JP2001123046A - 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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JP2001123046A
JP2001123046A JP30677199A JP30677199A JP2001123046A JP 2001123046 A JP2001123046 A JP 2001123046A JP 30677199 A JP30677199 A JP 30677199A JP 30677199 A JP30677199 A JP 30677199A JP 2001123046 A JP2001123046 A JP 2001123046A
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JP
Japan
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epoxy resin
resin composition
semiconductor device
alkyl group
integer
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JP30677199A
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Naoki Mogi
直樹 茂木
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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】 充填性が良好で金線変形が少なく、成形時の
離型性に優れ、かつ耐半田クラック性及び信頼性に優れ
た特性を有する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
樹脂からなるエポキシ樹脂を総エポキシ樹脂中に10〜
100重量%含むエポキシ樹脂、(B)フェノール樹
脂、(C)無機充填材、及び(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1】 (式中のR1は、炭素数1〜4のアルキル基を示し、a
は0〜3の整数、R2、R3は、炭素数1〜4のアルキ
ル基を示し、b、cは0〜4の整数で、互いに同一であ
っても異なっていてもよい。m、nは平均値で、m、n
はいずれも1〜10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、耐半田ク
ラック性に優れた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】従来、ダイオード、トランジスタ、集積
回路等の電子部品は、耐熱性、耐湿性に優れたオルソク
レゾールノボラック型エポキシ樹脂をノボラック型フェ
ノール樹脂で硬化させるエポキシ樹脂組成物が用いられ
てきた。ところが近年、集積回路の高集積化に伴い半導
体素子が大型化し、かつ半導体装置は従来の挿入実装タ
イプのDIP等から表面実装タイプのQFP、SOP、
SOJ、更に小型、薄型タイプのLQFP、TQFP、
TSOP、SSOP等に変わってきている。即ち、大型
の半導体素子を小型で薄いパッケージに封入することに
より、内部応力によるクラックあるいは他の部材との剥
離が発生し、これらの不具合による耐湿性の低下等の問
題が提起されている。又、特に半田実装工程において
は、急激に200℃以上の高温にさらされることによ
り、半導体装置のクラックや、樹脂組成物の硬化物と半
導体素子やリードフレームとの界面での剥離により耐湿
性が劣化してしまうといった問題が発生している。この
半導体装置のクラックや樹脂組成物の硬化物と半導体素
子の剥離が発生する原因は、半導体装置中の樹脂組成物
の硬化物と半導体素子及びリードフレームとの線膨張係
数の違いによる応力の発生と、半導体装置に吸湿された
水分が表面実装時の加熱により急激に気化膨張すること
による応力集中で剥離及び半導体装置のクラックが発生
するものと考えられる。これらの問題に対して、従来の
オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂をノボラッ
ク型フェノール樹脂で硬化させるタイプの樹脂組成物で
封入された半導体装置では、充分な性能が得られず、新
たな樹脂システムを用い、このような問題に耐え得るエ
ポキシ樹脂組成物及び半導体装置の開発が望まれてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、充填性が良
好で金線変形が少なく、成形時の離型性に優れた半導体
封止用エポキシ樹脂組成物及び表面実装時の耐半田クラ
ック性及びその後の信頼性に優れ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)一般式
(1)で示されるエポキシ樹脂を総エポキシ樹脂中に1
0〜100重量%含むエポキシ樹脂、(B)フェノール
樹脂、(C)無機充填材、及び(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及
びこれを用いて半導体素子を封止させてなることを特徴
とする半導体装置である。
【化2】 (式中のR1は、炭素数1〜4のアルキル基を示し、a
は0〜3の整数、R2、R3は、炭素数1〜4のアルキ
ル基を示し、b、cは0〜4の整数で、互いに同一であ
っても異なっていてもよい。m、nは平均値で、m、n
はいずれも1〜10の正数)
【0005】
【発明の実施の形態】以下に本発明を詳細に説明する。
本発明に用いる一般式(1)で示されるエポキシ樹脂
は、ジフェニレン骨格及びフェニレン骨格とフェノール
類骨格を有する多官能エポキシ樹脂であり、これを用い
た樹脂組成物の硬化物は低い吸水率と高い靱性の特徴を
有する。ジフェニレン骨格とフェニレン骨格との共重合
型樹脂は、強靱性を有するジフェニレン骨格と、硬化性
の点で比較的成形性が良好であるフェニレン骨格を有し
ていることにより、成形性と半導体装置の信頼性とのバ
ランスに優れている。従って、ジフェニレン骨格のみの
エポキシ樹脂であれば、硬化性に難点があり、又、フェ
ニレン骨格のみのエポキシ樹脂であれば、信頼性の点で
不満足である。一般式(1)のm/nの割合は、2/8
〜8/2の範囲が特性のバランスの点から好ましい。一
般式(1)のR1は、炭素数1〜4のアルキル基を示
し、aは0〜3の整数、R2、R3は、炭素数1〜4の
アルキル基を示し、b、cは0〜4の整数で、互いに同
一であっても異なっていてもよい。m、nは平均値で、
m、nはいずれも1〜10の正数であるが、m、nのい
ずれかが10を越えると成形時の流動性が劣り好ましく
ない。これらの種々の樹脂の内では、硬化性の点から式
(2)で示されるエポキシ樹脂が好ましい。
【化3】
【0006】一般式(1)で示されるエポキシ樹脂は、
総エポキシ樹脂中に10〜100重量%、より好ましく
は50〜100重量%含むことにより必要な耐半田クラ
ック性及び信頼性を得ることができる。10重量%未満
では、得られる樹脂組成物の硬化物の低吸水性及び強靱
性が不足し、満足できる耐半田クラック性及び信頼性が
得られないので好ましくない。本発明の一般式(1)の
エポキシ樹脂を他のエポキシ樹脂と併用する場合、併用
するエポキシ樹脂としては、分子中にエポキシ基を有す
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、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、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等が挙げられる。
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。
【0007】本発明で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、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂等が挙
げられる。これらのフェノール樹脂は、単独もしくは混
合して用いても差し支えない。本発明で用いる無機充填
材は、一般的に溶融シリカの内では破砕シリカあるいは
溶射等により球形化した球状シリカ、結晶シリカ、窒化
珪素、窒化アルミ、アルミナ、炭酸カルシウム、凝集化
シリカ、多孔質シリカ等が挙げられ、特に溶融シリカで
の破砕シリカ、球状シリカ、あるいは破砕シリカと球状
シリカの適正な混合物を用いるのが好ましい。又、総エ
ポキシ樹脂組成物中の無機充填材量としては、耐半田ク
ラック性等の特性を具備することを考慮して、70〜9
0重量%が好ましい。70重量%未満では、硬化したエ
ポキシ樹脂組成物の吸水率が増加し好ましくない。又、
90重量%を越えると成形時にエポキシ樹脂組成物が高
粘度であることにより半導体装置中のダイパット、金線
ワイヤ−のずれ等の不都合が生じるおそれがあるので好
ましくない。
【0008】本発明で用いる硬化促進剤は、エポキシ基
と水酸基との硬化反応を促進させるものであればよい。
一般的に封止材料で用いられているものを広く用いるこ
とができる。例えば、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、
ジメチルベンジルアミン、2−メチルイミダゾ−ル等が
挙げられ、これらは単独もしくは混合して用いても差し
支えない。本発明のエポキシ樹脂組成物は、(A)〜
(D)成分以外に必要に応じてカップリング剤、カーボ
ンブラックに代表される着色剤、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
ム等の低応力改質剤等が適宜配合される。又、本発明の
エポキシ樹脂組成物を製造するには、以上の各種原材料
をスーパーミキサー等の混合機により充分に均一に混合
した後、熱ロール、又はニーダー等の溶融混練機で混練
し、冷却後粉砕して粉末状、又はタブレットとすればよ
い。
【0009】以下に本発明の実施例及び比較例を示し、
具体的に説明する。
【実施例】 実施例1 式(2)で示されるエポキシ樹脂(m:n=48:52、軟化点60℃、エポ キシ当量289g/eq、エポキシ樹脂Aという) 7.80重量部 オルソクレゾ−ルノボラック型エポキシ樹脂(軟化点62℃、エポキシ当量2 00g/eq) 2.60重量部 フェノ−ルノボラック樹脂(軟化点80℃、水酸基当量105g/eq) 4.23重量部 溶融球状シリカ粉末(平均粒子径20μm、2.5m2/g) 84.40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 ) 0.22重量 部 カ−ボンブラック 0.25重量部 カルナバワックス 0.50重量部 を常温においてスーパーミキサーで混合し、70〜10
0℃で2軸ロールにより混練し、冷却後粉砕して成形材
料とした。得られた封止材料を成形機のサイズに合わせ
てタブレット化した。得られた成形材料の特性を以下の
方法で評価した。評価結果を表1に示す。
【0010】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120秒で測定し
た。 硬化性測定(ショアD硬度):低圧トランスファー成形
機にて175℃、注入圧力70kg/cm2、120秒
の条件にてDIP16Lを成形時において、型開き後1
0秒後にランナー部の硬さをショアD硬度計にて測定。
値の大きい方が硬化が速い。 信頼性試験(半田クラック):得られた成形材料をタブ
レット化し、低圧トランスファー成形機にて175℃、
注入圧力100kg/cm2、60秒の条件で半田クラ
ック試験用として9x9mmの半導体素子をQFP80
Lに封止した。封止した半導体装置については、85
℃、相対湿度60%の環境下で168時間及び85℃、
相対湿度85%の環境下で168時間吸湿処理し、その
後ピーク温度240℃のIRリフロー炉を通し、超音波
探傷装置で内部の剥離状態を、顕微鏡にて外部クラック
の発生状況を観察した。 信頼性試験(半田プレッシャークッカーテスト、以下半
田PCTという):得られた成形材料をタブレット化
し、低圧トランスファー成形機にて175℃、注入圧力
100kg/cm2、60秒の条件で半田クラック試験
用として9×9mmの半導体素子をQFP80Lに封止
した。封止した半導体装置については85℃、相対湿度
85%の環境下で168時間吸湿処理し、その後ピーク
温度240℃のIRリフロー炉を通し、プレッシャーク
ッカー試験(125℃、相対湿度100%)を行い回路
のオープン不良を測定した。
【0011】実施例2〜6、比較例1〜6 表1に示す配合で実施例1と同様にして成形材料を作成
し、実施例1と同様に評価した。評価結果を表1に示
す。なお、実施例1以外に用いたエポキシ樹脂の特性及
び構造を以下に示す。 ・式(2)で示されるエポキシ樹脂(m:n=73:2
7、軟化点63℃、エポキシ当量296g/eq、エポ
キシ樹脂Bという) ・式(2)で示されるエポキシ樹脂(m:n=24:7
6、軟化点60℃、エポキシ当量282g/eq、エポ
キシ樹脂Cという) ・式(3)のエポキシ樹脂(軟化点65℃、エポキシ当
量298g/eq)
【化4】
【0012】・式(4)のエポキシ樹脂(軟化点58
℃、エポキシ当量278g/eq)
【化5】
【0013】
【表1】
【0014】
【発明の効果】本発明のエポキシ樹脂組成物は、充填性
が良好で金線変形が少なく、成形時の離型性に優れ、こ
れを用いて封止された半導体装置は表面実装時の耐半田
クラック性及び信頼性に優れている。
───────────────────────────────────────────────────── 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 23/29 H01L 23/30 R 23/31 Fターム(参考) 4J002 CC032 CC042 CC052 CC072 CD041 DE146 DE236 DF016 DJ006 DJ016 EN067 EU117 EW147 EW177 EX000 EY017 FA086 FA096 FD016 FD090 FD142 FD157 FD160 FD200 GJ02 GQ05 4J036 AA01 AE05 DA02 FA01 FB07 JA07 4M109 AA01 BA01 CA21 EA03 EA06 EB03 EB04 EB06 EB08 EB09 EB12 EB13 EB16 EB19 EC01 EC03 EC20

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
    樹脂を総エポキシ樹脂中に10〜100重量%含むエポ
    キシ樹脂、(B)フェノール樹脂、(C)無機充填材、
    及び(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1】 (式中のR1は、炭素数1〜4のアルキル基を示し、a
    は0〜3の整数、R2、R3は、炭素数1〜4のアルキ
    ル基を示し、b、cは0〜4の整数で、互いに同一であ
    っても異なっていてもよい。m、nは平均値で、m、n
    はいずれも1〜10の正数)
  2. 【請求項2】 請求項1記載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。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003012772A (ja) * 2001-06-26 2003-01-15 Hitachi Chem Co Ltd 封止用エポキシ樹脂成形材料及び電子部品装置
JP2003012769A (ja) * 2001-06-26 2003-01-15 Hitachi Chem Co Ltd 封止用エポキシ樹脂成形材料及び電子部品装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003012772A (ja) * 2001-06-26 2003-01-15 Hitachi Chem Co Ltd 封止用エポキシ樹脂成形材料及び電子部品装置
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