JP2003096164A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】金型汚れが少なく、離型性、耐半田クラック性
に優れた特性を有する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）
酸化アルファオレフィンとエタノールアミンとの反応物
及び／又は酸化アルファオレフィンとイソシアネートと
の反応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、離型性に優れた半
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
物への要求は益々過酷なものとなっているのが現状であ
る。特に半導体装置の表面実装に際しては、吸湿した水
分が半田処理時の昇温過程で急激に膨張し、半導体素子
とエポキシ樹脂組成物の硬化物との界面における密着性
を低下させ、半導体装置の信頼性を損なう等の問題が生
じている。この点に鑑み、エポキシ樹脂組成物の硬化物
と半導体素子間の密着性改善、ひいては耐半田クラック
性の向上は、封止材料にとって最も重要な課題となって
いる。

【０００３】一般に、耐半田クラック性を向上させる手
段としては、（１）低粘度の樹脂成分を用いることで無
機質充填材の高充填化を可能にし、エポキシ樹脂組成物
の硬化物を低熱膨張化、低吸湿化させる、（２）吸湿性
が少なく可撓性を有する樹脂を使用する等が挙げられ
る。しかしながら、低粘度樹脂である低分子量のエポキ
シ樹脂、結晶性エポキシ樹脂或いはフェノール樹脂系の
硬化剤等を用いる場合、硬化物の架橋密度が低くなり、
機械的強度や熱時弾性率が低下する。このため硬化物が
金型から離型する際に金型表面に付着したり、硬化物に
割れ、欠けが生じ易いといった欠点を有する。又低吸水
性、可撓性を有するフェノールアラルキル樹脂等を用い
る場合、耐半田クラック性は向上するものの熱時の剛性
に欠け、硬化速度も遅いため、金型からの離型性に劣る
傾向にある。

【０００４】離型性を向上させる手段としては、離型剤
を多量に配合する方法があるが、多量の離型剤の配合は
金型からの離型性を向上させるが、半導体装置内部の半
導体素子やそれを搭載するリードフレームとエポキシ樹
脂組成物の硬化物との間の密着性を低下させる傾向にあ
る。これにより吸湿した半導体装置を半田処理すると、
これら界面で剥離が生じたり、剥離に起因するクラック
が発生することになる。更に多量の離型剤成分が金型に
付着することにより金型汚れ、型取られといった問題が
生じる。このため金型汚れが少なく、無機質充填材を高
充填化でき、離型性、耐湿性ひいては耐半田クラック性
に優れた特性を付与できるエポキシ樹脂組成物の開発が
望まれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、金型汚れが
少なく、離型性、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を提
供するものである。

【０００６】

【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）酸化アルファオレフ
ィンとエタノールアミンとの反応物及び／又は酸化アル
ファオレフィンとイソシアネートとの反応物を必須成分
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、［２］酸化アルファオレフィンが、炭素数２０〜７
０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］酸化アルファオレフィンとエタノールアミ
ンとの反応物及び／又は酸化アルファオレフィンとイソ
シアネートとの反応物が、全エポキシ樹脂組成物中０．
０２〜０．５重量％である第［１］項又は［２］項記載
の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、［４］第［１］
項、［２］項又は［３］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してなることを特
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
挙げられ、これらは単独でも混合して用いてもよい。こ
れらの内では、常温では結晶性の固体であるが、融点以
上では極めて低粘度の液状となり、無機質充填材を高充
填化でき、その結果として耐半田クラック性に優れるビ
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が好ましい。ビフェニル
型エポキシ樹脂としては、例えば、３，３’，５，５’
−テトラメチルビフェノールジグリシジルエーテル、ビ
フェノールジグリシジルエーテル等が挙げられる。その
他のエポキシ樹脂も極力低粘度のものを使用することが
望ましい。低粘度のエポキシ樹脂を用いることにより無
機質充填材を高充填化できるが、架橋密度が低くなるた
め離型性に難点があり、本発明の離型剤を用いることに
より離型性を改善できる。

【０００８】本発明で用いられる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、フェニレン及び／又はジフェニレン骨格を有する
フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂
等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いてもよ
い。無機質充填材の高充填化のためには、エポキシ樹脂
と同様に低粘度のものが好ましい。可撓性、低吸湿性の
ためには、フェニレン及び／又はジフェニレン骨格を有
するフェノールアラルキル樹脂の使用が望ましい。低粘
度、可撓性を有するフェノール樹脂は、架橋密度が低く
なるため離型性に難点があり、本発明の離型剤を用いる
ことにより離型性を改善できる。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】本発明で用いられる酸化アルファオレフィ
ンとエタノールアミンとの反応物又は酸化アルファオレ
フィンとイソシアネートとの反応物は、石油留分から得
られるアルファオレフィンを酸化して得られるカルボキ
シル基や水酸基を有する酸化アルファオレフィンとエタ
ノールアミン又はイソシアネートとを反応させて得られ
る。一般的にアルファオレフィンは、エポキシ樹脂やフ
ェノール樹脂との相溶性に乏しいため、過度に染み出す
ことで金型汚れを引き起こすという欠点を有している。
これに対し酸化アルファオレフィンは、エポキシ樹脂や
フェノール樹脂と適度に相溶することで、金型汚れを引
き起こすことなく良好な離型性を示す。しかしながら酸
化アルファオレフィンは、長時間高温にさらされること
により一部が熱分解し徐々に離型性を低下させるという
欠点がある。本発明の酸化アルファオレフィンとエタノ
ールアミンとの反応物又はイソシアネートとの反応物を
用いると高温での熱分解を抑えることができ、金型を高
温で長時間放置しても優れた離型性を維持することがで
きるという特徴がある。本発明で用いられる酸化アルフ
ァオレフィンの炭素数としては２０〜７０、更に好まし
くは４０〜６０が望ましい。炭素数が２０未満の場合、
エポキシ樹脂やフェノール樹脂と相溶しすぎることで十
分な離型性が得られないおそれがあり、一方炭素数が７
０を越えるとエポキシ樹脂やフェノール樹脂との相溶性
に乏しく、過度に金型に染み出すことで金型汚れを引き
起こすことがある。なお本発明で用いる酸化アルファオ
レフィンの炭素数とは、分子中の全ての炭素のことを言
う。

【００１２】酸化アルファオレフィンとエタノールアミ
ンとの反応物のアミン化又は酸化アルファオレフィンと
イソシアネートとの反応物のウレタン化の割合は、特に
限定するものではないが、得られる離型剤中の窒素分と
しては０．３〜５重量％の含有率が望ましい。アミン化
又はウレタン化部分が多過ぎると、離型剤自体の粘度が
上昇し材料化が困難になるおそれがあり好ましくない。
酸化アルファオレフィンとエタノールアミンとの反応物
又は酸化アルファオレフィンとイソシアネートとの反応
物の添加量としては、全エポキシ樹脂組成物中に０．０
２〜０．５重量％が好ましい。０．０２重量％未満の場
合では十分な離型性が得られないおそれがあり、０．５
重量％を越えると成形時に半導体装置内部の半導体素子
やそれを搭載する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移行するため、密着性を著しく損な
い耐湿性を低下させ、その結果として耐半田クラック性
に悪影響を及ぼす。更に過度に染み出すことで金型汚れ
が発生するおそれがあるので好ましくない。

【００１３】エタノールアミン反応物は酸化アルファオ
レフィンの水酸基或いはカルボキシル基とをエタノール
アミンと反応させアミン化させて得られ、一方イソシア
ネート反応物は酸化アルファオレフィンの水酸基或いは
カルボキシル基とをメチレンジイソシアネート、トルエ
ンジイソシアネート等のイソシアネート類と反応させウ
レタン化させて得られる。酸化アルファオレフィンとエ
タノールアミンとの反応物と酸化アルファオレフィンと
イソシアネートとの反応物は単独でも併用してもよく、
前記離型剤の特性を損なわない範囲で、他の離型剤を添
加してもよい。これらのものは、東洋ペトロライト
（株）より市販されており市場より容易に入手できる。

【００１４】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。

【００１５】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、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。

【００１６】

【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 ３，３’，５，５’−テトラメチルビフェノールジグリシジルエーテルを主成 分とするエポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）・製、ＹＸ−４０００Ｈ Ｋ、融点１０５℃、エポキシ当量１９１、以下、ビフェニル型エポキシ樹脂とい う） ６．４重量部 フェノールアラルキル樹脂（三井化学（株）・製、ＸＬＣシリーズ、軟化点７ ５℃、水酸基当量１７４） ５．８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 球状溶融シリカ ８７．０重量部 化合物１ 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。なお化合物１は、酸化アルファオレフィン
（炭素数５０）とエタノールアミンとの反応物と、酸化
アルファオレフィン（炭素数５０）とトルエンジイソシ
アネートとの反応物との重量比１：１の混合物（融点７
５℃、酸価２、鹸化価３０）である。

【００１７】評価方法 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９．３ＭＰａ、硬化時間１分で１６０ｐ
ＱＦＰ（２４×２４×１．４ｍｍ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５回以上の
ものを×、１〜４回のものを△、発生なしのものを○と
判定した。 金型汚れ：トランスファー成形機を用いて、金型温度１
７５℃、注入圧力９．３ＭＰａ、硬化時間１分で１６０
ｐＱＦＰ（２４×２４×１．４ｍｍ厚さ）を５００回連
続で成形した。硬化物表面と金型表面の両方に白化があ
るものを×、どちらかに白化のあるものを△、どちらに
も白化のないものを○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９．３ＭＰａ、硬化時間１分で１６０ｐＱＦＰ
（２４×２４×１．４ｍｍ厚さ）を成形し、１７５℃、
８時間で後硬化させ、８５℃、相対湿度６０％の環境下
で１６８時間放置し、その後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×１０
０）］を求め、０％のものを○、２０％未満のものを
△、２０％以上のものを×とした。

【００１８】実施例２〜５、比較例１〜５ 実施例１以外に用いた各成分は、以下の通りである。オ
ルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂（軟化点５５
℃、エポキシ当量１９６）、フェノールノボラック樹脂
（軟化点１１０℃、水酸基当量１０４）、化合物２、ス
テアリン酸亜鉛、酸化ポリエチレン（融点９４℃、酸価
９、鹸化価２０）、カルナバワックス。なお化合物２
は、酸化アルファオレフィン（炭素数５０）とトルエン
ジイソシアネートとの反応物（融点９０℃、酸価１２、
鹸化価４０）である。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、実施例１と同
様にして評価した。結果を表１、表２に示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】

【発明の効果】本発明のエポキシ樹脂組成物は、金型汚
れが少なく、離型性に優れており、これを用いた半導体
装置は耐湿性に優れ、その結果として耐半田クラック性
にも優れている。

───────────────────────────────────────────────────── 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 CC03X CC05X CC06X CC07X CD00W CD04W CD05W CD06W CD07W CD13W CD20W DE147 DF017 DJ007 DJ017 EN046 ER008 ES008 EU116 EU136 EW016 EW176 EY016 FD017 FD14X FD156 FD168 GQ01 GQ05 4J036 AA01 AD01 AD08 AF01 CB03 CB05 CB22 DC02 DC03 DC38 DC40 DD07 DD09 FB07 GA04 GA06 JA07 JA08 4M109 AA01 CA21 EA02 EB03 EB04 EB09 EB12 EC03 EC05 EC10

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）
   酸化アルファオレフィンとエタノールアミンとの反応物
   及び／又は酸化アルファオレフィンとイソシアネートと
   の反応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。
2. 【請求項２】酸化アルファオレフィンが、炭素数２０〜
   ７０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】酸化アルファオレフィンとエタノールアミ
   ンとの反応物及び／又は酸化アルファオレフィンとイソ
   シアネートとの反応物が、全エポキシ樹脂組成物中０．
   ０２〜０．５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、２又は３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してなるこ
   とを特徴とする半導体装置。