JP2001123050A

JP2001123050A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

Info

Publication number: JP2001123050A
Application number: JP30841599A
Authority: JP
Inventors: Akira Takagi; 彰高木
Original assignee: Nippon Mitsubishi Oil Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2001-05-08

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体装置の封止材料として好適なエポキシ
樹脂組成物の提供。【解決手段】エポキシ樹脂と硬化剤と無機質充填剤を
含有するエポキシ樹脂組成物に、下記の一般式（１）で
示される数平均分子量５００〜１００００のアルコキシ
シリル基含有エポキシ化ポリブタジエンを配合する。【化１】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表面実装用パッケージ
の吸湿ハンダの耐クラック性に優れた硬化物を与えるエ
ポキシ樹脂組成物及び該組成物の硬化物で封止された半
導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、半導体産業では樹脂封止型の各種
素子が主流となっている。この封止用樹脂としては、成
形性、接着性、電気特性に優れるエポキシ樹脂が広く用
いられている。近年、これらの半導体素子は集積率が極
めて高くなってきており、そのチップサイズも大型化し
てきている。これに対して、パッケージの寸法は各種電
子機器の小型軽量化の要求に伴い、薄型化が進んでい
る。更にその基板への装着には表面実装化が幅広く用い
られるようになってきた。上記チップサイズの大型化ま
た高集積化による配線の微細化に伴い、封止材料から発
生する内部応力が、チップ破壊、クラックの発生、チッ
プやリードフレームと封止剤との間の界面剥離などを引
き起こし、装置の信頼性を低下させる原因となってい
る。また、パッケージの表面実装化に伴い、ハンダ付け
工程における熱衝撃によるクラックの発生も大きな問題
となっている。これは封止材料中に含まれる微量の水分
が、ハンダリフロー時の急激な加熱により気化し、その
圧力によりクラックが発生するものと考えられている。
従来、上記問題点に対して、１）封止材料中に柔軟な化
合物を添加することにより、封止剤の弾性率を低下さ
せ、内部応力の低減を図る、２）低分子系シランカップ
リング剤等の接着助剤の添加によりチップやリードフレ
ームとの接着性を向上させ、界面剥離を防止する、等の
対策が採られてきた。封止材料に添加させる柔軟な化合
物としては、特開昭５６−１２９２４６号、特開平２−
１５１６２１号、或いは特開平４−４１５２０号の各特
許公報に記載される各種ポリシロキサン化合物が知られ
ているが、これら化合物は、エポキシ樹脂との相溶性が
低い、大幅な応力低下が期待できない、流動性が低い、
耐ハンダクラック性が低い等の問題があり、半導体装置
の封止に対する要求を完全に満たすことは困難であっ
た。一方、低分子系シランカップリング剤としては、エ
ポキシ基を有するシランカップリング剤、例えば、３−
グリシドキシプロピルトリメトキシシランが一般に用い
られてきたが、低分子系シランカップリング剤のみの使
用では、封止材料の応力緩和が不十分なため、耐ハンダ
クラック性の大幅な向上は期待できない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の事情に
鑑みてなされたもので、表面実装時における耐ハンダク
ラック性に優れた硬化物を与えるエポキシ樹脂組成物及
び該組成物の硬化物により封止された半導体装置を提供
することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明に係るエポキシ樹
脂組成物は、エポキシ樹脂と硬化剤と無機質充填剤を含
有するエポキシ樹脂組成物において、下記の一般式
（１）で示される数平均分量５００〜１００００のアル
コキシシリル基含有エポキシ化ポリブタジエンを、組成
物全量に対して０．０５〜１０重量％配合したことを特
徴とし、この樹脂組成物を封止材料に使用した表面実装
用パッケージは、その耐ハンダクラック耐性を改良する
ことができる。

【化４】（但し、式中Ｘは炭素数１〜６の２価の炭化水素基を示
し、Ｒ₁、Ｒ₂、及びＲ₃はそれぞれ個別にメトキシ基、
エトキシ基、メチル基、エチル基を示す。但し、Ｒ₁、
Ｒ₂、Ｒ₃の少なくともひとつはメトキシ基又はエトキシ
基である。また、（ｃ＋ｄ）／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）
＝０．０１〜０．４０且つｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）
＝０．０１〜０．５である。）また、本発明に係る半導体装置は、上記したエポキシ樹
脂組成物が封止材料に用いられていることを特徴とす
る。

【０００５】

【発明の実施の態様】本発明のエポキシ樹脂組成物にお
いて、その主成分として使用されるエポキシ樹脂は、１
分子中に少なくとも２個のエポキシ基を含有し、後述す
る硬化剤により硬化可能である限り、その分子量、分子
構造などに制限は無い。従って、本発明で用いるエポキ
シ樹脂には、従来公知のエポキシ樹脂を適宜選択するこ
とができる。具体的には、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、トリフェ
ノールアルカン型エポキシ樹脂及びその重合物、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−フェノールノボラック型エポキシ樹
脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフタレン
環含有エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹
脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環型エポキシ樹脂、臭素
化エポキシ樹脂等を用いることができる。上記エポキシ
樹脂は、その使用にあたっては必ずしも１種類に限定さ
れるものではなく、２種類またはそれ以上を混合して使
用することができる。エポキシ樹脂は本発明の樹脂組成
物全量の３〜２０重量％、好ましくは５〜１０重量％の
範囲にある。本発明で使用する硬化剤にも特別な制限は
ないが、１分子中にフェノール性水酸基を２個以上有す
るフェノール樹脂が好適に使用できる。具体的には、ノ
ボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹
脂、フェノールアラルキル樹脂、トリフェノールアルカ
ン樹脂、及びその重合体、ナフタレン環含有フェノール
樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂等が、
本発明の硬化剤として例示することができる。硬化剤の
配合量についても、特に制限はないが、上記フェノール
樹脂を用いる場合には、エポキシ樹脂中のエポキシ基と
硬化剤剤中のフェノール性水酸基のモル比を０．５〜
１．５、特に０．８〜１．２の範囲とすることが好まし
い。また、本発明のエポキシ樹脂組成物に配合する無機
質充填剤にも、特に制限はなく、溶融シリカ、結晶シリ
カ、アルミナ、ジルコン、珪酸カルシウム、炭酸カルシ
ウム、炭化珪素、窒化アルミ、窒化ホウ素、ベリリア、
ジルコニア等の粉末、或いはビーズ、チタン酸カリウ
ム、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ等の単結晶繊維、ガ
ラス繊維等を１種類以上配合して用いることができる。
無機質充填剤の配合量はエポキシ樹脂１００重量部に対
して、１００〜１２００重量部、特に、４００〜１００
０重量部が好ましい。１００重量部未満では樹脂の膨張
係数が大きくなり、半導体素子に過大な応力が加わり、
素子の劣化を生じる恐れがある。また、１２００重量部
越えると樹脂の粘度が上昇し、成形性が悪くなる。

【０００６】本発明に係るエポキシ樹脂組成物の最大の
特徴は、下記の一般式（１）で示される数平均分子量５
００〜１００００のアルコキシシリル基含有エポキシ化
ポリブタジエンが、組成物全量に対して０．０５〜１０
重量％配合されている点にある。

【化５】上記一般式（１）において、Ｘは炭素数１〜６の２価の
炭化水素基を示し、Ｒ ₁、Ｒ₂及びＲ₃はそれぞれ個別に
メトキシ基、エトキシ基、メチル基、エチル基を示す。
但し、Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃の少なくともひとつはメトキシ基
又はエトキシ基である。また、（ｃ＋ｄ）／（ａ＋ｂ＋
ｃ＋ｄ＋ｅ）＝０．０１〜０．４０且つｅ／（ａ＋ｂ＋
ｃ＋ｄ＋ｅ）＝０．０１〜０．５である。一般式（１）
で示されるアルコキシシリル基含有エポキシ化ポリブタ
ジエンをエポキシ樹脂組成物に添加することにより、樹
脂の弾性率が低下するため、樹脂の内部応力を減少させ
ることができる。さらに、上記のエポキシ化ポリブタジ
エン中のエポキシ基は、硬化剤のフェノール性水酸基と
の反応性に、またアルコキシシリル基は、無機質充填剤
の表面及び／又は金属表面と反応性に富んでいるため、
エポキシ樹脂組成物の接着性を大幅に向上させる。従っ
て、本発明のエポキシ樹脂組成物は、良好な耐ハンダク
ラック特性を示す。本発明で使用されるアルコキシシリ
ル基含有エポキシ化ポリブタジエンにおける各繰り返し
ユニットの比率、すなわち、一般式（１）におけるａ、
ｂ、ｃ、ｄ及びeの構成比は、（ｃ＋ｄ）／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）＝０．０１〜０．
４０且つ、ｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）＝０．０１〜
０．５の範囲にある。（ｃ＋ｄ）／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）が
０．０１未満である場合は、硬化剤との反応性が低下す
るため、樹脂組成物の接着性が低下するので好ましくな
い。また、０．４を越えると、樹脂組成物の粘度が増大
するので好ましくない。一方、ｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋
ｅ）が０．０１未満であると、無機質充填剤及び／又は
金属類との接着性が低下するので好ましくない。また、
０．５を越えると樹脂組成物の粘度が増大するので好ま
しくない。本発明で使用するアルコキシシリル基含有エ
ポキシ化ポリブタジエンの数平均分子量は、５００〜１
００００の範囲にある。数平均分子量がこの範囲から逸
脱すると、本発明のエポキシ樹脂組成物に十分な応力緩
和作用を付与させることができない。本発明で使用する
アルコキシシリル基含有エポキシ化ポリブタジエンは、
その数平均分子量が１０００〜５０００であることが特
に好ましい。

【０００７】一般式（１）で示されるアルコキシシリル
基含有エポキシ化ポリブタジエンの好ましい具体例とし
て、以下の化合物を例示することができる。

【化６】式中、（ｃ＋ｄ）／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）＝０．０１
〜０．４０且つｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）＝０．０１
〜０．５である。

【化７】式中（ｃ＋ｄ）／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）＝０．０１〜
０．４０且つｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）＝０．０１〜
０．５である。

【０００８】本発明のエポキシ樹脂組成物には、硬化促
進剤を添加することが好ましい。この硬化促進剤として
は、イミダゾール、又はその誘導体、ホスフィン誘導
体、シクロアミジン誘導体、第３級アミン誘導体、有機
アルミニウム化合物を挙げることができる。硬化促進剤
の添加量はエポキシ樹脂１００重量部に対して、０．０
１〜５重量部、好ましくは０．１〜３重量部の範囲にあ
る。配合量が０．０１重量部未満であると硬化促進剤と
しての作用が十分に発揮されない。また、５重量部を越
えると硬化速度が過大となり、樹脂の成形性に問題を生
じる。本発明のエポキシ樹脂組成物にはまた、必要に応
じて、ワックス、高級脂肪酸等の離型剤、酸化アンチモ
ン、燐化合物等の難燃剤、カーボンブラック、ベンガラ
等の着色剤を適宜配合することができる。本発明のエポ
キシ樹脂組成物は、上述したエポキシ樹脂、無機質充填
剤及びアルコキシシリル基含有エポキシ化ポリブタジエ
ンを、硬化促進剤やその他の任意成分と共に、加熱ロー
ル、ニーダー或いは連続式押出機等による溶融混練によ
り製造できる。

【０００９】

【発明の効果】本発明のエポキシ樹脂組成物は、特定の
アルコキシシリル基を有するエポキシ化ポリブタジエン
を含有しているため、これを封止材料に使用することに
より、表面実装用パッケージの耐ハンダクラック性を向
上させることができる。また、本発明のエポキシ樹脂組
成物を封止材料に使用して得られる半導体装置は、吸湿
ハンダ時の耐クラック性に優れ、信頼性が高い。

【００１０】

【実施例】以下に本発明の実施例を示すが、本発明は下
記実施例に制限されるものではない。合成例１攪拌装置、温度計、窒素導入管を備えた反応器にエポキ
シ化ポリブタジエン（日本石油化学（株）製日石ポリブ
タジエンＥ−１８００−６．５）１００重量部、３−
メルカプトプロピルトリメトキシシラン（信越化学工業
（株）製ＫＢＭ−８０３）３０重量部、開始剤として
アゾイソブチロニトリ（東京化成工業（株）製試薬）１
重量部を入れた後、窒素導入管を用いて反応器内を窒素
パージした。その後、窒素雰囲気下、８５℃にて６時間
反応を行った。反応終了後、８５℃に保持しながら減圧
下で反応生成物中の揮発成分を除去し、透明液体として
アルコキシシリル基含有エポキシ化ポリブタジエンを得
た。これを添加剤Ａとした。合成例２原料の３―メルカプトプロピルトリメトキシシランを３
―メルカプトプロピルトリエトキシシラン（ＯＳｉ社製
ＳＩＬＱＵＥＳＴＡ−１８９１）４０重量部に変更
した以外は合成例１と同様の操作により、添加剤Ａとは
異なるアルコキシシリル基含有エポキシ化ポリブタジエ
ンを得た。これを添加剤Ｂとした。実施例及び比較例表１及び表２にそれぞれ示す成分を、表示の配合量（重
量部）で含有する配合物を、加熱２軸ロールにて均一に
溶融混練してエポキシ樹脂組成物を製造した。それぞれ
の組成物に使用したエポキシ樹脂及び硬化剤（フェノー
ル樹脂）を以下に示す。エポキシ樹脂エポキシ樹脂Ａ：オルソクレゾールノボラック型エポキ
シ樹脂（エポキシ当量２０８ｇ／ｅｑ）

【化８】エポキシ樹脂Ｂ：フェノール／ジシクロペンタジエン型
エポキシ樹脂（エポキシ当量２５０ｇ／ｅｑ）

【化９】エポキシ樹脂Ｃ：テトラメチルビフェニル型エポキシ樹
脂（エポキシ当量１９６ｇ／ｅｑ）

【化１０】硬化剤：フェノールノボラック樹脂（水酸基当量１０５
ｇ／ｅｑ）

【化１１】シランカップリング剤：３−グリシドキシプロピルトリ
メトキシシラン得られたエポキシ樹脂組成物それぞれについて、以下の
諸特性について測定した１）スパイラルフローＥＭＭＩ規格に準じた金型を使用して、１７５℃、７０
ｋｇ／ｃｍ²の条件にて測定した。２）機械的強度（曲げ強度、曲弾性率）ＪＩＳＫ−６９１１に準じて１７５℃、７０ｋｇ／ｃ
ｍ²、成形時間２分の条件で１０×１０×４ｍｍの試験
片を作製し、１８０℃×４時間ポストキュアーした後、
２１５℃の温度で強度を測定した。３）ガラス転移温度、膨張係数１７５℃、７０ｋｇ／ｃｍ²、成形時間２分の条件で１
０×１０×４ｍｍの試験片を作製し、１８０℃×４時間
ポストキュアーした後、ディラトメーターにて、５℃／
ｍｉｎの昇温速度で測定した。４）耐ハンダクラック性１０．０×８．０×０．３ｍｍの大きさのシリコンチッ
プを６４ＰＩＮ−ＱＦＰフレーム（４２アロイ）に接着
し、これにエポキシ樹脂組成物を成形条件１７５℃、７
０ｋｇ／ｃｍ²、成形時間２分で成形し、１８０℃×４
時間ポストキュアーした。このパッケージを８５℃／８
５％ＲＨ雰囲気下７２時間放置した後、２６０℃の赤外
線リフロー炉を通過させ、発生したパッケージのクラッ
クを顕微鏡観察した（ｎ＝１０）。

【００１１】

【表１】

【００１２】

【表２】

【００１３】表１及び表２に示す結果の対比から明らか
なように、アルコキシシリル基含有エポキシ化ポリブタ
ジエンを配合した本発明のエポキシ樹脂組成物は、シラ
ンカップリング剤を配合した従前のエポキシ樹脂組成物
に比較して、スパイラルフロー、機械的強度及び耐ハン
ダクラック性に優れ、熱膨張係数が小さい。

フロントページの続きＦターム(参考） 4J002 CC03X CC05X CC06X CD01W CD02W CD03W CD04W CD05W CD06W CD07W CD113 CD12W CD183 DE096 DE146 DE186 DE236 DF016 DJ006 DJ016 DL006 FA046 FD016 FD14X FD150 GQ01 GQ05 4J036 AA01 AD01 AD08 AE05 AF03 AF06 AG01 AJ06 AJ07 AJ08 AJ14 AK03 AK12 AK14 DA01 DB05 FA01 FB08 JA07 4M109 AA01 BA01 CA21 EA02 EA03 EB02 EB03 EB04 EB06 EB07 EB08 EB09 EB12 EB19 EC01 EC03 EC04 EC09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エポキシ樹脂と硬化剤と無機質充填剤を
含有するエポキシ樹脂組成物において、下記の一般式
（１）で示される数平均分子量５００〜１００００のア
ルコキシシリル基含有エポキシ化ポリブタジエンを、組
成物全体に対して０．０５〜１０重量％となるように配
合したことを特徴とするエポキシ樹脂組成物。【化１】（但し、式中Ｘは炭素数１〜６の２価の炭化水素基を示
し、Ｒ₁、Ｒ₂及びＲ₃はそれぞれ個別にメトキシ基、エ
トキシ基、メチル基、エチル基を示す。但し、Ｒ ₁、
Ｒ₂、Ｒ₃の少なくともひとつはメトキシ基又はエトキシ
基である。また、（ｃ＋ｄ）／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）
＝０．０１〜０．４０且つｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）
＝０．０１〜０．５である。）
【請求項２】上記のアルコキシシリル基含有エポキシ
化ポリブタジエンが下記式で示される請求項１記載のエ
ポキシ樹脂組成物。【化２】
【請求項３】上記のアルコキシシリル基含有エポキシ化
ポリブタジエンが下記式で示される請求項１記載のエポ
キシ樹脂組成物。【化３】
【請求項４】請求項１、２又は３記載のエポキシ樹脂組
成物の硬化物で封止された半導体装置。