JP2002275245A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流動性、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）ジフェニレン骨格を含むフェノール
アラルキル型エポキシ樹脂を全エポキシ樹脂中に５０〜
１００重量％、（Ｂ）ジフェニレン骨格を含むフェノー
ルアラルキル樹脂を全フェノール樹脂中に５０〜１００
重量％、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）無機質充填材及び
（Ｅ）一個の二重結合を有する炭素数１８〜２６の不飽
和脂肪酸のアミド化合物を必須成分とすることを特徴と
する半導体封止用エポキシ樹脂組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流動性、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
これを用いた半導体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の高度化、軽薄短小化が
求められる中、半導体素子の高集積化、表面実装化が進
んでいる。これに伴い、半導体封止用エポキシ樹脂組成
物への要求は益々厳しくなっているのが現状である。特
に半導体装置の薄型化、多ピン化に際しては、半導体素
子の封止時に成形金型におけるエポキシ樹脂組成物の流
路が極めて狭くなるため、より流動性に優れたエポキシ
樹脂組成物が必要となる。又環境問題に端を発した半田
の脱鉛化による半田リフロー温度の上昇に伴い、半導体
装置の表面実装時に半導体装置中に含まれる水分の気化
によって発生する爆発的な応力による半田クラックが、
以前にもまして大きな問題となってきている。このこと
から、無機質充填材の高充填化によるエポキシ樹脂組成
物の更なる低吸水化、ひいては耐半田クラック性の向上
が求められている。

【０００３】一般に、耐半田クラック性を向上させる手
段として種々の提案がなされている。例えば一般式
（１）で示されるエポキシ樹脂と一般式（２）で示され
るフェノール樹脂を用いたエポキシ樹脂組成物は、主鎖
骨格中に疎水性の構造を多く含むことから硬化物の吸水
率が低く、又架橋密度が低いためガラス転移温度以上の
高温域での弾性率が小さいという特徴を有している。し
かしながらこれらの樹脂は、溶融時の粘度が高く、流動
性に乏しいため、無機質充填材を高充填化が出来ないと
いった問題がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、低吸水性、
低弾性率を特徴とする樹脂成分及び流動性の向上を目的
として一個の二重結合を有する炭素数１８〜２６の不飽
和脂肪酸のアミド化合物を必須成分とすることを特徴と
する半導体封止用エポキシ樹脂組成物である。この樹脂
組成物は、半導体素子の封止時における流動性に優れ、
更には耐半田クラック性に優れた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）
一般式（１）で示されるエポキシ樹脂を全エポキシ樹脂
中に５０〜１００重量％、（Ｂ）一般式（２）で示され
るフェノール樹脂を全フェノール樹脂中に５０〜１００
重量％、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）無機質充填材及び
（Ｅ）一個の二重結合を有する炭素数１８〜２６の不飽
和脂肪酸のアミド化合物を必須成分とすることを特徴と
する半導体封止用エポキシ樹脂組成物、

【化３】 （Ｒは、水素原子又は炭素数１〜４のアルキル基から選
択される基であり、互いに同一であっても、異なってい
てもよい。ｎは、平均値で１〜３の正数）

【０００６】

【化４】 （Ｒは、水素原子又は炭素数１〜４のアルキル基から選
択される基であり、互いに同一であっても、異なってい
てもよい。ｎは、平均値で１〜３の正数） ［２］ 成分（Ｅ）を、全エポキシ樹脂組成物中に０．
０２〜１．０重量％含む第［１］項記載の半導体封止用
エポキシ樹脂組成物、［３］第［１］項又は［２］項記
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
子を封止することを特徴とする半導体装置、である。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明で用いられる一般式（１）
で示されるエポキシ樹脂は、樹脂骨格中に疎水性の構造
を多く含むことから硬化物の吸水率が低く、又架橋密度
が低いため、ガラス転移温度以上の高温域での弾性率が
小さいといった特徴を有する。そのため、この樹脂を用
いた半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物は低吸水
率を示し、半田リフロー時における水分の気化による爆
発的な応力を低減できる。又熱時に低弾性率であること
から半田リフロー時に発生する熱応力が小さくなり、結
果として耐半田クラック性に優れる。

【０００８】一般式（１）で示されるエポキシ樹脂の低
吸水率、低弾性率、低熱応力等の特徴を最大限発現させ
るには、一般式（１）で示されるエポキシ樹脂を全エポ
キシ樹脂中に５０重量％以上含む必要がある。併用する
場合の他のエポキシ樹脂としては、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、トリフェ
ノールメタン型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル
（フェニレン骨格を含む）型エポキシ樹脂、ナフトール
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等があ
り、これらは単独でも混合して用いてもよい。一般式
（１）で示されるエポキシ樹脂の具体例を以下に示す
が、これらに限定されるものではない。

【０００９】

【化５】 （ｎは、平均値で１〜３の正数）

【００１０】本発明で用いられる一般式（２）で示され
るフェノール樹脂は、樹脂骨格中に疎水性の構造を多く
含むことから硬化物の吸水率が低く、又架橋密度が低い
ため、ガラス転移温度以上の高温域での弾性率が小さい
といった特徴を有する。そのためこの樹脂を用いた半導
体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物は低吸水率を示
し、半田リフロー時における水分の気化による爆発的な
応力を低減できる。又熱時に低弾性率であることから半
田リフロー時に発生する熱応力が小さくなり、結果とし
て耐半田クラック性に優れる。

【００１１】一般式（２）で示されるフェノール樹脂の
低吸水率、低弾性率、低熱応力等の特徴を最大限発現さ
せるには、一般式（２）で示されるフェノール樹脂を全
フェノール樹脂中に５０重量％以上含む必要がある。併
用する場合の他のフェノール樹脂としては、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、ト
リフェノールメタン樹脂、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、フェノ
ールアラルキル（フェニレン骨格を含む）樹脂、ナフト
ールアラルキル樹脂等があり、これらは単独でも混合し
て用いてもよい。一般式（１）で示されるエポキシ樹脂
の具体例を以下に示すが、これらに限定されるものでは
ない。

【００１２】

【化６】 （ｎは、平均値で１〜３の正数）

【００１３】本発明において、エポキシ樹脂（Ａ）、フ
ェノール樹脂（Ｂ）の配合比は、機械的性質及び耐半田
クラック性の観点から（Ｂ）に対する（Ａ）の化学当量
比は０．５〜２が好ましく、特に０．８〜１．２である
ことが望ましい。

【００１４】本発明で用いられる硬化促進剤としては、
前記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、例えばトリブチルアミン、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混合して用い
てもよい。

【００１５】本発明で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
量を特に多くする場合は、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。更に球状シリカの配
合量を高めるためには、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。

【００１６】本発明で用いられる一個の二重結合を有す
る炭素数１８〜２６の不飽和脂肪酸のアミド化合物は、
離型性に悪影響を及ぼすことなく、エポキシ樹脂組成物
に充分な流動性を与えることができる。具体的には、オ
レイン酸アミド、エルカ酸アミド等のモノアミド、エチ
レンビスオレイン酸アミド、メチレンビスエルカ酸アミ
ド、エチレンビスエルカ酸アミド、ヘキサメチレンエル
カ酸アミド、ｍ−キシレンビスエルカ酸アミド、ｐ−フ
ェニレンビスエルカ酸アミド等のビスアミドが挙げられ
る。これらは、単独でも混合して用いてもよい。又飽和
脂肪酸のアミド化合物を用いた場合、融点が高いために
混練時に溶融しづらく前記した不飽和脂肪酸のアミド化
合物の効果が十分に発揮されない。

【００１７】用いるアミド化合物が、一個の二重結合を
有する炭素数１７以下の不飽和脂肪酸からなる場合、樹
脂との相溶性がよすぎるため硬化阻害を引き起こし離型
性が低下する。又エポキシ樹脂組成物の硬化物の吸水率
が大きくなり、耐半田クラック性にも悪影響を及ぼすた
め好ましくない。又２７以上では樹脂との相溶性が悪
く、十分な流動性を得られない。更に成形時にエポキシ
樹脂組成物から染み出すことで金型汚れ、ひいては離型
性低下の原因となるため好ましくない。なお本発明での
一個の二重結合を有する不飽和脂肪酸の炭素数とは、不
飽和脂肪酸中のエチレン列炭化水素とカルボキシル基の
炭素数を合計したものを指す。一個の二重結合を有する
炭素数１８〜２６の不飽和脂肪酸のアミド化合物の配合
量は、特に限定しないが、全エポキシ樹脂組成物中に
０．０２〜１．０重量％が望ましい。この範囲を外れる
と前記した一個の二重結合を有する不飽和脂肪酸のアミ
ド化合物の効果が十分に発揮されない。

【００１８】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
てパラフィン、脂肪酸エステル、脂肪酸金属塩等の離型
剤、シランカップリング材、チターネート系カップリン
グ材等のカップリング剤、臭素化エポキシ樹脂、リン化
合物等の難燃剤、三酸化アンチモン、四酸化アンチモン
等の難燃助剤、カーボンブラック、酸化鉄等の着色剤、
シリコーンオイル、シリコーンゴム、合成ゴム等の低応
力剤、酸化防止剤等の各種添加剤を適宜配合してもよ
い。

【００１９】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で混合
後、加熱ニーダ、熱ロール、押し出し機等を用いて加熱
混練し、続いて冷却、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
ルド等の従来からの成形方法で硬化成形すればよい。

【００２０】

【実施例】以下、本発明を実施例で具体的に説明する。
配合割合は重量部とする。 実施例１ 式（３）のエポキシ樹脂（軟化点５８℃、エポキシ当量２７３）６．７重量部 式（５）のフェノール樹脂（軟化点６７℃、水酸基当量２０３）５．０重量部 １，８−ジアザビシクロ（５，４， ０）ウンデセン−７（以下、ＤＢＵと略 記） ０．２重量部 球状溶融シリカ ８７．０重量部 エルカ酸アミド（炭素数２２） ０．５重量部 カルナバワックス ０．３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９５℃と２
５℃の２軸ロールを用いて２０回混練し、得られた混練
物シートを冷却後粉砕して、エポキシ樹脂組成物とし
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。

【００２１】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７ＭＰａ、硬化時間２分で測定した。単位はｃ
ｍ。 離型性：トランスファー成形機を用いて、金型温度１７
５℃、注入圧力７ＭＰａ、硬化時間１分で１４４ｐＱＦ
Ｐ（２０×２０×１．４ｍｍ厚さ）を１０回連続で成形
した。この１０回の成形で、離型時に金型に付着した
り、硬化物に割れ・欠けが発生した回数が３回以上のも
のを×、１〜２回のものを△、発生なしのものを○と判
定した。 パッケージ充填性：トランスファー成形機を用いて、金
型温度１７５℃、注入圧力７．５ＭＰａ、硬化時間１分
で１４４ｐＱＦＰ（２０×２０×１．０ｍｍ厚さ）を１
０回成形した。この１０回の成形で、パッケージに未充
填が発生した回数が３回以上のものを×、１〜２回のも
のを△、発生無しのものを○と判定した。 耐半田クラック性：トランスファー成形機を用いて、金
型温度１７５℃、注入圧力７．５ＭＰａ、硬化時間１分
で１４４ｐＱＦＰ（２０×２０×１．４ｍｍ厚さ）を１
０パッケージ成形し、１７５℃、８時間で後硬化させ
た。更に８５℃、相対湿度８５％の環境下で１６８時間
放置、２６０℃の半田槽に１０秒間浸漬した。その後、
超音波探傷装置で内部を透視し、［（剥離発生パッケー
ジ数）／（全パッケージ数）×１００］］を求め、０％
のものを○、２０％未満のものを△、２０％以上のもの
をラとした。

【００２２】実施例２〜７、比較例１〜７。 実施例１以外に用いた各成分は、以下の通りである。ビ
フェニル型エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ（株）・
製、ＹＸ４０００ＨＫ、融点１０５℃、エポキシ当量１
９１）、フェノールアラルキル樹脂（三井化学（株）・
製、ＸＬ−２２５、軟化点７５℃、水酸基当量１７４） エチレンビスオレイン酸アミド（炭素数１８の不飽和脂
肪酸化合物）、エチレンビスエルカ酸アミド（炭素数２
２の不飽和脂肪酸化合物）、ソルビン酸アミド（炭素数
６の不飽和脂肪酸化合物）、長鎖不飽和脂肪酸アミド
（炭素数＞２７の不飽和脂肪酸化合物）、エチレンビス
ベヘン酸アミド（炭素数２２飽和脂肪酸化合物）。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、
表２に示す。

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】

【発明の効果】本発明のエポキシ樹脂組成物は、流動性
に優れ、無機質充填材の高充填化が可能となり、得られ
た半導体装置は、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 23/31 Ｆターム(参考） 4J002 CC04X CD04W CD05W CD06W EN026 EP017 EP027 EU116 EU136 EW126 EW176 EY016 FD090 FD130 FD14X FD156 FD160 GJ02 GQ01 4J036 AF06 AF08 DC06 DC41 DC46 DD07 DD09 FA12 FB08 JA07 4M109 AA01 BA01 CA21 EA03 EB03 EB04 EB09 EB12 EC05 EC20

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（Ａ）一般式（１）で示されるエポキシ樹
   脂を全エポキシ樹脂中に５０〜１００重量％、（Ｂ）一
   般式（２）で示されるフェノール樹脂を全フェノール樹
   脂中に５０〜１００重量％、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）
   無機質充填材及び（Ｅ）一個の二重結合を有する炭素数
   １８〜２６の不飽和脂肪酸のアミド化合物を必須成分と
   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。 【化１】 （Ｒは、水素原子又は炭素数１〜４のアルキル基から選
   択される基であり、互いに同一であっても、異なってい
   てもよい。ｎは、平均値で１〜３の正数） 【化２】 （Ｒは、水素原子又は炭素数１〜４のアルキル基から選
   択される基であり、互いに同一であっても、異なってい
   てもよい。ｎは、平均値で１〜３の正数）
2. 【請求項２】 成分（Ｅ）を、全エポキシ樹脂組成物
   中に０．０２〜１．０重量％含む請求項１記載の半導体
   封止用エポキシ樹脂組成物。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の半導体封止用エ
   ポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止することを
   特徴とする半導体装置。