JP2001279059A - エポキシ系樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】信頼性及び成形性に優れたエポキシ樹脂組成物
およびそれにより半導体素子が封止された半導体装置を
提供すること。 【解決手段】エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、充填
材（Ｃ）からなるエポキシ樹脂組成物であって、フロー
テスターによる溶融粘度曲線において、次（１）に示す
特徴を有することを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
（１）最低溶融粘度を示す点を点ａ、点ａより５秒後の
点を点ｂ、点ａと点ｂを結ぶ直線を直線ａｂとしたと
き、直線ａｂの傾きが３．５以下

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成形性および信頼
性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物およびそれ
を用いて得られる半導体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エポキシ樹脂は耐熱性、耐湿性、電気特
性および接着性などに優れており、さらに配合処方によ
り種々の特性が付加できるため、塗料、接着剤、電気絶
縁材料など工業材料として利用されている。

【０００３】例えば、半導体装置などの電子回路部品の
封止方法として、従来より金属やセラミックスによるハ
ーメッチックシールとフェノール樹脂、シリコーン樹
脂、エポキシ樹脂などによる樹脂封止が提案されてお
り、一般にこのような封止に使用される樹脂を封止材樹
脂と呼んでいる。その中でも、経済性、生産性、物性の
バランスの点からエポキシ樹脂による樹脂封止が最も盛
んに行われている。そして、エポキシ樹脂による封止方
法は、エポキシ樹脂に硬化剤、充填材などを添加した組
成物を用い、半導体素子を金型にセットしてトランスフ
ァー成型法などにより封止する方法が一般的に行われて
いる。

【０００４】最近はプリント基板への半導体装置パッケ
ージの実装において高密度化、自動化が進められてお
り、従来のリードピンを基板の穴に挿入する“挿入実装
法式”に代わり、基板表面に半導体装置パッケージを半
田付けする“表面実装方式”が盛んになってきた。それ
に伴い、半導体装置パッケージも従来のＤＩＰ（デュア
ル・インライン・パッケージ）から、高密度実装・表面
実装に適した薄型のＦＰＰ（フラット・プラスチック・
パッケージ）に移行しつつある。その中でも最近では、
高実装技術の進歩、微細加工技術の進歩により、厚さ1.
4mm以下のＴＳＯＰ、ＴＱＦＰ、ＬＱＦＰが主流とな
り、パッケージの薄型化が進行しつつある。またそれに
伴いパッケージ構造も複雑になる傾向にある。そのた
め、成形時に巻き込みボイドが発生じやすくなりつつあ
る。パッケージ内部はリードフレーム、半導体素子、ボ
ンディングワイヤーなどにより構成されているが、巻き
込みボイドとはボンディングワイヤーの形状の複雑化、
本数の増加、リードフレーム形状の複雑化などにより、
金型中を樹脂流れ充填される過程で、溶融した樹脂中に
空気を巻き込む現象である。

【０００５】一般に巻き込みボイドを低減するには樹脂
の溶融粘度を高くする方法がこれまでとられてきたが、
これらこれまでの方法では、厚さ1.4mm以下のＴＳＯ
Ｐ、ＴＱＦＰ、ＬＱＦＰなど薄型パッケージにおいては
未充填が生じるという問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上の状況に鑑み、本
発明の課題は、上述したエポキシ樹脂組成物が有する問
題を解決し、特に薄型パッケージにおいて、信頼性が高
いだけでなく、ボイドが生じないという成形性にも優れ
た樹脂組成物および半導体装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上述した従来技
術における問題点の解決を課題として検討した結果達成
されたものである。

【０００８】すなわち本発明は、主として次の構成を有
する。すなわち、「エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤
（Ｂ）、充填材（Ｃ）からなるエポキシ樹脂組成物であ
って、フローテスターによる溶融粘度曲線において、次
（１）に示す特徴を有することを特徴とするエポキシ樹
脂組成物。 （１）最低溶融粘度を示す点を点ａ、点ａより５秒後の
点を点ｂ、点ａと点ｂを結ぶ直線を直線ａｂとしたと
き、直線ａｂの傾きが３．５以下」である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を記述する。
なお、本発明において「重量」とは、「質量」を意味す
る。

【００１０】本発明におけるエポキシ樹脂組成物には、
エポキシ樹脂（Ａ）が配合される。このようなものとし
ては、１分子中にエポキシ基を２個以上有するものであ
れば特に限定されない。たとえば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、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ
樹脂、ビスフェノールＡやレゾルシンなどから合成され
る各種ノボラック型エポキシ樹脂、線状脂肪族エポキシ
樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂、ハ
ロゲン化エポキシ樹脂などが挙げられる。また２以上の
エポキシ樹脂を併用してもよい。これらの中でビフェニ
ル型エポキシ樹脂は信頼性の点で特に好ましい。

【００１１】本発明においてエポキシ樹脂（Ａ）の配合
量は、全樹脂組成物に対して通常２．５〜５．０重量％
である。

【００１２】本発明における硬化剤（Ｂ）としては、エ
ポキシ樹脂（Ａ）と反応して硬化させるものであれば特
に限定されず、それらの具体例としては、例えばフェノ
ールノボラック、クレゾールノボラックなどのノボラッ
ク樹脂、ビスフェノールＡなどのビスフェノール化合
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
どの芳香族アミン、フェノールアラルキル樹脂などがあ
げられる。なかでも、半導体装置封止用としては、耐熱
性、耐湿性および保存性に優れる点から、フェノールノ
ボラック、クレゾールノボラックなどのノボラック樹
脂、フェノールアラルキル樹脂が好ましく用いられ、２
種以上の硬化剤を併用しても良い。

【００１３】本発明において、硬化剤（Ｂ）の配合量と
しては、全樹脂組成物に対して通常２．５〜５．０重量
％である。さらには、エポキシ樹脂（Ａ）と硬化剤
（Ｂ）の配合比は、機械的性質および耐湿性の点から
（Ａ）に対する（Ｂ）の化学当量比が０．５〜１．３、
特に０．６〜１．０の範囲にあることが好ましい。

【００１４】また、本発明においてエポキシ樹脂（Ａ）
と硬化剤（Ｂ）の硬化反応を促進するため硬化触媒を用
いても良い。硬化触媒は硬化反応を促進するものであれ
ば特に限定されず、たとえば２−メチルイミダゾール、
２，４−ジメチルイミダゾール、２−エチル−４−メチ
ルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−フェ
ニル−４−メチルイミダゾール、２−ヘプタデシルイミ
ダゾールなどのイミダゾール化合物、トリエチルアミ
ン、ベンジルジメチルアミン、α−メチルベンジルメチ
ルアミン、２−（ジメチルアミノメチル）フェノール、
２，４，６−トリス（ジメチルアミノメチル）フェノー
ル、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン
−７などの３級アミン化合物、ジルコニウムテトラメト
キシド、ジルコニウムテトラプロポキシド、テトラキス
（アセチルアセトナト）ジルコニウム、トリ（アセチル
アセトナト）アルミニウムなどの有機金属化合物および
トリフェニルホスフィン、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、トリ（ノニルフェニル）
ホスフィン、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニ
ルボレートなどの有機ホスフィン化合物があげられる。
なかでも信頼性および成形性の点から有機ホスフィン化
合物が好ましく、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などが特に好
ましく用いられる。

【００１５】これらの硬化触媒は、用途によっては二種
以上を併用してもよく、その添加量はエポキシ樹脂
（Ａ）に対して０．１〜１０重量％の範囲が望ましい。

【００１６】本発明における充填材（Ｃ）としては、無
機質充填材が好ましく、具体的には溶融シリカ、結晶性
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、アスベスト、ガラス繊維などがあげられ
る。なかでも溶融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に好ましく用いられ
る。

【００１７】本発明において、充填材（Ｃ）の含有量
は、特に限定はしないが、好ましくは、エポキシ樹脂組
成物全体の８５〜９２重量％であり、より好ましくは８
７〜９２重量％である。充填剤（Ｃ）の含有量が８５重
量％以上であると封止樹脂の吸水率が小さく、十分なIR
リフロー耐性得ることができる。また９２重量％以下で
あれば接着性や充填性が低下することもない。

【００１８】本発明において、充填材（Ｃ）の粒度分布
は特に限定しない。また充填材（Ｃ）の形状については
球状であることが好ましく、なかでも充填剤（Ｃ）が球
状シリカを含有することが好ましい。一般に充填材
（Ｃ）の割合が大きくなるにつれて流動性などの成形性
は悪化するが、球状の充填材を使用することにより流動
性の悪化をより抑えることができる。

【００１９】本発明のエポキシ樹脂組成物には、カップ
リング剤を添加し、樹脂と充填材との結合を強化しても
よい。カップリング剤としてエポキシシラン、アミノシ
ラン、メルカプトシランなど、これら官能基を有する有
機基とアルコキシ基等の加水分解性基とがケイ素原子に
直結したシランカップリング剤が好ましく用いられる。
好ましくはエポキシシラン、アミノシランである。好ま
しい添加量としてエポキシ樹脂組成物全体に対し、１重
量％以下である。

【００２０】本発明のエポキシ樹脂組成物には、カーボ
ンブラック、酸化鉄などの着色剤、シリコーンゴム、ス
チレン系ブロック共重合体、オレフィン系重合体、変性
ニトリルゴム、変性ポリブタジエンゴムなどのエラスト
マー、ポリスチレンなどの熱可塑性樹脂、アルコキシシ
ラン系カップリング剤などのカップリング剤、長鎖脂肪
酸、長鎖脂肪酸の金属塩、長鎖脂肪酸のエステル、長鎖
脂肪酸のアミド、パラフィンワックスなどの離型剤およ
び有機過酸化物など架橋剤を任意に添加することができ
る。

【００２１】本発明のエポキシ系樹脂組成物は溶融混練
によって製造することが好ましい。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。

【００２２】本発明におけるフローテスターは、島津製
作所製のＣＦＴ−５００を指すが、同等の測定ができる
ものであればその他のフローテスターでもなんら差し支
えない。本発明におけるフローテスターの溶融粘度曲線
は以下の条件で測定して求められるものである。測定条
件はヒーター温度１７５℃、ダイ穴直径０．５mm、ダイ
穴長さ０．１mm、ピストン径１１mm、測定荷重５kgであ
る。測定の方法は１７５℃に加熱されたシリンダ内に直
径１cm、重量３ｇ、充填率９０％以上のタブレットを投
入し、直ちに測定を開始する。タブレットを投入時を時
間０とし、測定により得られる時間とピストン位置との
関係を示すデータをもとに、溶融粘度を算出する。

【００２３】本発明における溶融粘度曲線とは、横軸に
時間(秒）、縦軸に粘度（Pa・秒)をとり、１７５℃にお
ける粘度の経時変化を表したグラフであり、図１に溶融
粘度曲線の一例を示す。図１において、実線が溶融粘度
曲線である。点ａが最低溶融粘度を示す点であり、その
時の時間がｔである。時間ｔより５秒後の時間（ｔ＋
５）における溶融粘度曲線上の点が点ｂである。直線ａ
ｂを一点鎖線で示した。

【００２４】本発明における溶融粘度曲線の特徴として
は、つぎの条件を満たすものである。すなわち、最低溶
融粘度を示す点ａ、点ａより５秒後の点ｂを結ぶ直線ａ
ｂの傾きが３．５以下であるものである。ここで言う傾
きは、粘度（Pa・秒)を時間(秒）で割って求まる値であ
る。すなわち、直線ａｂの傾き＝[点ａの粘度（Pa・秒)
−点ｂの粘度（Pa・秒)]／５（秒）直線ａｂの傾きが
３.５を越える場合、単位時間当たりの溶融粘度上昇率
が大きく、金型への樹脂注入時に巻き込まれたボイドを
取り込んだまま硬化してしまい成形後ボイドとして残り
やすくなる。より好ましくは２.７以下である。

【００２５】本発明における最低溶融粘度を示す点とは
上記溶融粘度曲線において粘度が最小となる点、すなわ
ち点ａのことである。最低溶融粘度の値としては１２Pa
・秒以上が好ましい。１２Pa・秒以上であれば金型への
樹脂注入時、空気を巻き込みがより少なく、ボイドが発
生しにくい。

【００２６】また、最低溶融粘度を示すまで時間として
は、１３秒以上が好ましい。１３秒以上であればワイヤ
ースウィープを起こしにくい。より好ましくは１５秒以
上である。

【００２７】ここでワイヤースウィープとは、ボンディ
ングワイヤーが樹脂圧力により流れる現象である。

【００２８】また本発明のエポキシ樹脂組成物は、組成
においてたとえば硬化促進剤量、硬化剤粘度、エポキシ
粘度、などの微妙な調整により達成される。たとえば、
従来のエポキシ樹脂組成物における硬化促進剤の量を適
度に下げることが考えられる。この場合、硬化促進剤の
量をいくら下げてもよいというわけではなく、そのパッ
ケージの成形時間に見合った硬化促進剤量とするべきで
ある。すなわち金型が開きパッケージが取り出される時
には、パッケージがある程度硬化している必要がある。

【００２９】たとえば、エポキシ樹脂とフェノール系硬
化剤の含有量の合計が１０〜１１重量％である場合、硬
化促進剤量としては、０．０６重量％以上、０．２４重
量％未満であり、より好ましくは、０．０８重量％以
上、０．２重量％以下であり、さらに好ましくは、０．
０９重量％以上、０．１４重量％以下である。この場合
には、０．０６重量％以上とすれば、成形時間が３分以
内におさまり、また、０．２４重量％以下とすれば、直
線abの傾きが３．５を以下とすることができる。

【００３０】また、本発明のエポキシ樹脂組成物は、組
成においてたとえば硬化促進剤量、硬化剤粘度、エポキ
シ粘度、カップリング剤量などの微妙な調整により達成
される。たとえば、エポキシ樹脂組成物における硬化促
進剤の含有量を適度に下げることが考えられる。しか
し、単に硬化促進剤の含有量を下げればよいというわけ
ではなく、他の構成成分との兼ね合いや、そのパッケー
ジの成形時間に見合った硬化促進剤量とすることが重要
である。すなわち金型が開きパッケージが取り出される
時には、パッケージがある程度硬化している必要があ
る。

【００３１】以下、実施例により本発明を具体的に説明
する。

【００３２】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。

【００３３】なお、本発明で使用した原料を表１に、組
成物配合量及び評価結果を表２、３、４に示す。組成物
配合料の単位は重量％である。

【００３４】各成分を、表２、３、４に示した組成比
で、ミキサーによりドライブレンドした。これを、ロー
ル表面温度９０℃のミキシングロールを用いて５分間加
熱混練後、冷却、粉砕して半導体封止用のエポキシ樹脂
組成物を製造した。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【表２】

【００３７】

【表３】

【００３８】

【表４】

【００３９】この樹脂組成物を用いて、低圧トランスフ
ァー成形法により１７５℃、キュアータイム３分間の条
件で、表面にＡｌ蒸着した模擬素子を搭載した、チップ
サイズ１２×１２ｍｍの１６０ピンＬＱＦＰを成形し、
１８０℃、１２時間の条件でポストキュアして下記の物
性測定法により各樹脂組成物の物性を評価した。

【００４０】クラック発生率：１６０ピンＬＱＦＰを３
０個成形し、８５℃／８５％ＲＨで４８時間加湿後、最
高温度２４５℃のＩＲリフロー炉で加熱処理し、外部ク
ラックの発生したパッケージの個数から発生率を調べ
た。

【００４１】パッケージボイド：１６０ピンＬＱＦＰを
３０個成形した後に顕微鏡を用い、直径０．３mm以上ボ
イドの合計数を調べた。

【００４２】ワイヤースウィープ率：３０個の１６０ピ
ンＬＱＦＰ各パッケージにおいて、ボンディングワイヤ
ーにおける最大のワイヤースウィープ率をもとめ、全３
０パッケージの平均値を求めたもの。ここで言うワイヤ
ースウィープ率とは、図２に示すようにボンディングワ
イヤーの最大移動距離Ｍをボンディングワイヤー長Ｌで
割った値に１００をかけた値である。

【００４３】表２、３に実施例の評価結果を示す。表に
見られるように本発明のエポキシ樹脂組成物はパッケー
ジボイド、ワイヤースウィープ、クラック発生率におい
て優れていることがわかる。

【００４４】これに対して表４に示される比較例１〜５
では、パッケージボイドが著しく多く発生している。ま
た比較例６では、クラック発生率が高いことがわかる。
比較例７ではパッケージボイドが著しく多くしかもワイ
ヤースウィープも著しく大きいことがわかる。

【００４５】

【発明の効果】本発明のエポキシ樹脂組成物は成形性に
優れ、それを用い得られた半導体装置は信頼性に優れ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶融粘度曲線の一例を示すグラフ。

【図２】ワイヤースウィープ率の算出方法を示す概略
図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4J002 CC03X CC05X CC27X CD00W CD01W CD02W CD04W CD05W CD06W CD11W CD12W DE077 DE137 DE147 DE237 DJ007 DJ017 DJ027 DJ037 DJ047 DL007 EJ036 EL136 EL146 EN036 EV216 FA047 FD017 FD14X FD146 FD150 GJ02 GQ05 4M109 AA01 CA21 EA02 EA06 EB12 EC20

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、充填
   材（Ｃ）からなるエポキシ樹脂組成物であって、フロー
   テスターによる溶融粘度曲線において、次（１）に示す
   特徴を有することを特徴とするエポキシ樹脂組成物。 （１）最低溶融粘度を示す点を点ａ、点ａより５秒後の
   点を点ｂ、点ａと点ｂを結ぶ直線を直線ａｂとしたと
   き、直線ａｂの傾きが３．５以下
2. 【請求項２】直線ａｂの傾きが２．７以下であることを
   特徴とする請求項１に記載のエポキシ樹脂組成物。
3. 【請求項３】最低溶融粘度が１２Pa・秒以上であること
   を特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載のエポキシ
   樹脂組成物。
4. 【請求項４】最低溶融粘度を示すまで時間が１３秒以上
   であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載
   のエポキシ樹脂組成物。
5. 【請求項５】エポキシ樹脂組成物全体に対する充填材
   （Ｃ）の含有量が８５〜９２重量％含有することを特徴
   とする請求項１〜４記載のエポキシ樹脂組成物。
6. 【請求項６】請求項１〜５記載のエポキシ樹脂組成物に
   よって半導体素子が封止された半導体装置。