JP2003212958A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 充填性、連続成形性、耐半田性に優れた特性
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）ビフェニレン骨格を有するフェノ
ールアラルキル型エポキシ樹脂を全エポキシ樹脂中に５
０〜１００重量％、（Ｂ）ビフェニレン骨格を有するフ
ェノールアラルキル樹脂を全フェノール樹脂中に５０〜
１００重量％、（Ｃ）結晶融解熱量３（Ｊ／ｇ）以下の
トリフェニルホスフィンとベンゾキノンの付加物、
（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。

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処理温度の上昇に伴い、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る
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、充填性、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）
一般式（１）で示されるエポキシ樹脂を全エポキシ樹脂
中に５０〜１００重量％、（Ｂ）一般式（２）で示され
るフェノール樹脂を全フェノール樹脂中に５０〜１００
重量％、（Ｃ）結晶融解熱量３（Ｊ／ｇ）以下の一般式
（３）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、

【０００６】

【化４】

【０００７】（Ｒは、水素原子又は炭素数１〜４のアル
キル基から選択される基であり、互いに同一であって
も、異なっていてもよい。ｎは、平均値で１〜３の正
数）

【０００８】

【化５】

【０００９】（Ｒは、水素原子又は炭素数１〜４のアル
キル基から選択される基であり、互いに同一であって
も、異なっていてもよい。ｎは、平均値で１〜３の正
数）

【００１０】

【化６】

【００１１】［２］結晶融解熱量３（Ｊ／ｇ）以下の一
般式（３）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。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明で用いられる一般式（１）
で示されるエポキシ樹脂は、樹脂骨格中に疎水性の構造
を多く含むことから硬化物の吸水率が低く、又架橋密度
が低いため、ガラス転移温度以上の高温域での弾性率が
小さいといった特徴を有する。そのためこの樹脂を用い
たエポキシ樹脂組成物の硬化物は低吸水率を示し、半田
処理時における水分の気化による爆発的な応力を低減で
きる。又熱時に低弾性率であることから半田処理時に発
生する熱応力が小さくなり、結果として耐半田性が向上
する。

【００１３】一般式（１）で示されるエポキシ樹脂の低
吸水率、低弾性率、低熱応力等の特徴を最大限発現させ
るには、一般式（１）で示されるエポキシ樹脂を全エポ
キシ樹脂中に５０重量％以上含む必要がある。併用する
場合の他の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
（フェニレン骨格を含む）型エポキシ樹脂、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あ
り、これらは単独でも併用してもよい。一般式（１）で
示されるエポキシ樹脂の具体例を式（４）、式（５）に
示すが、これらに限定されるものではない。

【００１４】

【化７】 （ｎは、各々１．２）

【００１５】本発明で用いられる一般式（２）で示され
るフェノール樹脂は、樹脂骨格中に疎水性の構造を多く
含むことから硬化物の吸水率が低く、又架橋密度が低い
ため、ガラス転移温度以上の高温域での弾性率が小さい
といった特徴を有する。そのためこの樹脂を用いたエポ
キシ樹脂組成物の硬化物は低吸水率を示し、半田処理時
における水分の気化による爆発的な応力を低減できる。
又熱時に低弾性率であることから半田処理時に発生する
熱応力が小さくなり、結果として耐半田性が向上する。

【００１６】一般式（２）で示されるフェノール樹脂の
低吸水率、低弾性率、低熱応力等の特徴を最大限発現さ
せるには、一般式（２）で示されるフェノール樹脂を全
フェノール樹脂中に５０重量％以上含む必要がある。併
用する場合の他の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（フェニレン骨格を含む）樹脂、ナフト
ールアラルキル樹脂等があり、これらは単独でも併用し
てもよい。一般式（２）で示されるフェノール樹脂の具
体例を、以下の式（６）、式（７）に示すが、これらに
限定されるものではない。

【００１７】

【化８】 （ｎは、各々１．２）

【００１８】本発明において、エポキシ樹脂（Ａ）、フ
ェノール樹脂（Ｂ）の配合比は、機械的性質及び耐半田
性のバランスから（Ｂ）に対する（Ａ）の化学当量比は
０．５〜２が好ましく、特に０．７〜１．３であること
が望ましい。

【００１９】本発明で用いられる結晶融解熱量３（Ｊ／
ｇ）以下の一般式（３）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、半導体装置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。

【００２０】本発明に用いる結晶融解熱量３（Ｊ／ｇ）
以下の一般式（３）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という）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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】

【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 式（４）のエポキシ樹脂（軟化点５８℃、エポキシ当量２７３）７．３重量部 式（６）のフェノール樹脂（軟化点６７℃、水酸基当量２０３）４．９重量部 化合物１ ０．２重量部 球状溶融シリカ ８７．０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。

【００２６】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。 充填性：トランスファー成形機を用いて、金型温度１８
０℃、注入圧力９．３ＭＰａ、硬化時間１分で１６０ｐ
ＱＦＰ（２４×２４×１．０ｍｍ厚さ）を成形した。未
充填が発生するパッケージの数から［（未充填パッケー
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＝２０個。 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最初
に発生した時の成形ショット数を示した。 耐半田性：トランスファー成形機を用いて、金型温度１
８０℃、注入圧力９．３ＭＰａ、硬化時間１分で１６０
ｐＱＦＰ（２４×２４×１．４ｍｍ厚さ）を成形した
後、１７５℃、８時間で後硬化させた。このパッケージ
を温度８５℃、相対湿度６０％の環境下で１６８時間吸
湿処理し、２６０℃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、剥離が発生したパ
ッケージの数から［（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○、２
０％未満のものを△、２０％以上のものを×とした。ｎ
＝２０個。

【００２７】実施例２〜４、比較例１〜５ 実施例１以外に用いた各成分は、以下の通りである。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−４０００ＨＫ、軟化点１０５℃、エポ
キシ当量１９１）、フェノールアラルキル樹脂Ａ（三井
化学（株）製、ＸＬＣ−２Ｌ、軟化点７９℃、水酸基当
量１７４）、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（以下、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。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】

【発明の効果】本発明に従うと、特定のエポキシ樹脂、
フェノール樹脂、特定の硬化促進剤を用いることにより
充填性、連続成形性等の成形性に優れた特性を有するエ
ポキシ樹脂組成物が得られ、これを用いて封止された半
導体装置は耐半田性に優れている。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１４年１月２２日（２００２．１．２
２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２８】

【表１】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（Ａ）一般式（１）で示されるエポキシ樹
   脂を全エポキシ樹脂中に５０〜１００重量％、（Ｂ）一
   般式（２）で示されるフェノール樹脂を全フェノール樹
   脂中に５０〜１００重量％、（Ｃ）結晶融解熱量３（Ｊ
   ／ｇ）以下の一般式（３）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】 （Ｒは、水素原子又は炭素数１〜４のアルキル基から選
   択される基であり、互いに同一であっても、異なってい
   てもよい、ｎは、平均値で１〜３の正数） 【化２】 （Ｒは、水素原子又は炭素数１〜４のアルキル基から選
   択される基であり、互いに同一であっても、異なってい
   てもよい。ｎは、平均値で１〜３の正数） 【化３】
2. 【請求項２】結晶融解熱量３（Ｊ／ｇ）以下の一般式
   （３）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。