JP2004256729A

JP2004256729A - エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置

Info

Publication number: JP2004256729A
Application number: JP2003050731A
Authority: JP
Inventors: Hirofumi Suda; 裕文須田
Original assignee: Kyocera Chemical Corp
Current assignee: Kyocera Chemical Corp
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】特に長期保存安定性に優れたエポキシ樹脂組成物およびそれを用い封止した半導体封止装置を提供する。
【解決手段】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤としてフェノール樹脂、（Ｃ）無機充填材および（Ｄ）１，５−ビス（３，３−ジメチルウレイド）ナフタレンなどの硬化促進剤を必須成分とすることを特徴とするエポキシ樹脂組成物であり、また、該組成物の硬化物により、半導体チップが封止されてなる半導体封止装置である。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、常温での長期保存安定性に優れたエポキシ樹脂組成物およびそれを用いて封止してなる半導体封止装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エポキシ樹脂組成物には、エポキシ樹脂と硬化剤との反応性を高めるために、硬化促進剤が一般的に配合される。硬化促進剤には、トリフェニルホスフィン等のリン化合物、１，８−ジアザビシクロウンデセン（略称：ＤＢＵ）等のアミン類、２−メチルイミダゾール等のイミダゾール類等が利用されてきた。しかるにこれらの硬化促進剤は、室温でも徐々に反応が進行するため、長期の保存安定性が悪くなる。ＤＢＵは、リン化合物やイミダゾール類に比べると保存安定性は良いものの、吸湿により硬化性の劣化が起こる他、室温での長期保管には耐えられず、１０℃以下の環境下で保管する必要がある。そのため、冷蔵での輸送保管経費の発生および使用前の常温戻し等、作業効率が問題視されてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、良好な硬化性、成形性を有し、かつ長期室温保存安定性に優れたエポキシ樹脂組成物およびそれを用いて封止してなる半導体封止装置を提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の目的を達成しようと鋭意研究を重ねた結果、エポキシ樹脂用の硬化促進剤として特定のウレア系触媒を使用することにより、高い樹脂性能と室温での長期保存安定性が得られることを見いだし、本発明を完成したものである。
【０００５】
即ち、本発明は、
（Ａ）エポキシ樹脂、
（Ｂ）硬化剤としてフェノール樹脂、
（Ｃ）無機充填材および
（Ｄ）硬化促進剤
を必須成分とし、前記（Ｄ）硬化促進剤に次の一般式に示されるウレア系化合物
【化２】

（但し、式中、Ｒ^１，Ｒ^２，Ｒ^３，Ｒ^４は炭素数１〜３のアルキル基を表し、それぞれは同一であっても異なってもよい）
を含有することを特徴とするエポキシ樹脂組成物であり、またこのエポキシ樹脂組成物の硬化物によって、半導体が封止されてなることを特徴とする半導体封止装置である。
【０００６】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００７】
本発明に用いる（Ａ）エポキシ樹脂としては、１分子中にエポキシ基を２個以上有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般をいう。例えば、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノ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エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ化合物、ビスフェノールＡ型エポキシ化合物等が挙げられ、これらは単独もしくは２種以上混合して用いることができる。エポキシ樹脂の軟化点、融点、エポキシ当量に関しては特に制限しないが、軟化点は硬化性とフロアライフの点から７５℃以上のものが好ましい。
【０００８】
本発明に硬化剤として用いる（Ｂ）フェノール樹脂としては、１分子中に前記（Ａ）エポキシ樹脂と反応し得る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、ポリマー全般をいう。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、キシリレン変性フェノール樹脂、トリフェノールメタン型フェノール樹脂等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。また、これらは単独もしくは２種以上混合して用いることができる。フェノール樹脂の配合割合は、前述したエポキシ樹脂のエポキシ基（ａ）とフェノール樹脂のフェノール性水酸基（ｂ）との当量比［（ａ）／（ｂ）］が０．１〜１０の範囲内であることが望ましい。当量比が０．１未満もしくは１０を超えると、耐湿性、耐熱性、成形作業性および硬化物の電気特性が悪くなり、いずれの場合も好ましくない。従って上記範囲内に限定するのがよい。
【０００９】
本発明に用いる（Ｃ）無機充填材としては、一般に封止材料として用いられているものを広く使用することができる。例えば、シリカ、アルミナ、三酸化アンチモン、水酸化マグネシウム、タルク、炭酸カルシウム、チタンホワイト、クレー、マイカ、ベンガラ、炭化珪素、窒化ホウ素等の粉末や、ガラス繊維等が挙げられ、これらは単独もしくは２種以上混合して用いることができる。また、無機充填材の形状は破砕状でも球状でも特に問題はない。本発明においては特にシリカ粉末の使用が好ましい。また、これらのなかでも、不純物濃度が低く、最大粒径が１５０μｍ以下で平均粒径が３０μｍ以下のものが好ましく使用される。最大粒径が１５０μｍを超えるか、或いは平均粒径が３０μｍを超えると、耐湿性および成形性が低下する。この（Ｃ）無機充填材の配合割合は、組成物全体の２５〜９２重量％の範囲が好ましく、７０〜９０重量％がより好ましい。配合量が２５重量％未満では、耐熱性、耐湿性、半田耐熱性、機械的特性、成形性等が低下し、逆に配合量が９２重量％を超えると、カサバリが大きくなって成形性に乏しくなり実用に適さなくなる。
【００１０】
本発明に用いる（Ｄ）硬化促進剤としては、前記式化２で示される１，５−ビス（３，３−ジメチルウレイド）ナフタレンなどを使用するものである。これは、前述したようにナフチレン−１，５−ジイソシアナートに所望のＲ^１ないしＲ^４の低級アルキル基を有するジアルキルアミンを化学量論量以上で反応させることによって得ることができる。Ｒ^１ないしＲ^４の低級アルキル基はメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基である。
【００１１】
この（Ｄ）硬化促進剤の配合割合は、０．１〜０．５重量％の範囲で含有することが望ましい。この割合が０．１重量％未満では硬化促進剤として機能せず、また、０．５重量％を超えるとイオン性不純物が増加するため、実用に適さず好ましくない。また、一般にエポキシ基とフェノール性水酸基との反応を促進させるために使用されている１，８−ジアザビシクロウンデセン（ＤＢＵ）、トリフェニルホスフィン、ジメチルベンジルアミン、２−メチルイミダゾール等の硬化促進剤と混合併用してもよいが、その場合は長期保存安定性レベルが低下する。これらの硬化剤は樹脂組成物中にドライブレンドされても、溶融ブレンドされても、または両ブレンドの併用でもかまわない。
【００１２】
本発明の樹脂組成物は、前述した（Ａ）〜（Ｄ）成分を必須成分とするが、本発明の目的に反しない限度において、また必要に応じて、シランカップリング剤、ブロム化エポキシ樹脂、酸化アンチモン等の難燃剤、カーボンブラック等の着色剤、天然ワックス類、合成ワックス類等の離型剤およびシリコーンオイル、シリコーンゴム等の低応力化のための成分等を適宜、添加配合することができる。
【００１３】
本発明の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、前述した（Ａ）〜（Ｄ）成分、その他成分を配合し、ミキサー等によって十分均一に混合した後、さらに熱ロールによる溶融混合処理又はニーダ等による混合処理を行い、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。こうして得られた成形材料は、半導体装置をはじめとする半導体あるいは電気部品の封止、被覆、絶縁等に適用すれば、優れた特性と信頼性を付与させることができる。
【００１４】
本発明の半導体封止装置は、上記のようにして得られた封止用樹脂を用いて、半導体チップ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あるが、射出成形、圧縮成形、注型等による封止も可能である。封止用樹脂組成物を封止の際に加熱して硬化させ、最終的にはこの組成物の硬化物によって封止された半導体封止装置が得られる。加熱による硬化は、１５０℃以上に加熱して硬化させることが望ましい。封止を行う半導体としては、例えば半導体素子に挙げられる、集積回路、大規模集積回路、トランジスタ、サイリスタ、ダイオード、コンデンサおよび光半導体等で特に限定されるものではない。
【００１５】
【作用】
本発明のエポキシ樹脂組成物および半導体封止装置は、エポキシ樹脂成分の硬化促進剤として特定の尿素誘導体を用いたことによって、目的とする特性が得らられるものである。即ち、その１，５−ビス（３，３−ジメチルウレイド）ナフタレンなどの使用により、良好な成形性、信頼性を備えた長期室温保存安定性に優れたものとすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。以下の実施例および比較例において「％」とは「重量％」を意味する。
【００１７】
実施例１
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂のＥＳＣＮ−１９５ＸＬ（住友化学工業社製、商品名）１６％、テトラブロモビスフェノールＡ型エポキシ樹脂ＡＥＲ−８０２９（旭チバ社製、商品名）２％、フェノールノボラック樹脂ＢＲＧ−５５８（昭和高分子社製、商品名）９％、シリカ粉末（平均粒径２０μｍ）７０％、１，５−ビス（３，３−ジメチルウレイド）ナフタレン０．３％、三酸化アンチモン２％、カーボンブラック０．２％、カルナバワックス０．２％、エポキシシランカップリング剤０．３％を配合し、常温で混合し、さらに９０〜１００℃で混練、これを冷却粉砕して封止用樹脂組成物を製造した。
【００１８】
こうして製造した樹脂組成物を用いてスパイラルフロー、高化式フロー粘度、ゲルタイム、ガラス転移温度、成形硬度、保存安定性および耐湿性の試験をしたので、その結果を表２に示す。本発明の効果が確認された。
【００１９】
実施例２、
表１に示した各組成により、実施例１と同様の方法によって封止用樹脂組成物を製造した。また、この樹脂組成物を用いてスパイラルフロー、高化式フロー粘度、ゲルタイム、ガラス転移温度、成形硬度、保存安定性および耐湿性の試験をしたので、その結果を表２に示す。本発明の効果が確認された。
【００２０】
比較例１〜３
表１に示した各組成により、実施例１と同様の方法によって封止用樹脂組成物を製造した。また、この樹脂組成物を用いてスパイラルフロー、高化式フロー粘度、ゲルタイム、ガラス転移温度、成形硬度、保存安定性および耐湿性の試験をしたので、その結果を表２に示す。
【００２１】
【表１】

クレゾールノボラック型エポキシ樹脂：ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ（住友化学工業社製、商品名）、
テトラブロモビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ＡＥＲ−８０２９（旭チバ社製、商品名）、
フェノールノボラック樹脂ＢＲＧ−５５８（昭和高分子社製、商品名）。
【００２２】
【表２】

＊１：１７５℃にて測定、
＊２：１７５℃、荷重１０ｋｇ（島津フローテスターＣＦＴ−５００型）にて測定、
＊３：１７５℃の熱板上にて測定、
＊４：１７５℃，９０ｓで１４ｐｉｎ−ＤＩＰを成形し、カル部の熱時硬度をバーコール硬度計で測定、
＊５：３０℃の恒温槽で１６８ｈ保管後のスパイラルフローを１７５℃にて測定、
＊６：２５℃の恒温槽で３ケ月保管後のスパイラルフローを１７５℃にて測定、
＊７：２５℃の恒温槽で６ケ月保管後のスパイラルフローを１７５℃にて測定、
＊８：成形材料を用いて２本以上のアルミニウム配線を有するシリコン製チップ（テスト用素子）を、１４ｐｉｎ−ＤＩＰフレーム１７５℃、２分間トランスファー成形し、１７５℃で８時間ポストキュアした。このパッケージを１２７℃／２．５気圧の飽和水蒸気中でＰＣＴを行い、アルミニウム腐食により断線したパッケージ数を調べた。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明および表２から明らかなように、本発明のエポキシ樹脂組成物および半導体封止装置によれば、特定構造のウレア系硬化触媒を使用したエポキシ樹脂組成物は、良好な成形性、信頼性を備えた長期室温保存安定性に優れたものとすることができる。

Claims

（Ａ）エポキシ樹脂、
（Ｂ）硬化剤としてフェノール樹脂、
（Ｃ）無機充填材および
（Ｄ）硬化促進剤
を必須成分とし、前記（Ｄ）硬化促進剤に次の一般式に示されるウレア系化合物

（但し、式中、Ｒ^１，Ｒ^２，Ｒ^３，Ｒ^４は炭素数１〜３のアルキル基を表し、それぞれは同一であっても異なってもよい）
を含有することを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
請求項１記載のエポキシ樹脂組成物の硬化物によって、半導体チップが封止されてなることを特徴とする半導体封止装置。