JPH11199650A

JPH11199650A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

Info

Publication number: JPH11199650A
Application number: JP1635298A
Authority: JP
Inventors: Kazutoshi Tomiyoshi; 和俊富吉
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1998-01-12
Filing date: 1998-01-12
Publication date: 1999-07-27

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のビフェニル型エポキシ樹脂を使用した
場合に比べて良好な流動性を有し、成形性に優れた硬化
物を与え、半導体装置を封止することにより、信頼性に
優れた半導体装置を製造することができる半導体封止用
エポキシ樹脂組成物を得る。【解決手段】エポキシ樹脂、フェノール性硬化剤、無
機質充填剤を含有してなるエポキシ樹脂組成物におい
て、エポキシ樹脂として下記一般式（１）で表わされ、
全揮発成分の含有量が２重量％以下であるビフェニル型
エポキシ樹脂及び／又はその２量体を配合する。【化１】（但し、式中Ｒは水素原子又は炭素数１〜５の１価の有
機基、Ｇはグリシジル基であり、ｎは０〜４の整数であ
る。）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流動性に優れ、ボ
イド、ブリスター等の成形性不良のない硬化物を与え、
半導体部品の封止に用いられる半導体封止用エポキシ樹
脂組成物及び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
ター、ＩＣ、ＬＳＩ、超ＬＳＩが主流となっており、こ
の封止樹脂としてエポキシ樹脂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、機械特性、耐湿性
等に優れているため、エポキシ樹脂組成物で上記半導体
装置を封止することが多く行われている。

【０００３】最近においては、表面実装用の半導体部品
を半田付けする際のパッケージクラックを防止するた
め、吸水量の少ない低ガラス転移温度のエポキシ樹脂と
してビフェニル型エポキシ樹脂の使用が増大している。
このビフェニル型エポキシ樹脂は、粘度が低いため流動
性に優れ、また、シリカの高充填化が可能であるという
特徴を有している。

【０００４】しかしながら、このビフェニル型エポキシ
樹脂を使用したエポキシ樹脂組成物は、封止時のボイ
ド、ブリスター等の成形不良が生じやすく、信頼性に優
れた成形物を得ることができなかった。

【０００５】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、良好な流動性を有し、成形性に優れた硬化物を与え
る半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置を提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】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、エポキシ樹脂、フェノール性硬化剤、無機質充填剤
を含有してなるエポキシ樹脂組成物において、エポキシ
樹脂として下記一般式（１）で表わされ、全揮発成分の
含有量が２重量％以下であるビフェニル型エポキシ樹脂
及び／又はその２量体を配合することにより、流動性に
優れ、成形性に優れた硬化物を与え、このエポキシ樹脂
組成物で封止することにより、高温放置下でも高い信頼
性及び耐湿性を有する半導体装置が得られることを知見
した。

【０００７】即ち、本発明者は、ビフェニル型エポキシ
樹脂に含まれる揮発成分が封止時のボイド、ブリスター
等の成形不良の原因となっており、このため信頼性に優
れる成形物を得ることができないものであり、半導体部
品を封止する際、全揮発成分の含有量が２重量％以下で
ある式（１）のビフェニル型エポキシ樹脂及び／又はそ
の２量体を使用することにより、流動性に優れ、ボイ
ド、ブリスター等の成形性不良のない硬化物を与えるこ
とを見出し、本発明をなすに至ったものである。

【０００８】従って、本発明は、エポキシ樹脂、フェノ
ール性硬化剤、無機質充填剤を含有してなるエポキシ樹
脂組成物において、エポキシ樹脂として下記一般式
（１）で表わされ、全揮発成分の含有量が２重量％以下
であるビフェニル型エポキシ樹脂及び／又はその２量体
を配合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、及び、この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３】（但し、式中Ｒは水素原子又は炭素数１〜５の１価の有
機基、Ｇはグリシジル基であり、ｎは０〜４の整数であ
る。）

【００１０】以下、本発明につき更に詳細に説明する
と、本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、フ
ェノール性硬化剤、無機質充填剤を含有してなり、エポ
キシ樹脂として下記一般式（１）で表わされる特定のビ
フェニル型エポキシ樹脂及び／又はその２量体を配合す
ることを特徴とするものである。

【００１１】

【化４】（但し、式中Ｒは水素原子又は炭素数１〜５の１価の有
機基、Ｇはグリシジル基であり、ｎは０〜４の整数であ
る。）

【００１２】上記式（１）において、Ｒは、水素原子又
は炭素数１〜５の１価の有機基であり、炭素数１〜５の
有機基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル
基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒ
ｔ−ブチル基、ペンチル基等のアルキル基、ビニル基、
アリル基、プロペニル基、イソプロペニル基、ブテニル
基、イソブテニル基等のアルケニル基などの１価炭化水
素基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキ
シ基、メトキシエトキシ基、エトキシエトキシ基等の非
置換又はアルコキシ置換アルコキシ基等が挙げられる。
Ｇはグリシジル基である。

【００１３】このような式（１）で示されるビフェニル
型エポキシ樹脂及びその２量体の具体例としては以下の
樹脂が挙げられる。

【００１４】

【化５】

【００１５】

【化６】

【００１６】上記式（１）のビフェニル型エポキシ樹脂
及び／又はその２量体には、通常下記式（２）、（３）
で示される化合物や、メチルイソブチルケトン、トルエ
ン等の有機溶剤系の揮発成分が含まれる。

【００１７】

【化７】

【００１８】上記式（１）のビフェニル型エポキシ樹脂
及び／又はその２量体は、揮発成分、特に上記式（２）
及び（３）で示される揮発成分及び有機溶剤等を含めた
全揮発成分の含有量が２重量％以下、特に０〜１．５重
量％であることが必要である。またこの場合、式（２）
及び（３）で示される揮発成分の合計含有量が１．５重
量％以下、好ましくは１．２重量％以下、より好ましく
は０〜１．１重量％であることが推奨される。揮発成分
の量が多いと、成形性改善の効果がみられず、成形性に
優れた硬化物を得ることができない。なお、かかる揮発
分の測定値は、スタテイックヘッドスペースガスクロマ
トグラフィ分析方法による値である。

【００１９】上記式（２）、（３）で示される化合物及
び有機溶剤等を含めた全揮発成分の含有量は、通常２重
量％以下、特に０〜１．５重量％であることが好まし
い。

【００２０】本発明では、エポキシ樹脂として、上記特
定のビフェニル型エポキシ樹脂以外に他のエポキシ樹脂
を併用してもよい。併用される他のエポキシ樹脂として
は、１分子中にエポキシ基を少なくとも２個以上有する
エポキシ樹脂であり、後述する各種の硬化剤によって硬
化させることが可能なものであれば、分子構造、分子量
等に制限はなく、従来から知られている種々のエポキシ
樹脂の中から適宜選択して使用することができる。この
ような他のエポキシ樹脂として具体的には、ビスフェノ
ールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹
脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、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
シ樹脂等の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、ジシクロペン
タジエン−フェノールノボラック樹脂、フェノールアラ
ルキル型エポキシ樹脂、ナフタレン環含有エポキシ樹
脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、脂環式エポキ
シ樹脂、複素環型エポキシ樹脂、臭素化エポキシ樹脂な
どが挙げられる。

【００２１】式（１）で示されるビフェニル型エポキシ
樹脂の配合比率は、全エポキシ樹脂中の３０重量％以
上、特に５０〜１００重量％が望ましい。３０重量％未
満であると、十分な流動性が得られない場合がある。

【００２２】また、上記エポキシ樹脂の硬化剤として
は、１分子中にフェノール性水酸基を２個以上有するフ
ェノール樹脂であればいかなるものも使用することがで
きる。具体的には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、フェノールアラルキル樹脂、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、ジシクロペ
ンタジエン変性フェノール樹脂などを挙げることがで
き、これらの硬化剤は、単独で使用しても、２種以上を
併用してもよい。特に、耐クラック特性を向上させるこ
とができる点において、フェノールアラルキル樹脂、ナ
フタレン環含有フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン
変性フェノール樹脂を配合することが好ましい。

【００２３】このような硬化剤の具体例としては下記樹
脂が挙げられる。

【００２４】

【化８】（但し、ｍは０〜３の整数である。）

【００２５】なお、上記硬化剤の配合量は特に制限され
ないが、上述したフェノール樹脂を用いる場合は、エポ
キシ樹脂中のエポキシ基と硬化剤中のフェノール性水酸
基とのモル比が０．５〜１．６、特に０．６〜１．４の
範囲となる量にすることが好適である。モル比が０．５
未満では、水酸基が不足してエポキシ基の単独重合の割
合が多くなり、ガラス転移温度が低くなる場合があり、
またモル比が１．６を超えるとフェノール性水酸基の比
率が高くなり、反応性が低下する他、架橋密度が低く十
分な強度が得られない場合がある。

【００２６】更に、本発明の組成物には、無機質充填剤
を配合する。この無機質充填剤は、封止材の膨張係数を
小さくし、半導体素子に加わる応力を低下させることが
できるもので、通常の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。無機質充填剤としては、
具体例に破砕状、球状の形状を有する溶融シリカ、平均
粒径０．５〜３μｍの微細球状シリカ、結晶性シリカ等
が主に用いられ、この他にアルミナ、窒化ケイ素、窒化
アルミなども使用することができる。無機質充填剤の平
均粒径としては、５〜３０μｍのものが好ましい。

【００２７】なお、硬化物の低膨張化と成形性を両立さ
せるためには、上記充填剤として球状と破砕品のブレン
ド、あるいは球状品のみを用いることが好ましい。

【００２８】また、無機質充填剤の充填量は、エポキシ
樹脂１００部（重量部、以下同じ）に対して３００〜
１，２００部、特に６００〜１，０００部とすることが
好ましく、充填量が３００部未満では膨張係数が大きく
なり、半導体素子に加わる応力が増大し、素子特性の劣
化を招く場合があり、１，２００部を超えると成形時の
粘度が高くなり、成形性が悪くなる場合がある。

【００２９】本発明組成物には、難燃剤としてブロム化
エポキシ樹脂と酸化アンチモンとを組合わせて配合する
ことが好ましい。難燃剤は半導体部品の耐熱性を損なう
ので、添加しない方が信頼性が向上するが、難燃性、特
にＵＬ−９４Ｖ−０を達成するには添加するほうが好ま
しい。

【００３０】ブロム化エポキシ樹脂の具体例としては、
下記構造式のものが挙げられる。

【００３１】

【化９】

【００３２】また、酸化アンチモンとしては、例えば三
酸化アンチモン、五酸化アンチモン等が挙げられる。

【００３３】この難燃剤としてのブロム化エポキシ樹
脂、酸化アンチモンは、エポキシ樹脂及びフェノール性
硬化剤の合計１００部に対して、それぞれ０〜３０部、
特には２〜２５部配合することが好ましい。

【００３４】更に、本発明の組成物には、硬化促進剤を
添加することができる。硬化促進剤として具体的には、
イミダゾールもしくはその誘導体、ホスフィン誘導体、
シクロアミジン誘導体等を挙げることができる。

【００３５】硬化促進剤の添加量は触媒量とすることが
できるが、上記エポキシ樹脂と硬化剤の合計量１００部
に対し０．０１〜５部、特に０．１〜２．５部とするこ
とが好ましく、０．０１部未満では短時間で硬化させる
ことができない場合があり、５部を超えると硬化速度が
速すぎて良好な成形品が得られない場合がある。

【００３６】なお、本発明の組成物には、必要に応じ、
任意成分としてシリコーンオイル、変性シリコーンオイ
ル、シリコーンブロック共重合体、熱可塑性樹脂、カル
ナバワックス、高級脂肪酸、合成ワックス類などの離型
剤、カーボファンクショナルシラン、アルキルチタネー
ト等のカップリング剤、カーボンブラック等の顔料、更
にリン化合物などを配合してもよい。

【００３７】本発明のエポキシ樹脂組成物は、上述した
各成分を加熱ロールによる溶融混練、ニーダーによる溶
融混練、連続押し出し機による溶融混練により製造する
ことができる。

【００３８】本発明のエポキシ樹脂組成物は、ＤＩＰ
型、フラットパック型、ＰＬＣＣ型、ＳＯ型等の半導体
パッケージに有効であり、この場合、従来より採用され
ている成形法、例えばトランスファー成形、インジェク
ション成形、注型法等を利用して行うことができる。な
お、本発明のエポキシ樹脂組成物の成形温度は１５０〜
１８０℃、ポストキュアーは１５０〜１８５℃で２〜１
６時間行うことが好ましい。

【００３９】

【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、揮発成分の少ないビフェニル型エポキシ樹脂を用
いたことにより、従来のビフェニル型エポキシ樹脂を使
用した場合に比べて良好な流動性を有し、成形性に優れ
た硬化物を与えるもので、本発明のエポキシ樹脂組成物
で半導体装置を封止することにより、信頼性に優れた半
導体装置を製造することができる。

【００４０】

【実施例】以下、実施例及び比較例を示して本発明を具
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
量部を示す。

【００４１】〔実施例１〜４、比較例１〜３〕表１に示
す成分に加え、カルナバワックス１．５部、カーボンブ
ラック２．０部、トリフェニルホスフィン１．２部、シ
ランカップリング剤（γ−グリシドキシプロピルトリメ
トキシシランＫＢＭ４０３、信越化学工業（株）製）を
加え、得られた配合物を熱二本ロールで均一に溶融混練
して、エポキシ樹脂組成物を製造した。

【００４２】これらのエポキシ樹脂組成物について、以
下の（イ）〜（ニ）の諸特性を測定した。結果を表１に
示す。（イ）スパイラルフローＥＭＭＩ規格に準じた金型を使用して、１７５℃、７０
ｋｇ／ｃｍ²の条件で測定した。（ロ）溶融粘度高化式フローテスター（島津製作所製）を用いて試験荷
重１０ｋｇ／ｃｍ²において１７５℃で測定した。（ハ）成形性（１）９×１０×０．３ｍｍの大きさのシリコンチップを１０
×１５ｍｍの大きさのダイパッドに貼り付け、１４×２
０×１．４ｍｍの大きさの１００ｐｉｎＱＦＰ（４２ア
ロイ）を得た。更に金線を張り、この半導体部品をエポ
キシ樹脂組成物で温度１７５℃、成形圧力７０ｋｇ／ｃ
ｍ²、トランスファースピード１０秒でオートモールド
装置を用いて成形した。成形物の外部ボイド、内部ボイ
ドを各々顕微鏡、軟Ｘ線で測定した（成形パッケージ数
２０個）。（ニ）成形性（２）７×７×０．３ｍｍの大きさのシリコンチップを１０×
１５ｍｍの大きさのダイパッドに貼り付け、１４×２０
×３．５ｍｍのＱＦＰフレーム（１９４アロイ）を得
た。更にフレームのリードとシリコンチップを金線で結
び、これをエポキシ樹脂組成物でオートモールドマシン
で成形条件１７５℃、射出圧力７０ｋｇ／ｃｍ²、射出
時間１０秒、成形時間２分で成形し、顕微鏡及び軟Ｘ線
を用いて各々外部ボイド、内部ボイドの個数を測定した
（成形パッケージ数２０個）。

【００４３】式(2)の揮発成分式(3)の揮発成分エポキシ当量含有量(重量%) 含有量(重量%) ビフェニル型エポキシ樹脂（１）：１９００．１７０．１８（２）：１９００．５６０．５４（３）：１９００．７８１．２４クレゾールノボラック型エポキシ樹脂：ＥＯＣＮ４４００（日本化薬（株）製、エポキシ当量１９０）フェノールノボラック樹脂（１）：ＴＤ２０９３（大日本インキ工業（株）製、ＯＨ当量１０７）フェノールアラルキル樹脂（２）：ＸＬ−２２５−３Ｌ（三井東圧（株）製、ＯＨ当量１６８）ブロム化エポキシ樹脂：ＢＲＥＮ−Ｓ（日本化薬（株）製、エポキシ当量２８０）球状シリカ（１）：平均粒径２８μｍの球状シリカ球状シリカ（２）：平均粒径２μｍの微細球状シリカ

【００４４】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
は、良好な流動性を有し、成形時に発生するボイドがな
く、成形性に優れた硬化物を与えることが確認された。

【００４５】

【表１】

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エポキシ樹脂、フェノール性硬化剤、無
機質充填剤を含有してなるエポキシ樹脂組成物におい
て、エポキシ樹脂として下記一般式（１）で表わされ、
全揮発成分の含有量が２重量％以下である、ビフェニル
型エポキシ樹脂及び／又はその２量体を配合することを
特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。【化１】（但し、式中Ｒは水素原子又は炭素数１〜５の１価の有
機基、Ｇはグリシジル基であり、ｎは０〜４の整数であ
る。）
【請求項２】式（１）のビフェニル型エポキシ樹脂及
び／又はその２量体に含まれる全揮発成分のうち下記式
（２）及び（３）で示される化合物の含有量が１．５重
量％以下である請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹
脂組成物。【化２】
【請求項３】請求項１又は２記載の半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物の硬化物で封止された半導体装置。