JP2004307545A - エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特に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）次式に示す１，１′，２，２′−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）エタンにより包接されてなる硬化促進剤

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、硬化促進剤が一般に配合される。硬化促進剤には一般に、トリフェニルホスフィン等のリン系触媒、１，８−ジアザビシクロ［５，４，０］ウンデセン−１（略称：ＤＢＵ）、イミダゾール類等が利用されてきた。トリフェニルホスフィンは触媒活性が低く、硬化性を上げるためにエポキシ樹脂組成物中に多量に配合する必要があり、室温でも反応が進行し、樹脂組成物の粘度が上昇し、保存安定性が悪くなる。また、イミダゾール類やＤＢＵは、リン系触媒に比べると保存安定性は良いが、室温での反応が進行してしまうため、１０℃以下の環境下で保存する必要がある。また、ＤＢＵは吸湿による硬化性の劣化が著しいため、湿度に対する管理も強く求められる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の欠点を解消するためになされたもので、良好な硬化性を有し、かつ成形性、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】
本発明者らは、上記の目的を達成しようと鋭意研究を重ねた結果、硬化促進剤がゲストとなり１，１′，２，２′−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）エタンをホストとした包接化合物を使用することにより、良好な硬化性を有し、かつ、成形性、保存安定性に優れたエポキシ樹脂組成物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）次式に示す１，１′，２，２′−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）エタンにより包接されてなる硬化促進剤
【化２】

を含有してな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樹脂、ビスフェノール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。
【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、単独もしくは２種以上混合して用いる。。また、これらのフェノール樹脂は、軟化点、融点、水酸基当量に関しては特に制限されるものではなく、その要求される特性に準じて選ぶことができる。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［（ａ）／（ｂ）］が０．５〜２．０の範囲であることが望ましい。当量比が０．５未満もしくは２．０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、溶融シリカ粉末、結晶シリカ粉末、アルミナ粉末、チッ化ケイ素粉末、炭酸カルシウム、クレー、マイカ、タルク、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針状でもそれらの併用でもよく、必要特性に応じて選択することができる。
【００１０】
本発明に用いる（Ｄ）１，１′，２，２′−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）エタンにより包接されてなる硬化促進剤としては、アミン系の硬化促進剤が用いられるが、特にイミダゾール類が好ましく使用される。
【００１１】
ここで用いるイミダゾール類の分子量は、３００程度以下が望ましく分子量が３０６．５の２−ヘプタデシルイミダゾールはその大きな立体構造により上手く包接化合物を得ることができない。よって包接される硬化促進剤の分子量は３００程度以下に制限するのがよい。硬化促進剤の配合割合はその要求される硬化時間に合わせるために調整することができるが、硬化促進剤としての機能の発生および成形品を得ることができる現実的な配合割合は、全体の樹脂組成物に対して０．０５〜１重量％の割合で含有することが望ましい。１，１′，２，２′−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）エタンと包接される硬化促進剤の包接比率は硬化促進剤の構造により変化するが、２−メチルイミダゾールで包接化合物の３割程度の重量比で良好に包接される。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［５，４，０］ウンデセン−７（ＤＢＵ）、トリフェニルホスフィン、ジメチルベンジルアミン等の硬化促進剤と混合して用いてもよい。
【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、リン化合物、水酸化金属、ホウ酸化合物等の難燃剤、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、エステル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例えばイミダゾール類などが１，１′，２，２′−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）エタンと包接される化合物を用いたことによって、目的とする特性が得られるものである。即ち、その１，１′，２，２′−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）エタンと包接されてなる硬化促進剤の使用により、硬化性がよく、成形性、保存安定性の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）１５．９％、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−５５６（昭和高分子社製、商品名）８．９％、溶融破砕状シリカ粉末（平均粒径２０μｍ）７０％、前記の式化２に示した１，１′，２，２′−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）エタンにより包接された含有率３０％の２−メチルイミダゾール（ＴＥＰ包接２−メチルイミダゾール）０．４％、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０．４％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（ＴＭＡ法）、曲げ強さ、曲げ弾性率、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、
１，１′，２，２′−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）エタンにより包接された含有率３０％の２−エチル−４−メチルイミダゾール（ＴＥＰ包接２−エチル−４−メチルイミダゾール）および表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（ＴＭＡ法）、曲げ強さ、曲げ弾性率、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、ガラス転移温度（ＴＭＡ法）、曲げ強さ、曲げ弾性率、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】

【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℃、熱板上にて測定、
＊４：ＪＩＳ−Ｋ−６９１１に準じて測定、
＊５：１７５℃，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、
＊６：保存安定性１：２０℃の恒温槽で１６８ｈ保管後のスパイラルフロー残存率を、保存安定性２：３０℃の恒温槽で１６８ｈ保管後のスパイラルフロー残存率をそれぞれ測定、
＊７：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。
【００２２】
【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、特定包接構造の硬化促進剤を使用したため、硬化性がよく、成形性、保存安定性に優れたものとすることができる。

Claims (2)

1. （Ａ）エポキシ樹脂、
   （Ｂ）フェノール樹脂硬化剤、
   （Ｃ）無機充填材および
   （Ｄ）次式に示す１，１′，２，２′−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）エタンにより包接されてなる硬化促進剤
   

   

   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。
2. 請求項１記載のエポキシ樹脂組成物の硬化物により、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。