JP2004323790A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低誘電率で、且つ信頼性、成形性の良好な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）一般式（１）で表されるフェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤及び（Ｄ）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キシ樹脂組成物。
【化１】

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及びこれを用いた半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ、ＬＳＩ、トランジスター等の半導体素子の封止には金属缶、セラミック、エポキシ樹脂組成物等が用いられている。中でもエポキシ樹脂組成物のトランスファー成形は低コスト且つ大量生産に適しており広く用いられている。また、信頼性の点でもエポキシ樹脂や硬化剤であるフェノール樹脂の改良により、耐湿性の向上や、半田リフローへの対応などが図られてきた。
しかし、近年の電子機器の高速化により、エポキシ樹脂組成物に新たな対応が求められている。つまり電子機器の高速化に伴う、半導体装置が扱う周波数の高周波化への対応である。半導体装置が扱う周波数は年々上昇しており、例えば情報処理分野ではＣＰＵの扱う動作周波数が既に１ＧＨｚを越え、更に年々上昇している。情報通信分野では、携帯電話や無線ＬＡＮ等で既に２．４ＧＨｚ、５ＧＨｚ、更に数１０ＧＨｚ等での高周波を利用した通信が実施されようとしており、そこに組み込まれる半導体装置には高周波対応が求められている。
しかし、エポキシ樹脂組成物の高周波デバイスに対する対応は充分ではなく、特に誘電率が高いため、デバイスとして所期の特性を得ることが出来ない。例えば目的とする素子の特性が得られない、ノイズが増大する、或いは携帯電話においては消費電力が上がるため可動時間が短い等の問題が出ている。このため高周波を扱うデバイスにはパッケージとしての誘電率が低いセラミック中空ＰＫＧが用いられている。中空パッケージは内部に空洞を持ち半導体チップ上は誘電率の低い空気のため高周波デバイスに適している。しかし、セラミック中空パッケージは構造上小型化が難しく、また生産コストが高い欠点があり、上記高周波半導体装置に措いてもコスト、生産性に優れたエポキシ樹脂組成物のトランスファー成形が強く望まれている。
エポキシ樹脂組成物の誘電率が高い問題に対して、これまでも種々の方策が提案されてきた。例えば誘電率の低いシアネートレジン（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）、或いはエポキシでもＯＨ当量、及びエポキシ当量を上げることで、低誘電率を図ったものが提案されてきた。（例えば、特許文献３参照。）。しかし、シアネートレジンは成形性、特に硬化性が悪いため、生産性が著しく低下する。同様に水酸基当量、エポキシ当量を上げたレジンでも当量を上げるに従ってやはり成形性が著しく低下するという問題点があり、十分な対応が取られていない。特に誘電率に関してはε＝３．６以下が望まれているが低誘電且つ充分な成形性、信頼性を備えた樹脂組成物は提案されていない。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−３０６１６８号公報（２〜９頁）
【特許文献２】
特開２００１−３３９１３０号公報（２〜２６頁）
【特許文献３】
特開２００１−７２７４３号公報（２〜９頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、低誘電率で、且つ信頼性、成形性の良好な半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及びこれを用い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、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）一般式（１）で表されるフェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤及び（Ｄ）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キシ樹脂組成物、及びそれを用いて封止されてなることを特徴とする半導体装置である。
【０００６】
【化２】

【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に用いるエポキシ樹脂は、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、ポリマー全般であり、その分子量、分子構造は特に限定するものではない。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、ビフェニレン骨格等を有する）等を用いることが出来るが、硬化性がよく硬化物の誘電率が低い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、ビフェニレン骨格等を有する）を用いることが好ましい。これらは単独でも混合して用いても差し支えない。
【０００８】
本発明に用いるフェノール樹脂は、一般式（１）で表されるフェノール樹脂である。本フェノール樹脂は脂肪族環により変性されており、ガラス転移温度と低誘電率化の両立をもたらす。つまり、樹脂組成物の硬化物の誘電率を下げるためには、硬化反応後に生成する水酸基の濃度を下げる事が有効であり、具体的にはエポキシ樹脂及び硬化材として用いるフェノール樹脂それぞれの官能基濃度を下げる事である。しかし、低誘電率化のために官能基濃度を下げるとＴｇの低下が起こり、このため硬化性等の成形性、又高温時の信頼性が損なわれる。Ｔｇの低下については官能基濃度を下げるため導入する変性基をベンゼン環、ナフタレン環等、芳香族環の剛直な構造にし低下を抑える事ができる。しかし、芳香族環はそれ自体が分極しており、さらに芳香族環のスタッキング作用により硬化後の比重が大きくなるため誘電率が上がってしまう。このため本発明では変性基としはＴｇの低下を防ぐ目的で環状構造をもち、分極、スタッキング効果が少ない脂肪族環を用いているのである。
【０００９】
【化３】

【００１０】
本発明には、上記脂肪族環を用いた硬化剤の効果を損なわない範囲であれば、それ以外に他の硬化剤を併用しても良い。併用する硬化剤としては、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、ポリマー全般であり、その分子量、分子構造を特に限定するものではない。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、ビ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。これらの内では、特に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樹脂が好ましい。併用する割合は全硬化剤量に対して７５重量％未満、更に好ましくは５０重量％未満である。上限値を超えると低誘電化の明確な効果が現れない恐れがある。
【００１１】
エポキシ樹脂とフェノール樹脂の配合量は、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であることが好ましく、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可能性がある。
【００１２】
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、ベンゾキノンをアダクトしたトリフェニルホスフィン等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いても差し支えない。
【００１３】
本発明に用いる無機充填材としては、例えば、溶融破砕シリカ、溶融球状シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化アルミ、窒化珪素、中空ガラスフィラー等が挙げられるが、流動性、信頼性、コスト、誘電率の点から溶融破砕シリカ、球状溶融シリカが好ましい。無機充填材の最大粒径は、２００μｍ以下が好ましく、更に好ましくは１５０μｍ以下が望ましく、平均粒径としては８〜３０μｍが好ましい。これらの無機充填剤は、単独でも混合して用いても差し支えない。またこれらがカップリング剤により表面処理されていてもかまわない。
無機充填材の配合量は、全エポキシ樹脂組成物に対して７０〜３０重量％、好ましくは６０〜３０重量％用いる。上限値を超えると誘電率が上がる恐れがあり、下限値を下回ると成形時のウスバリ発生、熱時硬度の低下が起こり、成形性が低下する恐れがあるので好ましくない。
【００１４】
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、更にこれ以外に、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、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、水酸化アルミニウム等の難燃剤等、種々の添加剤を適宜配合しても差し支えない。
【００１５】
また、本発明のエポキシ樹脂組成物は、ミキサー等を用いて原料を充分に均一に混合した後、更に熱ロール又はニーダー等の混練機で溶融混練し、冷却、粉砕しパウダー状にする。更に得られたパウダーを加圧してタブレット化する。
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。
【００１６】
【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。
【００１７】
実施例１
クレゾールノボラックエポキシ樹脂［エポキシ当量２００ｇ／ｅｑ、軟化点５
５℃］ １１．０重量部
式（１）で示されるフェノール樹脂［水酸基当量３３０ｇ／ｅｑ、軟化点１５
０℃］ １８．１重量部
トリフェニルホスフィン（以下、ＴＰＰという） ０．２５重量部
球状溶融シリカ［平均粒径２７μｍ、最大粒径７４μｍ］ ７０．０重量部
カルナバワックス ０．５重量部
カーボンブラック ０．２重量部
をミキサーにて混合し後、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。
【００１８】
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℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間１２０秒で測定した。単位はｃｍ。
誘電率：低圧トランスファー成形機を用いて、成形温度１７５℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間１８０秒で５０φ−３ｍｍのテストピースを成形した。テストピースは１７５℃／４ｈｒにてポストキュアー後、横川ヒューレットパッカード株式会社製Ｑメータｍｏｄｅｌ４３４２Ａにて誘電率を測定した。測定周波数は１ＭＨｚ。
比重：上記誘電率測定に用いた円盤と同様のテストピースを用いて比重を求めた。
熱時硬度：低圧トランスファー成形機を用いて、成形温度１７５℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間１８０秒で５０φ−３ｍｍのテストピース金型を用い、型開き１０秒後に金型上のテストピースをショアＤ硬度計にて測定した。
【００１９】
実施例２〜７、比較例１〜２
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。
実施例１以外で用いた成分について、以下に示す。
ビフェニルエポキシ樹脂［エポキシ当量１９０ｇ／ｅｑ、融点１０５℃］
フェノールアラルキル樹脂［水酸基当量１７５ｇ／ｅｑ、軟化点７０℃］
フェノールノボラック樹脂［水酸基当量１０４ｇ／ｅｑ、軟化点１００℃］
破砕状溶融シリカ［平均粒径１３μｍ、最大粒径１２５μｍ］
【００２０】
【表１】

【００２１】
【発明の効果】
本発明に従うと、低誘電率で、且つ信頼性、成形性の良好な半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得ることが出来る。

Claims (2)

1. （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）一般式（１）で表されるフェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤及び（Ｄ）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キシ樹脂組成物。
   

   
2. 請求項１記載のエポキシ樹脂組成物を用いて封止されてなることを特徴とする半導体装置。