JP2001279056A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

半導体封止用エポキシ樹脂組成物

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JP2001279056A
JP2001279056A JP2000096507A JP2000096507A JP2001279056A JP 2001279056 A JP2001279056 A JP 2001279056A JP 2000096507 A JP2000096507 A JP 2000096507A JP 2000096507 A JP2000096507 A JP 2000096507A JP 2001279056 A JP2001279056 A JP 2001279056A
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resin composition
elastomer
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inorganic filler
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Tetsuya Saegusa
哲也 三枝
Atsuto Tokunaga
淳人 徳永
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Abstract

(57)【要約】 【課題】良好な流動性・成形性を持つ半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物に低い成形収縮率をもたせることによ
り、極めて高い精度の成形性を達成する。 【解決手段】エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、エラ
ストマーおよび硬化促進剤を含有する樹脂組成物であっ
て、無機充填材の含有量が全組成物に対して75〜94
重量%、エラストマーの含有量が全組成物に対して0.
1〜10重量%、かつ該樹脂組成物の硬化物の成形収縮
率が0.5%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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物に関するものである。さらに詳しくは、
良好な流動性・成形性を持ち、かつ従来の封止樹脂より
低い成形収縮率をもつことにより、極めて高い精度の成
形性を有するエポキシ樹脂組成物に関する発明である。
【0002】
【従来の技術】エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無
機充填材を主成分として配合したエポキシ樹脂組成物は
半導体装置用の封止樹脂として優れた性能を有する。近
年の急速な半導体の高集積化に対する要求は、半導体装
置の大型化や薄型化、半導体装置内部の半導体素子の小
型化をもたらしたが、このことは半導体装置の部材間の
熱膨張率により生じる応力歪みを大きくし、半導体装置
のそりや膨れ、封止樹脂と部材との剥離が発生するなど
の問題を生じている。
【0003】特に熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂は硬
化することにより収縮が生じ、応力歪みの主要因になっ
ている。これらの問題を解決するために低粘度のエポキ
シ樹脂を用いてエポキシ樹脂組成物中の無機充填材の高
充填化が行われている。しかしながら上記の問題を解決
するために無機充填材を大量に添加していくと、樹脂の
流動性・成形性の悪化をともなうため、半導体封止用エ
ポキシ樹脂としては、無機充填材を全組成物の94%以
上に添加していくことはできず、満足のゆくものが得ら
れていなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、良好な流動
性・成形性を有する、特に極めて高い精度の成形性を有
する封止材を提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記課題を達成するた
め、本発明は主として下記の構成からなる。
【0006】すなわち、「エポキシ樹脂、硬化剤、無機
充填材、エラストマーおよび硬化促進剤を含有する樹脂
組成物であって、無機充填材の含有量が全組成物に対し
て75〜94重量%、エラストマーの含有量が全組成物
に対して0.1〜10重量%、かつ該樹脂組成物の硬化
物の成形収縮率が0.5%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。」である。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を詳述する。
【0008】本発明におけるエポキシ樹脂組成物は、そ
の硬化物の成形収縮率が0.5%以下であることが必要
である。成形収縮率が0.5%以下とすることにより半
導体装置の部材間の熱膨張率により生じる応力歪みを小
さくし、半導体装置のそりや割れ、封止樹脂と部材との
剥離の発生を少なくすることができる。
【0009】本発明におけるエポキシ樹脂組成物には、
エポキシ樹脂が配合される。エポキシ樹脂としては、例
えばビフェニル型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック
型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹
脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノール
F型エポキシ樹脂、トリフェノール型エポキシ樹脂、ナ
フタレン型エポキシ樹脂およびハロゲン化エポキシ樹脂
などが挙げられる。また、2種以上のエポキシ樹脂を併
用してもよい。
【0010】この中でも硬化物のガラス転移点が160
℃以下の樹脂、特に式(2)にしめされるビフェニル型
のエポキシ樹脂を使用した封止樹脂は、エラストマーと
の組み合わせにより成形収縮率が顕著に減少するため好
ましい。
【0011】
【化2】 (ただし、R1〜R8は水素原子、炭素数1〜4のアルキ
ル基またはハロゲン原子である。) 本発明において、エポキシ樹脂の配合量は通常2〜20
重量%、好ましくは2〜15重量%である。
【0012】本発明で用いられる硬化剤としては、エポ
キシ樹脂と反応して硬化させるものであればとくに限定
されず、これらの具体例としては、たとえばフェノール
ノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ポリビニ
ルフェノールなどの各種多価フェノール化合物、無水マ
レイン酸、無水フタル酸、無水ピロメリット酸などの酸
無水物、およびメタフェニレンジアミン、ジアミノジフ
ェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホンなどの芳香
族ジアミンなどが挙げられる。なかでも式(3)にしめ
されるトリフェノールメタン型の硬化剤は成形収縮率の
低下に効果がある。
【0013】
【化3】 (ただし、Rは水素原子、メチル基またはメトキシ基で
ある。) 本発明において、硬化剤の配合量は通常2〜20重量
%、好ましくは2〜15重量%である。
【0014】本発明において、エポキシ樹脂と硬化剤の
配合比に関してはとくに制限はないが、機械的性質およ
び耐湿信頼性の点から、エポキシ樹脂に対する硬化剤の
化学当量比が0.5〜1.5、とくに0.8〜1.2の
範囲にあることが好ましい。
【0015】本発明のエポキシ樹脂組成物には、エラス
トマーが配合される。配合されるエラストマーは特に限
定されず、これらの具体例としては、エチレン・エチル
アクリレート共重合樹脂、エチレン・酢酸ビニル共重合
樹脂、ブタジエン−ニトリルゴム、ポリウレタン、アク
リロニトリル−ブタジエンゴム、シリコンゴム、ポリエ
チレン、ポリプロピレン、ポリブタジエン、シリコーン
ゴム、オレフィン系共重合体、ニトリルゴム、ポリブタ
ジエンゴムやその変性物などが挙げられる。この中でも
下記式(1)で示される重合体、さらに具体的にはエチ
レン・エチルアクリレート共重合樹脂、エチレン・ビニ
ル酢酸共重合体樹脂が特に好ましい。これらのエラスト
マーの添加量は、封止樹脂組成物中0.1〜10重量%
であることが必要であり、0.3〜5重量%が好まし
い。以上のようにエラストマーを添加することにより、
成型品の成形収縮率を0.5%以下に押さえることがで
き、成形性を向上させることができる。
【0016】
【化4】 (ただし、Rはエステル基を含む炭素数1〜6の有機基
である。)
【0017】また、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂
組成物においては、上記エポキシ樹脂と硬化剤との反応
を促進させるための硬化促進剤が配合される。硬化促進
剤は硬化反応を促進するものならばとくに限定されず、
その具体例としては、たとえばイミダゾール化合物、ア
ミン化合物、有機金属化合物、およびトリフェニルホス
フィン、トリフェニルホスフィントリフェニルボラン、
テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレー
ト、トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、ト
リブチルホスフィン、トリ(p−メチルフェニル)ホス
フィンおよびトリ(ノニルフェニル)ホスフィンなどの
有機ホスフィン化合物などが挙げられる。
【0018】これら硬化促進剤の中でも反応性の点から
トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスホニウム
・テトラフェニルボレートや1,8−ジアザビシクロ
(5,4,0)ウンデセン−7が好ましく用いられる。
これらの硬化促進剤は、用途によっては2種以上を併用
してもよく、その添加量は、エポキシ樹脂100重量%
に対して0.01〜10重量%の範囲が好ましい。
【0019】本発明のエポキシ樹脂組成物では充填材が
配合される。これには非晶性シリカ、結晶シリカ、炭酸
カルシウム、炭酸マグネシウム、アルミナ、マグネシ
ア、クレー、タルク、ケイ酸カルシウム、酸化チタン、
酸化アンチモン、アスベスト、ガラス繊維などが挙げら
れるが、なかでも非晶性シリカは線膨張係数を低下させ
る効果が大きく、低応力化に有効なため好ましく用いら
れる。非晶シリカの例としては、石英を融解して製造し
た溶融シリカや、各種合成法で製造された合成シリカが
挙げられ、破砕状のものや球状のものが用いられる。
【0020】この中でも特に流動性向上の点から、球状
シリカが望ましく、その形状は流動性改善のためには真
球に近いことが望ましい。また充填材中の粒径が3μm
以下の微粉の量は3〜45重量%であることが望まし
く、好ましくは10〜35%である。
【0021】本発明において、充填材の配合量はエポキ
シ樹脂組成物全体の75〜94重量%であることが必要
であり、好ましくは80〜94重量%である。
【0022】本発明では、シランカップリング剤、チタ
ンカップリング剤などのカップリング剤を配合すること
ができる。これらのカップリング剤で充填材を他の構成
成分とブレンドする以前に処理しておくことが好まし
い。シランカップリング剤としては、アルコキシ基、ハ
ロゲン原子、アミノ基などの加水分解性基および有機基
がケイ素原子に直結したもの、およびその部分加水分解
縮合物が一般的に用いられる。
【0023】本発明のエポキシ樹脂組成物は、さらにハ
ロゲン化エポキシなどのハロゲン化合物、リンなどの難
燃剤、アンチモン化合物等の難燃助剤、カーボンブラッ
クや各種着色剤、長鎖脂肪酸およびその誘導体、パラフ
ィンワックスおよびポリエチレンワックスなどの各種離
型剤、およびハイドロタルサイト類などのイオン補足
剤、有機過酸化物などの各種添加剤を任意に含有するこ
とができる。
【0024】本発明のエポキシ樹脂組成物は、溶融混練
によって製造することが好ましく、たとえばバンバリー
ミキサー、ニーダー、ロール、単軸もしくは二軸の押出
機およびコニーダーなどの公知の混練方法を用いて溶融
混練することにより製造される。
【0025】また、本発明のエポキシ樹脂組成物は、そ
の構成成分においてたとえばエポキシ樹脂、硬化剤、硬
化促進剤、充填剤、エラストマーおよびカップリング剤
の種類や含有量、物性などの調整により達成される。
【0026】例えば、シリカ80重量%前後の場合、式
(2)のエポキシ、式(3)の硬化剤を当量比1.0前後
で用いた場合、式(1)のエラストマーを0.1〜 3重量
%含有させることにより達成される。
【0027】
【実施例】以下、実施例により本発明をさらに具体的に
説明する。
【0028】表1のエポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進
剤、無機充填材、シランカップリング剤およびその他の
添加剤を、それぞれ表2の実施例1−8、比較例1−4
に示した組成比でミキサーによってドライブレンドし
た。これらの混合物を、各々ロール温度90℃のミキシ
ングロールを用いて5分間加熱混練後、冷却粉砕して、
エポキシ樹脂組成物を製造した。
【0029】こうして製造したエポキシ樹脂組成物を成
形温度175℃、成形時間2分の条件でトランスファー
成形をし、175℃、12時間の後硬化処理をおこない
各種試験用硬化物を作成した。
【0030】スパイラルフロー:EMMI標準に準拠
し、スパイラルフロー専用金型を用い、175℃でのト
ランスファー成形時の試料の流れ長さ(cm)を測定し
た。
【0031】成形収縮率:直径100mmの円盤の成形金
型を175℃に加熱し、その内径を測定する。この値を
D1とする。この金型を使用し175℃、注入圧力50
kgf/cm2、成形時間2分で樹脂組成物の成型品を作製す
る。この成型品の後硬化を175℃、12時間行った
後、室温での成型品の直径を測定する。このときの値を
D2とする。成形収縮率はこのとき次の式で求められ
る。 成形収縮率(%)={(D1−D2)/D1}×100
【0032】パッケージ充填性:160pinQFPを
成形・後硬化処理の後に目視および顕微鏡を用いて観察
し、未充填・ボイドの有無を調べ、直径0.1mm以上の
ものがあるパッケージを不良とした。
【0033】半田耐熱性:160pinQFPを10個
成形し、85℃/85%RHで168時間加湿後、最高
温度245℃のIRリフロー炉で2分間加熱処理し、外
部クラック発生の有無を調べた。
【0034】
【表1】
【0035】
【表2】
【0036】表2より明らかなように、実施例1〜8の
エポキシ樹脂組成物は、流動性の指針であるスパイラル
フロー長さ、成形収縮率、成形性をあらわすパッケージ
充填性、半田耐熱性の各物性について優れている。一
方、比較例1、2は成形収縮率、半田耐熱性に劣り、比
較例3はパッケージ充填性、半田耐熱性に劣り、比較例
4は流動性、パッケージ充填性に劣り、特にパッケージ
充填性に関しては樹脂がシリコンチップを覆わなかった
ので、半田耐熱性試験はおこなえなかった。
【0037】
【発明の効果】本発明に従うと、従来の技術では得るこ
とのできなかった、良好な流動性・成形性を持ち、従来
の封止樹脂より低い成形収縮率をもつエポキシ樹脂組成
物を得ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── 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 21/00 C08L 21/00 H01L 23/29 H01L 23/30 R 23/31 Fターム(参考) 4J002 AC073 BB033 BB063 BB073 BB123 BC122 BN153 CC042 CD041 CD051 CD061 CD071 CD121 CK023 CP033 DE076 DE126 DE136 DE146 DE236 DJ006 DJ016 DJ026 DJ036 DJ046 DL006 EL137 EL147 EN008 EN077 EU118 EU138 EV227 EW018 EY018 EZ008 FA046 FA086 FD016 FD090 FD130 FD142 FD147 FD158 FD160 GQ05 4J036 AA01 AD07 DA05 DB20 DB22 DC02 DC10 DC41 DC46 DD04 DD07 FB02 FB05 FB08 FB10 FB16 GA06 GA07 JA07 4M109 CA21 EA03 EA06 EB03 EB04 EB12 EB19 EC20

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、エラ
    ストマーおよび硬化促進剤を含有する樹脂組成物であっ
    て、無機充填材の含有量が全組成物に対して75〜94
    重量%、エラストマーの含有量が全組成物に対して0.
    1〜10重量%、かつ該樹脂組成物の硬化物の成形収縮
    率が0.5%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。
  2. 【請求項2】エポキシ樹脂がビフェニル型エポキシを含
    むことを特徴とする請求項1に記載の半導体封止用エポ
    キシ樹脂組成物。
  3. 【請求項3】硬化剤がトリフェノールメタン型硬化剤を
    含むことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体
    封止用エポキシ樹脂組成物。
  4. 【請求項4】エラストマーが式(1)に示す重合体を含
    むことを特徴とする請求項1〜3に記載の半導体封止用
    エポキシ樹脂組成物。 【化1】 (ただし、Rはエステル基を含む炭素数1〜6の有機基
    である。)
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