JP2003082197A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属フレームを有する半導体素子を一括封止
した後に、成形品を切断して個片化する際の切削抵抗が
低く、個片化が容易で、刃の摩耗が少ないことを特徴と
する半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及び半導体装置
を提供すること。 【解決手段】 （Ａ）結晶性エポキシ樹脂、（Ｂ）フェ
ノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）結晶水を２０重
量％以上含有する金属水酸化物及び／又は結晶水を２０
重量％以上含有する金属水酸化物固溶体、（Ｅ）無機充
填材を必須成分とし、（Ｄ）結晶水を２０重量％以上含
有する金属水酸化物及び／又は結晶水を２０重量％以上
有する金属水酸化物固溶体が、全エポキシ樹脂組成物中
に０．５重量％以上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、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】ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子は、主に熱
硬化性樹脂組成物であるエポキシ樹脂組成物で封止され
半導体装置とされている。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、又半導体装置の表面実装化が促進され
るなかで、半導体装置への要求は益々厳しいものとなっ
てきている。近年、集積回路の高集積化に伴い半導体装
置はＴＳＯＰ、ＴＱＦＰ、ＢＧＡ等の表面実装型に変わ
ってきている。特に小型薄肉化と同時に生産性の向上を
図るためには、多数個の半導体装置を一括成形し、成形
後に個片に切り分けて各半導体装置とするＭＡＰ成形も
検討されている。ＭＡＰ成形品の技術には、薄く大型の
成形品を成形するためにエポキシ樹脂組成物の低粘度化
や、個片化する場合の切断に耐え得る強度、更には切断
する際に用いる刃の摩耗が少ないこと等が要求される。
表面実装型の半導体装置に使用されるエポキシ樹脂組成
物は、実装時の熱応力に耐え得る様にするため、低粘度
性の樹脂成分を配合し無機充填材を高充填化し吸湿率を
低下させたり、従来のオルソクレゾールノボラック型エ
ポキシ樹脂に比べて、より強靱性が得られるビフェニル
型エポキシ樹脂等の結晶性エポキシ樹脂やジシクロペン
タジエン変性フェノール型エポキシ樹脂等を用いる様に
なってきているが、切削抵抗が高いため刃が摩耗しやす
く、個片化する際に刃にエポキシ樹脂組成物の硬化物の
破片が噛みこみ、刃が破損するという問題もあり、個片
化のし易さや、刃の摩耗防止においては十分に満足でき
るものではない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、金属フレー
ムを有する半導体装置の多数個を一括封止した後に、成
形品を切断して個片化することが容易で、切断用の刃の
摩耗が少ないことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹
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）結晶性エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、
（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）結晶水を２０重量％以上含有
する金属水酸化物及び／又は結晶水を２０重量％以上含
有する金属水酸化物固溶体、（Ｅ）無機充填材を必須成
分とし、（Ｄ）結晶水を２０重量％以上含有する金属水
酸化物及び／又は結晶水を２０重量％以上有する金属水
酸化物固溶体が、全エポキシ樹脂組成物中に０．５重量
％以上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］ 無機充填材が、予めシランカップリ
ング剤で処理されたものである第［１］項記載の半導体
封止用エポキシ樹脂組成物、［３］ 第［１］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
て金属フレームを有する半導体素子を封止した後に、成
形品を切断して個片化す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結晶性エポキ
シ樹脂は、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、ビフェニル型エポキシ樹
脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ
型エポキシ樹脂、高純度ビスフェノールＡ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、これらは１種類を単独で使用しても、２種類以
上を併用してもよい。特にエポキシ樹脂組成物の低粘度
化が図れるビフェニル型エポキシ樹脂や、高純度ビスフ
ェノールＡ型エポキシ樹脂が好ましい。結晶性エポキシ
樹脂の融点としては、成形時に十分な低粘度を得るため
には極力低いことが望ましく、１２０℃以下、特に８０
℃以下であることが好ましい。結晶性のエポキシ樹脂は
エポキシ樹脂組成物の溶融時の低粘度化が図れ、薄型で
かつＭＡＰ成形の充填性付与に寄与する。又、低粘度の
エポキシ樹脂組成物を用いることで、金属フレームとの
濡れ性が向上するため、個片化の際に金属フレームとエ
ポキシ樹脂組成物の硬化物との界面で剥離して破片が刃
に噛み込んで刃を破損するという問題を防止でき、個片
化を容易にすることができる。又これら結晶性エポキシ
樹脂の特性を損なわない範囲で、他のエポキシ樹脂を併
用することも可能である。併用可能な他のエポキシ樹脂
としては、特に限定されるものではないが、例えば、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）、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、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ
樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、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等が挙げられ、これらは１種類を単
独で使用しても、２種類以上を併用してもよい。特にジ
シクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂やフ
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）が好ましい。結晶性エポキ
シ樹脂の添加量としては、成形時に十分な低粘度を得る
ために全エポキシ樹脂組成物中に２重量％以上が好まし
く、特に３％重量以上が好ましい。

【０００６】本発明に用いられるフェノール樹脂として
は、分子内に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、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、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）等が挙げられるが、これらに
限定されるものではない。又、これらは１種類を単独で
使用しても、２種類以上を併用してもよい。特にエポキ
シ樹脂組成物の低粘度化が図れる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）が
好ましい。

【０００７】全エポキシ樹脂のエポキシ基と全フェノー
ル樹脂のフェノール性水酸基との当量比としては、特に
限定しないが、好ましくは０．７〜１．４、特に好まし
くは０．８〜１．２である。０．７〜１．４の範囲を外
れると、硬化性、耐湿信頼性等が低下する可能性があ
る。

【０００８】本発明に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を促進
するものであればよく、例えばトリフェニルホスフィ
ン、テトラフェニルホスフォニウム・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、これらは１種類を単
独で使用しても２種類以上を併用してもよい。

【０００９】本発明に用いられる（Ｄ）成分は、結晶水
を２０重量％以上含有する金属水酸化物及び／又は結晶
水を２０重量％以上含有する金属水酸化物固溶体であ
る。金属水酸化物としては特に限定しないが、例えば、
水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等が挙げられ
る。又、一部分をベーマイト化、微細化、あるいはナト
リウムイオンの低減化等をして、結晶水の放出開始温度
を上げた高耐熱タイプの水酸化アルミニウムを用いるこ
ともできる。これらは１種類を単独で使用しても、２種
類以上を併用してもよい。又、金属水酸化物の結晶中の
一部の元素を、鉄、ニッケル、チタン、亜鉛等の別の元
素と置換し、固溶体を形成した金属水酸化物固溶体を用
いることもできる。これらは１種類を単独で使用して
も、２種類以上を併用してもよい。本発明の（Ｄ）成分
は、半導体装置を個片化する際に結晶水を放出し、刃と
の摩擦による発熱を抑えることで、切削抵抗を低減し、
ひいては刃の摩耗を抑える効果を発揮する。金属水酸化
物中の結晶水の含有率、金属水酸化物固溶体中の結晶水
の含有率としては、いずれも２０重量％以上であること
が必須である。２０重量％未満のものを用いると結晶水
の放出による発熱の抑制や、切削抵抗の低減の効果が十
分に発揮されないので好ましくない。又、全（Ｄ）成分
の添加量としては、全エポキシ樹脂組成物中に０．５重
量％以上であることが必須である。特に１〜５重量％が
好ましい。０．５重量％未満だと、結晶水の放出による
発熱の抑制や切削抵抗の低減の効果が期待できないので
好ましくない。

【００１０】本発明に用いられる無機充填材の種類につ
いては特に制限はなく、一般に封止材料に用いられてい
るものを使用することができる。例えば、溶融破砕シリ
カ、溶融球状シリカ、結晶シリカ、２次凝集シリカ、ア
ルミナ、チタンホワイト、ガラス繊維等が挙げられ、こ
れらは１種類を単独で使用しても２種類以上を併用して
もよい。特に溶融球状シリカが好ましい。粒子の形状は
限りなく真球状であることが好ましく、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。球状シリカを用いることで切削抵抗も低
減するという利点もある。無機充填材の含有量として
は、全エポキシ樹脂組成物中に６５〜９４重量％が好ま
しく、特に７５〜９１重量％が好ましい。６５重量％未
満だと、無機充填材による補強効果が十分に発現せず、
且つ吸湿要因である樹脂成分の配合量が多くなるので、
エポキシ樹脂組成物の硬化物の吸湿量が増大してしま
い、半田処理時に半導体装置にクラックが発生し易くな
る可能性がある。９４重量％を越えると、エポキシ樹脂
組成物の流動性が極端に低下し、成形時に充填不良やチ
ップシフト、パッドシフト、ワイヤースイープが発生し
易くなる可能性がある。又、本発明に用いる無機充填材
は、予め十分に混合しておくことが好ましい。特に無機
充填材をシランカップリング剤で予め処理して用いる
と、成形品の強度が向上し、ＭＡＰ成形後の個片化の際
にリードフレームと成形品界面との剥離や、成形品の割
れ・欠けが生じにくくなるという特徴がある。シランカ
ップリング剤としては、特に限定しないが、例えば、γ
−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β−
（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキ
シシランといったエポキシ系カップリング剤、γ−アミ
ノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチ
ル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−フ
ェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−
ウレイドプロピルトリエトキシシランといったアミノ系
シランカップリング剤、γ−メルカプトプロピルトリメ
トキシシランといったメルカプト系シランカップリング
剤等が挙げられ、これらは１種類を単独で使用しても、
２種類以上を併用してもよい。処理の方法としては、特
に限定しないが、例えば、シランカップリング剤を溶剤
に薄めて無機充填材に噴霧、混合した後に溶媒を除去す
る方法や、直接無機充填材に添加し混合機を用いて処理
する方法等が挙げられる。

【００１１】本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜
（Ｅ）成分の他、必要に応じて臭素化エポキシ樹脂、酸
化アンチモン、リン化合物等の難燃剤、カーボンブラッ
ク、ベンガラ等の着色剤、シリコーンオイル、シリコー
ンゴム等の低応力化剤、天然ワックス、合成ワックス、
高級脂肪酸及びその金属塩類もしくはパラフィン等の離
型剤、酸化防止剤等の各種添加剤を配合することができ
る。本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｅ）を
ミキサーを用いて混合後、熱ロール、加熱ニーダー、押
出機等の混練機で溶融混練し、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、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。本発明のエポキシ樹脂組成物は、特に薄型のＭＡ
Ｐ成形を行う半導体装置の封止用に好適である。

【００１２】

【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、比較例で用いた表面処理シ
リカとは、溶融球状シリカ（平均粒径１５μｍ、比表面
積２．４ｍ²／ｇ）９９．８重量部をミキサーで攪拌し
ながら、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン０．２
重量部を噴霧し、そのまま攪拌を１５分間継続した後、
室温で８時間放置し、１５０メッシュを通過させたもの
である。

【００１３】 実施例１ 結晶性エポキシ樹脂１（ジャパンエポキシレジン（株）・製ＹＬ６８１０、融 点４５℃、エポキシ当量１７１） ４．００重量部 式（１）に示すエポキシ樹脂（軟化点５８℃、エポキシ当量２７２） ４．００重量部

【化１】 （式中、ｎは平均値で、正数である。）

【００１４】 式（２）に示すフェノール樹脂（軟化点７２℃、水酸基当量２００） ７．６５重量部

【化２】 （式中、ｎは平均値で、正数である。） 水酸化アルミニウム１（平均粒径１０μｍ、結晶水含有率３４重量％） ４．００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 ） ０．２５重量部 球状溶融シリカ（平均粒径２６μｍ、比表面積１．４ｍ²／ｇ） ３９．５０重量部 表面処理シリカ ４０．００重量部 カルナバワックス ０．３０重量部 カーボンブラック ０．３０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を以
下の方法で評価した。結果を表１に示す。

【００１５】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。 切削抵抗及び工具摩耗性：金型温度１７５℃、注入圧力
８．３ＭＰａ、硬化時間１８０秒で成形した３ｍｍ厚の
試験片を成形後、ポストキュアとして１７５℃で８時間
処理し、特公平７−１７８１４号公報で使用されたドリ
ル摩耗試験装置を用いて行った。この試験装置はドリル
径３ｍｍ、刃の切れが同等のドリルを使用し、ドリル回
転数８５０ｒｐｍ、荷重２ｋｇ重（１９．６Ｎ）に設定
されたものである。試験片はそれぞれ３０回ずつ穿孔し
て評価したが、刃の切れ具合の差による誤差を回避する
ため、試験片を３０回穿孔する前後に、Ａｌ板（厚さ３
ｍｍ）を１回ずつ穿孔した。次の値を求め、切削抵抗並
びに工具摩耗性を評価した。 切削抵抗：ｔ₁／ｔＡｌ 工具摩耗性：ｔＡｌ³⁰／ｔＡｌ ｔ₁：試験片１回目穿孔時の穿孔所要時間 ｔＡｌ：試験片穿孔前のＡｌ板穿孔所要時間 ｔＡｌ³⁰：試験片を３０回穿孔後のＡｌ板穿孔所要時間 なお、切削抵抗及び工具摩耗性は共に値が小さいもの程
良好である。

【００１６】実施例２〜６、比較例１〜６ 表１、表２の配合に従い、実施例１と同様にしてエポキ
シ樹脂組成物を得て、実施例１と同様にして評価した。
結果を表１、表２に示す。結晶性エポキシ樹脂２はジャ
パンエポキシレジン（株）・製ＹＸ−４０００、融点１
０５℃、エポキシ当量１９５である。フェノールアラル
キル樹脂は三井化学（株）・製ＸＬ−２２５、軟化点７
９℃、水酸基当量１７４である。水酸化アルミニウム２
は、高耐熱タイプで平均粒径１μｍ、結晶水含有率３４
重量％である。水酸化マグネシウムは平均粒径２μｍ、
結晶水含有率３１重量％である。金属水酸化物固溶体は
Ｍｇ_0.8Ｚｎ_0.2（ＯＨ）₂で示される組成のもので、平
均粒径１μｍ、結晶水含有率２７重量％である。未焼成
クレーは平均粒径２μｍ、結晶水含有率１３重量％であ
る。硼酸亜鉛は２ＺｎＯ・３Ｂ₂Ｏ₃・３．５Ｈ₂Ｏで示
される組成のもので、平均粒径５μｍ、結晶水含有率１
４重量％である。なお、結晶水含有率は、ＴＧ／ＤＴＡ
分析装置を用いて２５℃〜７００℃まで５℃／分で昇温
した時の重量減少値で表した。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】

【発明の効果】本発明に従うと、金属フレームを有する
多数個の半導体装置を一括封止した後に成形品を切断し
て個片化する際の切削抵抗が低く、個片化が容易で、切
断用の刃の摩耗も少なく、生産性に優れ、産業上有用な
半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及び半導体装置が得
られる。

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｈ０１Ｌ 23/12 Ｌ 23/31 Ｆターム(参考） 4J002 CC03X CC04X CC05X CC07X CD04W CD05W CD06W CD13W CD20W DE077 DE147 EW016 EW176 EY016 FB138 FB148 FB158 FD018 FD14X FD156 GQ01 GQ05 4J036 AC01 AD01 AD08 AJ15 DD07 DD09 FA01 FA02 FB07 JA07 4M109 AA01 EA02 EB04 EB12 EC20

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）結晶性エポキシ樹脂、（Ｂ）フェ
   ノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）結晶水を２０重
   量％以上含有する金属水酸化物及び／又は結晶水を２０
   重量％以上含有する金属水酸化物固溶体、（Ｅ）無機充
   填材を必須成分とし、（Ｄ）結晶水を２０重量％以上含
   有する金属水酸化物及び／又は結晶水を２０重量％以上
   有する金属水酸化物固溶体が、全エポキシ樹脂組成物中
   に０．５重量％以上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】 無機充填材が、予めシランカップリング
   剤で処理されたものである請求項１記載の半導体封止用
   エポキシ樹脂組成物。
3. 【請求項３】 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金属フレームを有する半導体素
   子を封止した後に、成形品を切断して個片化することを
   特徴とする半導体装置。