JP2003268204A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の難燃剤を多量に用いなくとも難燃性に
優れ、成形性、耐半田クラック性に優れた半導体封止用
エポキシ樹脂組成物を得る。 【解決手段】 （Ａ）一般式（１）で示されるエポキシ
樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、
（Ｄ）無機充填材及び（Ｅ）酸化マイクロクリスタリン
ワックスのウレタン化物と酸化ポリエチレンワックスの
ウレタン化物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】 （式中のＸは、Ｈ原子、炭素数１〜４のアルキル基から
選択される原子又は基であり、互いに同一であっても、
異なっていても良いが、少なくとも１個以上は、Ｈ原子
以外の基を含む。ｎは平均値で、１〜５の正数）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐半田性に優れた
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】従来からダイオード、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を用い
て封止されている。特に集積回路では、エポキシ樹脂、
フェノール樹脂及び溶融シリカ、結晶シリカ等の無機充
填材を配合した耐熱性、耐湿性に優れたエポキシ樹脂組
成物が用いられている。ところが近年、電子機器の小型
化、軽量化、高性能化の市場動向において、半導体素子
の高集積化が年々進み、又半導体装置の表面実装化が促
進されるなかで、半導体素子の封止に用いられているエ
ポキシ樹脂組成物への要求は益々厳しいものとなってき
ている。特に半導体装置の表面実装化が一般的になって
きている現状では、吸湿した半導体装置が半田処理時に
高温にさらされ、半導体素子やリードフレームとエポキ
シ樹脂組成物の硬化物との界面に剥離が発生し、ひいて
は半導体装置にクラックを生じる等、半導体装置の信頼
性を大きく損なう不良が生じ、これらの不良の防止、即
ち耐半田性の向上が大きな課題となっている。

【０００３】更に、環境負荷物質の撤廃の一環として、
無鉛半田への代替が進められている。無鉛半田では、従
来の半田に比べ融点が高いため表面実装時の半田処理温
度は、従来より２０℃程度高く、２６０℃が必要とされ
る。無鉛半田対応のための半田処理温度の変更によっ
て、エポキシ樹脂組成物の硬化物とパッドとの界面での
剥離、半導体素子と半導体樹脂ペーストとの界面での剥
離に起因する半導体装置のクラックの問題が生じてき
た。これら、剥離や半田クラックは、半田処理前の半導
体装置自身が吸湿し、半田処理時の高温下でその水分が
水蒸気爆発を起こすことによって生じると考えられてお
り、それを防ぐためにエポキシ樹脂組成物に低吸湿性を
付与する等の手法が用いられている。その低吸湿化の手
法の一つとして、例えば低吸湿性のパラキシリレンを含
むフェノールアラルキル型エポキシ樹脂を用いて、エポ
キシ樹脂組成物の硬化物の低吸湿化を図る方法がある。
しかし、この低吸湿性の樹脂成分を使用したエポキシ樹
脂組成物といえども、無鉛半田に対応するエポキシ樹脂
組成物としては不十分であった。このため、２６０℃で
の表面実装時の耐半田性向上を目的とするには、エポキ
シ樹脂組成物の硬化物の更なる低吸湿化が望まれてい
る。

【０００４】又エポキシ樹脂組成物中には、通常難燃性
を付与するために臭素含有化合物等のハロゲン系難燃剤
及びアンチモン化合物が配合されている。近年、地球環
境に配慮した企業活動の重視によって有害性のおそれの
ある物質の削減・撤廃の動きがあり、ハロゲン系難燃
剤、アンチモン化合物を使用しないで、難燃性に優れた
エポキシ樹脂組成物の開発が要求されている。これらに
代わる環境対応の難燃剤としては、水酸化アルミニウ
ム、水酸化マグネシウム等の金属水酸化物があるが、こ
れらを多量に含むエポキシ樹脂組成物は成形性、硬化性
共、十分に満足できるものでないという問題があり、全
ての要求に対応することができなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の難燃
剤を多量に用いなくとも難燃性に優れ、かつ成形性に優
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）一般式（１）で示されるエポキシ樹脂、
（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）無機
充填材及び（Ｅ）酸化マイクロクリスタリンワックスの
ウレタン化物と酸化ポリエチレンワックスのウレタン化
物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、

【０００７】

【化２】

【０００８】（式中のＸは、Ｈ原子、炭素数１〜４のア
ルキル基から選択される原子又は基であり、互いに同一
であっても、異なっていても良いが、少なくとも１個以
上は、Ｈ原子以外の基を含む。ｎは平均値で、１〜５の
正数） ［２］ 第［１］項記載の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】以下、本発明を詳細に説明する。
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、１分子中にエポキシ基を２個以上有し、各エポキ
シ基間に疎水性構造を有するとともに、Ｘの少なくとも
１個はＨ原子以外の基を含むものである。一般式（１）
で示されるエポキシ樹脂を用いたエポキシ樹脂組成物の
硬化物は、エポキシ基間の疎水性構造により架橋点間距
離が長いためガラス転移温度を越えた高温域での弾性率
が低い。一方、従来のパラキシリレンを含むフェノール
アラルキル型エポキシ樹脂を用いたエポキシ樹脂組成物
の硬化物と比較しても、疎水性の構造を多く含むことか
ら吸湿率が低いという特徴があり、このことにより２６
０℃での表面実装の半田処理時における熱応力にも耐え
得るという特徴を発現できるものである。

【００１０】又エポキシ基間の疎水性構造により架橋点
間距離が長いことで、エポキシ樹脂組成物の硬化物は、
燃焼時の温度では非常に軟らかくなっているため燃焼時
に硬化物の内部で発生する熱分解ガスが、硬化物の層を
ゴムのように膨張させて発泡層を形成し、この発泡層に
よる未燃焼部への酸素の遮断と断熱作用によって、難燃
性が非常に高いという特徴を有している。この場合、燃
焼時の温度域での弾性率が重要であり、硬化物の層が硬
すぎると硬化物の内部で発生する熱分解ガスにより発泡
層が形成されずに硬化物中に亀裂が発生してしまい、逆
に硬化物の層が軟らかすぎると発泡層は形成されるもの
の発泡層が容易に壊れてしまうため、難燃性が低下する
ものと考えられる。しかし、エポキシ基間の疎水性構造
により架橋点間距離が長いことで、エポキシ樹脂組成物
の硬化物は成形時の温度ではかなり軟らかくなっている
ために、成形性、離型性に難点が生じる。そこで後述す
る本発明の離型剤を用いることにより、成形性、離型性
を改善することができる。

【００１１】一般式（１）で示されるエポキシ樹脂の特
徴を損なわない範囲で、他のエポキシ樹脂を併用しても
よい。併用できるエポキシ樹脂としては、１分子内に２
個以上のエポキシ基を有するモノマー、オリゴマー、ポ
リマー全般を指し、例えばビスフェノールＡ型エポキシ
樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、フェノールノ
ボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック
型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹
脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂（ジフェニレ
ン骨格等を有する）、ナフト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）、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ
樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、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、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等が挙げられ、これらは単独で用
いても２種類以上を併用してもよい。

【００１２】本発明に用いられるフェノール樹脂として
は、１分子内に２個以上のフェノール性水酸基を有する
モノマー、オリゴマー及びポリマー全般を指し、例えば
フェノールノボラック樹脂、フェノールアラルキル（フ
ェニレン骨格、ジフェニレン骨格等を有する）樹脂、ナ
フトールアラルキル（フェニレン骨格、ジフェニレン骨
格等を有する）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、ナフトール樹
脂等が挙げられ、特に耐半田性、難燃性に優れるフェノ
ールアラルキル（フェニレン骨格、ジフェニレン骨格等
を有する）樹脂、ナフトールアラルキル（フェニレン骨
格、ジフェニレン骨格等を有する）樹脂が好ましい。こ
れらは単独で用いても２種類以上を併用してもよい。全
エポキシ樹脂中のエポキシ基数と全フェノール樹脂中の
フェノール性水酸基数の比（当量比）としては、（エポ
キシ基数）／（フェノール性水酸基数）＝０．７〜１．
５が好ましく、この範囲を外れると、エポキシ樹脂組成
物の硬化性の低下、或いは硬化物のガラス転移温度の低
下、耐湿信頼性の低下等が生じるおそれがあり好ましく
ない。

【００１３】本発明で用いられ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されてい
るものを広く使用することができる。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等のジアザビシクロアルケン及びその誘導体、
ベンジルジメチルアミン等のアミン系化合物、テトラフ
ェニルホスホニウム・テトラナフトイックアシッドボレ
ート、トリフェニルホスフィン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が挙
げられるが、これらに限定されるものではない。これら
の硬化促進剤は単独で用いても２種類以上を併用しても
よい。

【００１４】本発明に用いられる無機充填材について
は、特に限定されないが、一般に封止材料に用いられて
いる無機充填材を使用することができる。例えば溶融破
砕シリカ、溶融球状シリカ、結晶シリカ、２次凝集シリ
カ、アルミナ、チタンホワイト、水酸化アルミニウム等
が挙げられ、特に溶融球状シリカ粉末が好ましい。形状
は限りなく真球状であることが好ましく、又粒子の大き
さの異なるものを混合することにより充填量を多くする
ことができる。本発明に用いられる無機充填材の配合量
としては、全エポキシ樹脂組成物中に７５〜９３重量％
が好ましく、７５重量％未満だと成形された半導体装置
の吸湿量が増大し、半田処理温度での強度が低下してし
まうため、半田処理時に半導体装置に剥離やクラックが
発生し易くなり好ましくない。一方９３重量％を越える
と、エポキシ樹脂組成物の成形時の流動性が低下し、未
充填や半導体素子のチップシフト、ダイパッドシフトが
発生し易くなり好ましくない。

【００１５】本発明で用いられる酸化マイクロクリスタ
リンワックスのウレタン化物と酸化ポリエチレンワック
スのウレタン化物は、離型剤として作用するものであ
る。ウレタン化する前の酸化マイクロクリスタリンワッ
クスは、重油留分から得られるｎ−パラフィン及び分岐
炭化水素を含むマイクロクリスタリンワックスを酸化す
ることで得られ、カルボキシル基や水酸基を含むもので
ある。一般的に酸化マイクロクリスタリンワックスは、
エポキシ樹脂組成物の低粘度化が図れる反面、樹脂成分
との相溶性に乏しく、成形時に金型表面に過度に染みだ
し、離型性には優れるが、金型汚れが激しいという欠点
がある。そこで酸化マイクロクリスタリンワックスのウ
レタン化物を用いると、樹脂成分との適度な相溶性によ
る金型汚れの防止と、優れた離型性の両立を図ることが
できる。

【００１６】ウレタン化する前の酸化ポリエチレンワッ
クスは、エチレン重合法やポリエチレンの熱分解物とし
て得られるポリエチレンワックスを酸化することで得ら
れ、カルボキシル基や水酸基を含むものである。分子量
１０００〜１００００程度のものが一般的である。分子
量は特に限定するものではないが、エポキシ樹脂組成物
の低粘度化のためには、低分子量のものを用いることが
好ましい。一般的に酸化ポリエチレンワックスは、融点
が高く、樹脂成分との相溶性にも乏しく、成形時に金型
表面に過度に染みだし、金型汚れが激しいという欠点が
ある。そこで酸化ポリエチレンワックスのウレタン化物
を用いると、樹脂成分との適度な相溶性による金型汚れ
の防止を図ることができる。

【００１７】本発明では、酸化マイクロクリスタリンワ
ックスのウレタン化物と酸化ポリエチレンワックスのウ
レタン化物を用いることにより、金型汚れの防止と、優
れた離型性、更に半導体装置内部の半導体素子やそれを
搭載するリードフレームとエポキシ樹脂組成物の硬化物
との界面の密着性も向上し、耐湿性及び耐半田性が飛躍
的に向上する。ウレタン化の方法は、特に限定するもの
ではないが、例えばメチレンジイソシアネート、トリレ
ンジイソシアネート等のイソシアネート類と、酸化マイ
クロクリスタリンワックスや酸化ポリエチレンワックス
の水酸基、カルボキシル基とを反応させて行う。本発明
では、酸化マイクロクリスタリンワックスを予めウレタ
ン化させたものと酸化ポリエチレンワックスを予めウレ
タン化させたものとを離型剤として用いても、或いは酸
化マイクロクリスタリンワックスと酸化ポリエチレンワ
ックスとを予め混合してからウレタン化させたものを離
型剤として用いても良い。ウレタン化の割合について
は、特に限定するものではないが、得られたワックス中
の窒素分として０．３〜５重量％の含有量が望ましい。
ウレタン化部分が多過ぎると、密着性は向上するもの
の、ワックス自体の粘度が上昇し、材料化が困難にな
る。ウレタン化部分が少な過ぎると、十分な密着性が得
られず、耐湿性、耐半田性が発揮されない。

【００１８】本発明のウレタン化されたワックスの特性
を損なわない範囲で、他の離型剤を併用することもでき
る。併用できるものとしては、例えばカルナバワックス
等の天然ワックス、ステアリン酸亜鉛等の高級脂肪酸の
金属塩類等が挙げられ、これらは単独で用いても２種類
以上を併用してもよい。本発明のウレタン化されたワッ
クスの添加量としては、全エポキシ樹脂組成物中に０．
０２〜１．０重量％が好ましい。０．０２重量％未満だ
と、十分な離型性が得られず、１．０重量％を越えると
離型性は十分なものの、金型曇りが発生するので好まし
くない。

【００１９】本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜
（Ｅ）成分の他、環境負荷物質であるハロゲン含有難燃
剤、アンチモン化合物を添加することは差し支えない
が、好ましくは全く含まない方が望ましい。又水酸化ア
ルミニウム、水酸化マグネシウム等の金属水酸化物等の
難燃剤であれば、硬化性の低下が激しく成形性で十分満
足を得ることができなくならないように全エポキシ樹脂
組成物中に５重量％以下とすることが好ましい。

【００２０】本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜
（Ｅ）成分の他、必要に応じて酸化ビスマス水和物等の
無機イオン交換体、γ−グリシドキシプロピルトリメト
キシシラン等のカップリング剤、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
等の低応力化成分、天然ワックス、合成ワックス、高級
脂肪酸及びその金属塩類もしくはパラフィン等の離型
剤、酸化防止剤等の各種添加剤を配合することができ
る。本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｅ）成
分、及びその他の添加剤等、ミキサー等を用いて常温混
合し、ロール、ニーダー、押出機等の混練機で加熱混
練、冷却後粉砕して得られる。本発明のエポキシ樹脂組
成物は、電気部品或いは電子部品であるトランジスタ、
集積回路等の被覆・絶縁・封止等に適用することができ
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成形方法で成形硬化すれば
よい。

【００２１】

【実施例】以下に、本発明の実施例を挙げて詳細に説明
するが、本発明はこれらに限定されるものではない。各
成分の配合割合は重量部とする。 実施例１ 式（２）で示されるエポキシ樹脂Ａ（軟化点７５℃、エポキシ当量２５０） ７．９６重量 部

【００２２】

【化３】

【００２３】 フェノールアラルキル樹脂（三井化学（株）・製、ＸＬＣ−ＬＬ、軟化点７９ ℃、水酸基当量１７４） ５．０４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 ） ０．２０重量部 球状溶融シリカ ８６．００重量部 ワックス１（酸化マイクロクリスタリンワックスと酸化ポリエチレンワックス のトリレンジイソシアネ−ト化物。融点８９℃、酸価１６、鹸化価６０） ０．３０重量部 γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン ０．２０重量部 カーボンブラック ０．３０重量部 をミキサーを用いて常温で混合し、７０〜１１０℃でロ
ールを用いて混練し、冷却後粉砕し、タブレット化して
エポキシ樹脂組成物を得た。この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。

【００２４】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１２０秒で測定した。
単位はｃｍ。 熱時曲げ強度・熱時曲げ弾性率：ＪＩＳ Ｋ ６９１１
（５．１７．１ 成形材料）の試験条件に準じて測定し
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、１
７５℃、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）に設置し、２６０℃に保持
した槽内で６分間予熱した後測定した。単位はＭＰａ。 吸湿率：トランスファー成形機を用いて金型温度１７５
℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間１２０秒で直径５
０ｍｍ、厚さ３ｍｍの円盤状試験片を成形し、ポストキ
ュアとして１７５℃で８時間処理した。試験片の吸湿処
理前と、８５℃、相対湿度８５％の環境下で１６８時間
吸湿処理した後の重量変化を測定し、試験片の吸湿率を
百分率で示した。単位は％。 離型性：トランスファー成形機を用いて金型温度１７５
℃、注入圧力９．３ＭＰａ、硬化時間６０秒で１６０ｐ
ＬＱＦＰ（２４×２４×１．４ｍｍ厚さ）を３００回連
続で成形した。離型時に金型に付着したり、成形品に割
れ・欠けが発生したものを×、発生しないものを○と判
定した。 金型汚れ：トランスファー成形機を用いて金型温度１７
５℃、注入圧力９．３ＭＰａ、硬化時間６０秒で１６０
ｐＬＱＦＰ（２４×２４×１．４ｍｍ厚さ）を３００回
連続で成形した。成形品表面と金型表面の両方に白化が
あるものを×、どちらかに白化があるものを△、どちら
にも白化のないものを○と判定した。 耐半田性：トランスファー成形機を用いて金型温度１７
５℃、注入圧力９．３ＭＰａ、硬化時間６０秒で１６０
ｐＬＱＦＰ（２４×２４×１．４ｍｍ厚さ）を成形し
た。ポストキュアとして１７５℃で８時間処理したパッ
ケージ５個を、８５℃、相対湿度６０％の環境下で１６
８時間処理した後、ＩＲリフロー処理（２６０℃）を行
った。処理後の内部の剥離又はクラックの有無を超音波
探傷装置で観察し、不良パッケージの個数を数えた。不
良パッケージの個数がｎ個であるとき、ｎ／５と表示す
る。 難燃性：トランスファー成形機を用いて金型温度１７５
℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間１２０秒で試験片
（長さ５ｉｎｃｈ×幅１／２ｉｎｃｈ×厚さ１／８ｉｎ
ｃｈ）を成形し、ポストキュアとして１７５℃で８時間
処理した後、ＵＬ−９４垂直試験を行い、難燃性を判定
した。

【００２５】実施例２〜５、比較例１〜４ 表１の処方に従い、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。以下に実施例１以外で用いた材料を示す。 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、融点１０５℃、エポキ
シ当量１９１） ワックス２（酸化マイクロクリスタリンワックスと酸化
ポリエチレンワックスのトリレンジイソシアネ−ト化
物。融点８２℃、酸価１8、鹸化価５０） 酸化マイクロクリスタリンワックス（融点９０℃） 酸化ポリエチレンワックス（融点９２℃）

【００２６】

【表１】

【００２７】

【発明の効果】本発明に従うと、従来の難燃剤を多量に
用いなくとも難燃性、金型からの離型性に優れ、金型汚
れのない特性を有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物
が得られ、これを用いて半導体素子を封止した半導体装
置は耐半田性に優れている。

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｃ０８Ｌ 75/04 Ｃ０８Ｌ 75/04 Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31 Ｆターム(参考） 4J002 CC03X CC04X CC07X CD04W CE00X CK053 CK054 DE137 DE147 DJ017 EN026 EU116 EU136 EW016 EY016 FA087 FD017 FD090 FD130 FD14X FD156 FD163 FD164 FD200 GJ02 GQ01 4J034 BA03 DA01 DA05 DB07 DB08 DP02 DP06 DP12 EA18 HA01 HA07 HC03 HC12 HC61 HC71 RA14 RA17 4J036 AE05 DA02 FA01 FB07 FB10 JA07 4M109 AA01 CA21 EB09

Claims (2)

【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、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、
   （Ｄ）無機充填材及び（Ｅ）酸化マイクロクリスタリン
   ワックスのウレタン化物と酸化ポリエチレンワックスの
   ウレタン化物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】 （式中のＸは、Ｈ原子、炭素数１〜４のアルキル基から
   選択される原子又は基であり、互いに同一であっても、
   異なっていても良いが、少なくとも１個以上は、Ｈ原子
   以外の基を含む。ｎは平均値で、１〜５の正数）
2. 【請求項２】 請求項１記載の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。