JP2001302767A

JP2001302767A - 半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物、半導体装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP2001302767A
Application number: JP2000124646A
Authority: JP
Inventors: Hirohisa Hino; 裕久日野; Taro Fukui; 太郎福井; Naoki Kanekawa; 直樹金川; Kenji Kitamura; 賢次北村; Shinji Hashimoto; 眞治橋本
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2000-04-25
Filing date: 2000-04-25
Publication date: 2001-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】常温で液状で低粘度で取扱性に優れ、ポット
ライフが長いという従来の液状封止材の利点を失うこと
なく、しかも、半導体の耐湿および耐熱信頼性に優れた
硬化物を得ることができる半導体封止用の液状エポキシ
樹脂組成物を提供する。また、このような液状エポキシ
樹脂組成物を用いた半導体装置とその製造方法を提供す
る。【解決手段】半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物
は、（Ａ）シアン酸エステル、（Ｂ）エポキシ樹脂、
（Ｃ）無機充填材、（Ｄ）金属キレートおよび／または
金属塩、および（Ｅ）ジヒドラジド化合物を含み、
（Ａ）成分および（Ｂ）成分の少なくとも一方が室温で
液体であり、各成分の配合割合が重量比で、（Ｃ）成分／組成物全量＝０．６０〜０．９５（Ａ）成分／（Ｂ）成分＝０．５０〜１．８２（Ｅ）成分／（組成物全量−（Ｃ）成分）＝０．０１〜
０．１５である。

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
止に使用される液状エポキシ樹脂組成物、これを用いて
封止されてなる半導体装置およびその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来エポキシ樹脂組成物は、優れた電気
的性能と接着力を有するため、電気・電子分野の種々の
用途に使用されている。特に半導体素子の封止には高い
封止信頼性が確保できるため、一般的に封止材料として
粉粒状の成形材料をトランスファー成形する方法や液状
のポッティング材料をディスペンス塗布する方法が広く
使われている。近年の電子機器のモバイル化、高機能化
に伴い、半導体パッケージの高集積化、高密度化、薄型
化、軽量化が必要になってきており、これらの要求に対
応して、エリアアレイ接続で高密度化を達成したＢＧＡ
（ボール・グリッド・アレイ）、ＣＳＰ（チップ・スケ
ール・パッケージ）、ＭＣＭ（マルチ・チップ・モジュ
ール）などの新しい半導体パッケージ形態が登場してき
ている。

【０００３】これらの新しい半導体パッケージの封止に
は、従来の粉粒状の封止材を用いた金型成形方式では薄
型化に限界があると共に、多ワイヤー数に起因するワイ
ヤースイープなどの問題があるため、液状の封止材が使
用され始めている。トランスファー成形方法は、封止材
をタブレットと呼ばれる圧縮した円柱状の形状にしてお
く必要があり、これを一度、金型内で溶解し液状化させ
てから封止する２段工程となっていたが、液状材ではそ
のまま封止ことかできる。このような利点を有する液状
封止方式であるが、使用される液状封止材は封止作業性
や信頼性の点で、金型成形される粉粒状封止材に比べて
劣っているという欠点があった。それは、粉粒状封止材
では硬化剤としてフェノール系硬化剤を用いるため、耐
湿信頼性試験をした場合に加水分解しにくい、素子との
接着力が高いという特徴に起因するものである。トラン
スファー成形方式に用いる封止材料は、常温では固型
（粉粒状）であり、フィラーの高充填化や樹脂の高Ｔｇ
化が可能であるため、優れた半田耐熱性や耐ヒートショ
ック性が発揮できる。

【０００４】それに対して、従来の液状封止材は、常温
では液状であること、さらには一液性でロングポットラ
イフであること、という制約があるために、用いられる
硬化剤および硬化促進剤の選定が限られており、一般的
にはアミン系や酸無水物が用いられている。しかし、ア
ミン系の硬化剤のうち、液状の芳香族アミン類はエポキ
シとの反応性が高すぎてポットライフが短く、Ｄｉｃｙ
（ジシアンジアミド）に代表される固形アミン類は、ポ
ットライフは長いが、反応開始温度が高すぎるという欠
点を有する。また、吸湿率が高く電気特性にも劣ってい
る。一方、酸無水物硬化剤は、硬化物の架橋構造中のエ
ステル構造が加水分解し易いため、耐湿信頼性に劣ると
共に、化学的な接着力も低いため耐熱信頼性も低い傾向
にあった。また、金型成形される粉粒状封止材において
用いられているフェノール系の硬化剤は常温で固体であ
り、液状エポキシと併用すると非常に高粘度となるた
め、フィラーを配合した液状封止材用途に用いることは
難しい。溶剤を添加して低粘度化を図ることもできる
が、溶剤に起因して硬化物中にボイドが発生しやすく、
外観不良や信頼性劣化が生じ、金型成形される粉粒状封
止材並みの特性を発揮することは難しい。さらに、これ
らの硬化剤系はどれも室温でのロングポットライフと高
温での速硬化性が両立せず、金型成形のような大量生産
封止には不向きであった。

【０００５】このような事情から、液状封止方式に対応
して、封止作業性が良好で、かつ金型成形される粉粒状
封止材と同等以上の封止信頼性および硬化性を持つ液状
封止材が強く望まれている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の事情
を踏まえてなされたものであり、常温で液状で低粘度で
取扱性に優れ、ポットライフが長いという従来の液状封
止材の利点を失うことなく、短時間で硬化し、しかも、
半導体の耐湿および耐熱信頼性に優れた硬化物を得るこ
とができる半導体封止用の液状エポキシ樹脂組成物を提
供することを課題とする。また、このような液状エポキ
シ樹脂組成物を用いて封止してなる半導体装置およびそ
の製造方法を提供することをも課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明にかかる半導体封止用の液状エポキシ樹脂組
成物は、（Ａ）シアン酸エステル、（Ｂ）エポキシ樹
脂、（Ｃ）無機充填材、（Ｄ）金属キレートおよび／ま
たは金属塩、および（Ｅ）ジヒドラジド化合物を含み、
（Ａ）成分および（Ｂ）成分のうちの少なくとも一方が
室温で液体であり、各成分の配合割合が重量比で、（Ｃ）成分／組成物全量＝０．６０〜０．９５（Ａ）成分／（Ｂ）成分＝０．５０〜１．８２（Ｅ）成分／（組成物全量−（Ｃ）成分）＝０．０１〜
０．１５であることを特徴とする。

【０００８】本発明にかかる半導体装置は、半導体素子
が上記液状エポキシ樹脂組成物により封止されてなるも
のである。本発明にかかる半導体装置の製造方法は、上
記半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物を金型を用いて
射出成形することにより半導体素子を封止する方法であ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明のエポキシ樹脂組成物は、
シアン酸エステルとエポキシ樹脂をベースとするもので
あり、（Ａ）シアン酸エステル、（Ｂ）エポキシ樹脂、
（Ｃ）無機充填材、（Ｄ）金属キレートおよび／または
金属塩、および（Ｅ）ジヒドラジド化合物を含むもので
ある。本発明では、樹脂組成物を液状とするために
（Ａ）成分と（Ｂ）成分を混合した場合に、室温で液状
であることが必要である。そのため、（Ａ）成分および
（Ｂ）成分の少なくとも一方が室温で液体であることが
必要である。

【００１０】（Ａ）成分のシアン酸エステルは、シアネ
ート基（−ＯＣＮ基）を有する化合物である。（Ａ）成
分のシアン酸エステルとしては、具体的には、室温下で
液状である４，４′−エチリデンビスフェニレンシアネ
ート（Ａ１）や、結晶性で室温では固体の２，２−ビス
（４−シアナトフェニル）プロパン、ビス（４−シアナ
ト−３，５−ジメチルフェニル）メタン、ビス（４−シ
アナト−フェニル）チオエーテル、などのシアン酸エス
テルポリマー及びこれらのモノマーを予備反応させてプ
レポリマー化させた重合物が例示できる。これらの中か
ら（Ｂ）成分のエポキシ樹脂と混合した場合に、室温で
液状となるようなものを使用することができる。

【００１１】本発明では、特に（Ａ）成分として４，
４′−エチリデンビスフェニレンシアネート（Ａ１）を
含むことが好ましい。４，４′−エチリデンビスフェニ
レンシアネート（Ａ１）は、下記化学式で示されるよう
に、

【００１２】

【化１】

【００１３】ビスフェノールＥ骨格の両端にシアネート
基を有する構造であり、室温で１００ｃｐｓ（センチポ
イズ）前後の液体である。他のシアン酸エステル（例え
ば、上記したビスフェノールＡ骨格の２，２−ビス（４
−シアナトフェニル）プロパンや、ジメチルフェニル骨
格のビス（４−シアナト−３，５−ジメチルフェニル）
メタンなど）は、非常に結晶性に富んでおり、単体では
室温で固体である。これらの結晶性のシアン酸エステル
は、液状エポキシ樹脂に加熱溶解して液状化しても冷却
後に結晶が析出して固化しやすいという欠点がある。し
かしながら、ビスフェノールＥ骨格の４，４′−エチリ
デンビスフェニレンシアネート（Ａ１）と併用すること
で、固化を防止できることを見出したものである。な
お、これらのシアネート樹脂中に含まれるイオン性不純
物（たとえば、アンモニウム、臭素、塩素、硫酸、硝酸
等のイオン）は、半導体封止物の電気特性の劣化の原因
となるため、少ないものが好ましい。

【００１４】本発明において、４，４′−エチリデンビ
スフェニレンシアネート（Ａ１）の配合割合は、重量比
で、（Ａ１）／（Ａ）成分＝０．１〜１であることが好
ましく、０．５〜１であることがより好ましく、０．７
〜１であることがさらに好ましい。前記配合割合が０．
１より少ない場合は、結晶性のシアン酸エステルの固化
を防止することが困難となる。（Ｂ）成分のエポキシ樹
脂は、分子内に２個以上のグリシジル基を有する化合物
である。（Ｂ）成分のエポキシ樹脂としては、室温で液
状のものを使用することが好ましく、単一で用いても良
いし、液状と液状、または液状と固形のエポキシ樹脂の
混合物であってもよい。具体的には、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、ノ
ボラック型エポキシ樹脂、ハロゲン化エポキシ樹脂、グ
リシジルエステル型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹
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、複素環型エポキシ樹脂などが例示できるが、これ
らに限定されるものではない。これらのエポキシ樹脂の
中でも特に、分子蒸留によって得られる、下式における
ｎが０〜１のビスフェノールＡおよびビスフェノールＦ
型エポキシ樹脂が、低粘度でかつイオン性不純物が非常
に少なく、好ましい。

【００１５】

【化２】

【００１６】（Ａ）成分と（Ｂ）成分の配合割合として
は、硬化物の物性および封止信頼性の点から、重量比
で、（Ａ）成分／（Ｂ）成分＝０．５０〜１．８２であ
り、０．７６〜１．４３であることが好ましく、０．９
１〜１．２５であることがより好ましい。シアン酸エス
テルは、金属触媒の存在下で単独で３量化反応を起こ
し、トリアジン環を形成することが知られている。しか
し、この反応は１８０℃以上の高温での反応が主体であ
る。また、シアン酸エステルとエポキシ樹脂の複合樹脂
系ではシアネート基とエポキシ基の反応も起こるため、
複数の反応が競争反応として起こるものと推察される。
（Ａ）成分／（Ｂ）成分が１．８２より大きいとエポキ
シ樹脂が不足して１６０℃以下での硬化の場合には反応
しきれなかったシアネート基が残存してしまう。未反応
のシアネート基は、ＰＣＴ（プレッシャークッカーテス
ト）等の耐湿信頼性試験の際、加水分解してカルバメー
ト基となり、さらには脱炭酸反応を起こしてしまい、耐
湿信頼性不良を引き起こしてしまう。逆に（Ａ）成分／
（Ｂ）成分が０．５０より小さいとエポキシ樹脂過剰と
なるために未反応のエポキシ基が残存する。残留した未
反応エポキシ基は硬化物の架橋密度を低下させ、ガラス
転移温度の低下や吸湿率の上昇を引き起こす。そのた
め、硬化物の熱膨張率が大きくなり、ヒートサイクルや
リフロー信頼性の悪化を引き起こす要因となる。

【００１７】（Ｃ）成分の無機充填材としては、結晶シ
リカ、溶融シリカ、アルミナ、炭酸カルシウム、酸化亜
鉛などを用いることができる。特に溶融シリカは、半導
体チップ表面のパッシベーション膜への傷つけ防止のた
めに、角がないもの、又は球状のものが望ましく、ま
た、その大きさは最大粒径が１００μｍ以下であること
が望ましいが、これに限定されるものではない。（Ｃ）
成分の配合割合は、重量比で、（Ｃ）成分／組成物全量
＝０．６０〜０．９５であることが好ましく、０．７０
〜０．９０であることがより好ましく、０．７５〜０．
８５であることがさらに好ましい。（Ｃ）成分の配合割
合が０．６０より少ない場合は、樹脂成分の比率が高く
なるために半導体封止時の樹脂組成物の収縮量が大きく
なり、また熱膨張率も大きくなるために基板の反り量が
大きくなったり、熱ストレスをかけた際のチップクラッ
ク等の不良が発生し易くなる。また、吸湿率も大きくな
るため、リフロー時のクラックの原因ともなる。（Ｃ）
成分の配合割合が０．９５より多い場合は、液体成分が
不足して粘度が高くなり、液体としての取り扱いが難し
く封止が行えない。

【００１８】（Ｄ）成分の金属キレートおよび／または
金属塩は、（Ａ）成分のシアン酸エステルの硬化触媒で
ある。金属キレートとしては、具体的には、１〜６また
はそれ以上のキレート環を有する非イオン型またはイオ
ン型の金属キレートを挙げることができ、金属として、
鉄、コバルト、亜鉛、スズ、アルミニウム、マンガンな
どが例示できる。金属キレートの配位子としては、アセ
チルアセトナート、サリチルアルデヒド、ベンゾイルア
セトンなどが例示できる。また、金属塩としては、ナフ
テン酸塩、オクテン酸塩等を例示できる。本発明では、
（Ｄ）成分として、鉄（III ）のキレートおよび／また
はコバルト（III ）のキレート（Ｄ１）を用いること
で、以下のような効果を得ることができる。

【００１９】シアン酸エステルは単独では金属キレート
を核として約１８０℃以上の高温で３量化反応を起こし
トリアジン骨格を形成することが知られており、各種の
金属キレートがシアン酸エステルの単独硬化の触媒とな
ることは公知である。硬化触媒のシアネート基の吸引が
金属の種類によって異なるため、この３量化反応の速さ
は用いる金属キレートにより異なっており、一般的に
は、亜鉛、スズ、銅、マンガン、チタニウム、アルミニ
ウム等の金属キレートが知られている。しかしながら、
本発明のように樹脂成分としてシアン酸エステルの他に
エポキシ樹脂やヒドラジト基を含む樹脂をも含む場合に
は、反応機構は非常に複雑となる。シアネート基の３量
化反応と並行してシアネート基とエポキシ基とが反応し
てオキサゾリン骨格を形成する反応も起こるためであ
る。

【００２０】後述するようにエポキシ樹脂組成物に低弾
性化成分としてゲル状シリコーン樹脂が含まれる場合、
このゲル状シリコーン樹脂を含む樹脂系はチクソトロピ
ーな粘性を示す傾向にある。チクソトロピーな液状物は
表面張力が大きいため凸な形状になりやすく、そのた
め、半導体パッケージの封止用途のうちキャビティダウ
ンタイプのＢＧＡ等のように、封止樹脂の形状がフラッ
トな形状になる必要のあるパッケージ用の封止材として
は不利である。しかしながら、このとき金属キレートと
して鉄（III ）キレート（Ｄ１）を用いることでチクソ
トロピーが非常に小さくなり、高流動性を示すようにな
る。金属キレートの配位子としては、特に限定されず、
アセチルアセトナート、サリチルアルデヒド、ベンゾイ
ルアセトンなどが例示できる。硬化触媒の使用量はシア
ン酸エステルの量に依存するため、重量比で、（Ｄ１）
／（Ａ）成分＝０．０００１〜０．０１であることが好
ましく、０．０００５〜０．００５であることがより好
ましく、０．００１〜０．００３であることがさらに好
ましい。硬化触媒の使用量が上記範囲にあることで、良
好な硬化性とロングポットライフを示す。

【００２１】一方、ＣＯＢ（チップオンボード）パッケ
ージのように、チップの周辺にダム等がない場合には、
狭い面積を効率良く封止するために、逆に封止樹脂が高
チクソトロピー性で極力流動しないことが求められる。
流動してしまうとチップやワイヤーが露出して不良の原
因となるためである。この場合、金属キレートとしてコ
バルト（III ）のキレート（Ｄ２）を用いることで、高
チクソトロピー性が実現できる。金属キレートの配位子
としては、特に限定されず、アセチルアセトナート、サ
リチルアルデヒド、ベンゾイルアセトンなどが例示でき
る。硬化触媒の使用量はシアン酸エステルの量に依存す
るため、重量比で、（Ｄ２）／（Ａ）成分＝０．０００
１〜０．０１であることが好ましく、０．０００５〜
０．００５であることがより好ましく、０．００１〜
０．００３であることがさらに好ましい。硬化触媒の使
用量が上記範囲にあることで、良好な硬化性とロングポ
ットライフを示す。

【００２２】（Ｅ）成分のジヒドラジド化合物は、分子
内にヒドラジド基（−ＮＨＮＨ₂）を２個有する構造を
持つ化合物であり、末端のＮＨ₂基の活性水素がエポキ
シ基、シアネート基などと反応活性を有する。具体的に
は、アジピン酸ジヒドラジド、コハク酸ジヒドラジド、
バリンジヒドラジド、２，４−ジヒドラジノ−６−メチ
ルアミノ−ｓｙｍ−トリアジンなどが例示できるが、こ
れらに限定されるものではない。（Ｅ）成分の配合割合
としては、（Ｅ）成分／（組成物全量−（Ｃ）成分）＝
０．０１〜０．１５であり、０．０２〜０．１であるこ
とが好ましく、０．０２〜０．０７であることがより好
ましい。（Ｅ）成分の配合割合が０．０１よりも少ない
と上記効果が得られにくい。（Ｅ）成分の配合割合が
０．１５よりも多いと、反応性が高すぎて、ポットライ
フが短くなる。

【００２３】（Ｅ）成分のジヒドラジド化合物は、エポ
キシ基との反応において、室温では固体であるため、反
応活性が低いが、約１５０℃以上の高温ではエポキシ樹
脂との反応性が高くなる潜在硬化性を有する。また、ジ
ヒドラジド化合物の活性水素は、シアン酸エステル樹脂
のシアネート基（−ＯＣＮ）とも約１４０℃以上の高温
で高い反応性を示す。これらの（Ａ）成分−（Ｂ）成
分、（Ｂ）成分−（Ｅ）成分および（Ａ）成分−（Ｅ）
成分では潜在硬化性（ロングポットライフ）を示し、高
い接着性が期待される。（Ｅ）成分の一種である２，４
−ジヒドラジノ−６−メチルアミノ−ｓｙｍ−トリアジ
ン（以下、この化合物を「２・４ＨＴ」ということがあ
る。）は、耐熱性のあるトリアジン骨格をベースにヒド
ラジド基が付いた構造をとっており、エポキシ樹脂との
反応では、優れた潜在硬化性と耐熱性を示すことが分か
っている（特公昭６３−１９５２６号公報参照）。そこ
で、（Ａ）成分および（Ｂ）成分と、（Ｅ）成分として
の２・４ＨＴとの３成分に、後述の（Ｄ）成分としての
硬化触媒を加えた樹脂組成物を加熱硬化すると熱分析で
１２０℃付近と１５０℃付近に反応に起因する発熱ピー
クが見られた。これは、正確な反応機構は不明ではある
が、昇温していくとまず、（Ａ）成分のシアン酸エステ
ルと活性水素を有する（Ｅ）成分の２・４ＨＴの反応が
起こり、これが起爆剤となって、次に、これらの（Ａ）
成分と（Ｅ）成分との反応物と（Ｂ）成分との反応や、
未反応の（Ａ）成分と（Ｂ）成分との反応や、（Ｅ）成
分と（Ｂ）成分との反応が競争的に起こるものと推察さ
れる。つまり、（Ａ）成分と（Ｂ）成分との反応は、
（Ｄ）成分だけの存在では、本来高温の１５０℃付近で
反応するが、（Ｅ）成分の２・４ＨＴを添加することに
より、比較的低温の１２０℃付近で反応が起こるように
なったものと考えられる。先の特公昭６３−１９５２６
号公報記載の配合物では、（Ｅ）成分の２・４ＨＴは、
（Ｂ）成分のエポキシ樹脂に対して主硬化剤として作用
するため、その配合割合は１０〜３０ＰＨＲと多いのに
対して、本発明で用いる（Ｅ）成分は、（Ａ）成分およ
び（Ｂ）成分の反応促進剤として作用している。このこ
とは、（Ｅ）成分の配合量が（Ｅ）成分／（組成物全量
−（Ｃ）成分）＝０．０１〜０．１５を満たす微量の添
加であっても、（Ａ）成分および（Ｂ）成分の硬化が１
２０℃程度の低温でも生起し、反応促進することからも
実証される。つまり、少量の（Ｅ）成分の添加が起爆剤
となって、（Ａ）成分、（Ｂ）成分および（Ｅ）成分の
３成分の反応を、１２０℃程度の低温で開始させている
という事実は、この配合が非常に効果的な配合バランス
であることを示す。

【００２４】液状封止材の硬化は、パッケージ基板の耐
熱性の関係上、１５０℃以下での硬化が一般的であり、
この現象は非常に重要である。上記成分系で１５０℃で
のゲルタイムを測定すると、（Ａ）成分、（Ｂ）成分お
よび（Ｄ）成分の３成分系では、１０分位かかっていた
が、（Ｅ）成分として２・４ＨＴを用いることによっ
て、２〜３分でゲル化するようになる。なお、（Ｅ）成
分は、室温下では活性の低い固体（粉体）であるため、
混合成分中では溶解せずに分散された状態であり、ほと
んど反応は生起しない。そのため、室温での粘度変化は
低く、長い可使期間を有する。（Ｅ）成分が前述のよう
に粉体である場合は、高温下で最適な反応性を発揮させ
るためには、微粒子に粉砕しておくことが重要である。
他の成分との反応性を向上させるために、比表面積の大
きい微粒子が好ましい。また、微細回路の半導体の封止
には、均一な硬化物が耐湿特性、電気特性のため好まし
く、そのためにも微粒子が望ましい。さらに、（Ｅ）成
分が微粒子であると、液体組成物中での（Ｅ）成分の沈
降防止も行えて、封止材の保存期間を長くすること（ロ
ングポットライフ）ができる。そのため、（Ｅ）成分の
平均粒径が１００μｍ以下であると好ましい。更には、
半導体素子の微細回路化に対応して、均一な硬化物を得
るためには、（Ｅ）成分の平均粒径が３０μｍ以下であ
るとさらに好ましく、５μｍ以下であると最も好まし
い。

【００２５】なお、（Ｅ）成分は、その構造中に窒素原
子を有し、エポキシ樹脂と強固な架橋構造を形成するた
め、酸無水物等の硬化剤と比較して、密着性が強い。そ
のため、半導体封止材の耐湿性および耐熱信頼性を高め
る。本発明のエポキシ樹脂組成物では、（Ｆ）成分とし
てゲル状シリコーン樹脂をさらに含むことができる。封
止材は、プリント回路基板上にＢＧＡやＣＳＰ等の半導
体チップを実装した上にオーバーコート封止して用いら
れるが、封止樹脂の弾性率が高いと基板の反りが大きく
なってしまい、実用化できなくなってしまう。そのた
め、低弾性化剤としてゲル状シリコーン樹脂を含むこと
が好ましい。

【００２６】一般的な低弾性化剤として、ポリブタジエ
ン系ラバー、シリコーンパウダー、シリコーンオイル等
が知られている。しかしながら、これらは次のような欠
点を有する。ポリブタジエン系ラバーは二重結合の熱劣
化（酸化）に起因して、長期耐熱性が低い。シリコーン
系樹脂は熱的には安定しており優れているが、パウダー
タイプでは粒子の凝集および液体の上層への浮き上が
り、分離の問題がある。また、粘度が高くなって均一分
散できないために低弾性効果が少ない。シリコーンオイ
ルは、エポキシ樹脂との相溶性が悪い上に比重が小さい
ため封止材の上部に相分離しやすい。また、封止材とパ
ッケージ基板との界面にブリードアウトしやすく、その
成分が離型剤的に働くため接着力が低下し、界面剥離の
原因となり易い。

【００２７】これに対して、本発明で（Ｆ）成分として
使用するゲル状シリコーン樹脂は、パウダーとオイルの
中間に位置するものである。ゲル状シリコーン樹脂の構
成成分の主剤であるシリコーンオイルと硬化剤のシリコ
ーンオイルを混合し、これをエポキシ樹脂を加温した中
に加え、ミキサー等で強いシェアをかけながら撹拌し、
ゲル成分を微細分散させることで海島構造を形成するこ
とができる。これにより、粒子の凝集や上層への浮き上
がり、相分離の問題を起こすことなく、効果的に低弾性
効果を発揮することができる。海島構造の島のサイズは
１０μｍ以下が望ましく、そのためには、（Ｆ）成分の
配合割合は、重量比で、（Ｆ）成分／（組成物全量−
（Ｃ）成分）＜０．３であることが好ましく、０．２未
満であることがより好ましい。（Ｆ）成分の配合割合が
０．３以上の場合、エポキシ樹脂組成物の粘度が高くな
り取扱性が悪化する。

【００２８】（Ｆ）成分のゲル状シリコーン樹脂として
は、下記式で表されるシリコーン重合体と、自硬化性シ
リコーンゴムあるいはゲルとからなることが好ましい。

【００２９】

【化３】

【００３０】上式において、Ｒはメチル基、エチル基等
のアルキル基あるいはフェニル基を表す。Ｘはポリオキ
シエチレン基、ポリオキシプロピレン基、あるいはこれ
らの共重合基等のポリオキシアルキレン基含有基を表
す。ｌ，ｍ，ｎは１以上の整数である。ｌ／（ｌ＋ｍ＋
ｎ）＝０．０５〜０．９９が好ましく、ｍ／（ｌ＋ｍ＋
ｎ）＝０．００１〜０．５が好ましく、ｎ／（ｌ＋ｍ＋
ｎ）＝０．００１〜０．８が好ましい。このシリコーン
重合体はブロック共重合体であっても、ランダム共重合
体であってもよい。自硬化性シリコーンゴムあるいはゲ
ルとしては、ＳｉＨ基が付加反応できるビニル基等を含
有していれば良く、付加反応タイプのものが好ましい。
１液系、多成分系は問わない。

【００３１】このシリコーン重合体を含有させることに
よって自硬化性シリコーンゴムあるいはゲルの分散を助
け、微細な海島構造を形成させることができる上、一部
は自硬化性シリコーンゴムあるいはゲルとの反応も期待
される。本発明のエポキシ樹脂組成物では、（Ｇ）成分
としてエポキシシラン系カップリング剤をさらに含むこ
とができる。一般的には、エポキシ樹脂封止材のカップ
リング剤は、シリカ等の無機成分と反応する加水分解性
基（たとえば、メトキシ基）と、有機成分との反応性を
高める官能基（たとえば、エポキシ基、ビニル基）を有
している。特に、（Ａ）成分のシアン酸エステルの存在
下では、このエポキシシラン系カップリング剤の添加に
よって、非常に強力な接着力を発揮することを見出し
た。これは、シアン酸エステルのシアネート基とエポキ
シ基とで、高い反応性を有するためと考えられる。

【００３２】（Ｇ）成分の配合割合は、重量比で、
（Ｇ）成分／（組成物全量−（Ｃ）成分）＝０．００１
〜０．１であることが好ましく、０．００５〜０．０５
であることがより好ましく、０．０１〜０．０３である
ことがさらに好ましい。この配合割合が０．００１未満
の場合、（Ｇ）成分の添加効果が得られにくい。０．１
を越える場合、硬化物の架橋密度が低下し、信頼性が悪
化する。本発明のエポキシ樹脂組成物には、必要に応じ
て、難燃剤、顔料、染料、離型剤、消泡剤、界面活性
剤、イオントラップ剤、希釈剤、Ｓｉ系カップリング剤
等を添加することができる。

【００３３】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、ロール、ニーダー等によって混練し、最終真空
脱泡することで製造することができる。成分の配合順序
は特に制限はない。このようにして得られた液状のエポ
キシ樹脂組成物は、ディスペンサーや印刷装置を用いた
液状封止により、半導体素子を封止することができ、こ
れにより本発明の半導体装置を得ることができる。液状
エポキシ樹脂封止材の成形は、常圧下でのディスペンサ
ーや印刷装置を用いての封止が一般的であるが、大量生
産で精密な封止形状を有する半導体パッケージの成形に
は、金型成形が一般的である。

【００３４】上述のように、金型成形は、タブレット状
の固体封止材を金型内で溶かして液状化した後に成形す
るトランスファー成形が一般的であるが、元々、液状の
封止材で金型成形できれば、工程が簡素化できてコスト
ダウンに有効である。しかし、大量生産では、成形温度
で数分内で固化し、金型から取り出せるだけの硬化物強
度が発現する必要がある。本発明の組成物は、１５０℃
で数分で固化し、１５分で十分な強度を持つようになる
ため、液状封止成形が可能である。なお、金型との密着
力が高いため、あらかじめ、金型内面にフッ素系または
シリコーン系の離型剤を塗布しておくと良い。

【００３５】本発明では、たとえば、金型内に半導体を
配置し、閉型し、密閉した後、液状エポキシ樹脂封止材
をランナーから加圧注入し、１５０℃で１５分間保持、
金型から封止成形品を取り外し、後硬化を１５０℃で３
時間することによって、半導体を樹脂封止した硬化物と
することができ、半導体装置の射出成形を容易に実現す
ることができる。

【００３６】

【実施例】以下では、実施例によりさらに詳細に本発明
を説明するが、本発明はこれに限定されるものではな
い。（１）実施例、比較例で使用した化合物は以下のとおり
である。［（Ａ）成分：シアン酸エステル］「Ｌ１０」（旭チバ（株）製ＡｒｏＣｙＬ−１０）
４，４′−エチリデンビスフェニレンシアネート（ビス
フェノールＥ骨格を有し、室温で液体）「Ｂ１０」（旭チバ（株）製ＡｒｏＣｙＢ−１０）
２，２−ビス（４−シアナトフェニル）プロパン（ビス
フェノールＡ骨格を有し、室温で固体）「Ｍ３０」（旭チバ（株）製ＡｒｏＣｙＭ−３０）
（ビスフェノールＦ類似骨格を有し、室温で固体）［（Ｂ）成分：エポキシ樹脂］「ＹＤ８１２５」（東都化成（株）製）エポキシ当量
１７５，２５℃における粘度４０ポイズの分子蒸留タイ
プのビスフェノールＡ型エポキシ樹脂「エピコート８２８」（油化シェル（株）製）ビスフ
ェノールＡ型エポキシ樹脂［（Ｃ）成分：無機充填材］市販の球状溶融シリカを用
いた。

【００３７】［（Ｄ）成分：金属キレートおよび／また
は金属塩］鉄（III ）アセチルアセトン（ＣＨ₃ＣＯＣ
ＨＣＯＣＨ₃）₃Ｆｅコバルト（III ）アセチルアセトン（ＣＨ₃ＣＯＣ
ＨＣＯＣＨ₃）₃Ｃｏナフテン酸マンガン［（Ｅ）成分：ジヒドラジド化合
物］「２・４ＨＴ」２，４−ジヒドラジノ−６−メチルア
ミノ−ｓｙｍ−トリアジン「ＡＤＨ」アジピン酸ジヒドラジド「ＳＤＨ」コハク酸ジヒドラジド「ＶＤＨ」バリンジヒドラジド［（Ｆ）成分：ゲル状シリコーン樹脂］ＸＥ５８１８
（東芝シリコーン（株）製ＲＴＶシリコーン樹脂）を用
いた。

【００３８】これをエポキシ樹脂「ＹＤ８１２５」の中
へ所定量添加し、ディスパーにて８０℃３時間加熱分散
し、作製した。［（Ｇ）成分：エポキシシラン系カップリング剤］「Ａ１８７」（日本ユニカー（株）製）下記化学式で示されるエポキシシラン系カップリング剤

【００３９】

【化４】

【００４０】［硬化助剤］「２ＭＡ−ＯＫ」（四国化成社製）「ＰＮ−２３」（味の素（株）製）（２）エポキシ樹脂組成物の作製表１〜４に示した配合割合（重量部）で、各原料を配合
し、ミキサーで均一に混合した後、真空脱泡して液状エ
ポキシ樹脂組成物を得た（実施例１〜３０、比較例１〜
７）。（３）性能評価（２）で得られた各エポキシ樹脂組成物を用いて、各種
液体性状および硬化性、物性を測定した。また、回路基
板上に搭載、ワイヤーボンディングされたシリコンチッ
プをディスペンサーを用いて封止し、１２０℃で１時間
加熱後、１５０℃で３時間加熱して硬化させた。これを
用いて各種信頼性評価も行った。

【００４１】各性能の評価方法は次のとおりである。 1) 粘度得られた液状エポキシ樹脂組成物の２５℃での粘度（初
期の粘度）をＢ型粘度計を用いて測定した。 2) チクソトロピー性 1)の粘度測定において、粘度計ローターの回転数の比が
１／１０になる値での粘度を求めて、低速での粘度を高
速の粘度で割って算出した値を使用した。 3) ポットライフ得られた液状エポキシ樹脂組成物を５℃で１ヶ月間保存
後の２５℃での粘度をＢ型粘度計を用いて測定し、この
１ヶ月間保存後の粘度を上記の初期の粘度で割って算出
した値を使用した。

【００４２】4) ゲルタイム１５０℃に保った熱盤上に得られた液状エポキシ樹脂組
成物を０．５ｇ塗下し、スパチュラで混ぜながら糸引き
がなくなるまでの時間を測定した。 5) 反り量フラットなガラスエポキシ基板（厚み０．５ｍｍ）の３
５×３５ｍｍの周囲にシリコーンゴム製ダム（高さ１ｍ
ｍ）を形成し、内部に２．０ｇの液状エポキシ樹脂組成
物を塗布し、硬化する。硬化した基板の反り量を表面粗
さ計にて測定した。

【００４３】6) 流動高さフラットなセラミック基板を
７０℃の熱盤上に設置し、得られた液状エポキシ樹脂組成物を０．６５ｇ塗布し、５分間放置後硬化す
る。この硬化物の高さを測定した。 7) ＰＣＴ信頼性ガラスエポキシ基板上に実装搭載した９ｍｍ×９ｍｍの
シリコンチップ（３μｍ幅Ａｌパターン回路）を、液状
エポキシ樹脂組成物を用いて封止、加熱硬化して得られ
たテストボードを１２１℃、２気圧、相対湿度１００％
のＰＣＴ（プレッシャークッカーテスト）条件で処理
し、回路の不良発生までの時間を評価した。なお、ｎ＝
１０で実施した。

【００４４】8) ＴＣＴ信頼性 7)と同様のテストボードを、気相で−５５℃で３０分、
室温で５分、１２５℃で３０分の温度サイクルを１サイ
クルとして処理し、１０００サイクル処理した。１００
０サイクル処理終了時点での発生不良の率を求めた。な
お、ｎ＝１０で実施した。 9) リフロー信頼性 7)と同様のテストボードを、３０℃、相対湿度６０％の
恒温槽中に１９２ｈ放置し吸湿させる。その後、赤外線
リフロー炉（ピーク温度２４０℃、１０秒）を２回処理
して、そのときの発生不良の率を求めた。なお、ｎ＝１
０で実施した。

【００４５】10) 剪断密着力長さ１００ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚み１ｍｍのアルミ板２
枚を塗布面積１０×１０ｍｍ²となるように接合し、長
さ方向に引っ張った場合のピーク破断強度を求めた。 11) 金型成形半導体封止金型を用いて、予め取り出しやすくするため
に内面にシリコーン系離型剤を塗布しておいた金型内に
エポキシ樹脂組成物を圧入し、１５０℃で１５分間保持
して、硬化物を取り出した後、１５０℃で３時間、後硬
化した。

【００４６】

【表１】

【００４７】

【表２】

【００４８】

【表３】

【００４９】

【表４】

【００５０】

【発明の効果】請求項１〜８の発明にかかるエポキシ樹
脂組成物は、常温で液状で低粘度で取扱性に優れ、ポッ
トライフが長いという従来の液状封止材の利点を有しな
がら、しかも、半導体の耐湿および耐熱信頼性に優れた
硬化物を得ることができる。請求項２の発明にかかるエ
ポキシ樹脂組成物によれば、室温で液状の４，４′−エ
チリデンビスフェニレンシアネートを特定割合で含むの
で、たとえ室温で固体のシアン酸エステルと併用したと
しても、樹脂組成物の固化を防止することができる。

【００５１】請求項３，４の発明にかかるエポキシ樹脂
組成物によれば、ジヒドラジド化合物の平均粒径が１０
０μｍ以下であるか、または、ジヒドラジド化合物とし
て２，４−ジヒドラジノ−６−メチルアミノ−ｓｙｍ−
トリアジンを含むので、ポットライフが長く、約１５０
℃の高温では短時間で硬化でき、硬化物の反り量が小さ
くすることができる。請求項５の発明にかかるエポキシ
樹脂組成物によれば、ゲル状シリコーン樹脂を特定割合
で含むので、粒子の凝集や上層への浮き上がり、相分離
の問題を起こすことなく、低弾性化を実現できる。

【００５２】請求項６の発明にかかるエポキシ樹脂組成
物によれば、鉄（III ）キレートを含むので、チクソト
ロピーが非常に小さくなり、高流動性を示す。そのた
め、ＢＧＡ等のように封止樹脂の形状がフラットな形状
になる必要のある用途で有利である。請求項７の発明に
かかるエポキシ樹脂組成物によれば、コバルト（III ）
キレートを含むので、高チクソトロピー性が実現でき
る。そのため、ＣＯＢパッケージのように、チップの周
辺にダム等がない場合に有利である。請求項８の発明に
かかるエポキシ樹脂組成物によれば、エポキシシラン系
カップリング剤を含むので、流動性の向上と接着力向上
を実現することができる。

【００５３】請求項９の発明にかかる半導体装置は、上
記本発明にかかるエポキシ樹脂組成物を使用して半導体
封止を液状封止方式で行うため、半導体パッケージの高
集積化、高密度化、薄型化、軽量化が可能で、しかも、
半導体の耐湿および耐熱信頼性に優れている。請求項１
０の発明にかかる半導体装置の製造方法は、上記本発明
にかかるエポキシ樹脂組成物を使用して、金型を用いて
射出成形するため、従来のトランスファー成形と比較し
て、タブレット形成や成形時のタブレットの溶融工程が
不要となり、プロセスの省力化ができる。また、半導体
パッケージの高集積化、高密度化、薄型化、軽量化が可
能で、しかも、半導体の耐湿および耐熱信頼性に優れた
半導体装置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）Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31 (72)発明者金川直樹大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者北村賢次大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者橋本眞治大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内Ｆターム(参考） 4J002 CD03W CP03X DE107 DE147 DE237 DJ017 EG008 EQ026 ET006 EX069 FD017 FD146 FD158 FD209 GQ05 4J036 AD08 AD09 AF06 AF10 AF15 AG01 AG03 AG13 AJ08 DC32 DC35 GA11 GA15 JA07 4M109 AA01 CA21 EA02 EA20 EB02 EB04 EC01 EC05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）シアン酸エステル、（Ｂ）エポキシ
樹脂、（Ｃ）無機充填材、（Ｄ）金属キレートおよび／
または金属塩、および（Ｅ）ジヒドラジド化合物を含む
エポキシ樹脂組成物において、（Ａ）成分および（Ｂ）成分のうちの少なくとも一方が
室温で液体であり、各成分の配合割合が重量比で、（Ｃ）成分／組成物全量＝０．６０〜０．９５（Ａ）成分／（Ｂ）成分＝０．５０〜１．８２（Ｅ）成分／（組成物全量−（Ｃ）成分）＝０．０１〜
０．１５であることを特徴とする、半導体封止用液状エポキシ樹
脂組成物。
【請求項２】前記（Ａ）成分として４，４′−エチリデ
ンビスフェニレンシアネート（Ａ１）を含み、その配合
割合が重量比で（Ａ１）／（Ａ）成分＝０．１〜１であ
る、請求項１記載の半導体封止用液状エポキシ樹脂組成
物。
【請求項３】前記（Ｅ）成分であるジヒドラジド化合物
の平均粒径が１００μｍ以下である、請求項１または２
に記載の半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物。
【請求項４】前記（Ｅ）成分として２，４−ジヒドラジ
ノ−６−メチルアミノ−ｓｙｍ−トリアジンを含む、請
求項１から３までのいずれか記載の半導体封止用液状エ
ポキシ樹脂組成物。
【請求項５】（Ｆ）成分としてゲル状シリコーン樹脂を
さらに含み、その配合割合が重量比で（Ｆ）成分／（組
成物全量−（Ｃ）成分）＜０．３である、請求項１から
４までのいずれかに記載の半導体封止用液状エポキシ樹
脂組成物。
【請求項６】前記（Ｄ）成分として鉄（III) キレート
（Ｄ１）を含み、その配合割合が重量比で（Ｄ１）／
（Ａ）成分＝０．０００１〜０．０１である、請求項５
に記載の半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物。
【請求項７】前記（Ｄ）成分としてコバルト（III) キ
レート（Ｄ２）を含み、その配合割合が重量比で（Ｄ
２）／（Ａ）成分＝０．０００１〜０．０１である、請
求項５に記載の半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物。
【請求項８】（Ｇ）成分としてエポキシシラン系カップ
リング剤をさらに含み、その配合割合が重量比で（Ｇ）
成分／（組成物全量−（Ｃ）成分）＝０．００１〜０．
１である、請求項１から７までのいずれかに記載の半導
体封止用液状エポキシ樹脂組成物。
【請求項９】半導体素子がエポキシ樹脂組成物により封
止されてな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から８までのいずれかに記載の半導
体封止用液状エポキシ樹脂組成物が用いられることを特
徴とする半導体装置。
【請求項１０】エポキシ樹脂組成物を金型を用いて射出
成形することにより半導体素子を封止する半導体装置の
製造方法において、前記エポキシ樹脂組成物として請求
項１から８までのいずれかに記載の半導体封止用液状エ
ポキシ樹脂組成物を用いることを特徴とする半導体装置
の製造方法。