JP2006001986A - 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】 配線幅の狭い半導体装置においても漏れ電流が発生し難い高誘電率特性を有し、かつ成形性も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）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、及び（Ｄ）１〜１０重量％の酸化ネオジムを含有するチタン酸バリウムを必須成分として含むことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物、好ましくは前記酸化ネオジムを含有するチタン酸バリウムの含有量が、エポキシ樹脂組成物全体に対して７５〜９５重量％であ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、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、低コストで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。
近年の半導体の小型化への要求に応えるためチップの小型化が進んでいる。しかしチップの小型化に伴いチップ上の配線幅がより細くなり漏れ電流が増大するため、充分な小型化が出来ない問題が発生している。この問題への対応として、チップ上の保護膜の誘電率を上げ漏れ電流を抑えながらチップの小型化を図る技術が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）が、チップ製造のコストアップに繋がるという問題があった。このため通常の保護膜を用いたチップを用いても漏れ電流を防ぐことの出来る誘電率の高い封止材料が求められていた。

木村雅秀著「特集５０ｎｍ時代のＬＳＩ技術・経営"異質"の難しさに挑む Ｐａｒｔ２デバイス技術 見えてきた開発の方向性歪みＳｉやｈｉｇｈ−ｋを駆使」日経マイクロデバイス、２００２年８月号、ｐ４４

本発明は、配線幅の狭い半導体装置においても漏れ電流が発生し難い高誘電率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。

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、及び（Ｄ）１〜１０重量％の酸化ネオジムを含有するチタン酸バリウムを必須成分として含むことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
［２］前記酸化ネオジムを含有するチタン酸バリウムの含有量が、エポキシ樹脂組成物全体に対して７５〜９５重量％である第［１］項記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
［３］前記エポキシ樹脂組成物の硬化物の誘電率が２０以上である第［１］又は［２］項記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
［４］第［１］ないし［３］項のいずれかに記載の半導体封止用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。

本発明に従うと、高誘電率で且つ成形性も良好な半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及び配線幅の狭い場合においても漏れ電流が発生し難い半導体装置を得ることができる。

本発明は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、硬化促進剤、及び１〜１０重量％の酸化ネオジムを含有するチタン酸バリウムを必須成分として含むことにより、高誘電率で且つ、成形性も良好な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。更に前記樹脂組成物はその硬化物の誘電率が高いため、チップの漏れ電流を防ぎ、ＰＫＧを小型化することができる。
以下、本発明について詳細に説明する。

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）等を用いることができる。また、これらのエポキシ樹脂は単独でも２種類以上混合して用いても良い。

本発明に用いるフェノール樹脂は、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。

エポキシ樹脂とフェノール樹脂の含有割合は、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。

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等のジアザビシクロアルケン及びその誘導体、トリフェニルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン等の有機ホスフィン類、２−メチルイミダゾール等のイミダゾール化合物、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラ安息香酸ボレート、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、テトラフェニルホスホニウム・テトラナフトイルオキシボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラナフチルオキシボレート等のテトラ置換ホスホニウム・テトラ置換ボレート、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。

本発明に用いる酸化ネオジムを１〜１０重量％含有するチタン酸バリウムは、樹脂組成物の硬化物において誘電率を大幅に上げることが出来る。通常のチタン酸バリウムは単体の誘電率が８０００〜４００００と高いが樹脂組成物に添加した場合、樹脂組成物の硬化物では高誘電化の効果が著しく低下する。しかし、チタン酸バリウムが酸化ネオジムを含有することにより樹脂組成物の硬化物での誘電率を上げる事が出来る。酸化ネオジムを含有したチタン酸バリウムは、チタン酸バリウムと酸化ネオジムを予め均一に混合し、混合物を７００℃以上で仮焼成又は焼成後、粉砕することにより得ることが出来るが、製造方法としてはこれに限らない。本発明に用いる酸化ネオジムを含有するチタン酸バリウムは樹脂組成物全体に対して７５〜９５重量％が好ましく、より望ましくは８３〜９５重量％用いる。酸化ネオジムを含有するチタン酸バリウムの含有量が下限値を下回ると十分な高誘電化の効果が得られず、上限値を上回ると流動性が大幅に低下し成形性に問題が発生する恐れがある。酸化ネオジムを含有するチタン酸バリウムはシランカップリング材等により表面処理をしてもかまわない。表面処理の方法としては、他の配合原料と混合する前に酸化ネオジムを含有するチタン酸バリウムとシランカップリング剤を混合する等して表面処理しても、或いは他の配合原料との混合時に同時に表面処理してもかまわない。

また、本発明で用いる酸化ネオジムを含有するチタン酸バリウム以外に、他種の無機充填材を併用しても差し支えない。併用する無機充填材としては、誘電率の大幅な低下が無い範囲で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、球状溶融シリカ、破砕状溶融シリカ、結晶シリカ、タルク、アルミナ、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、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。

本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、フェノール硬化剤、硬化促進剤、酸化ネオジムを含有するチタン酸バリウムを必須成分とするが、更にこれ以外に必要に応じて、エポキシシラン、メルカプトシラン、アミノシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、ビニルシラン等のシランカップリング剤や、チタネートカップリング剤、アルミニウムカップリング剤、アルミニウム／ジルコニウムカップリング剤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、カルナバワックス等の天然ワックス、ポリエチレンワックス等の合成ワックス、ステアリン酸やステアリン酸亜鉛等の高級脂肪酸及びその金属塩類若しくはパラフィン等の離型剤、シリコーンオイル、シリコーン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。

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必要に応じ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。

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。
実施例１
ビフェニル型エポキシ樹脂［エポキシ当量１９５ｇ／ｅｑ、軟化点５５℃］
８．３重量部
フェノールノボラック樹脂Ａ［水酸基当量１０５ｇ／ｅｑ、軟化点８０℃］
４．５重量部
トリフェニルホスフィン（以下ＴＰＰと言う） ０．３重量部
チタン酸バリウム１（酸化ネオジム３．５重量％含有、平均粒径２７μｍ）
７７．２重量部
溶融球状シリカ（平均粒径２３μｍ） ８．６重量部
シランカップリング剤（γ−グリシジルトリメトキシシラン） ０．４重量部
カルナバワックス ０．４重量部
カーボンブラック ０．３重量部
をミキサーにて混合した後、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。

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℃、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℃、圧力９．８ＭＰa、硬化時間１８０秒で、直径５０ｍｍ、厚さ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。

実施例２〜８、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。
フェノールノボラック樹脂Ｂ［水酸基当量１０５ｇ／ｅｑ、軟化点６３℃］
チタン酸バリウム２（酸化ネオジム１．５重量％含有、平均粒径３０μｍ）
チタン酸バリウム３（酸化ネオジム７．５重量％含有、平均粒径２７μｍ）
チタン酸バリウム４（酸化ネオジム０．１重量％含有、平均粒径３１μｍ）

本発明の樹脂組成物は、その硬化物の誘電率が高く、チップの漏れ電流を防ぎ、ＰＫＧを小型化することができるため、メモリー、ＡＳＩＣ等、小型化への要求が強い半導体装置用として好適である。

Claims (4)

1. （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、及び（Ｄ）１〜１０重量％の酸化ネオジムを含有するチタン酸バリウムを必須成分として含むことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
2. 前記酸化ネオジムを含有するチタン酸バリウムの含有量が、エポキシ樹脂組成物全体に対して７５〜９５重量％である請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
3. 前記エポキシ樹脂組成物の硬化物の誘電率が２０以上である請求項１又は２記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体封止用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。