JP2003128757A - 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、連続成形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）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール
樹脂、（Ｃ）結晶融解熱量３（Ｊ／ｇ）以下の一般式
（１）で示される化合物、（Ｄ）無機質充填材を必須成
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】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成形性に優れた半
導体封止用エポキシ樹脂組成物及び耐半田クラック性に
優れ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される。又環境問題に端を発した半
田の無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耐半田クラック
性が、従来以上に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
成物の硬化物の、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】一般にエポキシ樹脂組成物の高流動化に際
しては、より低粘度、低分子量の樹脂を用いたり、エポ
キシ樹脂とフェノール樹脂の反応を促進するために添加
する硬化促進剤の量を低減する等の手法が考えられが、
これらの手法では樹脂の硬化性が低下することで成形時
に離型不良が生じ、半導体装置が欠けたり、金型が汚れ
ることによって連続成形性が低下する等の問題がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、流動性、連
続成形性等の成形性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂
組成物及び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）
エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）結晶融解
熱量３（Ｊ／ｇ）以下の一般式（１）で示される化合物
及び（Ｄ）無機質充填材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、

【０００６】

【化２】

【０００７】［２］結晶融解熱量３（Ｊ／ｇ）以下の一
般式（１）で示される化合物が、全エポキシ樹脂組成物
中０．０１〜１重量％である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して
なることを特徴とする半導体装置、である。

【０００８】

【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（フェニ
レン、ジフェニレン骨格を有する）、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
ルビフェニルジグリシジルエーテル、ビフェニルジグリ
シジルエーテル等が挙げられる。

【０００９】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、フェノールアラルキル樹脂（フェニレン、ジフェ
ニレン骨格を有する）、ナフトールアラルキル樹脂（フ
ェニレン、ジフェニレン骨格を有する）等が挙げられ、
これらは単独でも混合して用いてもよい。これらのう
ち、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
ためにはフェノールアラルキル樹脂の使用が望ましい。
本発明において、全エポキシ樹脂と全フェノール樹脂の
配合比は、機械的性質及び耐半田クラック性の点から、
全フェノール樹脂に対する全エポキシ樹脂の化学当量比
としては０．５〜２が好ましく、特に０．７〜１．３で
あることが望ましい。

【００１０】本発明で用いられる結晶融解熱量３（Ｊ／
ｇ）以下の一般式（１）で示される化合物は、硬化促進
剤として機能し、結晶融解熱量が３（Ｊ／ｇ）以下なら
ば大部分が非結晶であり明確な融点がないことから、混
練時に溶融し易く、各成分中に均一に分散する。又比較
的狭い温度領域において急激に触媒活性を発現する特徴
があることから、これを用いたエポキシ樹脂組成物を成
形金型に注入した初期には、反応が大幅に進行すること
なく、流動時の溶融粘度が低いため高い流動性が得ら
れ、半導体素子を構成する各部材とエポキシ樹脂組成物
との間の高い濡れ性を実現でき、その結果として各部材
との密着性を向上し、ひいては耐半田クラック性を向上
させる。又注入終了後には、その高い触媒活性によって
エポキシ樹脂組成物を高度に硬化させることができるた
め、優れた連続成形性を示す。

【００１１】本発明に用いる結晶融解熱量３（Ｊ／ｇ）
以下の一般式（１）で示される化合物の合成法の一例
を、以下に示すが、これに限定されるものではない。ト
リフェニルホスフィン（１モル）のアセトン溶液にベン
ゾキノン（１モル）のアセトン溶液を攪拌しながら滴下
する。この際、反応系の温度を２０〜３０℃に保持す
る。得られた析出物を濾過し、アセトンにて洗浄後１０
０℃で３時間、オーブン中にて乾燥する。反応系の温度
が高くなるに従い、結晶の割合が多くなり、２８０℃付
近に明確な融点を持つ結晶性の析出物が得られ易くな
る。用いる溶媒としては、必ずしもアセトンに限定され
るものではない。ここで言う融点とは、示差走査熱量計
（以下、ＤＳＣと略称）を用い、窒素雰囲気下において
昇温速度５℃／分、試料約１０ｍｇを精秤し、２５〜３
５０℃の範囲で測定を行った際の結晶融解時における発
熱ピークの頂点の温度を指す。本発明で言う結晶融解熱
量は、ＤＳＣにて測定される結晶融解時における発熱ピ
ークの面積から算出されるものであり、その結晶融解熱
量は３（Ｊ／ｇ）以下である。

【００１２】結晶融解熱量が３（Ｊ／ｇ）を越えると、
混練時にエポキシ樹脂樹脂組成物中で十分に分散させる
ことができず、本発明の効果が十分に発揮されないおそ
れがあり好ましくない。本発明で用いられる結晶融解熱
量３（Ｊ／ｇ）以下の一般式（１）で示される化合物の
配合量は、全エポキシ樹脂組成物中０．０１〜１重量％
が好ましい。０．０１重量％未満だと加熱成形時に十分
な硬化性が得られないおそれがあり、１重量％を越える
と硬化が速すぎて成形時に流動性が低下し、充填不良等
を生じるおそれがあるので好ましくない。前記化合物の
特性を損なわない範囲で、他の硬化促進剤、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を併用しても構わない。

【００１３】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、チタン
ホワイト、水酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミ
ニウム、タルク、クレー、ガラス繊維、炭素繊維等が挙
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。

【００１４】本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜
（Ｄ）成分を必須成分とするが、これ以外に必要に応じ
てカルナバワックス等の天然ワックス、ポリエチレンワ
ックス等の合成ワックス、ステアリン酸亜鉛、ステアリ
ン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム等の高級脂
肪酸金属塩類、臭素化エポキシ樹脂、金属水酸化物、無
機リン、有機リン系化合物等の難燃剤、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、ベンガラ等の着色剤、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）〜
（Ｄ）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 ビフェニル型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製、ＹＸ−４００ ０ＨＫ、軟化点１０５℃、エポキシ当量１９１） ５．８重量部 フェノールアラルキル樹脂（三井化学（株）製、ＸＬＣ−２Ｌ、軟化点７５℃ 、水酸基当量１７４） ５．２重量部 化合物１ ０．２重量部 球状溶融シリカ ８８．０重量部 エポキシシラン 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 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はトリフェニルホスフィンと
ベンゾキノンの付加物（結晶融解熱量０．５（Ｊ／
ｇ））である。

【００１７】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２分で測定した。単位
はｃｍ。 連続成形性：トランスファー成形機を用いて、金型温度
１８０℃、注入圧力９．３ＭＰａ、硬化時間１分で１６
０ｐＱＦＰ（２４×２４×１．４ｍｍ厚さ）を連続で成
形した。カル落ち、パッケージ欠け等の成形不良が発生
した時の成形ショット数を示した。 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１８０℃、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８５％の環境下で１６８時間放置し、その後２４０℃
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×とした。ｎ＝
１０個。

【００１８】実施例２〜４、比較例１〜４ 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（日本化薬
（株）製、ＥＯＣＮ１０２０−５５、軟化点５５℃、エ
ポキシ当量１９６）、フェノールノボラック樹脂（住友
デュレズ（株）製、ＰＲ−ＨＦ−３、軟化点８０℃、水
酸基当量１０５）、化合物２（トリフェニルホスフィン
とベンゾキノンの付加物（結晶融解熱量１２．５（Ｊ／
ｇ）、融点２８０℃）、１，８−ジアザビシクロ（５，
４，０）ウンデセン−７（ＤＢＵという）。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、流動
性、連続成形性等の成形性に優れた特性を有しており、
これを用いて得られた半導体装置は、耐半田クラック性
に優れている。

Claims (3)

【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）結晶融解熱量３（Ｊ／ｇ）以下の一般式
   （１）で示される化合物及び（Ｄ）無機質充填材、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】
2. 【請求項２】結晶融解熱量３（Ｊ／ｇ）以下の一般式
   （１）で示される化合物が、全エポキシ樹脂組成物中
   ０．０１〜１重量％である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してなることを
   特徴とする半導体装置。