JP2001172365A - 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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JP2001172365A
JP2001172365A JP35564799A JP35564799A JP2001172365A JP 2001172365 A JP2001172365 A JP 2001172365A JP 35564799 A JP35564799 A JP 35564799A JP 35564799 A JP35564799 A JP 35564799A JP 2001172365 A JP2001172365 A JP 2001172365A
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JP
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epoxy resin
resin composition
integer
carbon atoms
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Hiromoto Nikaido
広基 二階堂
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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】 難燃剤としてハロゲン化有機物、酸化アンチ
モンを含まず、難燃性、半田耐熱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、(B)一般式(2)で示されるフェノール樹脂、
(C)硬化促進剤、(D)全樹脂組成物中に溶融シリカ
粉末を85〜93重量%含む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、aは0〜
3の整数で、R2は、炭素数1〜4のアルキル基、bは
0〜4の整数で、それらは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、R4は、炭素数1〜4のアルキル基、dは
0〜4の整数で、それらは互いに同一であっても異なっ
ていてもよい。Xは、ベンゼン又はナフタレンより2個
の水素を除いた残基で、R5は、水素、炭素数1〜4の
アルキル基又は水酸基であり、l、mは平均値で、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、難燃性、半田耐熱
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、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てきている。
一方で地球環境へ配慮した企業活動が重要視され、有害
性のおそれのある物質の削減・撤廃の動きがあり、ハロ
ゲン化有機物、鉛等の使用を全廃する動きがある。半導
体素子を封止する材料の主流であるエポキシ樹脂組成物
には、難燃剤としてハロゲン化有機物、酸化アンチモン
が主に使用されて難燃性を高め、又半導体装置を基板に
固定するため、鉛/スズ系半田が殆ど使用されているこ
とから、これらの削減・撤廃の動きが非常に高まってき
ている。鉛は、封止材用のエポキシ樹脂組成物には含ま
れていないが、今後主流となる鉛を含まない半田は、鉛
/スズ系半田に比べて融点が20℃程度高く、赤外線リ
フロー、半田浸漬等の半田表面実装時の温度も従来の2
20〜260℃から、今後240℃〜280℃と高くな
る。このように実装温度の上昇により、実装時に半導体
装置にクラックが入り、信頼性が保証できないという問
題が生じるおそれかある。特に、近年の半導体装置は、
TSOP、TQFP等の薄型が主流になっており、これ
らの問題が重要となってきている。以上述べたようにハ
ロゲン化有機物、酸化アンチモンを含まず、かつ従来よ
りも半田耐熱性に優れたエポキシ樹脂組成物及び半導体
装置が要求されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ハロゲン化
有機物、酸化アンチモンを含まずとも、環境に対して優
しく、かつ難燃性、半田耐熱性に優れたエポキシ樹脂組
成物及び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、(B)一般式(2)で
示されるフェノール樹脂、(C)硬化促進剤、(D)全
樹脂組成物中に溶融シリカ粉末を85〜93重量%含
み、特に一般式(1)のエポキシ樹脂が軟化点55〜6
5℃で、更にエポキシ樹脂組成物の175℃での溶融粘
度が300ポイズ以下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のエポキシ樹脂組成物に
よって半導体素子が封止され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は、炭素数1〜4のアルキル基、aは0〜
3の整数で、R2は、炭素数1〜4のアルキル基、bは
0〜4の整数で、それらは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、R4は、炭素数1〜4のアルキル基、dは
0〜4の整数で、それらは互いに同一であっても異なっ
ていてもよい。Xは、ベンゼン又はナフタレンより2個
の水素を除いた残基で、R5は、水素、炭素数1〜4の
アルキル基又は水酸基であり、l、mは平均値で、いず
れも1〜10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。
本発明で用いる一般式(1)で示されるエポキシ樹脂
は、従来のオルソクレーゾールノボラック型エポキシ樹
脂に較べ骨格中に芳香族環を多く含むことにより燃焼時
に炭化が進行し易く、このエポキシ樹脂を用いた樹脂組
成物の硬化物は架橋密度が低く、燃焼時に熱分解した低
沸点成分が気体化し、表面の樹脂層を泡立たせることで
酸素遮断層を形成することから、難燃効果が得られ、こ
の硬化物は、実装温度での弾性率が低く、発生応力が減
少し、半導体装置の構成部材との密着性が向上し、更に
低吸水で低弾性であることから、耐半田リフロー性を大
幅に向上させることができる。一般式(1)の樹脂の軟
化点としては、55〜65℃が好ましく、55℃未満で
は樹脂自体がブロッキングを引き起こしたり、製造工程
において融着を引き起こたりして取り扱い作業性に難点
がある。又65℃を越えると樹脂粘度が高くなり流動性
が低下するので溶融シリカ粉末の充填材量を多くできな
いので好ましくない。なお、本発明の軟化点の測定は、
JIS K 2207による。一般式(1)のnは平均
値で、1〜10の正数であるが、10を越えると高粘度
化して溶融シリカ粉末の充填材量を多くできなかった
り、流動性が低下し好ましくない。一般式(1)で示さ
れるエポキシ樹脂の具体例を以下に示す。
【化5】
【0007】一般式(1)のエポキシ樹脂の特性を損な
わない範囲で、他のエポキシ樹脂と併用することができ
るが、一般式(1)の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20重量
%、より好ましくは50重量%以上の配合量である。2
0重量%未満では難燃性が低下し、吸湿量増大のおそれ
があり好ましくない。併用する場合のエポキシ樹脂とし
ては、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、ビ
フェニル型エポキシ樹脂等が挙げられる。
【0008】本発明で用いる一般式(2)のフェノール
樹脂は、従来のフェノールノボラック樹脂に較べ骨格中
に芳香族環を多く含むことにより、燃焼時に炭化が進行
し易く、難燃性を向上でき、更に低吸水性で、低弾性で
あることから、半田耐熱性を大幅に向上させることがで
きる。一般式(2)のl、mは平均値で、いずれも1〜
10の正数であるが、10を越えると高粘度化して溶融
シリカ粉末の充填材量を多くできなかったり、流動性が
低下し好ましくない。一般式(2)のフェノール樹脂の
特性を損なわない範囲で、他のフェノール樹脂と併用す
ることができるが、一般式(2)のフェノール樹脂の特
性を最大限に引き出すためには、全フェノール樹脂量に
対して20重量%、より好ましくは50重量%以上の配
合量である。20重量%未満では難燃性が低下し、硬化
収縮率も大きくなり、半導体装置の反りが大きくなるお
それがあり好ましくない。併用する場合のフェノール樹
脂としては、例えば、フェノールノボラック樹脂、クレ
ゾールノボラック樹脂、ナフト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
フェノール樹脂等が挙げられる。一般式(2)で示され
るフェノール樹脂の具体例を以下に示す。
【化6】
【0009】一般式(1)のエポキシ樹脂と一般式
(2)のフェノール樹脂とを組み合わせすることによ
り、難燃性を発現させ、低吸湿化が図れ、低粘度化が達
成できるため溶融シリカ粉末の充填材量を多くすること
ができる。これにより樹脂組成物の硬化物の低吸湿化や
熱膨張係数の調整が可能となること、又半田処理温度で
の熱時弾性率が低減できるため発生応力が減少し、半導
体装置の各構成部材との密着性を向上することができ
る。
【0010】本発明で用いる硬化促進剤は、エポキシ樹
脂とフェノール樹脂との架橋反応の触媒となり得るもの
を指し、具体的にはトリブチルアミン等のアミン系化合
物、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスフォ
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
が例示でき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であっても混合して用いても差し
支えない。本発明で用いる溶融シリカ粉末は、破砕状、
球状のいずれでも使用可能であるが、溶融シリカ粉末の
配合量を高め、かつ樹脂組成物の溶融粘度の上昇を抑え
るためには、球状溶融シリカ粉末を主に用いる方が好ま
しい。更に球状溶融シリカ粉末の配合量を高めるために
は、球状溶融シリカ粉末の粒度分布がより広くなるよう
調整することが望ましい。配合量としては85〜93重
量%が好ましく、85重量%未満だと樹脂成分の割合が
多くなり、難燃性の低下を引き起こす。93重量%を越
えると流動性が低下し成形性が劣るので好ましくない。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、175℃での溶融粘度
が300ポイズ以下であることが好ましい。300ポイ
ズを越えると薄型パッケージへの充填性及びパッドシフ
ト・ワイヤー流れ等の成形不具合を起こすおそれがあり
好ましくない。本発明での溶融粘度とは、(株)島津製
作所・製の高化式フローテスターにより、175℃で荷
重10kgで測定した時の最低値を言う。
【0011】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リン系難燃剤、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。樹脂組成物とするには各成分を混合後、加熱ニー
ダや熱ロールにより加熱混練し、続いて冷却、粉砕する
ことで目的とする樹脂組成物が得られる。
【0012】
【実施例】以下、本発明を実施例で具体的に説明する。 《実施例1》 ・式(3)のエポキシ樹脂(軟化点62℃、エポキシ当量274) 6.08重量部 ・式(6)のフェノール樹脂(軟化点72℃、水酸基当量138) 3.06重量部 ・トリフェニルホスフィン 0.16重量部 ・球状溶融シリカ粉末(平均粒径17μm) 90重量部 ・カルナバワックス 0.4重量部 ・カーボンブラック 0.3重量部 上記の全成分をミキサーにより混合した後、表面温度が
90℃と45℃の2本ロールを用いて30回混練し、得
られた混練物シートを冷却後粉砕して、樹脂組成物とし
た。得られた樹脂組成物の特性を以下の方法で評価をし
た。評価結果を表1に示す。なお、実施例及び比較例で
用いた式(4)、式(5)のエポキシ樹脂の構造は、前
記した樹脂と同一の構造である。その性状を以下に示
す。 ・式(4)のエポキシ樹脂(軟化点58℃、エポキシ当
量290) ・式(5)のエポキシ樹脂(軟化点64℃、エポキシ当
量360) ・オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂(軟化点
62℃、エポキシ当量200) ・ビフェニル型エポキシ樹脂(油化シェルエポキシ
(株)・製、YX−4000H、融点105℃、エポキ
シ当量195) ・パラキシリレン変性フェノール樹脂(軟化点78℃、
水酸基当量175) ・フェノールノボラック樹脂(軟化点81℃、水酸基当
量104)
【0013】《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70kgf/cm2 、硬化時間120秒で
測定した。 ・難燃性:UL−94に準拠し、テストピース厚1/8
inchで測定した。 ・溶融粘度:(株)島津製作所・製、高化式フローテス
ターにより、175℃で荷重10kgで測定した時の最
低粘度。 ・半田耐熱性:144pLQFP(パッケージサイズ:
20×20×1.4(厚み)mm、フレーム:Cu、パ
ッド:十字スリット(サイズ:9.5×9.5mm)、
搭載チップサイズ:9×9×0.25(厚み)mm、パ
ッシベーション膜:ポリイミド)を金型温度180℃、
注入圧力100kgf/cm2、注入7秒、硬化120
秒でトランスファー成形を行い、更に180℃で8時間
の後硬化を行い評価パッケージを得た。前記パッケージ
を85℃、相対湿度60%の環境下で168時間放置し
た後、別々のテストピースを240℃と、260℃
の半田槽に10秒間浸漬した。超音波探傷機を用いてパ
ッケージを観察し、内部クラック数、及び基板と樹脂組
成物の硬化物の界面の剥離数[(発生パッケージ数)/
(全パッケージ数)]×100を%で表示した。
【0014】《実施例2〜7及び比較例1〜6》表1、
表2の処方に従い配合し、実施例1と同様に樹脂組成物
を得た。この樹脂組成物を実施例1と同様に評価を行っ
た。評価結果を表1、表2に示す。
【0015】
【表1】
【0016】
【表2】
【0017】
【発明の効果】本発明は、実質的にハロゲン化有機物、
酸化アンチモンを含まないエポキシ樹脂組成物で、これ
を用いた半導体装置は難燃性、半田耐熱性に優れてい
る。

Claims (4)

    【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、(B)一般式(2)で示されるフェノール樹脂、
    (C)硬化促進剤、(D)全樹脂組成物中に溶融シリカ
    粉末を85〜93重量%含む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、aは0〜
    3の整数で、R2は、炭素数1〜4のアルキル基、bは
    0〜4の整数で、それらは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、R4は、炭素数1〜4のアルキル基、dは
    0〜4の整数で、それらは互いに同一であっても異なっ
    ていてもよい。Xは、ベンゼン又はナフタレンより2個
    の水素を除いた残基で、R5は、水素、炭素数1〜4の
    アルキル基又は水酸基であり、l、mは平均値で、いず
    れも1〜10の正数。)
  2. 【請求項2】 一般式(1)のエポキシ樹脂が、軟化点
    55〜65℃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】 エポキシ樹脂組成物が、175℃で溶融
    粘度300ポイズ以下である請求項1又は2記載の半導
    体封止用エポキシ樹脂組成物。
  4. 【請求項4】 請求項1、2又は3記載のエポキシ樹脂
    組成物によって半導体素子が封止されてなることを特徴
    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
JP2003040981A (ja) * 2001-07-30 2003-02-13 Sumitomo Bakelite Co Ltd エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP2003055438A (ja) * 2001-08-21 2003-02-26 Sumitomo Bakelite Co Ltd 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

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