JP2001220497A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温保管性、耐燃性に優れた特性を有する半
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）赤
燐系難燃剤、及び（Ｆ）水酸化アルミニウムを必須成分
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。

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、高温保管
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】従来から、半導体装置はダイオード、ト
ランジスタ、集積回路等の電子部品は、主にエポキシ樹
脂組成物を用いて封止されている。近年、これらの半導
体装置は自動車にも多数搭載されるようになっきている
が、自動車に搭載された半導体装置は、１５０℃程度の
高温にさらされることがあり、このような高温雰囲気下
でも半導体装置がその機能を維持できるように高温保管
性に優れたエポキシ樹脂組成物、即ち半導体装置が要求
されている。従来のオルソクレゾールノボラック型エポ
キシ樹脂／フェノール樹脂系の樹脂組成物では、高温保
管性はほぼ問題ないが、表面実装対応型の結晶性エポキ
シ樹脂／フェノール樹脂系の樹脂組成物では、その硬化
物のガラス転移温度の低下等もあり、１５０℃以上の高
温保管性には難点があった。又地球環境に配慮した企業
活動が重視され有害性のおそれのある物質の削減・撤廃
の動きがあり封止材の難燃剤として主流であるエポキシ
樹脂組成物に含まれているハロゲン化有機物、酸化アン
チモンも対象とされている。この要求に対して、赤燐の
表面を水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウム等の金
属水酸化物等で被覆し、更にその表面をフェノール樹脂
で被覆したもの（以下、被覆赤燐という）を含むエポキ
シ樹脂組成物が提案されており、このエポキシ樹脂組成
物で封止された半導体装置は耐燃性に優れており、又ハ
ロゲン化有機化合物、アンチモン系難燃剤を含まないの
で環境対応材として好ましい。しかしながら、前記被覆
赤燐は赤燐と水分との接触を抑制し、燐の酸化安定性を
高めると共に耐熱性、耐衝撃性を高めているが、被覆赤
燐から溶出する燐酸イオンと亜燐酸イオンが、エポキシ
樹脂組成物の成形性、硬化性、これを用いた半導体装置
の耐湿性、電気特性に悪影響を及ぼし、半導体装置の信
頼性の点、及び結晶性エポキシ樹脂／フェノール樹脂系
の樹脂組成物への適用では、１５０℃以上の高温保管性
には難点があり不満足であった。高温保管性改善のため
に、特開昭６４−７３７４８号公報には、エポキシ樹
脂、フェノール樹脂、臭素化エポキシ樹脂、酸化アンチ
モン、溶融シリカ、ビスマス又はアルミニウムの酸化物
又は水酸化物を用いた例が開示されているが、１５０℃
付近では高温保管性は改善されたものの、それ以上の高
温域での高温保管性はエポキシ樹脂組成物中に含まれて
いる多量のハロゲン化物の影響により充分に満足いくも
のではなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、難燃性、高
温保管性及び信頼性に優れた半導体装置を与える半導体
封止用エポキシ樹脂組成物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、（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）赤燐系難燃剤、及び
（Ｆ）水酸化アルミニウム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、（２）赤燐系
難燃剤が、赤燐表面を有機化合物及び／又は無機化合物
で被覆したものである第（１）項記載の半導体封止用エ
ポキシ樹脂組成物、（３）赤燐系難燃剤が、赤燐表面を
熱硬化性樹脂及び／又は無機化合物で被覆したものであ
る第（１）、又は（２）項記載の半導体封止用エポキシ
樹脂組成物、（４）赤燐系難燃剤が、赤燐表面を金属水
酸化物で被覆した後、更にフェノール樹脂で被覆したも
のである第（１）、（２）、又は（３）項記載の半導体
封止用エポキシ樹脂組成物、（５）水酸化アルミニウム
が、平均粒径５〜２０μｍで、粒径１０μｍ以下が２０
〜４５重量％、粒径７０〜１００μｍが１０重量％以下
の粒度分布を有するものである第（１）、（２）、
（３）、又は（４）項記載の半導体封止用エポキシ樹脂
組成物、（６）赤燐系難燃剤に対する水酸化アルミニウ
ムの重量割合が、１／２０〜２／１である第（１）、
（２）、（３）、（４）、又は（５）項記載の半導体封
止用エポキシ樹脂組成物、（７）水酸化アルミニウム
が、全エポキシ樹脂組成物中に０．０５〜３重量％であ
る第（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、又は
（６）項記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
（８）第（１）〜（７）項記載のいずれかのエポキシ樹
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、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分子中にエポキシ基を２個以上有するモノマ
ー、オリゴマー、及びポリマー全般を言い、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、
ビスフェノール型エポキシ樹脂、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、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、ビフェニレ
ン骨格等を有する）、ナフトール型エポキシ樹脂、トリ
アジン核含有エポキシ樹脂等が挙げられ、これらは単独
でも２種類以上併用して用いても差し支えない。本発明
に用いるフェノール樹脂としては、１分子中にフェノー
ル性水酸基を２個以上有するモノマー、オリゴマー、及
びポリマー全般を言い、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、フェノールアラルキル樹脂（フ
ェニレン骨格、ビフェニレン骨格等を有する）、ナフト
ールアラルキル樹脂（フェニレン骨格、ビフェニレン骨
格等を有する）、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等が挙げられ、これらは単独でも
２種類以上併用して用いても差し支えない。エポキシ樹
脂のエポキシ基数とフェノール樹脂のフェノール性水酸
基数との当量比としては、０．８〜１．２が好ましい。

【０００６】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されているも
のを広く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、２−メチル
イミダゾール等が挙げられ、これらは単独でも２種類以
上併用して用いても差し支えない。本発明に用いる無機
充填材としては、例えば、溶融シリカ、球状シリカ、結
晶シリカ、２次凝集シリカ、多孔質シリカ、２次凝集シ
リカ又は多孔質シリカを粉砕したシリカ、アルミナ、窒
化ケイ素等が挙げられるが、溶融シリカ、結晶シリカが
好ましい。又無機充填材の形状としては、破砕状でも球
状でもかまわないが、流動特性、機械強度及び熱的特性
のバランスの点から球状溶融シリカが好ましい。これら
の無機充填材は単独でも２種類以上併用して用いても差
し支えない。更に、シランカップリング剤等で予め表面
処理をしたものを用いても差し支えない。無機充填材の
含有量としては、成形性と信頼性のバランスから、全エ
ポキシ樹脂組成物中に７０〜９５重量％が好ましい。

【０００７】本発明に用いる赤燐系難燃剤としては、赤
燐単独も含まれ、一般に封止材料に使用されているもの
を用いることができる。特に、赤燐表面を有機化合物及
び／又は無機化合物で被覆したものが好ましい。被覆に
有機化合物と無機化合物とを併用する場合は、赤燐に被
覆する有機化合物の層と無機化合物の層はいずれが内側
でも外側でもよいし、又、有機化合物と無機化合物とを
混合して被覆に用いてもよい。有機化合物としては、特
に限定するものではないが、例えば、熱硬化性樹脂、カ
ップリング剤等が挙げられ、特に熱硬化性樹脂が好まし
い。熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、
エポキシ樹脂、キシレン・ホルムアルデヒド樹脂、ケト
ン・ホルムアルデヒド樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、
アニリン樹脂、アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂
等が挙げられ、特にフェノール樹脂が好ましい。これら
は単独でも２種類以上併用して用いても差し支えない。
無機化合物としては、特に限定するものではないが、例
えば、金属水酸化物、二酸化チタン、アルミナ、酸化亜
鉛、酸化マグネシウム等の金属酸化物、金属の窒化物、
炭酸マグネシウム、ケイ酸アルミニウム、硫酸バリウ
ム、硫酸カルシウム、燐酸カルシウム、アパタイト、タ
ルク、ベントナイト、カオリン等の金属化合物、シリ
カ、窒化ケイ素、珪藻土等が挙げられ、特に金属水酸化
物が好ましい。これらは単独でも２種類以上併用して用
いても差し支えない。即ち、本発明の赤燐系難燃剤とし
ては、赤燐表面を金属水酸化物で被覆した後、更にフェ
ノール樹脂で被覆したもの（以下、被覆赤燐という）が
最も好ましい。本発明の被覆赤燐は、金属水酸化物のみ
で被覆した赤燐の表面を更にフェノール樹脂で予め被覆
することで、金属水酸化物のみで被覆した赤燐よりも更
に安全に取り扱えるようにしたものである。金属水酸化
物としては、特に限定するものではないが、例えば、水
酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化チタン
等が挙げられ、アルミニウムは赤燐の酸化を抑制する効
果があり、被覆赤燐から溶出する燐酸イオンと亜燐酸イ
オンを抑制するため、半導体装置の耐湿信頼性の点か
ら、水酸化アルミニウムが好ましい。被覆に用いるフェ
ノール樹脂としては、特に限定するものではないが、例
えば、１分子中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、及びポリマー全般を言い、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（フェニレン骨格、ビフェニレン骨格等を有す
る）、ナフトールアラルキル樹脂（フェニレン骨格、ビ
フェニレン骨格等を有する）、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、トリフェノールメタン型樹脂等
が挙げられ、これらは単独でも２種類以上併用して用い
ても差し支えない。被覆赤燐中の赤燐の含有量として
は、９０〜９６重量％が好ましい。９０重量％未満だと
被覆層が厚くなり、難燃剤としての効果が低下し、９６
重量％を越えると被覆層が薄くなり、水分の存在下で酸
化還元不均一化反応を起こし、赤燐から容易に燐酸イオ
ンや亜燐酸イオンが生成するため、耐湿信頼性の点で問
題を生じる可能性がある。被覆赤燐としては、平均粒径
２〜５０μｍ、最大粒径１００μｍ以下のものが好まし
い。平均粒径が２μｍ未満だと凝集等が起こり、５０μ
ｍを越えると分散性が低下する可能性がある。分散性を
よくするためには、最大粒径が１００μｍ以下のものが
好ましく、１００μｍを越えると分散性が低下する傾向
にある。被覆赤燐としては、燐化学工業（株）・製のノ
ーバエクセル等があり、市場から容易に入手できる。赤
燐系難燃剤の含有量としては、全エポキシ樹脂組成物中
に０．２〜２重量％が好ましい。０．２重量％未満だと
難燃性が不足し、２重量％を越えると耐湿性が大幅に低
下する可能性がある。本発明の赤燐系難燃剤と無機充填
材との比重差による混練時の不均一分散を防ぎ、均一な
特性を有する硬化物を得るには、赤燐系難燃剤と水酸化
アルミニウムとを予め混合しておくことが好ましい。

【０００８】本発明に用いる水酸化アルミニウムとして
は、平均粒径が５〜２０μｍで、粒径１０μｍ以下が２
０〜４５重量％、粒径７０〜１００μｍが１０重量％以
下の粒度分布を有するものが好ましく、この範囲を外れ
ると流動性、充填性に優れたエポキシ樹脂組成物が得ら
れない可能性がある。水酸化アルミニウムの純度として
は、半導体装置の信頼性の点から９９．８％以上が好ま
しい。赤燐系難燃剤に対する水酸化アルミニウムの重量
割合としては、１／２０〜２／１が好ましい。赤燐系難
燃剤と水酸化アルミニウムとを予め混合しておく場合
は、混合装置や混合条件については特に限定されない
が、赤燐系難燃剤が表面を被覆された赤燐である場合は
赤燐系難燃剤が破壊されないことが望ましい。又水酸化
アルミニウムの含有量としては、全エポキシ樹脂組成物
中に０．０５〜３重量％が好ましい。０．０５重量％未
満だと高温保管性に対する効果が低く、３重量％を越え
るとエポキシ樹脂組成物の吸水率が高くなり耐半田クラ
ック性が低くなる可能性がある。

【０００９】本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜
（Ｆ）成分の他、必要に応じてカップリング剤、カーボ
ンブラック、ベンガラ等の着色剤、天然ワックス、合成
ワックス等の離型剤、イオン捕捉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等を適宜配
合しても差し支えない。又、本発明のエポキシ樹脂組成
物を成形材料として製造するには、（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
均一に常温混合した後、更に熱ロール又はニーダー等で
溶融混練し、冷却後粉砕して封止材料とすることができ
る。これらの成形材料は、電気部品あるいは電子部品で
あるトランジスタ、集積回路等の被覆、絶縁、封止等に
適用することができる。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成形方
法で成形硬化すればよい。

【００１０】以下に本発明を実施例を挙げて詳細に説明
するが、本発明はこれら実施例によりなんら限定される
ものでない。 《実施例１》 ・ビフェニル型エポキシ樹脂（融点１１０℃、エポキシ当量１９５ｇ／ｅｑ） ６．８重量部 ・フェノールアラルキル樹脂（軟化点８０℃、水酸基当量１７４ｇ／ｅｑ） ５．５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 ・球状溶融シリカ粉末（平均粒径２２μｍ、比表面積２．２ｍ²／ｇ） ８５．８重量部 ・被覆赤燐（平均粒径３０μｍ、赤燐含有量９５％）０．５重量部と水酸化アル ミニウム（平均粒径１０μｍ）０．３重量部の予備混合物（以下、混合被覆赤燐 という） ０．８重量部 ・カーボンブラック ０．３重量部 ・カルナバワックス ０．３重量部 ・その他の添加剤 ０．３重量部 をミキサーを用いて常温で混合し、７０〜１００℃でロ
ールを用いて混練し、冷却後粉砕し、タブレット化して
エポキシ樹脂組成物を得た。この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。

【００１１】評価方法 ・高温保管性：低圧トランスファー成形機を用いて１７
５℃、７０ｋｇ／ｃｍ²、１２０秒の条件で１６ｐＤＩ
Ｐ（チップサイズ３ｍｍ×３．５ｍｍ）成形した。ポス
トキュアとして１７５℃で８時間処理後、高温保管試験
（１５０℃、１０００時間と１８５℃、１０００時間及
び２００℃、５００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。１０配線間中の不良率を百分率で示した。単位は
％。 ・耐燃性：ＵＬ−９４の試験法に準拠して、３．２ｍｍ
厚の試験片の燃焼試験を行った。結果をＵＬ−９４の耐
燃レベルで表す。

【００１２】《実施例１〜４、比較例１〜６》表１、表
２に示した配合割合の成分（カーボンブラック０．３重
量部、カルナバワックス０．３重量部、その他の添加剤
０．３重量部は表では省略した）を実施例１と同様にエ
ポキシ樹脂組成物を作製し、実施例１と同様にして評価
した。なお、実施例２の混合被覆赤燐は、実施例１と同
一原料を用いて被覆赤燐０．３重量部と水酸化アルミニ
ウム０．５重量部の予備混合物、同様に実施例３は、被
覆赤燐１．０重量部と水酸化アルミニウム１．０重量部
の予備混合物、実施例４は、被覆赤燐１．８重量部と水
酸化アルミニウム０．１重量部の予備混合物である。評
価結果を表１及び表２に示す。

【００１３】

【表１】

【００１４】

【表２】

【００１５】

【発明の効果】本発明の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半導体装置は、難燃性、高温保
管性に優れている。

───────────────────────────────────────────────────── 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 23/31

Claims (8)

【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）赤
   燐系難燃剤、及び（Ｆ）水酸化アルミニウムを必須成分
   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。
2. 【請求項２】 赤燐系難燃剤が、赤燐表面を有機化合物
   及び／又は無機化合物で被覆したものである請求項１記
   載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
3. 【請求項３】 赤燐系難燃剤が、赤燐表面を熱硬化性樹
   脂及び／又は無機化合物で被覆したものである請求項
   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】 赤燐系難燃剤が、赤燐表面を金属水酸化
   物で被覆した後、更にフェノール樹脂で被覆したもので
   ある請求項１、２、又は３記載の半導体封止用エポキシ
   樹脂組成物。
5. 【請求項５】 水酸化アルミニウムが、平均粒径５〜２
   ０μｍで、粒径１０μｍ以下が２０〜４５重量％、粒径
   ７０〜１００μｍが１０重量％以下の粒度分布を有する
   ものである請求項１、２、３、又は４記載の半導体封止
   用エポキシ樹脂組成物。
6. 【請求項６】 赤燐系難燃剤に対する水酸化アルミニウ
   ムの重量割合が、１／２０〜２／１である請求項１、
   ２、３、４、又は５記載の半導体封止用エポキシ樹脂組
   成物。
7. 【請求項７】 水酸化アルミニウムが、全エポキシ樹脂
   組成物中に０．０５〜３重量％である請求項１、２、
   ３、４、５、又は６記載の半導体封止用エポキシ樹脂組
   成物。
8. 【請求項８】 請求項１〜７記載のいずれかのエポキシ
   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。