JP2002053642A

JP2002053642A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置

Info

Publication number: JP2002053642A
Application number: JP2000241818A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Hata; 昌宏畑; Tsutomu Nishioka; 務西岡; Kazuhiro Ikemura; 和弘池村
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2000-08-09
Filing date: 2000-08-09
Publication date: 2002-02-19
Anticipated expiration: 2020-08-09
Also published as: JP4510250B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高い耐半田性はもちろん、優れた硬化性を有
し、成形時間の短縮、金型汚れの低減を図ることのでき
る半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供する。【解決手段】フェノール樹脂および無機質充填剤ととも
に、エポキシ樹脂成分として、下記の（Ａ）成分を含有
する半導体封止用エポキシ樹脂組成物である。（Ａ）ビ
フェニル骨格を有するエポキシ樹脂（Ｘ）と、下記の一
般式（１）で表される、１５０℃におけるＩＣＩ粘度が
０．４Ｐａ・ｓ以上であるジシクロペンタジエン骨格を
有するエポキシ樹脂（Ｙ）とからなる混合エポキシ樹
脂。【化１】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐半田性はもちろ
ん、硬化性および流動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た半導体装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来から、トランジスタ，ＩＣ，ＬＳＩ
等の半導体素子は、コスト，量産性の観点から、プラス
チックを用いた樹脂封止型の半導体装置が主流になって
いる。この種の樹脂封止には、従来からエポキシ樹脂組
成物が用いられており良好な成績を収めている。例え
ば、上記エポキシ樹脂組成物によりパッケージングされ
た半導体装置を表面実装する際には、赤外リフロー、ベ
ーパーフェイズリフロー、半田浸漬の半田工程が採用さ
れているが、これら実装工程では、半導体装置は２２０
〜２６０℃の高温に曝されることとなる。従って、エポ
キシ樹脂組成物によりパッケージングされた半導体装置
は、その内部にまで浸入した水分が急激に気化して封止
樹脂部分にクラックが形成され、それが外部にまで達
し、半導体装置の信頼性を著しく低下させてしまうとい
う問題が発生する。このため、上記半田実装時のような
高温での実装における優れた耐性が要求されている。

【０００３】このような要求に対して、例えば、ジシク
ロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂を主剤とし
た、低吸湿化および低弾性率化を図った半導体封止用エ
ポキシ樹脂組成物が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ジ
シクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂を主剤と
したエポキシ樹脂組成物は、低吸湿化および低弾性率化
を図ることはできるものの、硬化性に劣るため、半導体
素子を樹脂封止する際の成形時間が長くなり、成形サイ
クルが低下する、また金型が早く汚れるため成形を連続
して行うことが困難になるという欠点を有している。ま
た、高粘度タイプのジシクロペンタジエン骨格を有する
エポキシ樹脂を用いると、硬化性は改善される傾向にあ
るもののそれでも充分であるとはいい難いものである。
さらに、高粘度タイプのジシクロペンタジエン骨格を有
するエポキシ樹脂を用いた場合、成形時にワイヤー流れ
やダイシフト等の問題が発生し易い。

【０００５】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、高い耐半田性はもちろん、優れた硬化性と流動
性を有し、成形時間の短縮、金型汚れの低減を図ること
のできる半導体封止用エポキシ樹脂組成物およびそれを
用いた半導体装置の提供を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有する半
導体封止用エポキシ樹脂組成物を第１の要旨とする。（Ａ）ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂（Ｘ）と、
下記の一般式（１）で表される、１５０℃におけるＩＣ
Ｉ粘度が０．４Ｐａ・ｓ以上であるジシクロペンタジエ
ン骨格を有するエポキシ樹脂（Ｙ）とからなる混合エポ
キシ樹脂。

【化３】（Ｂ）フェノール樹脂。（Ｃ）無機質充填剤。

【０００７】また、本発明は、上記半導体封止用エポキ
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
装置を第２の要旨とする。

【０００８】すなわち、本発明者らは、高い耐半田性と
優れた硬化性および流動性を有するとともに、低吸湿化
および低弾性率化が図られる封止材料を得るために一連
の研究を重ねた。その結果、１５０℃におけるＩＣＩ粘
度が特定値以上のジシクロペンタジエン骨格を有するエ
ポキシ樹脂と、流動性に優れたビフェニル型エポキシ樹
脂を併用した混合エポキシ樹脂を用いると、所期の目的
が達せられることを見出し本発明に到達した。

【０００９】そして、上記混合エポキシ樹脂において、
両者の重量混合割合を特定の範囲に設定すると、低吸湿
性、低弾性化が図られ、耐半田性に優れるとともに成形
時の硬化性に優れキュアサイクルを短縮することができ
るようになる。また、成形時の樹脂粘度が低いため、ワ
イヤー流れやダイシフト等の成形時のトラブルが生じ難
くなることを突き止めた。

【００１０】さらに、前記一般式（２）で表される多面
体形状の金属水酸化物を用いると、優れた難燃性が付与
されるとともに従来の難燃剤である臭素化エポキシ樹脂
やアンチモン化合物の使用と比較すると臭素の影響がな
く半導体素子やアルミニウム配線の腐食等が生じず耐湿
信頼性が向上して長寿命になり、また、環境汚染等の問
題が生じないという効果が得られるようになる。さら
に、従来のような平板状の結晶形状ではなく上記特殊な
多面体の結晶形状を有するため、流動性に優れており成
形性が一層向上するようになることを突き止めた。

【００１１】また、赤燐化合物を用いると、その難燃効
果が高いために極微量の添加量で所望の難燃効果を得る
ことができることから、流動性および成形性に優れた封
止材料を得ることができるようになる。

【００１２】なお、上記一般式（２）で表される多面体
形状の金属水酸化物とは、図２に示すような、六角板形
状を有するもの、あるいは、鱗片状等のように、いわゆ
る厚みの薄い平板形状の結晶形状を有するものではな
く、縦，横とともに厚み方向（ｃ軸方向）への結晶成長
が大きい、例えば、板状結晶のものが厚み方向（ｃ軸方
向）に結晶成長してより立体的かつ球状に近似させた粒
状の結晶形状、例えば、略１２面体，略８面体，略４面
体等の形状を有する金属水酸化物をいい、通常、これら
の混合物である。もちろん、上記多面体形状は、結晶の
成長のしかた以外にも、粉砕や摩砕等によっても多面体
の形は変化し、より立体的かつ球状に近似させうること
ができる。この多面体形状の金属水酸化物の結晶形状を
表す走査型電子顕微鏡写真（倍率５００００倍）の一例
を図１に示す。

【００１３】上記金属水酸化物の形状について、略８面
体形状のものを例にしてさらに詳細に説明する。すなわ
ち、上記金属水酸化物の一例である８面体形状のもの
は、平行な上下２面の基底面と外周６面の角錐面とから
なり、上記角錐面が上向き傾斜面と下向き傾斜面とが交
互に配設された８面体形状を呈している。

【００１４】より詳しく説明すると、従来の厚みの薄い
平板形状の結晶形状を有するものは、例えば、結晶構造
としては六方晶系であり、図３に示すように、ミラー・
ブラベー指数において（００・１）面で表される上下２
面の基底面１０と、｛１０・０｝の型面に属する６面の
角筒面１１で外周が囲まれた六角柱状である。そして、
〔００１〕方向（ｃ軸方向）への結晶成長が少ないた
め、薄い六角柱状を呈している。

【００１５】これに対し、多面体形状の金属水酸化物
は、図４に示すように、結晶成長時の晶癖制御により、
（００・１）面で表される上下２面の基底面１２と、
｛１０・１｝の型面に属する６面の角錘面１３で外周が
囲まれている。そして、上記角錘面１３は、（１０・
１）面等の上向き傾斜面１３ａと、（１０・−１）面等
の下向き傾斜面１３ｂとが交互に配設された特殊な晶癖
を有する８面体形状を呈している。また、ｃ軸方向への
結晶成長も従来のものに比べて大きい。図４に示すもの
は、板状に近い形状であるが、さらにｃ軸方向への結晶
成長が進み、晶癖が顕著に現れて等方的になったものを
図５に示す。このように、本発明の金属水酸化物は、正
８面体に近い形状のものも含むものである。すなわち、
基底面の長軸径と基底面間の厚みとの比率（長軸径／厚
み）は、１〜９が好適である。この長軸径と厚みとの比
率の上限値としてより好適なのは、７である。なお、上
記ミラー・ブラベー指数において、「１バー」は、「−
１」と表示した。

【００１６】このように、多面体形状の金属水酸化物
が、外周を囲む６つの面が、｛１０・１｝に属する角錘
面であることは、つぎのことからわかる。すなわち、多
面体形状の金属水酸化物の結晶を、ｃ軸方向から走査型
電子顕微鏡で観察すると、この結晶は、ｃ軸を回転軸と
する３回回転対称を呈している。また、粉末Ｘ線回折に
よる格子定数の測定値を用いた（１０・１）面と｛１０
・１｝の型面との面間角度の計算値が、走査型電子顕微
鏡観察における面間角度の測定値とほぼ一致する。

【００１７】さらに、多面体形状の金属水酸化物は、粉
末Ｘ線回折における（１１０）面のピークの半価幅Ｂ
₁₁₀と、（００１）面のピークの半価幅Ｂ₀₀₁との比
（Ｂ₁₁₀／Ｂ₀₀₁）が、１．４以上である。このことか
らも、ｃ軸方向への結晶性が良いことと、厚みが成長し
ていることが確認できる。すなわち、従来の水酸化マグ
ネシウム等の結晶では、ｃ軸方向への結晶が成長してお
らず、（００１）面のピークがブロードで半価幅Ｂ₀₀₁
も大きくなる。したがって（Ｂ₁₁₀／Ｂ₀₀₁）の価は、
小さくなる。これに対し、多面体形状の金属水酸化物で
は、ｃ軸方向の結晶性が良いために、（００１）面のピ
ークが鋭く、細くなり、半価幅Ｂ₀₀₁も小さくなる。し
たがって（Ｂ₁₁₀／Ｂ₀₀₁）の価が大きくなるのであ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施の形態を詳
しく説明する。

【００１９】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
は、２種類のエポキシ樹脂からなる混合エポキシ樹脂
（Ａ成分）と、フェノール樹脂（Ｂ成分）と、無機質充
填剤（Ｃ成分）を用いて得られるものであり、通常、粉
末状あるいはこれを打錠したタブレット状になってい
る。または、エポキシ樹脂組成物を溶融混練した後、略
円柱状等の顆粒体に成形した顆粒状、さらにシート状に
成形したシート状の封止材料となっている。

【００２０】上記２種類のエポキシ樹脂からなる混合エ
ポキシ樹脂（Ａ成分）のうち、一方は、下記の一般式
（１）で表される特定のジシクロペンタジエン骨格を有
するエポキシ樹脂であり、低吸湿性を示すものである。

【００２１】

【化４】

【００２２】上記式（１）において、Ｒとしては、流動
性および硬化性という点から、水素原子が特に好まし
い。

【００２３】そして、上記ジシクロペンタジエン骨格を
有するエポキシ樹脂としては、ＩＣＩ粘度計で測定され
る１５０℃での粘度が０．４Ｐａ・ｓ以上でなければな
らない。特に好ましくは０．６〜１．０Ｐａ・ｓの範囲
である。すなわち、１５０℃での粘度が０．４Ｐａ・ｓ
未満では、優れた硬化性を奏することができないからで
ある。

【００２４】このような特定のジシクロペンタジエン骨
格を有するエポキシ樹脂としては、エポキシ当量が２６
０〜３００、軟化点が７０〜９０℃のものが好ましく、
特に好ましくはエポキシ当量が２７０〜２９０、軟化点
が８０〜９０℃である。

【００２５】つぎに、上記混合エポキシ樹脂のうち、他
方のエポキシ樹脂成分は、ビフェニル骨格を有するエポ
キシ樹脂であり、例えば、下記の一般式（３）で表され
るものがあげられる。

【００２６】

【化５】

【００２７】上記一般式（３）中のＲ₁〜Ｒ₄で表され
る、−Ｈ（水素）または炭素数１〜５のアルキル基のう
ち、上記アルキル基としては、メチル基、エチル基、プ
ロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、
ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基等の直鎖状また
は分岐状の低級アルキル基があげられ、特にメチル基が
好ましく、上記Ｒ₁〜Ｒ₄は互いに同一であっても異な
っていてもよい。なかでも、低吸湿性および反応性とい
う観点から、上記Ｒ₁〜Ｒ₄が全てメチル基である下記
の式（４）で表される構造のビフェニル型エポキシ樹脂
を用いることが特に好適である。

【００２８】

【化６】

【００２９】そして、Ａ成分である混合エポキシ樹脂
の、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂（Ｘ）とジシ
クロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂（Ｙ）の重
量混合割合（Ｘ／Ｙ）は、Ｘ／Ｙ＝５／５〜８／２の範
囲に設定することが好ましい。特に好ましくはＸ／Ｙ＝
７／３〜８／２の範囲である。すなわち、重量混合割合
（Ｘ／Ｙ）が上記範囲を外れる、例えば、ビフェニル骨
格を有するエポキシ樹脂（Ｘ）が８を超え多くなると、
流動性には優れるものの、低吸湿性および低弾性率性に
劣るようになる傾向がみられ、逆にビフェニル骨格を有
するエポキシ樹脂（Ｘ）が５未満と少なくなると、低吸
湿性および低弾性率性に優れるものの流動性および硬化
性に劣る傾向がみられるからである。

【００３０】さらに、本発明において、Ａ成分である混
合エポキシ樹脂以外に、他のエポキシ樹脂を用いてもよ
い。上記他のエポキシ樹脂としては、特に限定するもの
ではなく従来公知のものが用いられる。例えば、ビスフ
ェノールＡ型，フェノールノボラック型，クレゾールノ
ボラック型等があげられる。これらは単独でもしくは２
種以上併せて用いられる。

【００３１】そして、上記他のエポキシ樹脂を併用する
際の、Ａ成分である混合エポキシ樹脂の占める割合は、
エポキシ樹脂成分全体中７０〜１００重量％の範囲に設
定することが好ましく、特に好ましくはエポキシ樹脂成
分全体中９０〜１００重量％の範囲である。すなわち、
Ａ成分である混合エポキシ樹脂の占める割合が７０重量
％を下回ると、本発明の効果である、優れた耐半田性お
よび硬化性、さらに低吸湿化および低弾性率化を図るこ
とが困難となるからである。

【００３２】上記混合エポキシ樹脂（Ａ成分）とともに
用いられるフェノール樹脂（Ｂ成分）は、エポキシ樹脂
の硬化剤として作用するものであれば特に限定するもの
ではなく従来公知の各種のフェノール樹脂が用いられ
る。例えば、フェノールノボラック、クレゾールノボラ
ック、ビスフェノールＡ型ノボラック、ナフトールノボ
ラック、フェノールアラルキル樹脂、ジシクロペンタジ
エン骨格を有するフェノール樹脂等があげられる。これ
らフェノール樹脂は単独でもしくは２種以上併せて用い
られる。

【００３３】上記混合エポキシ樹脂（Ａ成分）とフェノ
ール樹脂（Ｂ成分）との配合割合は、エポキシ樹脂成分
中のエポキシ基１当量に対してフェノール樹脂中の水酸
基当量を０．７〜１．３の範囲に設定することが好まし
い。より好ましくは０．９〜１．１の範囲に設定するこ
とである。

【００３４】上記混合エポキシ樹脂（Ａ成分）およびフ
ェノール樹脂（Ｂ成分）とともに用いられる無機質充填
剤（Ｃ成分）としては、特に限定するものではなく従来
公知の各種充填剤があげられる。例えば、石英ガラス粉
末、タルク、シリカ粉末、アルミナ粉末、炭酸カルシウ
ム、窒化ホウ素、窒化ケイ素およびカーボンブラック粉
末等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併
せて用いられる。そして、上記無機質充填剤として、得
られる硬化物の線膨張係数を低減できるという点からシ
リカ粉末を用いることが好ましい。なかでも、シリカ粉
末として溶融シリカ粉末、とりわけ球状溶融シリカ粉末
を用いることが樹脂組成物の良好な流動性という点から
特に好ましい。また、上記無機質充填剤において、その
平均粒径が１０〜７０μｍの範囲であることが好まし
く、より好ましくは１０〜５０μｍである。すなわち、
上記無機質充填剤の平均粒径が上記範囲内であると、エ
ポキシ樹脂組成物の良好な流動性が得られるようになる
からである。また、上記シリカ粉末としては、場合によ
りシリカ粉末を摩砕処理してなる摩砕シリカ粉末を用い
ることもできる。

【００３５】上記無機質充填剤（Ｃ成分）の含有量は、
半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体の６０〜９２重量
％となるよう設定することが好ましい。特に好ましくは
７０〜９０重量％である。

【００３６】本発明では、上記Ａ〜Ｃ成分とともに多面
体形状の金属水酸化物を用いてもよい。上記多面体形状
の金属水酸化物は、下記の一般式（２）で表されるもの
で、いわゆる結晶形状が多面体形状を有するものであ
る。

【００３７】

【化７】

【００３８】上記一般式（２）で表される金属水酸化物
に関して、式（２）中の金属原子を示すＭとしては、Ｍ
ｇ，Ｃａ，Ｓｎ，Ｔｉからなる群から選ばれた少なくと
も一種があげられる。

【００３９】また、上記一般式（２）で表される金属水
酸化物中のもう一つの金属原子を示すＱとしては、Ｍ
ｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，ＣｕおよびＺｎからなる群から
選ばれた少なくとも一種があげられる。

【００４０】このような結晶形状が多面体形状を有する
金属水酸化物は、例えば、金属水酸化物の製造工程にお
ける各種条件等を制御することにより、縦，横とともに
厚み方向（ｃ軸方向）への結晶成長が大きい、所望の多
面体形状、例えば、略１２面体，略８面体，略４面体等
の形状を有する金属水酸化物を得ることができる。

【００４１】本発明に用いられる多面体形状の金属水酸
化物は、その一例として結晶外形が略８面体の多面体構
造を示し、アスペクト比が１〜８程度、好ましくは１〜
７、特に好ましくは１〜４に調整されたもので、例え
ば、式（２）中の、Ｍ＝Ｍｇ，Ｑ＝Ｚｎの場合について
述べると、つぎのようにして作製することができる。す
なわち、まず、水酸化マグネシウム水溶液に硝酸亜鉛化
合物を添加し、原料となる部分金属水酸化物を作製す
る。ついで、この原料を、８００〜１５００℃の範囲
で、より好ましくは１０００〜１３００℃の範囲で焼成
することにより、複合化金属酸化物を作製する。この複
合化金属酸化物は、ｍ（ＭｇＯ）・ｎ（ＺｎＯ）の組成
で示されるが、さらにカルボン酸、カルボン酸の金属
塩、無機酸および無機酸の金属塩からなる群から選ばれ
た少なくとも一種が上記複合化金属酸化物に対して約
０．１〜６ｍｏｌ％共存する水媒体中の系で強攪拌しな
がら４０℃以上の温度で水和反応させることにより、Ｍ
ｇ_1-XＺｎ_X（ＯＨ）₂（Ｘは０．０１〜０．５の正の
数）で示される、本発明の多面体形状を有する金属水酸
化物を作製することができる。

【００４２】上記製法において、原料としては、上述し
た方法で得られる部分金属水酸化物だけでなく、例え
ば、共沈法によって得られる金属水酸化物，水酸化マグ
ネシウムとＺｎの混合物，酸化マグネシウムとＺｎ酸化
物の混合物，炭酸マグネシウムとＺｎ炭酸塩との混合物
等も用いることができる。また、水和反応時の攪拌は、
均一性や分散性の向上、カルボン酸、カルボン酸の金属
塩、無機酸および無機酸の金属塩からなる群から選ばれ
た少なくとも一種との接触効率向上等のため、強攪拌が
好ましく、さらに強力な高剪断攪拌であればなお好まし
い。このような攪拌は、例えば、回転羽根式の攪拌機に
おいて、回転羽根の周速を５ｍ／ｓ以上として行うのが
好ましい。

【００４３】上記カルボン酸としては、特に限定される
ものではないが、好ましくはモノカルボン酸、オキシカ
ルボン酸（オキシ酸）等があげられる。上記モノカルボ
ン酸としては、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪
酸、吉草酸、カプロン酸、アクリル酸、クロトン酸等が
あげられ、上記オキシカルボン酸（オキシ酸）として
は、例えば、グリコール酸、乳酸、ヒドロアクリル酸、
α−オキシ酪酸、グリセリン酸、サリチル酸、安息香
酸、没食子酸等があげられる。また、上記カルボン酸の
金属塩としては、特に限定されるものではないが、好ま
しくは酢酸マグネシウム、酢酸亜鉛等があげられる。そ
して、上記無機酸としては、特に限定されるものではな
いが、好ましくは硝酸、塩酸等があげられる。また、上
記無機酸の金属塩としては、特に限定されるものではな
いが、好ましくは硝酸マグネシウム、硝酸亜鉛等があげ
られる。

【００４４】上記多面体形状を有する金属水酸化物の具
体的な代表例としては、Ｍｇ_1-XＮｉ_X（ＯＨ）
₂〔０．０１＜Ｘ＜０．５〕、Ｍｇ_1-XＺｎ_X（ＯＨ）
₂〔０．０１＜Ｘ＜０．５〕等があげられる。これら金
属水酸化物の市販品の例としては、例えば、タテホ化学
工業社製のエコーマグがあげられる。

【００４５】そして、上記多面体形状の金属水酸化物
は、平均粒子径が０．５〜３μｍの範囲であることが好
ましく、その最大粒径が１０μｍ以下であることが好ま
しい。特に好ましくは最大粒径が６μｍ以下である。す
なわち、最大粒径が１０μｍを超えると、難燃性を有す
るために多くの量を必要とするようになる傾向がみられ
るからである。

【００４６】さらに、上記多面体形状の金属水酸化物の
比表面積が２．０〜４．０ｍ²／ｇの範囲であることが
好ましい。なお、上記比表面積の測定は、ＢＥＴ吸着法
により測定される。

【００４７】また、上記多面体形状を有する金属水酸化
物のアスペクト比は、通常１〜８、好ましくは１〜７、
特に好ましくは１〜４である。ここでいうアスペクト比
とは、金属水酸化物の長径と短径との比で表したもので
ある。すなわち、アスペクト比が８を超えると、この金
属水酸化物を含有する樹脂組成物が溶融したときの粘度
低下に対する効果が乏しくなる。そして、本発明の半導
体封止用エポキシ樹脂組成物の構成成分として用いられ
る場合には、一般的に、アスペクト比が１〜４のものが
用いられる。

【００４８】なお、本発明においては、上記多面体形状
の金属水酸化物とともに従来の薄平板形状の金属水酸化
物を併用することができる。そして、本発明の半導体封
止用エポキシ樹脂組成物が溶融したときの粘度低下およ
び流動性の効果の発現という点から、用いられる金属水
酸化物全体（従来の薄平板形状を含む）中の、多面体形
状の金属水酸化物の占める割合を３０〜１００重量％の
範囲に設定することが好ましい。すなわち、多面体形状
の金属水酸化物の占める割合が３０重量％未満では樹脂
組成物の粘度低下の効果および流動性の向上効果が乏し
くなる。

【００４９】上記多面体形状を有する金属水酸化物を含
む金属水酸化物の含有量は、エポキシ樹脂組成物全体の
１〜３０重量％、特には２〜２８重量％の範囲に設定す
ることが好ましく、この含有量の範囲内でその優れた難
燃化効果を発揮することができる。すなわち、上記金属
水酸化物が１重量％未満では難燃化効果が不充分とな
り、３０重量％を超えると、エポキシ樹脂組成物硬化体
中の塩素イオン濃度が高くなるということから耐湿信頼
性が低下する傾向がみられるからである。

【００５０】なお、本発明に係る半導体封止用エポキシ
樹脂組成物には、上記Ａ〜Ｃ成分および金属水酸化物以
外に、硬化促進剤、顔料、離型剤、表面処理剤、可撓性
付与剤等を必要に応じて適宜に添加することができる。

【００５１】上記硬化促進剤としては、従来公知のも
の、例えば、１，８−ジアザ−ビシクロ（５，４，０）
ウンデセン−７、トリエチレンジアミン等の三級アミノ
類、２−メチルイミダゾール等のイミダゾール類、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等のリン系化合物等があげられる。

【００５２】上記顔料としては、カーボンブラック、酸
化チタン等があげられる。また、上記離型剤としては、
ポリエチレンワックス、パラフィンや脂肪酸エステル、
脂肪酸塩等があげられる。

【００５３】さらに、上記表面処理剤としては、シラン
カップリング剤等のカップリング剤があげられる。ま
た、上記可撓性付与剤としては、シリコーン樹脂やブタ
ジエン−アクリロニトリルゴム等があげられる。

【００５４】また、本発明に係る半導体封止用エポキシ
樹脂組成物では、上記各成分に加えてさらに有機系難燃
剤、あるいは赤燐系難燃剤である赤燐化合物を併用して
もよい。上記難燃剤を併用すると、例えば、上記多面体
形状を有する金属水酸化物を含有する金属水酸化物の使
用量を低減させることができ好ましい。上記有機系難燃
剤としては、含窒素有機化合物、含リン有機化合物、ホ
スファゼン系化合物等があげられるが、特に含窒素有機
化合物が好ましく用いられる。

【００５５】上記含窒素有機化合物としては、例えば、
メラミン誘導体、シアヌレート誘導体、イソシアヌレー
ト誘導体等の複素環骨格を有する化合物があげられる。
これら有機系難燃剤は単独でもしくは２種以上併せて用
いられる。

【００５６】上記有機系難燃剤は、例えば、前記金属水
酸化物と予め機械的に混合した後配合してもよいし、有
機系難燃剤を溶剤に溶解してこれに前記金属水酸化物を
添加して脱溶剤し表面処理したものを用いてもよい。

【００５７】そして、上記有機系難燃剤の含有量は、前
記金属水酸化物の使用量（多面体形状の金属水酸化物と
場合により使用される従来の薄平板形状の金属水酸化物
の合計量）の１〜１０重量％の範囲に設定することが好
ましい。特に好ましくは１〜５重量％である。

【００５８】一方、上記赤燐化合物としては、赤燐粉
末、あるいはこの赤燐粉末表面を各種有機物，無機物で
保護コートした赤燐粉末をあげることができる。そし
て、上記赤燐化合物の含有量は、上記有機系難燃剤の場
合と同様、前記金属水酸化物の使用量（多面体形状の金
属水酸化物と場合により使用される従来の薄平板形状の
金属水酸化物の合計量）の１〜１００重量％の範囲に設
定することが好ましい。

【００５９】そして、本発明に係る半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物において、前記Ａ〜Ｃ成分を含む各成分の
好適な組み合わせは、つぎのとおりである。すなわち、
Ａ〜Ｃ成分とともに、前記多面体形状の金属水酸化物お
よび赤燐化合物を用いることが好ましい。さらに、上記
多面体形状の金属水酸化物を用いる場合、離型性が低下
する傾向がみられることから、ワックス類、特に酸価３
０以上（通常の上限値は２００）という高酸価のポリエ
チレン系ワックスまたはエステル系ワックスを用いるこ
とが好ましい。あるいは、上記多面体形状の金属水酸化
物とともに難燃剤として赤燐化合物を併用することが好
ましい。

【００６０】本発明に係る半導体封止用エポキシ樹脂組
成物は、例えばつぎのようにして製造することができ
る。すなわち、まず、ビフェニル骨格を有するエポキシ
樹脂と前記ジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ
樹脂を所望の混合割合となるよう混合して混合エポキシ
樹脂（Ａ成分）を準備し、これとともにフェノール樹脂
（Ｂ成分），無機質充填剤（Ｃ成分）および多面体形状
の金属水酸化物，赤燐化合物ならびに必要に応じて他の
添加剤を所定の割合で配合する。つぎに、この混合物を
ミキシングロール機等の混練機を用いて加熱状態で溶融
混練し、これを室温に冷却する。そして、公知の手段に
よって粉砕し、必要に応じて打錠するという一連の工程
によって目的とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物を
製造することができる。

【００６１】あるいは、上記半導体封止用エポキシ樹脂
組成物の混合物を混練機に導入して溶融状態で混練した
後、これを略円柱状の顆粒体に連続的に成形するという
一連の工程によって顆粒状の半導体封止用エポキシ樹脂
組成物を製造することができる。

【００６２】さらに、上記半導体封止用エポキシ樹脂組
成物の混合物をパレット上に受け入れし、これを冷却
後、プレス圧延，ロール圧延，あるいは溶媒を混合した
ものを塗工してシート化する等の方法によりシート状の
半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造することができ
る。

【００６３】このようにして得られる半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物（粉末状，タブレット状，顆粒状等）を
用いての半導体素子の封止方法は、特に限定するもので
はなく、通常のトランスファー成形等の公知の成形方法
によって行うことができる。

【００６４】また、上記シート状の半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物を用いて、例えば、つぎのようにしてフリ
ップチップ実装による半導体装置を製造することができ
る。すなわち、上記シート状半導体封止用エポキシ樹脂
組成物を、接合用バンプを備えた半導体素子の電極面側
に、あるいは、回路基板のバンプ接合部側に配置し、上
記半導体素子と回路基板とをバンプ接合するとともに両
者を樹脂封止による接着封止を行うことによりフリップ
チップ実装して半導体装置を製造することができる。

【００６５】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。

【００６６】まず、下記に示す各材料を準備した。

【００６７】〔エポキシ樹脂ａ〕前記式（４）で表され
るビフェニル型エポキシ樹脂〔式（３）中のＲ₁〜Ｒ₄
が全てメチル基：エポキシ当量１９２〕

【００６８】〔エポキシ樹脂ｂ〕前記一般式（１）で表
されるジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂
〔エポキシ基当量２９０、軟化点８８℃、式（１）中の
Ｒは全てＨ、１分子当たりの平均官能基数３．５、ＩＣ
Ｉ粘度（１５０℃）０．８５Ｐａ・ｓ〕

【００６９】〔エポキシ樹脂ｃ〕前記一般式（１）で表
されるジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂
〔エポキシ基当量２６０、軟化点６０℃、式（１）中の
Ｒは全てＨ、１分子当たりの平均官能基数２．３、ＩＣ
Ｉ粘度（１５０℃）０．０６Ｐａ・ｓ〕

【００７０】〔フェノール樹脂ｄ〕フェノールノボラッ
ク樹脂（水酸基当量１０７、軟化点８５℃）

【００７１】〔フェノール樹脂ｅ〕フェノールアラルキ
ル樹脂（水酸基当量１７４℃、軟化点７０℃）

【００７２】〔多面体形状の金属水酸化物〕組成式：Ｍｇ_0.8Ｚｎ_0.2（ＯＨ）₂ 平均粒径：１．７μｍ粒度分布：粒径１．３μｍ未満１４重量％、粒径１．３
μｍ以上２．０μｍ未満６１重量％、粒径２．０μｍ以
上２５重量％

【００７３】〔赤燐化合物〕平均粒径３０μｍ、赤燐含
有率９４％の赤燐系化合物（燐化学工業社製、ノーバエ
クセル１４０）

【００７４】〔シリカ粉末〕平均粒径３０μｍの球状溶
融シリカ粉末

【００７５】〔硬化促進剤〕１，８−ジアザ−ビシクロ
（５，４，０）ウンデセン−７

【００７６】〔カップリング剤〕β−（３，４−エポキ
シシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン

【００７７】〔エステル系ワックス〕カルナバワックス

【００７８】〔オレフィン系ワックス〕ポリエチレン系
ワックス（酸価１７）

【００７９】

【実施例１〜６、比較例１〜３】ついで、下記の表１〜
表２に示す各成分を同表に示す割合で配合し、ミキシン
グロール機（温度１００℃）で３分間溶融混練を行い、
冷却固化した後粉砕して目的とする粉末状エポキシ樹脂
組成物を得た。

【００８０】

【表１】

【００８１】

【表２】

【００８２】このようにして得られた実施例および比較
例のエポキシ樹脂組成物を用い、その硬化体の難燃性を
評価した。すなわち、各エポキシ樹脂組成物を用い、１
７５℃×２分間、後硬化１７５℃×５時間の条件で厚み
１／１６インチの試験片を成形した。そして、この成形
品について、ＵＬ９４Ｖ−０規格の方法に従って難燃
性を評価した。なお、合格とは９４−Ｖ０合格を意味す
る。

【００８３】また、上記のようにして得られた実施例お
よび比較例のエポキシ樹脂組成物を用い、１７５℃にお
けるゲルタイム、１７５℃での熱時硬度およびフローテ
スター粘度の各評価試験に供した。

【００８４】〔１７５℃におけるゲルタイム〕熱板式ゲ
ルタイム測定法に従って測定した。すなわち、規定温度
（１７５℃）の熱平板上に試料（２００〜５００ｍｇ）
を載せ、撹拌しながら熱平板上に薄く引き伸ばし、試料
が熱平板上に溶融した時点から硬化するまでの時間を読
み取りゲル化時間とした。

【００８５】〔１７５℃での熱時硬度〕１７５℃×６０
秒の条件で成形した直後、ショアーＤ硬度計を用いて、
熱時の硬度を測定した。

【００８６】〔フローテスター粘度〕上記各エポキシ樹
脂組成物を２ｇ精秤し、タブレット状に打錠成形した。
そして、これを高化式フローテスターのポット内に入
れ、１０ｋｇの荷重をかけて測定した。溶融したエポキ
シ樹脂組成物がダイスの穴（直径１．０ｍｍ×１０ｍ
ｍ）を通過して押し出されるときのピストンの移動速度
からサンプルの溶融粘度を求めた。

【００８７】つぎに、上記実施例および比較例で得られ
たエポキシ樹脂組成物を用い、半導体素子をトランスフ
ァー成形（条件：１７５℃×２分）し、１７５℃×５時
間で後硬化することにより半導体装置を得た。この半導
体装置は、８０ピンＱＦＰ（クワッドフラットパッケー
ジ、サイズ：２０×１４×２ｍｍ）であり、ダイパッド
サイズは８×８ｍｍである。

【００８８】上記半導体装置について、超音波探傷装置
を用い非破壊にて評価した。その測定評価後、内部剥離
の生じた個数（１０個中）をカウントした。そして、上
記測定後、良品をつぎに示す半田試験に供した。すなわ
ち、良品の半導体装置を用いて、１２０℃×１時間のプ
リベーク後、これを８５℃／８５％ＲＨ×１６８時間吸
湿させた後、２４０℃の半田浴に１０秒間浸漬するとい
う評価試験（耐半田クラック性）を行った。そして、ク
ラックが発生した個数（１０個中）を測定した。

【００８９】これらの評価結果を下記の表３〜表４に併
せて示す。

【００９０】

【表３】

【００９１】

【表４】

【００９２】上記表３〜表４から、全ての実施例は樹脂
の溶融粘度が低くかつ熱時硬度が高く硬化性に優れ、さ
らに内部剥離および耐半田クラック性試験においても良
好な結果が得られたことがわかる。

【００９３】一方、比較例１品は、樹脂の溶融粘度が低
くかつ硬化性にも優れているが内部剥離が生じ耐半田ク
ラック性に劣っている。また、比較例２，３品は、熱時
硬度が低く硬化性に劣っており、フローテスター粘度が
特に高かった。

【００９４】

【発明の効果】以上のように、本発明は、ビフェニル骨
格を有するエポキシ樹脂と、１５０℃におけるＩＣＩ粘
度が特定値以上のジシクロペンタジエン骨格を有するエ
ポキシ樹脂との混合エポキシ樹脂（Ａ成分）を含有する
半導体封止用エポキシ樹脂組成物である。このため、優
れた樹脂流動性および硬化性を有するとともに、低吸湿
化および低弾性率化も図られるようになり、得られる半
導体装置は優れた耐半田性を備えたものとなる。したが
って、従来のように、硬化性に劣ることに起因した問
題、例えば、成形サイクルの低下や、連続成形性が困難
となるという問題を解決することができる。

【００９５】そして、上記混合エポキシ樹脂において、
両者の重量混合割合を特定の範囲に設定すると、低吸湿
性、低弾性化が図られ、耐半田性に優れるとともに成形
時の硬化性に優れキュアサイクルを短縮することができ
るようになる。また、成形時の樹脂粘度が低いため、ワ
イヤー流れやダイシフト等の成形時のトラブルが生じ難
くなる。

【００９６】さらに、前記一般式（２）で表される多面
体形状の金属水酸化物を用いると、優れた難燃性が付与
されるとともに従来の難燃剤である臭素化エポキシ樹脂
やアンチモン化合物の使用と比較すると臭素の影響がな
く半導体素子やアルミニウム配線の腐食等が生じず耐湿
信頼性が向上して長寿命になり、また、環境汚染等の問
題が生じないという効果が得られるようになる。さら
に、従来のような平板状の結晶形状ではなく上記特殊な
多面体の結晶形状を有するため、流動性に優れており成
形性が一層向上するようになる。

【００９７】また、赤燐化合物を用いると、その難燃効
果が高いために極微量の添加量で所望の難燃効果を得る
ことができることから、流動性および成形性に優れた封
止材料を得ることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いられる多面体形状の金属水酸化物
の結晶形状の一例を示す走査型電子顕微鏡写真（倍率５
００００倍）である。

【図２】従来の金属水酸化物の結晶形状の一つである六
角板状形状を示す斜視図である。

【図３】従来の金属水酸化物の外形を示す説明図であ
り、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

【図４】本発明の金属水酸化物の外形の一例を示す説明
図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

【図５】本発明の金属水酸化物の外形の他の例を示す説
明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

───────────────────────────────────────────────────── 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 ＣＨ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31 (72)発明者池村和弘大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号日東電工株式会社内Ｆターム(参考） 4J002 CC03Y CD02X CD04W DA038 DA057 DE046 DE148 DE238 DH007 DJ018 DJ048 DK008 FD018 FD136 FD137 FD14Y GQ05 4J036 AA01 AA05 AD07 AJ08 FA01 FA02 FA04 FA05 FA06 FB07 JA07 KA05 KA06 4M109 AA01 BA01 CA21 EA03 EB03 EB12 EB13 EC05 EC20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有するこ
とを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。（Ａ）ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂（Ｘ）と、
下記の一般式（１）で表される、１５０℃におけるＩＣ
Ｉ粘度が０．４Ｐａ・ｓ以上であるジシクロペンタジエ
ン骨格を有するエポキシ樹脂（Ｙ）とからなる混合エポ
キシ樹脂。【化１】（Ｂ）フェノール樹脂。（Ｃ）無機質充填剤。
【請求項２】上記（Ａ）成分である混合エポキシ樹脂
の、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂（Ｘ）とジシ
クロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂（Ｙ）の重
量混合割合（Ｘ／Ｙ）が、Ｘ／Ｙ＝５／５〜８／２の範
囲である請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成
物。
【請求項３】下記の一般式（２）で表される多面体形
状の金属水酸化物を含有する請求項１または２記載の半
導体封止用エポキシ樹脂組成物。【化２】
【請求項４】赤燐化合物を含有する請求項１〜３のい
ずれか一項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか一項に記載の半
導体封止用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。