JP3478315B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び該樹脂組成物で封止した半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物及び該樹脂組成物で封止した半導体装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体装置としては、
プラスチックパッケージと呼ばれる樹脂封止型のものが
主流となっており、この樹脂封止には従来よりエポキシ
樹脂組成物が用いられてきた。

【０００３】一方、これら半導体装置を組み込む電気製
品の小型化に伴い、パッケージの小型・薄型化が進むと
共に、パッケージの基板への実装方法も高密度実装に適
した表面実装方式化する傾向にある。

【０００４】これらの表面実装方式では、基板へ半導体
装置を半田付けする際に、ＩＲリフローやＶＰＳリフロ
ー等の装置を用いるため、搭載したパッケージ自体が短
時間に２００℃以上の高温に晒されることになる。

【０００５】この時、パッケージ中に含有される水分が
気化し、この蒸気圧は樹脂と素子／リードフレーム等の
インサートとの界面において剥離応力として働き、これ
ら界面での剥離、薄型のパッケージでは更にパッケージ
の膨れやクラックに至ってしまう。

【０００６】このような症状が生じた場合、剥離やクラ
ックによりパッケージの耐湿信頼性の低下や膨れによる
半田接合不良等の問題を生じてしまうため、表面実装用
パッケージにおいてはこのような問題を回避する必要が
生じる。

【０００７】半導体封止用エポキシ樹脂組成物での検討
では各種の樹脂における検討がなされており、インサー
トに対する接着力、硬化物の吸湿性、高温での強度が重
要であることが分かっている。

【０００８】一方、インサートに対して強い接着力を示
す場合、成形金型との離形性が悪いといった問題が生じ
ていた。

【０００９】また、充填剤量を多くすることは低吸水率
化、高強度化に対して有効ではあるが、流動性を低下さ
せるといった問題があり、これは樹脂の粘度にも影響さ
れる。

【００１０】このため、樹脂の硬化物では吸水率を小さ
くできる系でも、その系の粘度が高く充填剤量を多く添
加できないといった問題点が生じている。

【００１１】また、樹脂系によってはエポキシ樹脂組成
物の保存安定性が著しく悪いといった問題を生じてい
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】これまでの半導体封止
用エポキシ樹脂組成物では、上記のようなリフローによ
る半田付け時の耐熱性及び封止作業性の両立の点で問題
があった。

【００１３】本発明はこのような課題に対し、半導体封
止に用いるエポキシ樹脂組成物において、インサートと
の密着性と成形金型との離型性を両立し、充填剤が多い
にもかかわらず優れた流動性を持った半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物を提供し、上記半田付け方法に対して良
好な耐熱性を示す半導体装置を提供するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決するために鋭意研究を重ねた結果、エポキシ樹脂と
硬化剤として特定の樹脂と特定の化合物とを組み合わせ
て含有させたエポキシ樹脂組成物が低吸湿、高接着の点
で優れ、同時に基板への半田付け実装時のクラックに対
して有効であることを見出した。また、そのエポキシ樹
脂組成物に特定のリン化合物を硬化促進剤として含有さ
せると、流動性に富み充填剤の高充填化が可能であり、
かつ保存安定性に富んでいるエポキシ樹脂組成物が得ら
れることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成す
るに至った。

【００１５】すなわち、本発明は、下記（Ａ）〜（Ｄ）
成分 （Ａ）下記構造式１で表されるエポキシ樹脂を７０重量
％以上含有するエポキシ樹脂、

【００１６】

【化５】 （式中ｎは０〜６の整数を表す。） （Ｂ）１分子中に２個以上のフェノール性水酸基を有す
る化合物、（Ｃ）下記構造式２で表されるリン化合物

【００１７】

【化６】 及び（Ｄ）エポキシ樹脂組成物総量中６０〜９５重量％
の無機充填剤を含有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を提供するものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】（Ａ）成分のエポキシ樹脂は上記
構造式１で表わされるエポキシ樹脂のみからなるもので
あってもよいし、それ以外に１分子中に２個以上のエポ
キシ基を有する他のエポキシ樹脂を総エポキシ樹脂中の
３０重量％まで併用してもよい。併用されるエポキシ樹
脂としてはｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、
フェノールノボラック型エポキシ型樹脂、エピビス型エ
ポキシ樹脂が挙げられるが、好適には下記構造式３で表
されるエポキシ樹脂を全エポキシ樹脂に対し、２〜３０
重量％、好ましくは１０〜２０重量％の割合で用いる
と、より流動性を向上することが出来、充填剤の高充填
化の点からも好ましい。この場合、２重量％未満では流
動性向上の効果が乏しく、また３０重量％を超えて添加
すると離型性が悪化することがある。

【００１９】

【化７】 （式中、Ｒは水素原子又は炭素数１〜４の低級アルキル
基を表し、ｍは０〜６の整数を表す。） なお、構造式３で表されるエポキシ樹脂は、１種単独で
用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

【００２０】硬化剤として用いられる（Ｂ）成分の１分
子中に２個以上のフェノール性水酸基を有する化合物と
しては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラ
ック樹脂等が挙げられるが、好適には下記構造式４で示
される化合物を用いることが、高接着力化、低吸水率化
の点より好ましい。また、これらを２種以上併用しても
よい。

【００２１】

【化８】 （式中、ｐは０〜６の整数を表す。） （Ｃ）成分の構造式２で示されるリン化合物は硬化促進
剤として用いられ、このリン化合物を用いることにより
流動性に富み、充填剤の高充填化の点で優れたエポキシ
樹脂組成物が得られる。また、このリン化合物を含有す
る本発明のエポキシ樹脂組成物は保存安定性の点でも優
れている。

【００２２】構造式２で表されるリン化合物は、例え
ば、以下の方法によって得られる。 １．トリフェニルフォスフィン４１．６ｇをアセトン１
２０ｇに溶解する。 ２．ｐ−ベンゾキノン１７．６ｇをアセトン８０ｇに溶
解する。 ３．１と２の溶液を室温〜８０℃で混合する。 ４．析出した黄褐色結晶をろ過して取り出し、構造式２
で示されるリン化合物として用いる。ここで、溶剤とし
て上記アセトンの代わりにアセトンとトルエンの混合溶
媒等を使用してもよい。

【００２３】（Ｃ）成分の配合割合は総エポキシ樹脂１
００重量部に対して通常０．１〜１０重量部、好ましく
は２〜７重量部が適当である。

【００２４】また、硬化促進剤として、構造式２で表さ
れるリン化合物以外の他の硬化促進剤、例えばトリフェ
ニルホスフィン、１，８−ジアザビシクロ（２．４．
６）ウンデセン−７等を併用してもよい。

【００２５】また、本発明のエポキシ樹脂組成物には、
成形時に金型との良好な離型性を持たせるため離型剤を
添加してもよい。この離型剤としては、酸化型若しくは
非酸化型のポリオレフィンを総エポキシ樹脂１００重量
部に対して０．０１〜１０重量部、好ましくは０．１〜
５重量部添加することが好ましい。これは０．０１重量
部未満では十分な離型性を得ることができず、また、１
０重量部を超えると接着性が阻害されるおそれがあるか
らである。この酸化型若しくは非酸化型のポリオレフィ
ンとしてはヘキスト社製Ｈ４やＰＥ、ＰＥＤシリーズ等
の数平均分子量が５００〜１００００程度の低分子量ポ
リエチレン等が挙げられる。また、これ以外の離型剤、
例えばカルナバワックス、モンタン酸エステル、モンタ
ン酸、ステアリン酸等と併用してもよい。酸化型若しく
は非酸化型のポリオレフィンに加えてこれら他の離型剤
を併用する場合、その配合割合は総エポキシ樹脂１００
重量部に対して通常０．１〜１０重量部、好ましくは
０．５〜３重量部の範囲が適当である。

【００２６】ところで、構造式１で示されるエポキシ樹
脂を用いた場合、エポキシ樹脂組成物の難燃性が低下す
る。このため難燃剤を従来のｏ−クレゾール型エポキシ
樹脂を用いたエポキシ樹脂組成物において使用するより
も多量に配合することが好ましい。本発明において好適
に用いられる難燃剤としては、例えば、臭素化エポキシ
樹脂等の有機難燃剤や三酸化アンチモン等の無機難燃剤
が挙げられる。

【００２７】また、これらの難燃剤をより多く配合した
場合、イオン性の不純物が多くなり、半導体装置の信頼
性を損なうことがある。このため、このようなエポキシ
樹脂組成物には、下記式５で示される無機イオン捕捉剤
（合成ハイドロタルサイト）を配合することが好まし
い。この無機イオン捕捉剤の配合割合は、総エポキシ樹
脂１００重量部対して、通常０．１〜３０重量部、好ま
しくは１〜５重量部の範囲が適当である。 Ｍｇ_4.5Ａｌ₂（ＯＨ）₁₃ＣＯ₃・３．５Ｈ₂Ｏ 式５ （Ｄ）成分の無機充填剤としては、例えばシリカ、アル
ミナ、窒化アルミ、窒化ケイ素等が用いられる。その形
状としては、球状、不定形、楕円状のもの等が用いられ
る。また、その配合割合はエポキシ樹脂組成物総量中６
０〜９５重量％配合される。６０重量％未満では十分な
耐リフロークラック性を維持することができず、また９
５重量％を超えると成形のために十分な流動性を維持す
ることができないためである。

【００２８】また、本発明に用いられるエポキシ樹脂組
成物には必要に応じてカーボンブラック等の顔料、シラ
ンカップリング剤等のカップリング剤、シリコーン等の
添加剤類を配合することができる。

【００２９】上記原材料を各々適宜配合し、この配合物
をミキシングロール機等の混練機にかけ混練して半溶融
状態の樹脂組成物とし、これを室温に冷却した後、公知
の手段により破砕し、必要に応じて打錠するといった一
連の工程により、目的とする半導体封止用エポキシ樹脂
組成物を得ることができる。

【００３０】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
は、通常粉末状又はそれを打錠したタブレット錠の材料
として、半導体の封止に用いられる。

【００３１】本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて半導
体素子を封止すると目的とする半導体装置が得られる。
半導体素子の封止方法は特に限定するものではなく、通
常の方法、例えばトランスファー成形等の公知の成形方
法によって行うことができる。

【００３２】このようにして得られる半導体装置は、イ
ンサートと封止材料の接着性に優れ、封止材料への吸湿
量が少なく、装置を基板に半田付けする際の耐クラック
性に優れていると同時に、半導体装置をトランスファー
成形する際に金型側へ張り付くこともなく優れた封止作
業性を有している。

【００３３】

【実施例】以下、本発明の実施例及びその比較例によっ
て本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの
実施例に限定されるものではない。

【００３４】まず、表１及び表２に示す重量部で各材料
を配合し予備混合した後、１０インチ径の二軸ロールを
使用して、混練温度８０〜９０℃、混練時間７〜１０分
の条件で混練し、冷却後粉砕して半導体封止用エポキシ
樹脂組成物を得た。

【００３５】この封止用エポキシ樹脂組成物を用い、ト
ランスファー成形機で、金型温度１８０℃、成形圧力７
０ｋｇｆ／ｃｍ²、硬化時間９０秒の条件で成形し、試
験片を作成した。後硬化は１７５℃、６時間行った。

【００３６】スパイラルフローはＥＭＭＩ１−６６に準
じて測定した。

【００３７】熱時硬度は上記条件で成形した成形品のシ
ョア硬度を測定した。

【００３８】Ａｌピール接着力は、厚み約０．０３ｍｍ
のアルミホイル上に成形した幅１０ｍｍの成形品にて測
定した。

【００３９】吸水率は上記成形条件にてφ５０×３ｍｍ
の円板を成形し、ＰＣＴ２０ｈ後の吸水率を求めた。

【００４０】耐リフロークラック性はＱＦＰ１４２０
２．０ｍｍｔのパッケージを用い上記条件にて成形後、
８５℃／８５ＲＨ％の雰囲気にＸ時間放置した後、ＩＲ
リフロー炉にて加熱（炉内温度：ＭＡＸ２４５℃）し、
クラックの有無を超音波顕微鏡にて観察した。表１及び
表２中のＢ／Ａについて、Ａは試験に供したパッケージ
数を、Ｂはクラックの発生が観察されたパッケージの数
を示す。

【００４１】離型性はＣｒメッキを行ったステンレス板
表面に２０φの成形品を連続成形し、金属板と封止材の
剪断接着力の変化から判定した。◎は５ｓｈｏｔ以内で
０ｋｇｆとなったものを、○は５〜１０ｓｈｏｔで０ｋ
ｇｆとなったものを、×は１０ｓｈｏｔ成形しても０ｋ
ｇｆとならなかったものを表す。

【００４２】表２中、高温放置（１７５℃）とは、パッ
ケージを１７５℃において放置してデバイスが不良品と
なった時間を表す。

【００４３】表１に実施例１〜４及び比較例１〜４の結
果を示す。

【００４４】表２に実施例５、６及び比較例５、６の結
果を示す。

【００４５】これらの結果から判るように、本発明の半
導体封止用エポキシ樹脂組成物は耐リフロークラック
性、高温放置性、離型性等に優れている。

【００４６】

【表１】 その他の組成（実施例、比較例共通） シランカップリング剤 ６部 カルナバワックス ２部 三酸化アンチモン １５部 カーボンブラック ２部 なお、構造式１のエポキシ樹脂としてはエポキシ当量２
６４の大日本インキ社製ＨＰ−７２００（商品名）を、
構造式３のエポキシ樹脂としてはエポキシ当量約１９２
の油化シェル社製ＹＸ−４０００Ｈ（商品名）を、ｏ−
クレゾールノボラック（ＯＣＮ）としてはエポキシ当量
約２００の住友化学社製ＥＳＣＮ−１９５（商品名）
を、Ｂｒ化エポキシ樹脂としては、エポキシ当量３７
５、臭素含量約５０重量％の住友化学社製ＥＳＢ−４０
０Ｔ（商品名）を用いた。

【００４７】硬化剤のフェノールノボラック樹脂として
は水酸基当量約１０６の日立化成社製ＨＰ−８５０Ｎ
（商品名）を用いた。

【００４８】

【表２】 ＊酸価１５〜３０ｍｇＫＯＨ／ｇ、数平均分子量約２０
００の分岐型ポリエチレンワックス その他の組成（実施例、比較例共通） シランカップリング剤 ６部 三酸化アンチモン １５部 カーボンブラック ２部

【００４９】

【発明の効果】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成
物は半田付け時の耐熱性及びその他の信頼性、成形性に
優れたものであり、従って該封止用樹脂組成物で封止し
た半導体装置も半田付け時の耐熱性やその他の信頼性に
優れたものとなる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31 (72)発明者 萩原 伸介 茨城県つくば市和台48番 日立化成工業 株式会社 筑波開発研究所内 (72)発明者 古沢 文夫 茨城県つくば市和台48番 日立化成工業 株式会社 筑波開発研究所内 (72)発明者 赤城 清一 茨城県つくば市和台48番 日立化成工業 株式会社 筑波開発研究所内 (56)参考文献 特開 平７−118366（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−298903（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−40459（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−190523（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−24553（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−202321（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−70283（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−228672（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C08G 59/20 - 59/32 C08G 59/40 C08G 59/62 C08L 63/00 - 63/04 H01L 23/29

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記（Ａ）〜（Ｄ）成分 （Ａ）下記構造式１で表されるエポキシ樹脂を７０重量
   ％以上含有するエポキシ樹脂、 【化１】 （式中ｎは０〜６の整数を表す。） （Ｂ）１分子中に２個以上のフェノール性水酸基を有す
   る化合物、（Ｃ）下記構造式２で表されるリン化合物 【化２】 及び（Ｄ）エポキシ樹脂組成物総量中６０〜９５重量％
   の無機充填剤を含有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。
2. 【請求項２】 （Ａ）成分が下記構造式３で表されるエ
   ポキシ樹脂を２〜３０重量％含有するエポキシ樹脂であ
   る請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 【化３】 （式中、Ｒは水素原子又は炭素数１〜４の低級アルキル
   基を表し、ｍは０〜６の整数を表す。）
3. 【請求項３】 （Ｂ）成分が下記構造式４で表される化
   合物である請求項１又は２記載の半導体封止用エポキシ
   樹脂組成物。 【化４】 （式中、ｐは０〜６の整数を表す。）
4. 【請求項４】 酸化若しくは非酸化型のポリオレフィン
   類を（Ａ）成分の全エポキシ樹脂１００重量部に対し
   ０．０１〜１０重量部含有する請求項１〜３何れか記載
   の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
5. 【請求項５】 難燃剤としてブロム化エポキシ樹脂又は
   三酸化アンチモンを含有する請求項１〜４何れか記載の
   半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
6. 【請求項６】 下記式５で表される無機イオン捕捉剤を
   含有する請求項１〜５何れか記載の半導体封止用エポキ
   シ樹脂組成物。 Ｍｇ_4.5Ａｌ₂（ＯＨ）₁₃ＣＯ₃・３．５Ｈ₂Ｏ 式５
7. 【請求項７】 請求項１〜６何れか記載の半導体封止用
   エポキシ樹脂組成物で封止したことを特徴とする半導体
   装置。