JP3969402B2 - 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 - Google Patents

Description

本発明は、難燃性、成形性、信頼性に優れた封止材及びそれを用いた半導体装置に関する。

半導体素子の封止は、生産性、コスト等の面から樹脂封止が主流となっている。この封止用樹脂は、電気的特性、コスト、作業性等に優れるエポキシ樹脂組成物が主に用いられている。しかし、エポキシ樹脂は、難燃性が不充分なので通常臭素化エポキシ樹脂を添加して難燃性を向上させている。また、臭素系難燃剤と相乗効果のあるアンチモン化合物（三酸化アンチモン、五酸化アンチモン等）を併用している。近年環境保護の観点から、燃焼時にダイオキシンの生成が疑われる臭素系難燃剤、及び発癌性の可能性が指摘されているアンチモン化合物に対する使用規制の要求が強まりつつある。
この要求に対し、種々の代替難燃剤が検討されてきた。例えば、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の金属水和物は、充分な難燃性を発揮させるためには多量に添加せねばならず、樹脂組成物の硬化性、強度等の劣化を招いてしまう。
また、燐酸エステル系難燃剤（窒素との併用も含む）も種々の製品が提案されているが、成形性、信頼性において半導体封止用途の要求に堪えるものはない。

本発明は、臭素系難燃剤やアンチモン化合物を含有しない、成形性、信頼性、難燃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ことを目的とする。

すなわち本発明は、エポキシ樹脂を主成分とする封止材において、難燃剤としてモリブデン酸亜鉛を必須成分として配合し、且つ臭素系難燃剤、アンチモン化合物を含有しない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に関する。
これまでにもモリブデン酸亜鉛は、塩化ビニル等の発煙抑制剤として知られている。しかし、これらはその他の難燃剤（特に臭素系難燃剤）の助剤あるいは発煙抑制剤としてであり、モリブデン酸亜鉛単独でＵＬ９４ Ｖ−０を達成した例は報告されていない。本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、驚くべきことに上記組成にて製造されたエポキシ樹脂組成物は難燃剤として少量のモリブデン酸亜鉛を添加するだけで、ＵＬ９４ Ｖ−０を達成することを発見し、本発明を完成した。すなわち本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂及びモリブデン酸亜鉛を必須成分とすることを特徴とする。以下、詳細について説明する。

エポキシ樹脂を主成分とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、難燃剤としてモリブデン酸亜鉛を必須成分として配合することにより、臭素系難燃剤、アンチモン化合物を含有することなく難燃性ＵＬ９４ Ｖ−０を満足し、信頼性、成形性に優れ、且つ環境に対する影響が極めて小さい成形材料を得ることができる。
また、この成形材料を用いて半導体素子を封止することで、信頼性、難燃性に優れた半導体装置を得ることができる。

本発明で用いられるエポキシ樹脂としては、特に制限はないが、オルソクレゾールノボラック型、ビフェニル型、ジシクロ型等を単独または併用して用いることができるが、特にビフェニル型が好適である。
硬化剤としては、特に制限はないが、フェノールノボラック型、アラルキル型（パラキシリレン変性フェノール樹脂）、テルペン型等を単独又は併用して用いることができるが、特にアラルキル型が好適である。
硬化促進剤としては、特に制限はないが、テトラフェニルホスホニウム−テトラフェニルボレード、トリフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィンとベンゾキノンの付加物、１，８−ジアザ−ビシクロ（５，４，０）−ウンデセン−７，２−フェニル−４メチル−イミダゾール、トリフェニルホスホニウム−トリフェニルボラン等を単独又は併用して用いることができるが、特にトリフェニルホスフィンとベンゾキノンの付加物が好適である。
カップリング剤は、特に制限はないが、エポキシシランが好適に用いられる。
離型剤は、特に制限はないが、高級脂肪酸例えばカルナバワックス等とポリエチレン系ワックスを単独又は併用して用いることができるが、特に併用が好適である。
無機充填材は、７０〜９５ｗｔ％配合され、充填材形状は球状又は破砕状であり、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ等を単独及び併用して用いることができる。特に、球状溶融シリカが好適である。
充填材量が７０重量％以下では、難燃性が低下するし、９５重量％以上では、流動性に問題が出易い。特に８５〜９５重量％の範囲が好適である。

難燃剤としては、モリブデン酸亜鉛を用いる。好ましくは酸化マグネシウム、酸化珪素等の核にモリブデン酸亜鉛を被覆したものを用いる。樹脂組成物中のモリブデン酸亜鉛の含有量としては、０．０５〜１０．０重量％が好ましい。０．０５％よりも少なければ難燃性が不足するし、１０．０％よりも多ければ成形性に問題が出易い。特に０．１〜５．０％の範囲が好適に用いられる。
タルクにモリブデン酸亜鉛を被覆した難燃剤としては、ＳＨＥＲＷＩＮ−ＷＩＬＬＡＭＳ社のＫＥＭＧＡＲＤ９１１等が容易に入手可能である。

その他の添加物として、着色剤（カーボンブラック等）、改質剤（シリコーン、シリコーンゴム等）、イオントラッパー（ハイドロタルサイト、アンチモン−ビスマス等）を用いることができる。
以上のような原材料を用いて、成形材料を作製する一般的な方法としては、所定の配合量の原材料混合物をミキサー等によって充分混合した後、熱ロール、押出機等によって混練し、冷却、粉砕、することによって成形材料を得ることができる。
本発明で得られるエポキシ樹脂組成物を用いて、電子部品を封止する方法としては、低圧トランスファ成形法が最も一般的であるが、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。
上記した手段を用いて製造したエポキシ樹脂組成物は、臭素系難燃剤、アンチモン化合物を含有しないため環境に優しく、且つ成形性、信頼性に優れており、トランジスタ、ＩＣ、ＬＳＩ等の封止に好適に用いることができる。

以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
実施例１〜３、比較例１〜３
まず、表１に示す各種の素材を用い、実施例１〜３及び比較例１〜３は各素材を予備混合（ドライブレンド）した後、二軸ロール（ロール表面温度約８０℃）で１０分間混練し、冷却粉砕して製造した。

この封止材を用い、トランスファー成形機を用い、金型温度１８０℃、成形圧力７０ｋｇｆ／ｃｍ、硬化時間９０秒の条件で各試験を行った。
スパイラルフローは、ＥＭＭＩ１−６６により測定した。
熱時硬度はショア硬度計にて測定した。
また、この封止材を用いて、半導体素子をトランスファー成形機で同様の条件で成形しポストキュア（１７５℃／５ｈ）後、耐湿性と半田耐熱性を評価した。
耐湿性に用いた半導体装置は、ＳＯＰ−２８ピンであり、８５℃／８５ＲＨ％７２時間吸湿＋２１５℃／９０秒（ＶＰＳ）の前処理後、ＰＣＴ（１２１℃／２気圧）に放置してＣｈｉｐ上配線の断面の有無を評価した。
半田耐熱性に用いた半導体装置は、ＱＦＰ８０ピンの樹脂封止型半導体装置（外形寸法２０×１４×２．０ｍｍ）であり、リードフレームは４２アロイ材（加工なし）で８×１０ｍｍのチップサイズを有するものである。
このようにして得られた樹脂封止型半導体装置について、半田耐熱性を以下に示す方法で測定した。
１２５℃／２４ｈベーキング後、８５℃／８５％ＲＨで所定の時間吸湿した後、２４０℃／１０ｓｅｃの処理を行った時の樹脂封止型半導体装置のクラック発生率を求めた。
上記の試験結果をまとめて表３に示す。

Claims (7)

1. エポキシ樹脂、モリブデン酸亜鉛、無機充填剤及びイオントラッパーを必須成分とし、前記無機充填材の含有量が、樹脂組成物全体に対して７０〜９５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。
2. モリブデン酸亜鉛の含有量が、樹脂組成物全体に対して０．０５〜１０．０重量％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. エポキシ樹脂が、ビフェニル型エポキシ樹脂である請求項１または２記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
4. さらに硬化剤を含み、該硬化剤が、パラキシリレン変性フェノール樹脂である請求項１〜３のいずれか記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
5. 該無機充填材の含有量が、樹脂組成物全体に対して８５〜９５重量％である請求項１〜４のいずれか記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
6. イオントラッパーがハイドロタルサイト又はアンチモン−ビスマスである請求項１〜５のいずれか記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
7. 請求項１〜６のいずれかに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樹脂封止型半導体装置。