JP2001151865A - 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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JP2001151865A
JP2001151865A JP33697099A JP33697099A JP2001151865A JP 2001151865 A JP2001151865 A JP 2001151865A JP 33697099 A JP33697099 A JP 33697099A JP 33697099 A JP33697099 A JP 33697099A JP 2001151865 A JP2001151865 A JP 2001151865A
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JP
Japan
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epoxy resin
resin composition
general formula
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different
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Tatsuya Yagi
達也 八木
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Sumitomo Bakelite Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Bakelite Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐半田性、難燃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
樹脂を全エポキシ樹脂量に対して30〜100重量%、
(B)一般式(2)で示される樹脂硬化剤を全樹脂硬化
剤量に対して30〜100重量%、(C)溶融シリカ粉
末、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。 【化1】 (式中のR1、R2は、炭素数1〜4のアルキル基、aは
0〜3の整数、b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。nは平均値で、1〜10の正
数) 【化2】 (式中のR3は、炭素数1〜4のアルキル基、cは0〜
3の整数で、互いに同一であっても異なっていてもよ
い。Xは、フェノール類又はナフトールの芳香族環から
1個の水素を除いた残基であり、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、いずれも0〜
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、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
問題点もでてきており、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、あるいはリフロー
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。更に半導体封止用エポキシ樹脂組成物中には
難燃剤として、通常ハロゲン系難燃剤及び酸化アンチモ
ンが配合されいる。しかし高温時においてハロゲン系難
燃剤は、ハロゲン化物イオンを発生し金線破断等の耐熱
不良を引き起こす。又近年、特に環境保護の観点から、
ハロゲン系難燃剤及び酸化アンチモンを使用しない封止
材料が要求されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の様な
問題に対して耐半田性、難燃性に優れた硬化物を与える
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。
【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全エポキシ樹脂量に対
して30〜100重量%、(B)一般式(2)で示され
る樹脂硬化剤を全樹脂硬化剤量に対して30〜100重
量%、(C)溶融シリカ粉末、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。
【化3】 (式中のR1、R2は、炭素数1〜4のアルキル基、aは
0〜3の整数、b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。nは平均値で、1〜10の正
数)
【0005】
【化4】 (式中のR3は、炭素数1〜4のアルキル基、cは0〜
3の整数で、互いに同一であっても異なっていてもよ
い。Xは、フェノール類又はナフトールの芳香族環から
1個の水素を除いた残基であり、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、いずれも0〜
10の正数)
【0006】
【発明の実施の形態】以下に本発明を詳細に説明する。
本発明で用いられる一般式(1)で示されるエポキシ樹
脂は、エポキシ基間に疎水性構造を有しており、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低吸湿性である。この樹脂を用
いた樹脂組成物では成形時に発生する熱応力や硬化物で
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
が低減し、リードフレーム等の基材との密着性に優れて
いる。更にエポキシ基間の疎水性構造は、剛直なビフェ
ニル骨格であり、架橋密度が低いにもかかわらず耐熱性
の低下が少ないという特徴を有している。一般式(1)
のnは1〜10の正数であり、10を越えると成形時の
流動性に劣るので好ましくない。
【0007】一般式(1)のエポキシ樹脂の特性を損な
わない範囲内で、他のエポキシ樹脂と併用してもよい。
併用する場合の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型エポキシ樹脂等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よい。
更にエポキシ樹脂組成物の溶融シリカ粉末を高充填化す
るには、室温では結晶性を示し、成形温度において溶融
粘度が極めて低下する結晶性エポキシ樹脂を用いること
が好ましい。一般式(1)で示されるエポキシ樹脂の例
として、以下の構造のものが挙げられる。
【化5】 一般式(1)で示されるエポキシ樹脂の特性を最大限に
引き出すためには、全エポキシ樹脂量に対して30〜1
00重量%、好ましくは50〜100重量%、更に好ま
しくは70〜100重量%が望ましい。30重量%未満
だと低吸湿性が得られず耐半田性が不十分である。
【0008】本発明で用いられる一般式(2)で示され
る樹脂硬化剤は、1分子中にナフトール構造とフェノー
ル類構造を共に有しており、従来のフェノール類ノボラ
ック樹脂に比べ、ナフトール構造の導入により耐熱性、
熱時高強度、低吸湿性、低熱膨張性を有するため、これ
を用いたエポキシ樹脂組成物で封止された半導体装置の
吸湿半田処理後に発生する応力を低減することができ、
かつ高強度であることにより吸湿半田処理後の密着性、
耐クラック性に優れている。一方、ナフトールのみをホ
ルムアルデヒドに代表されるアルデヒド類で縮合したナ
フトールノボラック樹脂は、分子中のナフタレン構造が
パッキングし易いため溶融粘度が高く、しかも立体障害
によりナフトールの水酸基の反応性が低く、これを用い
たエポキシ樹脂組成物は成形時の流動性が劣り、硬化性
も低い。これに対し、一般式(2)で示される樹脂硬化
剤は分子中のフェノール類構造によりナフタレン構造の
パッキングが阻害されることにより低溶融粘度を示し、
又硬化性に優れ、更にナフトールノボラック樹脂とフェ
ノール類ノボラック樹脂との単なる併用では両者の相溶
性が低く、かつ硬化性の差が大きいため均一な硬化物が
得られず、このため熱時強度が低下し、更に成形時の金
型汚れや離型性低下が発生する。
【0009】一般式(2)の樹脂硬化剤のm/nの比率
は、10/90〜90/10、好ましくは25/75〜
75/25である。mの占める比率が、10/90より
も小さいと耐熱性、低吸湿性、低熱膨張性の効果が低く
なり、半導体装置の吸湿半田処理後の特性が劣る。一
方、mの占める比率が、90/10よりも大きいとエポ
キシ樹脂組成物の成形時の流動性が劣り、硬化性が低く
なるので好ましくない。一般式(2)で示される樹脂硬
化剤の例として、以下の構造のものが挙げられる。
【化6】 (Xは、フェノール類又はナフトールの芳香族環から1
個の水素を除いた残基であり、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、いずれも0〜1
0の正数)
【0010】一般式(2)で示される樹脂硬化剤の特性
を損なわない範囲内で、他のフェノール樹脂と併用して
もよい。併用する場合のフェノール樹脂としては、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、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。又これらの樹脂は、単独もしくは混合して併用し
ても差し支えない。一般式(2)で示される樹脂硬化剤
の特性を最大限引き出すためには、全樹脂硬化剤量に対
して30〜100重量%、好ましくは50〜100重量
%、更に好ましくは70〜100重量%が望ましい。3
0重量%未満だと吸湿量の低下が少なく、耐半田性が不
十分である。一般式(1)に示されるエポキシ樹脂と一
般式(2)で示される樹脂硬化剤を用いるとエポキシ樹
脂組成物中の多環芳香族系の含有量が多くなり、ハロゲ
ン系難燃剤及び酸化アンチモンを用いなくとも難燃レベ
ルを維持できる。
【0011】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75〜93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、かつ半田処理温度での硬化物の強
度が低下することにより、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
充填やチップシフト、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。本発明に用いられる硬化促進剤は、エポキシ
基とフェノール性水酸基との反応を促進させるものであ
ればよく、一般に封止材料に使用されているものを広く
使用することができる。具体例としては、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。これらの硬化促進剤
は、単独もしくは併用してもよい。
【0012】本発明のエポキシ樹脂組成物は、(A)〜
(D)成分の他、必要に応じて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、天然ワックス及び合成ワックス
等の離型剤等が適宜配合可能である。本発明のエポキシ
樹脂組成物は、(A)〜(D)成分及びその他の添加剤
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、粉砕することにより得
られる。本発明のエポキシ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。
【0013】以下、本発明を実施例で具体的に説明する
が、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
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280、軟化点60℃) 8.0重量部 式(4)の樹脂硬化剤(Xは、フェノール類又はナフトールの芳香族環から1 個の水素を除いた残基。水酸基当量140、軟化点96℃) 4.0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 カーボンブラック 0.5重量部 カルナバワックス 0.3重量部
【化7】 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
物の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1に示
す。
【0014】評価方法 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/cm2
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の硬化物との剥離面積の割
合を超音波探傷装置により測定し、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。 難燃試験:UL−94垂直試験(試料厚さ1.6mm)
に準じて、測定し難燃性で表した。
【0015】実施例2〜4、比較例1〜3 表1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1に示す。なお、実施例1以外に用いたオルソク
レゾールノボラック型エポキシ樹脂のエポキシ当量は1
96、フェノールノボラック樹脂硬化剤の水酸基当量は
105である。
【0016】
【表1】
【0017】
【発明の効果】本発明のエポキシ樹脂組成物で封止され
た半導体装置は、耐半田性に優れ、かつハロゲン系難燃
剤及び酸化アンチモンを含まなくとも難燃性に優れてい
る。
フロントページの続き Fターム(参考) 4J002 CC04X CC07X CD06W DJ016 FD016 GQ05 4J036 AC01 AC02 AC05 AD07 AD08 AE07 AF05 AF08 AF09 AF26 DB05 DB10 DB11 FA05 FB08 JA07 4M109 AA01 CA21 EA03 EA06 EB03 EB04 EB06 EB08 EB09 EB13 EB19 EC03 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
    樹脂を全エポキシ樹脂量に対して30〜100重量%、
    (B)一般式(2)で示される樹脂硬化剤を全樹脂硬化
    剤量に対して30〜100重量%、(C)溶融シリカ粉
    末、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。 【化1】 (式中のR1、R2は、炭素数1〜4のアルキル基、aは
    0〜3の整数、b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。nは平均値で、1〜10の正
    数) 【化2】 (式中のR3は、炭素数1〜4のアルキル基、cは0〜
    3の整数で、互いに同一であっても異なっていてもよ
    い。Xは、フェノール類又はナフトールの芳香族環から
    1個の水素を除いた残基であり、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、いずれも0〜
    10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。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002161196A (ja) * 2000-11-28 2002-06-04 Sumitomo Bakelite Co Ltd エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002161196A (ja) * 2000-11-28 2002-06-04 Sumitomo Bakelite Co Ltd エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

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