JP2003213095A - 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、充填性等の成形性及び耐半田性に優
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）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール
樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）カップリング剤により
表面処理された平均粒径５〜４０μｍの無機充填材及び
（Ｅ）カップリング剤により表面処理された平均粒径
０．１〜３μｍの無機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、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
及び半導体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ダイオード、トランジスタ、集積
回路等の電子部品は、主にエポキシ樹脂組成物で封止さ
れている。これらのエポキシ樹脂組成物には、低圧トラ
ンスファー成形における良好な流動性、充填性、生産性
向上のための硬化性等の成形性、これらを用いて得られ
た半導体装置には高い耐半田性が要求されている。成形
性、特にエポキシ樹脂組成物の充填性を向上させるため
には、低溶融粘度の樹脂を使用して、成形時に低粘度で
高流動性を維持し、又耐半田性を向上させるためエポキ
シ樹脂組成物中の無機充填材の充填量を増加させること
で低吸水化、高強度化、低熱膨張化を達成させる手法が
ある。

【０００３】ところがエポキシ樹脂組成物に無機充填材
を多量に配合すると成形時のエポキシ樹脂組成物の溶融
粘度が高くなり、流動性が悪化し充填不良等の問題が生
じるので、成形時のエポキシ樹脂組成物の溶融粘度を極
力低くする必要がある。エポキシ樹脂組成物の溶融粘度
を維持し、無機充填材を高充填化するためには、粒径の
大きい充填材と粒径の小さい充填材を併用すること、即
ち粒度分布の広いものを用いることが知られている。又
樹脂と無機充填材との界面を制御するため、無機充填材
をシランカップリング剤で表面処理する方法が知られて
いるが、これらの方法でも成形時の溶融粘度の低下が不
十分であると共に、シランカップリング剤で処理した無
機充填材では凝集物が発生して成形時にゲート詰まりを
起こし、半導体装置の未充填が発生することがある。

【０００４】これらの問題点を改良する手法として、特
許第３０３３４４５号公報には、平均粒径の異なる充填
材を併用する場合、粒径の大きい方のみをアルコキシ基
含有シラン又はその部分加水分解物で処理した充填材と
無処理の粒径の小さい充填材とを混合して用いることが
開示されており、凝集物の低減及び流動性の向上の点で
は、或る程度改良されている。しかし充填材の凝集を完
全に防止するには至っていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、カップリン
グ剤で表面処理された平均粒径５〜４０μｍの無機充填
材とカップリング剤で表面処理された平均粒径０．１〜
３μｍの無機充填材を含むエポキシ樹脂組成物を用い
て、流動性、充填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。

【０００６】

【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）硬
化促進剤、（Ｄ）カップリング剤により表面処理された
平均粒径５〜４０μｍの無機充填材及び（Ｅ）カップリ
ング剤により表面処理された平均粒径０．１〜３μｍの
無機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、［２］ 成分（Ｅ）と成分
（Ｄ）の重量配合割合［（Ｅ）／（Ｄ）］が、１／９９
〜３０／７０（Ｅ）で、かつ成分（Ｅ）と成分（Ｄ）の
合計量が全エポキシ樹脂組成物中８３〜９５重量％であ
る第［１］項記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
［３］ カップリング剤が、一般式（１）である請求項
１又は２記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、

【０００７】

【化２】

【０００８】［４］ 第［１］項、［２］項又は［３］
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。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明に用いるエポキシ樹脂とし
ては、１分子内にエポキシ基を２個以上有するモノマ
ー、オリゴマー、ポリマー全般を言い、その分子量、分
子構造は特に限定するものではないが、例えばビフェニ
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、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、トリ
フェノールメタン型エポキシ樹脂、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、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂（フェ
ニレン骨格、ジフェニレン骨格等を有する）等が挙げら
れ、これらは単独でも混合して用いても差し支えない。
これらの中では、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、ジシクロペンタジエン
変性フェノールノボラック型エポキシ等が特に望まし
い。

【００１０】本発明に用いるフェノール樹脂としては、
１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有するモノマ
ー、オリゴマー、ポリマー全般を言い、その分子量、分
子構造を特に限定するものではないが、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、ジシク
ロペンタジエン変性フェノール樹脂、テルペン変性フェ
ノール樹脂、トリフェノールメタン型樹脂、フェノール
アラルキル樹脂（フェニレン骨格、ジフェニレン骨格等
を有する）等が挙げられ、これらは単独でも混合して用
いても差し支えない。これらの中では、フェノールノボ
ラック樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹
脂、フェノールアラルキル樹脂、テルペン変性フェノー
ル樹脂等が好ましい。これらの配合量としては、全エポ
キシ樹脂のエポキシ基数と全フェノール樹脂のフェノー
ル性水酸基数の比が０．８〜１．３が好ましい。

【００１１】本発明に用いる硬化促進剤としては、エポ
キシ基とフェノール性水酸基との硬化反応を促進させる
ものであればよく、一般に封止材料に使用するものを使
用することができる。例えば１，８−ジアザビシクロ
（５，４，０）ウンデセン−７、トリフェニルホスフィ
ン、２−メチルイミダゾール、テトラフェニルホスホニ
ウム・テトラフェニルボレート等が挙げられ、これらは
単独でも混合して用いても差し支えない。

【００１２】本発明に用いる平均粒径５〜４０μｍと平
均粒径０．１〜３μｍの無機充填材は、通常半導体封止
用エポキシ樹脂組成物に使用されているものを用いるこ
とができる。例えば溶融シリカ、結晶シリカ、タルク、
アルミナ、窒化珪素等が挙げられ、最も好適に使用され
るものとしては、球状の溶融シリカである。これらの無
機充填材は、単独でも混合して用いても差し支えない。
平均粒径５〜４０μｍにおいて、平均粒径が５μｍ未満
だと十分な流動性が得られず、４０μｍを越えると耐半
田性が低下する。

【００１３】本発明に用いる平均粒径５〜４０μｍの無
機充填材は、その表面をカップリング剤で処理されてい
るものである。このように比較的粒径の粗い無機充填材
の表面をカップリング剤で処理することは一般に行われ
ており、流動性や強度の向上にある一定の成果を挙げて
いる。しかし粒径の小さな無機充填材を併用してカップ
リング剤処理をすると凝集物が発生して成形時にゲート
詰まりを起こし、半導体装置の未充填が発生することが
ある。

【００１４】本発明に用いる平均粒径０．１〜３μｍの
無機充填材は、その表面をカップリング剤で処理されて
いるものである。粗い無機充填材の隙間に微小な無機充
填材が挟まれ、いわゆる「ころ」の役目を果たすことで
エポキシ樹脂組成物の流動性を向上させる。ところが微
小な無機充填材は、相互に凝集し易いため十分に分散さ
せなければ、「ころ」の役目を果たせない。又粗い無機
充填材の表面がカップリング剤により処理されている場
合、凝集物が発生する確率が高くなり、粗い無機充填材
の表面に微小な無機充填材が固着してしまい、いびつな
形の粒子が多くなることによる流動性の低下が発生する
ことがある。そこで微小な無機充填材をカップリング剤
で処理し、表面を疎水化し凝集を崩すことにより分散性
を向上させ、粗い無機充填材との摩擦係数が減少するこ
とで「ころ」としての特性を向上させ良好な流動性を有
するエポキシ樹脂組成物を得ることができるとともに、
粗い無機充填材を処理したことによる効果を十分に引き
出すことができる。表面処理される平均粒径０．１〜３
μｍの無機充填材の平均粒径が、０．１μｍ未満だと粒
子同士の凝集を抑えることが難しくなり「ころ」として
は小さすぎ、３μｍを越えると大きすぎて「ころ」の役
目を果たせない。本発明に用いる無機充填材の平均粒径
は、レーザー式粒度分布計（（株）島津製作所製、ＳＡ
ＬＤ−７０００）を用いて測定したものである。

【００１５】本発明における平均粒径５〜４０μｍと平
均粒径０．１〜３μｍの無機充填材をカップリング剤で
処理するには、無機充填材とカップリング剤を攪拌混合
し、混合機から取り出して常温にて１日以上放置する方
法が有効である。カップリング剤を無機充填材の表面に
均一に処理するために、水又は有機溶媒を、更に加えて
攪拌した後に、常温にて１日以上放置するという手法も
有効である。又より反応を進めるために攪拌時に混合機
内の温度を５０〜１５０℃に加熱するか、或いは常温で
攪拌し混合機から取り出した後に５０〜１５０℃で加熱
してもよい。混合機としては、特に限定しないが、例え
ばボールミル、ヘンシェルミキサー、Ｖブレンダーやダ
ブルコーンブレンダー等のブレンダー類、コンクリート
ミキサーやリボンブレンダー等が挙げられる。本発明に
用いるカップリング剤で表面処理された無機充填材は、
凝集物を含まないことが必須であり、表面処理された無
機充填材が凝集している場合には、ダイナミックミルや
ボールミルで凝集物を粉砕すればよい。

【００１６】本発明に用いるカップリング剤は、一般に
使用されているカップリング剤を指す。例えばエポキシ
シラン、メルカプトシラン、アミノシラン、アルキルシ
ラン、ウレイドシラン、ビニルシラン等のシランカップ
リング剤や、チタネートカップリング剤、アルミニウム
カップリング剤、アルミニウム／ジルコニウムカップリ
ング剤等が挙げられるが、好ましくはシランカップリン
グ剤であり、更に好ましいものとしては一般式（１）で
示される構造のものが望ましい。これらは単独でも混合
して用いても差し支えない。平均粒径５〜４０μｍの無
機充填材と平均粒径０．１〜３μｍの無機充填材をそれ
ぞれ別のカップリング剤で処理してもよい。又カップリ
ング剤は、予め水或いは必要に応じて酸又はアルカリを
添加して、加水分解処理して用いてもよい。カップリン
グ剤の添加量としては、平均粒径０．１〜３μｍの無機
充填材１００重量部に対し、０．０５〜５重量部が好ま
しく、０．０５重量部未満では表面処理された無機充填
材を配合したエポキシ樹脂組成物の硬化物の強度の向上
が認められず耐半田性が低下し、５重量部を越えるとエ
ポキシ樹脂組成物の硬化物の吸水率が増加し耐半田性が
低下するので好ましくない。又平均粒径５〜４０μｍの
無機充填材の場合は１００重量部に対し、０．０１〜３
重量部が好ましく、０．０１重量部未満では表面処理さ
れた無機充填材を配合したエポキシ樹脂組成物の硬化物
の強度の向上が認められず耐半田性が低下し、３重量部
を越えるとエポキシ樹脂組成物の硬化物の吸水率が増加
し耐半田性が低下するので好ましくない。

【００１７】微小な無機充填材は、本来凝集し易いがカ
ップリング剤で処理すると、更に凝集物が発生し易く、
これが成形時に未充填を起こしたりして成形性を著しく
悪化させるため実施されていなかった。しかし前記の混
合機を用いてカップリング剤を添加する際、噴霧機によ
り長い時間をかけて無機充填材を処理したり、攪拌後の
微小な無機充填材をダイナミックミルやボールミルを用
いて凝集物を粉砕する工程を加えたりすることで凝集物
の発生が抑えられ、「ころ」の役目を十分に果たすこと
のできる表面処理された微小の無機充填材が得られ、流
動性、充填性等の成形性の問題を解消できる。

【００１８】本発明に用いる平均粒径５〜４０μｍの無
機充填材と平均粒径０．１〜３μｍの無機充填材を予め
両方を混合して処理すると、粗い無機充填材の表面に微
小な無機充填材が付着してしまい、無機充填材の表面を
十分にカップリング剤で被覆することが出来なくなるた
め好ましくない。

【００１９】本発明に用いるカップリング剤で表面処理
された平均粒径０．１〜３μｍの無機充填材（Ｅ）とカ
ップリング剤で表面処理された平均粒径５〜４０μｍの
無機充填材（Ｄ）の重量配合割合［（Ｅ）／（（Ｄ））
は、１／９９〜３０／７０が好ましく、より好ましくは
３／９７〜２５／７５望ましい。下限値を下回ると「こ
ろ」として作用するものが少なくて流動性が不十分とな
り、上限値を越えると「ころ」が多くなりすぎ流動性が
低下するおそれがある。又成分（Ｄ）と成分（Ｅ）の合
計配合量は、全エポキシ樹脂組成物中８３〜９５重量％
が好ましく、より好ましくは８５〜９４重量％が望まし
い。下限値を下回ると、無機充填材同士の接触が減るこ
とにより、表面処理による効果が十分発現せずおそれが
あり、上限値を越えると、ワイヤースィープ及びパッド
シフト等の成形性の問題が生じることがある。

【００２０】本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜
（Ｅ）成分を必須とするが、必要に応じてカーボンブラ
ック等の着色剤、天然ワックス、合成ワックス等の離型
剤及びシリコーンオイル、ゴム等の低応力添加剤、臭素
化エポキシ樹脂や三酸化アンチモン、赤燐等の種々の添
加剤を適宜配合しても差し支えない。本発明のエポキシ
樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｅ）成分の他、必要に応じて
添加する添加物をミキサー等を用いて十分に均一に混合
した後、更に熱ロール又はニーダー等で溶融混練し、冷
却後粉砕して得られる。本発明のエポキシ樹脂組成物を
用いて、半導体素子等の各種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。

【００２１】

【実施例】以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこ
れらに限定されるものではない。配合割合は重量部とす
る。なお、実施例及び比較例で用いた表面処理された無
機充填材の内容について以下に示す。 無機充填材１（平均粒径２７μｍの溶融球状シリカ１０
０重量部を、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシ
ランカップリング剤０．５重量部で表面処理） 無機充填材２（平均粒径２７μｍの溶融球状シリカ１０
０重量部を、γ−アミノプロピルトリエトキシシランカ
ップリング剤０．５重量部で表面処理） 無機充填材３（平均粒径０．５μｍの溶融球状シリカ１
００重量部を、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシ
シランカップリング剤１重量部で表面処理） 無機充填材４（平均粒径０．５μｍの溶融球状シリカ１
００重量部を、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン
カップリング剤１重量部で表面処理） 無機充填材５（平均粒径２７μｍの溶融球状シリカ８４
重量部と平均粒径０．５μｍの溶融球状シリカ９重量部
をγ−アミノプロピルトリエトキシシランカップリング
剤０．５重量部で表面処理） 無機充填材６（平均粒径２７μｍの溶融球状シリカで表
面処理なし） 無機充填材７（平均粒径０．５μｍの溶融球状シリカで
表面処理なし）

【００２２】 実施例１ 無機充填材１ ８４０重量部 無機充填材４ ９０重量部 エポキシ樹脂［ジャパンエポキシレジン（株）製、ＹＸ−４０００、エポキシ 当量１９０ｇ／ｅｑ、融点１０５℃、以下、Ｅ−１という］ ３１重量部 フェノール樹脂［三井化学（株）製、ＸＬＣ−ＬＬ、水酸基当量１６５ｇ／ｅ ｑ、軟化点７９℃、以下Ｈ−１という］ ２６重量部 １，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（以下、ＤＢＵという） ５重量部 カーボンブラック ３重量部 カルナバワックス ５重量部 を混合し、熱ロールを用いて、９５℃で８分間混練して
冷却後粉砕し、エポキシ樹脂組成物を得た。得られたエ
ポキシ樹脂組成物を、以下の方法で評価した。結果を表
１に示す。

【００２３】評価方法 スパイラルフロー：ＥＭＭＩ−１−６６に準じたスパイ
ラルフロー測定用金型を用いて、金型温度１７５℃、圧
力６．９ＭＰa、硬化時間１２０秒で測定した。 熱時曲げ強度・熱時曲げ弾性率：ＪＩＳ Ｋ ６９１１
（５．１７．１ 成形材料）に準じて測定した。試験片
（長さ８０ｍｍ、高さ４ｍｍ幅１０ｍｍ）は、金型温度
１７５℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間１２０秒で
トランスファー成形機を用いて成形し、１７５℃、８時
間で後硬化して作成した。この試験片を測定台（支点間
距離６４ｍｍ）に設定し、２６０℃に保持した槽内で６
分間予熱した後測定した。単位はそれぞれＭＰａ。 充填性（ボイド）：低圧トランスファー成形機を用いて
成形温度１７５℃、圧力９．３ＭＰa、硬化時間１２０
秒で１６０ｐＱＦＰを成形したものを、超音波探傷装置
で観察し内部のボイドの評価を行った。○はボイドな
し。△は一部にボイドあり。×は全面にボイドあり。 耐半田性：低圧トランスファー成形機を用いて成形温度
１７５℃、圧力８．３ＭＰa、硬化時間１２０秒で８０
ｐＱＦＰ（チップサイズ６．０ｍｍ×６．０ｍｍ）を成
形し、アフターベークとして１７５℃、８時間処理した
後、８５℃、相対湿度８５％で１２０時間の吸水処理を
行った後、２６０℃のＩＲリフロー処理をした。パッケ
ージ内部の剥離とクラックを超音波探傷機で確認した。
１０個のパッケージ中の不良パッケージ数を示す。

【００２４】実施例２、３、比較例１〜４ 表１の配合に従い、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂
組成物を得て、実施例１と同様にして評価した。結果を
表１に示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【発明の効果】本発明に従うと、カップリング剤により
表面処理された平均粒径５〜４０μｍの無機充填材とカ
ップリング剤により表面処理された平均粒径０．１〜３
μｍの無機充填材を併用することにより、流動性、充填
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得ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4J002 CC03X CC27X CD04W CD05W CD06W CD07W CD14W CE00X DE147 DE148 DJ007 DJ008 DJ017 DJ018 DJ047 DJ048 EU116 EU136 EW016 EY016 FB087 FB088 FB107 FB108 FB137 FB138 FB147 FB148 FB157 FB158 FB167 FB168 FD017 FD018 FD156 GQ05 4J036 AA01 AC02 AD07 AD08 AD10 AE05 AE07 AF06 AF08 AJ18 DC46 DD07 FA03 FA05 FB07 FB08 GA06 GA28 JA07 4M109 AA01 CA21 EB06 EB13

Claims (4)

【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）硬化促進剤、（Ｄ）カップリング剤により表
   面処理された平均粒径５〜４０μｍの無機充填材及び
   （Ｅ）カップリング剤により表面処理された平均粒径
   ０．１〜３μｍの無機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。
2. 【請求項２】 成分（Ｅ）と成分（Ｄ）の重量配合割合
   ［（Ｅ）／（Ｄ）］が、１／９９〜３０／７０（Ｅ）
   で、かつ成分（Ｅ）と成分（Ｄ）の合計量が全エポキシ
   樹脂組成物中８３〜９５重量％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】 カップリング剤が、一般式（１）である
   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。 【化１】
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。