JP2003165893A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、
（Ｃ）無機質充填剤、（Ｄ）粒径４５μｍ以上の粒子の
含有量が１００ｐｐｍ以下の酸化コバルトを含有するこ
とを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 【効果】 本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
は、酸化コバルト及び粗粒の少ない無機質充填剤を使用
しているため、半導体部品を成形する際の成形性に優れ
ている。そして本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成
物の硬化物で封止した半導体装置は、電気特性、熱的特
性、低吸水性、耐熱衝撃性に優れると共に、特性のバラ
ンスが良好であり、信頼性の高いものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、信頼性、成形性に
優れるとともに、特にファインピッチ配線の半導体デバ
イス用として使用した場合に、リーク不良などの電気特
性不良発生の少ない硬化物を与える半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物、及び該エポキシ樹脂組成物の硬化物で封
止された半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の高密度実装化・軽薄
短小化に伴って配線数が増大し、チップ表面のアルミパ
ターン配線・金線間のピッチ等がファイン化されてきて
いる。特に金線間のピッチは従来１００μｍ以上であっ
たものが５０μｍ、更には４０μｍ以下になろうとして
いる。このようなファインピッチ配線のデバイスを封止
材で成形する際に、シリカ、三酸化アンチモンなどの無
機質充填剤、あるいは顔料として含まれるカーボンブラ
ックの粗粒が多いと、封止材の流動時に金線にダメージ
を与え、金線流れや、金線変形、断線などの成形性不良
が発生する。

【０００３】また、着色剤としてカーボンブラックは、
半導体封止用樹脂組成物の必須の成分である。通常、カ
ーボンブラックの一次粒子はサブミクロン以下で超微細
であるが、４５μｍ以上のグリッドと呼ばれる粗粒塊
や、４５μｍ以上の二次凝集物などの粗粒が含まれてい
る。これらカーボンブラックの粗粒が金線の間に留まっ
た場合、カーボンブラックは導電性であるために、金線
間でリーク不良などの特性不良が発生するといった問題
があった。

【０００４】このような問題を解決するために、シリ
カ、三酸化アンチモン等の無機フィラーの粗粒を低減し
て、金線流れなどを低減する試みはなされているが、カ
ーボンブラックの粗粒については、低減の試みはされて
いなかった。また、金線間のリーク防止のために有機染
料などの使用が試みられているが、耐熱性や色調の面で
十分なものは得られていない。

【０００５】このように、ファインピッチ配線デバイス
において、成形時の金線流れ、金線切れを防止し、かつ
金線間のリーク不良発生の少ない半導体封止用樹脂組成
物及び半導体装置の開発が望まれている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑みなされたもので、信頼性、成形性に優れるととも
に、特にファインピッチ配線の半導体デバイス用として
使用した場合に、金線流れ、及びリーク不良などの電気
特性不良発生の少ない硬化物を与える半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物、及び該エポキシ樹脂組成物で封止され
た半導体装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】本
発明者等は、上記目的を達成すべく鋭意検討を行った結
果、粒径４５μｍ以上の粒子の割合が１００ｐｐｍ以下
である酸化コバルトを配合した半導体封止用エポキシ樹
脂組成物を使用することにより、成形性に優れ、特にフ
ァインピッチ配線の半導体デバイス用として使用した場
合、リーク不良などの電気特性不良が低減し、優れた信
頼性を与えることを知見し、本発明をなすに至ったもの
である。

【０００８】従って、本発明は、（Ａ）エポキシ樹脂、
（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）無機質充填剤、（Ｄ）粒径４５μ
ｍ以上の粒子の含有量が１００ｐｐｍ以下の酸化コバル
トを含有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、及び該エポキシ樹脂組成物の硬化物で封止し
た半導体装置を提供する。

【０００９】以下、本発明について更に詳しく説明す
る。本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、
（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）無機質充填
剤、（Ｄ）酸化コバルトを必須成分として含有してなる
ものである。

【００１０】本発明に用いる（Ａ）エポキシ樹脂として
は、その分子中にエポキシ基を少なくとも２個有する化
合物である限り、分子構造、分子量等は特に限定され
ず、例えば、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラッ
ク型エポキシ樹脂、トリフェノールアルカン型エポキシ
樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニ
ルアラルキル型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹
脂、ナフタレン骨格含有エポキシ樹脂、ビフェニル型エ
ポキシ樹脂、シクロペンタジエン型エポキシ樹脂などが
挙げられ、これらのエポキシ樹脂は１種を単独で又は２
種以上を混合して用いることができる。

【００１１】本発明に用いる（Ｂ）硬化剤としては、エ
ポキシ樹脂中のエポキシ基と反応可能な官能基（例えば
フェノール性水酸基、アミノ基、酸無水物基等）を２個
以上（但し、酸無水物基は１個以上）有する化合物であ
る限り、分子構造、分子量等は特に限定されない。硬化
剤としては、例えば、ノボラック型フェノール樹脂、キ
シリレン変性ノボラック樹脂、ビスフェノール型フェノ
ール樹脂、ビフェニル型フェノール樹脂、レゾール型フ
ェノール樹脂、フェノールアラルキル型樹脂、ビフェニ
ルアラルキル型樹脂、トリフェノールメタン型樹脂、ト
リフェノールアルカン型樹脂及びその重合体等のフェノ
ール樹脂、ナフタレン環含有フェノール樹脂、ジシクロ
ペンタジエン変性フェノール樹脂などが例示され、いず
れのフェノール樹脂も使用可能である。また、メチルテ
トラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタ
ル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、無水メチルハイミッ
ク酸などの酸無水物、アミン系硬化剤などを使用するこ
ともできるが、特に低吸湿性のフェノール樹脂が信頼性
に優れているため好ましい。これらの硬化剤は１種を単
独で又は２種以上を混合して用いることができる。

【００１２】なお、（Ｂ）硬化剤の配合量は、エポキシ
樹脂の硬化有効量であれば特に制限されないが、例えば
フェノール樹脂を用いる場合、（Ａ）エポキシ樹脂中に
含まれるエポキシ基１モルに対して、（Ｂ）硬化剤中に
含まれるフェノール性ＯＨ基のモル比が、０．５〜２．
０、特に０．８〜１．５であることが好ましい。

【００１３】本発明に用いる（Ｃ）無機質充填剤として
は、結晶系シリカ、球状あるいは破砕状の非晶質シリ
カ、アルミナ、チッ化ケイ素などが用いられるが、低線
膨張係数、高流動性の面から、球状あるいは破砕状の非
晶質シリカが好ましい。この場合、無機質充填剤の平均
粒径は、１．０〜３０μｍ、特に５．０〜２５μｍが好
ましい。また成形時に半導体デバイスの金線などにダメ
ージを少なくするためには、粗粒の少ないことが好まし
く、特にファインピッチ化半導体デバイスにおいては、
４５μｍ以上の粒子が２．０重量％以下であることが好
ましく、より好ましくは０．５重量％以下である。４５
μｍ以上の粒子が２．０重量％を超える量では、半導体
デバイスを成形する際に、金線にダメージを与え、金線
流れ、金線の断線などの不良が発生しやすくなる場合が
ある。またＴＳＯＰ、ＴＱＦＰ、ＣＳＰなどの薄形パッ
ケージを成形する時には、狭部への侵入性が悪くなり、
未充填やボイドなどの成形性不良が発生しやすくなる場
合がある。なお、４５μｍ以上の粒子の測定方法は、湿
式篩方法等が用いられる。

【００１４】本発明に用いる無機質充填剤の添加量は、
（Ａ）エポキシ樹脂と（Ｂ）硬化剤の合計量１００重量
部に対して２５０〜１０００重量部であることが好まし
く、より好ましくは３５０〜９００重量部である。２５
０重量部未満であると、線膨張係数が大きくなり、また
組成物の硬化物の吸水量が多くなってしまうおそれがあ
る。また１０００重量部を超える量であると、組成物の
流動性が低下してしまい、成形できなくなってしまうお
それがある。

【００１５】本発明において、無機質充填剤は、シラン
カップリング剤、チタネートカップリング剤などのカッ
プリング剤であらかじめ表面処理することが、低吸水
性、耐熱衝撃性及び耐クラック性を更に向上させる点で
好ましい。カップリング剤としては、γ−グリシドキシ
プロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピ
ルメチルジエトキシシラン、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のようなエポ
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、γ−アミノプロピルトリエト
キシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメ
トキシシランのようなアミノシラン、γ−メルカプトト
リメトキシシランのようなメルカプトシランなどのシラ
ンカップリング剤を用いることが好ましい。ここで、表
面処理に用いるカップリング剤量及び表面処理方法につ
いては特に制限されない。

【００１６】本発明の（Ｄ）成分である酸化コバルト
は、特に限定されるものではないが、平均粒径が０．１
〜１０μｍ、好ましくは０．２〜５μｍであることが望
ましく、また、４５μｍ以上の粒径が１００ｐｐｍ以
下、好ましくは２０ｐｐｍ以下であることが望ましい。
更に、１２５℃／２０時間の加圧条件下で、サンプル１
０ｇをイオン交換水５０ｍｌで抽出した時の電気伝導度
が１０ｍＳ／ｍ以下であり、Ｂｒ、Ｃｌ、Ｋ、Ｎａの各
イオン濃度が１０ｐｐｍ以下であることが好ましい。

【００１７】また、酸化コバルトの分散性を向上させる
ためには、予め（Ａ）エポキシ樹脂あるいは（Ｂ）硬化
剤と混合したものを用いることが好ましい。この場合、
エポキシ樹脂や硬化剤が固体状であれば、溶融混合する
ことが好ましい。

【００１８】本発明における酸化コバルトの添加量は、
（Ａ）エポキシ樹脂と（Ｂ）硬化剤の合計量１００重量
部に対して０．０１〜１０重量部、特に０．１〜５重量
部が好ましい。添加量が０．０１重量部未満であると、
硬化物の色調が黒色になりにくく、また１０重量部より
多いと、成形時の流動性が低化する場合がある。

【００１９】なお、本発明においては、最大粒径が４５
μｍ以下のアセチレンブラック、ファーネスブラック、
ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ランプブラ
ックなどのカーボンブラックを上記酸化コバルトと併用
して使用することもできる。この場合、上記カーボンブ
ラックの配合量は、カーボンブラックと酸化コバルトの
合計量に対し、８０重量％以下であることが好ましい。

【００２０】また、本発明において、（Ａ）エポキシ樹
脂と（Ｂ）硬化剤との硬化反応を促進させるため、硬化
触媒を用いることが好ましい。硬化触媒は、硬化反応を
促進させるものならば特に限定されず、例えば、トリフ
ェニルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリ（ｐ−
メチルフェニル）ホスフィン、トリ（ノニルフェニル）
ホスフィン、トリフェニルホスフィン・トリフェニルボ
レート、テトラフェニルホスフィン・テトラフェニルボ
レートなどのリン系化合物、トリエチルアミン、ベンジ
ルジメチルアミン、α−メチルベンジルジメチルアミ
ン、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン
−７などの第３級アミン化合物、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
チルイミダゾールなどのイミダゾール化合物等を使用す
ることができる。

【００２１】硬化促進剤の配合量は有効量であるが、上
記リン系化合物、第３級アミン化合物、イミダゾール化
合物等のエポキシ樹脂と硬化剤との硬化反応促進用の硬
化促進剤は、エポキシ樹脂と硬化剤との総量１００重量
部に対し、０．０１〜１０重量部、特に０．１〜５重量
部とすることが好ましい。

【００２２】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
は、エポキシ樹脂、硬化剤、無機質充填剤及び酸化コバ
ルトを必須成分とするものであるが、本発明の目的を損
なわない範囲において、更に必要に応じて、ワックス
類、難燃剤、有機染料などの着色剤、シランカップリン
グ剤、イオントラップ剤、シリコーンポリマー，熱可塑
性樹脂などの低応力化剤、界面活性剤、更にはＢｒ化樹
脂，アンチモン化合物などの難燃剤等を添加配合するこ
とができる。

【００２３】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
を成形材料として調製する場合の一般的な方法として
は、エポキシ樹脂、硬化剤、無機質充填剤、酸化コバル
ト及びその他の添加物を所定の組成比で配合し、これを
ミキサー等によって十分均一に混合した後、熱ロール又
はニーダー等による溶融混合処理を行い、次いで冷却固
化させ、適当な大きさに粉砕して成形材料とすることが
できる。

【００２４】このようにして得られた成形材料は、半導
体装置をはじめとする電子部品あるいは電気部品の封
止、被覆に用いれば、優れた特性と信頼性とを付与させ
ることができる。

【００２５】本発明の半導体装置は、上記の半導体封止
用エポキシ樹脂組成物を用いて、半導体素子を封止する
ことにより容易に製造することができる。封止を行う半
導体素子としては、例えば、集積回路、トランジスタ、
サイリスタ、ダイオード等が挙げられ、特に限定される
ものではないが、特にファインピッチ配線デバイスで用
いた場合に優れた特性を発揮する。封止の最も一般的な
方法としては、トランスファー成形法が挙げられる。な
お、本発明のエポキシ樹脂組成物の成形条件は、１６０
〜１８０℃で４０〜１８０秒間行うことが望ましい。ま
た、上記エポキシ樹脂組成物は、成形の後に更に加熱し
て後硬化させることが好ましい。ここで、後硬化は１５
０℃以上の加熱条件で行うことが望ましい。

【００２６】

【発明の効果】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成
物は、酸化コバルト及び粗粒の少ない無機質充填剤を使
用しているため、半導体部品を成形する際の成形性に優
れている。そして本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組
成物の硬化物で封止した半導体装置は、電気特性、熱的
特性、低吸水性、耐熱衝撃性に優れると共に、特性のバ
ランスが良好であり、信頼性の高いものである。

【００２７】

【実施例】以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具
体的に示すが、本発明は下記の実施例に制限されるもの
ではない。なお、以下の例において、部はいずれも重量
部である。

【００２８】［実施例１〜４、比較例１，２］表１に示
す成分を熱２本ロールにて均一に溶融混合し、冷却、粉
砕して半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。これら
の組成物につき、次の（イ）〜（ニ）の諸試験を行っ
た。結果を表２に示す。 （イ）スパイラルフロー値 ＥＭＭＩ規格に準じた金型を使用して、１７５℃、７０
ｋｇ／ｃｍ²の条件で測定した。 （ロ）最低溶融粘度 高化式フローテスターで、ダイス１ｍｍφ×１０ｍｍ、
プランジャー断面積１００ｍｍ²を用いて、１７５℃／
荷重１０ｋｇｆでの測定を行い、最低溶融粘度を算出し
た。 （ハ）金線流れ不良 サイズ６×６×０．３５ｍｍのチップがマウントされた
２０×２０×１．０ｍｍのフラットパッケージを用い、
金線間隔５０μｍ、金線径２５μｍ、金線長さ５ｍｍで
配線したデバイスを、１７５℃、７０ｋｇ／ｃｍ²、１
２０秒の条件で３０個成形した。軟Ｘ線装置を用いて成
形された成形物の金線流れ性を観察した。成形キャビテ
ィのゲート側に最も近い位置の金線の流れを測定し、金
線長さに対して３％以上流れているものを不良とした。 （ニ）リーク不良 上記（ハ）で成形したデバイス３０個を１８０℃で４時
間ポストキュアーし、８５℃／８５％ＲＨの恒温恒湿器
に７２時間放置して吸湿させた後、金線間に流れる電流
値を測定し、電流値が１０μＡ以上のものを不良とし
た。

【００２９】

【表１】

【００３０】ビフェニル型エポキシ樹脂；油化シェル
製、ＹＸ−４０００ＨＫ、エポキシ当量１９０ 硬化剤；三井東圧製、ザイロック樹脂、ＸＬ−２２５−
３Ｌ、フェノール性水酸基当量１６８ Ｂｒ化エポキシ樹脂；日本化薬製、ＢＲＥＮ−１０５、
エポキシ当量２８０ シランカップリング剤；信越化学製、γ−メルカプトプ
ロピルトリメトキシシラン、ＫＢＭ−８０３ シリカ；平均粒径１０μｍ、粒径４５μｍ以上の粒子の
割合が０．４重量％ ※１：平均粒径；２μｍ、粒径４５μｍ以上の粒子の割
合；５ｐｐｍ １２５℃／２４時間の加圧条件下で酸化コバルト１０ｇ
をイオン交換水５０ｍｌで抽出した時の電気伝導度；
４．８ｍＳ／ｍ、Ｂｒイオン濃度；１ｐｐｍ、Ｃｌイオ
ン濃度；１ｐｐｍ、Ｎａイオン濃度；１ｐｐｍ、Ｋイオ
ン濃度；１ｐｐｍ ※２：平均粒径；１２μｍ、粒径４５μｍ以上の粒子の
割合；１５０ｐｐｍ １２５℃／２４時間の加圧条件下で酸化コバルト１０ｇ
をイオン交換水５０ｍｌで抽出した時の電気伝導度；
５．２ｍＳ／ｍ、Ｂｒイオン濃度；１ｐｐｍ、Ｃｌイオ
ン濃度；１ｐｐｍ、Ｎａイオン濃度；１ｐｐｍ、Ｋイオ
ン濃度；１ｐｐｍ ※３：ビフェニル型エポキシ樹脂１０．０重量部に対し
て、上記Ａの酸化コバルト２．０重量部を予め溶融混合 ※４：カーボンブラック；電化ブラック（電気化学工業
（株）製）

【００３１】

【表２】

【００３２】表２の結果より、本発明の半導体封止用エ
ポキシ樹脂組成物は流動性に優れ、かつ、本発明で封止
された半導体装置は金線流れが少なく、電気特性不良が
少ないことが実証された。

───────────────────────────────────────────────────── 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 (72)発明者 浅野 英一 群馬県碓氷郡松井田町大字人見１番地10 信越化学工業株式会社シリコーン電子材料 技術研究所内 (72)発明者 富吉 和俊 群馬県碓氷郡松井田町大字人見１番地10 信越化学工業株式会社シリコーン電子材料 技術研究所内 Ｆターム(参考） 4H017 AA04 AA20 AB08 AD06 AE05 4J002 CC032 CC042 CC052 CC062 CD021 CD031 CD041 CD051 CD061 CD071 DE098 DE147 DJ007 DJ017 EF116 EN006 FA087 FB097 FB167 FD017 FD130 FD142 FD146 FD150 4J036 AA01 AA02 AC01 AC02 AC05 AD08 AE05 AF05 AF06 DB15 DB17 DB21 DC02 FB07 FB08 JA07 4M109 AA01 CA21 EA02 EB03 EB13 EB18 EC20

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、
   （Ｃ）無機質充填剤、（Ｄ）粒径４５μｍ以上の粒子の
   含有量が１００ｐｐｍ以下の酸化コバルトを含有するこ
   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】 （Ｄ）酸化コバルトの添加量が、
   （Ａ），（Ｂ）成分の合計量１００重量部に対して０．
   ０１〜１０重量部である請求項１記載の半導体封止用エ
   ポキシ樹脂組成物。
3. 【請求項３】 （Ｄ）酸化コバルトを（Ａ）エポキシ樹
   脂又は（Ｂ）硬化剤と予め混合して添加するようにした
   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の硬化物で封止した半導体装置。