JP2001122943A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 成形性、耐半田クラック性に優れたエポキシ
樹脂組成物を提供すること。 【解決手段】 （Ａ）一般式（１）で示されるエポキシ
樹脂を総エポキシ樹脂量に対して３０〜１００重量％含
むエポキシ樹脂、 【化１】 （式中のＲ₁、Ｒ₂は、炭素数１〜４のアルキル基を示
し、互いに同一であっても異なっていてもよい。ａは、
０〜３、ｂは、０〜４の整数、ｎは平均値で、１〜１０
の正数）（Ｂ）フェノール（ｘ）とクレゾール類（ｙ）
とをアルデヒドを介して縮合した変性ノボラック型樹脂
中のフェノール（ｘ）とクレゾール類（ｙ）とのモル比
（ｘ／ｙ）が０．１〜１０である変性ノボラック型樹脂
を総フェノール樹脂量に対して３０〜１００重量％含む
フェノール樹脂、（Ｃ）無機質充填材、及び（Ｄ）硬化
促進剤を必須成分とす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、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及び
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なかで、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
にさらされることによる気化した水蒸気の爆発的応力、
又ガラス転移温度を大きく上回る温度から冷却される際
に発生する熱応力により半導体装置にクラックが発生し
たり、あるいは半導体素子やリードフレームと樹脂組成
物の硬化物との界面に剥離が発生することにより、電気
的信頼性が大きく損なわれる不良が生じ、これらの不良
の防止、即ち耐半田クラック性の向上が大きな課題とな
っている。この耐半田クラック性の向上のために、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、高強度化等を
図ってきている。このため、エポキシ樹脂としては低粘
度型や、常温では結晶性で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。とこ
ろが無機質充填材を多量に配合したエポキシ樹脂組成物
の硬化物においては、低吸湿化、低熱膨張化の実現は出
来るものの、成形時に必要な流動性が損なわれ易くなっ
てしまう。

【０００３】半導体素子を封止する場合に、樹脂組成物
の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、更には樹脂組成物が金型内に充分に充填されな
い、未充填等の成形不良を起こすことがある。又無機質
充填材を多量に配合するエポキシ樹脂組成物において
は、ガラス転移温度以下の温度領域における弾性率が大
きくなってしまうため、表面実装時に高温にさらされた
後、冷却された際に半導体装置内部に発生する圧縮応力
を受け易くなってしまう。そのため、半導体装置内部に
おける半導体素子やリードフレーム等の基材とエポキシ
樹脂組成物の硬化物との界面に剥離が発生したり、更に
はこの剥離に起因するクラックが発生する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、一般式
（１）で示されるエポキシ樹脂と特定のフェノール樹脂
とを用いることにより、成形性を損なうことなく、低吸
湿化、ガラス転移温度以上の温度での低弾性化が可能と
なったエポキシ樹脂組成物及び耐半田クラック性に優れ
た半導体装置を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、（Ａ）一般式
（１）で示されるエポキシ樹脂を総エポキシ樹脂量に対
して３０〜１００重量％含むエポキシ樹脂、

【化２】 （式中のＲ₁、Ｒ₂は、炭素数１〜４のアルキル基を示
し、互いに同一であっても異なっていてもよい。ａは、
０〜３、ｂは、０〜４の整数、ｎは平均値で、１〜１０
の正数） （Ｂ）フェノール（ｘ）とクレゾール類（ｙ）とをアル
デヒドを介して縮合した変性ノボラック型樹脂中のフェ
ノール（ｘ）とクレゾール類（ｙ）とのモル比（ｘ／
ｙ）が０．１〜１０である変性ノボラック型樹脂を総フ
ェノール樹脂量に対して３０〜１００重量％含むフェノ
ール樹脂、（Ｃ）無機質充填材、及び（Ｄ）硬化促進剤
を必須成分とす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素子を封止してな
ることを特徴とする半導体装置である。

【０００６】

【発明の実施の形態】一般式（１）で示されるエポキシ
樹脂は、従来のエポキシ樹脂に比べて低吸湿であり、優
れた可撓性を有しておるためガラス転移温度以上の温度
領域において低弾性を示す。一般式（１）中のＲ₁、Ｒ₂
は、炭素数１〜４のアルキル基を示し、硬化性の点から
式（２）で示される構造のものが好ましい。

【化３】

【０００７】ここでｎは平均値で、１〜１０であり、ｎ
＝１〜３の重量比率が全体の５０％以上を占めることが
好ましい。ｎ＝４以上の重量比率が多くなると、樹脂の
溶融粘度が高くなるために流動性が低下し、金線変形、
アイランドシフト等の成形不良を引き起こしてしまう。
又無機質充填材を適正量配合することが出来なくなる。
更に耐半田クラック性を最大限に引き出すためには、一
般式（１）で示されるエポキシ樹脂を総エポキシ樹脂量
に対して３０重量％以上、好ましくは５０重量％以上配
合することが望ましい。３０重量％未満であると、耐半
田クラック性が不十分となるおそれがある。併用する場
合のエポキシ樹脂は、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、
例えばビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型
エポ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ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、フェニレン骨格を有するフェノールアラルキ
ル型エポキシ樹脂、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、テルペン変性フェノール型エポキシ
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クラック性の向上を目的
とする場合、無機質充填材を適正量配合することによっ
て、低吸湿化、低熱膨張化、高強度化を達成する必要が
あり、エポキシ樹脂としては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ビフェニル型エポ
キシ樹脂等の結晶性エポキシ樹脂が特に好ましい。

【０００８】本発明で用いるフェノール（ｘ）とクレゾ
ール類（ｙ）とをアルデヒドを介して縮合した変性ノボ
ラック型樹脂は、フェノール樹脂の良好な硬化性とクレ
ゾール樹脂の低吸湿性を兼ね備えた特性を発現する。変
性ノボラック型樹脂中の（ｘ）と（ｙ）とのモル比（ｘ
／ｙ）は、０．１〜１０で、好ましくは０．２〜５の範
囲である。これはフェノールの比率が高くなると硬化性
や強度は向上するものの、耐吸湿性が低下し、クレゾー
ル類の比率が高くなると耐吸湿性は向上するものの、硬
化性や強度が低下するためである。用いるクレゾール類
としては、オルソクレゾール、パラクレゾール、及びメ
タクレゾールの３種の異性体があり、２種以上を併用し
てもよいが工業製品としての入手の容易さからオルソク
レゾール、もしくは３種の混合物を使用することが好ま
しい。合成に用いるアルデヒド源としては特に限定しな
いが、ホルムアルデヒドあるいはパラホルムアルデヒド
が工業的に大量生産され安価である点で好ましい。

【０００９】本発明で用いる変性ノボラック型樹脂は、
例えば、オルソクレゾール類とホルムアルデヒドを酸触
媒の存在下で反応させた後、フェノールとホルムアルデ
ヒドを添加して縮合反応を行うとか、オルソクレゾール
類とフェノールにホルムアルデヒドを添加して酸触媒の
存在下で縮合反応を行い、未反応物を除去して固形樹脂
とする製造方法等があるが、変性ノボラック型樹脂中の
モル比（フェノール／クレゾール類＝ｘ／ｙ）が０．１
〜１０の範囲のものならば、特に限定されるものではな
い。変性ノボラック型樹脂中のモル比（ｘ／ｙ）は、¹
ＨＮＭＲ（日本電子（株）・製、ＪＮＭ−ＥＸ９０）に
よりフェノール含有率及びクレゾール類含有率を測定し
求めた。

【００１０】本発明の変性ノボラック型樹脂の重量平均
分子量は、２０００以下が好ましく、重量平均分子量を
２０００以下にすることにより加熱溶融時の粘度が低く
く抑えられ、本発明の目的とする無機質充填材の高充填
化が図れるためである。本発明での重量平均分子量は、
ＧＰＣ（Gel Permiation Chromatography）法によりポ
リスチレン換算して求めた値である。即ち、東ソー
（株）・製ＧＰＣカラム（Ｇ１０００Ｈ×Ｌ：１本、Ｇ
２０００Ｈ×Ｌ：２本、Ｇ３０００Ｈ×Ｌ：１本）を用
い、流量１．０ｍｌ／分、溶出溶媒としてテトラヒドロ
フラン、カラム温度４０℃の条件で示差屈折計を検出器
に用いてＧＰＣ測定しポリスチレン換算して求めた。

【００１１】又、本発明の変性ノボラック型樹脂には、
他のフェノール樹脂を併用しても差し支えない。併用で
きるフェノール樹脂としては、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、ナフトールア
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等が挙げられ、これら
は単独でも併用しても良い。これらのフェノール樹脂
は、分子量、軟化点、水酸基当量等に制限なく使用する
ことができるが、軟化点９０℃以下の比較的低粘度のフ
ェノール樹脂が好ましい。軟化点が９０℃を越えると、
本発明の変性ノボラック型樹脂の低粘度化の効果が少な
くなるので好ましくない。併用する場合には、変性ノボ
ラック型樹脂が、総フェノール樹脂中に３０重量％以
上、好ましくは５０重量％以上配合することが望まし
い。３０重量％未満だと本発明の変性ノボラック型樹脂
の本来の効果が充分に発現されない。エポキシ樹脂のエ
ポキシ基とフェノール樹脂のフェノール性水酸基との当
量比としては、０．５〜２．０が好ましい。

【００１２】本発明で用い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
に多くする場合は、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、球状のものが好まし
い。更に球状溶融シリカの配合量を高めるためには、そ
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。

【００１３】本発明で用いる硬化促進剤としては、エポ
キシ樹脂とフェノール樹脂との硬化反応を促進させるも
のであればよく、一般に封止材料に用いられているもの
を広く用いることが出来る。例えば、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、ト
リ（メチルフェニル）ホスフィン、トリ（ジメトキシ）
フェニルホスフィン等の有機ホスフィン化合物、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。本発明のエ
ポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）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、シリコーンオイル、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。

【００１４】又本発明のエポキシ樹脂組成物を成形材料
として製造するには、（Ａ）〜（Ｄ）成分、その他の添
加剤をミキサー等によって十分に均一に混合した後、更
にニーダー又は熱ロール等で溶融混練し、冷却後粉砕し
て封止材料とすることが出来る。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
法で成形硬化すればよい。

【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。変性ノボラック型樹脂Ａ
〜Ｃの合成には、オルソクレゾール、フェノール及びホ
ルマリンを用い、常法によりノボラック化したものであ
る。その性状を表１に示す。 溶融粘度：ＩＣＩコーンプレート粘度計（Research Equ
ipment社・製）を用いて、１５０℃での粘度を測定し
た。 重量平均分子量：前記した方法による。 変性ノボラック型樹脂中のモル比（ｘ／ｙ）：前記した
方法による。

【表１】

【００１６】 実施例１ 式（２）のエポキシ樹脂（軟化点５７℃、エポキシ当量２７４ｇ／ｅｑ） ７．７重量部 変性ノボラック型樹脂Ａ ３．２重量部 臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂 ０．５重量部 球状溶融シリカ ８６．０重量部 三酸化アンチモン １．３重量部 カーボンブラック ０．３重量部 カルナバワックス ０．３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 エポキシシランカップリング剤 ０．５重量部 を常温においてミキサーで混合し、７０〜１００℃で２
本ロールにより混練し冷却後粉砕して成形材料とした。
得られた樹脂組成物の特性を以下の方法で評価した。評
価結果を表１に示す。

【００１７】評価方法 スパイラルフロー：ＥＭＭＩ−１−６６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ｃｍ。 熱時強度：２４０℃での曲げ強さをＪＩＳ Ｋ ６９１
１に準じて測定した。単位はＮ／ｍｍ²。 吸湿率：トランスファー成型機を用いて、金型温度１７
５℃、注入圧力７０ｋｇ／ｃｍ²、硬化時間２分で直径
５０ｍｍ、厚さ３ｍｍの成形品を成形し、１７５℃、８
時間で後硬化し、得られた成形品を８５℃、相対湿度６
０％の環境下で１６８時間放置し、重量変化を測定して
吸水率を求めた。単位は重量％。 硬化性：１４４ｐＱＦＰパッケージの成形時、型開き１
０秒後にバコール硬度計＃９３５でパッケージ表面の硬
度を測定した。 離型性：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発生なしを○
で表した。 耐半田クラック性：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×
９ｍｍ、金線：２５μｍ径、リードフレーム：銅）を金
型温度１７５℃、注入圧力７．６Ｎ／ｃｍ²、２分間で
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１
６８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（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。パッケージ数１
０。

【００１８】実施例２〜７、比較例１〜４ 表２、表３に従って配合し、実施例１と同様にして樹脂
組成物を得、同様に評価した。これらの評価結果を表
２、表３に示す。実施例１以外で用いたエポシキ樹脂の
性状を以下に示す。ＹＸ−４０００Ｈ（油化シェルエポ
キシ（株）製、融点１０５℃、エポキシ当量１９５ｇ／
ｅｑ）

【００１９】

【表２】

【００２０】

【表３】

【００２１】

【発明の効果】本発明のエポキシ樹脂組成物は、成形性
に優れ、低吸湿化、ガラス転移温度以上の温度での低弾
性化が可能となり、これを用いた半導体装置は耐半田ク
ラック性に優れている。

───────────────────────────────────────────────────── 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 23/31 Ｆターム(参考） 4J002 CC27X CD04W CD04Y CD05Y CD06Y CD07Y CD20Y DE146 DF016 DJ006 DJ016 EN027 EU067 EU117 EW017 FD016 FD090 FD130 FD14X FD157 GJ02 GQ01 4J036 AA01 AA05 AE05 DA02 FA01 FA05 FB08 JA07 4M109 AA01 BA01 CA21 EA03 EB03 EB04 EB06 EB07 EB08 EB09 EB12 EB13 EB16 EB19 EC01 EC03 EC20

Claims (3)

【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
   樹脂を総エポキシ樹脂量に対して３０〜１００重量％含
   むエポキシ樹脂、 【化１】 （式中のＲ₁、Ｒ₂は、炭素数１〜４のアルキル基を示
   し、互いに同一であっても異なっていてもよい。ａは、
   ０〜３、ｂは、０〜４の整数、ｎは平均値で、１〜１０
   の正数） （Ｂ）フェノール（ｘ）とクレゾール類（ｙ）とをアル
   デヒドを介して縮合した変性ノボラック型樹脂中のフェ
   ノール（ｘ）とクレゾール類（ｙ）とのモル比（ｘ／
   ｙ）が０．１〜１０である変性ノボラック型樹脂を総フ
   ェノール樹脂量に対して３０〜１００重量％含むフェノ
   ール樹脂、（Ｃ）無機質充填材、及び（Ｄ）硬化促進剤
   を必須成分とす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】 フェノール（ｘ）とクレゾール類（ｙ）
   とをアルデヒドを介して縮合した変性ノボラック型樹脂
   が、重量平均分子量２０００以下である請求項１記載の
   半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
3. 【請求項３】 請求項１、又は２記載のいずれかのエポ
   キシ樹脂組成物によっ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。