JP2001151986A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハロゲン系難燃剤を含まず、成形性、及び難
燃性、高温保管特性、耐湿信頼性及び耐半田クラック性
に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供するこ
と。 【解決手段】 （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール
樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）無機充填材、（Ｅ）一
般式（１）で示される金属水酸化物固溶体、及び（Ｆ）
全エポキシ樹脂組成物中に０．１〜３重量％の三酸化二
アンチモン、四酸化二アンチモン、五酸化二アンチモン
から選ばれる１種以上のアンチモン化合物を必須成分と
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。 Ｍｇ_1-xＭ²⁺ _x（ＯＨ）₂ （１） （式中Ｍ²⁺は、Ｍｎ²⁺、Ｆｅ²⁺、Ｃｏ²⁺、Ｎｉ²⁺、Ｃｕ
²⁺及びＺｎ²⁺からなる群から選ばれた少なくとも１種の
二価金属イオンを示し、ｘは０．０１≦ｘ≦０．５の数
を示す）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハロゲン系難燃剤
を含まず、難燃性、高温保管特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】従来、ダイオード、トランジスタ、集積
回路等の電子部品は、主にエポキシ樹脂組成物で封止さ
れている。これらのエポキシ樹脂組成物中には、難燃性
を付与するためにハロゲン系難燃剤、及びアンチモン化
合物が配合されている。ところが、ハロゲン系難燃剤及
びアンチモン化合物を含むエポキシ樹脂組成物で封止さ
れた半導体装置を高温下で保管した場合、これらの難燃
剤成分から熱分解したハロゲン化物が遊離し、半導体素
子の接合部を腐食し、半導体装置の信頼性を損なうこと
が知られており、難燃剤としてハロゲン系難燃剤とアン
チモン化合物とを併用しなくても難燃グレードＶ−０を
達成できるエポキシ樹脂組成物が要求されている。この
ように、半導体装置を高温下（例えば、１８５℃等）に
保管した後の半導体素子の接合部（ボンディングパッド
部）の耐腐食性のことを高温保管特性といい、この高温
保管特性を改善する手法としては、五酸化二アンチモン
を使用する方法（特開昭５５−１４６９５０号公報）
や、酸化アンチモンと有機ホスフィンとを組み合わせる
方法（特開昭６１−５３３２１号公報）等が提案され、
効果が確認されているが、最近の半導体装置に対する高
温保管特性の高い要求レベルに対して、エポキシ樹脂組
成物の種類によっては不満足なものもある。又、環境・
衛生の点から、ハロゲン系難燃剤を使用しなくても難燃
性に優れるエポキシ樹脂組成物の開発が要求されてい
る。ところが、ハロゲン系難燃剤はアンチモン化合物の
難燃作用に対し相乗作用を有するため、ハロゲン系難燃
剤を使用せずに難燃性を維持するには、多量にアンチモ
ン化合物を添加しなければならない。その結果として高
温保管特性が低下してしまうという問題が発生する。そ
こで難燃剤として、特定の金属水酸化物と特定の金属酸
化物の併用、或いは特定の金属水酸化物と特定の金属酸
化物の複合化金属水酸化物を用いることにより、難燃性
と耐湿信頼性を解決する提案がされているが（特開平１
０−２５１４８６号公報、特開平１１−１１９４５号公
報等）、高温保管特性は問題ないが十分な難燃性を発現
させるためには、多量の添加を必要とし、そのため成形
性、耐半田クラック性の低下を引きおこす問題がある。
即ち、難燃性を維持し、成形性、高温保管特性、耐湿信
頼性及び耐半田クラック性に優れ、ハロゲン系難燃剤と
アンチモン化合物とを併用しないエポキシ樹脂組成物が
求められている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ハロゲン系
難燃剤を含まず、難燃性、高温保管特性、成形性、耐湿
信頼性及び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、及びこれを用いて半導体素子を封止し
てなる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）エポキ
シ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、
（Ｄ）無機充填材、（Ｅ）一般式（１）で示される金属
水酸化物固溶体、及び（Ｆ）全エポキシ樹脂組成物中に
０．１〜３重量％の三酸化二アンチモン、四酸化二アン
チモン、五酸化二アンチモンから選ばれる１種以上のア
ンチモン化合物を必須成分とし、 Ｍｇ_1-xＭ²⁺ _x（ＯＨ）₂ （１） （式中Ｍ²⁺は、Ｍｎ²⁺、Ｆｅ²⁺、Ｃｏ²⁺、Ｎｉ²⁺、Ｃｕ
²⁺及びＺｎ²⁺からなる群から選ばれた少なくとも１種の
二価金属イオンを示し、ｘは０．０１≦ｘ≦０．５の数
を示す）より好ましくは、一般式（１）で示される金属
水酸化物固溶体のＭ²⁺がＺｎ²⁺又はＮｉ²⁺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。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明に用いるエポキシ樹脂とし
ては、１分子内にエポキシ基を２個以上有するモノマ
ー、オリゴマー、ポリマー全般を言い、その分子量、分
子構造を特に限定するものではないが、例えば、ビフェ
ニル型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、
スチルベン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エ
ポキシ樹脂、クレゾ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、アルキル変性トリ
フェノールメタン型エポキシ樹脂、トリアジン核含有エ
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、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂（フ
ェニレン骨格、ジフェニレン骨格等を有する）等が挙げ
られ、これらは単独でも混合して用いても差し支えな
い。

【０００６】本発明に用いるフェノール樹脂としては、
１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有するモノマ
ー、オリゴマー、ポリマー全般を言い、その分子量、分
子構造を特に限定するものではないが、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、ジシ
クロペンタジエン変性フェノール樹脂、テルペン変性フ
ェノール樹脂、トリフェノールメタン型樹脂、フェノー
ルアラルキル樹脂（フェニレン骨格、ジフェニレン骨格
等を有する）等が挙げられ、これらは単独でも混合して
用いても差し支えない。これらの内では特に、フェノー
ルノボラック樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノー
ル樹脂、フェノールアラルキル樹脂、テルペン変性フェ
ノール樹脂等が好ましい。これらの配合量としては、全
エポキシ樹脂のエポキシ基数と全フェノール樹脂のフェ
ノール性水酸基数の比が０．８〜１．３が好ましい。

【０００７】本発明に用いる硬化促進剤としては、エポ
キシ基とフェノール性水酸基との硬化反応を促進させる
ものであればよく、一般に封止材料に使用するものを使
用することができる。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、２−メチルイミダゾール、テトラフェニルホスホニ
ウム・テトラフェニルボレート等が挙げられ、これらは
単独でも混合して用いても差し支えない。

【０００８】本発明に用いる無機充填材としては、一般
に封止材料に使用されているものを使用することができ
る。例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、タルク、アルミ
ナ、窒化珪素等が挙げられ、これらは単独でも混合して
用いても差し支えない。無機充填材の配合量としては、
金属水酸化物固溶体及と前記の無機充填材との合計量
が、成形性と耐半田クラック性のバランスから、全エポ
キシ樹脂組成物中に６０〜９５重量％含有することが好
ましい。６０重量％未満だと、吸水率の上昇に伴う耐半
田クラック性が低下し、９５重量％を越えると、ワイヤ
ースィープ及びパッドシフト等の成形性の問題が生じ、
好ましくない。

【０００９】本発明に用いる一般式（１）で示される金
属水酸化物固溶体は、難燃剤として作用し、その難燃機
構としては、燃焼時に金属水酸化物が脱水を開始し、吸
熱することによって燃焼反応を阻害するものである。
又、硬化した樹脂成分の炭化を促進することが知られて
おり、硬化物表面に酸素を遮断する難燃層を形成すると
考えられる。更に、一般式（１）で示される金属水酸化
物固溶体は、 Ｍｇ_1-xＭ²⁺ _x（ＯＨ）₂ （１） （式中Ｍ²⁺は、Ｍｎ²⁺、Ｆｅ²⁺、Ｃｏ²⁺、Ｎｉ²⁺、Ｃｕ
²⁺及びＺｎ²⁺からなる群から選ばれた少なくとも１種の
二価金属イオンを示し、ｘは０．０１≦ｘ≦０．５の数
を示す） 吸熱開始温度を適度に下げ、難燃性能を向上する効果が
ある。吸熱開始温度が低いと成形性、信頼性に悪影響を
及ぼし、又、吸熱開始温度が樹脂成分の分解温度より高
いと難燃性が低下するが、本発明の金属水酸化物固溶体
の吸熱開始温度は、３００〜３５０℃近辺で適度な値で
ある。これらの内で特に好ましいＭ²⁺としては、Ｎ
ｉ²⁺、Ｚｎ²⁺である。一般式（１）で示される金属水酸
化物固溶体の配合量としては、全エポキシ樹脂組成物中
に１〜１５重量％が好ましく、更に好ましくは１〜１０
重量％である。１重量％未満だと難燃性が不足し、１５
重量％を越えると耐半田クラック性、成形性が低下する
ので好ましくない。一般式（１）で示される金属水酸化
物固溶体の平均粒径としては、０．５〜３０μｍが好ま
しく、更に好ましくは０．５〜１０μｍである。

【００１０】本発明に用いる難燃助剤は、三酸化二アン
チモン、四酸化二アンチモン、五酸化二アンチモンから
選ばれる１種以上のアンチモン化合物である。これらは
いずれも難燃性を付与する性質があるが、高温保管特性
とのバランスから、特に五酸化アンチモンが好ましい。
アンチモン化合物の配合量としては、全エポキシ樹脂組
成物中に０．１〜３重量％が好ましい。０．１重量％未
満だと難燃助剤としての効果が発揮できずに難燃性が不
満足であり、３重量％を越えると高温保管特性が低下す
るので好ましくない。

【００１１】金属水酸化物固溶体は、単独でも難燃性を
付与する性質があるが、十分な難燃性を発現させるに
は、多量の配合量が必要となる。多量に配合することに
より、成形性及び強度の低下、吸水率の増加を引き起こ
す傾向にあり、耐半田クラック性が低下する。これらの
諸物性の低下を防ぐためにも配合量は極力少なくする必
要がある。そこで金属水酸化物固溶体とアンチモン化合
物とを併用することにより、その相乗効果として更に難
燃性が向上し、各々の配合量を低減させることが可能と
なる。その結果として、配合量を少なくしても難燃性を
維持し、高温保管特性、成形性及び強度の低下、吸水率
の増加等を防ぐことができる。

【００１２】本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜
（Ｆ）成分を必須成分とするが、これ以外に必要に応じ
て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、合成ワックス等の離型剤、及びシリ
コーンオイル、ゴム等の低応力添加剤等の種々の添加剤
を適宜配合しても差し支えない。又、本発明のエポキシ
樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｆ）成分、及びその他の添加
剤等をミキサー等を用いて充分に均一に混合した後、更
に熱ロール又はニーダー等で溶融混練し、冷却後粉砕し
て得られる。本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて、半
導体素子等の各種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からの
成形方法で硬化成形すればよい。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこ
れらに限定されるものではない。配合割合は重量部とす
る。なお、実施例、及び比較例で用いたエポキシ樹脂、
フェノール樹脂の略号及び構造を、以下にまとめて示
す。 エポキシ樹脂（Ｅ−１）：式（Ｅ−１）で示される構造
を主成分とするエポキシ樹脂（エポキシ当量１９０ｇ／
ｅｑ）

【化１】

【００１４】エポキシ樹脂（Ｅ−２）：式（Ｅ−２）で
示されるエポキシ樹脂（エポキシ当量２６５ｇ／ｅｑ）

【化２】

【００１５】フェノール樹脂（Ｈ−１）：式（Ｈ−１）
で示されるフェノール樹脂（水酸基当量１６５ｇ／ｅ
ｑ）

【化３】

【００１６】フェノール樹脂（Ｈ−２）：式（Ｈ−２）
で示されるフェノール樹脂（水酸基当量１０４ｇ／ｅ
ｑ）

【化４】

【００１７】 実施例１ エポキシ樹脂（Ｅ−１） ７．７重量部 フェノール樹脂（Ｈ−１） ６．８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 溶融球状シリカ ７８．０重量部 金属水酸化物固溶体（Ｍｇ_0.8Ｚｎ_0.2（ＯＨ）₂、平均粒径１μｍ） ５．０重量部 五酸化二アンチモン １．０重量部 エポキシシランカップリング剤 ０．５重量部 カーボンブラック ０．３重量部 カルナバワックス ０．５重量部 を常温でスーパーミキサーを用いて混合し、７０〜１０
０℃でロール混練し、冷却後粉砕してエポキシ樹脂組成
物を得た。得られたエポキシ樹脂組成物を以下の方法で
評価した。結果を表１に示す。

【００１８】評価方法 スパイラルフロー：ＥＭＭＩ−１−６６に準じたスパイ
ラルフロー測定用金型を用いて、金型温度１７５℃、圧
力７０ｋｇ／ｃｍ²、硬化時間１２０秒で測定した。 硬化性：（株）オリエンテック・製、ＪＳＲキュラスト
メーターＩＶＰＳを用いて、ダイスの直径３５ｍｍ、振
幅角１°、成形温度１７５℃、成形開始９０秒後のトル
ク値を測定した。数値が小さいほど硬化が遅い。単位は
ｋｇｆ・ｃｍ。 難燃性：低圧トランスファー成形機を用いて成形温度１
７５℃、圧力７０ｋｇ／ｃｍ²、硬化時間１２０秒で試
験片（１２７ｍｍ×１２．７ｍｍ×３．２ｍｍ）を成形
し、アフターベークとして１７５℃、８時間処理した
後、ＵＬ−９４垂直法に準じてΣＦ、Ｆmaxを測定し、
難燃性を判定した。 熱時強度：低圧トランスファー成形機を用いて成形温度
１７５℃、圧力７０ｋｇ／ｃｍ²、硬化時間１２０秒で
試験片（８０ｍｍ×１０ｍｍ×４ｍｍ）を成形し、アフ
ターベークとして１７５℃、８時間処理した後、２４０
℃での曲げ強度をＪＩＳ Ｋ ６９１１に準じて測定し
た。単位はＮ／ｍｍ²。 吸水率：低圧トランスファー成形機を用いて成形温度１
７５℃、圧力７０ｋｇ／ｃｍ²、硬化時間１２０秒で試
験円盤（直径５０ｍｍ、厚さ４ｍｍ）を成形し、アフタ
ーベークとして１７５℃、８時間処理した後、１５０℃
で１６時間乾燥処理を行い、８５℃、相対湿度８５％で
１６８時間処理を行ったものについて、初期重量に対す
る増加重量の百分率を求めた。単位は％。 耐半田クラック性：低圧トランスファー成形機を用い、
成形温度１７５℃、圧力７０ｋｇ／ｃｍ²、硬化時間１
２０秒で、８０ｐＱＦＰ（２ｍｍ厚、チップサイズ９．
０ｍｍ×９．０ｍｍ）を成形し、アフターベークとして
１７５℃、８時間処理した後、８５℃、相対湿度８５％
で９６時間の処理を行い、ＩＲリフロー処理（２４０
℃、１０秒）を行った。超音波探傷機を用い、パッケー
ジ内部の剥離、クラック等の不良を観察した。６個のパ
ッケージ中の不良パッケージ数を示す。 高温保管特性：低圧トランスファー成形機を用いて成形
温度１７５℃、圧力７０ｋｇ／ｃｍ²、硬化時間１２０
秒で１６ｐＤＩＰ（チップサイズ３．０ｍｍ×３．５ｍ
ｍ）を成形し、アフターベークとして１７５℃、８時間
処理した後、高温保管試験（１８５℃、１０００時間）
を行い、配線間の電気抵抗値が初期値に対し２０％増加
したパッケージを不良と判定した。１５パッケージ中の
不良率を百分率で示した。単位は％。

【００１９】実施例２〜５、比較例１〜４ 表１の配合に従い、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂
組成物を得て、実施例１と同様にして評価した。結果を
表１に示す。実施例２では、三酸化二アンチモンを用い
た。比較例３に用いた臭素化ビスフェノールＡ型エポキ
シ樹脂のエポキシ当量は、３６５ｇ／ｅｑ．。

【表１】

【００２０】

【発明の効果】本発明に従うと、ハロゲン系難燃剤を含
まず、成形性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物
が得られ、これを用いた半導体装置は難燃性、高温保管
特性、耐湿信頼性及び耐半田クラック性に優れる。

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） Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31 Ｆターム(参考） 4J002 CC02X CC04X CC05X CC06X CC07X CC08X CD00W CD03W CD04W CD05W CD06W CD13W CD17W DE078 DE098 DE108 DE118 DE129 DE147 DF017 DJ017 DJ047 EU116 EU206 EW016 EW176 EY016 FD017 FD020 FD090 FD138 FD139 FD156 FD160 GQ05 4J036 AA01 AB16 AC18 AD08 AE05 AF06 DA02 DC40 DC41 DC46 DD07 FA01 FA02 FA05 FB07 JA07 4M109 AA01 BA01 CA21 EA02 EA03 EB03 EB04 EB07 EB12 EB18 EC01 EC03 EC14 EC20

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール
   樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）無機充填材、（Ｅ）一
   般式（１）で示される金属水酸化物固溶体、及び（Ｆ）
   全エポキシ樹脂組成物中に０．１〜３重量％の三酸化二
   アンチモン、四酸化二アンチモン、五酸化二アンチモン
   から選ばれる１種以上のアンチモン化合物を必須成分と
   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。 Ｍｇ_1-xＭ²⁺ _x（ＯＨ）₂ （１） （式中Ｍ²⁺は、Ｍｎ²⁺、Ｆｅ²⁺、Ｃｏ²⁺、Ｎｉ²⁺、Ｃｕ
   ²⁺及びＺｎ²⁺からなる群から選ばれた少なくとも１種の
   二価金属イオンを示し、ｘは０．０１≦ｘ≦０．５の数
   を示す）
2. 【請求項２】 一般式（１）で示される金属水酸化物固
   溶体のＭ²⁺がＺｎ²⁺、又はＮｉ²⁺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１〜３記載のいずれかの半導体封
   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。