JP2000109542A - 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

Abstract

(57)【要約】 【課題】成形性、信頼性、及びＢＧＡパッケージを封止
した時の低反り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。 【解決手段】（Ａ）一般式（１）で表されるエポキシ樹
脂 【化１】 （式中ｎは０〜６の整数。Ｒ１、Ｒ２は水素原子、また
は炭素数１０以下のアルキル基を示し、同一であっても
異なってもよい。） （Ｂ）ナフトール系硬化剤 （Ｃ）硬化促進剤および（Ｄ）無機充填材を必須成分と
し、 （Ｄ）成分の無機充填材の含有量が全組成物の８５〜９
５重量％である半導体封止用エポキシ樹脂組成物封止材
により半導体素子を封止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子は、その外形は小型化、薄型
化が進む一方で、素子の高性能化によりピン数は増加傾
向にある。その結果、半導体素子と基板を接続するアウ
ターリードの間隔は狭くなり、基板実装が困難になって
きている。この対策としてこれまでのＳＯＰ、ＱＦＰと
いった外形に代わりＢＧＡ(Ball Grid Array)が提案さ
れ、一部量産も始まっている。ＢＧＡは素子の裏面の一
部あるいは全面に、接続用の半田ボールを形成するた
め、ボール間隔が広くとれ、多ピン化に好適の外形であ
るといえる。一方、ＢＧＡはＢＴ（ビスマレイミドトリ
アジン樹脂）基板あるいはガラスエポキシ基板上に封止
材を片面成形する方式であるため必然的にバイメタル構
造となり、基板と封止材の収縮率の差によりパッケージ
に反りが発生してしまう。この問題に対しては、例えば
多官能エポキシと特定の硬化剤、硬化促進剤等を組み合
わせる（特開平８−１７６２７７号）、あるいはガラス
転移温度が２０℃以上異なる封止材を混合して封止する
といった検討がなされている（特開平８−２１３５１８
号）が、充分なものではなかった。一般的には反りが１
５０ミクロンを超えると、基板実装性に問題が出てくる
と言われ、好ましくは１００ミクロン以下とされている
が、これまでの技術ではＢＧＡの外形が大きくなった場
合、反りを１００ミクロン以下に抑えることは困難であ
った。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる状況
に鑑みなされたもので、成形性、信頼性、及びＢＧＡパ
ッケージを封止した時の低反り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。

【０００４】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、一般
式（１）で表されるエポキシ樹脂、一般式（２）で表さ
れるナフトール系硬化剤、硬化促進剤および８５〜９５
重量％の無機充填材を必須成分とする半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置に関する。

【化３】 （式中ｎは０〜６の整数。Ｒ１、Ｒ２は水素原子、また
は炭素数１０以下のアルキル基を示し、同一であっても
異なってもよい。）

【化４】 （式中ｌ、ｍ、ｎは０以上の整数）

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明においては必須成分とし
て、一般式（１）で表されるエポキシ樹脂（例えば新日
鉄化学製ＥＳＬＶ−８０ＸＹ）、一般式（２）で表され
る硬化剤を用いるが、必要に応じて他のエポキシ樹脂、
硬化剤を併用してもよい。他のエポキシ樹脂としては、
１分子中に反応基を２ケ以上持つものであれば特に制限
はないが、併用比率は当量比で１０〜４０％が好まし
い。他のエポキシが当量比で１０％以下では併用の効果
が認められないし、５０％以上では流動性に問題が出や
すい。特に１５〜３０％の併用が好適に用いられる。他
の硬化剤としては、１分子中に水酸基を２ケ以上持つも
のであれば特に制限はないが、併用比率は当量比で１０
〜５０％が好ましい。他の硬化剤が当量比で１０％以下
では併用の効果が認められないし、５０％以上では一般
式（２）で表される硬化剤の特長が現れがたい。特に２
０〜４０％の併用が好適に用いられる。また、硬化剤の
配合量は、エポキシ樹脂に対して当量比で０．９〜１．
４が好ましい。特に、０．９５〜１．３０の範囲が好適
である。

【０００６】一般式（２）で表される化合物の合成法と
しては、例えば、次のようなナフトールの自己酸化によ
る分子内閉環反応を用いる方法が利用できる。ナフトー
ル類２０〜９０モル％含むフェノール類及びアルデヒド
類を、一般的なノボラック樹脂と同様、酸触媒で初期反
応を行う。アルデヒド類にホルマリンを用いる場合に
は、１００度前後で還流反応を行う。この反応を１〜８
時間程度行い、その後、強酸及び／または超強酸存在
下、系内の水を抜きながら１２０〜１８０℃まで昇温す
る。このときの雰囲気は酸化性雰囲気（例えば空気中）
とする。２〜２４時間この状態を続けることにより、一
般式（２）で表される化合物が合成できる。その後、未
反応モノマーを除去して所望の硬化剤を得る。

【０００７】合成に用いられるナフトール類としては、
１−ナフトールを必須成分とし、それ以外に２−ナフト
ール、１，５−ジヒドロキシナフタレン、１，６−ジヒ
ドロキシナフタレン、１，７−ジヒドロキシナフタレ
ン、２，６−ジヒドロキシナフタレン等が挙げられ、こ
れらを併用してもよい。ナフトール以外のフェノール類
としては、フェノール、ｏ−クレゾール、ｐ−クレゾー
ル、ｍ−クレゾール、ブチルフェノール、ジメチルフェ
ノール、ノニルフェノール、アリルフェノール等、通常
のフェノール樹脂合成に用いられるフェノール化合物が
挙げられ、単独でも２種以上併用しても良い。アルデヒ
ド類としては、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、
ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒド等、フェノール
樹脂合成に用いられるアルデヒド類が挙げられ、単独で
も、２種以上を併用してもよい。これらのフェノール類
とアルデヒド類とを酸触媒の存在下に、フェノール類１
モルに対してアルデヒド類を好ましくは、０．３〜１．
０モル反応させる。触媒として使用される酸としては、
初期反応ではシュウ酸等の弱酸、塩酸等の強酸が用いら
れる。分子内閉環反応に用いる触媒として、塩酸、硫
酸、パラトルエンスルホン酸、トリフルオロ酢酸等の強
酸、及びトリフルオロメタンスルホン酸、メタンスルホ
ン酸等の超強酸が挙げられる。これらの触媒は、単独あ
るいは２種以上併用してもよい。触媒量は、用いるフェ
ノール類１モルに対して０．０００１〜０．１モルとす
ることが好ましい。より好ましくはフェノール類１モル
に対して０．００１〜０．０５モル用いるのがよい。

【０００８】本発明において用いられる（Ｃ）成分のエ
ポキシ樹脂と硬化剤の反応を促進するために硬化促進剤
としては、一般的なものを広く使用できるが、特に硬化
剤としてフェノール化合物を使用する場合の硬化促進剤
としては、例えば、１，８−ジアザビシクロ（５，４，
０）ウンデセン−７等のジアザビシクロアルケン及びそ
の誘導体、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルア
ミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノー
ル、トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール等の三
級アミン類、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイ
ミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、
２−ヘプタデシルイミダゾール等のイミダゾール類、ト
リブチルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン、ト
リフェニルホスフィン等の有機ホスフィン類、トリフェ
ニルホスホニウム−トリフェニルボラン、トリフェニル
ホスフィン−ベンゾキノン付加物、トリパラトリルホス
フィン−ベンゾキノン付加物、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テトラ置換ホスホニ
ウム・テトラ置換ボレート、２−エチル−４−メチルイ
ミダゾール・テトラフェニルボレート、Ｎ−メチルモル
ホリン・テトラフェニルボレート等のテトラフェニルボ
ロン塩等があり、単独又は併用して使用することができ
る。なかでも、トリフェニルホスフィン−ベンゾキノン
付加物、トリパラトリルホスフィン−ベンゾキノン付加
物が好適である。

【０００９】上記ベンゾキノン付加物の合成方法をトリ
パラトリルホスフィンを例として以下に示す。 １．トリパラトリルホスフィン４４．２ｇをアセトン１
２０ｇに溶解する。 ２．ｐ−ベンゾキノン１７．６ｇをアセトン８０ｇに溶
解する。 ３．１と２の溶液を室温〜８０℃で混合する。 ４．析出した結晶をろ過して取り出し、トリパラトリル
ホスフィンとベンゾキノンの付加物を得る。ここで溶剤
は、アセトンの代わりにアセトンとトルエンの混合溶剤
等を用いても構わない。

【００１０】本発明で用いられる無機充填材は、組成物
全体の８５〜９５重量％配合され、充填材形状は５０％
以上球状であり、特に制限はないが、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、球状溶融シリカであって、粒径が５０ミク
ロン以上であるものが充填材全体の５〜４０％、粒径が
１２〜５０ミクロンであるものが充填材全体の３０〜７
０％、６〜１２ミクロンであるものが５〜３０％、１〜
６ミクロンであるものが１０〜４０％、１ミクロン以下
であるものが１〜２０％という構成が流動性が得られ易
く好適である。充填材量が８５重量％以下では反り量が
増加するし、９５重量％以上では流動性に問題が出やす
い。カップリング剤は、特に制限はないが、エポキシシ
ラン、アニリノシラン等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系が好適である。その他
の添加剤として、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。

【００１１】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出来る。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、流動性、成形性、低反り性に優れてお
り、ＩＣ、ＬＳＩ等の封止に好適に用いることができ
る。特にＢＧＡ構造のパッケージに対して好適である。

【００１２】半導体素子を基板に固定する接着剤として
は、ペースト状接着剤、フィルム状接着剤等、半導体素
子を基板に固定できるものであれば特に制限はない。但
し、通常３〜３０μｍ程度の接着剤層の厚みでは反り低
減に効果が認められない。接着剤層の厚みを少なくとも
１００μｍ以上、好ましくは１５０〜４００μｍとする
ことで、ＢＧＡ構造のパッケージの反りを低減すること
ができる。同様の反り低減効果は、単純に半導体素子の
厚みを厚くすることでも得られるが、この場合耐熱衝撃
性が低下し好ましくない。

【００１３】

【実施例】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。

【００１４】合成例１ 撹拌機、冷却器、温度計を備えた２リットルのフラスコ
に１−ナフトール４０５ｇ、フェノール２９８ｇ、３７
％ホルマリン２２８ｇを入れ、オイルバス中１００℃に
昇温する。発熱反応を伴う初期反応が触媒の添加なしに
起こる、１時間還流を続け、そこへ２規定塩酸を２ｍｌ
加え、系内の水が還流する温度で４時間反応する。その
後、１６５℃ま昇温し、１２時間反応を続ける。その後
減圧濃縮を行い未反応フェノール類を除去する。得られ
た樹脂は、数平均分子量４１０、未反応ナフトール６
％、多分散度１．５８、軟化点９０℃、水酸基当量１７
４であった。数平均分子量（Ｍｎ）及び多分散度（Ｍｗ
／Ｍｎ）の測定は、日立製作所製高速液体クロマトグラ
ィＬ６０００及び島津製作所製データ解析装置Ｃ−Ｒ４
Ａを用いた。分析用ＧＰＣカラムは、東ソー製Ｇ２００
０Ｈ×Ｌ＋Ｇ３０００Ｈ×Ｌを使用した。試料濃度は
０．２％、移動相はテトラハイドロフランを用い、流速
１．０ｍｌ／ｍｉｎで測定を行った。ポリスチレン標準
サンプルを用い、検量線を作成し、それを用いて数平均
分子量を計算した。

【００１５】実施例１〜５ 比較例１〜３ まず、表１、２に示す各種の素材を用い、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。（表中で用いた一般式（２）の化合物は合成例１
で得られた化合物を用いた。）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／ｃｍ² 、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、耐湿＋２１５℃／９０秒（ＶＰ
Ｓ）の前処理後、ＰＣＴ（１２１℃／２気圧）に放置し
てＣｈｉｐ上配線の断線の有無を評価した。半田耐熱性
及び反り量の測定には、３５ｍｍ角のＢＧＡ型パッケー
ジ（ＢＴ基板０．６ｍｍｔ、チップサイズ１２．６ｍｍ
角）を用いた。また素子の接着剤としては、フィルム状
接着剤を用いフィルムの厚さを変えてパッケージの反り
に対する影響を確認した。（表３）半田耐熱性は、以下
に示す方法で測定した。１２５℃／２４ｈベーキング
後、３０℃／７０％ＲＨで１６８時間吸湿した後、２４
０℃／１０秒の処理を行った時の樹脂封止型半導体装置
のクラック発生の有無を評価した。上記の試験結果をま
とめて表４に示す。本発明にかかる実施例はいづれも比
較例に比べて特性が優れていた。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【表２】

【００１８】

【表３】

【００１９】

【表４】

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、エポキシ樹脂、フェノ
ール硬化剤及び無機充填材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、特定のエポキシ樹脂、硬
化剤、硬化促進剤、及び所定量の充填材を配合すること
により成形性、信頼性に優れ且つ反り量が極めて小さい
成形材料を提供することができる。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、実装作
業性に優れた半導体装置を得ることができる。

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） Ｃ０８Ｌ 63/00 Ｃ０８Ｌ 63/00 Ｃ Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31 (72)発明者 山田 慎也 茨城県結城市大字鹿窪1772−１ 日立化成 工業株式会社下館工場内 Ｆターム(参考） 4J002 CC032 CD051 DE147 DJ017 EN036 EN106 EU096 EU116 EW016 EY016 FD017 FD090 FD156 GQ05 4J036 AD08 DA01 DC03 DC12 DC39 DC41 DD07 DD09 FA03 FA05 FB08 JA07 4M109 AA01 BA04 CA21 EA03 EB02 EB04 EB06 EB08 EB09 EB12 EB19 EC20

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（Ａ）一般式（１）で表されるエポキシ樹
   脂 【化１】 （式中ｎは０〜６の整数。Ｒ１、Ｒ２は水素原子、また
   は炭素数１０以下のアルキル基を示し、同一であっても
   異なってもよい。） （Ｂ）一般式（２）で表されるナフトール系硬化剤 【化２】 （式中ｌ、ｍ、ｎは０以上の整数） （Ｃ）硬化促進剤および（Ｄ）無機充填材を必須成分と
   し、 （Ｄ）成分の無機充填材の含有量が全組成物の８５〜９
   ５重量％である半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
2. 【請求項２】（Ｃ）の硬化促進剤がトリフェニルホスフ
   ィンとベンゾキノンの付加物であることを特徴とする請
   求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
3. 【請求項３】（Ｃ）の硬化促進剤がトリパラトリルホス
   フィンとベンゾキノンの付加物であることを特徴とする
   請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
4. 【請求項４】請求項１乃至３のいづれか記載の半導体封
   止用エポキシ樹脂組成物を用いて、半導体素子を搭載し
   た基板の素子搭載面のみを封止してなる樹脂封止型半導
   体装置。
5. 【請求項５】請求項４記載の樹脂封止型半導体装置であ
   って、かつ半導体素子を基板に固定する接着剤層の厚さ
   が１００〜４００μｍである半導体装置。