JP2000169671A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

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JP2000169671A
JP2000169671A JP10346959A JP34695998A JP2000169671A JP 2000169671 A JP2000169671 A JP 2000169671A JP 10346959 A JP10346959 A JP 10346959A JP 34695998 A JP34695998 A JP 34695998A JP 2000169671 A JP2000169671 A JP 2000169671A
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epoxy resin
resin composition
inorganic filler
nonionic surfactant
resin
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JP10346959A
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Koji Mori
恒治 森
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Sumitomo Bakelite Co Ltd
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Sumitomo Bakelite Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 流動性及びリードフレーム等の各種部材への
密着性、耐半田クラック性に優れた半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物を提供すること。 【解決手段】 エポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、
無機充填材、硬化促進剤、一般式(1)で示される分子
中のオキシエチレン基の繰り返し単位が4〜40である
非イオン系界面活性剤を必須成分とし、かつ(E)非イ
オン系界面活性剤が全樹脂組成物中に0.02〜5.0
重量%である半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 【化1】

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、流動性及びリード
フレーム等の各種部材への密着性に優れた半導体封止用
エポキシ樹脂組成物及びこれを用いて半導体素子を封止
してなる半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、IC、LSI等のプラスチック封
止された半導体装置は、QFPやSOJ等の表面実装型
が主流となりつつある。又、このパッケージの大型化、
チップの大型化、ファインピッチ化が進み、耐半田クラ
ック性に対する要求も厳しくなってきている。従来の耐
半田クラック材であるエポキシ樹脂組成物(以下、樹脂
組成物という)では、無機充填材の高充填による強度ア
ップと低吸水率化により耐半田クラック性を改良してき
たが、流動性の低下により未充填となったり、溶融粘度
の増加に伴って、ワイヤー変形が生じたりする問題が多
く、又大型パッケージではチップ上やパッド下の剥離が
起こり易かった。このように、従来の樹脂組成物では、
特に大型のパッケージに対しては、耐半田クラック性と
流動性に起因する成形性の両立が難しかった。
【0003】耐半田クラック性を改良するためには、前
述した強度アップと低吸水率化の手法の他に、各部材、
特にリードフレームに対する密着性改良が重要である。
リードフレームに対する密着性を向上するために、リー
ドフレームにディンプルを付けたり、スリットを入れる
方法が提案され、実施されている。又、シランカップリ
ング剤を使用したり、離型剤であるワックスを調整する
ことにより、ある程度の密着性の向上ができる。しか
し、耐半田クラック性が剥離によって判定されるように
なってきたため、密着性について更に厳しい要求が出さ
れてきており、現在の手法だけでは不十分になってきて
いる。又、流動性の向上についても、従来から低粘度の
樹脂を用いたり、球状シリカ粉末を用い粒度分布の最適
化を図ってきたが、現在の高充填化にはこれだけでは対
応できなくなってきた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するため種々の検討を行い、特定の非イオン系
界面活性剤を用いることにより、リードフレーム等の各
種部材への密着性、耐半田クラック性及び流動性に優れ
た半導体封止用樹脂組成物を提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、(A)
エポキシ樹脂、(B)フェノール樹脂硬化剤、(C)無
機充填材、(D)硬化促進剤、(E)一般式(1)で示
される分子中のオキシエチレン基の繰り返し単位が4〜
40である非イオン系界面活性剤を必須成分とし、かつ
(E)非イオン系界面活性剤が全樹脂組成物中に0.0
2〜5.0重量%含有してなる半導体封止用エポキシ樹
脂組成物であり、好ましくは(A)エポキシ樹脂、
(B)一般式(1)で示される分子中のオキシエチレン
基の繰り返し単位が4〜40である非イオン系界面活性
剤が予め加熱溶融混合されているフェノール樹脂硬化
剤、(C)無機充填材、(D)硬化促進剤からなること
を特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物であり、
更にはこれらを用いて半導体素子を封止してなる半導体
装置である。
【0006】
【化3】
【0007】
【発明の実施の形態】本発明に用いるエポキシ樹脂とし
ては、1分子中に2個以上のエポキシ基を有する、モノ
マー、オリゴマー、ポリマー全般を言い、特に限定され
るものではない。例えば、オルソクレゾールノボラック
型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹
脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジ
エン変性フェノール型エポキシ樹脂、ナフトール型エポ
キシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、トリ
アジン核含有エポキシ樹脂、ビフェニル型及びスチルベ
ン型エポキシ樹脂、及びこれらの変性樹脂等が挙げら
れ、これらは単独でも混合して用いてもよい。樹脂組成
物の耐湿性向上のためには、塩素イオン、ナトリウムイ
オン等の不純物イオンが極力少ないことが望ましい。
又、樹脂組成物の硬化性のためには、エポキシ当量が1
50〜300g/eq程度が好ましい。
【0008】本発明に用いるフェノール樹脂硬化剤とし
ては、1分子中にフェノール性水酸基を有する、モノマ
ー、オリゴマー、ポリマー全般を言い、特に限定される
ものではない。例えば、フェノールノボラック樹脂、ジ
シクロペンタジエン変性フェノール樹脂、テルペン変性
フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ナフトー
ルアラルキル樹脂、、トリフェノールメタン樹脂、及び
これらの変性樹脂等が挙げられ、これらは単独でも混合
して使用してもよい。樹脂組成物の硬化性のためには、
水酸基当量が80〜250g/eq程度が好ましい。
【0009】本発明に用いる無機充填材としては、例え
ば、溶融シリカ粉末、球状シリカ粉末、結晶シリカ粉
末、2次凝集シリカ粉末、多孔質シリカ粉末、2次凝集
シリカ粉末又は多孔質シリカ粉末を粉砕したシリカ粉
末、アルミナ等が挙げられ、これらは単独でも混合して
使用してもよい。又無機充填材の形状は破砕状でも球状
でも特に問題ない。流動特性、機械強度、及び熱的特性
のバランスのとれた球状の溶融シリカ粉末が好適に用い
られている。更にカップリング剤で表面処理されていて
も問題ない。
【0010】本発明に用いる硬化促進剤としては、一般
に封止用樹脂組成物に用いられているものを広く使用で
きる。代表的なものとしては、1,8−ジアザビシクロ
(5,4,0)ウンデセン−7、トリフェニルホスフィ
ン、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレ
ート、テトラフェニルホスホニウム・テトラナフトイッ
クアシッドボレート、ベンジルジメチルアミン、2−メ
チルイミダゾール等が挙げられ、これらは単独でも混合
して用いてもよい。これらの硬化促進剤は、樹脂組成物
中にドライブレンドされても、溶融ブレンドされても、
又は両者の併用でも構わない。
【0011】本発明に用いる一般式(1)で示される分
子中のオキシエチレン基の繰り返し単位が4〜40であ
る非イオン系界面活性剤は、下記式
【化4】 であり、本発明の重要なポイントであるため以下に詳細
に述べる。具体的には下記の構造のものである。
【0012】
【化4】
【0013】これらは単独でも混合して用いてもよい。
親水基である分子内のオキシエチレン基は、エポキシ樹
脂及びフェノール樹脂への親和性を向上し、金属表面へ
の良好な密着性に寄与する。又、この非イオン系界面活
性剤を樹脂組成物へ配合することにより無機充填材の凝
集を防止し、無機充填材とエポキシ樹脂及びフェノール
樹脂硬化剤との親和性の向上により流動性向上に寄与す
る。従って、充分な効果を得るためにはポリオキシエチ
レン基の繰り返し単位は4〜40、より好ましくは4〜
30のものである。ポリオキシエチレン基が4未満では
充分な親和性が得られず、ブリードが発生し密着性の向
上効果が得られない。又ポリオキシエチレン基が40を
越えると流動性の向上効果が得られず、更に耐湿性の低
下を招くためである。
【0014】この非イオン系界面活性剤の配合量は、全
樹脂組成物中に0.02〜5重量%であり、より好まし
く0.1〜2重量%である。0.02重量%未満では各
種部材への密着性向上及び流動性向上の効果が得られ
ず、又5重量%を越えると成形性(硬化性、ブリード)
に影響する場合があり、又コストが高くなり好ましくな
い。添加方法としては、単純に樹脂組成物製造時に添加
しても充分な効果は得られるが、更により良い効果を得
るためにはフェノール樹脂硬化剤と予め加熱溶融混合し
て分散性を向上しておくことが好ましい。加熱溶融混合
は、フェノール樹脂硬化剤を軟化点以上で溶融し、これ
に非イオン系界面活性剤を添加して均一に混合されるま
で攪拌混合すればよい。
【0015】本発明の非イオン系界面活性剤以外にもポ
リオキシエチレンソルビタンアルキルエステル類、ポリ
オキシエチレンアルキルアミン類等の分子内にオキシエ
チレン基を有す非イオン系界面活性剤はあるが、ポリオ
キシエチレンソルビタンアルキルエステル類は硬化性が
低下し好ましくなく、ポリオキシエチレンアルキルアミ
ンは溶融粘度が高くなり流動性向上の効果がなく好まし
くない。このようにいずれもバランスが取れていない。
その点本発明の非イオン系界面活性剤は各種特性は問題
なく密着性向上及び流動性向上の効果が得られる。
【0016】本発明の樹脂組成物は、(A)〜(E)成
分を必須成分とするが、必要に応じてシランカップリン
グ剤等のカップリング剤、三酸化アンチモン、臭素化エ
ポキシ樹脂、ヘキサブロムベンゼン等の難燃剤、カーボ
ンブラック、ベンガラ等の着色剤、天然ワックス、合成
ワックス等の離型剤、シリコーンオイル、ゴム等の低応
力添加剤等の種々の添加剤を適宜配合しても差し支えな
い。本発明の樹脂組成物は、(A)〜(E)成分、及び
その他の添加剤をミキサー等を用いて十分に均一に常温
混合した後、更に熱ロール、又はニーダー等で溶融混練
し、冷却後粉砕して得られる。本発明のエポキシ樹脂組
成物を用いて、半導体等の電子部品を封止し、半導体装
置を製造するには、トランスファーモールド、コンプレ
ッションモールド、インジェクションモールド等の従来
からの成形方法で硬化成形すればよい。
【0017】
【実施例】以下本発明を実施例で具体的に説明する。配
合割合は重量部とする。 《実施例1》 ・ビフェニル型エポキシ樹脂: (融点105℃、エポキシ当量195) 8.6重量部 ・フェノールアラルキル樹脂: (軟化点80℃、水酸基当量174) 7.9重量部 ・球状溶融シリカ粉末 80.0重量部 ・1,8−ジアザビシクロ(5、4、0)ウンデセン−7: (以下、DBUという) 0.2重量部 ・ポリオキシエチレンラウリルエーテル [オキシエチレン基(以下EOという) EO=20(繰り返し単位)] 0.5重量部 ・エポキシシランカップリング剤 0.5重量部 ・臭素化フェノールノボラック型エポキシ樹脂 1.0重量部 ・三酸化アンチモン 0.5重量部 ・カーボンブラック 0.3重量部 ・カルナバワックス 0.5重量部 を表1に示した配合に従ってミキサーを用いて常温で混
合し、70〜130℃で二軸ロールを用いて混練し、冷
却後粉砕し樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物及び
必要によりタブレット化した後、以下に示す方法で評価
した。結果を表1に示す。
【0018】《評価方法》 ・スパイラルフロー(cm):EMMI−1−66に準
じた金型を用いて、温度175℃、圧力70kg/cm
2、硬化時間2分の条件で成形した。 ・成形性:低圧トランスファー成形機の金型を用いて1
60pQFP成形テストを行った。成形温度175℃、
圧力70kg/cm2、硬化時間1.5分で成形したパ
ッケージの硬化性を○、△、×で判定した。更に、得ら
れたパッケージの表面の状態を目視で観察し、ブリード
の有無を○、△、×で判定した。 ・耐半田クラック性:低圧トランスファー成形機の金型
を用いて成形温度175℃、圧力70kg/cm2、硬
化時間2分の条件で80pQFP(2.0mm厚)のパ
ッケージを成形し、更にポストモールドキュアとして、
175℃で8時間の処理を行い、成形品を得た(サンプ
ル数は12個)。この成形品を、85℃、相対湿度60
%の雰囲気中で168時間吸湿後、240℃のIRリフ
ロー処理を行った。処理後のパッケージ内部の剥離を超
音波探傷機を用いて観察し、チップ表面の剥離、又はパ
ッド裏面の剥離があるパッケージの個数で耐半田クラッ
ク性(及び密着性)を判定した。
【0019】《実施例2〜8》表1に示した配合に従っ
て、実施例1と同様に樹脂組成物を得、実施例1と同様
にして評価した。結果を表1に示す。又、使用した非イ
オン界面活性剤も表1に示す。尚、実施例8に使用した
溶融混合物はフェノールアラルキル樹脂96重量部とポ
リオキシエチレンラウリルエーテル(EO=20)4重
量部とを予め140〜160℃に加熱した混合機で溶融
混合し冷却後粉砕して得た。
【0020】《比較例1〜7》表2に示した配合に従っ
て、実施例1と同様に樹脂組成物を得、実施例1と同様
にして評価した。結果を表2に示す。又、使用した非イ
オン界面活性剤も表2に示す。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】
【発明の効果】本発明に従うと、流動性が良好でリード
フレーム等の各種部材への密着性に優れた高信頼性の半
導体封止用エポキシ樹脂組成物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) H01L 23/29 H01L 23/30 R 23/31 //(C08L 63/00 71:02) Fターム(参考) 4J002 CC03X CC04X CC05X CC06X CC07X CD02W CD04W CD05W CD06W CD07W CD14W CH013 CH053 DE146 DJ016 EN027 EU117 EU137 EW017 EW177 FD016 FD157 FD316 GQ05 4M109 AA01 BA01 CA21 EA02 EB03 EB04 EB06 EB07 EB08 EB09 EB12 EB16 EB19 EC01 EC03 EC09

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)エポキシ樹脂、(B)フェノール
    樹脂硬化剤、(C)無機充填材、(D)硬化促進剤、
    (E)一般式(1)で示される分子中のオキシエチレン
    基の繰り返し単位が4〜40である非イオン系界面活性
    剤を必須成分とし、かつ(E)非イオン系界面活性剤が
    全樹脂組成物中に0.02〜5.0重量%含有してなる
    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】
  2. 【請求項2】 (A)エポキシ樹脂、(B)一般式
    (1)で示される分子中のオキシエチレン基の繰り返し
    単位が4〜40である非イオン系界面活性剤が予め加熱
    溶融混合されているフェノール樹脂硬化剤、(C)無機
    充填材、(D)硬化促進剤からな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2】
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載のエポキシ樹脂組成
    物を用いて半導体素子を封止してなることを特徴とする
    半導体装置。
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