JP2001233931A - 封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐リフロー性及び成形性に優れ、且つワイヤ
ースイープが小さいエポキシ樹脂組成物を提供するこ
と。及び、このエポキシ樹脂組成物を用いて封止した耐
リフロー性が優れ、ボイドが少ない半導体装置を提供す
ること。 【解決手段】 エポキシ樹脂としてジシクロペンタジエ
ン型エポキシ樹脂を含み、且つポリエーテル変性シリコ
ーンとして側鎖にエポキシ基を持つポリエーテル変性シ
リコーンを封止用エポキシ樹脂組成物全量に対し０．０
１〜１０重量％含み、さらにワックスとしてアマイド系
ワックスを含むことを特徴とする封止用エポキシ樹脂組
成物。また、エポキシ樹脂組成物として上記の封止用エ
ポキシ樹脂組成物を用いていることを特徴とする半導体
装置

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子等の封
止に使用する封止用エポキシ樹脂組成物と、これを用い
て封止した半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ダイオード、トランジスタ
ー、集積回路等の電気・電子部品や半導体装置等の封止
方法として、例えばエポキシ樹脂組成物やシリコン樹脂
組成物等による樹脂封止法やガラス、金属、セラミック
等を用いたハーメチックシール法が採用されているが、
近年では信頼性の向上と共に大量生産可能であり、また
コストメリットのある、エポキシ樹脂組成物を用いたト
ランスファ成形による樹脂封止法が主流を占めている。

【０００３】このエポキシ樹脂組成物を用いる方法で
は、Ｏ―クレゾールノボラック型エポキシ樹脂をエポキ
シ樹脂成分とし、硬化剤としてフェノールノボラック樹
脂、硬化促進剤として有機リン化合物、３級アミン類、
イミダゾール化合物等を含んでなるエポキシ樹脂組成物
が一般的に使用されているが、電子部品や半導体装置の
高密度化、高集積化に伴って、封止樹脂の薄肉化が求め
られており、エポキシ樹脂組成物に対して改善が必要に
なってきている。

【０００４】具体的には、ＱＦＰなどの表面実装型パッ
ケージの実装時の課題として、パッケージ全体が急激に
リフロー熱に曝される際に、封止成形後保管中に吸湿し
ていた水分が、急激に気化膨張し、封止樹脂がこれに耐
えきれずにパッケージにクラックが生じるという耐リフ
ロー性に関する課題が指摘されている。

【０００５】この耐リフロー性の課題を解決するため
に、例えば、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂等の
低粘度タイプのエポキシ樹脂を併用し、無機充填材を多
量に含む樹脂設計にした場合、耐リフロー性の改善効果
はあるが、封止品にボイドが発生しやすい問題や、ワイ
ヤーボンディングのワイヤーが大きく変形する問題（ワ
イヤースイープが大きい問題）等の２次的な問題が生じ
ることが指摘されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような事情に鑑
みて本発明はなされたものであり、その目的とする所
は、耐リフロー性及び成形性に優れ、且つワイヤースイ
ープが小さいエポキシ樹脂組成物を提供すること、なら
びに、このエポキシ樹脂組成物を用いて封止した耐リフ
ロー性が優れ、ボイドが少ない半導体装置を提供するこ
とである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明の封
止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、硬化剤
と、無機充填材と、ポリエーテル変性シリコーンと、ワ
ックスとを含んでなる封止用エポキシ樹脂組成物におい
て、エポキシ樹脂として下記式（１）のジシクロペンタ
ジエン型エポキシ樹脂を含み、且つポリエーテル変性シ
リコーンとして下記式（２）の側鎖にエポキシ基を持つ
ポリエーテル変性シリコーンを封止用エポキシ樹脂組成
物全量に対し０．０１〜１０重量％含み、さらにワック
スとしてアマイド系ワックスを含むことを特徴とする封
止用エポキシ樹脂組成物である。

【０００８】

【化３】

【０００９】

【化４】

【００１０】この請求項１に係る発明の封止用エポキシ
樹脂組成物では、吸湿が少なく、密着性が高い硬化物が
得られる式（１）のジシクロペンタジエン型エポキシ樹
脂を含有し、且つ式（２）の側鎖にエポキシ基を持つポ
リエーテル変性シリコーンを特定の含有割合で含有し、
さらにワックスとしてアマイド系ワックスを含有するよ
うにしているので、エポキシ樹脂組成物の各種特性が改
善されたものとなる。

【００１１】請求項２に係る発明の封止用エポキシ樹脂
組成物は、無機充填材を封止用エポキシ樹脂組成物全量
に対し８０〜９１重量％含む請求項１記載の封止用エポ
キシ樹脂組成物である。

【００１２】この請求項２に係る発明の封止用エポキシ
樹脂組成物では、無機充填材を高い含有割合で含有して
いるので、耐リフロー性が優れたエポキシ樹脂組成物が
より確実に得られる。無機充填材の含有割合の計算に
は、溶融シリカ（非晶質シリカとも言う。）、結晶シリ
カ、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム等の通常の
充填材の他に、３酸化アンチモン、カーボンブラック等
の無機成分を無機充填材として算入するようにしてい
る。

【００１３】請求項３に係る発明の半導体装置は、半導
体素子がエポキシ樹脂組成物を用いて封止されている半
導体装置において、エポキシ樹脂組成物として請求項１
又は請求項２記載の封止用エポキシ樹脂組成物を用いて
いることを特徴とする半導体装置である。

【００１４】

【発明の実施の形態】（エポキシ樹脂組成物）本発明で
は、エポキシ樹脂として前記式（１）のジシクロペンタ
ジエン型エポキシ樹脂を含んでいることが必須である
が、このジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂と共に、
例えばＯ―クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等の、
封止材に一般的に使用可能なエポキシ樹脂を併用するこ
とができる。このジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂
のエポキシ樹脂全量に対する割合は、少なくとも１０重
量％以上であることが、本発明の目的である優れた耐リ
フロー性を付与するには好ましい。なお、前記式（１）
中のｐは１以上の整数を示している。

【００１５】本発明で使用する硬化剤としては、一般的
に封止材に使用可能であり、上記エポキシ樹脂の硬化剤
として使用可能なものであれば特に限定はなく、例え
ば、フェノールノボラック樹脂、ナフタレン骨格含有フ
ェノール樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ジシクロペ
ンタジエン型フェノール樹脂などの多価フェノール化合
物、各種酸無水物、あるいはアミン系硬化剤等を使用で
きるが、耐熱性、耐リフロー性の各種性能がバランスよ
く優れるフェノールノボラック樹脂を使用することが好
ましい。

【００１６】本発明では、樹脂硬化物の、熱膨張率及び
吸湿率の低減等のために、エポキシ樹脂組成物中に無機
充填材を配合する。無機充填材の配合割合については、
エポキシ樹脂組成物全量に対し８０〜９１重量％含むこ
とが、耐リフロー性が優れたパッケージを得るためには
望ましい。無機充填材の配合割合がエポキシ樹脂組成物
全量に対し８０重量％未満であると、耐リフロー性が悪
くなる傾向が生じ、９１重量％を超えると、ワイヤース
イープが大きくなる傾向及びボイドの発生が多くなる傾
向が生じる。

【００１７】本発明で使用する無機充填材としては、特
に限定するものではないが、溶融シリカ（非晶質シリカ
とも言う。）、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素、窒化
アルミニウム等を例示できる。また、無機充填材の配合
割合の計算では、通常の充填材の他に、３酸化アンチモ
ン、カーボンブラック等の無機成分を無機充填材として
算入するようにしている。

【００１８】本発明では、優れた耐リフロー性の達成と
共にワイヤースイープを小さくすることができるよう
に、シリコーン化合物を配合するが、金型汚れの発生が
少なく、且つエポキシ樹脂組成物に対する増粘作用が少
ない前記式（２）の側鎖にエポキシ基を持つポリエーテ
ル変性シリコーンを、エポキシ樹脂組成物全量に対し
０．０１〜１０重量％含有するようにしている。前記式
（２）中のｌ，ｍ，ｎは重合度を示す整数であって、ｌ
は１〜５の整数、ｍは１〜５の整数、ｎは２０〜１００
の整数を夫々しめしている。また、式（２）中のＡは官
能基であって、前記［化４］において、式（２）の下方
に官能基Ａとして示す構造のものであり、（ｊ＋ｋ）の
値が１０〜５０の整数である構造のものである。さら
に、式（２）中のＢは官能基であって、前記［化４］に
おいて、式（２）の下方に官能基Ｂとして示すエポキシ
基を持つ構造のものである。

【００１９】本発明では、離型性付与のためワックスを
配合するが、このワックスについて、耐リフロー性の達
成と共に封止品にボイドが発生しにくいという優れた成
形性を付与するために、アマイド系ワックスを含有する
ようにしている。ここでいうアマイド系ワックスとは、
脂肪酸アマイドを指していて、例えば、モンタン酸アマ
イド、ステアリン酸アマイド、オレイン酸アマイド等が
例示できる。このアマイド系ワックスは単独で使用する
ようにしてもよいが、カルナバワックスと併用すると、
離型性付与作用が優れたものとなるので好ましい。そし
て、アマイド系ワックスの配合量については、エポキシ
樹脂組成物全量に対し０．０１〜１重量％配合すること
が好ましい。０．０１重量％未満では、離型性を付与し
て、且つ封止品にボイドが発生しにくいようにするとい
う効果が少なくなり、１重量％を超えて配合すると金型
汚れの問題が生じることがあるからである。

【００２０】また、本発明のエポキシ樹脂組成物には、
必要に応じて、トリフェニルホスフィン等の硬化促進
剤、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ
メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のシランカッ
プリング剤、３酸化アンチモン、ブロム化エポキシ樹脂
等の難燃剤、カーボンブラック、酸化チタン等の着色剤
等を適宜含有させることができる。

【００２１】本発明のエポキシ樹脂組成物は、前述した
各成分をミキサー、ブレンダー等によって均一に混合し
たのち、加熱ロール、ニーダー等によって混練すること
で、製造することができ、各成分の配合順序には特に制
限はない。また、本発明のエポキシ樹脂組成物は、前記
の混練を終えた混練物を冷却・固化した後、粉砕して紛
粒状のものにしたり、あるいは、打錠してタブレット状
にしたものであってもよい。

【００２２】（半導体装置）上記のようにして得られ
る、請求項１又は請求項２記載のエポキシ樹脂組成物を
用いて、リードフレーム等に搭載した半導体素子を、ト
ランスファー成形して封止することにより、本発明の半
導体装置は製造することができる。

【００２３】

【実施例】以下に、本発明の実施例と、本発明の範囲を
外れた比較例を示す。

【００２４】実施例、比較例で使用した各成分は次のと
おりである。エポキシ樹脂としては、式（１）のジシク
ロペンタジエン型エポキシ樹脂（大日本インキ（株）
製、品番ＨＰ７２００、エポキシ当量２６４）、オルト
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（住友化学工業
（株）製、品番ＥＳＣＮ１９５、エポキシ当量１９
５）、ブロム化エポキシ樹脂（住友化学工業（株）製、
品番ＥＳＢ４００）を用いた。なお、このブロム化エポ
キシ樹脂は難燃剤として使用しているが、難燃剤として
はブロム化エポキシ樹脂と共に、３酸化アンチモンを併
用している。

【００２５】硬化剤としては、フェノールノボラック樹
脂（荒川化学工業（株）製、ＯＨ当量１０５）を用い、
硬化促進剤としては、トリフェニルホスフィンを用い、
無機充填材としては、溶融シリカ（平均粒径１５μｍ）
を用い、シランカップリング剤としては、メルカプトシ
ランカップリング剤（信越化学工業(株）製、品番ＫＢ
Ｍ８０２)を用いた。

【００２６】シリコーン化合物として、各実施例及び比
較例２〜４では式（２）の側鎖にエポキシ基を持つポリ
エーテル変性シリコーンを使用し、比較例５では、比較
のために、フッ素変性シリコーン（信越化学工業(株）
製、品番ＦＬ１００）を使用した。

【００２７】離型剤（ワックス）としてはカルナバワッ
クス及び／又はモンタン酸アマイドを使用し、着色剤と
してカーボンブラックを使用した。

【００２８】（実施例１〜５及び比較例１〜４）表１、
表２に示すように、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進
剤、無機充填材、シリコーン化合物、ワックス及びその
他の成分を配合し、ミキサーで十分混合した後、加熱ロ
ールで混練を行い、冷却固化し、粉砕機で粉砕して粒状
の封止用エポキシ樹脂組成物を得た。なお、表１、表２
の無機充填材の配合割合の計算では、溶融シリカの他
に、３酸化アンチモン及びカーボンブラックを無機成分
として無機充填材の合計量に算入している。

【００２９】上記で得た各実施例及び各比較例の封止用
エポキシ樹脂組成物を用いて、テストピース及び評価用
パッケージを作製して、以下の各種特性の評価を行い、
その評価結果を表１、表２に示した。

【００３０】下記の評価に使用する評価用パッケージ
（ＬＱＦＰ、外形サイズ：２８mm×２８mm×１．４mm）
は、評価用ＴＥＧチップ（サイズ：７．６mm×７．６mm
×０．３５mm）を搭載した１６０ピンＬＱＦＰ用Ｃｕリ
ードフレームを、金型を用いて各エポキシ樹脂組成物で
トランスファー成形し、１７５℃で６時間アフターキュ
アー（後硬化）して作製した。なお、成形条件は、温度
１７０℃、加圧時間１２０秒間で行った。

【００３１】外部ボイドの評価：１０個の評価用パッケ
ージ（ＬＱＦＰ、外形サイズ：２８mm×２８mm×１．４
mm）について、実体顕微鏡を用いて外部ボイドの発生の
有無を観察し、ガイブボイドが発生しているパッケージ
の個数を表１、表２に示した。

【００３２】内部ボイドの評価：１０個の評価用パッケ
ージ（ＬＱＦＰ、外形サイズ：２８mm×２８mm×１．４
mm）について、超音波探傷装置を用いてφが０．５mm以
上の内部ボイドの発生の有無を観察し、φが０．５mm以
上の内部ボイドの発生しているパッケージの個数を表
１、表２に示した。

【００３３】ワイヤースイープの評価：評価用パッケー
ジ（ＬＱＦＰ、外形サイズ：２８mm×２８mm×１．４m
m）について、軟Ｘ線装置を用いて、ワイヤースイープ
量（％）を測定し、結果を表１、表２に示した。ここで
いうワイヤースイープ量は、（トランスファー成形によ
るワイヤー移動距離／ワイヤーの長さ）×１００で算出
した値である。

【００３４】吸湿率の評価：吸湿率の測定は、各エポキ
シ樹脂組成物を用いて、前記の評価用パッケージ作製の
際の成形条件及びアフターキュアー条件で、φが５０m
m、厚みが３．０mmの円盤状のテストピースを作製し、
このテストピースを８５℃、８５％ＲＨ、７２時間の条
件で吸湿させ、重量増加を計測することによって行い、
結果を表１、表２に示した。

【００３５】耐リフロー性の評価：評価用パッケージ
（ＬＱＦＰ、外形サイズ：２８mm×２８mm×１．４mm）
に対して８５℃、６０％ＲＨ、１６８時間の吸湿処理を
行った後、ＩＲリフロー処理（ＥＩＡＪ規格、リフロー
温度ＭＡＸ２４５℃）を行い、実体顕微鏡でクラックの
発生の有無を観察することによって行った。なお、結果
は表１、表２に１０個のサンプル（分母）中の不良個数
（分子）で示している。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】表１、表２の結果から、各実施例では、耐
リフロー性及び成形性に優れ、且つワイヤースイープが
小さい評価用パッケージが得られていることが確認され
た。

【００３９】また、式（２）の側鎖にエポキシ基を持つ
ポリエーテル変性シリコーンを含有していない比較例１
は、実施例１、実施例２及び実施例３に比べ内部ボイド
及び外部ボイドの発生が多く、また、ワイヤースイープ
量も大きい結果となっている。そして、式（２）のポリ
エーテル変性シリコーンを上限を超えて含有している比
較例２では、耐リフロー性が劣ったものとなっている。

【００４０】実施例１と比較例３の比較で明らかなよう
に、式（１）のエポキシ樹脂を含有してない比較例３
は、実施例１に比べ耐リフロー性が劣ったものとなって
いる。

【００４１】実施例１と比較例４の比較で明らかなよう
に、アマイド系ワックスを含有していない比較例４は、
実施例１に比べ、外部ボイド、内部ボイドの発生が多
く、且つ、耐リフロー性が劣ったものとなっている。

【００４２】

【発明の効果】請求項１及び請求項２に係る発明の封止
用エポキシ樹脂組成物を用いて、半導体装置を封止すれ
ば、耐リフロー性に優れ、成形時のボイドの発生が少な
く且つワイヤースイープが小さい半導体装置を得ること
ができる。

【００４３】請求項３の発明に係る半導体装置は、請求
項１又は請求項２記載の封止用エポキシ樹脂組成物を用
いて半導体封止を行うため、外部ボイド及び内部ボイド
が少なく、耐リフロー性に優れ、ワイヤースイープが小
さい半導体装置となる。

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） Ｃ０８Ｌ 91/06 Ｃ０８Ｌ 91/06 Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31 Ｆターム(参考） 4J002 AE034 CC033 CC043 CC073 CD021 CD112 EP017 FD016 FD090 FD130 FD143 FD150 FD164 FD167 GQ05 4J036 AC01 AC02 AC03 AC08 AD11 AK17 DB15 DC02 FA01 FA10 FB03 FB07 FB18 JA07 4M109 AA01 EA02 EB09 EB12 EB13 EB19 EC14 EC20

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エポキシ樹脂と、硬化剤と、無機充填材
   と、ポリエーテル変性シリコーンと、ワックスとを含ん
   でなる封止用エポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹
   脂として下記式（１）のジシクロペンタジエン型エポキ
   シ樹脂を含み、且つポリエーテル変性シリコーンとして
   下記式（２）の側鎖にエポキシ基を持つポリエーテル変
   性シリコーンを封止用エポキシ樹脂組成物全量に対し
   ０．０１〜１０重量％含み、さらにワックスとしてアマ
   イド系ワックスを含むことを特徴とする封止用エポキシ
   樹脂組成物。 【化１】 【化２】
2. 【請求項２】 無機充填材を封止用エポキシ樹脂組成物
   全量に対し８０〜９１重量％含む請求項１記載の封止用
   エポキシ樹脂組成物。
3. 【請求項３】 半導体素子がエポキシ樹脂組成物を用い
   て封止されている半導体装置において、前記エポキシ樹
   脂組成物として請求項１又は請求項２記載の封止用エポ
   キシ樹脂組成物を用いていることを特徴とする半導体装
   置。