JP2002241581A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 成形時の流動性、耐半田性、耐温度サイクル
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）無機質充填材、及び
（Ｅ）シリコーンゴムを必須成分とするエポキシ樹脂組
成物において、シリコーンゴムのショアＡ硬度が２０〜
９０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、成形性、吸湿後の
耐半田性や耐温度サイクル性等の信頼性に優れた半導体
封止用エポキシ樹脂組成物、及びこれを用いた半導体装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子機器の小型化、軽量化、高性
能化の市場動向において、半導体素子の高集積化が年々
進み、素子サイズは大きくなり配線は微細化している。
この様な半導体素子をエポキシ樹脂組成物で封止した場
合、半導体素子に直接エポキシ樹脂組成物の硬化物が接
触するため、温度サイクルによるエポキシ樹脂組成物の
硬化物の膨張、収縮によってひずみ応力が発生し、配線
のずれやボンディングワイヤーの切断、チップの破壊等
の問題が生じる。これらの問題に対してエポキシ樹脂組
成物の硬化物の弾性率を低減することにより、エポキシ
樹脂組成物の硬化物に柔軟性を持たせる必要がある。
又、半導体装置の表面実装化が一般的になってきている
現状では、吸湿した半導体装置が半田処理時に高温にさ
らされ、気化した水蒸気の爆発的応力により半導体装置
にクラックが発生したり、あるいは半導体素子やリード
フレームとエポキシ樹脂組成物の硬化物との界面に剥離
が発生することにより、電気的信頼性を大きく損なう不
良が生じ、これらの不良の防止、即ち耐半田性の向上も
大きな課題となっている。この耐半田性の向上のため
に、エポキシ樹脂組成物は無機質充填材を多量に配合す
ることにより、半導体装置の低吸湿化、低熱膨張化、高
強度化を図ってきている。このためエポキシ樹脂として
は、低粘度型のものや、常温では結晶性の個体である
が、融点を越えると極めて低粘度の液状となる結晶性エ
ポキシ樹脂を使用して、無機質充填材の配合量の増加に
伴うエポキシ樹脂組成物の成形時の流動性の低下を防止
する手法が提案されている。ところが、各成分を加熱混
練して製造されるエポキシ樹脂組成物において、無機質
充填材を多量に配合したエポキシ樹脂組成物の硬化物で
は、強度の増加と共に弾性率も増大してしまうため、温
度サイクルによるひずみ応力が増大してしまい、耐温度
サイクル性に問題が生じる。この様に耐温度サイクル性
と耐半田性の両立を達成するためには、無機質充填材を
多量に配合した系においても弾性率の増大を押さえる必
要がある。その具体的な手法の一つとして、従来からシ
リコーンゴム等の可撓性付与剤を添加することが知られ
ている。しかしながら、従来のシリコーンゴムだと、温
度サイクル時にゴム状を発現させるには、シリコーンゴ
ムの硬度が低過ぎ、その結果、成形時に塑性変形を起こ
すため粘度が増大し流動性が下がる欠点があり、又、強
度の維持も不十分であった。このため、流動性と耐半田
性、及び耐温度サイクル性のすべての要求を満たすエポ
キシ樹脂組成物の開発が望まれていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、成形時の流
動性に優れ、かつ成形品である半導体装置の耐半田性、
及び耐温度サイクル性等の信頼性に優れた半導体封止用
エポキシ樹脂組成物、及びこれを用いた半導体装置を提
供するものである。

【０００４】

【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）無機質充填材、及び（Ｅ）シリコーンゴムを
必須成分とするエポキシ樹脂組成物において、シリコー
ンゴムのショアＡ硬度が２０〜９０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］シリコー
ンゴムの最大粒径が１００μｍ以下であり、平均粒径が
５０μｍ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］シリコーンゴムの含有量が全エ
ポキシ樹脂組成物中に０．１〜５重量％である第
［１］、又は［２］項記載の半導体封止用エポキシ樹脂
組成物、［４］第［１］〜［３］項記載のいずれかの半
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。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明に用いられるエポキシ樹脂
は、１分子中に２個以上のエポキシ基を有するモノマ
ー、オリゴマー、ポリマー全般を指し、例えば、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、ビフェニル型エポキシ樹脂、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、オル
ソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールノ
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、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、ビフェニレン骨格等を有する）、ナフトー
ルアラルキル型エポキシ樹脂（フェニレン骨格、ビフェ
ニレン骨格等を有する）、テルペン変性フェノール型エ
ポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂等が挙げら
れるが、これらに限定されるものではない。又、これら
のエポキシ樹脂は単独でも２種類以上混合して用いても
よい。半導体装置の耐半田性を向上することを目的に、
エポキシ樹脂組成物中の無機質充填材の配合量を増大さ
せ、得られたエポキシ樹脂組成物の硬化物の低吸湿化、
低熱膨張化、高強度化を達成させる場合には、全エポキ
シ樹脂中に、常温で結晶性を示し、融点を越えると極め
て低粘度の液状となる結晶性エポキシ樹脂を３０重量％
以上用いることが特に好ましい。結晶性エポキシ樹脂と
しては、融点７０〜１５０℃であるものが、取り扱い作
業性、混練時の作業性の点から好ましい。本発明での結
晶性エポキシ樹脂の融点は、示差走査熱量計（セイコー
電子工業（株）・製）を用いて、常温から５℃／分で昇
温した結晶融解の吸熱ピークの頂点の温度を示す。

【０００６】本発明に用いられるフェノール樹脂として
は、１分子中に２個以上のフェノール性水酸基を有する
モノマー、オリゴマー、ポリマー全般を指し、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、フェノールアラルキル樹脂（フェニレン骨格、ビフ
ェニレン骨格等を有する）、ナフトールアラルキル樹脂
（フェニレン骨格、ビフェニレン骨格等を有する）、テ
ルペン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性
フェノール樹脂、トリフェノールメタン型樹脂、ビスフ
ェノール化合物等が挙げられるが、これらに限定される
ものではない。又、これらのフェノール樹脂は単独でも
２種類以上混合して用いてもよい。

【０００７】本発明に用いられる硬化促進剤としては、
エポキシ樹脂とフェノール樹脂との架橋反応の触媒とな
り得るものを指し、具体例としては、トリブチルアミ
ン、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン
−７等のアミン系化合物、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塩
等の有機リン系化合物、２−メチルイミダゾール等のイ
ミダゾール化合物等が挙げられるが、これらに限定され
るものではない。又、これらの硬化促進剤は単独でも２
種類以上混合して用いてもよい。

【０００８】本発明に用いられる無機質充填材として
は、例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化
珪素、窒化アルミ等が挙げられる。無機質充填材の配合
量を多くする場合は、溶融シリカを用いるのが一般的で
ある。溶融シリカは、破砕状、球状のいずれでも使用可
能であるが、溶融シリカの配合量を高め、かつエポキシ
樹脂組成物の溶融粘度の上昇を抑えるためには、球状の
ものを主に用いる方が好ましい。更に溶融球状シリカの
配合量を多くするためには、溶融球状シリカの粒度分布
がより広くなるように調整することが望ましい。無機質
充填材は、予めシランカップリング剤等で表面処理され
ているものを用いてもよい。

【０００９】本発明に用いられるシリコーンゴムとして
は、例えば、ジメチルポリシロキサン、ジフェニルポリ
シロキサン、メチルフェニルポリシロキサン等の骨格の
部分を有するポリシロキサンが３次元的に架橋した構造
を有するもの等を指すが、エポキシ樹脂、フェノール樹
脂との親和性を付与するために、メチル基、フェニル基
等の有機置換基の他に、Ｃ、Ｏ、Ｎ、Ｓ原子等を有する
有機置換基をその架橋構造内に有していてもよい。Ｃ、
Ｏ、Ｎ、Ｓ原子等を有する有機置換基としては、例え
ば、ビニル基、フェネチル基、ヒドロキシ基、カルボキ
シル基、アクリル基、アルコキシ基、エポキシ基、ポリ
エーテル基、カプロラクトン基、アミノ基、ウレイド
基、イソシアネート基、メルカプト基等が挙げられる
が、これらに限定されるものではない。本発明のシリコ
ーンゴムのショアＡ硬度としては２０〜９０が好まし
く、特に３０〜８０が好ましい。２０未満だと、成形時
にシリコーンゴムが軟らかくなり過ぎ、塑性変形を起こ
すためエポキシ樹脂組成物の流動性が損なわれ、又、強
度の低下も起こるので好ましくない。９０を越えると、
シリコーンゴムが硬くなり過ぎ、弾性率の低減効果が失
われるので好ましくない。本発明のシリコーンゴムのシ
ョアＡ硬度はＪＩＳ Ｋ ６２５３に準じて測定した。
本発明のシリコーンゴムの最大粒径としては、１００μ
ｍ以下が好ましい。１００μｍを越えると、半導体装置
の成形時に金型内でシリコーンゴムが詰まり、未充填が
生じる可能性がある。本発明のシリコーンゴムの平均粒
径は５０μｍ以下が好ましい。５０μｍを越えるとエポ
キシ樹脂組成物の流動性が損なわれ、又、強度の低下も
起こるので好ましくない。本発明でのシリコーンゴムの
最大粒径及び平均粒径は、界面活性剤を用いてシリコー
ンゴムを水に分散させ、コールターカウンターを用いて
測定した。本発明のシリコーンゴムの含有量としては、
全エポキシ樹脂組成物中に０．１〜５重量％が好まし
い。０．１％未満だと改質の効果が少なく弾性率低減の
効果が見られない可能性がある。又、５％を越えると強
度が低下する可能性がある。又、本発明のシリコーンゴ
ムの特性を損なわない範囲で、その他の可撓性付与剤を
添加してもかまわない。併用できる可撓性付与剤として
は、例えば、シリコーンオイル等の液状オルガノポリシ
ロキサン、アクリロニトリル・ブタジエンゴム等の合成
ゴム等が挙げられるが、これらに限定されるものではな
い。

【００１０】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、これ以外にも必要に応
じて臭素化エポキシ樹脂、三酸化アンチモン等の難燃
剤、シランカップリング剤、天然ワックス及び合成ワッ
クス等の離型剤、カーボンブラック等の着色剤等の各種
添加剤を適宜配合してもよい。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混合後、加熱ニーダや熱ロール等を
用いて加熱混練し、冷却、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
ンモールド等の成形方法で硬化成形すればよい。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を実施例で具体的に説明する。
配合量の単位は重量部とする。 実施例１ ビフェニル型エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ（株）・製、ＹＸ４０００Ｈ 、融点１０５℃、エポキシ当量１９５） ７．８重量部 フェノールアラルキル樹脂（三井化学（株）・製 ＸＬ２２５、軟化点７５℃ 、水酸基当量１７５） ７．０重量部 球状溶融シリカ ８３．５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 シリコーンゴムＡ（ショアＡ硬度３０、最大粒径１０μｍ、平均粒径５μｍ） １．０重量部 カルナバワックス ０．２重量部 カーボンブラック ０．３重量部 をミキサーを用いて混合した後、表面温度が９０℃と２
５℃の２軸ロールを用いて混練し、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の
特性を以下の方法で評価した。結果を表１に示す。

【００１２】評価方法 スパイラルフロー：ＥＭＭＩ−１−６６に準じたスパイ
ラルフロー測定用の金型を用いて、金型温度１７５℃、
注入圧力６．９Ｎ／ｍｍ²、硬化時間１２０秒で測定し
た。単位はｃｍ。 曲げ強度：２５℃又は２４０℃での曲げ強さをＪＩＳ
Ｋ ６９１１に準じて測定した。単位はＮ／ｍｍ²。 曲げ弾性率：２５℃又は２４０℃での曲げ弾性率をＪＩ
Ｓ Ｋ ６９１１に準じて測定した。単位はＮ／ｍ
ｍ²。 耐温度サイクル性：１００ピンＴＱＦＰパッケージ（パ
ッケージサイズは１４×１４ｍｍ、厚み１．４ｍｍ、シ
リコンチップのサイズは、８．０×８．０ｍｍ、リード
フレームは４２アロイ製）を１７５℃の金型温度、注入
圧力７．５Ｎ／ｍｍ²で１２０秒間トランスファー成形
を行い、１７５℃で８時間の後硬化をした。得られたパ
ッケージを−６０℃／３０分〜１５０℃／３０分の環境
下で繰り返し処理を行い、外部クラックの有無を観察
し、パッケージの５０％以上の個数に外部クラックが生
じた時間を測定して「５０％不良発生時間」とした。単
位はｈｒ。 耐半田性：１００ピンＴＱＦＰパッケージ（パッケージ
サイズは１４×１４ｍｍ、厚み１．４ｍｍ、シリコンチ
ップのサイズは、８．０×８．０ｍｍ、リードフレーム
は４２アロイ製）を１７５℃の金型温度、注入圧力７．
５Ｎ／ｍｍ²で１２０秒間トランスファー成形を行い、
１７５℃で８時間の後硬化をした。得られたパッケージ
を８５℃、相対湿度８５％の環境下で１６８時間放置
し、吸湿前後の重量差を吸湿前の重量で除して吸湿率を
求め、％で表示した。その後このパッケージを２４０℃
の半田槽に１０秒間浸漬した。顕微鏡で外部クラックを
観察し、クラック発生率［（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、このパッケージを超音波探傷装置を用いて観察し、
チップ（ＳｉＮコート品）とエポキシ樹脂組成物の硬化
物との界面に剥離が発生した剥離発生率［（剥離発生パ
ッケージ数）／（全パッケージ数）×１００］を％で表
示した。

【００１３】実施例２〜６、比較例１〜３ 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、実施例１と同様にして評価した。結果を表
１に示す。又、表２に実施例及び比較例で用いたシリコ
ーンゴムＡ〜ＦのショアＡ硬度、最大粒径、及び平均粒
径を示す。

【表１】

【００１４】

【表２】

【００１５】

【発明の効果】本発明のエポキシ樹脂組成物は、成形時
の流動性に優れ、かつ高強度化と低弾性率化を両立した
ものであり、これを用いた半導体装置の耐半田性、及び
耐温度サイクル性等の信頼性に優れている。

───────────────────────────────────────────────────── 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 23/31

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【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）無機質充填材、及び
   （Ｅ）シリコーンゴムを必須成分とするエポキシ樹脂組
   成物において、シリコーンゴムのショアＡ硬度が２０〜
   ９０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. 【請求項２】 シリコーンゴムの最大粒径が１００μｍ
   以下であり、平均粒径が５０μｍ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。
3. 【請求項３】 シリコーンゴムの含有量が全エポキシ樹
   脂組成物中に０．１〜５重量％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。
4. 【請求項４】 請求項１〜３記載のいずれかの半導体封
   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。