JP2000273277A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 成形時のボイド、金線変形、成形品表面汚れ
等が少ない成形性に優れ、かつ耐半田特性にも優れた信
頼性の高い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、硬化促
進剤、無機質充填材、オルガノポリシロキサンを必須成
分とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、オ
ルガノポリシロキサンがＨＬＢ３以下のオルガノポリシ
ロキサンとＨＬＢ５〜１２のオルガノポリシロキサンの
混合物であり、かつ、その重量割合が３／１〜１／３で
あることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成
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、成形性、吸湿後の
耐半田特性や耐温度サイクル性等の信頼性に優れた半導
体封止用エポキシ樹脂組成物及びこれを用いた半導体装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子機器の小型化、軽量化、高性
能化の市場動向において、半導体の高集積化が年々進
み、又、半導体装置の表面実装化が促進される中で、半
導体封止材料への要求は益々厳しいものとなってきてい
る。特に半導体装置の表面実装化が一般的になってきて
いる現状では、吸湿した半導体装置が半田処理時に高温
にさらされ、気化した水蒸気の爆発的応力により半導体
装置にクラックが発生したり、或いは半導体素子やリー
ドフレームと半導体封止材料との界面に剥離が発生する
ことにより、電気的信頼性を大きく損なう不良が生じ、
これらの不良の防止、即ち耐半田特性の向上が大きな課
題となっている。この耐半田特性の向上のために、半導
体封止材料は無機質充填材を多量に配合することによ
り、半導体装置の低吸湿化、低熱膨張化、高強度化を図
ってきている。このため、エポキシ樹脂としては低粘度
型のものや、常温では結晶性であるが融点を越えると極
めて低粘性を示す結晶性エポキシ樹脂を使用して、無機
質充填材の配合量の増加に伴うエポキシ樹脂組成物の成
形時の流動性の低下を防止する手法が一般的にとられて
いる。

【０００３】ところが、各配合物を加熱混練して製造さ
れるエポキシ樹脂組成物において無機質充填材を多量に
配合するエポキシ樹脂組成物では、加熱混練時に無機質
充填材の樹脂成分への分散不良により、樹脂組成物の製
造工程で均一な樹脂組成物が得られにくく、均一性が不
十分なエポキシ樹脂組成物は無機質充填材とエポキシ樹
脂やフェノール樹脂との親和性が乏しいため、樹脂組成
物の各成分が成形時に均一な流れを形成しないため空気
の巻き込みが多くなり、成形品中に多量の気泡（以後、
ボイドと称する）が残ってしまったり、又成形時の流動
性が低下してしまうなどの問題点が発生する。成形品中
にボイドが存在すると、半導体装置内に外部からの水分
が侵入し易く、かつ水分が溜まり易いために半導体素子
が腐食され易くなり信頼性が低下する。又、エポキシ樹
脂組成物の成形時流動性が低下すると、半導体素子が押
し上げられて半導体装置表面に露出する、いわゆるチッ
プシフトが発生したり、半導体素子の回路とリードフレ
ームとを結線している金線が変形、又は切断されるいわ
ゆる金線変形が発生したり、更には成形材料が金型内に
充分充填されない、いわゆる未充填等の成形不良を起こ
す。

【０００４】無機質充填材と樹脂成分との均一性を向上
し、ボイド低減や流動性を向上させる手法として、オル
ガノポリシロキサンを添加する手法が数多く提案されて
いる。しかし、オルガノポリシロキサンの添加は、確か
にボイド低減に効果はあるものの、一方では、エポキシ
樹脂組成物の硬化物の曲げ強度等の機械的特性を低下さ
せたり、オルガノポリシロキサンが成形時に滲み出して
金型や成形品表面を汚染したり、半導体装置内部に存在
する半導体素子やそれを搭載するリードフレームと封止
樹脂との界面にオルガノポリシロキサンが移行するた
め、これら界面の接着性を著しく損ない、成形品パッケ
ージを吸湿後半田処理するとこれら界面で剥離が発生し
たり、その剥離に起因するパッケージクラックが発生す
る等種々の不良が起こることになる。このため、成形時
のボイド、金型汚れ、流動性等の成形性と耐半田特性と
の両立に優れるエポキシ樹脂組成物の開発が望まれてい
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、成形時の流
動性に優れ、ボイドが少なく、かつ成形品である半導体
装置の耐半田特性等の信頼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た半導体装置を提供する
ものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、（Ａ）エポキ
シ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤、（Ｃ）硬化促進
剤、（Ｄ）無機質充填材、（Ｅ）オルガノポリシロキサ
ンを必須成分とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物に
おいて、オルガノポリシロキサンがＨＬＢ３以下のオル
ガノポリシロキサンとＨＬＢ５〜１２のオルガノポリシ
ロキサンの混合物であり、かつ、その重量割合が３／１
〜１／３であ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エポキシ樹脂組成物により半導体素
子を封止されてなることを特徴とした半導体装置であ
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明に用いられるエポキシ樹脂
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、ポリマー全般を指し、例えば、ビスフ
ェノールＡ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エ
ポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹
脂、ナフト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、ジシクロペンタジエン変性
フェノール型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エ
ポキシ樹脂、テルペン変性フェノール型エポキシ樹脂、
ビフェニル型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ
樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型
エポキシ樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるも
のではない。又、これらのエポキシ樹脂は単独でも混合
して用いてもよい。半導体装置の耐半田特性を向上する
ことを目的に樹脂組成物中の無機質充填材の配合量を増
大させ、得られた樹脂組成物の硬化物の低吸湿化、低熱
膨張化、高強度化を達成させる場合には、エポキシ樹脂
として、常温で結晶性を示し、融点を越えると極めて低
粘度の液状となる結晶性エポキシ樹脂を用いることが特
に好ましい。

【０００８】本発明で用いられるフェノール樹脂として
は、１分子中に２個以上のフェノール性水酸基を有する
モノマー、オリゴマー、ポリマー全般を指し、例えば、
フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹
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、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、ナ
フトールアラルキル樹脂、トリフェノールメタン型樹
脂、ビスフェノール化合物等が挙げられるが、これらに
限定されるものではない。又、これらのフェノール樹脂
は単独でも混合して用いてもよい。

【０００９】本発明で用いられる硬化促進剤としては、
前記エポキシ樹脂とフェノール樹脂との架橋反応の触媒
となり得るものを指し、具体例としては、トリブチルア
ミン、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセ
ン−７等のアミン系化合物、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
塩等の有機リン系化合物、２−メチルイミダゾール等の
イミダゾール化合物等が挙げられるが、これらに限定さ
れるものではない。又、これらの硬化促進剤は単独でも
混合して用いてもよい。

【００１０】本発明で用いられる無機質充填材として
は、例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化
珪素、窒化アルミ等が挙げられる。無機質充填材の配合
量を特に大きくする場合は、溶融シリカを用いるのが一
般的である。溶融シリカは、破砕状、球状のいずれでも
使用可能であるが、溶融シリカの配合量を高め、かつ成
形材料の溶融粘度の上昇を抑えるためには、球状のもの
を主に用いる方が好ましい。更に球状シリカの配合量を
高めるためには、球状シリカの粒度分布がより広くなる
ように調整することが望ましい。

【００１１】本発明で用いられるオルガノポリシロキサ
ンは、ジメチルポリシロキサン、ジフェニルポリシロキ
サン、メチルフェニルポリシロキサンの骨格を有するポ
リシロキサンを指すが、一般的にエポキシ樹脂、フェノ
ール樹脂との親和性を付与するために、メチル基、フェ
ニル基以外にＣ、Ｏ、Ｎ、Ｓ原子等を有する有機置換基
をその主鎖もしくは側鎖に有することが好ましい。具体
的にはビニル基、フェネチル基、ヒドロキシ基、カルボ
キシ基、アクリル基、アルコキシ基、エポキシ基、ポリ
エーテル基、カプロラクトン基、アミノ基、ウレイド
基、イソシアネート基、メルカプト基等が挙げられるが
これらに限定されるものではない。

【００１２】本発明の特徴であるオルガノポリシロキサ
ンのＨＬＢ値は、オルガノポリシロキサンのエポキシ樹
脂やフェノール樹脂等の樹脂成分への相溶性、親和性の
指標となる。ＨＬＢはその化合物の親水性・親油性のバ
ランスを示し、界面活性剤の分野では一般的に用いられ
ている。親水部分の分子量をＭｗ、親油部分の分子量を
Ｍｏとすると、ＨＬＢは、ＨＬＢ＝７＋１１．７×ｌｏ
ｇ（Ｍｗ／Ｍｏ）で表すことができる。従って、ＨＬＢ
の大きなものほど親水性、小さなものほど親油性を示
す。本発明のオルガノポリシロキサンのＨＬＢは、以下
の滴定法により求めることができる。オルガノポリシロ
キサン０．５ｇをエタノール５ｍｌに溶解し、２５℃に
保ちながら２重量％フェノール水溶液を滴定し、曇点
（液が懸濁するときを終点とする）となるまでに要した
２重量％フェノール水溶液のｍｌ数を曇数Ａとし、 ＨＬＢ＝０．８９×（曇数Ａ）＋１．１１ で算出する。ＨＬＢが３以下、即ち疎水性の高いオルガ
ノポリシロキサンは、エポキシ樹脂組成物中の樹脂成分
と親和性が低く、加熱混練工程を経たエポキシ樹脂組成
物中で凝集して分散している。このため、成形時には加
熱により樹脂組成物との相溶性が一段と低下し、金型表
面や成形品表面に滲み出し汚染する傾向が強く、更には
半導体装置の内部に存在する半導体素子やリードフレー
ムなどの基材との界面に滲み出し、硬化後これら基材と
エポキシ樹脂組成物の硬化物との界面の接着性を低下さ
せ、半田リフロー処理で剥離やクラックを発生させる原
因となる。

【００１３】一方、ＨＬＢが５以上の親水性の高いオル
ガノポリシロキサンは、エポキシ樹脂組成物中の樹脂成
分との親和性が高く、均一に溶解する傾向がある。この
ため、エポキシ樹脂組成物の硬化物中に均一に溶け込ん
だ可塑剤としての作用をするため、硬化物のガラス転移
温度の低下、曲げ強度等の機械特性の低下が起こる。
又、硬化後に半導体装置内部の基材界面に偏在する傾向
は、ＨＬＢが３以下のオルガノポリシロキサンに比較す
ると著しく少ないものの、樹脂組成物の硬化物中で拘束
されにくく、易動度の高いシロキサン構造の影響で接着
性は低下する。更にＨＬＢが１２を越えるオルガノポリ
シロキサンの添加は、この親水性の強さによりエポキシ
樹脂組成物の硬化物の吸湿性が著しく大きくなり、吸湿
後の半田リフロー処理による基材界面の剥離やパッケー
ジクラック発生が起こりやすい。ところが、ＨＬＢが３
以下のオルガノポリシロキサンとＨＬＢが５〜１２のオ
ルガノポリシロキサンとを重量比で１／３〜３／１の割
合で添加したエポキシ樹脂組成物は、ＨＬＢ３以下のオ
ルガノポリシロキサンを核とし、その周辺にＨＬＢ５〜
１２のオルガノポリシロキサンが樹脂成分との相溶化剤
として配位して安定なミクロドメイン構造をとるため、
オルガノポリシロキサン成分が成形時に滲み出すことに
よる成形性、界面接着性の低下がなく、又樹脂成分の硬
化架橋構造にオルガノポリシロキサン成分が溶け込むこ
とによるガラス転移温度の低下、機械特性低下を防止す
ることができる。両者の重量比が１／３〜３／１の範囲
を外れると、各々どちらかのオルガノポリシロキサンの
特徴が強くなり、前記した問題点を発現するようになり
好ましくない。

【００１４】本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜
（Ｅ）成分を必須成分とするが、これ以外にも必要に応
じて臭素化エポキシ樹脂、三酸化アンチモン等の難燃
剤、シランカップリング剤、カーボンブラック等の着色
剤、天然ワックス及び合成ワックス等の離型剤、シリコ
ーンゴム、合成ゴム等の低応力添加剤等を適宜配合して
もよい。本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜
（Ｅ）成分、及びその他の添加剤等を混合後、加熱ニー
ダや熱ロールを用いて加熱混練し、続いて冷却、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。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を実施例で具体的に説明する。
配合量の単位は重量部とする。 実施例１ ３，３’，５，５’−テトラメチルビフェノールジグリシジルエーテルを主成 分とするエポキシ樹脂（油化シェルエポキシ（株）・製、ＹＸ４０００Ｈ、融点 １０５℃、エポキシ当量１９５）（以下、ビフェニルエポキシ樹脂と略す） ７．９重量部 フェノールアラルキル樹脂（三井化学（株）・製 ＸＬ２２５−ＬＬ、軟化点 ７５℃、水酸基当量１７５） ７．１重量部 球状溶融シリカ ８４．０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 式（１）のオルガノポリシロキサン（ＨＬＢ＝１．８） ０．１重量部 式（２）のオルガノポリシロキサン（ＨＬＢ＝７．５） ０．２重量部 カルナバワックス ０．２重量部 カーボンブラック ０．３重量部 をミキサーを用いて混合した後、表面温度が９０℃と２
５℃の２軸ロールを用いて２０回混練し、得られた混練
物シートを冷却後粉砕して、エポキシ樹脂組成物とし
た。得られたエポキシ樹脂組成物の特性を以下の方法で
評価した。結果を表１に示す。

【化１】

【００１６】

【化２】

【００１７】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て、金型温度１７５℃、
注入圧力７０ｋｇ／ｃｍ²、硬化時間２分で測定した。 熱時強度：２４０℃での曲げ強さをＪＩＳ−Ｋ６９１１
に準じて測定した。単位はｋｇｆ／ｍｍ²。 ガラス転移温度（Ｔｇ）：１７５℃、硬化２分でトラン
スファー成形した試験片を更に１７５℃、８時間後硬化
し、熱機械分析装置［セイコー電子（株）・製ＴＭＡ−
１２０、昇温速度５℃／分）で測定した。単位℃。 金線変形量：１４４ｐＱＦＰパッケージ（パッケージサ
イズ２０×２０×１．４ｍｍ、チップサイズ９×９ｍ
ｍ、金線：２５μｍ径、リードフレーム：銅）を金型温
度１７５℃、成形圧力７５ｋｇｆ／ｃｍ²、硬化時間２
分で成形した。得られたパッケージを軟Ｘ線透視装置で
観察し、金線の変形率を（流れ量）／（金線長）で表し
た（単位％）。 耐半田性：金線変形量を測定した１４４ｐＱＦＰパッケ
ージを、１７５℃、８時間で後硬化させた。得られた半
導体パッケージを８５℃、相対湿度８５％の環境下で１
６８時間放置し、吸湿前後の重量差を吸湿前の重量で除
して吸湿率を求め、％で表示した。その後この半導体パ
ッケージを２４０℃の半田槽に１０秒間浸漬した。顕微
鏡で外部クラックを観察し、クラック数（（クラック発
生パッケージ数）／（全パッケージ数）×１００）を％
で表示した。又このパッケージを超音波探傷装置を用い
て観察し、チップ（ＳｉＮコート品）とエポキシ樹脂組
成物の硬化物との界面に剥離が発生した剥離数（（剥離
発生パッケージ数）／（全パッケージ数）×１００）を
％で表示した。 ボイド：耐半田性で剥離数を評価した１４４ｐＱＦＰの
超音波探傷装置観察において、パッケージ中に観察され
た直径０．１ｍｍ以上のボイド個数を１パッケージ当た
りの平均で表示した。 離型性：金線変形量を測定した１４４ｐＱＦＰのパッケ
ージを１０回連続で成形した。この１０回の成形で、離
型時に金型に付着したり、成形品に割れ・欠けが発生し
た回数が５回以上を×、１〜４回を△、発生なしを○で
表した。 成形品汚れ：離型性評価で連続成形１０回目の成形品の
表面を目視で観察し、曇りが認められたものを×、光沢
度の良好なものを○とした。

【００１８】実施例２〜５、比較例１〜６ 実施例１を基本配合とし、オルガノポリシロキサンの種
類と添加量を変えて、実施例１と同一の配合割合で、実
施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を得、実施例１
と同様にして評価した。実施例、比較例に用いた、他の
オルガノポリシロキサンの構造式を以下に示す。式
（３）のＨＬＢは５．３、式（４）のＨＬＢは１１．
４、式（５）のＨＬＢは１３．５である。配合処方及び
結果を表１、表２に示す。

【００１９】

【化３】

【００２０】

【化４】

【００２１】

【化５】

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】

【発明の効果】本発明のエポキシ樹脂組成物は、均一性
かつ流動性に優れるため、ボイド、金線変形、成形品表
面汚れの極めて少ない成形性に優れたものであり、又、
耐半田特性に優れるものである。

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｆターム(参考） 4J002 CC04X CC05X CC06X CC07X CD02W CD04W CD05W CD06W CD07W CP033 CP053 CP063 CP093 CP103 CP143 CP183 DE147 DF017 DJ017 EN026 EU116 EU136 EW136 EW176 FD017 FD14X FD146 FD156 GQ05 4M109 AA01 BA01 CA21 EA02 EA10 EB03 EB04 EB06 EB07 EB08 EB09 EB12 EB13 EB19 EC01 EC03 EC05 EC20

Claims (2)

【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）硬化促進剤、（Ｄ）無機質充填材、及び
   （Ｅ）オルガノポリシロキサンを必須成分とするエポキ
   シ樹脂組成物において、オルガノポリシロキサンがＨＬ
   Ｂ３以下のオルガノポリシロキサンとＨＬＢ５〜１２の
   オルガノポリシロキサンの混合物であり、かつ、その重
   量割合が３／１〜１／３であることを特徴とする半導体
   封止用エポキシ樹脂組成物。
2. 【請求項２】 請求項１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封止してなることを特徴
   とする半導体装置。