JP2000248155A - 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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JP2000248155A
JP2000248155A JP11055274A JP5527499A JP2000248155A JP 2000248155 A JP2000248155 A JP 2000248155A JP 11055274 A JP11055274 A JP 11055274A JP 5527499 A JP5527499 A JP 5527499A JP 2000248155 A JP2000248155 A JP 2000248155A
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epoxy resin
red phosphorus
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zinc molybdate
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Masatoyo Tomokuni
勝豊 友国
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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】 高温保管特性及び耐湿信頼性、かつ難燃性と
のバランス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、赤燐の
表面を水酸化アルミニウムで被覆した後、更にその表面
をフェノール樹脂で被覆した赤燐系難燃剤を全樹脂組成
物中に0.1〜5重量%、モリブデン酸亜鉛で被覆され
た溶融球状シリカ、又はモリブデン酸亜鉛で被覆された
タルクを全樹脂組成物中に1〜10重量%、無機充填
材、及び硬化促進剤を必須成分とすることを特徴とする
エポキシ樹脂組成物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高温保管特性及び
耐湿信頼性に優れ、かつ難燃性とのバランスに優れたエ
ポキシ樹脂組成物、及びこれを用いた半導体装置に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】近年、IC、LSI等の半導体素子の封
止には、エポキシ樹脂組成物を用いた低圧封入法が一般
に用いられている。このエポキシ樹脂組成物には難燃性
が要求されており、難燃性の付与のため、通常臭素化合
物と酸化アンチモンが配合されている。しかしながら、
このエポキシ樹脂組成物で封止された半導体装置を高温
下に保管した場合、これらの難燃剤成分から熱分解した
臭素化物が遊離し、半導体素子の接合部の信頼性を損な
うことが知られている。ここで言う信頼性とは、この樹
脂組成物で封止された半導体装置を高温下(例えば20
0℃等)に放置した後の半導体素子の接合部(ボンディ
ングパッド部)の信頼性のことである(以下、高温保管
特性という)。この高温保管特性を改善する手法として
は、五酸化二アンチモンを使用する方法(特開昭55−
146950号公報)や、酸化アンチモンと有機ホスフ
ィンとを組み合わせる方法(特開昭61−53321号
公報)等が検討されているが、最近の半導体装置に対す
る高温保管特性の要求レベルには到達していない。又、
赤燐系難燃剤を使用する方法が非常に有効であることが
最近の報文等で紹介されているが、チップに保護膜が施
されていない素子を用いた半導体素子や、ガラス転移温
度が試験温度より低いエポキシ樹脂組成物等、耐湿性が
極端に弱い分野へ適用した場合は要求を完全に満たして
おらず、更なる改良が求められている。即ち、難燃剤と
して臭素化合物と酸化アンチモンを用いなくとも、高温
保管特性、耐湿信頼性、かつ難燃性に優れたエポキシ樹
脂組成物が要求されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、高温保管特
性及び耐湿信頼性に優れ、かつ難燃性とのバランスに優
れたエポキシ樹脂組成物、及びこれを用いた半導体装置
を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、(A)エポキ
シ樹脂、(B)フェノール樹脂、(C)赤燐の表面を水
酸化アルミニウムで被覆した後、更にその表面をフェノ
ール樹脂で被覆した赤燐系難燃剤を全樹脂組成物中に
0.1〜5重量%、(D)モリブデン酸亜鉛で被覆され
た溶融球状シリカ、又はモリブデン酸亜鉛で被覆された
タルクを全樹脂組成物中に1〜10重量%、(E)無機
充填材、及び(F)硬化促進剤を必須成分し、特に赤燐
系難燃剤の平均粒径が1〜70μm、最大粒径150μ
m以下であり、かつ赤燐系難燃剤中の赤燐の含有量が6
0〜95重量%で、モリブデン酸亜鉛で被覆された溶融
球状シリカ、又はモリブデン酸亜鉛で被覆されたタルク
中のモリブデン酸亜鉛の含有量が5〜40重量%あるエ
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である。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明に用いるエポキシ樹脂は、
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、ポリマーであれば特に限定しないが、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、トリフェノールメタン型
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、スチルベン型エポキシ樹脂、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
タレン型エポキシ樹脂等が挙げられ、これらは単独でも
混合して用いてもよい。樹脂組成物の硬化性のために
は、エポキシ当量は150〜300が望ましい。
【0006】本発明に用いるフェノール樹脂は、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、
ポリマーであれば特に限定しないが、例えば、フェノー
ルノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、テルペ
ン変性フェノール樹脂、トリフェノールメタン型樹脂等
が挙げられ、これらは単独でも混合して用いてもよい。
樹脂組成物の硬化性のためには、水酸基当量は80〜2
50が望ましい。
【0007】本発明に用いる赤燐系難燃剤とは、赤燐の
表面を水酸化アルミニウムで被覆した後、更にその表面
をフェノール樹脂で被覆したものである。被覆に用いる
水酸化アルミニウム及びフェノール樹脂は、一般使用さ
れているものであればよく、特に限定されるものではな
い。被覆の方法についてもなんら限定されるものではな
いが、被覆の均一性の点から、液相中で硫酸アルミニウ
ムや硝酸アルミニウム等を還元して水酸化アルミニウム
に変化させることで赤燐を被覆し、更にレゾール樹脂溶
液中で酸を用い、生成したフェノール樹脂で被覆し、乾
燥する方法が最も好ましい。赤燐系難燃剤中の赤燐の含
有量としては、60〜95重量%が好ましい。赤燐の含
有量が60重量%未満だと難燃性を得るために赤燐系難
燃剤を樹脂組成物中に多量に配合する必要があり、95
重量%を越えると赤燐の安定性が低下するおそれがあ
る。本発明に用いる赤燐系難燃剤の配合量としては、全
樹脂組成物中に0.1〜5重量%が好ましく、0.1重
量%未満だと封止材料特性として必要不可欠な難燃性が
満足されず、5重量%を越えると赤燐が逆に樹脂成分の
燃焼を助けてしまい充分な難燃性が得られない。本発明
に用いる赤燐系難燃剤は、燐化学工業(株)から市販さ
れている。
【0008】本発明に用いるモリブデン酸亜鉛は、耐湿
信頼性試験時(例えば125℃/相対湿度100%での
保管試験)での半導体素子の接合部の腐食防止剤として
作用するものである。この場合の接合部を腐食させる因
子としては、赤燐に起因する燐酸イオン等がある。モリ
ブデン酸亜鉛は単独で用いることもできるが吸湿し易い
傾向があり、配合量が多くなると半導体装置の吸湿率が
高くなり耐湿信頼性が低下するおそれがあり、又硬化性
が低下する。従って、無機系物質、例えばシリカ、アル
ミナクレー、タルク、酸化亜鉛、炭酸カルシウム、窒化
アルミニウム、窒化珪素、珪酸マグネシウム等のコア材
をモリブデン酸亜鉛で被覆したものが挙げられるが、コ
ア材としては溶融球状シリカ又はタルクが取り扱い易
さ、コストの点から好ましい。コア材を被覆することに
より、表面のモリブデン酸亜鉛のみが作用することによ
り、モリブデン酸亜鉛を多量に配合せずに済むので吸湿
率の上昇を抑え、硬化性も改良できる。
【0009】溶融球状シリカ又はタルクをモリブデン酸
亜鉛で被覆する被覆量としては、被覆物全体の5〜40
重量%が好ましい。被覆物の平均粒径としては、0.5
〜30μm、最大粒径としては75μm以下が好まし
い。全樹脂組成物中のモリブデン酸亜鉛の配合量は、1
〜10重量%が好ましく、更に好ましくは1〜5重量%
である。1重量%未満だと十分な腐食防止効果が得られ
ないため半導体素子の接合部の腐食が生じ封止材として
満足な耐湿信頼性が得られず、10重量%を越えると硬
化性が低下し充分な熱時硬度が得られない。本発明の溶
融球状シリカ又はタルクをモリブデン酸亜鉛で被覆した
ものは、例えば、以下のようにして得られる。酸化モリ
ブデンと溶融球状シリカ又はタルクを水に混合してスラ
リーを作り、70℃に加熱し、このスラリーに酸化亜鉛
のスラリーを徐々に混合し、1時間ほど攪拌する。濾過
により固形物を取り出し、110℃で水分を除去した後
粉砕する。その後550℃で8時間焼成することにより
得られる。
【0010】本発明は、高温保管特性に悪影響を及ぼす
臭素化合物及び酸化アンチモンの代わりに、赤燐系難燃
剤を用いることにより高温保管特性を維持し、かつモリ
ブデン酸亜鉛と併用することにより、赤燐系難燃剤から
遊離する耐湿信頼性に悪影響を及ぼす燐酸イオン等によ
る接合部の腐食を抑制するものである。即ち、赤燐系難
燃剤のみの配合では達成できなかった高温保管特性及び
耐湿信頼性の両立を図るものである。
【0011】本発明に用いる無機充填材の種類には特に
制限はなく、一般に封止材料に用いられているものを使
用することができる。例えば、溶融破砕シリカ粉末、溶
融球状シリカ粉末、結晶シリカ粉末、アルミナ、チタン
ホワイト、水酸化アルミニウム、タルク、クレー、ガラ
ス繊維等が挙げられる。本発明に用いる硬化促進剤は、
エポキシ樹脂とフェノール樹脂の反応を促進できるもの
であれば特に限定しないが、例えば、1,8−ジアザビ
シクロ(5,4,0)ウンデセン−7、トリブチルアミ
ン等のアミン化合物、トリフェニルホスフィン、テトラ
フェニルホスフォニウム・テトラフェニルボレート塩等
の有機リン系化合物、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。
【0012】本発明の樹脂組成物は、(A)〜(F)成
分の他、必要に応じて臭素化合物以外の難燃剤、シラン
カップリング剤、着色剤、天然ワックスや合成ワックス
等の離型剤、シリコーンオイル等の低応力成分等の種々
の添加剤を適宜添加して使用しても差し支えない。本発
明の樹脂組成物は、(A)〜(F)成分、及びその他の
添加剤等をミキサーを用いて常温混合し、ロール、押出
機等の混練機で混練し、冷却後粉砕して得られる。本発
明の樹脂組成物を用いて、半導体素子等の電子部品を封
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
ールド等の成形方法で硬化成形すればよい。
【0013】
【実施例】以下に、実施例を挙げて説明するが、本発明
はこれらの実施例によりなんら限定されるものではな
い。配合割合は重量部とする。以下に、実施例及び比較
例で用いた成分を示す。 エポキシ樹脂1(住友化学工業(株)・製ESCN−1
95LA、軟化点65℃、エポキシ当量200) エポキシ樹脂2(油化シェルエポキシ(株)・製YX−
4000、融点105℃、エポキシ当量195) フェノール樹脂(フェノールノボラック樹脂、軟化点9
0℃、水酸基当量104) 赤燐系難燃剤(燐化学工業(株)・製、ノーバエクセル
ST140、赤燐含有量93重量%、平均粒径30μ
m、最大粒径110μm) モリブデン酸亜鉛1(平均粒径18μm、比表面積2.
0m2/gの溶融球状シリカ8重量部当たり、モリブデ
ン酸亜鉛2重量部で被覆したもの。この被覆物の平均粒
径は4μm、最大粒径は74μm) モリブデン酸亜鉛2(タルク7重量部当たり、モリブデ
ン酸亜鉛3重量部で被覆したもの) 無機充填材(溶融球状シリカ、平均粒径30μm、比表
面積1.4m2/g) 硬化促進剤(1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウ
ンデセン−7、以下DBUという) シランカップリング剤 カーボンブラック カルナバワックス
【0014】 実施例1 エポキシ樹脂1 100重量部 フェノールノボラック樹脂 60重量部 溶融球状シリカ 700重量部 DBU 2重量部 赤燐系難燃剤 10重量部 モリブデン酸亜鉛1 10重量部 シランカップリング剤 5重量部 カーボンブラック 3重量部 カルナバワックス 5重量部 をミキサーで混合後、100℃で二軸ロールを用いて混
練し、冷却混合後粉砕し、樹脂組成物とした。得られた
樹脂組成物を以下の方法で評価した。結果を表1に示
す。
【0015】評価方法 スパイラルフロー:EMMI−I−66に準じたスパイ
ラルフロー測定用の金型を用い、金型温度175℃、注
入圧力70kg/cm2、硬化時間2分で測定した。 難燃性:UL−94に準拠し、テストピース厚1/8i
nchで測定した。高温保管特性:低圧トランスファー
成形機を用いて、金型温度175℃、圧力70kg/c
2、硬化時間2分で16pDIP(パッケージ幅30
0mils)を成形し、175℃、8時間のポストキュ
アを行い、10個のパッケージを得た。得られたパッケ
ージを200℃に保管し、常温でパッケージの配線の電
気抵抗値を調べた。500時間まで試験し、初期抵抗値
の1.2倍以上の抵抗値を示したものを不良と判定し
た。不良の生じたパッケージがn個であるとき、n/1
0と表示した。 耐湿信頼性:高温保管特性と同様の条件でサンプルを作
成し10個のパッケージを得た。得られたパッケージを
125℃/100%の条件下で1000時間保管し、通
電試験を行いリーク不良を測定した。不良の生じたパッ
ケージがn個であるとき、n/10と表示した。 バコール硬度:高温保管特性測定用16pDIPの作成
時に測定した。測定は金型が開いた後10秒後に測定し
た。バコール硬度が60以上ものを良好と判断した。
【0016】実施例2〜7 表1に従い、実施例1と同様にして樹脂組成物を得、実
施例1と同様にして評価した。結果を表1に示す。 比較例1〜7 表2に従い、実施例1と同様にして樹脂組成物を得、実
施例1と同様にして評価した。結果を表2に示す。
【0017】
【表1】
【0018】
【表2】
【0019】
【発明の効果】本発明に従うと、高温保管特性及び耐湿
信頼性に優れ、かつ難燃性とのバランスに極めて優れた
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) C08K 3/36 C08K 3/36 9/02 9/02 9/04 9/04 H01L 23/29 H01L 23/30 R 23/31 Fターム(参考) 4J002 CC03X CC05X CC062 CC072 CD00W CD02W CD03W CD04W CD05W CD06W DA056 DE138 DE148 DJ017 DJ018 DJ038 DJ047 DJ048 DL008 EN029 EU109 EU119 EW019 EW179 FA048 FA087 FB076 FB077 FB266 FD018 FD159 GJ02 GQ05 4M109 AA01 BA01 CA21 EA02 EB03 EB04 EB06 EB07 EB08 EB09 EB12 EB13 EB17 EB19 EC01 EC03 EC14 EC20

Claims (4)

    【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、(C)赤燐の表面を水酸化アルミニウムで被覆し
    た後、更にその表面をフェノール樹脂で被覆した赤燐系
    難燃剤を全樹脂組成物中に0.1〜5重量%、(D)モ
    リブデン酸亜鉛で被覆された溶融球状シリカ、又はモリ
    ブデン酸亜鉛で被覆されたタルクを全樹脂組成物中に1
    〜10重量%、(E)無機充填材、及び(F)硬化促進
    剤を必須成分とすることを特徴とするエポキシ樹脂組成
    物。
  2. 【請求項2】 赤燐系難燃剤が平均粒径1〜70μm、
    最大粒径150μm以下であり、かつ赤燐系難燃剤中の
    赤燐の含有量が60〜95重量%である請求項1記載の
    エポキシ樹脂組成物。
  3. 【請求項3】 モリブデン酸亜鉛で被覆された溶融球状
    シリカ、又はモリブデン酸亜鉛で被覆されたタルク中の
    モリブデン酸亜鉛の含有量が5〜40重量%である請求
    項2記載のエポキシ樹脂組成物。
  4. 【請求項4】 請求項1、2又は3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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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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