JP2001247651A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 離型性に優れ、かつ耐半田性、耐温度サイク
ル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】 ジシクロヘンタジエン変性フェノール型
エポキシ樹脂又はフェノールアラルキル樹脂、溶融シリ
カ粉末、硬化促進剤、及び長鎖脂肪酸、長鎖脂肪酸アミ
ドから選択される１種以上の離型剤を必須成分とし、ジ
シクロヘンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂又は
フェノールアラルキル樹脂から選択される少なくとも１
種以上を含むエポキシ樹脂組成物を加熱溶融混合させ、
更に長鎖脂肪酸エステル、長鎖脂肪酸金属塩、酸化ポリ
オレフィン、酸化パラフィン類から選択される１種以上
を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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成形性、耐半田
性、耐温度サイクル性に優れた半導体封止用エポキシ樹
脂組成物、及びこれを用いた半導体装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子の封止方法
としてエポキシ樹脂組成物のトランスファー成形が低コ
スト、大量生産に適しており、採用されて久しく、信頼
性の点でもエポキシ樹脂や硬化剤であるフェノール樹脂
の改良により特性の向上が図られてきた。しかし、近年
の電子機器の小型化、軽量化、高性能化の市場動向にお
いて、半導体の高集積化も年々進み、又半導体装置の表
面実装化が促進されるなかで、半導体封止用エポキシ樹
脂組成物への要求は益々厳しいものとなってきている。
このため、従来からのエポキシ樹脂組成物では解決でき
ない問題点も出てきている。その最大の問題点は、表面
実装の採用により半導体装置が半田浸漬、或いはリフロ
ー工程で急激に２００℃以上の高温にさらされ、吸湿し
た水分が爆発的に気化する際の応力により、半導体装置
にクラックが発生したり、半導体素子、リードフレー
ム、インナーリード上の各種メッキされた各接合部分と
樹脂組成物の硬化物との界面で、剥離が生じ信頼性が著
しく低下する現象である。

【０００３】従来からのトレンドであった素子の大型化
により温度サイクル性の向上も要求されてきている。従
来の耐半田用封止材料では、耐半田性を目的に熱時強度
の向上を計ってきた。しかし、熱時強度の向上に伴って
弾性率も増大するため、大型の半導体装置に適用すると
耐温度サイクル性に問題が生じてきた。この様に、特に
大型半導体装置に対して耐半田クラック性と耐温度サイ
クル性の両立を達成するためには、熱時強度を低下させ
ないで弾性率を低下させる必要がある。その具体的な手
法として種々提案されているが、一つには樹脂骨格自体
を柔軟な構造にすることである。半田処理による信頼性
低下の改善と、成形時の流動性向上を両立するために、
エポキシ樹脂組成物中の溶融シリカ粉末の充填量を増加
させることで低吸湿化、高強度化、低熱膨張化を達成し
耐半田性を向上させるとともに、低溶融粘度の樹脂を使
用して、成形時に低粘度で高流動性を維持させる手法が
一般的となりつつある。一方、半田処理による信頼性に
おいて、エポキシ樹脂組成物の硬化物と半導体装置内部
に存在する半導体素子やリードフレーム等の基材との界
面の接着性は非常に重要になってきている。この界面の
接着力が弱いと半田処理後の基材との界面で剥離が生
じ、更にはこの剥離に起因し半導体装置にクラックが発
生する。界面での接着力向上に対して、エポキシ樹脂や
フェノール樹脂に関しても多くの提案がなされている
が、特に一般式（１）のエポキシ樹脂や、一般式（２）
のフェノール樹脂は、その可撓性、低吸湿性において特
徴があり、好適であることが知られている。

【０００４】しかしながら、一般式（１）のエポキシ樹
脂や、一般式（２）のフェノール樹脂を硬化剤として用
いた樹脂組成物では、エポキシ基もしくはフェノール性
水酸基等の官能基密度が低く可撓性を有すること、反応
点である官能基の間に剛直な構造が存在するために立体
障害の影響により、成形時の硬化が遅く、従って熱時硬
度が低く、離型の際に成形品が金型に付着したり、成形
品が破損するといった現象がみられる。これらの成形作
業性改善のため、より離型性の向上したエポキシ樹脂組
成物が望まれている。又耐半田特向上のために無機充填
材量が多くなると、各成分の加熱混練時に樹脂成分と無
機充填材が均一に分散しにくくなってくる。その結果、
混練が不十分である樹脂組成物を用いて半導体素子を封
止すると、成形品にボイドが生じたりする。更に、比較
的低温でも触媒活性を有する、例えばトリフェニルホス
フィンや１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデ
セン−７等の硬化促進剤を単独で使用した場合、加熱混
練時に、エポキシ樹脂とフェノール樹脂の架橋反応が進
行してしまうため、所定の流動性が発現しなくなる。そ
の結果、流動性に劣る樹脂組成物で半導体素子を封止す
ると、成形品内部の金線に変形が生じたり、充填不良が
生じるおそれがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、成形性が良
好で、かつ吸湿後の半田処理、温度サイクルにおいても
硬化物の半導体装置にクラックや基材との剥離が発生し
ない耐半田性にも優れる樹脂組成物を目的としてなされ
たものである。

【０００６】

【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）溶融シリカ粉
末、（Ｄ）一般式（３）で示される硬化促進剤、及び
（Ｅ）長鎖脂肪酸、長鎖脂肪酸アミドから選択される１
種以上の離型剤を必須成分とし、一般式（１）で示され
るエポキシ樹脂、又は一般式（２）で示されるフェノー
ル樹脂から選択される少なくとも１種以上を含むエポキ
シ樹脂組成物を加熱溶融混合させ、更に（Ｆ）長鎖脂肪
酸エステル、長鎖脂肪酸金属塩、酸化ポリオレフィン、
酸化パラフィン類から選択される１種以上を含むことを
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である。

【化４】 （ｎは平均値で、１〜５の正数）

【０００７】

【化５】 （ｎは平均値で、１〜５の正数）

【０００８】

【化６】 （Ｒ₁は、フェニル基、又はナフチル基である。）

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に本発明を詳細に説明する。
本発明に用いられるエポキシ樹脂は、エポキシ基を有す
るモノマー、オリゴマー、ポリマー全般を指し、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、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、ビスフェノール
Ｆ型エポキシ樹脂などの結晶性エポキシ樹脂、ビスフェ
ノールＡ型エポキシ樹脂、オルソ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、ナフトール型エポキシ樹脂、一般式（１）で示され
るジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂
等が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は、単独もしく
は混合して用いても差し支えない。これらの内で、好ま
しいエポキシ樹脂としては、一般式（１）で示されるエ
ポキシ樹脂である。一般式（１）で示されるエポキシ樹
脂は、１分子中にエポキシ基を２個以上有するエポキシ
樹脂であり、エポキシ基間に疎水性構造を有している。
フェノール樹脂との硬化物は架橋密度が低く、かつ疎水
性の構造を多く有することから吸湿率が低いため、エポ
キシ樹脂組成物の成形時の熱応力或いは成形品である半
導体装置の吸湿後の半田処理における発生熱応力を低減
し、基材との密着性に優れる。一方、エポキシ基間に疎
水性構造が存在することにより、架橋密度が低い割には
耐熱性の低下が少ないという特徴を有している。

【００１０】本発明に用いられるフェノール樹脂は、フ
ェノール性水酸基を有するモノマー、オリゴマー、ポリ
マー全般を指し、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、テルペン変性フェノール樹
脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、ビスフ
ェノールＡ、トリフェノールメタン、一般式（２）で示
されるフェノールアラルキル樹脂等が挙げられる。樹脂
組成物の硬化物の低吸湿性や基材との密着性の向上のた
めには水酸基当量が１３０〜２１０の範囲のフェノール
樹脂が好適である。又、これらのエポキシ樹脂は、単独
もしくは混合して用いても差し支えない。これらのフェ
ノール樹脂の内では、一般式（２）で示されるフェノー
ル樹脂が好ましい。一般式（２）で示されるエポキシ樹
脂は、フェノール性水酸基間に疎水性構造を有しおり、
一般式（１）のエポキシ樹脂と組み合わせることによ
り、半導体装置の低吸湿性、吸湿後半田処理での耐半田
性、耐温度サイクル性、密着性等の信頼性で最大の効果
が得られる。本発明のエポキシ樹脂組成物は、一般式
（１）で示されるエポキシ樹脂、及び一般式（２）で示
されるフェノール樹脂を少なくとも１種以上含むことが
必須である。

【００１１】本発明に用いられる溶融シリカ粉末として
は、例えば、火炎中で溶融された天然シリカ、及び、テ
トラメトキシシラン、テトラエトキシシラン等を加水分
解して得られる合成シリカ等が挙げられる。又、その形
状・製法により球状シリカと破砕シリカがある。溶融シ
リカ粉末の配合量としては、全エポキシ樹脂組成物中に
７５〜９３重量％が好ましい。７５重量％未満だと、樹
脂組成物の硬化物の吸湿量が増大し、しかも半田処理温
度での強度が低下してしまうため、半田処理時に半導体
装置にクラックが発生し易くなり好ましくない。一方、
９３重量％を越えると樹脂組成物の成形時の流動性が低
下し、未充填やチップシフト、パッドシフトが発生し易
くなり好ましくない。特に溶融シリカ粉末を高充填する
ためには、球状のものが好ましい。又、粒度分布として
は広いものが、成形時の樹脂組成物の溶融粘度を低減す
るために有効である。

【００１２】本発明に用いられる一般式（３）で示され
る硬化促進剤は、潜伏性硬化促進剤であり、比較的低温
域においては触媒活性を示さず、樹脂組成物の硬化反応
が進むことがない。即ち、各成分の加熱混練時に、一部
の架橋反応が速やかに進むことがなく所定の流動性を保
持し、かつ樹脂組成物の常温保存性にも優ていれる。更
に成形時の高温域では従来の硬化促進剤よりも強い触媒
活性を示し、樹脂組成物を高度に硬化させる。本発明に
用いられる硬化促進剤の配合量としては、全エポキシ樹
脂と全フェノール樹脂の合計量１００重量部あたり０．
４〜２０重量部が好まい。０．４重量部未満だと、加熱
成形時に充分な硬化性が得られないおそれがあり、一方
２０重量部を越えると、硬化が速すぎて成形時に流動性
の低下による充填不良等を生じるおそれがあるので好ま
しくない。又一般式（３）の硬化促進剤の特性を損なわ
ない範囲で、トリフェニルホスフィン、１，８−ジアザ
ビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７等の他の硬化促
進剤と併用してもよい。

【００１３】本発明に用いられる離型剤は第１群とし
て、ステアリン酸、モンタン酸、パルチミン酸などの長
鎖脂肪酸、Ｎ−ステアリルステアリン酸アミド、エチレ
ンビスステアリン酸アミド、Ｎ，Ｎ’−ジステアリルセ
バシン酸アミド、ｍ−キシリレンビスステアリルアミド
等の長鎖脂肪酸アミドが挙げられる。この第１群の離型
剤はエポキシ樹脂組成物に予め混合し、加熱混練するこ
とで組成物中に溶融、又は分散させる。これらの離型剤
は一般式（１）のエポキシ樹脂、又は一般式（２）のフ
ェノール樹脂との相溶性に優れ、加熱混練時の樹脂組成
物の溶融粘度を下げ、樹脂組成物の均一性を向上させる
効果や得られた樹脂組成物の成形時の流動性を向上し、
薄型半導体装置の充填性を向上させる効果があるが、一
方金型表面への離型剤の移行が少なく、これらのみでは
十分な離型効果が得られない。又加熱混練されたエポキ
シ樹脂組成物を冷却、粉砕して得られる粉体にこれら離
型剤を混合した場合は、成形時にこれら離型剤からの溶
融物が金型を汚染し、成形品表面も汚染する。

【００１４】本発明に用いられる離型剤は、第２群とし
てカルナバワックス、モンタン酸エステル等の長鎖脂肪
酸エステル類、ステアリン酸やモンタン酸等の長鎖脂肪
酸のカルシウム塩、亜鉛塩などの長鎖脂肪酸の金属塩、
及び酸化ポリオレフィン、酸化パラフィン類から選択さ
れる。第２群の離型剤の内、エポキシ樹脂組成物と加熱
混練して溶融、分散させると、樹脂との相溶性が高い離
型剤では、成形時に金型表面や成形品表面への移行が困
難なため離型性が不十分となる。一方、相溶性の低い長
鎖脂肪酸エステル類や長鎖脂肪酸の金属塩等の離型剤で
は、エポキシ樹脂組成物中での均一分散が困難で、成形
時に部分的にしみだして金型や成形品表面を汚染した
り、或いは半導体素子やリードフレーム等の半導体装置
内の基材とエポキシ樹脂組成物の硬化物との界面に集中
することにより、基材との密着性を低下させてしまう問
題があり、多量に配合することができない。これら第２
群の離型剤の問題点を解決するために、この第２群の離
型剤は加熱溶融混練された第１群の離型剤を含むエポキ
シ樹脂組成物を混練後冷却し、粉砕して得られる粉末に
粉体として添加され、十分に混合して配合されることが
必要である。これにより、金型表面への離型剤の移行が
効率的に行われ、離型性に優れ、かつ樹脂への溶け込み
が殆どないために流動性の低下が少ない。本発明の第２
群の離型剤は、その一部を第１群と同時に添加し、エポ
キシ樹脂組成物と加熱混練することも可能である。

【００１５】本発明の樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｆ）成
分の他、必要に応じて臭素化エポキシ樹脂、三酸化アン
チモン等の難燃剤、ポリシロキサン化合物に代表される
低応力剤、カップリング剤、カーボンブラックに代表さ
れる着色剤等が適宜配合可能である。本発明の樹脂組成
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従
来の成形方法で硬化成形すればよい。

【００１６】以下、本発明を実施例で具体的に説明す
る。配合単位は重量部とする。 実施例１ 式（１）のエポキシ樹脂（エポキシ当量２６０、軟化点６５℃） ５．９重量部 式（２）のフェノール樹脂（水酸基当量１７５、軟化点７５℃） ４．０重量部 球状溶融シリカ粉末 ８７．２重量部 式（３）の硬化促進剤（Ｒ₁は、ナフチル基） ０．２重量部 ステアリン酸 ０．１重量部 臭素化エポキシ樹脂 ０．５重量部 三酸化アンチモン １．３重量部 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 をミキサーを用いて混合した後、表面温度が９０℃と４
５℃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、樹脂組成物粉末を得た。次
にこの樹脂組成物粉末に、更にステアリン酸亜鉛０．２
重量部を添加し、ミキサーを用いて十分混合した。得ら
れた樹脂組成物を以下の方法で評価した。結果を表１に
示す。

【００１７】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７０ｋｇ／ｃｍ²、硬化時間２分で測定した。
単位はｃｍ。 離型性：１００ピンＴＱＦＰ（パッケージサイズは１４
×１４ｍｍ、厚み１．４ｍｍ、シリコンチップサイズは
８．０×８．０ｍｍ、リードフレームは４２アロイ製）
を、金型温度１７５℃、射出圧力７５ｋｇ／ｃｍ²、硬
化時間２分でトランスファー成形した。成形後、金型が
開いた際の金型からの離型性を評価した。○は離型性良
好を示し、×は金型付着、又はランナー折れが発生した
ことを示す。 金型汚れ：離型性を評価した金型で、エポキシ樹脂組成
物を上記条件で連続１００回成形し、成形後の金型の表
面を目視で観察した。金型表面に変色が認められた場合
を×、変化がなかった場合を○で表示した。 耐半田性：離型性評価で得られた１００ピンＴＱＦＰ成
形品を１７５℃、８時間で後硬化させた。この半導体パ
ッケージを８５℃、相対湿度８５％の環境下で１６８時
間放置し、その後２４０℃の半田槽に１０秒間浸漬し
た。顕微鏡で外部クラックを観察し、クラック数［（ク
ラック発生パッケージ数）／（全パッケージ数）×１０
０］を％で表示した。又、チップと樹脂組成物との剥離
面積の割合を超音波探傷装置を用いて測定し、剥離率
［（剥離面積）／（チップ面積）×１００］として、５
個のパッケージの平均値を求め、％で表示した。 耐温度サイクル性：耐半田性評価と同様に封止したテス
ト用素子を、−６５℃〜１５０℃で１０００サイクル繰
り返し、パッケージクラックの有無を判定、（クラック
数／サンプル数）で表示した。

【００１８】実施例２〜４ 表１に示す割合で各成分を配合し、実施例１と同様にし
て樹脂組成物を得、実施例１と同様にして評価した。結
果を表１に示す。 比較例１〜６ なお、比較例６に用いたエポキシ樹脂は、オルソクレゾ
ールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２００、
軟化点６０℃）で、比較例６に用いたフェノール樹脂
は、フェノールノボラック樹脂（水酸基当量１０５、軟
化点８０℃）である。実施例、比較例に用いた離型剤
は、前記のように加熱溶融混練時に添加配合される離型
剤を第１群、加熱溶融混練後に添加配合される離型剤を
第２群として、表１、表２に示した。

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】

【発明の効果】本発明のエポキシ樹脂組成物は、離型性
に優れ、これを用いて封止された半導体装置は、吸湿後
の耐半田性、耐温度サイクル性に優れいる。

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｃ０８Ｌ 63/00 Ｃ０８Ｌ 63/00 Ｃ Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31 Ｆターム(参考） 4J002 BB253 CC042 CC052 CD041 CD051 CD061 CD071 CE002 DJ016 EF058 EG038 EH038 EP018 EU137 EW017 EW177 FD016 FD157 FD163 FD168 GQ05 4J036 AC02 AC05 AD07 AD08 AD10 AE07 AF05 AF08 DD07 FA05 FA10 FA12 FB02 FB06 FB07 FB08 GA23 JA07 4M109 AA01 BA01 CA21 EA02 EB03 EB04 EB09 EB13 EC05

Claims (2)

【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）溶融シリカ粉末、（Ｄ）一般式（３）で示
   される硬化促進剤、及び（Ｅ）長鎖脂肪酸、長鎖脂肪酸
   アミドから選択される１種以上の離型剤を必須成分と
   し、一般式（１）で示されるエポキシ樹脂、又は一般式
   （２）で示されるフェノール樹脂から選択される少なく
   とも１種以上を含むエポキシ樹脂組成物を加熱溶融混合
   させ、更に（Ｆ）長鎖脂肪酸エステル、長鎖脂肪酸金属
   塩、酸化ポリオレフィン、酸化パラフィン類から選択さ
   れる１種以上を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】 （ｎは平均値で、１〜５の正数） 【化２】 （ｎは平均値で、１〜５の正数） 【化３】 （Ｒ₁は、フェニル基、又はナフチル基である。）
2. 【請求項２】 請求項１記載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。