JP2000007900A

JP2000007900A - 封止用のエポキシ樹脂組成物および半導体装置

Info

Publication number: JP2000007900A
Application number: JP27177098A
Authority: JP
Inventors: Takashi Toyama; 貴志外山; Hironori Ikeda; 博則池田; Takanori Kushida; 孝則櫛田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1998-04-23
Filing date: 1998-09-25
Publication date: 2000-01-11

Abstract

(57)【要約】【課題】離型性に優れるとともに、従来に比較して著
しく金型汚れおよび成形品表面の汚れが少なく、従っ
て、金型のクリーニング周期を拡げることができて連続
成形性に優れ、かつ、流動性にも優れた、エポキシ樹脂
組成物と、成形品表面の汚れが少ない半導体装置を提供
する。【解決手段】エポキシ樹脂と硬化剤と硬化促進剤と無
機充填剤とを含むエポキシ樹脂組成物において、前記エ
ポキシ樹脂として２核体量が１０％以下のクレゾールノ
ボラックエポキシ樹脂を用いるか、あるいは、前記硬化
剤として２核体以下の低分子量体を１０％以下に制御し
たフェノールノボラック樹脂を用いる。また、半導体素
子がエポキシ樹脂組成物を用いて封止されている半導体
装置において、前記エポキシ樹脂組成物として上記本発
明にかかるエポキシ樹脂組成物を用いるか、あるいは、
前記エポキシ樹脂組成物として上記本発明にかかる硬化
剤を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子等の封
止に使用されるエポキシ樹脂組成物と、これを用いて封
止した半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子（チップ）などの電子部品の
封止方法として、セラミックや熱硬化性樹脂を封止材に
用いる方法が、従来より行われている。なかでも、エポ
キシ樹脂による封止が、経済性と性能のバランスの点で
好ましく、広く行われている。半導体素子の樹脂封止
は、例えばリードフレーム用金属上に半導体素子を搭載
し、その半導体素子とリードフレームをボンディングワ
イヤー等を用いて電気的に接続し、金型を使用して、半
導体素子の全体及びリードフレームの一部を、樹脂で封
止することにより行われる。

【０００３】封止用のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ
樹脂と硬化剤を必須成分として含み、封止の際に使用す
る金型からの脱型を容易にするために離型剤が配合され
ている。ところで、上記樹脂封止を連続的に行っている
うちに、離型剤の影響で徐々に金型汚れが発生し、これ
により成形品表面に汚れが発生することが問題となって
いる。この問題は、離型剤量を低減することにより解決
することができるが、そうすると、離型性が低下し、連
続成形時に脱型が円滑に行かなくなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の課題
は、離型性に優れるとともに、従来に比較して著しく金
型汚れおよび成形品表面の汚れが少なく、従って、金型
のクリーニング周期を拡げることができて連続成形性に
優れ、かつ、流動性にも優れた、エポキシ樹脂組成物
と、成形品表面の汚れが少ない半導体装置を提供するこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明者は種々検討した結果、使用するエポキシ樹
脂として２核体量が１０％以下のクレゾールノボラック
エポキシ樹脂を必須とするか、あるいは、使用する硬化
剤として２核体以下の低分子量体を１０％以下に制御し
たフェノールノボラック樹脂を必須とすれば良いことを
見いだし、本発明を完成した。

【０００６】すなわち、本発明にかかる封止用のエポキ
シ樹脂組成物は、エポキシ樹脂と硬化剤と硬化促進剤と
無機充填剤とを含むエポキシ樹脂組成物において、前記
エポキシ樹脂として２核体量が１０％以下のクレゾール
ノボラックエポキシ樹脂が用いられていることを特徴と
するか、あるいは、前記硬化剤として２核体以下の低分
子量体を１０％以下に制御したフェノールノボラック樹
脂が用いられていることを特徴とする。

【０００７】また、上記課題を解決するために、本発明
にかかる半導体装置は、半導体素子がエポキシ樹脂組成
物を用いて封止されている半導体装置において、前記エ
ポキシ樹脂組成物として上記本発明にかかるエポキシ樹
脂組成物を用いることを特徴とするか、あるいは、前記
エポキシ樹脂組成物として上記本発明にかかる硬化剤を
用いることを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】（エポキシ樹脂）第１の発明にお
いては、エポキシ樹脂として、２核体量１０％以下のク
レゾールノボラックエポキシ樹脂を必須成分として使用
することが必要である。これに対し、硬化剤として、２
核体以下の低分子量体を１０％以下に制御したフェノー
ルノボラック樹脂を用いる場合は、上記の２核体量１０
％以下のクレゾールノボラックエポキシ樹脂であっても
よく、また、封止材に一般的に使用可能な他のエポキシ
樹脂のみであってもよいし、これらの併用、すなわち、
２核体量１０％以下のクレゾールノボラックエポキシ樹
脂と封止材に一般的に使用可能な他のエポキシ樹脂との
併用であってもよい。この併用の場合、エポキシ樹脂全
体に対する２核体量１０％以下のクレゾールノボラック
エポキシ樹脂の割合は、たとえば２０〜１００重量％、
好ましくは５０〜１００重量％である。前記範囲を下回
ると連続成形時の金型汚れを起こりやすくなる場合があ
る。

【０００９】上記必須成分として用いるクレゾールノボ
ラックエポキシ樹脂としては、たとえば市販の２核体量
１０％以下のオルソクレゾールノボラックエポキシ樹脂
が使用できる。その他のエポキシ樹脂としては、１分子
中に２個以上のエポキシ基を持っていれば特に制限はな
いが、例えば、２核体量１０％超のクレゾールノボラッ
クエポキシ樹脂、フェノールノボラックエポキシ樹脂、
ビスフェノール型エポキシ樹脂、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等が挙げら
れる。これらは単独で用いても併用してもよい。

【００１０】また、他のエポキシ樹脂としては、例え
ば、オルソクレゾールノボラックエポキシ樹脂、ビスフ
ェノール型エポキシ、ビフェニル型エポキシ、ジシクロ
ペンタジエン型エポキシ、ブロム含有エポキシなどを用
いることができる。（硬化剤）エポキシ樹脂として、２核体量１０％以下の
クレゾールノボラックエポキシ樹脂を必須成分として使
用する場合、硬化剤としては、連続成形時の金型汚れを
より起こりにくくするという点からは２核体量１０％以
下のフェノールノボラック樹脂を使用するのが好ましい
が、封止用のエポキシ樹脂組成物に通常用いられる硬化
剤のみを用いたり、あるいは、２核体量１０％以下のフ
ェノールノボラック樹脂と通常の硬化剤とを併用したり
することができる。この併用の場合、硬化剤全体に対す
る２核体量１０％以下のフェノールノボラック樹脂の割
合は、たとえば２０〜１００重量％、好ましくは５０〜
１００重量％である。前記範囲を下回ると連続成形時の
金型汚れを起こりやすくなる場合がある。

【００１１】通常の硬化剤としては、たとえば、２核体
量１０％超のフェノールノボラック樹脂、フェノールア
ラルキル型（フェノールアラルキル型の繰り返し単位数
ｎ＝０〜１０）、ジシクロペンタジエン型（ジシクロペ
ンタジエン型の繰り返し単位数ｎ＝０〜１０）などの多
価フェノール化合物、ナフトール化合物、無水ヘキサヒ
ドロフタル酸等の酸無水物、クレゾール、キシレノー
ル、レゾールシン等とホルムアルデヒドとを縮合反応し
て得られるノボラック樹脂、アミン系硬化剤等が挙げら
れる。これらは単独で用いても併用してもよい。

【００１２】上記硬化剤は、金型汚れのさらなる抑制の
ため、２核体以下の低分子量体を１０％以下に制御した
フェノールノボラック樹脂を使用することがさらに望ま
しい。２核体以下の低分子量体が１０％を超えると、成
形後もこれらが未反応成分として金型表面にブリードア
ウトして金型汚れを促進する傾向がある。しかし、本発
明の顕著な効果を得るためには、上記フェノール樹脂を
硬化剤全体の１０重量％以上使用することが望ましい。

【００１３】上記硬化剤は、未反応成分を低減するため
に、下記構造式（１）で示される４核体を含有するフェ
ノールノボラック樹脂であることも望ましい。この４核
体によって、反応時の架橋密度が高められ、かつ、反応
率が高められるために、未反応成分が低減される。な
お、この場合、硬化剤全体に対する４核体の割合は５重
量％以上であることが望ましい。

【００１４】

【化５】

【００１５】一方、エポキシ樹脂として２核体量１０％
以下のクレゾールノボラックエポキシ樹脂を用いない場
合は、硬化剤として２核体以下の低分子量体を１０％以
下に制御したフェノールノボラック樹脂を必須とする。
２核体以下の低分子量体が１０％を超えると、成形後も
これらが未反応成分として金型表面にブリードアウトし
て金型汚れを促進する。なお、この場合、２核体以下の
低分子量体を１０％以下に制御したフェノールノボラッ
ク樹脂のみの使用に限定するものではなく、一般的なフ
ェノールノボラック、クレゾールノボラック、フェノー
ルアラルキル、ナフトールアラルキルなど各種多価フェ
ノール化合物あるいはナフトール化合物を併用すること
ができる。しかし、本発明の顕著な効果を得るために
は、上記フェノール樹脂を硬化剤全体の１０重量％以上
使用することが望ましい。またさらに、上記硬化剤は、
未反応成分を低減するために、下記構造式（１）で示さ
れる４核体を含有するフェノールノボラック樹脂である
ことも望ましい。この４核体によって、反応時の架橋密
度が高められ、かつ、反応率が高められるために、未反
応成分が低減される。なお、この場合、硬化剤全体に対
する４核体の割合は５重量％以上であることが望まし
い。

【００１６】

【化６】

【００１７】フェノールノボラック型硬化剤は、フェノ
ールとホルムアルデヒドを反応させる周知の方法によっ
て得ることができるが、この反応の際に、反応モル比、
反応煮つめ時間（減圧脱水時間）を調整したり、反応
後、溶剤を添加して、減圧、脱溶媒を行うことによって
２核体量を１０％以下に調整することができる。前記硬
化剤の配合割合は、エポキシ樹脂１当量に対して硬化剤
の当量を０．５〜１．５の範囲に設定することが好まし
く、より好ましくは０．８〜１．２である。硬化剤の当
量が上記範囲を外れると信頼性が劣ると共に成形時の剛
性が下がり作業性に悪影響を与える傾向がある。（硬化促進剤）エポキシ樹脂組成物では、硬化促進のた
めに、通常、硬化促進剤が用いられる。硬化促進剤とし
ては、エポキシ樹脂と硬化剤の反応を促進させる作用が
あるものであれば特に制限はないが、たとえば、トリフ
ェニルホスフィン、トリブチルホスフィン等の有機ホス
フィン、２−メチルイミダゾール、２−フェニル−４−
メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール等のイ
ミダゾール、１，８−ジアザビシクロ〔５，４，０〕ウ
ンデセン−７、トリエタノールアミン、ベンジルジメチ
ルアミン等の３級アミン系硬化促進剤、テトラフェニル
ホスホニウム・テトラフェニルボレート等の有機塩類等
が挙げられる。これは単独で用いてもよく、併用しても
よい。硬化促進剤として有機ホスフィンを用いると連続
成形性向上効果が得られるので好ましい。

【００１８】前記硬化促進剤の配合割合は、封止用樹脂
組成物全体に対して硬化促進剤０．０３〜１．０重量％
であることが好ましい。硬化促進剤の配合量が０．０３
重量％未満では、ゲル化時間が遅くなり、硬化作業性を
著しく低下させる傾向がみられ、逆に１．０重量％を超
えると、材料がランナー流動中に硬化してしまい、未充
填になりやすくなる恐れがあるからである。（充填剤）封止部分の樹脂硬化物の、信頼性を向上させ
たり、強度を高めたり、熱放散性を向上させたりするた
めに、通常は、エポキシ樹脂組成物中に無機充填剤を配
合することができる。無機充填剤としては、特に限定す
る訳ではないが、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、
窒化ケイ素等を挙げることができる。これらは単独で使
用されるほか、併用されることもある。充填剤の配合割
合は組成物全体の６０〜９３重量％であることが好まし
い。（離型剤）本発明にかかるエポキシ樹脂組成物には離型
剤が配合されていてもよい。離型剤としては、例えば、
天然カルナバ系、高級脂肪酸（または、その金属石鹸
類）、エステル類、アマイド類、ポリエチレン系ワック
ス等のポリオレフィン類などを用いることができ、単独
で用いても、２種類以上を併用してもよい。具体的に
は、カルナバワックス、ステアリン酸、モンタン酸、ア
ミド類、ポリオレフイン類等が好ましく用いられる。こ
れらは単独で使用されるほか、併用されることもある。
離型剤の配合割合は組成物全体の０．０５〜１．５重量
％であることが好ましい。離型剤として脂肪酸アミドを
用いると、金型汚れがより一層生じ難くなる。（ブリード防止剤）本発明にかかるエポキシ樹脂組成物
に離型剤を配合する場合にはこの離型剤の表面ブリード
を防ぐために下記一般式（２）で示されるポリオルガノ
シロキサンも配合することが好ましい。その配合割合
は、たとえば組成物全体の０．０５〜１．５重量％であ
る。

【００１９】

【化７】

【００２０】〔式（２）中、Ｘはポリエーテル基（ポリ
オキシアルキレン基）であり、Ｙはエポキシ基、アミノ
基、カルボキシル基、フェニル基のいずれかであり、
ｌ、ｍ、ｎは任意の整数である。ただし、ｌ、ｍ、ｎが
同時に０にはならない。〕Ｘであるポリエーテル基としては、たとえば下式（３）
で示される基があげられる。

【００２１】

【化８】

【００２２】（式（３）中、ａは２〜３、ｂ＋ｃは５〜
１００、好ましくは１０〜５０、ｄは２〜３であり、繰
り返し数ｂとｃの繰り返し単位の順番は入れ代わってい
てもよい。）上記一般式（２）で示されるポリオルガノシロキサンの
分子量、有する官能基数等には何らの制限もないが、１
０≧ｍ≧２、１０≧ｎ≧２、３５０≧ｌ＋ｍ＋ｎ≧３０
が好ましい。ｍ、ｎとも、１以下ではブリードしやすく
なることがある。（その他の配合剤）本発明にかかる封止用エポキシ樹脂
組成物には、必要に応じて、着色剤、低応力化剤、難燃
剤、シランカップリング剤等が適宜量添加されてよい。
着色剤としては、例えばカーボンブラック、酸化チタン
等が挙げられる。低応力化剤としては、例えば、シリコ
ーンゲル、シリコーンゴム等が挙げられる。難燃剤とし
ては、例えば、三酸化アンチモン、ハロゲン化合物、リ
ン化合物等が挙げられる。前記着色剤、低応力化剤、難
燃剤等は２種類以上を併用することもできる。シランカ
ップリング剤としては、γ−グリシドキシプロピルトリ
メトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシ
シラン等が挙げられる。（組成物の製造）本発明のエポキシ樹脂組成物は、前述
した各成分（配合剤）をミキサー等によって均一に混合
したのち、ロール、ニーダー等によって混練することで
製造することができる。成分の配合順序は特に制限はな
い。

【００２３】本発明のエポキシ樹脂組成物は、より具体
的には、例えば、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、
無機充填剤その他の配合成分を混合又は溶融混合した
後、熱ロール等で溶融混練し、この混練物を冷却・固化
した後、粉砕し、必要ならタブレット状に打錠すること
により製造することができる。性状が室温で液状の場合
は、溶解混合又は溶融混練までで製造することができ
る。（半導体装置の封止）このようにして得られたエポキシ
樹脂組成物は、金型を用い、固形の場合はタブレットを
トランスファー成形することにより、リードフレームに
搭載した半導体素子を封止することができる。

【００２４】上記リードフレームとしては、電気伝導性
の点で銅合金製のリードフレームが、また、熱膨張率の
点で４２アロイ合金製のリードフレームが一般に使用さ
れている。これらのリードフレームは、金線等のボンデ
ィングワイヤーとの接着性が低いため、リードフレーム
のボンディングワイヤーと接続しようとする部分にあら
かじめ銀メッキや金メッキを行った後、ボンディングワ
イヤーと接続し、接続の信頼性を改良するようにしてい
る。

【００２５】

【実施例】表１に示す配合でエポキシ樹脂組成物を製造
し、半導体装置の封止を行った。エポキシ樹脂としては
以下の２種類のものを用いた。エポキシ樹脂Ａ₁：ＥＯＣＮ４５００（日本化薬社
製）、エポキシ当量１９４、２核体含量５％；エポキシ樹脂Ａ₂：ＥＳＣＮ１９５ＸＬ（住友化学社
製）、エポキシ当量１９５、２核体含量１１％。

【００２６】硬化剤としては以下の３種類のものを用い
た。フェノールノボラックＢ₁：ＤＬ−９２（明和化成社
製）、フェノール当量１０６、２核体以下の低分子量体
の含量８％、４核体の含量３５％；フェノールノボラックＢ₂：ＶＲ９３０５（三井化学社
製）、フェノール当量１０５、２核体以下の低分子量体
の含量５％、４核体の含量１０％以下；フェノールノボラックＢ₃：タマノール７５４（荒川化
学社製）、フェノール当量１０５、２核体以下の低分子
量体の含量１５％、４核体の含量１０％以下。

【００２７】硬化促進剤としては、２−メチルイミダゾ
ール（２ＭＺ）またはトリフェニルホスフィン（ＴＰ
Ｐ）を用いた。使用したポリオルガノシロキサンは、上
記一般式（２）で表される化合物であり、Ｘが上記一般
式（３）を満し、Ｙ＝エポキシ基、ｌ＝４２、ｍ＝４、
ｎ＝４、ｌ＋ｍ＋ｎ＝５０、エポキシ当量２５００のも
のである。

【００２８】なお、表１中の単位は重量基準である。

【００２９】

【表１】

【００３０】エポキシ樹脂組成物の製造条件は以下のと
おりであり、半導体封止条件は以下のとおりであった。（エポキシ樹脂組成物の製造条件）各成分をミキサー、
ブレンダー等によって均一に混合したのち加熱ロールに
よって混練することによって製造した。すなわち、２軸
加熱ロールを用いて温度８０〜８５℃で５分間混練し、
次いで冷却した。その後、粉砕機で粉砕して、封止材料
を得た。（封止条件）ＴＯ２２０用パッケージに銅フレームを用
いた。トランスファプレスを用い、成形圧力７０ｋｇ／
ｃｍ²：成形温度１７０℃、成形時間９０秒で成形し
て、成形品を得た。

【００３１】以上のようにして成形した際の金型汚れと
離型性は表１に示すとおりであった。金型汚れと離型性
は以下のようにして評価した。（離型性）ＴＯ２２０パッケージを１７０℃で１０００
ｓ（ショット）まで連続成形したときの連続成形中にお
ける、パッケージの金型へのはりつき、ランナー、ゲー
ト等の金型残りの有無により、無を問題なしと判定し
た。（金型汚れ）ＴＯ２２０パッケージを１７０℃で１００
０ｓ（ショット）まで連続成形したときの金型汚れを目
視で確認。汚れ発生した時点までのショット数で判定。

【００３２】

【発明の効果】離型性に優れるとともに、従来に比較し
て著しく金型汚れおよび成形品表面の汚れが少なく、従
って、金型のクリーニング周期を拡げることができて連
続成形性に優れた、エポキシ樹脂組成物と、成形品表面
の汚れが少ない半導体装置を提供する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31 (72)発明者櫛田孝則大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内Ｆターム(参考） 4J002 AE034 BB034 CC042 CD051 CP033 DE148 DF018 DJ018 EF057 EG017 EN026 EN106 EU096 EU116 EW146 EW176 EZ006 FD018 FD142 FD156 FD164 FD167 GQ05 4J036 AA02 AD01 AF01 AF07 AJ09 DA05 DD07 FB08 FB16 JA07 4M109 EA03 EA06 EB03 EB04 EB06 EB07 EB08 EB09 EB12 EB19 EC20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エポキシ樹脂と硬化剤と硬化促進剤と無機
充填剤とを含むエポキシ樹脂組成物において、前記エポ
キシ樹脂として２核体量が１０％以下のクレゾールノボ
ラックエポキシ樹脂を用いることを特徴とする、封止用
のエポキシ樹脂組成物。
【請求項２】前記硬化剤が、２核体量を１０％以下に制
御したフェノールノボラック樹脂である、請求項１に記
載の封止用のエポキシ樹脂組成物。
【請求項３】前記硬化剤が、２核体以下の低分子量体を
１０％以下に制御したフェノールノボラック樹脂であ
る、請求項２に記載の封止用のエポキシ樹脂組成物。
【請求項４】前記硬化剤が、下記構造式（１）で示され
る４核体を含有するフェノールノボラック樹脂である、
請求項１から３までのいずれかに記載の封止用のエポキ
シ樹脂組成物。【化１】
【請求項５】前記硬化促進剤が有機ホスフィンである、
請求項１から４までのいずれかに記載の封止用のエポキ
シ樹脂組成物。
【請求項６】離型剤および下記一般式（２）で示される
オルガノポリシロキサンをも含む、請求項１から５まで
のいずれかに記載の封止用のエポキシ樹脂組成物。【化２】〔式（２）中、Ｘはポリエーテル基（ポリオキシアルキ
レン基）であり、Ｙはエポキシ基、アミノ基、カルボキ
シル基、フェニル基のいずれかであり、ｌ、ｍ、ｎは任
意の整数である。ただし、ｌ、ｍ、ｎが同時に０にはな
らない。〕
【請求項７】エポキシ樹脂と硬化剤と硬化促進剤と無機
充填剤とを含むエポキシ樹脂組成物において、前記硬化
剤として、２核体以下の低分子量体を１０％以下に制御
したフェノールノボラック樹脂を用いることを特徴とす
る、封止用のエポキシ樹脂組成物。
【請求項８】前記硬化剤が、下記構造式（１）で示され
る４核体を含有するフェノールノボラック樹脂である、
請求項７に記載の封止用のエポキシ樹脂組成物。【化３】
【請求項９】前記硬化促進剤が有機ホスフィンである、
請求項７または８に記載の封止用のエポキシ樹脂組成
物。
【請求項１０】離型剤および下記一般式（２）で示され
るオルガノポリシロキサンをも含む、請求項７から９ま
でのいずれかに記載の封止用のエポキシ樹脂組成物。【化４】〔式（２）中、Ｘはポリエーテル基（ポリオキシアルキ
レン基）であり、Ｙはエポキシ基、アミノ基、カルボキ
シル基、フェニル基のいずれかであり、ｌ、ｍ、ｎは任
意の整数である。ただし、ｌ、ｍ、ｎが同時に０にはな
らない。〕
【請求項１１】半導体素子がエポキシ樹脂組成物を用い
て封止されている半導体装置において、前記エポキシ樹
脂組成物として請求項１〜１０までのいずれかに記載の
エポキシ樹脂組成物が用いられていることを特徴とする
半導体装置。