JP2002212264A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置 - Google Patents

半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体装置に適した半導体用封止樹脂及びそれ
を用いた半導体装置の提供。 【解決手段】（化１）に示すビフェニル型エポキシ樹
脂，硬化剤，硬化促進剤，難燃剤又は無機充填剤を含む
エポキシ樹脂組成物であって、無機充填剤の一部がアル
カリ金属酸化物である。また、このような半導体用封止
樹脂組成物を用いて封止される半導体装置。 【効果】優れた硬化性と耐熱性を有するエポキシ樹脂組
成物を用いて封止することにより、半導体装置の量産
性，耐湿，耐熱が向上し、半導体装置の信頼性が向上す
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、半導体封止物およ
びそれを用いた半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】トランジスタ，ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体
装置は量産性の点で有利な樹脂封止型が主流になってい
る。このような半導体封止用樹脂としては、樹脂成分と
してエポキシ樹脂とフェノール樹脂硬化剤、さらに、無
機質充填材を配合した組成物がある。これらは、成形性
や機械特性，接着性等の特性バランスが良く、量産性，
信頼性に優れている。
【０００３】半導体封止用樹脂組成物には、一般的に、
分子中に二つ以上のグリシジルエーテル基を有するエポ
キシ樹脂化合物と、分子中に水酸基を有するフェノール
樹脂硬化剤が用いられている。エポキシ樹脂とフェノー
ル樹脂硬化剤は、半導体装置の封止工程において、適当
な硬化触媒の存在下、上記グリシジルエーテル基と水酸
基との反応を生じ、硬化物を与える。この反応の速度、
すなわち硬化物を金型から取り出せるまでの時間は触媒
の種類や量に依存し、半導体装置の量産性の観点から、
これら触媒の種類や量が最適化されている。
【０００４】この半導体封止用樹脂組成物に配合されて
いるフェノール樹脂硬化剤は、分子中に水酸基を有して
いるので、吸湿し易い性質を持っている。フェノール樹
脂硬化剤が吸湿していると上記エポキシ樹脂との硬化反
応が遅くなったり、最終的に得られる硬化物の硬化度が
低くなり半導体装置の量産性が低下する問題がある。
【０００５】従来から半導体封止用エポキシ樹脂組成物
として用いられているのは、オルソクレゾールノボラッ
ク型エポキシ樹脂である。しかし、半導体の集積度の増
加により、シリコンチップサイズが増加すると封止樹脂
層の薄肉化が要求されるようになり、これに対応できる
ようなエポキシ樹脂が用いられるようになってきた。封
止層を薄肉化すると、シリコンチップと封止樹脂層との
熱応力によるクラックが生じるので、このクラックを防
止するため低熱膨張化が必要となる。このために、従来
のオルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂よりもさ
らに低粘度で、低熱膨張成分であり、シリカ充填剤をよ
り多く配合できるエポキシ樹脂が多く使われるようにな
ってきた。
【０００６】カルシウム化合物をエポキシ樹脂組成物に
配合する公知技術として、特開昭５８−８０３４０号が
ある。これには、炭酸カルシウム及び水酸化マグネシウ
ムを充填することが開示されているが、これは、エポキ
シ樹脂マトリックス中に充填剤を分散させる複合化技術
により機械強度を向上させるものである。
【０００７】また、特開昭５８−１７４４３４号には、
アルミ電極パッドの腐食を防止するために、エポキシ樹
脂，エポキシ硬化剤，無機充填剤からなる半導体封止用
エポキシ樹脂組成物中に固体塩基またはその水酸化物で
ある酸化マグネシウム，酸化カルシウム，水酸化カルシ
ウム，酸化アルミニウムを添加して半導体封止層に浸入
した水分を中性あるいはアルカリ性にすることが開示さ
れている。オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂
を用いた場合には、このようなアルミパッドの腐食等が
問題となっていたためにこのような技術が必要であっ
た。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】先のオルソクレゾール
ノボラック型エポキシ樹脂は、上述したような吸湿によ
る硬化性の低下の問題は顕著では無かったが、高集積化
に伴って用いられるようになったビフェニル型エポキシ
樹脂では硬化時に吸湿の影響を受けやすいという問題が
ある。
【０００９】このビフェニル型エポキシ樹脂のような樹
脂組成物が保管時などに吸湿すると、成形時の硬化阻害
が生じ、硬化時間の増大による量産性が低下し、硬化後
の成形物の耐熱性が低下するという問題がある。
【００１０】さらに、ビフェニル型エポキシ樹脂を用い
た半導体封止樹脂組成物の製造では、製造現場全体を低
湿度に保ち、かつ、保管や輸送にも吸湿の影響を避ける
ような配慮が必要になるという問題がある。
【００１１】これら吸湿による硬化阻害の影響を小さく
するため、一般的には、エポキシ樹脂の硬化促進剤を増
量する方法もあるが、この場合、半導体封止用樹脂組成
物の保管中において硬化反応が徐々に進行するのでその
粘度が上昇し、半導体の封止の際に、未充填や金線曲が
り、断線などの不良が発生するという問題がある。
【００１２】また、硬化促進剤の増量は、半導体装置内
の電気的接合部の耐湿信頼性，耐熱信頼性に影響を及ぼ
すという問題がある。
【００１３】本発明の目的は、上述の問題点を鑑み、吸
湿の影響を受け難い半導体封止用エポキシ樹脂組成物の
提供にある。
【００１４】また、本発明の目的は、保管時などに吸湿
しにくく、成形時の硬化阻害が生じにくい半導体封止用
エポキシ樹脂組成物の提供にある。
【００１５】また、量産性が低下すること無く、硬化後
の成形物の耐熱性も低下しない半導体封止用エポキシ樹
脂組成物の提供にある。
【００１６】また、成形時に良好な硬化性を有し、耐熱
性の高い硬化物，高い難燃性を与え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高信頼性半導体装置
を提供することにある。
【００１７】他の目的は、硬化性，成形性，量産性に優
れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物および該組成物で
封止した長期信頼性に優れた半導体装置を提供すること
にある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、半導体封止用エポキシ樹脂としてのビフェニル型エ
ポキシ樹脂にアルカリ金属酸化物、好ましくは酸化カル
シウムを用いることにある。
【００１９】さらに、本発明のこのような硬化促進剤が
添加された半導体封止用エポキシ樹脂は、少なくとも
（化１）に示すエポキシ樹脂を必須成分とし、２５℃で
かつ相対湿度５０％の条件で２４時間保管した前後での
成形硬化直後の熱時硬度変化率が１０％未満であり、か
つ２５℃でかつ相対湿度が２０％以下の乾燥状態で２４
時間保管した前後での成形硬化後の流動長の変化率が１
０％未満となるようにしたものである。
【００２０】また、エポキシ樹脂，硬化剤，硬化促進
剤，無機充填剤を含む半導体封止用エポキシ樹脂組成物
において、エポキシ樹脂は化１で示されるエポキシ樹脂
を含み、かつ、無機充填剤の一部がアルカリ金属酸化物
である半導体封止用エポキシ樹脂組成物としたことにあ
る。
【００２１】さらに、このようなアルカリ金属酸化物は
酸化カルシウムとしたことにある。
【００２２】また、酸化カルシウムは硬化剤に対し０.
５重量％ から５０重量％が配合することにある。
【００２３】少なくとも（化１）に示すエポキシ樹脂を
含むエポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹脂組成物
の硬化反応時にエポキシ樹脂組成物中の水分を吸収し、
かつ、硬化後のエポキシ樹脂組成物の燃焼時に吸収した
水分を放出することにより難燃性効果を示す添加剤を配
合したことにある。
【００２４】このような添加剤は酸化カルシウムであ
り、硬化剤はフェノール樹脂であり、かつ、フェノール
樹脂の配合量は、エポキシ樹脂のエポキシ基に対するフ
ェノール樹脂の水酸基の当量比で１.３以上１.５以下と
したことにある。
【００２５】無機充填剤の一部としてシリカが７８体積
％以上配合され、かつ、メタほう酸カルシウムを配合し
ていることにある。
【００２６】そして、その少なくとも一部が上述したよ
うな半導体封止用エポキシ樹脂組成物で封止されている
半導体としたことにある。
【００２７】また、半導体素子の一方の面は、外部接続
端子を有するリードフレームのダイパッドに接着層を介
して固着され、半導体素子の他方の面は、外部接続用パ
ッドが設けられ、外部接続用パッドと外部リードとが導
電ワイヤで電気的に接続され、少なくとも半導体素子の
一部が半導体封止用エポキシ樹脂組成物で封止されてな
る半導体装置としたことにある。
【００２８】また、半導体素子と外部接続端子を有する
リードフレームとが接着層を介して固着され、半導体素
子の接着層を有する面に設けられた半導体素子の外部接
続用パッドと外部リードフレームとが導電ワイヤによっ
て電気的に接続され、少なくとも半導体素子の一部が半
導体封止用エポキシ樹脂組成物で封止されてなる半導体
装置としたことにある。
【００２９】半導体素子の一方の面がプリント配線基板
上に接着層を介して固着され、半導体素子の他方の面に
外部接続用パッドが設けられ、外部接続用パッドとプリ
ント配線基板上の接続パッドとが導電ワイヤで電気的に
接続され、プリント配線基板の半導体素子搭載面の裏面
に、半導体素子の外部接続用パッドと電気的導通の取れ
たはんだボールが形成され、少なくとも半導体素子の一
部が半導体封止用エポキシ樹脂組成物で封止されてなる
半導体装置としたことにある。
【００３０】半導体素子の外部接続用パッドと配線基板
の接続用パッドとが導電性物質により電気的かつ機械的
に接続されており、配線基板の半導体素子搭載面の裏面
に、半導体素子の外部接続用パッドと電気的接続のとら
れたはんだボールが形成され、少なくとも半導体素子の
一部が半導体封止用エポキシ樹脂組成物で封止されてな
る半導体装置としたことにある。
【００３１】樹脂封止型半導体装置において、封止層中
に水酸化カルシウム，酸化カルシウム，炭酸カルシウム
から選ばれる少なくとも一種のカルシウム化合物が含有
されている半導体装置としたことにある。
【００３２】このようにすることで、高集積化した半導
体装置の封止樹脂層を肉薄化するとともに、吸湿を防ぐ
半導体封止用樹脂組成物が達成される。さらに、これ
は、高集積化した半導体装置の量産化を達成すると同時
に硬化性及び成形性に優れた半導体封止用樹脂組成物お
よびそれを用いた半導体装置を実現できる。
【００３３】
【発明の実施の形態】上記について以下に詳しく説明す
る。
【００３４】本発明で用いられる添加剤は、エポキシ樹
脂の硬化反応時には樹脂中の水分を吸収し、硬化後のエ
ポキシ樹脂中で安定に存在する。硬化物の燃焼時には、
硬化時に吸収した水分を放出することにより、主に水に
よる冷却効果により難燃性を示すことが特徴である。
【００３５】具体的にはアルカリ金属酸化物が適してお
り、酸化カルシウム，酸化バリウム，酸化マグネシウ
ム，酸化ベリリウム，酸化ストロンチウムが挙げられ
る。これらは、硬化反応時に水分と反応することにより
水酸化物を生成する。この水酸化物は硬化物中に安定に
存在し、硬化物が燃焼するときの高温時に水を放出す
る。本発明に用いられる、アルカリ金属酸化物の中では
酸化カルシウムが水分の吸収性，硬化物中での安定性の
面で優れている。
【００３６】本発明で用いられる酸化カルシウムは粉末
状であることが好ましく、特に好ましくは平均粒子径が
０.１μｍ から１００μｍ程度が好適である。平均粒子
径０.１μｍ 未満ではエポキシ樹脂組成物の揺変性が高
くなり、また粘度が上昇して成形が難しくなる。また、
平均粒子径が１００μｍを超えると金型内の材料流路の
狭部への材料充填が出来なくなったり、樹脂成分と充填
剤が分離しやすくなり安定した成形品が得られなくな
る。さらに、１００μｍを超えると酸化カルシウムの添
加効果が極端に小さくなるためである。微粉化の方法は
特に限定されるものではなく、常法に従い行うことが可
能である。
【００３７】本発明で用いられるアルカリ金属酸化物の
配合量はエポキシ樹脂組成物における硬化剤に対し０.
５重量％ から５０重量％が好ましい。これは０.５重量
％ 以下ではエポキシ樹脂の硬化反応に対する効果が小
さく、また５０重量％を超えると粘度増加等の問題が生
じるからである。エポキシ樹脂組成物全体に対する酸化
カルシウムの配合量は、併用される無機充填剤の比重や
配合量により異なる。無機充填剤に含まれている水分あ
るいは縮合水として存在している水分が硬化反応を阻害
するのを防ぐ為には、エポキシ樹脂組成物全体に対し
０.０５重量％ から５重量％配合することが好ましい。
０.０５重量％ より小さい場合では効果が小さく、５重
量％を超えて配合された場合、粘度が増加するという問
題がある。
【００３８】カルシウム化合物をエポキシ樹脂組成物に
配合する公知技術として上述したように特開昭５８−８
０３４０号には、炭酸カルシウム及び水酸化マグネシウ
ムを充填する技術が開示されている。これの目的とする
ところは、エポキシ樹脂組成物の機械的強度の向上にあ
り、炭酸カルシウムではエポキシ樹脂の硬化反応を促進
する効果は期待できない。従って、この技術はエポキシ
樹脂マトリックス中に充填剤を分散させる複合化技術に
より機械強度を向上するためのものである。このため配
合量をある程度大きくしなければ、特性向上の効果が小
さい。本発明ではエポキシ樹脂の硬化反応に酸化カルシ
ウムを作用させ、エポキシ樹脂マトリックス自体の特性
向上を図るため、上記の炭酸カルシウムによる複合化技
術とは本質的に異なる。配合される酸化カルシウムの量
も、エポキシ樹脂組成物全体に比較して少量である。
【００３９】また特開昭５８−１７４４３４号には、エ
ポキシ樹脂，エポキシ硬化剤，無機充填剤からなる半導
体封止用エポキシ樹脂組成物中に固体塩基またはその水
酸化物を０.１−２０ｗｔ％ 配合する技術が開示されて
いる。この技術の目的は、半導体素子表面に形成されて
いるアルミ電極パッドの腐食を防止するためのものであ
る。酸化マグネシウム，酸化カルシウム，水酸化カルシ
ウム，酸化アルミニウムを添加することにより半導体封
止層に浸入した水分が中性あるいはアルカリ性にするこ
とによりアルミの腐食を防止ためのものである。オルソ
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂を用いた場合に
は、このようなアルミパッドの腐食等が問題となりこの
公知技術のごとく、固体塩基またはその水酸化物を添加
する技術が必要とされた。しかし現在では、エポキシ樹
脂自体の高純度化が進み、アルミパッド腐食の根本原因
である加水分解性の塩素イオン濃度が極めて低くなって
いるため、アルミパッド腐食等の問題が減少している。
ビフェニル型エポキシ樹脂を用いた半導体封止用成形材
料では、さらにシリカが高充填されているため加水分解
性の塩素イオンを含む樹脂成分が少なく、またインサー
ト部材との接着性も良好であるためアルミパッド腐食が
問題となるケースは極めて少なくなっている。オルソク
レゾールノボラック型エポキシ樹脂を用いた半導体封止
用エポキシ樹脂組成物の場合には、吸湿時の硬化性低下
の問題はそれほど顕著ではないため、アルカリ金属化合
物を用いても硬化性を向上する効果はそれほど期待でき
なかった。
【００４０】吸湿硬化性低下の問題は、このように、半
導体集積度の増加とともにビフェニル型エポキシ樹脂が
使用されるようになってきたために生じた新たな問題で
ある。本発明では、この新たなエポキシ樹脂系で生じた
問題に対応するための発明であり、特開昭５８−１７４
４３４号に開示されている技術とは根本的に異なる。
【００４１】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
において、エポキシ樹脂は、吸湿時の硬化性低化が大き
いビフェニル型エポキシ樹脂を用いた場合に発明の効果
が大きい。その他のエポキシ樹脂は、特に限定するもの
ではなく、硬化剤やその他の充填剤との組み合わせによ
り吸湿性が低下するようなエポキシ樹脂で改善の効果が
ある。これらは半導体封止用として通常使用されている
ものを用いることが出来る。例えば、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，ビスフェノールＡ，ビスフェノールＦおよびビス
フェノールＳ型エポキシ樹脂のビスフェノール類エポキ
シ樹脂，フェノールまたはクレゾールベースの３官能以
上の多官能エポキシ樹脂，ビフェニル基，ナフタレン
基，ジシクロペンタジエン基を有し、かつ二つ以上のグ
リシジルエーテル基を有するエポキシ樹脂等が挙げられ
る。
【００４２】本発明において、硬化剤は１分子当たり１
個以上のフェノール性水酸基を有するフェノール化合物
が好ましく、特にフェノール性水酸基を２個以上有する
化合物が好ましい。例えば、フェノールノボラック樹
脂，フェノールとアラルキルエーテルとの重縮合物，ビ
スフェノール樹脂，オルトクレゾールノボラック樹脂，
ポリパラビニルフェノール等が挙げられる。
【００４３】硬化促進剤はアミン系の１，８ジアサビシ
クロ（５，４，０）−ウンデセン−７、イミダゾール系
の２−メチルイミダゾール等、さらにリン系のトリフェ
ニルホスフィンとその誘導体等の公知のものを使用する
ことが出来る。
【００４４】本発明では必要に応じて強靭化や低弾性率
化および接着性，離型性等の特性向上を目的に、充填
材，可とう化剤，カップリング剤，滑剤，着色剤等を配
合することが出来る。
【００４５】充填剤としては無機系および有機系の充填
材を使用できる。その中でも特に溶融シリカ，結晶シリ
カ，アルミナ，炭酸カルシウム，ケイ酸カルシウム，タ
ルク，クレー，マイカ等の微粉末が成形性と熱膨張係
数，電気特性，機械強度のバランスを図る上で好まし
い。
【００４６】充填剤の粒子径は０.１μｍ から３０μｍ
が好ましく、０.５μｍ から１０μｍが特に好ましい。
平均粒子径０.１μｍ 未満ではエポキシ樹脂組成物の揺
変性が高くなり、粘度が上昇して成形が難しくなる。ま
た、平均粒子径が３０μｍを超えると金型内の材料流路
の狭部への材料充填が出来なくなったり、樹脂成分と充
填剤が分離しやすくなり安定した成形品が得られなくな
る。
【００４７】また、可とう化剤，カップリング剤，滑
剤，着色剤，密着性付与剤についても公知のものを用い
ることが出来る。
【００４８】これら上記成分を配合，混合，粉砕し更に
必要に応じ造粒し本発明のエポキシ樹脂組成物を得る。
混練は一般的には、熱ロールや押し出し機などによって
行なう。本発明の半導体装置は、このように得られたエ
ポキシ樹脂組成物を用いて封止することにより得られ
る。その製造方法は常法を用いて行われる。通常、低圧
トランスファ成形が用いられるが、場合によっては、圧
縮成形，注型等の方法によっても可能である。また、半
導体装置の信頼性を向上するため、エポキシ樹脂組成物
による成形後、十分な硬化を得るため１５０℃以上の温
度で所定時間熱処理を行なうことが望ましい。
【００４９】本発明におけるエポキシ樹脂組成物は良好
な硬化性を示し、半導体を封止した場合、量産性が向上
する。また、本発明では、耐熱性，耐湿性などの長期信
頼性に悪影響を及ぼす硬化触媒の量を低減し高い耐熱性
を有する硬化物を与えるため信頼性に優れる半導体装置
を提供する。
【００５０】本発明におけるアルカリ金属酸化物の効果
は、エポキシ樹脂組成物の硬化反応において、該エポキ
シ樹脂組成物中の微量の水分による硬化阻害を低減する
ことにある。周知のようにアルカリ金属酸化物は水と反
応し水酸化物を生成する。本発明におけるエポキシ樹脂
組成物中においても、アルカリ金属酸化物は同様の変化
を通じ、エポキシ樹脂組成物の硬化反応時に効果を示
す。エポキシ樹脂組成物中の微量水分は成形時に１００
℃以上の温度に加熱されても、加圧されているため組成
物中に残留し、硬化阻害を引き起こす原因となる。アル
カリ金属酸化物はこの硬化時において水分を酸化物から
水酸化物に変化することにより吸収し、結果的に硬化反
応を促進する。酸化物は、エポキシ樹脂組成物のその後
の硬化処理と保管において安定状態で存在する。酸化カ
ルシウムの場合は、より安定な炭酸カルシウムに徐々に
変化する。これら硬化時に形成される水酸化物は、エポ
キシ樹脂組成物の燃焼時に高温になると水酸化物から水
が脱離し、難燃性を示す。このため、半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物に予め配合されている臭素化エポキシ樹
脂やりん化合物等の有機難燃剤や、酸化アンチモン等の
無機難燃剤の配合量を減らすことが出来る。これら難燃
剤は、半導体装置の高温放置特性や耐湿性を低くするこ
とが知られており、難燃剤の減量により信頼性の高い半
導体装置を得ることが出来る。
【００５１】従来の方法では、吸湿した場合の硬化性を
改善するため硬化触媒を増量する方法がとられる。特
に、半導体装置の分野では、このような硬化触媒の増量
で対処していた。この方法では、半導体封止用エポキシ
樹脂成形材料を乾燥状態で室温保管した場合、エポキシ
樹脂の硬化反応が徐々に進行することによりエポキシ樹
脂が高分子量化し、成形時の粘度が上昇し所定の流動性
を得られないという、いわゆるライフの問題が生じる。
【００５２】本発明のようにアルカリ金属酸化物を用い
る方法では上記のように硬化時の水分を吸収することに
より硬化性を向上させるため、硬化触媒の増量は必要な
く、減量することが可能である。また、アルカリ金属酸
化物自体は、エポキシ樹脂の硬化反応そのものには関与
しないため、室温乾燥状態での硬化反応に対しては影響
を与えない。このため、吸湿状態の硬化性向上とライフ
の向上という二つの効果が期待できる。すなわち、エポ
キシ樹脂成形材料を２５℃で相対湿度５０％の条件で７
２時間保管した場合、成形直後のバコール硬度あるいは
ショアＤ硬度等の保管前後での低下率を１０％未満に抑
えることが出来ると同時に、２５℃で相対湿度２０％以
下で乾燥条件で７２時間保管した後成形した場合、スパ
イラルフロー等の流動長試験において保管前後での流動
長低下率を２０％未満にすることが可能である。
【００５３】図１は本発明の半導体封止用エポキシ樹脂
組成物である実施例１と比較例１の熱時硬度値とスパイ
ラルフロー流動長値を、２５℃で相対湿度５０％の条件
と２５℃で相対湿度２０％以下の乾燥条件で保管した前
後での変化率を保管時間に対しプロットし比較した図で
ある。
【００５４】本発明の実施例１の半導体封止用エポキシ
樹脂組成物を２５℃で相対湿度５０％の条件で保管した
時の成形直後のバコール硬度変化と、２５℃で相対湿度
２０％以下の乾燥状態で保管した場合の流動長変化を示
している。比較として本発明における比較例１の半導体
封止用エポキシ成形材料の結果を示した。本発明のごと
くアルカリ金属酸化物を用いることにより、熱時硬度の
低下，流動長の低下を抑制することができる。
【００５５】シリカゲル，硫酸マグネシウム等の乾燥剤
は、同様の吸水効果を示すものと考えられるが、これら
乾燥剤は水分を物理的に吸着するものであり、硬化前に
も多量の水分を吸収しエポキシ樹脂の硬化反応時の温度
において脱湿するため逆効果である。また硬化反応後も
乾燥剤の状態で存在するため、硬化物は配合しないもの
に比べて多量の水分を吸収し、半導体装置のはんだリフ
ロー時に脱水し、クラックの原因になったり、電気特性
の耐湿信頼性が低下する。
【００５６】図２に本発明における実施例１の半導体封
止用エポキシ樹脂組成物とその硬化物のＸ線回折強度を
示す。硬化前のエポキシ樹脂組成物では、酸化カルシウ
ムと若干量の水酸化カルシウムが検出される。この水酸
化カルシウムは素材混合時に酸化カルシウムから変化し
たものと考えられる。硬化後のＸ線回折強度を見ると、
酸化カルシウムの強度は低下し、その代わり水酸化カル
シウムの強度が大きくなっている。
【００５７】以上のことから酸化カルシウムの効果は、
エポキシ樹脂組成物の硬化時に水分を効果的に吸収し硬
化反応を促進し、硬化後はより安定な化合物に変化し、
エポキシ樹脂組成物中に存在することによるものと考え
られる。
【００５８】以下、実施例を用いて具体的に説明する。 （実施例１〜６）および（比較例１〜５）表１は本発明
の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の原材料を示す表で
ある。表２は本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
の実施例における原材料配合比と特性を示した表であ
る。表３は本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の
比較例における原材料配合比と特性を示した表である。
【００５９】
【表１】
【００６０】
【式１】
【００６１】
【表２】
【００６２】
【表３】
【００６３】表１に示す原材料と、平均粒子径が１０μ
ｍの溶融シリカ，着色剤としてカーボンブラック，カッ
プリング剤としてγ−グリシドキシプロピルトリエトキ
シシラン，離型剤としてモンタン酸エステル，難燃剤と
して平均粒子径が３−１０μｍメタほう酸カルシウムを
用い、表２の実施例と表３に示す比較例のエポキシ樹脂
組成物を配合した。
【００６４】配合した各種原材料は６５℃と９０℃に加
熱された二軸の混合ロール機を用いて約１５分間の混合
を行った。その後、粉砕機で粉砕した後、タブレット成
形機を用い所定の大きさのタブレットに成形することに
より半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。
【００６５】エポキシ樹脂組成物の成形特性のうち流動
性はＳＰＩ−ＥＭＭＩ１−６６に準じ１８０℃で９０秒
の条件でスパイラル状の成形物を成形し、流動長さを求
め、２５インチ以上の流動長さを良好とした。硬化性は
スパイラル試験片の金型開き直後の成型品表面硬度をバ
コール硬度計（Ｎo.９３５）にて測定し、硬度７５以上
を良好とした。
【００６６】エポキシ樹脂組成物硬化物のガラス転移温
度は、１８０℃，９０秒の条件でトランスファーモール
ドした円柱状サンプルを、さらに１８０℃で６時間硬化
したものを用いた。熱物理試験機を用いて５℃／分で昇
温したときの試料の線膨張量の屈曲点をガラス転移温度
とした。
【００６７】図３は本発明の半導体封止用エポキシ樹脂
組成物を用いて封止した半導体装置の断面図である。図
３に示す半導体装置の製造は、半導体素子２を銅製リー
ドフレームのダイパッド５上に銀ペースト等の接着層６
を介して固着した。その後半導体素子２上のアルミパッ
ド部分と部分的に銀めっきが施された該銅製リードフレ
ームの外部リード４とを金ワイヤ３でワイヤーボンディ
ング接続した。以上の部材を本発明の半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物を用い１８０℃で９０秒、成形圧力７０
kg／cm2 の条件で低圧トランスファーモールドを行っ
た。その後１８０℃で６時間の後硬化をおこなった後、
リードフレームのタイバー切断と、外部リード４のはん
だめっき、折り曲げを行い、図３に示した半導体装置を
得た。
【００６８】図４は本発明の半導体封止用エポキシ樹脂
組成物を用いて封止した別の半導体装置の断面図であ
る。図４に示す半導体装置の製造は、半導体素子と外部
リード４を有する銅製リードフレームとをポリイミド両
面接着剤等の接着層７を介して接着固着した。その後半
導体素子２上のアルミパッド部分と部分的に銀めっきが
施された該銅製リードフレームの外部リード４とを金ワ
イヤ３でワイヤーボンディング接続した。以上の部材を
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用い１８０
℃で９０秒、成形圧力７０kg／cm2 の条件で低圧トラン
スファーモールドを行った。その後１８０℃で６時間の
後硬化をおこなった後、リードフレームのタイバーを切
断と、外部リード４のはんだめっき、折り曲げを行い、
図４に示した半導体装置を得た。
【００６９】図５は本発明の半導体封止用エポキシ樹脂
組成物を用いて封止した別の半導体装置の断面図であ
る。図５に示す半導体装置の製造は、半導体素子２と４
層の配線層を有する有機のプリント配線基板８に銀ペー
スト等の接着層６を介して固着した。半導体素子２のア
ルミパッド部とプリント配線基板８のパッド部とを金ワ
イヤ３を用いてワイヤーボンディング接続した。以上の
部材の半導体素子搭載面を本発明の半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物を用い１８０℃で９０秒、成形圧力７０kg
／cm2 の条件で低圧トランスファーモールドを行った。
その後１８０℃で６時間の後硬化をおこなった後、はん
だボール９を取り付け図５に示した半導体装置を得た。
【００７０】図６は本発明の半導体封止用エポキシ樹脂
組成物を用いて封止した別の半導体装置の断面図であ
る。図６に示す半導体装置の製造は、半導体素子２のパ
ッド部分にはんだボール９を形成した。その後、半導体
素子２のはんだボール９とアルミナセラミック配線基板
１０のパッド部分をはんだの溶融により接続，固着し
た。以上の部材の半導体素子搭載面を本発明の半導体封
止用エポキシ樹脂組成物を用い１８０℃で９０秒、成形
圧力７０kg／cm2 の条件で低圧トランスファーモールド
を行った。その後１８０℃で６時間の後硬化をおこなっ
た後、はんだボール９を取り付け図６に示した半導体装
置を得た。 （実施例７〜１５）および（比較例７〜１４）実施例７
は本発明の実施例１を用い図３に示した半導体装置を常
法により作製し、信頼性試験を行った。表４は本発明の
半導体装置の高温放置信頼性と耐湿信頼性を、実施例お
よび比較例で示した表である。
【００７１】
【表４】
【００７２】同様に、表４に示す半導体封止用エポキシ
樹脂組成物と半導体装置の組み合わせにより実施例８，
９，１０，１１，１２，１３，１４，１５、比較例７，
８，９，１０，１１，１２，１３，１４を作製し、成形
サイクル試験，高温放置信頼性試験および耐湿信頼性試
験を行った。
【００７３】実施例及び比較例の成形サイクル試験は、
トランスファモールド成形機で量産可能な成形時間を計
測した。半導体封止用エポキシ樹脂組成物の成形後に封
止層のクラック，変形，ゲート部分の金型残り，カル部
分の硬度等を調べ、これらが問題ない成形時間を成形サ
イクル時間とした。
【００７４】実施例及び比較例の半導体装置の高温放置
信頼性試験は、２００℃の保管条件にそれぞれ５０ヶの
半導体装置を投入し、各時間ごとに導通試験を行い、導
通不良となった半導体装置の個数を記録した。５０ヶの
内の不良個数が５０％となった時の保管時間を表中に示
した。
【００７５】実施例および比較例の半導体装置の耐湿信
頼性試験は、プレッシャークッカーテスト条件（１２１
℃，２気圧，相対湿度１００％）中に半導体装置を投入
し、各時間ごとに導通試験を行い導通不良となった半導
体装置の個数を記録した。投入数５０ヶの内、不良個数
が５０％となった時間を表中に示した。
【００７６】表２および表３に実施例１から６および比
較例１から５までの半導体封止用エポキシ樹脂組成物の
成形性と、耐熱性を示す指標であるガラス転移温度を示
す。
【００７７】実施例１と比較例１を比較すると、本発明
のように酸化カルシウムが配合されているエポキシ樹脂
組成物では、硬化性が向上し、成形後の１８０℃での硬
度は比較例１で８２に対し実施例１で８５と上昇してい
る。また、硬化物の耐熱性を示すガラス転移温度は比較
例１が１２０℃に対し実施例１で１２５℃と向上してい
る。２５℃で相対湿度５０％で７２時間保管した後の熱
時硬度を比較すると、実施例１は８１で４.７％ の減
少、比較例１は３０で６３％の減少となり酸化カルシウ
ムの添加により、吸湿時の硬度低下が改善されているこ
とが分かる。スパイラルフロー値を比較すると、２５℃
で相対湿度２０％以下の乾燥状態で７２時間保管した
後、実施例１では３２inchで１５.８％ の減少、比較例
１では２５inchで３５.９％ の減少となった、これは比
較例１では硬化促進剤トリフェニルフォスフィンを実施
例に比較して増量しているため室温で徐々に硬化反応が
進行したためと考えられる。
【００７８】酸化カルシウムの添加量を、硬化剤に対し
０.４％ に変えた比較例２は、実施例１に比べ、硬化性
の向上効果が小さいことが分かる。また酸化カルシウム
の添加量を硬化剤に対し５９.９％ とした比較例３では
実施例１に比較して、硬化性の改善，ガラス転移温度の
改善は十分であるが、酸化カルシウムの添加により流動
性が低下しスパイラルフローは２０inchまで低下する。
【００７９】添加するアルカリ金属酸化物を酸化マグネ
シウムや酸化バリウムに変更した実施例２，実施例３で
も比較例１と比べ、成形性の向上，ガラス転移温度の上
昇が確認された。
【００８０】難燃剤である、臭素化エポキシ樹脂と酸化
アンチモンの量を減少した実施例４と比較例４を比較す
ると、実施例４ではＵＬ９４規格の燃焼試験は合計燃焼
時間が３秒でＶ−０の判定となるが、酸化カルシウムを
配合しない比較例４ではＵｌ９４燃焼試験の合計燃焼時
間は１２４秒でＶ−１の判定となった。
【００８１】難燃剤である臭素化エポキシ樹脂と酸化ア
ンチモンを配合せず、エポキシ樹脂に対するフェノール
樹脂硬化剤の配合当量比を１.５ 倍にした実施例５と比
較例５を比べると、比較例５では、硬化性が極端に低下
し、保管前のバコール硬度値で１０であるためガラス転
移温度測定用試験片およびＵＬ９４燃焼試験用試験片の
成形が不可能であった。これに対し実施例５では十分な
硬化性を有し、試験片の成形も可能であった。またＵＬ
９４燃焼試験でも合計燃焼時間は２０秒でＶ−０の判定
となった。
【００８２】実施例５の組成にさらに、メタほう酸カル
シウムを添加した実施例６では、比較例５にくらべ、吸
湿硬化性の向上，ガラス転移温度の向上効果が得られ、
UL94燃焼試験の合計燃焼時間は実施例５の２０秒に対し
５秒とさらに難燃レベルが向上していることが分かっ
た。
【００８３】表４は実施例７〜１５および比較例７〜１
４の結果を示している。実施例７，８，９，１０，１
１，１２と比較例７，８，９，１０，１１を比較すると
高温放置信頼性および耐湿信頼性ともに向上している。
また量産が可能な成形サイクル時間も実施例では短くす
ることができ、量産性が向上することが確認できた。臭
素化エポキシ樹脂，酸化アンチモン減量、あるいは含ま
ない実施例１０，１１，１２は他の実施例７−９に比
べ、高温放置信頼性と耐湿信頼性の向上が見られた。
【００８４】以上のように本発明の半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物は、良好な硬化性と耐熱性を有している。
また本発明の半導体装置は良好な、耐熱信頼性，耐湿信
頼性を有していることが分かる。
【００８５】
【発明の効果】本発明により、保管時などに吸湿しにく
く、成形時の硬化阻害が生じにくい半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置が達成され
る。
【００８６】また、量産性が低下すること無く、硬化後
の成形物の耐熱性も低下しない半導体封止用エポキシ樹
脂組成物及びそれを用いた半導体装置が達成される。
【００８７】また、成形時に良好な硬化性を有し、耐熱
性の高い硬化物，高い難燃性を与え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高信頼性半導体装置
が達成される。
【００８８】また、硬化性，成形性，量産性に優れた半
導体封止用エポキシ樹脂組成物および該組成物で封止し
た長期信頼性に優れた半導体装置が達成されることにあ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物であ
る実施例１と比較例１の熱時硬度値とスパイラルフロー
流動長値を、２５℃で相対湿度５０％の条件と２５℃で
相対湿度２０％以下の乾燥条件で保管した前後での変化
率を保管時間に対しプロットし比較した図である。
【図２】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬
化前後でのＸ線回折強度を比較したものである。
【図３】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用
いて封止した半導体装置の断面図である。
【図４】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用
いて封止した別の半導体装置の断面図である。
【図５】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用
いて封止した別の半導体装置の断面図である。
【図６】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用
いて封止した別の半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
１…エポキシ樹脂組成物、２…半導体素子、３…金ワイ
ヤ、４…外部リード、５…ダイパッド、６，７…接着
層、８…プリント配線基板、９…はんだボール、１０…
配線基板。
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 Ｃ Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31 (72)発明者 永井 晃 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 三輪 崇夫 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Ｆターム(参考） 4J002 CC042 CC052 CD071 CE002 DE076 DE086 DE096 DE147 DE237 DJ007 DJ017 DJ037 DJ047 DJ057 DK008 EU119 EU139 EW149 FD016 FD017 FD018 FD142 FD159 GQ05 4J036 AD07 DC40 DC46 DD07 FA03 FA05 FB06 FB08 JA07 4M109 AA01 BA01 BA04 CA21 EA03 EB02 EB04 EB07 EB12 EC01 EC05 EC09 EC14 EC20

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも（化１）に示すエポキシ樹脂を
    含み、２５℃でかつ相対湿度５０％の条件で７２時間保
    管した前後での成形硬化直後の熱時硬度変化率が１０％
    未満であり、かつ２５℃でかつ相対湿度が２０％以下の
    乾燥状態で７２時間保管した前後での成形硬化後の流動
    長の変化率が２０％未満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。 【化１】
  2. 【請求項２】請求項１において、上記エポキシ樹脂は、
    ビフェニル型エポキシ樹脂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。
  3. 【請求項３】エポキシ樹脂，硬化剤，硬化促進剤及び無
    機充填剤を含み、上記エポキシ樹脂は（化１）で示され
    るエポキシ樹脂を含み、かつ、上記無機充填剤の一部が
    アルカリ金属酸化物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。
  4. 【請求項４】請求項３において、上記エポキシ樹脂は、
    ビフェニル型エポキシ樹脂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。
  5. 【請求項５】請求項３又は４に記載の半導体封止用エポ
    キシ樹脂組成物において、上記アルカリ金属酸化物が酸
    化カルシウム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。
  6. 【請求項６】請求項５記載の半導体封止用エポキシ樹脂
    組成物において、上記酸化カルシウムは上記硬化剤に対
    し０.５重量％ から５０重量％配合されていることを特
    徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
  7. 【請求項７】少なくとも（化１）に示すエポキシ樹脂を
    含むエポキシ樹脂組成物において、上記エポキシ樹脂組
    成物の硬化反応時に上記エポキシ樹脂組成物中の水分を
    吸収し、かつ、硬化後の上記エポキシ樹脂組成物の燃焼
    時に前記の吸収した水分を放出することにより難燃性効
    果を示す添加剤を配合したことを特徴とするエポキシ樹
    脂組成物。
  8. 【請求項８】請求項７記載の半導体封止用エポキシ樹脂
    組成物において、上記添加剤は酸化カルシウムであり、
    上記硬化剤はフェノール樹脂であり、上記フェノール樹
    脂の配合量は、上記エポキシ樹脂のエポキシ基に対する
    上記フェノール樹脂の水酸基の当量比が１.３以上，１.
    ５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。
  9. 【請求項９】請求項８記載の半導体封止用エポキシ樹脂
    組成物において、上記無機充填剤の一部としてシリカが
    ７８体積％以上配合され、メタほう酸カルシウムが配合
    されていることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂
    組成物。
  10. 【請求項１０】請求項２乃至７のいずれか１項に記載の
    半導体封止用エポキシ樹脂組成物によって半導体素子の
    少なくとも一部が封止されてなることを特徴とする半導
    体装置。
  11. 【請求項１１】請求項１０に記載の半導体装置におい
    て、半導体素子の一方の面が外部接続端子を有するリー
    ドフレームのダイパッドに接着層を介して固着され、上
    記半導体素子の他方の面に外部接続用パッドが設けら
    れ、上記外部接続用パッドと外部リードとが導電ワイヤ
    で電気的に接続され、少なくとも上記半導体素子の一部
    が上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物で封止されるこ
    とを特徴とする半導体装置。
  12. 【請求項１２】請求項１０記載の半導体装置において、
    半導体素子と外部接続端子を有するリードフレームとが
    接着層を介して固着され、上記半導体素子の上記接着層
    を有する面に設けられた上記半導体素子の外部接続用パ
    ッドと上記外部リードフレームとが導電ワイヤによって
    電気的に接続され、少なくとも上記半導体素子の一部が
    上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物で封止されること
    を特徴とする半導体装置。
  13. 【請求項１３】請求項１０記載の半導体装置において、
    半導体素子の一方の面がプリント配線基板上に接着層を
    介して固着され、上記半導体素子の他方の面に外部接続
    用パッドが設けられ、上記外部接続用パッドと上記プリ
    ント配線基板上の接続パッドとが導電ワイヤで電気的に
    接続され、上記プリント配線基板の半導体素子搭載面の
    裏面に上記半導体素子の上記外部接続用パッドと電気的
    導通の取れたはんだボールが形成され、少なくとも上記
    半導体素子の一部が上記半導体封止用エポキシ樹脂組成
    物で封止されることを特徴とする半導体装置。
  14. 【請求項１４】請求項１０記載の半導体装置において、
    半導体素子の外部接続用パッドと配線基板の接続用パッ
    ドとが導電性物質により電気的かつ機械的に接続されて
    おり、上記配線基板の半導体素子搭載面の裏面に、上記
    半導体素子の上記外部接続用パッドと電気的接続のとら
    れたはんだボールが形成され、少なくとも上記半導体素
    子の一部が上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物で封止
    されてなることを特徴とする半導体装置。
  15. 【請求項１５】樹脂封止型半導体装置において、封止層
    に水酸化カルシウム，酸化カルシウム，炭酸カルシウム
    から少なくとも１つのカルシウム化合物を含むことを特
    徴とする半導体装置。
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