JP2003128878A - エポキシ樹脂組成物および半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パッケージの反りが少ないうえ、耐リフロー
性に優れたエポキシ樹脂組成物、およびそれを用いた半
導体装置を提供する。 【解決手段】 （Ａ）下記一般式 【化１】 （但し、式中、Ｒ1〜Ｒ4は水素原子または炭素数1〜20
のアルキル基を表す。これらは同一であっても異なって
いてもよい。ｎは0または1以上の整数を表す。）で示さ
れる多官能型エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、
（Ｃ）硬化促進剤および（Ｄ）無機充填剤を含有するこ
とを特徴とするエポキシ樹脂組成物、およびこれを用い
た半導体装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体などの電子
部品の封止樹脂材料として使用されるエポキシ樹脂組成
物、およびこれを用いた半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体などの電子部品を熱硬
化性樹脂を用いて封止することが広く行われている。こ
のような封止樹脂材料には、耐リフロー性に優れるこ
と、パッケージの反りが少ないことなどが要求され、一
般に、エポキシ樹脂をベースとし、これに硬化剤や硬化
促進剤、さらにはシリカ粉末のような無機充填剤や顔料
などを配合した組成物が使用されている。

【０００３】ところで、近年、半導体集積回路の分野に
おいては、チップの高集積化に伴い大型化・多極化が進
む一方、パッケージは、携帯情報通信機器を中心に小型
化・軽量化の要求がますます強まっており、それに伴
い、表面実装型のＢＧＡ（BallGrid Array）型パッケー
ジが注目されてきている。

【０００４】これは、ＢＧＡ型パッケージでは、アウタ
ーリードがパッケージ下面にエリアアレイ状に配置され
ているため、例えばＱＦＰ（Quad Flat Package）のよ
うに、アウターリードがパッケージ周辺に配列されてい
るタイプのものに比べ、より多極化を図ることができる
（電極数が同じ場合には、リードピッチをより大きく確
保することができるため、ソルダリングの信頼性を向上
させることができる）からである。

【０００５】しかしながら、このＢＧＡ型パッケージ
は、片面封止構造であるため、従来の封止樹脂材料で
は、パッケージの反りが大きくなるという問題があっ
た。このため、パッケージの反りがより少なく、かつ、
耐リフロー性にも優れたエポキシ樹脂組成物が要求され
てきている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
に比べパッケージの反りが少ないうえ、耐リフロー性に
優れたエポキシ樹脂組成物の要求がある。しかしなが
ら、未だそのようなものは得られていない。

【０００７】本発明はこのような従来の事情に鑑みてな
されたもので、パッケージの反りが少ないうえ、耐リフ
ロー性に優れたエポキシ樹脂組成物、およびそれを用い
た半導体装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の目
的を達成するため鋭意研究を重ねた結果、特定の構造を
持つエポキシ樹脂を用いることによって、上記目的を達
成できることを見出し、本発明を完成したものである。

【０００９】すなわち、本発明のエポキシ樹脂組成物
は、（Ａ）下記一般式

【化２】 （但し、式中、Ｒ1〜Ｒ4は水素原子または炭素数1〜20
のアルキル基を表す。これらは同一であっても異なって
いてもよい。ｎは0または1以上の整数を表す。）で示さ
れる多官能型エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、
（Ｃ）硬化促進剤および（Ｄ）無機充填剤を含有するこ
とを特徴としている。

【００１０】本発明のエポキシ樹脂組成物においては、
特定の構造を持つエポキシ樹脂を用いたことにより、樹
脂組成物の高いガラス転移温度を保持したまま熱膨張係
数が低減され、熱特性と低応力性が向上する。その結
果、パッケージの反り量が少なくなるとともに、耐リフ
ロー性に優れたものとなる。

【００１１】本発明において、（Ｂ）のフェノール樹脂
は、請求項２に記載したように、多官能型フェノール樹
脂であることが好ましく、また、請求項３に記載したよ
うに、（Ｄ）の無機充填剤の含有量が70〜93重量％であ
ることが好ましい。このように構成することにより、前
述した効果がより確実なものとなる。

【００１２】本発明の半導体装置は、上記した本発明の
エポキシ樹脂組成物の硬化物によって、半導体チップが
封止されてなることを特徴としている。

【００１３】本発明の半導体装置においては、パッケー
ジの反り量が少ないうえ、耐リフロー性にも優れたエポ
キシ樹脂組成物の硬化物によって半導体チップが封止さ
れているので、いかなる封止構造のものであっても信頼
性の高い実装が可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）多
官能型エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬
化促進剤および（Ｄ）無機充填剤を必須成分とするもの
である。

【００１５】（Ａ）の多官能型エポキシ樹脂としては、
下記一般式［Ｉ］で示されるものが使用される。

【００１６】

【化３】 （但し、式中、Ｒ1〜Ｒ4は水素原子または炭素数1〜20
のアルキル基を表す。これらは同一であっても異なって
いてもよい。ｎは0または1以上の整数を表す。）なお、
これらのエポキシ樹脂は、1種を単独で使用してもよ
く、2種以上を混合して使用してもよい。

【００１７】（Ｂ）のフェノール樹脂は、硬化剤として
配合されるものであり、（Ａ）の多官能型エポキシ樹脂
のエポキシ基と反応し得るフェノール性水酸基を分子中
に2個以上有するものであれば、特に制限されることな
く使用される。具体的には、フェノールノボラック樹
脂、クレゾールノボラック樹脂、ジシクロペンタジエン
変性フェノール樹脂、パラキシレン変性フェノール樹
脂、フェノール類とベンズアルデヒド、ナフチルアルデ
ヒド等との縮合物、トリフェノールメタン化合物、多官
能型フェノール樹脂等が挙げられる。本発明において
は、なかでも、水酸基当量が130以下の多官能型フェノ
ール樹脂が好ましく、下記一般式［II］、［III］、［I
V］で示される多官能型フェノール樹脂がより好まし
い。特に好ましくは、下記一般式［II］で示される多官
能型フェノール樹脂である。

【００１８】

【化４】 （但し、式中、Ｒ1〜Ｒ5は水素原子または炭素数1〜20
のアルキル基を表す。これらは同一であっても異なって
いてもよい。ｎは0または1以上の整数を表す。）

【化５】 （但し、式中、Ｒ1〜Ｒ3は水素原子または炭素数1〜20
のアルキル基を表す。これらは同一であっても異なって
いてもよい。ｎは0または1以上の整数を表す。）

【化６】 （但し、式中、Ｒ1〜Ｒ3は水素原子または炭素数1〜20
のアルキル基を表す。これらは同一であっても異なって
いてもよい。）

【００１９】なお、これらのフェノール樹脂は、1種を
単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用しても
よい。この（Ｂ）のフェノール樹脂は、未反応成分を少
なくするという観点から、水酸基／（Ａ）のエポキシ樹
脂が有するエポキシ基（当量比）が0.5〜1.5となる量を
配合することが好ましい。

【００２０】（Ｃ）の硬化促進剤は、エポキシ樹脂同
士、またはエポキシ樹脂と（Ｂ）のフェノール樹脂との
反応を促進する作用を有するものであれば、特に限定さ
れるものではない。具体的には、1,8-ジアザビシクロ
[5,4,0]ウンデセン-7（ＤＢＵ）、トリエチレンジアミ
ン、ベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、
ジメチルアミノエタノール、トリス（ジメチルアミノメ
チル）フェノール等の3級アミン類、2-メチルイミダゾ
ール、2-フェニルイミダゾール、2-フェニル-4-メチル
イミダゾール等のイミダゾール類、トリブチルホスフィ
ン、ジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン等
の有機ホスフィン類、テトラフェニルホスホニウムテト
ラフェニルボレート、トリフェニルホスフィンテトラフ
ェニルボレート等のテトラフェニルボロン塩等が挙げら
れる。これらは単独または2種以上混合して使用するこ
とができる。本発明においては、なかでもイミダゾール
類の使用が好ましい。

【００２１】（Ｄ）の無機充填剤としては、溶融シリ
カ、結晶シリカ、アルミナ、タルク、炭酸カルシウム、
チタンホワイト、ベンガラ、炭化珪素、窒化ホウ素等の
粉末、これらを球形化したビーズ、単結晶繊維、ガラス
繊維等が挙げられる。これらは単独または2種以上混合
して使用することができる。本発明においては、これら
のなかでも、最大粒径が100μｍ以下で平均粒径が40μ
ｍ以下の粉末状のものが適しており、最大粒径が75μｍ
以下で平均粒径が30μｍ以下であるとさらに好ましい。
最大粒径が100μｍを越えるか、あるいは平均粒径が40
μｍを超えると、狭部への充填が困難になるなど、成形
性が低下するようになる。

【００２２】この（Ｄ）の無機充填剤は、硬化物の熱膨
張係数、熱伝導率、吸水性、弾性率などの特性を改善、
向上させる目的で配合されるもので、その配合量は、組
成物全体の70〜93重量％の範囲が好ましく、80〜92重量
％の範囲であるとさらに好ましい。配合量が70重量％未
満では、前記の熱膨張係数などの特性を改善、向上させ
る効果が小さく、逆に配合量が93重量％を越えると、組
成物の流動性が低下し、成形性に乏しくなって実用が困
難になる。

【００２３】本発明のエポキシ樹脂組成物には、以上の
各成分の他、本発明の効果を阻害しない範囲で、この種
の組成物に一般に配合される、三酸化アンチモン、リン
化合物、ブロム化エポキシ化合物等の難燃剤、カーボン
ブラック、コバルトブルー等の着色剤、エポキシシラ
ン、アミノシラン、アルキルシラン、ビニルシラン等の
シランカップリング剤、アルキルチタネート等の表面処
理剤、合成ワックス、天然ワックス等の離型剤、ハロゲ
ントラップ剤を必要に応じて配合することができる。

【００２４】本発明のエポキシ樹脂組成物を封止材料と
して調製するにあたっては、（Ａ）多官能型エポキシ樹
脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）
無機充填剤、および前述した必要に応じて配合される成
分をミキサーなどによって十分に混合（ドライブレン
ド）した後、熱ロールやニーダなどにより溶融混練し、
冷却後粉砕するようにすればよい。

【００２５】本発明の半導体装置は、上記の封止材料を
用いて半導体チップを封止することにより製造すること
ができる。半導体チップとしては、集積回路、大規模集
積回路、トランジスタ、サイリスタ、ダイオードなどが
例示される。また、封止方法としては、低圧トランスフ
ァー法が一般的であるが、射出成形、圧縮成形、注型な
どによる封止も可能である。封止材料で封止後は、加熱
して硬化させ、最終的にその硬化物によって封止された
半導体装置が得られる。後硬化させる際の加熱温度は、
150℃以上とすることが好ましい。さらに、半導体チッ
プを搭載する基板としては、セラミック基板、プラスチ
ック基板、ポリイミドフィルム、リードフレームなどが
挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。

【００２６】

【実施例】次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。なお、以下の記載において「部」は「重量部」
を示すものとする。

【００２７】実施例１ 多官能型エポキシ樹脂のＮＣ−３０００Ｐ（日本化薬社
製 商品名、エポキシ当量：273）6.5部、フェノールノ
ボラック型臭素化エポキシ樹脂のＢＲＥＮ−Ｓ（日本化
薬社製 商品名）1.0部、多官能型フェノール樹脂のＭ
ＥＨ−７５００（明和化成社製 商品名、水酸基当量：
97）2.7部、溶融球状シリカ粉末（最大粒径75μｍ 平
均粒径20μｍ）87.0部、三酸化アンチモン0.8部、イミ
ダゾール系硬化促進剤の２ＭＺ（四国化成社製 商品
名）0.2部、カルナバワックス0.2部、γ-グリシドキシ
プロピルトリメトキシシラン0.4部およびカーボンブラ
ック0.2部を常温で混合し、次いで、70〜100℃で加熱混
練した。冷却後、適当な大きさに粉砕してエポキシ樹脂
組成物を得た。

【００２８】実施例２ 多官能型エポキシ樹脂のＮＣ−３０００Ｐ 5.1部、フェ
ノールノボラック型臭素化エポキシ樹脂のＢＲＥＮ−Ｓ
1.0部、多官能型フェノール樹脂のＭＥＨ−７５００
2.1部、溶融球状シリカ粉末（最大粒径75μｍ 平均粒
径20μｍ）89.0部、三酸化アンチモン1.0部、イミダゾ
ール系硬化促進剤の２ＭＺ 0.2部、カルナバワックス0.
2部、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン0.4
部およびカーボンブラック0.2部を常温で混合し、次い
で、70〜100℃で加熱混練した。冷却後、適当な大きさ
に粉砕してエポキシ樹脂組成物を得た。

【００２９】実施例３ 多官能型エポキシ樹脂のＮＣ−３０００Ｐ 6.4部、フェ
ノールノボラック型臭素化エポキシ樹脂のＢＲＥＮ−Ｓ
1.0部、多官能型フェノール樹脂のＳＮ−３７５（新日
鐵化学社製 商品名、水酸基当量：102）2.8部、溶融球
状シリカ粉末（最大粒径75μｍ 平均粒径20μｍ）87.0
部、三酸化アンチモン1.0部、イミダゾール系硬化促進
剤の２ＭＺ 0.2部、カルナバワックス0.2部、γ-グリシ
ドキシプロピルトリメトキシシラン0.4部およびカーボ
ンブラック0.2部を常温で混合し、次いで、70〜100℃で
加熱混練した。冷却後、適当な大きさに粉砕してエポキ
シ樹脂組成物を得た。

【００３０】実施例４ 多官能型エポキシ樹脂のＮＣ−３０００Ｐ 6.3部、フェ
ノールノボラック型臭素化エポキシ樹脂のＢＲＥＮ−Ｓ
1.0部、多官能型フェノール樹脂のＲ−３（明和化成社
製 商品名、水酸基当量：111）2.8部、溶融球状シリカ
粉末（最大粒径75μｍ 平均粒径20μｍ）87.0部、三酸
化アンチモン1.0部、イミダゾール系硬化促進剤の２Ｍ
Ｚ 0.2部、カルナバワックス0.2部、γ-グリシドキシプ
ロピルトリメトキシシラン0.4部およびカーボンブラッ
ク0.2部を常温で混合し、次いで、70〜100℃で加熱混練
した。冷却後、適当な大きさに粉砕してエポキシ樹脂組
成物を得た。

【００３１】比較例1 多官能型エポキシ樹脂のＮＣ−３０００Ｐ 6.4部、フェ
ノールノボラック型臭素化エポキシ樹脂のＢＲＥＮ−Ｓ
1.5部、ノボラック型フェノール樹脂のＴＥＨ−１００
０（明和化成社製 商品名、水酸基当量：106）2.8部、
溶融球状シリカ粉末（最大粒径75μｍ 平均粒径20μ
ｍ）87.0部、三酸化アンチモン1.0部、イミダゾール系
硬化促進剤の２ＭＺ 0.2部、カルナバワックス0.2部、
γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン0.4部およ
びカーボンブラック0.2部を常温で混合し、次いで、70
〜100℃で加熱混練した。冷却後、適当な大きさに粉砕
してエポキシ樹脂組成物を得た。

【００３２】比較例２ 多官能型エポキシ樹脂のＮＣ−３０００Ｐ 5.3部、フェ
ノールノボラック型臭素化エポキシ樹脂のＢＲＥＮ−Ｓ
1.5部、アラルキル型フェノール樹脂のＭＥＨ−７８０
０Ｓ（明和化成社製 商品名、水酸基当量：172）3.9
部、溶融球状シリカ粉末（最大粒径75μｍ 平均粒径20
μｍ）87.0部、三酸化アンチモン1.0部、イミダゾール
系硬化促進剤の２ＭＺ 0.2部、カルナバワックス0.2
部、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン0.4部
およびカーボンブラック0.2部を常温で混合し、次い
で、70〜100℃で加熱混練した。冷却後、適当な大きさ
に粉砕してエポキシ樹脂組成物を得た。

【００３３】比較例３ ビフェニル型エポキシ樹脂のＹＸ−４０００Ｈ（ジャパ
ンエポキシレジン社製商品名、エポキシ当量：193）5.9
部、フェノールノボラック型臭素化エポキシ樹脂のＢＲ
ＥＮ−Ｓ 1.5部、多官能型フェノール樹脂のＭＥＨ−７
５００ 3.3部、溶融球状シリカ粉末（最大粒径75μｍ
平均粒径20μｍ）87.0部、三酸化アンチモン1.0部、イ
ミダゾール系硬化促進剤の２ＭＺ 0.2部、カルナバワッ
クス0.2部、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラ
ン0.4部およびカーボンブラック0.2部を常温で混合し、
次いで、70〜100℃で加熱混練した。冷却後、適当な大
きさに粉砕してエポキシ樹脂組成物を得た。

【００３４】比較例４ ビフェニル型エポキシ樹脂のＹＸ−４０００Ｈ 5.9部、
フェノールノボラック型臭素化エポキシ樹脂のＢＲＥＮ
−Ｓ 1.5部、多官能型フェノール樹脂のＭＥＨ−７５０
０ 2.6部、溶融球状シリカ粉末（最大粒径75μｍ 平均
粒径20μｍ）89.0部、三酸化アンチモン1.0部、イミダ
ゾール系硬化促進剤の２ＭＺ 0.2部、カルナバワックス
0.2部、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン0.
4部およびカーボンブラック0.2部を常温で混合し、次い
で、70〜100℃で加熱混練した。冷却後、適当な大きさ
に粉砕してエポキシ樹脂組成物を得た。

【００３５】上記各実施例および各比較例で得られたエ
ポキシ樹脂組成物の特性を以下に示すようにして測定し
た。

【００３６】すなわち、ガラス転移温度および熱膨張係
数は、エポキシ樹脂組成物を175℃、2分間の条件でトラ
ンスファー成形し、次いで175℃、8時間の後硬化を行
い、得られた硬化物から試験片を作製して、熱機械分析
装置により測定した。曲げ強度および曲げ弾性率は、上
記と同様にして硬化物を作製し、JIS K 6911に準じて測
定した。パッケージ反り量は、エポキシ樹脂組成物を用
いて175℃、2分間のトランスファー成形および175℃で8
時間の後硬化によりＢＧＡパッケージ（30mm×30mm×1.
2mm、チップサイズ：10mm×10mm）を作製し、非接触式
レーザ測定機により測定した。耐リフロー性は、上記と
同様にして作製したＢＧＡパッケージに、85℃、60％R
H、168時間の吸湿処理を行なった後、240℃のＩＲリフ
ローを30秒間行い、樹脂と基板の界面における剥離の度
合いを超音波探傷装置により観察して、面積50％以上の
剥離の発生率を調べた。

【００３７】これらの結果を組成とともに表1に示す。

【表１】

【００３８】表１からも明らかなように、実施例のエポ
キシ樹脂組成物は、パッケージ反り量が少なく、かつ、
耐リフロー性にも優れている。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
パッケージ反り量が少なく、かつ、耐リフロー性にも優
れたエポキシ樹脂組成物、およびそれを用いた高信頼性
の半導体装置を得ることができる。

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 23/30 Ｒ 23/31 Ｆターム(参考） 4J002 CC032 CC042 CC072 CD031 CE002 DE147 DJ017 DJ047 DK007 EN036 EN066 EN106 EU116 EU136 FD017 FD142 FD156 4J036 AC01 AC02 AF01 AF03 AF08 DC02 DC41 FA01 FB07 JA07 4M109 AA01 EA02 EB03 EB04 EB12 EC04 EC05

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）下記一般式 【化１】 （但し、式中、Ｒ1〜Ｒ4は水素原子または炭素数1〜20
   のアルキル基を表す。これらは同一であっても異なって
   いてもよい。ｎは0または1以上の整数を表す。）で示さ
   れる多官能型エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、
   （Ｃ）硬化促進剤および（Ｄ）無機充填剤を含有するこ
   とを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
2. 【請求項２】 （Ｂ）のフェノール樹脂は、多官能型フ
   ェノール樹脂であることを特徴とする請求項１記載のエ
   ポキシ樹脂組成物。
3. 【請求項３】 （Ｄ）の無機充填剤の含有量が70〜93重
   量％であることを特徴とする請求項１または２記載のエ
   ポキシ樹脂組成物。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか1項記載のエ
   ポキシ樹脂組成物の硬化物によって、半導体チップが封
   止されてなることを特徴とする半導体装置。