JP2003002954A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

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JP2003002954A JP2001184258A JP2001184258A JP2003002954A JP 2003002954 A JP2003002954 A JP 2003002954A JP 2001184258 A JP2001184258 A JP 2001184258A JP 2001184258 A JP2001184258 A JP 2001184258A JP 2003002954 A JP2003002954 A JP 2003002954A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 成形時のタンタル素子の特性の劣化を防ぎ、
耐温度サイクル性に優れ、特に小型のタンタルコンデン
サーの封止用に適したエポキシ樹脂組成物を得ること。 【解決手段】 (A)エポキシ樹脂、(B)フェノール
樹脂、(C)無機充填材、及び(D)硬化促進剤を必須
成分とするエポキシ樹脂組成物において、該エポキシ樹
脂組成物を加熱硬化した硬化物の特性が、成形収縮率
0.30〜0.60%、且つ常温での弾性率14000
N/mm2以下であることを特徴とするタンタル素子封
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、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】タンタルコンデンサーは半導体コンデン
サーとも呼ばれ、小型化が容易であるため携帯電話等の
高密度実装が必要な製品に広く用いられている。これら
のタンタルコンデンサーは使用環境から保護する目的で
エポキシ樹脂組成物を用いてトランスファー成形等で封
止されている。しかし、タンタルコンデンサーに用いら
れるタンタル素子は応力に敏感なため、封止樹脂からの
応力によって漏れ電流(リーク電流)が増大し、コンデ
ンサーとしての特性を損ねてしまう。つまりタンタル素
子の保護のためには樹脂封止が必要であるが、この封止
樹脂自体がコンデンサーとしての特性を損ねる原因とな
っている。例えば、封止時にエポキシ樹脂組成物−タン
タル素子間で熱応力が発生して漏れ電流が増大し不良品
になってしまう。又、信頼性評価の耐温度サイクル性試
験時に発生する応力でもタンタル素子の劣化が発生す
る。このため、従来は、エポキシ樹脂組成物の低応力化
すなわちシリコーンエラストマー等による低弾性化、及
び無機充填材の高充填化による低熱膨張化を行ない、タ
ンタル素子への応力を下げる対応をしてきた。しかし、
近年のタンタルコンデンサーの更なる小型化によって新
たな問題が生じてきた。すなわちタンタルコンデンサー
の小型化によって封止樹脂層の厚みが薄くなり、樹脂封
止後に金型から取り出す時の離型ストレスによる特性の
劣化が発生する。このため成形直後に歩留まりが低下す
る問題が出てきている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、成形時のタ
ンタル素子の特性の劣化を防ぎ、耐温度サイクル性との
両立をもたらし、特に小型のタンタルコンデンサーの封
止用に適したエポキシ樹脂組成物、及び半導体装置を提
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)無
機充填材、及び(D)硬化促進剤を必須成分とするエポ
キシ樹脂組成物において、該エポキシ樹脂組成物を加熱
硬化した硬化物の特性が、成形収縮率0.30〜0.6
0%、且つ常温での弾性率14000N/mm2以下で
あることを特徴とするタンタル素子封止用エポキシ樹脂
組成物、[2] 第[1]項記載のエポキシ樹脂組成物
を用いてタンタル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】本発明で用いるエポキシ樹脂は、
1分子内に2個以上のエポキシ基を有するモノマー、オ
リゴマー、及びポリマー全般を言う。例えば、オルソク
レゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラ
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A型エポキシ樹脂、ビスフェノールF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型エポキ
シ樹脂(フェニレン骨格、ビフェニル骨格等を有す
る)、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
キシ樹脂等が挙げられ、これらは1種類を単独で用いて
も2種類以上を併用してもよい。エポキシ樹脂組成物の
信頼性向上のためには、塩素イオン、ナトリウムイオン
等の不純物イオンが極力少ないことが望ましい。
【0006】本発明で用いるフェノール樹脂は、1分子
内に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、及びポリマー全般を言う。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、ビフェニル骨
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、ビフェニル骨格等を有する)、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等が挙げられ、これらは
1種類を単独で用いても2種類以上を併用してもよい。
エポキシ樹脂組成物の信頼性向上のためには、塩素イオ
ン、ナトリウムイオン等の不純物イオンが極力少ないこ
とが望ましい。
【0007】本発明で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用いることができ
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、窒化アルミニウム、酸化チタン、ガラス
粉等が挙げられ、これらは1種類を単独で用いても2種
類以上を併用してもよい。これらの内では、溶融シリ
カ、結晶シリカが好ましい。無機充填材の平均粒径とし
ては10〜35μm、最大粒径としては半導体装置の封
止樹脂層の厚みが薄いので未充填を防ぐために74μm
以下が好ましい。又、粒子の大きさの異なるものを混合
することにより充填量を多くすることができる。無機充
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。溶融シリカを用いる場合、溶
融シリカの含有量としては全エポキシ樹脂組成物中に6
0〜80重量%が好ましい。60重量%未満だと吸湿後
の半田リフロー時に水蒸気爆発による半導体装置の飛び
跳ねが起こり基板への実装ができず、80重量%を越え
ると弾性率が高くなり、エポキシ樹脂組成物を加熱硬化
した硬化物の常温での弾性率を14000N/cm2
下にすることが困難になる可能性がある。
【0008】本発明で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反応を促進するもので
あればよく、一般に封止用材料に使用されているものを
広く使用することができ、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、ジメチルベンジルアミン、2−メチルイミダゾ
ール等が挙げられ、これらは1種類を単独で用いても2
種類以上を併用してもよい。
【0009】本発明のエポキシ樹脂組成物を加熱硬化し
た硬化物の成形収縮率としては、0.30〜0.60%
が好ましい。0.30%未満だと封止後に金型から離型
することが困難になるため離型時のストレスが増大し、
又0.60%を越えると成形収縮による内部応力がタン
タル素子に加わり特性劣化の原因となるので好ましくな
い。本発明における成形収縮率は、JIS K 691
1に準じた金型を用い、金型温度175℃、注入圧力
6.9MPa、硬化時間120秒で硬化した硬化物と金
型の寸法から算出した値を用いる。
【0010】本発明のエポキシ樹脂組成物を加熱硬化し
た硬化物の常温での弾性率としては、タンタル素子への
応力を防ぐために14000N/mm2以下が好まし
い。14000N/mm2を越えると、成形時の熱収
縮、及び動作時の発熱により熱応力によるタンタル素子
への応力が増大しリーク電流が増大するので好ましくな
い。本発明における常温での弾性率は、低圧トランスフ
ァー成形機を用いて金型温度175℃、注入圧力6.9
MPa、硬化時間120秒で、弾性率測定用のテストピ
ース(10×150×3mm)を成形し、175℃/4
hrのポストキュアーを行ない、常温での3点曲げ試験
(JIS K 6911に準ずる)で求めた値を用い
る。
【0011】本発明のエポキシ樹脂組成物を加熱硬化し
た硬化物を前記の様な物性に調整するための手法として
は、特に限定しないが、例えば樹脂成分の組み合わせに
よって無機充填材量を調整したり、シリコーンオイル、
ゴム等の低応力成分を配合し硬化物の弾性率を下げたり
する方法等が挙げられる。
【0012】本発明のエポキシ樹脂組成物は、(A)〜
(D)成分の他、必要に応じて、シランカップリング
剤、天然ワックス、合成ワックス等の離型剤、カーボン
ブラック等の着色剤、アゾ系、キノン系の染料、シリコ
ーンオイル、ゴム等の低応力添加剤、臭素化エポキシ樹
脂、酸化アンチモン等の難燃剤等の種々の添加剤を適宜
配合してもよい。本発明のエポキシ樹脂組成物は、
(A)〜(D)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、タンタル素子等の
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。タンタルコンデンサーには各種のサ
イズのもの、例えば、外形のサイズでPケース(2.0
×1.25×1.2mm)、Aケース(3.2×1.6
×1.6mm)、Bケース(3.5×2.8×1.9m
m)、他にDケース、D2ケース等があるが、本発明の
エポキシ樹脂組成物は、特にPケース等の小型のタンタ
ルコンデンサーの封止用に適している。
【0013】
【実施例】以下、本発明を実施例で具体的に説明する
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 オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂(エポキシ当量200) 19.5重量部 フェノールノボラック樹脂(水酸基当量104) 9.7重量部 溶融シリカ 68.0重量部 トリフェニルホスフィン 0.2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 シリコーンオイル 2.0重量部 を粉砕後混合し、70〜90℃の熱ロールで加熱混練を
行い、冷却固化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1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
ラルフロー測定用の金型を用いて、金型温度175℃、
注入圧力6.9MPa、硬化時間120秒で測定した。
単位はcm。 成形収縮率:前記した通り、JIS K 6911に準
じて測定した。低圧トランスファー成形機を用いて金型
温度175℃、注入圧力6.9MPa、硬化時間120
秒でテストピースを成形し、金型との寸法の差から成形
収縮率を求めた。単位は%。 常温での弾性率:前記した通り、低圧トランスファー成
形機を用いて金型温度175℃、注入圧力6.9MP
a、硬化時間120秒で、弾性率測定用のテストピース
(10×150×3mm)を成形し、175℃/4時間
でポストキュアーを行った。得られたテストピースを3
点曲げ試験(JIS K 6911に準ずる)で常温で
の曲げ弾性率を求めた。単位はN/mm2。 初期素子特性:低圧トランスファー成形機を用いて金型
温度175℃、注入圧力6.9MPa、硬化時間120
秒でタンタルコンデンサー(Pケース:サイズ2.0×
1.25×1.2mm)を成形した。各パッケージのリ
ーク電流を測定し、設計値より20%以上増大したもの
を不良と判定し、全パッケージ数に対する不良なパッケ
ージの個数の比率を求めた。単位は%。 耐温度サイクル性:前記のタンタルコンデンサーを用い
て、−65℃で5分間〜150℃で5分間を1サイクル
とし、20サイクル処理した。各パッケージのリーク電
流を測定し、初期のリーク電流の値より20%以上増大
したものを不良と判定し、全パッケージ数に対する不良
なパッケージの個数の比率を求めた。単位は%。
【0015】実施例2〜5、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、実施例1と同様にして評価した。結果を表
1に示す。
【表1】
【0016】
【発明の効果】本発明に従うと、成形時のタンタル素子
の特性の劣化を防ぎ、耐温度サイクル性との両立をもた
らすタンタル素子封止用エポキシ樹脂組成物、及び半導
体装置を得ることができる。特に、本発明のエポキシ樹
脂組成物は小型のタンタルコンデンサーの封止用に適し
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 H01G 9/05 C 23/31 Fターム(参考) 4J002 CC03X CD00W DE146 DF016 DJ006 DJ016 DJ046 EN067 EU117 EU137 EW137 FD016 FD14X FD157 4J036 AA01 DA04 DC41 DC46 FB07 JA07 4M109 AA01 BA07 CA21 EA02 EB03 EB04 EB12 EC04 GA10

Claims (2)

    【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)無機充填材、及び(D)硬化促進剤を必須
    成分とするエポキシ樹脂組成物において、該エポキシ樹
    脂組成物を加熱硬化した硬化物の特性が、成形収縮率
    0.30〜0.60%、且つ常温での弾性率14000
    N/mm2以下であることを特徴とするタンタル素子封
    止用エポキシ樹脂組成物。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のエポキシ樹脂組成物を用
    いてタンタル素子を封止してなることを特徴とする半導
    体装置。
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