JP2001192434A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アンチモン化合物を含まず、成形性、及び難
燃性、高温保管特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）
臭素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、アンチモン化合物
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、環境・衛生の点か
ら、アンチモン化合物を使用せずに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。又、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の使用量は極力少量であるこ
とが望ましい。ところがアンチモン化合物は、ハロゲン
系難燃剤の難燃作用に対し相乗効果を有するため、ハロ
ゲン系難燃剤の配合量を減少する目的で使用されている
ので、アンチモン化合物を使用しなくても、少量のハロ
ゲン系難燃剤で難燃グレードがＵＬ−９４の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、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１０−２５１４
８６号公報、特開平１１−１１９４５号公報等）、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
保管特性及び耐半田クラック性に優れ、アンチモン化合
物を使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、アンチモン
化合物を含まず成形性、難燃性、高温保管特性及び耐半
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）臭素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固溶体が脱水を開始
し、吸熱することによって燃焼反応を阻害し、又、硬化
した樹脂成分の炭化が促進して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、本発明の金
属水酸化物固溶体は、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、３００〜３５
０℃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、Ｎｉ²⁺、Ｚｎ²⁺である。本発明の金属水
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１〜１
０重量％である。１重量％未満だと難燃性が不足し、１
５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。本発明の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】本発明に用いる臭素化合物としては、例え
ば、臭素化フェノールノボラック型エポキシ樹脂、臭素
化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂等が挙げられ、これ
らは単独でも混合して用いても差し支えない。臭素化合
物の配合量としては、全エポキシ樹脂組成物中に臭素量
として０．１〜１重量％が好ましい。より好ましくは、
０．３〜０．８重量％である。エポキシ当量は２００〜
４５０が望ましい。

【００１１】金属水酸化物固溶体及び臭素化合物は、各
々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。しか
し金属水酸化物固溶体を多量に配合すると、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し、又、臭素化合物を多量に配合
すると、高温保管特性が低下する。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。
本発明者は、金属水酸化物固溶体と臭素化合物とを併用
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、配合量を低減させることを見いだした。各々の難燃
剤とも燃焼時の吸熱作用があり、更に、金属水酸化物固
溶体は、硬化した樹脂成分の炭化を促進させる作用があ
る。理由は定かでないが、両者を併用することにより、
互いの能力を補い合い、その相乗効果として高い難燃性
を得ることができる。その結果として、配合量を少なく
しても難燃性を維持し、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。 実施例１ フェノールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量１９０ｇ／ｅｑ） ７７重量部 フェノールノボラック樹脂（水酸基当量１６５ｇ／ｅｑ） ６８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 ） ２重量部 溶融球状シリカ ７８０重量部 金属水酸化物固溶体（Ｍｇ_0.8Ｚｎ_0.2（ＯＨ）₂、平均粒径１μｍ） ３０重量部 臭素化フェノールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２８０ｇ／ｅｑ、 臭素含有率３５重量％） ３重量部 エポキシシランカップリング剤 ５重量部 カーボンブラック ３重量部 カルナバワックス 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。

【００１４】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
１７５℃、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、２４
０℃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
１７５℃、圧力７０ｋｇ／ｃｍ²、硬化時間１２０秒で
試験円板（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
て、成形温度１７５℃、圧力７０ｋｇ／ｃｍ²、硬化時
間１２０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８
５％で９６時間の処理を行い、ＩＲリフロー処理（２４
０℃、１０秒）を行った。超音波探傷機を用いて、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１２
０秒で１６ｐＤＩＰ（チップサイズ３．０ｍｍ×３．５
ｍｍ）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個のパッケ
ージ中の不良率を百分率で示した。単位は％。

【００１５】実施例２〜４、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。

【表１】

【００１６】

【発明の効果】本発明に従うと、アンチモン化合物を含
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 CC03X CD00W CD123 DE078 DE098 DE108 DE118 FD017 FD156 GQ05 4J036 AA01 AA05 DA05 FA01 FA02 FB06 FB07 JA07 4M109 AA01 BA01 CA21 EA02 EA03 EB03 EB04 EB06 EB07 EB08 EB09 EB12 EB18 EB19 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）
   臭素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又は２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。