JP2003105170A

JP2003105170A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

Info

Publication number: JP2003105170A
Application number: JP2001299762A
Authority: JP
Inventors: Takashi Aihara; 孝志相原
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】耐半田クラック性、耐湿信頼性、高温保管性
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）無機充填材、（Ｅ）一
般式（１）〜（３）で表される化合物から選ばれる１種
以上、及び（Ｆ）一般式（４）で表される化合物を必須
成分とし、（Ｅ）成分が全エポキシ樹脂組成物中に０．
０１〜５重量％であり、（Ｆ）成分が全エポキシ樹脂組
成物中に０．０１〜５重量％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、耐湿信頼性、高温
保管性に優れた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】従来から半導体装置は、耐熱性・耐湿信
頼性に優れたエポキシ樹脂、フェノール樹脂、溶融シリ
カ、結晶シリカ等の無機充填材を配合したエポキシ樹脂
組成物を用いて封止されている。ところが近年、集積回
路の高集積化に伴い半導体素子が大型化し、かつ半導体
装置はＴＳＯＰ、ＴＱＦＰ、ＢＧＡ等の表面実装型に変
わってきており、半田をリフローする際の熱応力は従来
よりも厳しくなっている。表面実装型半導体装置では、
実装時の熱応力により半導体装置のクラック、半導体素
子やその他の構成部材とエポキシ樹脂組成物の硬化物と
の界面での剥離と言った問題が生じ易く、耐熱性に優れ
たエポキシ樹脂組成物が強く求められている。一方、半
導体装置は自動車等屋外使用機器においても多数搭載さ
れるようになってきており、屋内機器で用いられる場合
より一層厳しい環境に耐える信頼性を要求される様にな
ってきている。そのため、これら表面実装型半導体装置
に使用されるエポキシ樹脂組成物には、従来のオルソク
レゾールノボラック型エポキシ樹脂に代わって、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
ポキシ樹脂や低吸湿性の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の、低分子量で官能基の少ない
エポキシ樹脂が使用されるようになり、実装時の熱応力
に耐えられるようになってきた。

【０００３】しかし、これらのエポキシ樹脂を使用する
と、その化学構造からエポキシ樹脂組成物の硬化物のガ
ラス転移温度が従来のエポキシ樹脂を使用した場合より
も低くなるため、高温又は多湿下ではエポキシ樹脂組成
物に含まれるＣｌ^-、Ｂｒ^-、Ｎａ⁺等のイオン性不純物
が動き易くなり、半導体回路の腐食が進み易くなるの
で、他の要求項目である耐湿信頼性及び１５０℃程度の
高温雰囲気下でも半導体装置がその機能を維持できる保
存信頼性（以下、高温保管性という）に難点があった。
これら耐湿信頼性や高温保管性の不良原因となるエポキ
シ樹脂組成物に含まれるイオン性不純物を捕捉するため
に、ＢｉやＳｂの水酸化物や酸化物等を含んだイオン捕
捉剤を配合することが多く、これを配合したエポキシ樹
脂組成物は陰イオン性不純物による腐食を抑制し、耐湿
信頼性、高温保管性の向上が認められる。しかし、Ｂｉ
やＳｂの水酸化物や酸化物等を含んだイオン捕捉剤だけ
では、極めて多量に添加しないとエポキシ樹脂組成物の
陰イオンを十分に捕捉することができないため、十分な
耐湿信頼性向上の効果が得られなかった。又、陽イオン
性不純物の捕捉が十分に行われないことも、耐湿信頼性
が不十分なことの原因であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、耐半田クラ
ック性、耐湿信頼性、高温保管性に優れた半導体装置を
与える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。

【０００５】

【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）無機充填材、（Ｅ）一般式
（１）〜（３）で表される化合物から選ばれる１種以
上、及び（Ｆ）一般式（４）で表される化合物を必須成
分とし、（Ｅ）成分が全エポキシ樹脂組成物中に０．０
１〜５重量％であり、（Ｆ）成分が全エポキシ樹脂組成
物中に０．０１〜５重量％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、ＢｉＯ_x（ＯＨ）_y（ＮＯ₃）_z （１）ＳｂＢｉ_wＯ_x（ＯＨ）_y（ＮＯ₃）_z・ｎＨ₂Ｏ（２）ＳｂＳｉ_vＢｉ_wＯ_x（ＯＨ）_y（ＮＯ₃）_z・ｎＨ₂Ｏ（３）（式（１）〜（３）中、ｖ、ｗ、ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ
正数を、ｎは自然数を表す。）Ｍ_p（ＨＰＯ₄）_q （４）（式（４）中、Ｍは１種以上の３〜５価の遷移金属、ｐ
は１〜６の正数、ｑは１〜１５の正数。）［２］第［１］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。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明に用いるエポキシ樹脂とし
ては、１分子中にエポキシ基を２個以上有するモノマ
ー、オリゴマー、及びポリマー全般を指し、特に限定す
るものではないが、例えば、ビフェニル型エポキシ樹
脂、スチルベン型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポ
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、ジシク
ロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、トリア
ジン核含有エポキシ樹脂、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、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。

【０００７】本発明に用いるフェノール樹脂としては、
１分子中にフェノール性水酸基を２個以上有するモノマ
ー、オリゴマー、及びポリマー全般を指し、特に限定す
るものではないが、例えば、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樹脂、ナフトー
ルアラルキル樹脂、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、ト
リフェノールメタン型樹脂等が挙げられ、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。配合
量としては、全エポキシ樹脂のエポキシ基数と全フェノ
ール樹脂のフェノール性水酸基数との当量比で０．８〜
１．２が好ましい。

【０００８】本発明に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硬化反応を促進させる
ものであればよく、一般に封止材料に使用されているも
のを広く使用することができる。例えば、１，８−ジア
ザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、２−メチル
イミダゾール、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が挙げら
れるが、これらに限定するものではない。硬化促進剤は
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】本発明に用いる無機充填材としては、特に
限定するものではないが、例えば、溶融シリカ、球状シ
リカ、結晶シリカ、２次凝集シリカ、多孔質シリカ、２
次凝集シリカ又は多孔質シリカを粉砕したシリカ、アル
ミナ、窒化珪素等が挙げられ、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。特に溶融シリ
カ、結晶シリカが好ましい。又、無機充填材の形状とし
ては、破砕状でも球状でもかまわないが、流動特性、機
械強度及び熱的特性のバランスの点から球状溶融シリカ
が好ましい。更に、カップリング剤等で予め表面処理を
したものを用いても差し支えない。無機充填材の配合量
としては、成形性と信頼性のバランスから、全エポキシ
樹脂組成物中に７０〜９５重量％が好ましい。

【００１０】本発明に用いられる（Ｅ）成分は、陰イオ
ン捕捉剤として使用する。本発明の（Ｅ）成分の化合物
は、平均粒径０．１〜１５μｍになるように調整するこ
とが好ましく、この範囲を外れると良好な流動性、充填
性に優れたエポキシ樹脂組成物が得られない可能性があ
る。本発明の（Ｅ）成分の配合量としては、全エポキシ
樹脂組成物中に０．０１〜５重量％が好ましい。０．０
１重量％未満だと、イオン捕捉効果が小さく耐湿信頼性
の向上に効果がなく、５重量％を越えると吸湿率が大き
くなり、耐半田クラック性が低下するので好ましくな
い。

【００１１】本発明に用いる一般式（４）で表される化
合物は、３〜５価の遷移金属を含む金属リン酸塩であ
り、１種類を単独で用いても２種類以上を併用してもよ
い。一般式（４）の化合物は、陽イオンを自身のプロト
ンと交換しイオン捕捉剤として機能するため、ｐＨが高
いほどイオン捕捉能力が高くなる。一方、一般式（１）
〜（３）の化合物が陰イオンを捕捉すると、水酸化物イ
オンが発生し系のｐＨが高くなる。そこで、一般式
（１）〜（３）の化合物と、一般式（４）の化合物とを
併用することにより、それぞれのイオン捕捉能力を高め
合い、少量の添加でも十分な耐湿信頼性が得られる。一
般式（４）の化合物は、平均粒径０．１〜１５μｍにな
るように調整することが好ましく、この範囲を外れると
良好な流動性、充填性に優れたエポキシ樹脂組成物が得
られない可能性がある。一般式（４）の化合物の配合量
としては、全エポキシ樹脂組成物中に０．０１〜５重量
％が好ましい。０．０１重量％未満だと、イオン捕捉効
果が小さく耐湿信頼性の向上に効果がなく、５重量％を
越えると吸湿率が大きくなり、耐半田クラック性が低下
するので好ましくない。

【００１２】本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜
（Ｆ）成分の他、必要に応じてカップリング剤、カーボ
ンブラック、ベンガラ等の着色剤、天然ワックス、合成
ワックス等の離型剤、シリコーンオイル、難燃剤、ゴム
等の低応力添加剤等の種々の添加剤を適宜配合しても差
し支えない。本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜
（Ｆ）成分、及びその他の添加剤等をミキサー等を用い
て充分に均一に常温混合した後、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。これら
のエポキシ樹脂組成物は、電気部品あるいは電子部品で
あるトランジスタ、集積回路等の被覆、絶縁、封止等に
適用することができる。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
法で成形硬化すればよい。

【００１３】以下に実施例を挙げて詳細に説明するが、
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ビフェニル型エポキシ樹脂（式（５）で示される化合物を主成分とする。融点１１０℃、エポキシ当量１９５）６．８重量部

【化１】

【００１４】フェノールアラルキル樹脂（式（６）で示される。軟化点８０℃、水酸基当量１７４）５．５重量部

【化２】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８５．３重量部陰イオン捕捉剤１［ＢｉＯ_x（ＯＨ）_y（ＮＯ₃）_zで表され、ｘ＝０．９〜１．１、ｙ＝０．６〜０．８、ｚ＝０．２〜０．４、平均粒径０．７μｍである］０．５重量部Ｚｒ（ＨＰＯ₄）₂ ［平均粒径０．７μｍ］０．５重量部カーボンブラック０．３重量部カルナバワックス０．３重量部その他の添加剤０．６重量部をミキサーを用いて常温で混合し、７０〜１１０℃でロ
ールを用いて混練し、冷却後粉砕し、タブレット化して
エポキシ樹脂組成物を得た。この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】評価方法吸湿率：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９．８ＭＰａ、硬化時間１２０秒で
直径５０ｍｍ、厚さ３ｍｍの円盤状試験片を成形した。
ポストキュアとして１７５℃で８時間処理した。試験片
の吸湿処理前の重量と、８５℃、相対湿度８５％の環境
下で１６８時間処理した後の重量を測定し、試験片の吸
湿率を百分率で示した。単位は重量％。耐半田クラック
性：低圧トランスファー成形機を用いて、金型温度１７
５℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間１２０秒で８０
ｐＱＦＰ（厚さ２．０ｍｍ、チップサイズ６．０ｍｍ×
６．０ｍｍ）を成形した。ポストキュアとして１７５℃
で８時間処理したパッケージ６個を、８５℃、相対湿度
６０％の環境下で１６８時間処理した後、ＩＲリフロー
処理（２４０℃）を行った。処理後の内部の剥離又はク
ラックの有無を超音波探傷装置で観察し、不良パッケー
ジの個数を数えた。不良パッケージの個数がｎ個である
とき、ｎ／６と表示する。耐湿信頼性：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９．
８ＭＰａ、硬化時間１２０秒で１６ｐＤＩＰ（チップサ
イズ３．０ｍｍ×３．５ｍｍ）を成形し、ポストキュア
として１７５℃で８時間処理した後、プレッシャークッ
カー試験（１２５℃、圧力２．２×１０⁵Ｐａ）を行
い、回路のオープン不良を測定し不良発生時間で表し
た。高温保管性：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９．８ＭＰａ、１２０秒で１
６ｐＤＩＰ（チップサイズ３．０ｍｍ×３．５ｍｍ）を
成形した。ポストキュアとして１７５℃で８時間処理し
た後、高温保管試験（１５０℃で１０００時間、又は１
８５℃で１０００時間）を行い、配線間の電気抵抗値が
初期値に対し２０％増加した配線間を不良と判定した。
１パッケージ当たり２個所の配線間、すなわち１０パッ
ケージ分の合計で２０個所を測定し、不良な配線間の個
所の数を百分率で示した。単位は％。

【００１６】実施例２〜７、比較例１〜７表１、表２に従って配合し、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。なお、陰イオン捕捉剤２はＳ
ｂＢｉ_wＯ_x（ＯＨ）_y（ＮＯ₃）_z・ｎＨ₂Ｏで表され、ｗ
＝０．６〜０．９、ｘ＝３．１〜３．４、ｙ＝０．４〜
０．７、ｚ＝０．２〜０．４、ｎ＝１〜２、平均粒径
０．８μｍである。陰イオン捕捉剤３はＳｂＳｉ_vＢｉ_w
Ｏ_x（ＯＨ）_y（ＮＯ₃）_z・ｎＨ₂Ｏで表され、ｖ＝０．
１〜０．３、ｗ＝１．５〜１．９、ｘ＝４．１〜４．
５、ｙ＝１．２〜１．６、ｚ＝０．２〜０．３、ｎ＝１
〜２、平均粒径０．６μｍである。

【表１】

【００１７】

【表２】

【００１８】

【発明の効果】本発明の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半導体装置は耐半田クラック
性、耐湿信頼性、高温保管性に優れている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4J002 CC04X CC27X CD04W CD05W CD06W CD07W CD14W CE00X DE148 DF039 DJ008 DJ009 DJ018 EU117 EU137 EW017 EW177 EY017 FD018 FD090 FD14X FD146 FD157 GQ05 4J036 AA01 AA02 AC02 AD07 AD08 AD10 AE05 AE07 AF06 AF08 AJ18 DB05 DC40 DC46 DD07 FA04 FA05 FB07 FB08 GA04 GA06 JA07 4M109 AA01 BA01 CA21 EA02 EB03 EB04 EB12 EB18 EC01 EC05 EC20

Claims

【特許請求の範囲】

【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）無機充填材、（Ｅ）一
般式（１）〜（３）で表される化合物から選ばれる１種
以上、及び（Ｆ）一般式（４）で表される化合物を必須
成分とし、（Ｅ）成分が全エポキシ樹脂組成物中に０．
０１〜５重量％であり、（Ｆ）成分が全エポキシ樹脂組
成物中に０．０１〜５重量％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。ＢｉＯ_x（ＯＨ）_y（ＮＯ₃）_z （１）ＳｂＢｉ_wＯ_x（ＯＨ）_y（ＮＯ₃）_z・ｎＨ₂Ｏ（２）ＳｂＳｉ_vＢｉ_wＯ_x（ＯＨ）_y（ＮＯ₃）_z・ｎＨ₂Ｏ（３）（式（１）〜（３）中、ｖ、ｗ、ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ
正数を、ｎは自然数を表す。）Ｍ_p（ＨＰＯ₄）_q
（４）（式（４）中、Ｍは１種以上の３〜５価の遷移
金属、ｐは１〜６の正数、ｑは１〜１５の正数。）
【請求項２】請求項１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。