JP2000281870A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄型半導体装置への充填性と離型性に優れ、
且つ半導体装置の耐半田性に優れる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】 一般式（１）で示されるエポキシ樹脂、
一般式（２）で示されるフェノール樹脂、溶融シリカ粉
末、硬化促進剤、及び離型剤を必須成分とするエポキシ
樹脂組成物であって、離型剤が酸価１０〜３０の酸化ポ
リオレフィン、酸価１０〜３０の酸化パラフィン類から
選択される１種以上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。 【化１】 （式中のＲは、水素原子、ハロゲン原子、又は炭素数１
から９までのアルキル基から選択される基であり、互い
に同一であっても、異なっていても良い、ｎは平均値
で、１〜５の正数） 【化２】 （式中のＲは、水素原子、ハロゲン原子、又は炭素数１
から９までのアルキル基から選択される基であり、互い
に同一であっても、異なっていても良い、ｎは平均値
で、１〜５の正数）

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、耐半田性
に優れ、特に薄型半導体装置に好適な半導体封止用エポ
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】ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子の封止方法
としてエポキシ樹脂組成物のトランスファー成形が低コ
スト、大量生産に適しており、採用されて久しく、信頼
性の点でもエポキシ樹脂や硬化剤であるフェノール樹脂
の改良により特性の向上が図られてきた。しかし、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、半導体の高集積化も年々進み、又、半導体装置の
表面実装化が促進されるなかで、半導体封止用エポキシ
樹脂組成物への要求は益々厳しいものとなってきてい
る。このため、従来からのエポキシ樹脂組成物では解決
できない問題点もでてきている。その最大の問題点は、
表面実装の採用により半導体装置が半田浸漬、或いはリ
フロー工程で急激に２００℃以上の高温にさらされ、吸
湿した水分が爆発的に気化する際の応力により、半導体
装置にクラックが発生したり、チップ、リードフレー
ム、インナーリード上の各種メッキされた各接合部分と
樹脂組成物の硬化物の界面で、剥離が生じ信頼性が著し
く低下する現象である。

【０００３】更に、近年半導体装置の薄型化に伴い、半
導体装置中に占める樹脂組成物の厚みが一段と薄くなっ
てきており、例えば、６４Ｍ、２５６ＭＤＲＡＭ用の半
導体装置は、１ｍｍ厚のＴＳＯＰが主流となりつつあ
る。これら薄型半導体装置には、成形時の充填性が良好
で、金線変形が少なく、半導体素子やリードフレームの
変形（チップシフトやダイパッドシフトと呼ぶ）がない
樹脂組成物が要求され、そのためエポキシ樹脂組成物
は、成形時の流動性に優れることが必要である。半田処
理による信頼性低下の改善と、成形時の流動性向上を両
立するために、エポキシ樹脂組成物中の溶融シリカ粉末
の充填量を増加させることで低吸湿化、高強度化、低熱
膨張化を達成し耐半田性を向上させるとともに、低溶融
粘度の樹脂を使用して、成形時に低粘度で高流動性を維
持させる手法が一般的となりつつある。

【０００４】一方、半田処理による信頼性において、エ
ポキシ樹脂組成物の硬化物と半導体装置内部に存在する
半導体素子やリードフレーム等の基材との界面の接着性
は非常に重要になってきている。この界面の接着力が弱
いと半田処理後の基材との界面で剥離が生じ、更にはこ
の剥離に起因する半導体装置クラックが発生する。界面
の接着力向上の観点から、エポキシ樹脂やフェノール樹
脂に関しても多くの提案がなされているが、特に式
（１）のエポキシ樹脂や式（２）のフェノール樹脂は、
その可撓性、低吸湿性の特徴から好ましい。（特開平５
−３４３５７０、特開平６−８０７６３、特開平８−１
４３６４８各号公報等）。

【０００５】しかし、式（１）のエポキシ樹脂や式
（２）のフェノール樹脂を硬化剤として用いた樹脂組成
物では、エポキシ基もしくはフェノール性水酸基などの
官能基密度が低く可撓性を有すること、反応点である官
能基の間に剛直なビフェニル構造が存在するために立体
障害の影響により、成形時の硬化が遅く、従って熱時硬
度が低く、離型の際に成形品が金型に付着したり、成形
品が破損するといった現象が現れる。これらの成形作業
性改善のため、より離型性の向上したエポキシ樹脂組成
物が望まれている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、成形時の離
型性が良好で、かつ吸湿後の半田処理においても硬化物
の半導体装置にクラックや基材との剥離が発生しない耐
半田性にも優れる樹脂組成物を目的としてなされたもの
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】即ち本発明は、（Ａ）一
般式（１）で示されるエポキシ樹脂、（Ｂ）一般式
（２）で示されるフェノール樹脂、（Ｃ）溶融シリカ粉
末、（Ｄ）硬化促進剤、及び（Ｅ）離型剤を必須成分と
するエポキシ樹脂組成物であって、（Ｅ）離型剤が酸価
１０〜３０の酸化ポリオレフィン、酸価１０〜３０の酸
化パラフィン類から選択される１種以上であることを特
徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及びこれを
用いて半導体装置を封止してなる半導体装置である。

【化３】 （式中のＲは、水素原子、ハロゲン原子、又は炭素数１
から９までのアルキル基から選択される基であり、互い
に同一であっても、異なっていても良い、ｎは平均値
で、１〜５の正数）

【０００８】

【化４】 （式中のＲは、水素原子、ハロゲン原子、又は炭素数１
から９までのアルキル基から選択される基であり、互い
に同一であっても、異なっていても良い、ｎは平均値
で、１〜５の正数）

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に本発明を詳細に説明する。
本発明に用いられるエポキシ樹脂のうち、式（１）で示
されるエポキシ樹脂の具体例を以下に示すが、これらに
限定されるものではない。

【化５】

【００１０】これらのエポキシ樹脂は、１分子中にエポ
キシ基を２個以上有するエポキシ化合物であり、エポキ
シ基間に疎水性構造を有することを特徴とする。フェノ
ール樹脂との硬化物は架橋密度が低く、かつ疎水性の構
造を多く有することから吸湿率が低いため、エポキシ樹
脂組成物の成形時の熱応力或いは成形品である半導体装
置の吸湿後の半田処理における発生熱応力を低減し、基
材との密着性に優れる。一方、エポキシ基間の疎水性構
造は剛直なビフェニル骨格であることから、架橋密度が
低い割には耐熱性の低下が少ないという特徴を有する。

【００１１】本発明の一般式（１）で示されるエポキシ
樹脂は、その特性が損なわない範囲で、他のエポキシ樹
脂と併用できる。併用できるエポキシ樹脂としては、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、ビフェニル型エポキシ樹脂、スチルベ
ン型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、ビ
スフェノールＦ型エポキシ樹脂などの結晶性エポキシ樹
脂、ビスフェノールＡ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、ジシクロペンタジエン変
性フェノ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、ナフトール型エポキシ樹脂等が挙げられ
る。又、これらのエポキシ樹脂は、単独もしくは混合し
て用いても差し支えない。特にエポキシ樹脂組成物の溶
融シリカ粉末の充填量を高めるためには、室温では結晶
性を示し、成形温度においては溶融粘度が極めて低下す
る上記結晶性エポキシ樹脂が好ましい。

【００１２】本発明に用いられる式（２）で示されるフ
ェノール樹脂としては、以下に示される構造のものが具
体的に示されるが、これらに限定されるものではない。

【化６】 これらのフェノール樹脂の特徴は、式（１）で示される
エポキシ樹脂で述べたのと全く同様であるが、更に、式
（１）のエポキシ樹脂と式（２）のフェノール樹脂とを
組み合わせた場合に、半導体装置の低吸湿性、吸湿後半
田処理での耐クラック性、密着性などの信頼性で最大の
効果が得られる。本発明に用いられる一般式（１）で示
されるフェノール樹脂は、その特性が損なわない範囲
で、他のフェノール樹脂と併用できる。併用できるフェ
ノール樹脂としては、エポキシ樹脂と硬化反応し、架橋
構造を形成できる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、キシ
リレン変性フェノール樹脂、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、ビスフ
ェノールＡ、トリフェノールメタン等が挙げられるが、
これらに限定されるものではない。樹脂組成物の硬化物
の低吸湿性や基材との密着性の向上のためには水酸基当
量が１３０〜２１０のフェノール樹脂が特に好適であ
る。

【００１３】本発明に用いられる溶融シリカ粉末として
は、例えば、火炎中で溶融された天然シリカ、及び、テ
トラメトキシシラン、テトラエトキシシラン等を加水分
解して得られる合成シリカ等が挙げられる。又、その形
状・製法により球状シリカと破砕シリカがある。溶融シ
リカ粉末の配合量としては、全樹脂組成物中に７５〜９
３重量％が好ましい。７５重量％未満だと、樹脂組成物
の硬化物の吸湿量が増大し、しかも半田処理温度での強
度が低下してしまうため、半田処理時に半導体装置にク
ラックが発生し易くなり好ましくない。一方、９３重量
％を越えると、樹脂組成物の成形時の流動性が低下し、
未充填や半導体素子シフト、パッドシフトが発生し易く
なり好ましくない。特に溶融シリカ粉末を高充填するた
めには、球状のものが好ましい。又、粒度分布としては
広いものが、成形時の樹脂組成物の溶融粘度を低減する
ために有効である。

【００１４】本発明に用いられる硬化促進剤は、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。これらは単独でも混合して用
いても差し支えない。

【００１５】本発明に用いられる離型剤は、酸価が１０
〜３０の酸化ポリオレフィン、又は酸価が１０〜３０の
酸化パラフィン類から選択される１種以上である。一般
に半導体封止用エポキシ樹脂組成物に用いられる離型剤
としてはカルナバワックス、モンタン酸エステルなどの
長鎖脂肪酸エステル類、ステアリン酸、モンタン酸、パ
ルチミン酸などの長鎖脂肪酸、及びそのカルシウム塩、
亜鉛塩などの長鎖脂肪酸の金属塩、ステアリン酸アミド
などの長鎖脂肪酸アミドなどが一般的に使用される。し
かし、本発明の樹脂組成物において、一般式（１）のエ
ポキシ樹脂、一般式（２）のフェノール樹脂を用いた場
合、これら樹脂の疎水性の強さにより離型剤と樹脂との
相溶性が従来の樹脂と異なり、成形時の成形品の離型性
に大きく影響する。即ち、成形時に樹脂と離型剤との相
溶性が高すぎると金型表面への離型剤の移行が不十分で
離型性が低下し、一方、相溶性が低いと離型剤が金型表
面或いは成形品表面にブリードし、各表面を汚染し、離
型性も低下する。更に相溶性が低い離型剤は半導体装置
内部に存在する半導体素子やリードフレーム等の基材と
の界面にもしみ出して、これら界面の接着力を低下さ
せ、半田処理後の基材との界面で剥離が生じ、更にはこ
の剥離に起因する半導体装置にクラックが発生し易い。
樹脂と離型剤の相溶性を制御し、本発明の樹脂系に最適
な離型剤の疎水性を得るためには、酸価が１０〜３０の
酸化ポリオレフィン、又は酸価が１０〜３０の酸化パラ
フィン類を用いることで可能である。

【００１６】本発明で用いられる酸価が１０〜３０の酸
化ポリオレフィン、又は酸価が１０〜３０の酸化パラフ
ィン類は、ポリオレフィンワックス或いはパラフィンワ
ックスを空気酸化、又は酸付加することなどにより酸化
物としたものの総称であり、酸化されることにより、カ
ルボキシル基が導入される。原料のポリオレフィンワッ
クスはポリエチレン、ポリプロピレンなどの合成ワック
スであり、通常分子量は１０００〜１００００程度のも
のが使用される。一方、原料のパラフィンワックスは、
天然ワックスである石油ワックスを減圧蒸留した留出油
又は残渣油を分離精製したもので、通常炭素数は２０〜
６０、分子量は３００〜９００程度である。酸化ポリオ
レフィン及び酸化パラフィン類の酸価は、常法により水
酸化カリウム溶液で中和滴定することにより求めること
ができる。単位は、ｍｇＫＯＨ／ｇで表される。

【００１７】本発明に用いる酸化ポリオレフィン及び酸
化パラフィン類の酸価は、１０〜３０の範囲である。酸
価が１０未満では、樹脂との相溶性が低く、成形時に成
形品表面や金型にブリードし易いため、連続で成形した
場合に成形品表面や金型表面を汚染してしまう。更に、
半導体素子やリードフレームとエポキシ樹脂組成物の硬
化物との界面の接着性も低下させてしまい、その結果耐
半田クラック性に劣る。一方、酸価が３０を越えると樹
脂との相溶性が良好になり過ぎて、エポキシ樹脂との反
応が起こりやすくなり、成形時の粘度が増大し、流動性
が低下するため、金型内充填時に半導体素子に結線され
ている金線の変形を起こし易い。本発明の酸価が１０〜
３０の酸化ポリオレフィン、又は酸化パラフィン類の特
性を損なわない範囲で、前記した他の離型剤と併用して
も可能である。

【００１８】本発明の樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｅ）成
分の他、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、ポリシロキサン化合物に代表される
低応力剤、カップリング剤、カーボンブラックに代表さ
れる着色剤、が適宜配合可能である。本発明の樹脂組成
物は、（Ａ）〜（Ｅ）成分、及びその他の添加剤等を、
ミキサー等を用いて混合後、加熱ニーダや熱ロールを用
いて加熱混練し、続いて冷却、粉砕することで得られ
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従来の成形方法で硬化成形すればよ
い。

【００１９】以下、本発明を実施例で具体的に説明す
る。配合単位は重量部とする。 実施例１ 式（３）のエポキシ樹脂（エポキシ当量２７０、軟化点６０℃） ７．３重量部

【化７】

【００２０】 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；以下フェノールアラルキル樹脂という） ４．７重量部 球状溶融シリカ粉末 ８７．０重量部 トリフェニルホスフィン ０．２重量部 酸化パラフィンＡ（酸価１５、軟化温度８５℃） ０．５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４
５℃の２本ロールを用いて３０回混練し、得られた混練
物シートを冷却後粉砕して、樹脂組成物を得た。得られ
た樹脂組成物を以下の方法で評価した。結果を表２に示
す。

【００２１】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。
単位はｃｍ。 離型性：５０ピンのリードオンチップ構造のＴＳＯＰ
（パッケージサイズは、１０×２１ｍｍ、厚み１．０ｍ
ｍ、シリコンチップはサイズ９×１８ｍｍ、リードフレ
ームは鉄／ニッケル合金（４２アロイ）製、チップとイ
ンナーリード間は厚み１００μｍのポリイミドテープで
接着されている）を、金型温度１７５℃、成形圧力７５
ｋｇ／ｃｍ²、硬化時間２分でトランスファー成形し
た。成形後、金型が開いた際の金型からの離型性を評価
した。○は離型性良好を示し、×は金型付着、又はラン
ナー折れが発生したことを示す。 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。 耐半田性：１００ピンＴＱＦＰ（パッケージサイズは１
４×１４ｍｍ、厚み１．４ｍｍ、シリコンチップサイズ
は８．０×８．０ｍｍ、リードフレームは４２アロイ
製）を、金型温度１７５℃、射出圧力７５ｋｇ／ｃ
ｍ²、硬化時間２分でトランスファー成形し、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１６８時間放置
し、その後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、チップと樹脂組成物との剥離面積の割
合を超音波探傷装置を用いて測定し、剥離率（（剥離面
積）／（チップ面積）×１００）として、５個のパッケ
ージの平均値を求め、％で表示した。

【００２２】実施例２〜５、比較例１〜５ 表２に示す割合で各成分を配合し、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。なお、実施例１に用いた以外のエポキ
シ樹脂、フェノール樹脂の性状を以下に示す。式（４）
を主成分とするエポキシ樹脂（エポキシ当量１９５、融
点１０５℃）、式（５）のフェノール樹脂（水酸基当量
１９５、軟化点７０℃）。構造式（４）、式（５）を以
下に示す。

【化８】

【００２３】

【化９】

【００２４】実施例、比較例に用いた酸化パラフィン、
酸化ポリエチレンの特性は、以下の通りである。

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】

【発明の効果】本発明の樹脂組成物を用いると、離型性
に優れ、かつ封止された半導体装置は、熱時強度、低吸
湿性に優れるため、吸湿後の耐半田性に優れる。

───────────────────────────────────────────────────── 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 23/30 Ｃ０８Ｌ 23/30 91/06 91/06 Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31 Ｆターム(参考） 4J002 AE033 BB253 CC07X CD06W DJ016 EF057 EG037 EG047 EH017 EP017 FD163 FD167 GQ05 4J036 AA02 AC01 AD04 AD05 AD08 AD12 AE07 AF06 AF08 AF10 DB07 DB10 DC06 DC09 DC40 DD07 DD09 FA05 FA10 FA14 FB02 FB07 JA07 4M109 AA01 BA01 CA21 EA02 EA06 EB03 EB04 EB06 EB07 EB08 EB09 EB13 EB19 EC01 EC03 EC05 EC09

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）一般式（１）で示されるエポキシ
   樹脂、（Ｂ）一般式（２）で示されるフェノール樹脂、
   （Ｃ）溶融シリカ粉末、（Ｄ）硬化促進剤、及び（Ｅ）
   離型剤を必須成分とするエポキシ樹脂組成物であって、
   （Ｅ）離型剤が酸価１０〜３０の酸化ポリオレフィン、
   酸価１０〜３０の酸化パラフィン類から選択される１種
   以上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。 【化１】 （式中のＲは、水素原子、ハロゲン原子、又は炭素数１
   から９までのアルキル基から選択される基であり、互い
   に同一であっても、異なっていても良い、ｎは平均値
   で、１〜５の正数） 【化２】 （式中のＲは、水素原子、ハロゲン原子、又は炭素数１
   から９までのアルキル基から選択される基であり、互い
   に同一であっても、異なっていても良い、ｎは平均値
   で、１〜５の正数）
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。