JP2002194062A

JP2002194062A - エポキシ樹脂組成物および半導体装置

Info

Publication number: JP2002194062A
Application number: JP2000395221A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Yokouchi; 比斗志横内; Yuzuru Wada; 譲和田; Kazutoshi Fujita; 和俊藤田
Original assignee: Toshiba Chemical Corp; Daicel Chemical Industries Ltd
Current assignee: Daicel Corp; Kyocera Chemical Corp
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2000-12-26
Publication date: 2002-07-10

Abstract

(57)【要約】【課題】耐リフロー性に優れたエポキシ樹脂組成物、
およびそれを用いた半導体装置を提供する。【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）無機充填剤、（Ｅ）離
型剤および（Ｆ）エポキシ化ジエン系ブロック共重合体
を必須成分とし、組成物全体に対して（Ｄ）の無機充填
剤を50〜92重量％、（Ｆ）のエポキシ化ジエン系ブロッ
ク共重合体を0.05〜10重量％の割合で含有するエポキシ
樹脂組成物、およびこれを用いた半導体装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体などの電子
部品の封止樹脂材料として使用されるエポキシ樹脂組成
物、およびこれを用いた半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体などの電子部品を熱硬
化性樹脂を用いて封止することが広く行われている。こ
のような封止樹脂材料には、エポキシ樹脂をベースと
し、これに硬化剤、硬化促進剤、充填剤、顔料などを配
合した組成物が一般に使用されており、なかでも、硬化
剤としてノボラック型フェノール樹脂を用い、充填剤と
してシリカ粉末などの無機充填剤を用いたものが、成形
性や信頼性に優れ、かつ安価であることから多用されて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、半導
体集積回路の分野においては、半導体装置の実装工程の
自動化が推進されており、それに伴い、耐リフロー性に
優れた封止樹脂材料が要望されてきている。

【０００４】すなわち、従来、エポキシ樹脂組成物など
で封止した半導体装置は、回路基板に実装する際、リー
ドピン毎に半田付けを行なっていたが、最近では、半導
体装置全体をリフロー炉に通して半田付けする方法が用
いられるようになってきている。

【０００５】しかしながら、上述したような従来のエポ
キシ樹脂組成物では、リフロー時、特に吸湿後リフロー
時に、封止樹脂と半導体チップの間または封止樹脂とリ
ードフレームとの間に剥離が発生したり、あるいは封止
樹脂にクラックが生じ、信頼性が低下するという問題が
あった。

【０００６】本発明はこのような従来の事情に鑑みてな
されたもので、リフロー時、封止樹脂と半導体チップの
間または封止樹脂とリードフレームとの間に剥離が発生
したり、あるいは封止樹脂にクラックが生じることのな
い、耐リフロー性に優れたエポキシ樹脂組成物、および
それを用いた半導体装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の目
的を達成するため鋭意研究を重ねた結果、エポキシ樹
脂、フェノール樹脂、硬化促進剤、無機充填剤および離
型剤に、特定量のエポキシ化ジエン系ブロック共重合体
を併用することによって、上記目的を達成できることを
見出し、本発明を完成したものである。

【０００８】すなわち、本発明のエポキシ樹脂組成物
は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、
（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）無機充填剤、（Ｅ）離型剤お
よび（Ｆ）エポキシ化ジエン系ブロック共重合体を必須
成分とし、組成物全体に対して前記（Ｄ）の無機充填剤
を50〜92重量％、前記（Ｆ）のエポキシ化ジエン系ブロ
ック共重合体を0.05〜10重量％の割合で含有してなるこ
とを特徴としている。

【０００９】本発明のエポキシ樹脂組成物においては、
エポキシ樹脂、フェノール樹脂、硬化促進剤、無機充填
剤および離型剤に、特定量のエポキシ化ジエン系ブロッ
ク共重合体を併用したことにより、耐リフロー性が向上
するとともに、耐湿性、成形性などにも優れたものとな
る。

【００１０】本発明において、（Ｆ）エポキシ化ジエン
系ブロック共重合体は、請求項２に記載したように、エ
ポキシ当量が320〜8000であることが好ましい。

【００１１】本発明の半導体装置は、上記した本発明の
エポキシ樹脂組成物の硬化物によって、半導体チップが
封止されてなることを特徴としている。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）エ
ポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進
剤、（Ｄ）無機充填剤、（Ｅ）離型剤および（Ｆ）エポ
キシ化ジエン系ブロック共重合体を必須成分とするもの
である。

【００１３】（Ａ）のエポキシ樹脂は、分子中にエポキ
シ基を有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般をい
い、分子構造、分子量などに制限されることなく一般に
使用されているものを広く用いることができる。具体的
には、ビスフェノール型芳香族系、シクロヘキサン誘導
体等のエポキシ化によって得られる脂環族系の他、下記
一般式［Ｉ］で示されるエポキシノボラック型、下記一
般式［II］で示されるビフェニル型、下記一般式［II
I］で示されるジシクロペンタジエン型、下記一般式［I
V］で示されるナフタレン型、下記一般式［Ｖ］や［V
I］等で示される多官能型等のエポキシ樹脂が挙げられ
る。なお、これらのエポキシ樹脂は、1種を単独で使用
してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。

【００１４】

【化１】（但し、式中、ｎは0または1以上の整数を表す。）

【化２】（但し、式中、Ｒ1〜Ｒ4は水素原子または炭素数1〜20
のアルキル基を表す。これらは同一であっても異なって
いてもよい。ｎは0または1以上の整数を表す。）

【化３】（但し、式中、ｎは0または1以上の整数を表す。）

【化４】

【化５】（但し、式中、Ｒ1〜Ｒ4は水素原子または炭素数1〜20
のアルキル基を表す。これらは同一であっても異なって
いてもよい。ｎは0または1以上の整数を表す。）

【化６】（但し、式中、Ｒ1〜Ｒ3は水素原子または炭素数1〜20
のアルキル基を表す。これらは同一であっても異なって
いてもよい。ｎは0または1以上の整数を表す。）

【００１５】（Ｂ）のフェノール樹脂は、硬化剤として
配合されるものであり、（Ａ）のエポキシ樹脂のエポキ
シ基と反応し得るフェノール性水酸基を分子中に2個以
上有するものであれば、特に制限されることなく使用さ
れる。具体的には、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、パラキシレン変性フェノール樹脂、フェノー
ル類とベンズアルデヒド、ナフチルアルデヒド等との縮
合物、トリフェノールメタン化合物、下記一般式［VI
I］で示すようなトリス（ヒドロキシフェニル）アルカ
ンベースの化合物等が挙げられる。

【００１６】

【化７】（但し、式中、Ｒ1〜Ｒ4は水素原子または炭素数1〜20
のアルキル基を表す。これらは同一であっても異なって
いてもよい。ｎは0または1以上の整数を表す。）

【００１７】なお、これらのフェノール樹脂は、1種を
単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用しても
よい。この（Ｂ）のフェノール樹脂は、未反応成分を少
なくするという観点から、水酸基／（Ａ）のエポキシ樹
脂が有するエポキシ基（当量比）が0.7〜1.3となる量を
配合することが好ましい。

【００１８】（Ｃ）の硬化促進剤は、エポキシ樹脂同
士、またはエポキシ樹脂と（Ｂ）のフェノール樹脂との
反応を促進する作用を有するものであれば、特に限定さ
れるものではない。具体的には、1,8-ジアザビシクロ
[5,4,0]ウンデセン-7（ＤＢＵ）、トリエチレンジアミ
ン、ベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、
ジメチルアミノエタノール、トリス（ジメチルアミノメ
チル）フェノール等の3級アミン類、2-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
イミダゾール等のイミダゾール類、トリブチルホスフィ
ン、ジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン等
の有機ホスフィン類、テトラフェニルホスホニウムテト
ラフェニルボレート、トリフェニルホスフィンテトラフ
ェニルボレート等のテトラフェニルボロン塩等が挙げら
れる。これらは単独または2種以上混合して使用するこ
とができる。

【００１９】（Ｄ）の無機充填剤としては、溶融シリ
カ、結晶シリカ、アルミナ、タルク、炭酸カルシウム、
チタンホワイト、ベンガラ、炭化珪素、窒化ホウ素等の
粉末、これらを球形化したビーズ、単結晶繊維、ガラス
繊維等が挙げられる。これらは単独または2種以上混合
して使用することができる。本発明においては、これら
のなかでも、最大径が100μｍ以下のものが適してお
り、最大径が75μｍ以下であるとさらに好ましい。最大
径が100μｍを越えると狭部への充填が困難になるな
ど、成形性が低下するようになる。

【００２０】この（Ｄ）の無機充填剤は、硬化物の熱膨
張係数、熱伝導率、吸水性、弾性率などの特性を改善、
向上させる目的で配合されるもので、その配合量は、組
成物全体の50〜92重量％、好ましくは70〜92重量％の範
囲である。配合量が50重量％未満では、前記の熱膨張係
数などの特性を改善、向上させる効果が小さく、逆に配
合量が92重量％を越えると、組成物の流動性が低下し、
成形性に乏しくなって実用が困難になる。

【００２１】（Ｅ）の離型剤としては、ポリエチレンワ
ックス等の合成ワックス類、カルナバワックス等の天然
ワックス類、ステアリン酸等の脂肪酸およびその金属塩
類、パラフィン等が挙げられる。これらは単独または2
種以上混合して使用することができる。この（Ｅ）の離
型剤は、組成物全体の0.01〜1.0重量％の範囲で配合す
ることが好ましい。

【００２２】（Ｆ）のエポキシ化ジエン系ブロック共重
合体は、ジエン系ブロック共重合体をエポキシ化して得
られたものである。

【００２３】ジエン系ブロック共重合体は、ビニル芳香
族化合物を主体とする重合体ブロックと、共役ジエン化
合物を主体とする重合体ブロックからなるブロック共重
合体であり、ビニル芳香族化合物としては、スチレン、
α-メチルスチレン、ビニルトルエン、p-第３級ブチル
スチレン、ジビニルベンゼン、p-メチルスチレン、1,1-
ジフェニルスチレン等が挙げられ、なかでも、スチレン
が好ましい。また、共役ジエン化合物としては、ブタジ
エン、イソプレン、1,3-ペンタジエン、2,3-ジメチル-
1,3-ブタジエン、ピペリレン、3-ブチル-1,3-オクタジ
エン、フェニル-1,3-ブタジエン等が挙げられ、なかで
も、ブタジエン、イソプレン,またはこれらの組み合わ
せが好ましい。

【００２４】ジエン系ブロック共重合体は、上記したよ
うなビニル芳香族化合物の少なくとも1種と共役ジエン
化合物の少なくとも1種とをリチウム触媒等の存在下、
不活性溶媒中で反応させることにより得ることができ
る。

【００２５】本発明において、ジエン系ブロック共重合
体は、特に、ビニル芳香族化合物と共役ジエン化合物の
重量比が5：95〜70：30であることが好ましく、重量比
が10：90〜60：40であるとさらに好ましい。

【００２６】また、ジエン系ブロック共重合体は、数平
均分子量が5,000〜1,000,000で、重量平均分子量（Ｍ
ｗ）と数平均分子量（Ｍｎ）との比（Ｍｗ／Ｍｎ）が10
以下のものであることが好ましく、数平均分子量が10,0
00〜800,000で、重量平均分子量（Ｍｗ）と数平均分子
量（Ｍｎ）との比（Ｍｗ／Ｍｎ）が2以下であるとさら
に好ましい。なお、分子構造は、直鎖状、分岐状、放射
状など、特に制限されるものではない。

【００２７】（Ｆ）のエポキシ化ジエン系ブロック共重
合体は、上記のようなジエン系ブロック共重合体を、ハ
イドロパーオキサイド類、過酸類等のエポキシ化剤と、
不活性溶媒中で反応させることにより得ることができ
る。過酸類としては、過ギ酸、過酢酸、過安息香酸等が
挙げられる。ハイドロパーオキサイド類を使用する場
合、タングステン酸と苛性ソーダの混合物を過酸化水素
と、有機酸を過酸化水素と、あるいはモリブデンヘキサ
カルボニルをt-ブチルハイドロパーオキサイドと併用し
て触媒効果を得ることができる。ここで使用するエポキ
シ化剤の量は、その種類や所望するエポキシ化度、ま
た、ジエン系ブロック共重合体の種類などによって適宜
定められる。また、生成されたエポキシ化ジエン系ブロ
ック共重合体の溶媒からの単離は、貧溶媒で沈殿させる
方法、重合体を熱水中に撹拌下で投入し溶媒を蒸留除去
する方法、溶媒を直接除去する直接脱溶媒法などを用い
ることができる。

【００２８】本発明においては、特にエポキシ当量が32
0〜8000のエポキシ化ジエン系ブロック共重合体の使用
が好ましい。具体的には、ダイセル工業社製のエポフレ
ンド（商品名）が好ましく使用される。

【００２９】この（Ｆ）のエポキシ化ジエン系ブロック
共重合体は、組成物の半導体チップやリードフレームに
対する接着性を高め、耐リフロー性を向上させる作用を
する。すなわち、（Ｅ）の離型剤は、成形時の金型から
の離型を容易にするために配合されるものであるが、そ
の反面、組成物の半導体チップやリードフレームに対す
る接着強度を低下させる。（Ｆ）のエポキシ化ジエン系
ブロック共重合体を配合することにより、（Ｅ）の離型
剤の添加量を少なくしてもなお十分な離型性を確保する
ことが可能となり、その結果として、組成物の半導体チ
ップやリードフレームに対する接着性を高めることがで
きると考えられる。

【００３０】この（Ｆ）のエポキシ化ジエン系ブロック
共重合体の配合量は、組成物全体の0.05〜10重量％、好
ましくは0.1〜5重量％の範囲である。配合量が0.05重量
％未満では、耐リフロー性を向上させる効果が小さい。
また、逆に配合量が10重量％を越えると、成形性、金型
汚れ性、信頼性などが不良となる。

【００３１】本発明のエポキシ樹脂組成物には、以上の
各成分の他、本発明の効果を阻害しない範囲で、この種
の組成物に一般に配合される、三酸化アンチモン、リン
化合物、ブロム化エポキシ等の難燃剤、カーボンブラッ
ク、コバルトブルー等の着色剤、エポキシシラン、アミ
ノシラン、アルキルシラン、ビニルシラン等のシランカ
ップリング剤、アルキルチタネート等の表面処理剤、ハ
ロゲントラップ剤などを必要に応じて配合することがで
きる。

【００３２】本発明のエポキシ樹脂組成物を封止材料と
して調製するにあたっては、（Ａ）エポキシ樹脂、
（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）無機
充填剤、（Ｅ）離型剤、（Ｆ）エポキシ化ジエン系ブロ
ック共重合体、および前述した必要に応じて配合される
成分をミキサーなどによって十分に混合（ドライブレン
ド）した後、熱ロールやニーダなどにより溶融混練し、
冷却後粉砕するようにすればよい。ただし、（Ｆ）エポ
キシ化ジエン系ブロック共重合体については、（Ａ）エ
ポキシ樹脂または（Ｂ）フェノール樹脂と予め加熱混練
しておくことが好ましい。

【００３３】本発明の半導体装置は、上記の封止材料を
用いて半導体チップを封止することにより製造すること
ができる。半導体チップとしては、集積回路、大規模集
積回路、トランジスタ、サイリスタ、ダイオードなどが
例示される。また、封止方法としては、低圧トランスフ
ァー法が一般的であるが、射出成形、圧縮成形、注型な
どによる封止も可能である。封止材料で封止後は、加熱
して硬化させ、最終的にその硬化物によって封止された
半導体装置が得られる。硬化させる際の加熱温度は、15
0℃以上とすることが好ましい。さらに、半導体チップ
を搭載する基板としては、セラミック基板、プラスチッ
ク基板、ポリイミドフィルム、リードフレームなどが挙
げられるが、特にこれらに限定されるものではない。

【００３４】

【実施例】次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。なお、以下の記載において「部」は「重量部」
を意味する。

【００３５】実施例１予め万能混合撹拌機により90℃で3時間加熱混合させて
おいたo-クレゾールノボラックエポキシ樹脂（エポキシ
当量：200）10.6部とエポキシ化ジエン系ブロック共重
合体のエポフレンドＡ−１０２０（ダイセル工業社製
商品名）2.0部の混合物、ビスフェノールＡ型臭素化エ
ポキシ樹脂のＥＰＩＣＬＯＮ１５３（大日本インキ化学
社製商品名）1.5部、フェノールノボラック樹脂（水
酸基当量：105）4.9部、溶融球状シリカ粉末（最大粒径
75μｍ）81.0部、三酸化アンチモン1.0部、トリフェニ
ルホスフィン0.1部、カルナバワックス0.2部、γ-グリ
シドキシプロピルトリメトキシシラン0.4部およびカー
ボンブラック0.2部を常温で混合し、次いで、80℃で加
熱混練した。冷却後、適当な大きさに粉砕してエポキシ
樹脂組成物を得た。

【００３６】実施例２、３配合量を表１に示すように変えた以外は、実施例１と同
様にしてエポキシ樹脂組成物を得た。

【００３７】比較例1 o-クレゾールノボラックエポキシ樹脂（エポキシ当量：
200）9.9部、ビスフェノールＡ型臭素化エポキシ樹脂の
ＥＰＩＣＬＯＮ１５３ 1.5部、フェノールノボラック樹
脂（水酸基当量：105）5.6部、溶融球状シリカ粉末 81.
0部、三酸化アンチモン1.0部、トリフェニルホスフィン
0.1部、カルナバワックス0.2部、γ-グリシドキシプロ
ピルトリメトキシシラン0.4部およびカーボンブラック
0.2部を常温で混合し、次いで、80℃で加熱混練した。
冷却後、適当な大きさに粉砕してエポキシ樹脂組成物を
得た。

【００３８】比較例２、３配合量を表１に示すように変えた以外は、比較例１と同
様にしてエポキシ樹脂組成物を得た。

【００３９】上記各実施例および各比較例で得られたエ
ポキシ樹脂組成物の特性を以下に示すようにして測定し
た。すなわち、ガラス転移温度および熱膨張係数は、エ
ポキシ樹脂組成物を175℃、2分間の条件でトランスファ
ー成形し、次いで175℃、8時間の後硬化を行い、得られ
た硬化物から試験片を作製して、熱機械分析装置により
測定した。

【００４０】曲げ強度および曲げ弾性率は、上記と同様
にして硬化物を作製し、JIS K 6911に準じて測定した。
剪断接着強度は、25℃でボンドテスターにより測定し
た。

【００４１】連続成形性は、エポキシ樹脂組成物を用い
て180℃、1分間のトランスファー成形を繰り返してＱＦ
Ｐ-80pパッケージ（パッケージサイズ14mm×14mm×1.6m
m、リードフレーム：銅、ダイパッドサイズ7.0mm×7.0m
m、チップサイズ5.5mm×5.5mm）を連続的に製造し、材
料の充填不良が発生するまでのショット数を調べた。

【００４２】耐リフロー性は、エポキシ樹脂組成物を用
いて180℃、1分間のトランスファー成形および175℃で8
時間の後硬化によりＱＦＰ-80p（パッケージサイズ14mm
×14mm×1.6mm、リードフレーム：銅、ダイパッドサイ
ズ7.0mm×7.0mm、チップサイズ5.5mm×5.5mm）を作製
し、85℃、60％RH、168時間の吸湿処理を行なった後、2
40℃のＩＲリフローを30秒間行い、パッケージクラック
およびダイパッド裏面の剥離（50％以上）の発生の有無
を調べた。

【００４３】耐湿性は、2本のＡｌ配線を有するチップ
をエポキシ樹脂組成物を用いて180℃、1分間のトランス
ファー成形により封止し、175℃で8時間後硬化させてＱ
ＦＰ（パッケージサイズ14mm×14mm×1.6mm、リードフ
レーム：銅、ダイパッドサイズ7.0mm×7.0mm、チップサ
イズ5.5mm×5.5mm）を作製し、127℃、2.5気圧の飽和水
蒸気中で耐湿試験（Pressure Cooker Test：ＰＣＴ）を
行い、Ａｌ配線の断線（50％）が発生するまでの時間を
調べた。

【００４４】これらの結果を表２に示す。

【００４５】

【表１】

【００４６】

【表２】

【００４７】表２からも明らかなように、実施例のエポ
キシ樹脂組成物は、耐リフロー性が良好で、かつ、成形
性や耐湿性などにも優れている。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
耐リフロー性が良好で、かつ、成形性や耐湿性などにも
優れたエポキシ樹脂組成物、およびそれを用いた高信頼
性の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 23/31 (72)発明者和田譲埼玉県川口市領家５丁目14番25号東芝ケミカル株式会社川口工場内 (72)発明者藤田和俊大阪府堺市鉄砲町１番ダイセル化学工業株式会社内Ｆターム(参考） 4J002 AE044 BB034 CC03X CD04W CD05W CD06W CD183 DE117 DE137 DE147 DE237 DF017 DJ017 DJ047 EF016 EF056 EG016 EN028 EU118 EW018 GQ01 GQ05 4J036 AA05 AC01 AC02 AC03 AC08 AD01 AD04 AD08 AF06 AF08 AJ02 AJ03 AK02 DB05 DC02 DC05 DC40 DC41 DD07 DD09 FA01 FA02 FA03 FA05 FA10 FA12 FB02 FB07 FB20 JA07 4M109 AA01 BA01 BA03 BA04 BA05 CA01 CA02 CA21 CA22 EA02 EB03 EB04 EB06 EB07 EB08 EB09 EB12 EB13 EB18 EC01 EC05 EC20

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）無機充填剤、（Ｅ）離
型剤および（Ｆ）エポキシ化ジエン系ブロック共重合体
を必須成分とし、組成物全体に対して前記（Ｄ）の無機
充填剤を50〜92重量％、前記（Ｆ）のエポキシ化ジエン
系ブロック共重合体を0.05〜10重量％の割合で含有して
なることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
【請求項２】前記（Ｆ）エポキシ化ジエン系ブロック
共重合体のエポキシ当量が320〜8000であることを特徴
とする請求項１記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項３】請求項１または２記載のエポキシ樹脂組
成物の硬化物によって、半導体チップが封止されてなる
ことを特徴とする半導体装置。