JPH04300914A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流動性が良好な上、膨
張係数が小さく、高ガラス転移温度を有しながら低応力
性であり、しかも、接着性、低吸湿性に優れた硬化物を
与えるエポキシ樹脂組成物及びこのエポキシ樹脂組成物
の硬化物で封止された半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】現在、
半導体産業の中で樹脂封止型のダイオード、トランジス
タ、ＩＣ、ＬＳＩ、超ＬＳＩが主流となっており、なか
でも硬化性エポキシ樹脂、硬化剤及びこれに各種添加剤
を配合したエポキシ樹脂組成物は、一般に他の熱硬化性
樹脂に比べ成形性、接着性、電気特性、機械的特性、耐
湿性等に優れているため、エポキシ樹脂組成物で半導体
装置を封止することが多く行なわれている。

【０００３】これら半導体装置は最近ではその集積度が
益々大きくなり、それに応じてチップ寸法も大きくなり
つつあるが、一方、これに対してパッケージ外形寸法は
、電子機器の小型化、軽量化の要求に伴い小型化、薄型
化が進んでいる。更に、半導体部品を回路基板へ取り付
ける方法においても基板上の部品の高密度化や基板の薄
型化のため、半導体部品の表面実装がよく行なわれるよ
うになってきた。

【０００４】しかしながら、半導体装置を回路基板へ表
面実装する場合、半導体装置全体を半田槽に浸漬するか
、又は半田が溶融する高温ゾーンを通過させる方法が一
般的であるが、その際の熱衝撃により封止樹脂層にクラ
ックが発生したり、リードフレームやチップと封止樹脂
との界面に剥離が生じたりするという問題があった。 このようなクラックや剥離は、表面実装時の熱衝撃以前
に半導体装置の封止樹脂層が吸湿していると更に顕著な
ものとなるが、実際の作業工程においては、封止樹脂層
の吸湿は避けられず、このため実装後のエポキシ樹脂で
封止した半導体装置の信頼性が大きく損なわれる場合が
あった。

【０００５】従って、回路基板へ表面実装後に高い信頼
性の半導体装置を与え得る高品質の半導体装置封止用エ
ポキシ樹脂組成物の開発が望まれていた。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
流動性が良好である上、高いガラス転移温度を有し、膨
張係数が小さく、低応力性、低吸湿性に優れた硬化物を
与えるエポキシ樹脂組成物、及びこのエポキシ樹脂組成
物の硬化物で封止された表面実装時の熱衝撃後において
も高い信頼性を有する半導体装置を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は上記
目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、（Ａ）ナフ
タレン環含有エポキシ樹脂、（Ｂ）下記一般式（１）で
示されるフェノール樹脂を含有するフェノール樹脂及び
（Ｃ）無機質充填剤を必須成分として組み合わせて配合
した場合、得られるエポキシ樹脂組成物は流動性が良好
であると共に、膨張係数が小さく、高いガラス転移温度
を有し、かつガラス転移温度以上の温度領域で弾性率が
低下するなどの特徴を有する低応力性に優れた硬化物を
与えること、しかも従来の低弾性率化の手法で得られる
エポキシ樹脂組成物はガラス転移温度の低下や樹脂強度
の不足などの欠点を合わせ持っているものであったが、
本発明のエポキシ樹脂組成物は低弾性率でありながらガ
ラス転移温度の低下がない上、低吸湿性であるなど、従
来のエポキシ樹脂組成物では得られなかった優れた特性
を有する硬化物を与えることを知見した。また、かかる
硬化物で封止された半導体装置は表面実装時の熱衝撃後
においても高い信頼性を有し、このため上記エポキシ樹
脂組成物はＳＯＰ、ＳＯＪ、ＴＳＯＰ、ＴＱＦＰなどの
半導体装置に使用でき、特に表面実装用半導体装置の封
止材として非常に優れた特性を有していることを知見し
、本発明をなすに至った。

【０００８】従って、本発明は、（Ａ）ナフタレン環含
有エポキシ樹脂、（Ｂ）下記一般式（１）で示されるフ
ェノール樹脂を含有するフェノール樹脂、（Ｃ）無機質
充填剤を必須成分とするエポキシ樹脂組成物及び該エポ
キシ樹脂組成物の硬化物で封止された半導体装置を提供
する。

【０００９】

【化２】

【００１０】以下、本発明に付き更に詳しく説明する。 本発明に係るエポキシ樹脂組成物は、上述したように（
Ａ）ナフタレン環含有エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール
樹脂及び（Ｃ）無機質充填剤を配合してなるものである
。

【００１１】ここで、（Ａ）成分のナフタレン環含有エ
ポキシ樹脂として具体的には、下記の化合物を挙げるこ
とができる。

【００１２】

【化３】

【００１３】更に、上述したナフタレン環を有するエポ
キシ樹脂と共に、必要に応じて、例えばビスフェノール
Ａ型エポキシ樹脂，フェノールノボラック型エポキシ樹
脂，アリルフェノールノボラック型エポキシ樹脂、トリ
フェノールアルカン型エポキシ樹脂及びその重合物、ビ
フェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポ
キシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、脂環
式エポキシ樹脂、複素環型エポキシ樹脂、ハロゲン化エ
ポキシ樹脂等のエポキシ樹脂などを併用することができ
る。

【００１４】次に、（Ｂ）成分のフェノール樹脂は（Ａ
）成分のエポキシ樹脂の硬化剤として作用するものであ
り、本発明においては下記一般式（１）で示されるフェ
ノール樹脂を含有するものを使用する。

【００１５】

【化４】

【００１６】一般式（１）で示されるフェノール樹脂と
して具体的には次の化合物を挙げることができる。

【００１７】

【化５】

【００１８】上記一般式（１）で示されるフェノール樹
脂は吸湿後の半田浸漬の際の耐クラック性、低吸湿化に
効果があるが、これを硬化剤として単独で使用した場合
、ガラス転移温度が若干低下する場合がある。そのため
、一般式（１）のフェノール樹脂はそれ単独で用いるよ
りも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、トリフェノールアルカン型樹脂及びその重合体
等のフェノール樹脂、ナフタレン環含有フェノール樹脂
、更にアミン系硬化剤や酸無水物系硬化剤と併用するの
がよく、特に下記ナフタレン環含有フェノール樹脂との
併用はガラス転移温度を低下させずにより一層の低吸湿
化を達成するため最適である。この場合、一般式（１）
のフェノール樹脂の使用量は、（Ｂ）成分のフェノール
樹脂全体の１０重量％以上、特に３０〜８０重量％の範
囲とすることが好ましい。

【００１９】

【化６】

【００２０】なお、本発明において、エポキシ樹脂及び
硬化剤としてのフェノール樹脂中におけるナフタレン環
の含有量は５〜８０重量％、特に１０〜６０重量％の範
囲とすることが好ましい。ナフタレン環の含有量が１０
重量％未満であると硬化物の低吸湿化、また、ガラス転
移温度以上の温度領域での低弾性率効果が顕著でないた
め、吸湿後の熱衝撃時の耐クラック性が十分改善されな
いことがある。またナフタレン環の含有量が８０重量％
を超えると、樹脂の溶融粘度が高くなりすぎて製造時に
エポキシ樹脂が完全に分散しなくなり、成形性や硬化物
特性等において不利になる場合がある。

【００２１】また、上記（Ａ）成分、（Ｂ）成分に含ま
れるエポキシ基の量（ａモル）とフェノール性水酸基の
量（ｂモル）の比はａ／ｂ＝０．５〜１．５の範囲にあ
ることが望ましく、ａ／ｂが上記範囲外にあると、硬化
性、低応力性、吸湿性において不利になる場合がある。

【００２２】（Ｃ）成分の無機質充填剤は、通常エポキ
シ樹脂組成物に配合されるものを使用することができる
。具体的には、例えば溶融シリカ，結晶シリカ等のシリ
カ類，アルミナ，窒化珪素，窒化アルミニウム，ボロン
ナイトライド，酸化チタン，ガラス繊維等が挙げられる
。これらの中でも溶融シリカが望ましく、その平均粒径
は３〜１５μｍのものが成形性の面から望ましい。また
、溶融シリカの形状は、高充填化やチップ表面に対する
応力を小さくするため球状のものが望ましい。なお、無
機質充填剤は、樹脂と無機質充填剤表面の強度を強くす
るため、予めシランカップリング剤などで表面処理した
ものを配合することが好ましい。

【００２３】これら無機質充填剤はその１種を単独で使
用でき、また２種以上を併用するようにしてもよく、そ
の配合量は特に制限されないが、（Ａ）成分と（Ｂ）成
分との合計量１００部（重量部、以下に同じ）に対して
１００〜１０００部、特に２００〜７００部の範囲とす
ることが好ましい。

【００２４】更に、本発明のエポキシ樹脂組成物には、
硬化触媒を配合することができ、この硬化触媒としては
イミダゾール化合物、三級アミン化合物、リン系化合物
等が例示されるが、１，８−ジアザビシクロ（５．４．
０）ウンデセン−７とトリフェニルホスフィンとを重量
比で０：１〜１：１、好ましくは０．０１：１〜０．５
：１の範囲で使用する併用触媒とすることが好ましい。 １，８−ジアザビシクロ（５．４．０）ウンデセン−７
の比率が上記範囲より高くなるとガラス転移温度が低く
なる場合がある。上記併用触媒の添加量は特に制限され
ないが、（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計量１００部に対
して０．２〜２部、特に０．４〜１．２部とすることが
望ましい。

【００２５】本発明の組成物には、更に必要に応じて各
種の添加剤を配合することができる。例えば熱可塑性樹
脂，熱可塑性エラストマー，有機合成ゴム，シリコーン
系等の低応力剤、カルナバワックス等のワックス類、ス
テアリン酸などの脂肪酸及びその金属塩等の離型剤、カ
ーボンブラック，コバルトブルー，ベンガラ等の顔料、
酸化アンチモン，ハロゲン化合物等の難燃化剤、グリシ
ドキシプロピルトリメトキシシランなどのシラン類、ア
ルキルチタネート類等の表面処理剤、老化防止剤、ハロ
ゲントラップ剤等の添加剤を配合することができる。

【００２６】本発明のエポキシ樹脂組成物は、その製造
に際し上述した成分の所定量を均一に撹拌、混合し、予
め７０〜９５℃に加熱してあるニーダ、ロール、エクス
トルーダーなどにより混練、冷却し、粉砕するなどの方
法で得ることができる。ここで、成分の配合順序に特に
制限はない。

【００２７】かくして得られる本発明のエポキシ樹脂組
成物はＳＯＰ型，ＳＯＪ型，ＴＳＯＰ型，ＴＱＦＰ型等
の半導体装置の封止用に有効に使用でき、この場合、成
形は従来より採用されている成形法、例えばトランスフ
ァ成形、インジェクション成形、注型法などを採用して
行なうことができる。なお、本発明のエポキシ樹脂組成
物の成形温度は１５０〜１８０℃で３０〜１８０秒、ポ
ストキュアーは１５０〜１８０℃で２〜１６時間行なう
ことが望ましい。

【００２８】

【実施例】以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具
体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限される
ものではない。なお、以下の例において部はいずれも重
量部である。

【００２９】〔実施例１〜８、比較例１，２〕下記に示
すエポキシ樹脂及びフェノール樹脂を表１に示す割合で
使用し、下記に示す硬化触媒０．６部、トリフェニルホ
スフィン０．５部、比表面積１．４ｍ２／ｇ，平均粒径
１５μｍの溶融球状シリカ２５０部、比表面積２．５ｍ
２／ｇ，平均粒径１０μｍの溶融球状シリカ２５０部、
比表面積１０ｍ２／ｇ，平均粒径１．０μｍの溶融球状
シリカ７０部、三酸化アンチモン８部、カーボンブラッ
ク１．５部、カルナバワックス１部及びγ−グリシドキ
シプロピルトリメトキシシラン３部を熱２本ロールにて
均一に溶融混合し、冷却、粉砕して、エポキシ樹脂組成
物を得た。

【００３０】

【化７】

【００３１】

【化８】

【００３２】硬化触媒 １，８−ジアザビシクロ（５．４．０）ウンデセン−７
とフェノールノボラック樹脂（ＴＤ２１３１大日本イン
キ製）とを２０／８０重量比の割合で１３０℃で３０分
加熱溶融混合したのち、５０μｍ以下に粉砕したもの。

【００３３】次に、これらの組成物につき、次の（イ）
〜（ヘ）の諸試験を行なった。結果を表１に併記する。 （イ）スパイラルフロー ＥＭＭＩ規格に準じた金型を使用して１８０℃、７０ｋ
ｇ／ｃｍ２の条件で測定した。 （ロ）曲げ強さ及び曲げ弾性率 ＪＩＳ−Ｋ６９１１に準じて１８０℃、７０ｋｇ／ｃｍ
２、成形時間２分の条件で１０×４×１００ｍｍの曲げ
試験片を成形し、１８０℃で４時間ポストキュアーした
ものについて２１５℃で測定した。 （ハ）膨張係数、ガラス転移温度 直径４ｍｍ、長さ１５ｍｍの試験片を用いて、ＴＭＡ法
により毎分５℃の速さで昇温した時の値を測定した。 （ニ）吸湿半田後の耐クラック性 ２×４×０．４ｍｍの大きさのシリコンチップを４×１
２×１．８ｍｍの大きさのＳＯパッケージ用リードフレ
ーム（４２アロイ）に接着し、これにエポキシ樹脂組成
物を成形条件１８０℃、７０ｋｇ／ｃｍ２、成形時間２
分で成形し、１８０℃で４時間ポストキュアーした。

【００３４】これを８５℃／８５％ＲＨの雰囲気に４８
時間及び１６８時間放置したのち、２５０℃の半田浴に
１０秒間浸漬し、パッケージクラック数／総数を測定し
た。 （ホ）耐湿性 １ＭＤＲＡＭチップを２０ピンのＳＯＪフレームに接着
し、これにエポキシ樹脂組成物を成形条件１８０℃、７
０ｋｇ／ｃｍ２、成形時間２分で成形し、１８０℃で４
時間ポストキュアーした。

【００３５】これを１２１℃／１００％ＲＨ雰囲気中に
２４時間放置して吸湿させたのち、２６０℃の半田浴に
１０秒間浸漬し、更に１２１℃／１００％ＲＨ雰囲気中
に３００時間放置したときのＡｌ配線断線数／総数を測
定した。 （ヘ）吸水率 成型条件１８０℃、７０ｋｇ／ｃｍ２、成形時間２分で
成形し、１８０℃で４時間ポストキュアーした直経５０
ｍｍ、厚さ２ｍｍの円板を１２１℃／１００％ＲＨ雰囲
気中に２４時間放置し、吸水率を測定した。

【００３６】

【表１】

【００３７】表１の結果より、ナフタレン環含有エポキ
シ樹脂を使用していても、硬化剤として式（１）で示さ
れるフェノール樹脂以外のフェノール樹脂を使用したも
の（比較例１，２）は、いずれもガラス転移温度以上で
曲げ弾性率が高く、耐クラック性、耐湿性が悪く、吸水
率が大きいことが認められる。

【００３８】これに対し、ナフタレン環含有エポキシ樹
脂と共に、硬化剤として式（１）で示されるフェノール
樹脂を用いたもの（実施例１〜４）は、流動性、曲げ強
さ、ガラス転移温度、線膨張係数が比較例と同等である
上、ガラス転移温度以上で曲げ弾性率が顕著に低下し、
吸水率が少なく、耐クラック性、耐湿性に優れているこ
とが認められる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のエポキシ
樹脂組成物は、上述した成分の組合わせとしたことによ
り、流動性が良好であるとともに、低弾性率であり、特
にガラス転移以上の温度で著しく弾性率が低下し、線膨
張係数が小さく、低応力でありながらガラス転移温度が
高く、しかも低吸湿性の硬化物が得られるものであり、
このため本発明のエポキシ樹脂組成物の硬化物で封止さ
れた半導体装置は表面実装時の熱衝撃においても高い信
頼性を有するものである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　（Ａ）ナフタレン環含有エポキシ樹脂
   、（Ｂ）下記一般式（１）で示されるフェノール樹脂を
   含有するフェノール樹脂、（Ｃ）無機質充填剤を必須成
   分とするエポキシ樹脂組成物。 【化１】
2. 【請求項２】　　請求項１記載のエポキシ樹脂組成物の
   硬化物で封止された半導体装置。