JP2005336418A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2005336418A
JP2005336418A JP2004160593A JP2004160593A JP2005336418A JP 2005336418 A JP2005336418 A JP 2005336418A JP 2004160593 A JP2004160593 A JP 2004160593A JP 2004160593 A JP2004160593 A JP 2004160593A JP 2005336418 A JP2005336418 A JP 2005336418A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
epoxy resin
resin composition
semiconductor device
semiconductor
aluminum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2004160593A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4608950B2 (ja
Inventor
Shinichi Maebotoke
伸一 前佛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Bakelite Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Bakelite Co Ltd filed Critical Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority to JP2004160593A priority Critical patent/JP4608950B2/ja
Publication of JP2005336418A publication Critical patent/JP2005336418A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4608950B2 publication Critical patent/JP4608950B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

【課題】 高温動作時の信頼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これを用いて半導体素子を封止した半導体装置を提供すること。
【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)無機充填剤及び(E)アルミニウム化合物を必須成分とするエポキシ樹脂組成物であって、上記全エポキシ樹脂組成物中の、アルミニウム元素含有率が0.25重量%以上5重量%以下であ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

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。
IC、LSI等の半導体素子の封止方法としてエポキシ樹脂組成物のトランスファー成形が低コスト、大量生産に適しており、採用されて久しく、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特性の向上が図られてきた。しかし、近年の電子機器の小型化、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も年々進み、また、半導体装置の表面実装化が促進されるなかで、半導体封止用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。特に自動車用半導体では、エンジンルーム内、或いは車体内の過酷な高温環境下での動作保証を要求され、従来の耐半田性といった実装特性のみならず、高温保管下、或いは高温動作下での信頼性が要求される。
高温保管下における信頼性低下を改善するために、エポキシ樹脂組成物中の不純物を極力低減させたり、イオンキャッチャーを添加、或いは臭素、酸化アンチモン類といった難燃剤を根本的に含まない樹脂系の採用などによって高温保管下(以下HTSLと称する)における信頼性を維持させる手法が一般的となりつつある。この手法ではイオン性不純物の低減化とHTSLの向上はできるものの、素子の実働状態、すなわち、高温動作時(以下HTOLと称する。)の特性としては必ずしも満足できる手法ではない。(例えば、特許文献1 2参照。)
特開2004−035781号公報[0035] 特開2000−230111号公報[0014]
本発明は、高温動作時の信頼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を提供するものである。
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)無機充填剤及び(E)アルミニウム化合物を必須成分とするエポキシ樹脂組成物であって、上記全エポキシ樹脂組成物中の、アルミニウム元素含有率が0.25重量%以上5重量%以下であ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] 150℃を超える高温環境下での動作保証を要求される電子部品に使用される半導体装置を封止するために用いられるエポキシ樹脂組成物であって、(A)エポキシ樹脂、(B)フェノール樹脂、(C)硬化促進剤、(D)無機充填剤及び(E)アルミニウム化合物を必須成分とし、上記全エポキシ樹脂組成物中の、アルミニウム元素含有率が0.25重量%以上5重量%以下であることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
[3] 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、
[4] 第[1]項記載のエポキシ樹脂組成物を用いてリードフレームや基板に金線を用いて接合された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、
[5] 150℃を超える高温環境下での動作保証を要求される電子部品に使用される
半導体装置であって、第[2]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、
[6] 150℃を超える高温環境下での動作保証を要求される電子部品に使用される半導体装置であって、第[2]項記載のエポキシ樹脂組成物を用いてリードフレームや基板に金線を用いて接合された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。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、高温動作時の信頼性に優れ、これを用いた半導体装置の信頼性向上に寄与する。
本発明は、エポキシ樹脂組成物中にアルミニウム元素を0.25重量%以上5重量%以下添加することで、高温動作下での信頼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が得られるものである。
以下、本発明について詳細に説明する。
本組成物に用いられるエポキシ樹脂は、分子内にエポキシ基を有するモノマー、オリゴマー、ポリマーであり、その分子量、分子構造は特に限定するものではないが、例えばビスフェノールA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、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、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、及びトリアジン核含有エポキシ樹脂等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いてもよい。これらのエポキシ樹脂の中では、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂が、粘度及び弾性率が低い特長を有し、このため半田リフロー時に発生する応力が低く密着性にも優れるため、耐半田リフロー性が良好であり好ましい。
本発明のアルミニウム化合物は、半導体封止材として用いられるために、耐熱性、低不純物、耐薬品性に優れたものが好ましい。この様なものとしては、例えば、水酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、アルミナなどが上げられる。又、組成物として添加しやすい形態として、平均粒径50μm以下の粉末であることが好ましい。
一般に、半導体素子とリードフレーム間は、金線にて導通接続される。特にリードフレーム側は、金線とアルミパッドとが熱及び超音波により接合される。この時、金とアルミニウムは共晶、金属間化合物と呼ばれる合金を作る。高温下での保存時(HTSL)にはこの金属間化合物の成長や、クラック、腐食といったことから接続抵抗が上昇するという不良を起すことが知られている。一方高温動作時(HTOL)には、実電流を流すために電子の流れがある環境下での現象となり、高温保管(HTSL)とは違う挙動を示す。特に高温、大電流下では、電子による金属間化合物の移動(電気的マイグレーション)が発生し、陰極での金属間化合物の移動、接合部分にクラック、ボイドが発生し、抵抗値増大、導通不良といった問題が起こる。そのため、陰極でのマイグレーションを抑えることが重要である。本発明のごとく、全エポキシ樹脂組成物中に0.25重量%以上5重量%以下のアルミニウム元素を含有することで、電気的マイグレーションを大幅に抑制することが可能となるものである。
本発明に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1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7等のアミン系化合物、2−メチルイミダゾール等のイミダゾール化合物、トリフェニルホスフィン等
の有機リン系化合物等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いてもよい。
アルミニウム元素の含有量は、全エポキシ樹脂組成物中に0.25重量%以上であり、更に好ましくは1重量%以上である。0.25重量%未満では十分なHTOL特性を付与することが出来ない。又5重量%以上の大量添加してもHTOL改善の効果は変わらないが、成形品強度、流動性低下などの問題が発生するため、好ましくない。
本発明に用いる無機充填材としては、一般に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、溶融球状シリカ、溶融破砕シリカ、結晶シリカ、チタンホワイト、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、球状溶融シリカ、並びに破砕状溶融シリカである。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。無機充填材の形状としては、流動性改善のために、できるだけ真球状であり、かつ粒度分布がブロードであることが好ましい。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、(A)〜(E)成分を必須成分とするが、必要に応じて、臭素化エポキシ樹脂、三酸化アンチモン、リン化合物、水酸化マグネシウム、硼酸化合物等の難燃剤類、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やγ−アミノプロピルトリエ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等の各種添加剤を配合することもできる。
但し、臭素化エポキシ樹脂、三酸化アンチモンは、大量に添加すると、HTSLにおける信頼性を低下させるため、HTSLにおける信頼性を満足できる範囲内で少量添加しても良い。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、ミキサー等を用いて常温混合し、ロール、ニーダー、押し出し機等の混錬機で溶融混錬し、冷却後粉砕する一般的な方法で得られる。
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。
以下、本発明を実施例で具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。配合割合は重量部とする。
実施例1
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−4000K、エポキシ当量185、融点105℃) 5.65重量部
フェノールアラルキル樹脂2(三井化学(株)製XL−225、軟化点79℃、水酸基当量174) 5.35重量部
水酸化アルミニウム(平均粒径3μm) 1.5重量部
溶融シリカ(平均粒径28μm、比表面積1.2mm2/g) 86.5重量部
トリフェニルホスフィン 0.2重量部
カルナバワックス 0.2重量部
γ−グリシジルプロピルトリメトキシシラン 0.3重量部
カーボンブラック 0.3重量部上記の全成分をミキサーを用いて混合した後、表面温度が90℃と45℃の2本ロールを用いて混練し、冷却後粉砕して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。
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。
ガラス転移温度(Tg):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180秒で10mm×4mm×4mmの硬化物を成形し、ポストキュアとして175℃で8時間処理した後、昇温速度5℃/分でTMA分析した。得られたTMA曲線の60℃、及び240℃の接線の交点温度を読み取り、この温度をガラス転移温度とした。測定にはセイコーインスツルメンツ(株)製TMA−100を用いた。単位は、℃。
曲げ強さ、曲げ弾性率:トランスファー成形機を用いて成形温度175℃、圧力9.8MPa、硬化時間120秒で長さ80mm、幅10mm、厚さ4mmの試験片を成形し、ポストキュアとして175℃で8時間加熱処理した後、260℃での曲げ強さ、曲げ弾性率をJIS K 6911に準じて測定した。単位は、いずれもMPa。
高温保管特性:トランスファー成形機を用いて成形温度175℃、圧力9.8MPa、硬化時間2分で16pSOP(チップサイズ3.5mm×3.5mm)を成形し、175℃、8時間で後硬化した後、高温保管試験(185℃)を行い、配線間の電気抵抗値が初期値に対し20%増加したパッケージを不良と判定し、不良になるまでの時間を測定した。不良時間はn=4ヶの平均値。単位は時間。
高温動作特性:トランスファー成形機を用いて成形温度175℃、圧力9.8MPa、硬化時間2分で16pSOP(チップサイズ3.5mm×3.5mm)を成形し、175℃、8時間で後硬化した後、デイジーチェーンにつないだ両端に0.5Aの直流電流を流す。この状態で185℃での高温保管を行い、配線間の電気抵抗値が初期値に対し20%増加したパッケージを不良と判定し、不良になるまでの時間を測定した。不良時間はn=4ヶの平均値。単位は時間。
実施例2〜7、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。
なお、実施例1以外で用いた成分について以下に示す。
オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂:日本化薬(株)製 EOCN−1020−62、軟化点62℃、水酸基当量198
アラルキル型エポキシ樹脂:式(1)に示すエポキシ樹脂、軟化点58℃、エポキシ当量272
Figure 2005336418
ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂:大日本インキ工業(株)製 HP−7200、
軟化点60℃、水酸基当量263
Br化エポキシ樹脂:日本化薬(株)製 BREN−S、軟化点84℃、水酸基当量273
フェノールノボラック型樹脂:軟化点80℃、水酸基当量104
フェノールアラルキル樹脂1:式(2)に示すフェノール樹脂、軟化点73℃、水酸基当量200
Figure 2005336418
酸化亜鉛:平均粒径 0.5μm
水酸化マグネシウム:Mg(OH)2 平均粒径 3μm
窒化アルミニウム:AlN 平均粒径 15μm
アルミナ:Al23 平均粒径 20μm
DBU:1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7
Figure 2005336418
本発明によると、高温保管特性、高温動作時の信頼性に優れるエポキシ樹脂組成物が得られるので、高温の環境下で使用される半導体装置、例えば自動車のエンジンルーム内或いは車体内の半導体装置に好適に用いることができる。

Claims (6)

  1. (A)エポキシ樹脂、(B)フェノール樹脂、(C)硬化促進剤、(D)無機充填剤及び(E)アルミニウム化合物を必須成分とするエポキシ樹脂組成物であって、上記全エポキシ樹脂組成物中の、アルミニウム元素含有率が0.25重量%以上5重量%以下であ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. 150℃を超える高温環境下での動作保証を要求される電子部品に使用される半導体装置を封止するために用いられるエポキシ樹脂組成物であって、(A)エポキシ樹脂、(B)フェノール樹脂、(C)硬化促進剤、(D)無機充填剤及び(E)アルミニウム化合物を必須成分とし、上記全エポキシ樹脂組成物中の、アルミニウム元素含有率が0.25重量%以上5重量%以下であることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
  3. 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。
  4. 請求項1記載のエポキシ樹脂組成物を用いてリードフレームや基板に金線を用いて接合された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。
  5. 150℃を超える高温環境下での動作保証を要求される電子部品に使用される半導体装置であって、請求項2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。
  6. 150℃を超える高温環境下での動作保証を要求される電子部品に使用される半導体装置であって、請求項2記載のエポキシ樹脂組成物を用いてリードフレームや基板に金線を用いて接合された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。
JP2004160593A 2004-05-31 2004-05-31 エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 Expired - Fee Related JP4608950B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004160593A JP4608950B2 (ja) 2004-05-31 2004-05-31 エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004160593A JP4608950B2 (ja) 2004-05-31 2004-05-31 エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005336418A true JP2005336418A (ja) 2005-12-08
JP4608950B2 JP4608950B2 (ja) 2011-01-12

Family

ID=35490330

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004160593A Expired - Fee Related JP4608950B2 (ja) 2004-05-31 2004-05-31 エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4608950B2 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2006011662A1 (ja) * 2004-07-29 2008-05-01 住友ベークライト株式会社 エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
WO2009011335A1 (ja) * 2007-07-18 2009-01-22 Nipponkayaku Kabushikikaisha 半導体封止用エポキシ樹脂組成物および半導体装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0977958A (ja) * 1995-07-10 1997-03-25 Toray Ind Inc エポキシ樹脂組成物および半導体装置
JPH11166073A (ja) * 1997-12-04 1999-06-22 Sumitomo Bakelite Co Ltd 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP2002179773A (ja) * 2000-12-15 2002-06-26 Sumitomo Bakelite Co Ltd エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP2002187999A (ja) * 2000-12-20 2002-07-05 Sumitomo Bakelite Co Ltd エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP2002356539A (ja) * 2001-05-30 2002-12-13 Sumitomo Bakelite Co Ltd エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0977958A (ja) * 1995-07-10 1997-03-25 Toray Ind Inc エポキシ樹脂組成物および半導体装置
JPH11166073A (ja) * 1997-12-04 1999-06-22 Sumitomo Bakelite Co Ltd 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP2002179773A (ja) * 2000-12-15 2002-06-26 Sumitomo Bakelite Co Ltd エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP2002187999A (ja) * 2000-12-20 2002-07-05 Sumitomo Bakelite Co Ltd エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP2002356539A (ja) * 2001-05-30 2002-12-13 Sumitomo Bakelite Co Ltd エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2006011662A1 (ja) * 2004-07-29 2008-05-01 住友ベークライト株式会社 エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP5019251B2 (ja) * 2004-07-29 2012-09-05 住友ベークライト株式会社 エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
WO2009011335A1 (ja) * 2007-07-18 2009-01-22 Nipponkayaku Kabushikikaisha 半導体封止用エポキシ樹脂組成物および半導体装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP4608950B2 (ja) 2011-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5019251B2 (ja) エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP4692885B2 (ja) エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP4736432B2 (ja) エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP4404051B2 (ja) 半導体封止用樹脂組成物およびこれを用いた半導体装置
JP4736506B2 (ja) エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP4774784B2 (ja) エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP4250987B2 (ja) エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP4677761B2 (ja) エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP4608950B2 (ja) エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP2004352894A (ja) エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP2003105059A (ja) エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP5098125B2 (ja) エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP4539118B2 (ja) エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP2006206696A (ja) エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP2002241585A (ja) エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP2005281584A (ja) エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP4687195B2 (ja) 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP2006111672A (ja) 半導体封止用樹脂組成物および半導体装置
JP2001247653A (ja) エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JPH0625385A (ja) エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP4432562B2 (ja) エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP2002317102A (ja) エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP2015000888A (ja) 半導体封止用エポキシ樹脂組成物および半導体装置
JP2003096159A (ja) エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP2002293886A (ja) エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070207

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090826

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100316

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100510

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100914

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100927

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131022

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4608950

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees