未満だと硬化性に劣り、
９０／１０を越えると吸水率や弾性率が高くなり、耐半
田信頼性に劣る。又一般式（３）で示されるフェノール
樹脂と一般式（４）で示されるフェノール樹脂は、全フ
ェノール樹脂中９０重量％以上含むことが必要であり９
０重量％未満だと、これらのフェノール樹脂の特徴が発
現されない。

【００１４】併用する場合のフェノール樹脂としては、
１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有するモノマ
ー、オリゴマー及びポリマー全般を指し、例えばナフト
ールアラルキル樹脂、テルペン変性フェノール樹脂、ジ
シクロペンタジエン変性フェノール樹脂等が挙げられる
が、特にこれらに限定されるものではない。これらは単
独でも混合して用いても良い。全エポキシ樹脂のエポキ
シ基数（ａ）と全フェノール樹脂のフェノール性水酸基
数（ｂ）との比（ａ）／（ｂ）は、１．０〜１．２が好
ましい。１．０未満だと、エポキシ樹脂組成物の硬化物
と半導体素子界面の剥離が生じるおそれがあり、１．２
を越えると金型との離型性が悪くなり、ひいては成形性
に問題が生じるので好ましくない。

【００１５】本発明に用いる硬化促進剤としては、例え
ばトリブチルアミン等のアミン系化合物、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、１，８−ジアザビ
シクロ（５，４，０）ウンデセン−７等が挙げられる
が、これらに限定されるものではない。これらは単独で
も混合して用いてもよい。

【００１６】本発明に用いる無機質充填材は、一般に封
止材料に使用されるもので良く、特に限定するものでは
ない。このような無機質充填材としては、例えば溶融シ
リカ、球状シリカ、結晶シリカ、２次凝集シリカ、アル
ミナ等が挙げられる。流動性の向上という点から、特に
溶融球状シリカが好ましい。溶融球状シリカの粒子の形
状としては、流動性の向上のために限りなく真球状であ
り、かつ粒度分布がブロードであることが望ましい。無
機質充填材の含有量は、全エポキシ樹脂組成物中８０〜
９０重量％である。８０重量％未満だと無機質充填材に
よる補強効果が発現されず、９０重量％を越えるとエポ
キシ樹脂組成物の流動性が低下し、成形時に充填不良等
が生じる。

【００１７】本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜
（Ｄ）成分の他、必要に応じて、カーボンブラック等の
着色剤、酸化アンチモン、リン化合物等の難燃剤、シリ
コーンオイル、シリコーンゴム等の低応力成分、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
剤を配合することができる。本発明のエポキシ樹脂組成
物は、（Ａ）〜（Ｄ）成分、及びその他の添加剤等をミ
キサーで常温混合し、ロール、ニーダー、押出機等の混
練機で溶融混練して、冷却後粉砕して得られる。本発明
のエポキシ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。

【００１８】

【実施例】以下に、実施例を挙げて説明するが、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。配合割合は重量部とする。 実施例１ 式（５）のエポキシ樹脂（大日本インキ化学工業（株）・製ＨＰ−７２００、 軟化点６５℃、エポキシ当量２６５ｇ／ｅｑ） ４．０重量部

【００１９】

【化９】

【００２０】 式（６）の構造を主成分とするエポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株） ・製ＹＸ−４０００、融点１０５℃、エポキシ当量１９５ｇ／ｅｑ） ３．７重量部

【００２１】

【化１０】

【００２２】 式（７）のフェノール樹脂（軟化点８０℃、水酸基当量１０５ｇ／ｅｑ） ４．０重量部

【００２３】

【化１１】

【００２４】 式（８）のフェノール樹脂（軟化点７５℃、水酸基当量１７５ｇ／ｅｑ） １．０重量部

【００２５】

【化１２】

【００２６】 球状溶融シリカ ８４．４重量部 トリフェニルホスフィン ０．２重量部 カーボンブラック ０．３重量部 カルナバワックス ０．４重量部 三酸化アンチモン １．２重量部 臭素化エポキシ樹脂（エポキシ当量３６０ｇ／ｅｑ） ０．８重量部 をミキサーで混合し、７０〜１００℃で混練して、冷却
後粉砕してエポキシ樹脂組成物を得た。得られたエポキ
シ樹脂組成物を以下の方法で評価した。結果を表１に示
す。

【００２７】評価方法 スパイラルフロー：ＥＭＭＩ−１−６６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６．９ＭＰａ、硬化時間２分で測定した。スパイ
ラルフローは流動性のパラメータであり、数値が大きい
方が流動性が良好である。単位はｃｍ。 硬化トルク：キュラストメーター（オリエンテック
（株）製、ＪＳＲキュラストメーターIVＰＳ型）を用
い、１７５℃、４５秒後のトルクを測定した。この値の
大きい方が硬化性は良好である。単位はｋｇｆ・ｃｍ 成形性（ボイド性、充填性）：１００ピンＴＱＦＰ
［パッケージサイズは１４×１４ｍｍ、厚み１．４ｍｍ
（半導体素子の上面に形成されるエポキシ樹脂組成物の
硬化物の厚みは０．４ｍｍ）、シリコンチップサイズは
８．０×８．０ｍｍ、リードフレームはＣｕ製］を金型
温度１７５℃、注入圧力７．４ＭＰａ、硬化時間１分に
て５０ショット連続でトランスファー成形し、成形した
パッケージの外観を観察し、外部ボイドとパッケージ未
充填が発生した割合を求め、それぞれ％で表示した。 成形性（ボイド性、充填性）：２６ピンＳＯＪ［パッ
ケージサイズは８．９×１７．１ｍｍ、厚み２．７ｍｍ
（半導体素子の上面に形成されるエポキシ樹脂組成物の
硬化物の厚みは１．２ｍｍ）、シリコンチップサイズは
６．０×１５．０ｍｍ、リードフレームはＣｕ製］を金
型温度１７５℃、注入圧力７．４ＭＰａ、硬化時間１分
にて５０ショット連続でトランスファー成形し、成形し
たパッケージの外観を観察し、外部ボイドとパッケージ
未充填が発生した割合を求め、それぞれ％で表示した。 耐半田性：トランスファー成形機を用いて、金型温度１
７５℃、注入圧力８．３ＭＰａ、硬化時間２分で、９×
９ｍｍの半導体素子を９．５×９．９ｍｍのアイランド
を有する８０ｐＱＦＰのリードフレームに封止し、１７
５℃、８時間で後硬化を行った。２０個のパッケージを
６０℃、相対湿度６０％の環境下で１２０時間処理し、
その後２６０℃の半田槽に１０秒間浸漬した。顕微鏡で
観察し、クラック発生率［（外部クラック発生パッケー
ジ数）／（全パッケージ数）×１００］を％で表示し
た。又半導体素子とエポキシ樹脂組成物の硬化物との剥
離面積の割合を超音波探査映像装置にて測定し、剥離率
［（剥離面積）／（チップ面積）×１００］を％で表示
した。

【００２８】実施例２〜５、比較例１〜６ 表１、表２の配合に従い、実施例１と同様にしてエポキ
シ樹脂組成物を得、実施例１と同様にして評価した。結
果を表１、表２に示す。なお、実施例４、５、比較例４
では、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂（軟
化点５５℃、エポキシ当量１９６ｇ／ｅｑ）を、比較例
６では、式（９）のフェノール樹脂（軟化点１１０℃、
水酸基当量９７ｇ／ｅｑ）を使用した。

【００２９】

【化１３】

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】

【発明の効果】本発明のエポキシ樹脂組成物は、成形性
に優れた特性を有しており、多種多様なリードフレーム
に搭載された半導体素子を封止して得られた半導体装置
は耐半田信頼性に優れている。

───────────────────────────────────────────────────── 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 CC043 CD041 CD052 CE003 DE147 DJ017 EN046 EU116 EU136 EW016 FD017 FD156 GQ05 4J036 AA02 AA05 AC08 AD01 AD07 AJ07 DC06 DC41 DC46 DD07 FA03 FA05 FB07 FB08 HA12 4M109 AA01 CA21 EA02 EB03 EC05

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）一般式（１）で示されるエポキシ
   樹脂と一般式（２）で示されるエポキシ樹脂を全エポキ
   シ樹脂中７０重量％以上、（Ｂ）一般式（３）で示され
   るフェノール樹脂と一般式（４）で示されるフェノール
   樹脂を全フェノール樹脂中９０重量％以上、（Ｃ）硬化
   促進剤及び（Ｄ）無機質充填材を全エポキシ樹脂組成物
   中８０〜９０重量％含み、かつ重量比［一般式（１）の
   エポキシ樹脂］／［一般式（２）のエポキシ樹脂］＝３
   ０／７０〜７０／３０、［一般式（３）のフェノール樹
   脂］／［一般式（４）のフェノール樹脂］＝１０／９０
   〜９０／１０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】 （ｎは平均値で、１〜６の正数、Ｒ₁は炭素数１〜４の
   アルキル基で同一でも異なっていてもよい、ｐは０、１
   又は２） 【化２】 （Ｒ₂は水素原子又は炭素数１〜４のアルキル基で同一
   でも異なっていてもよい） 【化３】 （ｎは平均値で、１〜６の正数、Ｒ₃は炭素数１〜４の
   アルキル基で同一でも異なっていてもよい、ｑは０、１
   又は２） 【化４】 （ｎは平均値で、１〜６の正数、Ｒ₄は炭素数１〜４の
   アルキル基で同一でも異なっていてもよい、ｒは０、１
   又は２）
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹
   脂組成物を用いて半導体素子を封止してなることを特徴
   とする半導体装置。