JPH0218413A - エポキシ樹脂組成物及び樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はエポキシ樹脂組成物及び樹脂封止型半導体装置
に関し、特に耐熱性、低応力性に優れたエポキシ樹脂組
成物及びそれを用いた高信頼性の樹脂封止型半導体装置
に関する。

（従来の技術） エポキシ樹脂組成物は集積回路（ＩＣ）、大規模集積回
路（ＬＳＩ）、トランジスタなどの半導体部品や電子部
品その他の部品′を封止するために広く用いられている
。

上記のように半導体部品や電子部品などを封止したエポ
キシ樹脂組成物の硬化物からなる封止樹脂には、プリン
ト基盤に実装する際のソルダリングに耐える耐熱性が要
求される。このソルダリングに関しては、ハンダフロー
又はりフローによってハンダ付けする方法が主流となっ
てきている。

そして、ハンダフロー又はリフロー時には、封止樹脂は
２００℃以上、時には３００℃以上の温度に短時間曝さ
れるため、これらの条件でクラックやその他の故障を起
こさないことが必要である。

従来、上述した用途のエポキシ樹脂組成物としては、ク
レゾールノボラック型エポキシ樹脂を主成分とし、硬化
剤としてノ°ボラック型フェノール樹脂を含有するもの
が一般的に用いられていた。

しかし、こうした組成を有するエポキシ樹脂組成物の硬
化物はガラス転移温度が２００℃以下であり、耐熱性が
不充分なためハンダフロー又はりフローの際にクラック
を発生しやすく、充分な信頼性が得られないという問題
があった。

また、従来のエポキシ樹脂組成物の硬化物は弾性率が高
く、そのため半導体チップなどを封止した状態で封止樹
脂に高温（例えば２００℃）及び低温（例えば−６５℃
）の熱ストレスを加えると、封止樹脂と内部に封止され
た半導体チップとの間に大ｉな熱応力が発生し、封止樹
脂及びチップにクラックが発生しすくなり、またチップ
表面の酸化膜のクラックやアルミニウム配線の変形が生
じやすくなる欠点があった。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように従来のエポキシ樹脂組成物の硬化物は耐熱
性が低く、熱応力が大きく、したがってそれを用いて得
られる樹脂封止型半導体装置の信頼性が低いという問題
点があった。

本発明は以上のような問題点に鑑みてなされたもので、
耐熱性、低応力性のエポキシ樹脂組成物及びそれを用い
た高信頼性の樹脂封止型半導体装置を提供することを目
的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、１分
子中に３個以上のフェノール性水酸基を有する硬化剤と
を必須成分とするエポキシ樹脂組成物において、 （Ａ）上記エポキシ樹脂が、次式［１］〜［ｍ］（ただ
し、式［Ｉコル［Ｉｎ］中、 （Ｒ）４ で表わされ、Ｑは炭素原子２以上の炭化水素基、Ｑｏは
炭素原子１以上の炭化水素基、各Ｒは無関係に水素、ハ
ロゲン、又は炭素原子１以上の炭化水素基もしくはハロ
ゲン化炭化水素基、ｎは０又は１以上の整数を表わす。

） で表わされるエポキシ樹脂のうち少なくとも１種を含有
するか、又は （Ｂ）上記硬化剤が、次式［ＩＶ］〜［ＶＩ］（ただし
、式［■］〜［ＶＩ］中、 （Ｒ）４ （Ｒ）３ （Ｒ）４ で表わされ、Ｑは炭素原子２以上の炭化水素基、Ｑｏは
炭素原子１以上の炭化水素基、各Ｒは無関係に水素、ハ
ロゲン、又は炭素原子１以上の炭化水素基もしくはハロ
ゲン化炭化水素基、ｎは０又は１以上の整数を表わす。

） で表わされる硬化剤のうち少なくとも１種を含有する、 という（Ａ）　、（Ｂ）　２つの条件のうち少なくとも
いずれか一方を満たすことを特徴とするものである。

また、本発明の樹脂封止型半導体装置は、半導体チップ
を上記エポキシ樹脂組成物で封止したことを特徴とする
ものである。

以下、本発明を更に詳細に説明する。

まず、上記式［１］〜［ＶＩ］中の記号について補足説
明する。Ｑは炭素原子２個以上の炭化水素基を表わし、
具体的には ／ＣＨ″″ＣＨ２″″ＣＨ。

、＞ｃＨ−（ＣＨ２）２−　ｃ＜ などが挙げられる。

Ｑｏは炭素原子１個以上の炭化水素基を表わし、具体的
には 式［Ｔ］の例としてＲが水素、Ｑがエタン残基の場合で
、ｎ−０のとき −１のとき などが挙げられる。上記式中、Ｒは［１］〜［ＶＩ］式
中のＲと同様に定義され、−Ｈ，−Ｆ。

−Ｃ（１，−Ｂｒ、−（ＣＨ２）　　ＣＨｓ、（ＣＦ　
２　）　ｎ　ＣＦ　３　　（ｎはＯ又は１以上の整数）
などである。特に、Ｒが−（ＣＦ２　）、ＣＦ、のとき
、エポキシ樹脂組成物の吸湿性が減少し、ソルダリング
の際のクラック防止に効果がある。

上記式［Ｉ］〜［ｍ］で表わされるエポキシ樹脂及び上
記式［ＩＶ］〜［ＶＴ］で表わされる硬化剤を具体的に
例示すると、以下のようなものが挙げられる。

［Ｉ　−ｂ］ 式［ｎ］の例としてＲが水素、Ｑｏが炭素、Ｑがエタン
残基の場合で、ｎ−１のとき ［１１−ａｌ 式［ｍ］の例としてＲが水素、Ｑｏが炭素、Ｑがエタン
残基の場合で、ｎ−１のとき 式［Ｖ］の例としてＲが水素、Ｑｏが炭素、Ｑがエタン
残基の場合で、ｎ−１のとき ［Ｉ［Ｉ　−ａｌ 式［ＩＶ］の例としてＲが水素、Ｑｏが炭素、Ｑがエタ
ン残基の場合で、ｎ−０のとき ［Ｖ−ａｌ 式［ＶＩ］の例としてＲが水素、Ｑｏが炭素、Ｑがエタ
ン残基の場合で、ｎ−１のとき ｎ−１のとき Ｈ Ｒ ［ＩＶ　−ｂ］ Ｈ ［ＶＩ−ａｌ 上・記式［１］〜［ＩＩｌ、］のエポキシ樹脂を用いた
場合、これを１分子中に２個以上のフェノール性水酸基
を有する硬化剤によって硬化させれば、耐熱性の優れた
硬化物が得られる。

また、上記式［ＩＶ］〜［ＶＩ］の硬化剤を用いてエポ
キシ樹脂を硬化させると耐熱性の優れた硬化物が？すら
れる。

特に、式［１］〜［ｍｌのエポキシ樹脂と式［ＩＶ］〜
［ＶＩ］の硬化剤とを反応させると、耐熱性が極めて良
好な硬化物を得ることができる。

なお、式［Ｉ］〜［ＩＩ［］のエポキシ樹脂と他のエポ
キシ樹脂とを併用してもよい。一方、式［ＴＶ１〜［Ｖ
Ｉ’ｌの硬化剤と他の硬化剤を併用してもよい。なお、
エポキシ樹脂と硬化剤はそれぞれ予め溶融混合して使用
することが好ましく、更にエポキシ樹脂と硬化剤を場合
によっては予め溶融混合し、均一に混合した状態で使用
することが好ましい。

本発明において、式［１１〜［ｍｌのエポキシ樹脂以外
に用いられるエポキシ樹脂は通常知られているものであ
って特に限定されない。例えば、ビスフェノール型エポ
キシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、テトラキス（グ
リシドキシフェニル）エタン、式　［■］ （式中、Ｑは炭素原子１以上の炭化水素基、各Ｒは無関
係に水素、ハロゲン又は炭素原子１以上の炭化水素基も
しくはハロゲン化炭化水素基を表わし、ｎは０又は１以
上の整数を表わす。）で表わされるエポキシ樹脂などグ
リシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリシジルエステル
型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、複
素環型エポキシ樹脂、ハロゲン化エポキシ樹脂など１分
子中にエポキシ葦を２個以上有するエポキシ樹脂が挙げ
られる。これらのうち特に好ましいエポキシ樹脂はノボ
ラック型エポキシ樹脂、上記式［■］で表わされるエポ
キシ樹脂などである。これらのエポキシ樹脂は１種又は
２種以上の混合系で用いられる。

なお、エポキシ樹脂としては、塩素イオンの含有量が１
０ｐｐｍ以下、加水分解性塩素の含有量が０．１重量％
以下のものが望ましい。これは、ｌＯｐｐｍを超える゛
塩素イオン又は０．１重量％を超える加水分解性塩素が
含まれると、封止された半導体チップのアルミニウム電
極が腐食されやすくなるためである。

本発明において、式［ＩＶ］〜［ＶＩ］の硬化剤以外に
用いられる、１分子中に２個以上のフェノール性水酸基
を有する硬化剤を具体的に例示すると、フェノールノボ
ラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂などのノボラッ
ク型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂、ビス
フェノール型フェノール樹脂、ポリパラヒドロキシスチ
レン、フェノールアラルキル樹脂、及びこれらのノ＼ロ
ゲン化物、式［■］ （式中、Ｑは炭素原子１以上の炭化水素基、各Ｒは無関
係に水素、ハロゲン又は炭素原子１以上の炭化水素基も
しくはハロゲン化炭化水素基を表わし、ｎは０又は１以
上の整数を表わす。）で表わされる化合物などである。

これらの硬化剤は１種又は２種以上の混合系で用いられ
る。上記以外の硬化剤として、酸無水物硬化剤、アミン
系硬化剤の併用も可能である。

式［Ｉ］〜［ｍ］以外のエポキシ樹脂、式［ＩＶ］〜［
ＶＩ］以外の硬化剤は、それぞれの成分の８０重量％以
下、よ伐好ましくは５０重量％以下の範囲で用いられる
。

硬化剤とエポキシ樹脂との配合比については、フェノー
ル性水酸基とエポキシ基との当量比が０．５〜１．５の
範囲内にあるように配合することが望ましい。これは、
上記範囲外では反応が充分に起りにくくなり、硬化物の
特性が劣化しやすくなるためである。

これらの反応において触媒を使用することが好ましいが
、使用可能な各種触媒のうち最も好ましいものは、有機
ホスフィン、有機ホスフィンオキシト、有機ホスフィン
の配位化合物である。これらの触媒を用いることによっ
て硬化物の特性（信−新姓）が向上する。

有機ホスフィン化合物は、式［ＩＸ］ Ｒ２−Ｐ　　　　　　　　　　　　　［］Ｘ］（式中、
Ｒ１−Ｒ９は水素又は炭化水素基で、炭化水素基の一部
は他の原子を含む置換基で置換されていてもよい。なお
、Ｒ１−Ｒ３が全て水素の場合を除く。） で表される化合物である。具体的には、トリフェニルホ
スフオン、トリス（メチルフェニル）ホスフィン、トリ
ス（メトキシフェニル）ホスフィン、トリブチルホスフ
ィン、トリシクロヘキシルホスフィン、メチルジフェニ
ルホスフィン、ブチルフェニルホスフィン、ジフェニル
ホスフィン、フェニルホスフィンなどが挙げられる。Ｒ
１が有機ホスフィンを含む有機基である有機ホスフィン
化合物としては、例えば１．２−ビス（ジフェニルホス
フィノ）エタン、ビス（ジフェニルホスフィノ）メタン
などが挙げられる。これらのうちでもアリールホスフィ
ン化合物が好ましく、特にトリフェニルホスフィン、ト
リス（メチルフェニル）ホスフィン、トリス（メトキシ
フェニル）ホスフィンなどが好ましい。

有機ホスフィンオキシトは、式［Ｘ］ （式中、Ｒ１−Ｒ１は水素又は炭化水素基で、炭化水素
基の一部は他の原子を含む置換基で置換されていてもよ
い。なお、Ｒ１−Ｒ１が全で水素の場合を除く。） で表される化合物である。具体的には、トリフェニルホ
スフィンオキシト、トリス（メチルフェニル）ホスフィ
ンオキシト、トリベンジルホスフィンオキシド、トリオ
クチルホスフィンオキシト、トリシクロヘキシルホスフ
ィンオキシド、ジフェニルエチルホス′フィンオキシド
、フエニルジメチルホスフィンオキシド、ジフェニルホ
スフィンオキシト、ジヘキシルホスフィンオキシド、ト
リス（クロロフェニル）ホスフィンオキシト、トリス（
ヒドロキシフェニル）ホスフィンオキシト、トリス（メ
トキシフェニル）ホスフィンオキシトなどが挙げられる
。これらのうちでもトリフェニルホスフィンオキシトな
どトリアリールホスフィンオキシトが好ましい。

有機ホスフィンの配位化合物は式ＥＸ］（式中、Ｒ１−
Ｒ６は水素、ハロゲン又は炭化水素基で、炭化水素基の
一部は他の原子を含む置換基で置換されていてもよい。

なお、Ｒ１−Ｒ５の少なくとも１つは炭化水素基である
。Ｍはホウ素又はアルミニウム原子である。） で表される化合物で、有機ホスフィンとＭＲ，Ｒ１Ｒ６
とを反応させることによって容易に得られる。

有機ホスフィンの配位化合物を構成する有機ホスフィン
としては、トリフェニルホスフオン、トリス（メチルフ
ェニル）ホスフィン、トリベンジルホスフィン、トリオ
クチルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、ジ
フェニルエチルホスフィン、フエニルジメチルホスフィ
ン、ジフェニルホスフィン、ジヘキシルホスフィン、フ
ェニルホスフィン、デシルホスフィン、トリス（クロロ
フェニル）ホスフィン、トリス（ヒドロキシフェニル）
ホスフィン、トリス（メトキシフェニル）ホスフィンな
どが挙げられる。これらのうちでもトリフェニルホスフ
ィンなどトリアリールホスフィンが好ましい。

有機ホスフィンの配位化合物を構成するＭＲ４Ｒ５Ｒ６
で表される化合物としては水素化ホウ素、水素化アルミ
ニウム、ハロゲン化ホウ素、ハロゲン化アルミニウム、
有機ホウ素及び有機アルミニウムか挙げられる。

有機ホウ素化合物としては、トリフェニルホウ素、トリ
ス（エチルフェニル）ホウ素、トリベンジルホウ索、ト
リオクチルホウ素、トリシクロヘキシルホウ素、ジフェ
ニルメチルホウ、索、フエニルジブチルホウ素、ジフェ
ニルホウ素、ジオクチルホウ素、フェニルホウ素、シク
ロへキシルホウ素、トリス（クロロフェニル）ホウ素な
どが挙げられる。

ａ機アルミニウム化合物としては、上記ホウ素化合物に
対応するアルミニウム化合物、例えばトリフェニルアル
ミニウムなどが挙げられる。

これらの何機ホウ素、有機アルミニウム化合物のうちで
もトリアリール化合物が好ましい。

本発明においては、以上の有機ホスフィン、有機ホスフ
ィンオキシト及び有機ホスフィンの配位化合物のうち少
なくとも１種又は２種以上を組合わせて用いることがで
きる。これらの配合量は組成物全体の０．００１−’２
０重量％の範囲が好ましい。

本発明のエポキシ樹脂組成物には、必要に応じて更に無
機質充填剤、離型剤、難燃剤、着色剤、充填剤の表面処
理剤、低応力付与剤その他の添加剤を加えることができ
る。

無機質充填剤としては、溶融シリカ、結晶性シリカ、ガ
ラス繊維、タルク、アルミナ、ケイ酸カルシウム、炭酸
カルシウム、硫酸バリウム、マグネシア、窒化ケイ素、
窒化ホウ素など一般に知られているものを用いることが
できる。

また、離型剤としては例えば天然ワックス類、合成ワッ
クス類、直鎖脂肪酸の金属塩、酸アミド類、エステル類
、パラフィン類など、難燃剤としては塩素化パラフィン
、ブロムトルエン、ヘキサブロムベンゼン、三酸化アン
チモンなど、着色剤としてはカーボンブラックなど、充
填剤の表面処理剤としてシランカップリング剤などを用
いることができる。

以上のような各種の添加剤を含むエポキシ樹脂組成物を
成形材料として調製する場合、−数的には所定の組成比
に原料を配合し、例えばミキサーによって充分混合した
後、熱ロールによる溶融混合処理、又はニーダ−などに
よる混合処理を施す。

本発明に係る樹脂封止型半導体装置は、上記エポキシ樹
脂組成物を用いて半導体チップを封止することにより容
易に製造することができる。封止は最も一般的には低圧
トランスファ成形で行われるが、インジェクション成形
、圧縮成形、注型などによる封止も可能である。エポキ
シ樹脂組成物は封止の際に加熱により硬化し、最終的に
この組成物の硬化物によって封止された樹脂封止型半導
体装置が得られる。硬化に際しては１５０℃以上に加熱
することが特に望ましい。また、１５０〜３００℃で数
時間〜数十時間のポストキュアを行うことによって硬化
物の耐熱性などの特性を向上させることができる。ポス
トキュア温度は好ましくは１７０℃以上、更に好ましく
は２００℃以上、ポストキュア時間は好ましくは３〜１
６時間である。

（実施例） 以下、本発明の詳細な説明する。

式［１−ａｌ、［１−ｂ］、［ｎ−ａｌ、［ＩＩ［−ａ
ｌで表わされるエポキシ樹脂、 エポキシ当１ｉ１１２００のタレゾールノボラックエポ
キシ樹脂、 式［ＩＶ−ａｌ、［ＩＶ−ｂ］、［Ｖ−ａｌ、［ＶＩ−
ａｌで表わされる硬化剤、 フェノールノボラック樹脂硬化剤（１分子当りの水酸基
数は５個） ビスフェノールＡ（１分子当りの水酸基数は２個） トリフェニルホスフィン（硬化促進剤Ａ）トリフェニル
ホスフィンオキシト（硬化促進剤Ｂ） トリフェニルホスフィン・トリフェニルボロン錯体（硬
化促進剤Ｃ） １．８−ジアザ−ビシクロ（５，４，０）ウンデセン（
硬化促進剤Ｄ） を第１表に示す組成（重量部）に配合し、他の成分とし
て溶融シリカ粉体（充填剤）７００部、カルナバワック
ス（離型剤）４部、カーボンブラック（着色剤）４部、
γ−グリシドキシブロピルトリメトシキシシラン（シラ
ンカップリング剤）４部を加え、ミキサーにより混合し
た後、加熱ロールにより混練して、実施例１〜１３及び
比較例１〜３のトランスファ成形用エポキシ樹脂組成物
を調製した。

これらのエポキシ樹脂組成物を用い、トランスファ成形
により樹脂特性評価用の試験片を作製した。また、これ
らのエポキシ樹脂組成物を用い、トランスファ成形によ
りＭＯ８型集積回路を封止し、評価用の樹脂封止型半導
体装置を作製した。

なお、成形は高周波予熱器で９０℃に加熱したエポキシ
樹脂を１７０℃で２分間モールドし、更に２００℃で８
時間ポストキュアすることにより行った。また、封止さ
れた半導体チップのサイズはｌＯ＋５ｍＸ１２＋ｍｓで
、成形された樹脂パッケージは厚さ２．０鰭のフラット
パッケージ形である。

これらの試料を用いて以下に示す評価を行った。

（ａ）樹脂試験片について動的粘弾性を測定し、ガラス
転移点を求めた。

（ｂ）樹脂試験片について２００℃における曲げ強さを
ｔ−１定した。

（Ｃ）樹脂試験片について２５℃における曲げ弾性率を
測定した。

（ｄ）樹脂パッケージ８２０個について、熱サイクル試
験を行った。熱サイクル試験は一６５℃、２００℃に各
３０分間交互に１００回曝した後、パッケージを切断し
、内部に樹脂クラックが発生しているかどうか調べた。

（ｅ）　樹脂パッケージ８２０個について、ベーパーフ
ェーズ（ＶＰＳ）法により２１５℃でリフローはんだ付
けを行い、パッケージの外観に樹脂クラックが認められ
るかどうか調べた。

（「）上記ｖＰＳ終了後の樹脂パッケージについて、１
２１　’Ｃ１２気圧のプレッシャクッ力法で耐湿試験を
行い、２００時間後の半導体チップのコロ−ジョン不良
の発生を調べた。

以上の評価結果をまとめて第１表に併記する。

［発明の効果コ 上記の結果から明らかなように、本発明のエポキシ樹脂
組成物は耐熱性が優れており、これを用いて半導体チッ
プを封止して得られる樹脂封止型半導体装置の信頼性は
高く、したがってその工業的価値は大である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）エポキシ樹脂と、１分子中に２個以上のフェノー
   ル性水酸基を有する硬化剤とを必須成分とするエポキシ
   樹脂組成物において、 （Ａ）上記エポキシ樹脂が、次式［ I ］〜［III］▲数
   式、化学式、表等があります▼［ I ］ ▲数式、化学式、表等があります▼［II］ ▲数式、化学式、表等があります▼［III］ （ただし、式［ I ］〜［III］中、 Ｂは▲数式、化学式、表等があります▼ Ｂ′は▲数式、化学式、表等があります▼ Ｂ″は▲数式、化学式、表等があります▼ で表わされ、Ｑは炭素原子２以上の炭化水素基、Ｑ′は
   炭素原子１以上の炭化水素基、各Ｒは無関係に水素、ハ
   ロゲン、又は炭素原子１以上の炭化水素基もしくはハロ
   ゲン化炭化水素基、ｎは０又は１以上の整数を表わす。 ） で表わされるエポキシ樹脂のうち少なくとも１種を含有
   するか、又は、 （Ｂ）上記硬化剤が、次式［IV］〜［VI］ ▲数式、化学式、表等があります▼［IV］ ▲数式、化学式、表等があります▼［Ｖ］ ▲数式、化学式、表等があります▼［VI］ （ただし、式［IV］〜［VI］中、 Ａは▲数式、化学式、表等があります▼ Ａ′は▲数式、化学式、表等があります▼ Ａ″は▲数式、化学式、表等があります▼ で表わされ、Ｑは炭素原子２以上の炭化水素基、Ｑ′は
   炭素原子１以上の炭化水素基、各Ｒは無関係に水素、ハ
   ロゲン、又は炭素原子１以上の炭化水素基もしくはハロ
   ゲン化炭化水素基、ｎは０又は１以上の整数を表わす。 ） で表わされる硬化剤のうち少なくとも１種を含有する、 という（Ａ）、（Ｂ）２つの条件のうち少なくともいず
   れか一方を満たすことを特徴とするエポキシ樹脂組成物
   。
2. （２）半導体チップを請求項（１）記載のエポキシ樹脂
   組成物で封止したことを特徴とする樹脂封止型半導体装
   置。