JP2002187999A

JP2002187999A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

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Publication number: JP2002187999A
Application number: JP2000387136A
Authority: JP
Inventors: Takafumi Sumiyoshi; 孝文住吉
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 2000-12-20
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2002-07-05
Anticipated expiration: 2020-12-20
Also published as: JP4797243B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ハロゲン系難燃剤及びアンチモン化合物を含
まず、成形性、及び難燃性、高温保管特性、耐湿信頼性
及び耐半田クラック性に優れた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】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール
樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）無機充填材、（Ｅ）水
酸化アルミニウムを必須成分とし、該水酸化アルミニウ
ムが平均粒径０．５〜１４μｍ、最大粒径１００μｍ以
下であり、かつ粒径１０μｍ以下が３０重量％以上、５
μｍ以下が５重量％以上、１μｍ以下が５０重量％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、ハロゲン系難燃
剤、アンチモン化合物を含まず、難燃性、高温保管特性
に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ダイオード、トランジスタ、集積
回路等の電子部品は、主にエポキシ樹脂組成物で封止さ
れている。これらのエポキシ樹脂組成物中には、難燃性
を付与するためにハロゲン系難燃剤及びアンチモン化合
物が配合されている。ところが、環境・衛生の点からハ
ロゲン系難燃剤及びアンチモン化合物を使用しないで、
難燃性に優れたエポキシ樹脂組成物の開発が求められて
いる。又ハロゲン系難燃剤及びアンチモン化合物を含む
エポキシ樹脂組成物で封止された半導体装置を高温下で
保管した場合、これらの難燃剤成分から熱分解したハロ
ゲン化物が遊離し、半導体素子の接合部を腐食し、半導
体装置の信頼性を損なうことが知られており、難燃剤と
してハロゲン系難燃剤とアンチモン化合物を使用しなく
ても難燃グレードがＵＬ−９４のＶ−０を達成できるエ
ポキシ樹脂組成物が要求されている。

【０００３】このように、半導体装置を高温下（例え
ば、１８５℃等）に保管した後の半導体素子の接合部
（ボンディングパッド部）の耐腐食性のことを高温保管
特性といい、この高温保管特性を改善する手法として
は、五酸化二アンチモンを使用する方法（特開昭５５−
１４６９５０号公報）や、酸化アンチモンと有機ホスフ
ィンとを組み合わせる方法（特開昭６１−５３３２１号
公報）等が提案され、効果が確認されているが、最近の
半導体装置に対する高温保管特性の高い要求レベルに対
して、エポキシ樹脂組成物の種類によっては不満足なも
のもある。又難燃剤として赤燐系難燃剤が提案されてお
り、多量に添加することにより難燃グレードＶ−０を達
成でき、高温保管特性も問題ないが、副生成物の燐酸イ
オンが多量に含まれる場合には耐湿信頼性、成形性、耐
半田クラック性が低下するという問題がある。前記欠点
を改良した技術として、特定の金属水酸化物の使用或い
は特定の金属水酸化物と特定の金属酸化物の複合化金属
水酸化物を用いることにより、難燃性と耐湿信頼性を解
決する提案（特開平１０−２５１４８６号公報、特開平
１１−１１９４５号公報等）がされているが、十分な難
燃性を発現させるためには、多量の添加を必要とする。
難燃剤を多量添加するため、成形性、耐半田クラック性
の低下を引きおこす問題がある。更に難燃剤の多量添加
による成形性を改善すべく金属水和物の粒度を特定の範
囲に限定した提案（特開２０００−１０９６４７号公
報）がされているが成形性、耐湿信頼性を、より向上さ
せるため難燃剤としての添加量を極力抑えることのでき
る難燃剤が必要である。即ち、難燃性を維持し、成形
性、高温保管特性、耐湿信頼性及び耐半田クラック性に
優れ、ハロゲン系難燃剤及びアンチモン化合物を使用し
ないエポキシ樹脂組成物が求められている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ハロゲン系
難燃剤及びアンチモン化合物を含まず成形性、難燃性、
高温保管特性、耐湿信頼性及び耐半田クラック性に優れ
た半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びこれを用いて半
導体素子を封止してなる半導体装置を提供するものであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、（１）（Ａ）
エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進
剤、（Ｄ）無機充填材、（Ｅ）水酸化アルミニウムを必
須成分とし、該水酸化アルミニウムが平均粒径０．５〜
１４μｍ、最大粒径１００μｍ以下であり、かつ粒径１
０μｍ以下が３０重量％以上、５μｍ以下が５重量％以
上、１μｍ以下が５０重量％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）水酸化アル
ミニウムが、平均粒径０．５〜５μｍ、最大粒径１００
μｍ以下であり、かつ粒径１０μｍ以下が９０重量％以
上、５μｍ以下が４０重量％以上、１μｍ以下が５０重
量％以下である第（１）項記載の半導体封止用エポキシ
樹脂組成物、（３）水酸化アルミニウムが、比表面積
０．２〜２０ｍ²/ｇである第（１）項又は第（２）項記
載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、（４）（）水
酸化アルミニウムが、真円度０．４〜１である第（１）
項〜第（３）項記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成
物、（５）第（１）項〜第（４）項のいずれかに記載の
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
封止してなることを特徴とする半導体装置、である。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明に用いるエポキシ樹脂とし
ては、１分子内にエポキシ基を２個以上有するモノマ
ー、オリゴマー、ポリマー全般を言い、その分子量、分
子構造を特に限定するものではないが、例えばビフェニ
ル型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ス
チルベン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポ
キシ樹脂、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、アルキル変性トリフ
ェノールメタン型エポキシ樹脂、トリアジン核含有エポ
キシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポ
キシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂（フェ
ニレン骨格又はジフェニレン骨格等を有する）等が挙げ
られ、これらは単独でも混合して用いても差し支えな
い。

【０００７】本発明に用いるフェノール樹脂としては、
１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有するモノマ
ー、オリゴマー、ポリマー全般を言い、その分子量、分
子構造を特に限定するものではないが、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、ジシ
クロペンタジエン変性フェノール樹脂、テルペン変性フ
ェノール樹脂、トリフェノールメタン型樹脂、フェノー
ルアラルキル樹脂（フェニレン骨格又はジフェニレン骨
格等を有する）等が挙げられ、これらは単独でも混合し
て用いても差し支えない。これらの内では特に、フェノ
ールノボラック樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノ
ール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、テルペン変性フ
ェノール樹脂等が好ましい。これらの配合量としては、
全エポキシ樹脂のエポキシ基数と全フェノール樹脂のフ
ェノール性水酸基数の比が０．８〜１．３が好ましい。

【０００８】本発明に用いる硬化促進剤としては、エポ
キシ基とフェノール性水酸基との硬化反応を促進させる
ものであればよく、一般に封止材料に使用するものを使
用することができる。例えば、１，８−ジアザビシクロ
（５，４，０）ウンデセン−７、トリフェニルホスフィ
ン、２−メチルイミダゾール、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が挙げられ、これらは
単独でも混合して用いても差し支えない。

【０００９】本発明に用いる無機充填材としては、一般
に封止材料に使用されているものを使用することができ
る。例えば溶融シリカ、結晶シリカ、タルク、アルミ
ナ、窒化珪素等が挙げられ、これらは単独でも混合して
用いても差し支えない。無機充填材の配合量としては、
水酸化アルミニウム及び無機充填材との合計量が、成形
性と耐半田クラック性のバランスから、全エポキシ樹脂
組成物中に６０〜９５重量％含有することが好ましい。
６０重量％未満だと、吸水率の上昇に伴う耐半田クラッ
ク性が低下し、９５重量％を越えると、ワイヤースィー
プ及びパッドシフト等の成形性の問題が生じ、好ましく
ない。

【００１０】本発明に用いる水酸化アルミニウムは、難
燃剤として作用する。その難燃機構は公知であるが、実
際に有効な難燃性を発現させるためには多量の添加が必
要である。その結果として流動性の低下がある。本発明
では、水酸化アルミニウムの粒径を微細にし、難燃性を
向上させることで添加量を低減することができた。又粒
径を細かくすることにより流動性の低下が懸念される
が、形状をより真球に近づけ、粒度分布を調整すること
により流動性の低下を防止することができた。水酸化ア
ルミニウムは、平均粒径０．５〜１４μｍ、最大粒径１
００μｍ以下であり、かつ粒径１０μｍ以下が３０重量
％以上、５μｍ以下が５重量％以上、１μｍ以下が５０
重量％以下である。更に好ましくは、平均粒径０．５〜
５μｍ、最大粒径１００μｍ以下であり、かつ粒径１０
μｍ以下が９０重量％以上、５μｍ以下が４０重量％以
上、１μｍ以下が５０重量％以下のものが望ましい。平
均粒径が０．５μｍ未満、もしくは粒径が１μｍ以下の
ものが５０重量％を越えると、細かい粒径のものが多く
なり過ぎ流動性が低下し、更に硬化物の抽出時の不純物
量が増加するために耐湿信頼性の低下が生じるととも
に、水酸化アルミニウムの脱水温度が低下し、耐半田ク
ラック性が低下する。平均粒径が１４μｍを越え、もし
くは１０μｍ以下が３０重量％未満、５μｍ以下のもの
が５重量％未満であると十分な難燃性が得られない。本
発明の粒径については、レーザー回折法で測定した値を
用いている。平均粒径は、５０重量％の累積になった時
の粒径である。又比表面積としては、０．２〜２０ｍ²/
ｇが好ましく、２０ｍ²/ｇを越えると硬化性が低下する
おそれがあり好ましくない。比表面積は、ＢＥＴ法で窒
素ガスを用いて測定したものである。

【００１１】次に粒形については、粒子の形状が球形に
近いほど流動性向上の点で望ましい。下記式で示される
真円度が０．４〜１であることが望ましく、真円度が
０．４未満だと流動性が低下するおそれがあり好ましく
ない。真円度＝α／α’＝α・４π／（ＰＭ）² ここで、αは、真円度算出の対象となる対象物の投影像
の実面積を示す。α’は、上記の投影像の周囲の長さ
（＝ＰＭ）とした場合、周囲の長さがＰＭとなる真円の
面積を指す。従って、真円度が１の場合、その対象物は
真円である。そして対象物に凸凹があると、真円度は低
下する。真円度の測定には、東亜医用電子（株）製・Ｆ
ＰＩＡ−１０００を用いた。本発明に用いる水酸化アル
ミニウムの配合量としては、全エポキシ樹脂組成物中に
０．１〜２０重量％が好ましく、更に好ましくは３〜１
０重量％が望ましい。０．１重量％未満だと難燃性が不
足し、２０重量％を越えると耐半田クラック性、成形性
が低下するおそれがあり好ましくない。

【００１２】本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜
（Ｅ）成分を必須成分とするが、これ以外に必要に応じ
てシランカップリング剤、カーボンブラック等の着色
剤、天然ワックス、合成ワックス等の離型剤、及びシリ
コーンオイル、ゴム等の低応力添加剤等の種々の添加剤
を適宜配合しても差し支えない。又本発明のエポキシ樹
脂組成物は、（Ａ）〜（Ｅ）成分、及びその他の添加剤
等をミキサー等を用いて充分に均一に混合した後、更に
熱ロール又はニーダー等で溶融混練し、冷却後粉砕して
得られる。本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて、半導
体素子等の各種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からの成
形方法で硬化成形すればよい。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこ
れらに限定されるものではない。配合割合は重量部とす
る。実施例１ビフェニル型エポキシ樹脂（融点１０５℃、エポキシ当量１９５：油化シェルエポキシ（株）製、ＹＸ−４０００）７．６重量部フェノールアラルキル樹脂（軟化点８４℃、水酸基当量１７５）６．９重量部１、８−ジアザビシクロ（５、４、０）ウンデセン−７（以下、ＤＢＵという）０．２重量部溶融球状シリカ７７．０重量部水酸化アルミニウム１（特性を表１に示す）７．０重量部エポキシ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重量部カルナバワックス０．５重量部を常温でスーパーミキサーを用いて混合し、７０〜１０
０℃でロール混練し、冷却後粉砕してエポキシ樹脂組成
物を得た。得られたエポキシ樹脂組成物を以下の方法で
評価した。結果を表２に示す。

【００１４】評価方法スパイラルフロー：ＥＭＭＩ−１−６６に準じたスパイ
ラルフロー測定用金型を用いて、金型温度１７５℃、注
入圧力７０ｋｇ／ｃｍ²、硬化時間１２０秒で測定し
た。硬化性：（株）オリエンテック・製、ＪＳＲキュラスト
メーターＩＶＰＳを用いて、ダイスの直径３５ｍｍ、振
幅角１°、成形温度１７５℃、成形開始９０秒後のトル
ク値を測定した。数値が小さいほど硬化が遅い。単位は
ｋｇｆ・ｃｍ。難燃性：低圧トランスファー成形機を用いて、成形温度
１７５℃、注入圧力７０ｋｇ／ｃｍ²、硬化時間１２０
秒で試験片（１２７ｍｍ×１２．７ｍｍ×３．２ｍｍ）
を成形し、後硬化として１７５℃、８時間処理した後、
ＵＬ−９４垂直法に準じてΣＦ、Ｆmaxを測定し、難燃
性を判定した。耐半田クラック性：８０ピンＱＦＰ（パッケージサイズ
は１４ｍｍ×２０ｍｍ、厚み２．７ｍｍ、シリコンチッ
プのサイズは、９．０ｍｍ×９．０ｍｍ、リードフレー
ムは４２アロイ製）を、金型温度１７５℃、注入圧力７
５ｋｇ／ｃｍ²、硬化時間２分でトランスファー成形
し、１７５℃、８時間で後硬化した。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。顕微鏡で観察し、クラック
発生率［（外部クラック発生パッケージ数）／（全パッ
ケージ数）×１００］を％で表示した。又チップとエポ
キシ樹脂組成物の硬化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］を％で表示した。高温保管特性：模擬素子を２５μｍ径の金線で配線した
１６ピンＳＯＰを、金型温度１７５℃、注入圧力７０ｋ
ｇ／ｃｍ²、硬化時間２分でトランスファー成形し、１
７５℃、８時間で後硬化した。１８５℃の恒温槽で処理
し、一定時間毎にピン間の抵抗値を測定した。初期の抵
抗値から１０％以上抵抗値が増大したパッケージ数が、
１５個中８個以上になった恒温槽処理時間を高温保管特
性として表示した。この時間が長いと、高温安定性に優
れていることを示す。単位は時間。耐湿信頼性：低圧トランスファー成形機を用いて成形温
度１７５℃、注入圧力７０ｋｇ／ｃｍ²、硬化時間１２
０秒で１６ｐＤＩＰ（チップサイズ３．０ｍｍ×３．５
ｍｍ）を成形し、後硬化として１７５℃、８時間処理し
た後、２０Ｖのバイアスをかけながら１２５℃、２００
時間の処理を行った。配線間の導通を確認し、導通がな
くなった状態を不良と判定した。１５個のパッケージ中
の不良パッケージ数を示す。

【００１５】実施例２、３、比較例１〜４表１の配合に従い、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂
組成物を得て、実施例１と同様にして評価した。結果を
表２に示す。なお、実施例、比較例に用いた水酸化アル
ミニウムの特性は、表１に示す。比較例４に用いた臭素
化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂のエポキシ当量は、
３６５ｇ／ｅｑ．である。

【表１】

【００１６】

【表２】

【００１７】

【発明の効果】本発明に従うと、ハロゲン系難燃剤及び
アンチモン化合物を含まず、成形性に優れた半導体封止
用エポキシ樹脂組成物が得られ、これを用いた半導体装
置は難燃性、高温保管特性、耐湿信頼性及び耐半田クラ
ック性に優れている。

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31 Ｆターム(参考） 4J002 CC04X CC05X CC07X CD04W CD05W CD06W CD07W CD13W CE00X DE147 DE148 DJ007 DJ017 DJ047 EU116 EU136 EW016 EW176 FD017 FD138 FD14X FD156 GQ05 4J036 AA01 DA02 FA01 FA02 FB07 JA07 4M109 AA01 EA02 EB03 EB04 EB07 EB12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール
樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）無機充填材、（Ｅ）水
酸化アルミニウムを必須成分とし、該水酸化アルミニウ
ムが平均粒径０．５〜１４μｍ、最大粒径１００μｍ以
下であり、かつ粒径１０μｍ以下が３０重量％以上、５
μｍ以下が５重量％以上、１μｍ以下が５０重量％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。
【請求項２】水酸化アルミニウムが、平均粒径０．５
〜５μｍ、最大粒径１００μｍ以下であり、かつ粒径１
０μｍ以下が９０重量％以上、５μｍ以下が４０重量％
以上、１μｍ以下が５０重量％以下である請求項１記載
の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】水酸化アルミニウムが、比表面積０．２
〜２０ｍ²/ｇである請求項１又は２記載の半導体封止用
エポキシ樹脂組成物。
【請求項４】水酸化アルミニウムが、真円度０．４〜
１である請求項１〜３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
てなることを特徴とする半導体装置。