JP2003212957A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents
半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置Info
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Abstract
(2)で示されるオルガノポリシロキサンのブロック共
重合体 HaRbSiO(4-a-b)/2 (2) (E)無機質充填剤 を含み、(C)離型剤が(a)成分及び(b)成分を併
用したものである半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 (a)下記一般式(1)で示されるワックス。 【化1】 (R1はC18〜40の一価炭化水素基、R2は水素原子又は
R1−CO−基である。) (b)酸価が15〜28であるポリエチレンワックス。 【効果】 本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
は、半導体部品の封止時の成形に際し、連続して成形し
た時の離型性に優れ、ランナー折れ及び金型汚れが少な
く、しかも信頼性に優れた硬化物を与えるものである。
Description
時の成形に際し、連続して成形した時の離型性に優れ、
金型汚れが少なく、しかも耐湿信頼性に優れた硬化物を
与える半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及び該樹脂組
成物の硬化物で封止した半導体装置に関する。
半導体デバイスは樹脂封止型のダイオード、トランジス
ター、IC、LSI、超LSIが主流であるが、エポキ
シ樹脂が他の熱硬化性樹脂に比べて成形性、接着性、電
気特性、機械特性、耐湿性等に優れているため、エポキ
シ樹脂組成物で半導体装置を封止することが一般的であ
る。
半導体部品封止時に、金型からの離型性を高めるため、
一般に天然ワックスなどの離型剤が添加されている。し
かしながら、連続して半導体部品を成形する際、離型剤
成分によって金型が汚れたり、樹脂成分の酸化劣化によ
り金型からの離型性が低下してしまうことがあった。離
型性が低下すると離型時のダメージにより半導体素子の
信頼性が低下したり、金型のクリーニング頻度が高ま
り、生産性が落ちるといった問題があった。
半導体内部の素子や、基板、リードフレームとエポキシ
樹脂組成物との接着性を著しく損なうことがあり、これ
らの界面で接着性が落ちると剥離が生じたり、半導体部
品の半田リフロー時に剥離に起因するクラックが発生す
ることがあった。このため、離型性、特に連続成形時の
離型性と各種材料への接着性が両立するエポキシ樹脂組
成物の開発が望まれていた。特にビフェニル型エポキシ
樹脂、ビフェニル骨格含有アラルキル樹脂においては、
その重合度が低いために、金型への樹脂の移行が多くな
り、金型汚れが発生しやすいといった性質を有してお
り、そのために連続成形性に優れる離型剤の開発が望ま
れていた。
01−106871号公報では、離型性と半田リフロー
時のクラック防止のために、炭素数12〜24の飽和脂
肪酸と炭素数12〜40の脂肪酸アミドを添加した組成
物が提案されている。しかしながら、組成物中に飽和脂
肪酸と脂肪酸アミドを添加すると、連続成形時の離型性
が十分ではなく、金型のクリーニング頻度が多くなると
いった問題点があった。
で、半導体部品の封止時の成形に際し、連続して成形し
た時の離型性に優れ、金型汚れが少なく、しかも耐湿信
頼性に優れた硬化物を与える半導体封止用エポキシ樹脂
組成物、及び該樹脂組成物の硬化物で封止した半導体装
置を提供することを目的とする。
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、(A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤、(C)離型
剤、(D)シリコーン化合物及び(E)無機質充填剤を
必須成分とするエポキシ樹脂組成物において、上記
(C)離型剤として、下記の(a)成分及び(b)成分
を併用した半導体封止用エポキシ樹脂組成物が、連続成
形性に優れるとともに、また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が、耐湿信頼性に優れるも
のであることを見出し、本発明をなすに至ったものであ
る。
ス。
置換の一価炭化水素基、R2は水素原子又はR1−CO−
基である。) (b)酸価が15〜28であるポリエチレンワックス。
キシ化合物のアルケニル基と、下記平均組成式(2)で
示されるオルガノポリシロキサンのSiH基とを付加反
応させたブロック共重合体 HaRbSiO(4-a-b)/2 (2) (但し、式中Rは置換又は非置換の一価炭化水素基であ
り、a、bは0.001≦a≦1、1≦b≦3、1.0
01≦a+b≦3を満足する正数である。) (E)無機質充填剤 を必須成分とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物であ
って、(C)離型剤が上記に示す(a)成分及び(b)
成分を併用したもの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、及び該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を提供する。
る。本発明のエポキシ樹脂組成物を構成する(A)エポ
キシ樹脂は、特に限定されない。一般的なエポキシ樹脂
としては、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、トリフェノールアルカン型エポ
キシ樹脂、アラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニル骨格
含有アラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ
樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、複素環型
エポキシ樹脂、ナフタレン環含有エポキシ樹脂、ビスフ
ェノールA型エポキシ化合物、ビスフェノールF型エポ
キシ化合物、スチルベン型エポキシ樹脂等が挙げられ、
これらのうち1種を単独で又は2種以上を併用すること
ができる。
000ppm以下、特に500ppm以下であり、ナト
リウム及びカリウムはそれぞれ10ppm以下とするこ
とが好ましい。加水分解性塩素が1000ppmを超え
たり、ナトリウム又はカリウムが10ppmを超える場
合は、長時間高温高湿下に半導体装置を放置すると、耐
湿性が劣化する場合がある。
れるものではない。一般的な硬化剤としては、フェノー
ル樹脂が好ましく、具体的には、フェノールノボラック
樹脂、ナフタレン環含有フェノール樹脂、アラルキル型
フェノール樹脂、トリフェノールアルカン型フェノール
樹脂、ビフェニル骨格含有アラルキル型フェノール樹
脂、ビフェニル型フェノール樹脂、脂環式フェノール樹
脂、複素環型フェノール樹脂、ナフタレン環含有フェノ
ール樹脂、ビスフェノールA型樹脂、ビスフェノールF
型樹脂等のビスフェノール型フェノール樹脂などが挙げ
られ、これらのうち1種を単独で又は2種以上を併用す
ることができる。
トリウム及びカリウムをそれぞれ10ppm以下とする
ことが好ましい。ナトリウム又はカリウムが10ppm
を超える場合は、長時間高温高湿下に半導体装置を放置
すると、耐湿性が劣化する場合がある。
いが、硬化剤としてフェノール樹脂を使用する場合、エ
ポキシ樹脂中に含まれるエポキシ基1モルに対して、硬
化剤中に含まれるフェノール性水酸基のモル比が0.5
〜2.0、特に0.8〜1.5の範囲であることが好ま
しい。
化剤との硬化反応を促進させるため、硬化促進剤を用い
ることが好ましい。この硬化促進剤は、硬化反応を促進
させるものであれば特に制限はなく、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・トリフェニルボラ
ン、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。
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(フェノール樹脂)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、0.1〜3重量部、特に
0.5〜2重量部とすることが好ましい。
(a)下記一般式(1)
〜30の置換若しくは非置換の一価炭化水素基、R2は
水素原子又はR1−CO−基である。)で示されるワッ
クス、及び(b)酸価が15〜28であるポリエチレン
ワックスを併用して用いるものである。
分の具体的な例としては、
れ、これらは1種を単独であるいは2種以上を併用して
用いることができる。なお、(a)成分の酸価として
は、10〜30、特に15〜25が好ましい。
脂と(B)硬化剤の総量100重量部に対して0.1〜
7重量部、特に0.5〜5重量部であることが好まし
い。添加量が少ないと十分な離型効果が発現されない場
合があり、また添加量が多いと、表面にワックス成分が
滲み出し、表面汚れ、金型汚れの原因となるおそれがあ
る。
ポリエチレンワックスであり、具体的には、滴点10
4,酸価17のポリエチレンワックス、滴点110,酸
価27のポリエチレンワックス等が例示され、これらは
1種単独であるいは2種以上を併用して用いることがで
きる。
いて、酸価が15より少ない、或いは28を超える場合
は、離型効果が十分に得られない場合がある。好ましく
は酸価が17〜27である。また、滴点としては、10
0〜120、特に100〜110が好ましい。
しては、ASTM D1386の方法が用いられる。ま
た、滴点は、ASTM D566の方法が用いられる。
脂と(B)硬化剤の総量100重量部に対して0.1〜
5重量部、特に0.5〜2重量部であることが好まし
い。添加量が少ないと十分な離型効果が発現されない場
合があり、また添加量が多いと、表面にワックス成分が
滲み出し、表面汚れ、金型汚れの原因となるおそれがあ
る。
物としては、アルケニル基含有エポキシ化合物のアルケ
ニル基と、下記平均組成式(2)で示されるオルガノポ
リシロキサンのSiH基とを付加反応させたブロック共
重合体を使用する。
り、a、bは0.001≦a≦1、1≦b≦3、1.0
01≦a+b≦3を満足する正数である。)
水素基としては、炭素数1〜10、特に1〜8のものが
好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル
基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ter
t−ブチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチ
ル基、デシル基等のアルキル基、ビニル基、アリル基、
プロペニル基、ブテニル基、ヘキセニル基等のアルケニ
ル基、フェニル基、キシリル基、トリル基等のアリール
基、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル
基等のアラルキル基などや、これら炭化水素基の水素原
子の一部又は全部を塩素、フッ素、臭素等のハロゲン原
子で置換したクロロメチル基、ブロモエチル基、トリフ
ルオロプロピル基等のハロゲン置換一価炭化水素基など
を挙げることができる。
ましい範囲は、0.01≦a≦0.5、1.5≦b≦
2.5、1.51≦a+b≦2.5であり、式(2)の
オルガノポリシロキサンの一分子中におけるケイ素原子
数は2〜1000、特に10〜200であることが好ま
しく、ケイ素原子に直結した水素原子(SiH基)の数
は1〜10、特に1〜5であることが好ましい。また、
ブロック共重合体中のオルガノポリシロキサン含有量は
5〜50重量%、特に10〜20重量%であることが好
ましい。
知であり(特公昭63−60069号、特公昭63−6
0070号公報等)、アルケニル基含有エポキシ化合物
のアルケニル基と、上記式(2)で示されるオルガノポ
リシロキサンのSiH基との付加反応によって得ること
ができる。ブロック共重合体として、具体的には下記式
(3)で示される構造を例示することができる。
数1〜4のアルキル基、R2は−CH2CH2CH2−、−
OCH2−CH(OH)−CH2−O−CH2CH2CH2
−又は−O−CH2CH2CH2−である。nは1〜20
0、好ましくは10〜100の整数、p、qは1〜10
0、好ましくは1〜20の整数である。)
ことにより、離型剤成分とエポキシ樹脂及び硬化剤との
相溶性が向上するために、エポキシマトリックス中に離
型剤が均一に分散するため、離型剤成分が金型へ不均一
に滲み出す現象を抑えることができる。
オルガノポリシロキサン部分の含有量が、エポキシ樹脂
と硬化剤との合計量100重量部に対し、0.1〜7重
量部、特に0.5〜5重量部であることが好ましい。添
加量が0.1重量部未満では、十分な離型効果が得られ
ない場合があり、また7重量部を超えると、流動性の低
下を引き起こす場合がある。
しては、通常エポキシ樹脂組成物に配合されるものを使
用することができる。例えば、溶融シリカ、結晶性シリ
カ等のシリカ類、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウ
ム、ボロンナイトライド、酸化チタン、ガラス繊維等が
挙げられる。これら無機質充填剤の平均粒径や形状は、
特に限定されるものではないが、平均粒径5〜30μm
の球状の溶融シリカが特に好ましい。
樹脂と硬化剤の総量100重量部に対し、400〜12
00重量部、特に600〜1000重量部とすることが
好ましい。配合量が少なすぎると、膨張係数が大きくな
り、半導体素子へのダメージが大きくなるおそれがあ
り、多すぎると、流動性が低下し、半導体素子が封止で
きなくなるおそれがある。
機質充填剤との結合強度を強くするため、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
グ剤で予め表面処理したものを配合することが好まし
い。このような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等のエポ
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
トキシシラン等のアミノシラン、γ−メルカプトシラン
等の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
ング剤の配合量及び表面処理方法については、特に制限
されるものではない。
は、上記成分以外に、本発明の目的及び効果を発現でき
る範囲内において、カルナバワックス、高級脂肪酸、合
成ワックス等のワックス類を併用することもできる。
には、更に必要に応じて各種の添加剤を配合することが
できる。例えば熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、
有機合成ゴム、シリコーン系等の低応力剤、カーボンブ
ラック等の着色剤、ハロゲントラップ剤、更には難燃
剤、例えばブロム化エポキシ樹脂、三酸化アンチモン、
モリブデン酸亜鉛、リン酸エステル、トリフェニルホス
フェート、ポリリン酸アンモニウム、赤リン等のリン系
化合物、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の
水酸化物、ホウ酸亜鉛、スズ酸亜鉛等の無機化合物等の
添加剤を本発明の目的を損なわない範囲で添加配合する
ことができる。
は、例えば、エポキシ樹脂、硬化剤、離型剤、シリコー
ン化合物、無機質充填剤、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、ニーダー、エクストルーダー等
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。
止用エポキシ樹脂組成物は、各種の半導体装置の封止用
として有効に利用でき、この場合、封止の最も一般的な
方法としては、低圧トランスファー成形法が挙げられ
る。なお、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の
成形温度は150〜180℃で30〜180秒、後硬化
は150〜180℃で2〜16時間行うことが望まし
い。
物は、半導体部品の封止時の成形に際し、連続して成形
した時の離型性に優れ、ランナー折れ及び金型汚れが少
なく、しかも信頼性に優れた硬化物を与えるものであ
る。
組成物の硬化物で封止された半導体装置は、耐湿信頼性
に優れたものであり、産業上特に有用である。
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。
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)〜(ヘ)の諸特性を測定し
た。結果を表2に示した。 (イ)スパイラルフロー値 EMMI規格に準じた金型を使用して、温度175℃、
成形圧力6.9N/mm2、成形時間120秒の条件で
測定した。 (ロ)ゲル化時間 組成物のゲル化時間を175℃の熱板上で測定した。 (ハ)溶融粘度 高化式フローテスター(島津製作所製)を用いて、試験
荷重0.98N/mm 2において175℃で測定した。 (ニ)成形硬度 JIS−K6911に準じて、温度175℃、成形圧力
6.9N/mm2、成形時間90秒の条件で10×4×
100mmの棒を成形した時の熱時硬度をバーコール硬
度計で測定した。 (ホ)成形性(表面汚れ) 24×24×2.7mmの大きさの240pinQFP
(42アロイ)に、オートモールド装置を用いてエポキ
シ樹脂組成物を温度175℃、成形圧力6.9N/mm
2、トランスファースピード10秒、硬化時間120秒
の条件で成形した。目視で成形物の表面汚れを観察し
た。 (へ)連続成形性 窒化珪素でコートした7×7×0.4mmのシリコンチ
ップをマウントした14×20×2.7mmの大きさの
100pinQFP(42アロイ)フレームを使用し
て、オートモールド装置を用いてエポキシ樹脂組成物を
温度175℃、成形圧力6.9N/mm2、トランスフ
ァースピード10秒、成形時間60秒の条件で連続成形
した。連続成形200、500、700の各ショット
で、ランナー折れの状況及び金型の汚れを目視にて観察
し、また、500ショット時における成型品のシリコン
チップ表面とエポキシ樹脂組成物との剥離度を超音波探
傷機で測定した。
CN1020−55(日本化薬製、エポキシ当量20
0) (ロ)ビフェニル型エポキシ樹脂:YX4000HK
(油化シェル製、エポキシ当量190) (ハ)エポキシ化高フェニル型アラルキル樹脂:NC3
000P(日本化薬性、エポキシ当量272)
成製、フェノール性水酸基当量110) (ホ)フェノールアラルキル樹脂:MEH−7800S
S(明和化成製、フェノール性水酸基当量175) (へ)高フェニル型アラルキル樹脂:MEH7851
(明和化成製、フェノール性水酸基当量203)
キシ化合物とオルガノハイドロジェンポリシロキサンと
を付加反応させたブロック共重合体(ジオルガノポリシ
ロキサン含有量45重量%、エポキシ当量380)
2−CH(OH)−CH2−O−CH2CH2CH2−であ
る。)
平均粒径20μm) 硬化触媒:トリフェニルホスフィン(北興化学製) カーボンブラック:デンカブラック(電気化学工業製) シランカップリング剤:γ−グリシドキシプロピルトリ
メトキシシラン、KBM−403(信越化学工業製)
半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、成形性に優れ、耐
湿信頼性に優れる硬化物を得ることができ、本発明のエ
ポキシ樹脂組成物の硬化物で封止された半導体装置は、
耐湿信頼性に優れるものである。
Claims (3)
- 【請求項1】 (A)エポキシ樹脂 (B)硬化剤 (C)離型剤 (D)シリコーン化合物として、アルケニル基含有エポ
キシ化合物のアルケニル基と、下記平均組成式(2)で
示されるオルガノポリシロキサンのSiH基とを付加反
応させたブロック共重合体 HaRbSiO(4-a-b)/2 (2) (但し、式中Rは置換又は非置換の一価炭化水素基であ
り、a、bは0.001≦a≦1、1≦b≦3、1.0
01≦a+b≦3を満足する正数である。) (E)無機質充填剤 を必須成分とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物であ
って、(C)離型剤が下記に示す(a)成分及び(b)
成分を併用したもの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。 (a)下記一般式(1)で示されるワックス。 【化1】 (但し、式中R1は炭素数18〜40の置換若しくは非
置換の一価炭化水素基、R2は水素原子又はR1−CO−
基である。) (b)酸価が15〜28であるポリエチレンワックス。 - 【請求項2】 (A)エポキシ樹脂と(B)硬化剤との
総量100重量部に対して、(C)離型剤である(a)
成分の添加量が0.1〜7重量部、(b)成分の添加量
が0.1〜5重量部、(D)シリコーン化合物の添加量
がオルガノポリシロキサン部分の含有量が0.1〜7重
量部となる量、(E)無機質充填剤の添加量が400〜
1200重量部であることを特徴とする請求項1記載の
半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 - 【請求項3】 請求項1又は2記載の半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物の硬化物で封止した半導体装置。
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