JP3377933B2 - エポキシ樹脂組成物及びこれを用いた半導体装置 - Google Patents
エポキシ樹脂組成物及びこれを用いた半導体装置Info
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Description
アンチモン化合物を含まず、高温保管性に優れた半導体
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。
回路等の電子部品は、主にエポキシ樹脂組成物で封止さ
れている。このエポキシ樹脂組成物(以下、樹脂組成物
という)中には、難燃剤としてハロゲン系難燃剤、或い
はハロゲン系難燃剤と三酸化アンチモンを併用し配合さ
れており、高温においてハロゲンガス或いはハロゲン化
アンチモンガスを発生させ難燃化を図っている。しか
し、これらの方法では、ハロゲン化合物或いはハロゲン
化合物とアンチモン化合物の併用系を使用するため、電
子部品が高温にさらされている間に、ハロゲンガス或い
はハロゲン化アンチモンガスによるアルミニウム配線の
腐食や、チップのアルミパッドと金線の結合部の切断等
の不良を招き、大きな問題となっている。この様な問題
に対して、使用環境より高いガラス転移温度を有するエ
ポキシ樹脂とフェノール樹脂硬化剤の組み合わせの樹脂
組成物等を使用し、高温保管中のハロゲンガスやハロゲ
ン化アンチモンガスの拡散を低減させて高温保管性を改
善する方法、イオン捕捉剤を添加し、高温保管中のハロ
ゲンガスやハロゲン化アンチモンガスを捕捉する方法、
更にこれら2種を組み合わせた方法が使われている。と
ころが、近年、電子部品の表面実装化、小型化、薄型化
が進み、回路基板への実装時の耐半田性向上の要求が厳
しくなってきており、耐半田クラック性と高温保管性の
両方を満足するものが望まれている。しかしながら、ハ
ロゲン化合物又はハロゲン化合物とアンチモン化合物を
併用した難燃剤系を配合した耐半田クラック性に優れた
樹脂組成物でも、ガラス転移温度が低いと、イオン捕捉
剤を添加しても高温保管性が不十分で、一方、ガラス転
移温度が高い樹脂組成物では、耐半田クラック性が不十
分である。そのため、ガラス転移温度が低くても、高温
保管性に優れたエポキシ樹脂組成物を提供できるまでに
至っていない。
題に対して、難燃性を低下させることなくハロゲン化合
物及びアンチモン化合物を含まない、高温保管性に優れ
た半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた半
導体装置を提供するものである。
解決すべく鋭意研究を重ねた結果、モリブデン酸亜鉛を
用いることにより、難燃性を低下させることなく、高温
下での長期信頼性(高温保管性)を著しく向上できる半
導体封止用エポキシ樹脂組成物が得られることを見出
し、本発明を完成するに至った。即ち、本発明は、
(A)エポキシ樹脂、(B)フェノール樹脂硬化剤、
(C)硬化促進剤、(D)無機充填材、及び(E)モリ
ブデン酸亜鉛を必須成分とする半導体封止用樹脂組成物
で、特にエポキシ樹脂としては、式(1)〜(3)で示
される結晶性エポキシ化合物が最適である。
1〜12のアルキル基を示し、互いに同一であっても異
なっていてもよい)
剤として作用し、これを配合した樹脂組成物で封止され
た半導体装置の難燃性の維持、高温下での長期信頼性を
著しく向上させる。モリブデン酸亜鉛は単独で用いても
よいが、吸湿性の傾向があり、配合量が多くなると吸湿
率が高くなり、耐半田クラック性が低下するおそれがあ
る。従って、遷移金属、シリカ、アルミナクレー、炭酸
カルシウム、窒化アルミニウム、窒化珪素、珪酸アルミ
ニウム、珪酸マグネシウム等の無機系物質をモリブデン
酸亜鉛で被覆し、難燃剤として表面のモリブデン酸亜鉛
のみが作用するようにすることにより、モリブデン酸亜
鉛の配合量の増加による吸湿率の上昇を抑えることがで
きる。全樹脂組成物中のモリブデン酸亜鉛の配合量は、
0.05〜0.8重量%が好ましい。この範囲を外れる
と不純物抽出量の増加が見られプレッシャークッカーテ
スト等の環境試験における信頼性が低下する。モリブデ
ン酸亜鉛で被覆された物質としては、例えば、Sher
win Williams等から市販されている。
分子中にエポキシ基を2個以上有するモノマー、オリゴ
マー、ポリマー全般を言い、例えば、ビフェニル型エポ
キシ化合物、ヒドロキノン型エポキシ化合物、スチルベ
ン型エポキシ化合物、ビスフェノール型エポキシ化合
物、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、トリフェノールメタン型エ
ポキシ樹脂、アルキル変性トリフェノールメタン型エポ
キシ樹脂、トリアジン核含有エポキシ樹脂、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差し支えない。
本発明で、モリブデン酸亜鉛を用いることにより、難燃
性を低下させることなく、高温下での長期信頼性(高温
保管性)を著しく向上できる効果は、式(1)〜(3)
で示される結晶性エポキシ化合物を用いた樹脂組成物の
様に、低粘度でシリカを多く配合し、耐半田クラック性
には優れているが、硬化物のガラス転移温度が低く、高
温保管性に難点のある樹脂組成物に、特に有効である。
ては、1分子中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、ポリマー全般を言い、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、キシリ
レン変性フェノール樹脂、テルペン変性フェノール樹
脂、トリフェノールメタン型ノボラック樹脂等が挙げら
れ、これらは単独でも混合して用いても差し支えない。
特に、フェノ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、キシリレン変性フェノール樹
脂、テルペン変性フェノール樹脂等が好ましい。これら
の配合量としては、エポキシ樹脂のエポキシ基数とフェ
ノール樹脂のフェノール性水酸基数の比が0.8〜1.
3が好ましい。
キシ基とフェノール性水酸基との硬化反応を促進させる
ものであればよく、一般に封止材料に使用されているも
のを広く使用することができる。例えば、1,8−ジア
ザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7、トリフェニ
ルホスフィン、2−メチルイミダゾール等が挙げられ、
これらは単独でも混合して用いても差し支えない。
に封止材料に使用されているものを広く使用することが
でき、例えば、溶融シリカ粉末、結晶シリカ粉末、アル
ミナ、窒化珪素等が挙げられ、これらは単独でも混合し
て用いても差し支えない。配合量としては、成形性と耐
半田クラック性のバランスから、全樹脂組成物中に60
〜95重量%含有することが好ましい。60重量%未満
だと吸水率上昇に伴う耐半田クラック性の低下、95重
量%を越えると、ワイヤースィープ及びパッドシフト等
の成形時における問題が生じ好ましくない。
アニオン、有機酸アニオン等を捕捉することにより樹脂
成分等に含まれるイオン性不純物を減少させるものであ
る。これらのイオン性不純物は、アルミニウムの配線や
パッドを腐食することが知られており、本発明のイオン
捕捉剤を使用することにより、イオン性不純物を捕捉
し、アルミニウムの腐食を防止するものである。イオン
捕捉剤としては、式(4)〜式(6)が挙げられ、これ
らは単独でも混合して用いてもよい。配合量としては、
全樹脂組成物中に0.1〜5重量%が好ましい。0.1
重量%未満だと不純物抽出量の増加が見られプレッシャ
ークッカーテスト等の環境試験における信頼性が不足
し、5重量%を越えると難燃性が低下するので好ましく
ない。 BiOa(OH)b(NO3)c (4) (式中、a=0.9〜1.1、b=0.6〜0.8、c=0〜0.4) BiOa(OH)b(NO3)c(HSiO3)d (5) (式中、a=0.9〜1.1、b=0.6〜0.8、c+d=0.2〜0.4 ) MgxAly(OH)2x+3y-2z(CO3)z・mH2O (6) (式中、0<y/x≦1、0≦z/y<1.5、mは正数)
分、又は(A)〜(F)成分を必須成分とするが、これ
以外に必要に応じてシランカップリング剤、カーボンブ
ラック、ベンガラ等の着色剤、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
力添加剤等の種々の添加剤を適宜配合しても差し支えな
い。又、本発明の樹脂組成物は、(A)〜(E)成分、
又は(A)〜(F)成分、及びその他の添加剤等をミキ
サー等を用いて充分に均一に混合した後、更に熱ロール
又はニーダー等で溶融混練し、冷却後粉砕して得られ
る。これらの樹脂組成物は、電気部品或いは電子部品で
あるトランジスタ、集積回路等の被覆、絶縁、封止等に
適用することができる。
0℃でロール混練し、冷却後粉砕して樹脂組成物とし
た。得られた樹脂組成物をタブレット化し、以下に示す
方法で評価した。評価結果を表1に示す。
75℃、70kg/cm2、120秒の条件でガラス転
移温度測定用サンプルを成形した。その後175℃、8
時間ポストキュアーを行った。サンプルの寸法は15m
m×6mm×3mmとした。測定は熱機械分析装置を用
いて、試験片の温度上昇に伴う熱膨張を測定し、ガラス
転移温度を求めた。 難燃性:低圧トランスファー成形機を用いて175℃、
70kg/cm2、120秒の条件で難燃性測定用サン
プルを成形した。その後23℃,湿度50%で48時間
処理を行った。サンプルの寸法は、127mm×12.
7mm×1.6mmとした。測定方法は、UL94垂直
法に準じた。 高温保管性:低圧トランスファー成形機を用いて175
℃、70kg/cm2、120秒の条件で、3.0mm
×3.2mmのテスト用チップ素子を16pDIPに封
止した。その後175℃、8時間ポストキュアーを行っ
た。このテスト用半導体装置を、185℃の大気雰囲気
中に保管し、一定時間毎に常温で電気抵抗値を測定し
た。テスト用半導体装置の総数は10個とし、電気抵抗
値が初期値の2倍となったものを不良とみなし、不良個
数が総数の半分を越えた時間を、不良発生時間とした。 耐半田クラック性:低圧トランスファー成形機を用いて
175℃、70kg/cm2、120秒の条件で、0.
9mm×0.9mmのテスト用チップ素子を80pQF
Pに封止した。その後175℃、8時間ポストキュアー
を行った。85℃、湿度85%で処理しIRリフロー2
40℃で表面クラック観察を行った。
作製し、実施例1と同様に評価した。評価結果を表1に
示す。実施例4のエポキシ樹脂は式(7)のヒドロキノ
ン型エポキシ化合物を用いた。実施例5のエポキシ樹脂
は式(8)のスチルベン型エポキシ化合物を用いた。実
施例6のイオン捕捉剤1は、BiOa(OH)b(N
O3)c(HSiO3)d(式中、a=1、b=0.7、c
+d=0.3)。実施例7のイオン捕捉剤2は、協和化
学工業(株)製・DHT−4H(ハイドロタルサイト系
化合物)である。
を封止することにより、高温保管性に優れた半導体装置
を得ることが出来る。
Claims (3)
- 【請求項1】 (A)式(1)〜(3)で示される結晶
性エポキシ化合物から選ばれるエポキシ樹脂、(B)フ
ェノール樹脂硬化剤、(C)硬化促進剤、(D)無機充
填材、及び(E)無機系物質を被覆してなるモリブデン
酸亜鉛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】 (式(1)〜(3)中のRは、ハロゲン原子又は炭素数
1〜12のアルキル基を示し、互いに同一であっても異
なっていてもよい) - 【請求項2】 請求項1記載の半導体封止用エポキシ樹
脂組成物が、更に(F)式(4)〜(6)で示されるイ
オン捕捉剤を含むことを特徴とする半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物。 BiOa(OH)b(NO3)c (4) (式中、a=0.9〜1.1、b=0.6〜0.8、c=0〜0.4) BiOa(OH)b(NO3)c(HSiO3)d (5) (式中、a=0.9〜1.1、b=0.6〜0.8、c+d=0.2〜0.4 ) MgxAly(OH)2x+3y-2z(CO3)z・mH2O (6) (式中、0<y/x≦1、0≦z/y<1.5、mは正数) - 【請求項3】 請求項1又は2記載の半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物を用いて封止してなることを特徴とする
半導体装置。
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