JP2006282818A - エポキシ樹脂組成物および半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 耐半田性、耐湿信頼性、高温保管性、難燃性に優れた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。
【解決手段】 1分子内にエポキシ基を2個以上有する化合物(A)、1分子内にフェノール性水酸基を2個以上有する化合物(B)および炭素−炭素三重結合を含む一般式(1)で表される化合物(C)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る。
【化1】
[式(1)中、R1〜R2、X1〜X2は水素または炭素−炭素三重結合基から選択され、少なくともひとつは、炭素−炭素三重結合基を含み、Yは一般式(2)または(3)で表される基を示し、aは1以上の整数である。]
【化2】
【化3】
[式(2)および(3)中、R3〜R14は、それぞれ、水素、炭素数1〜4のアルキル基、フェニル基の中から選択される1種を示し、互いに同一であっても異なっていてもよい。]
【解決手段】 1分子内にエポキシ基を2個以上有する化合物(A)、1分子内にフェノール性水酸基を2個以上有する化合物(B)および炭素−炭素三重結合を含む一般式(1)で表される化合物(C)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る。
【化1】
[式(1)中、R1〜R2、X1〜X2は水素または炭素−炭素三重結合基から選択され、少なくともひとつは、炭素−炭素三重結合基を含み、Yは一般式(2)または(3)で表される基を示し、aは1以上の整数である。]
【化2】
【化3】
[式(2)および(3)中、R3〜R14は、それぞれ、水素、炭素数1〜4のアルキル基、フェニル基の中から選択される1種を示し、互いに同一であっても異なっていてもよい。]
Description
本発明はエポキシ樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置に関するものである。
IC、LSI等の半導体素子は、主にエポキシ樹脂組成物で封止され半導体装置に用いられている。近年の電子機器の市場動向は、小型化、軽量化、高性能化が進んできており、これに対応するため、半導体素子の高集積化が年々進んできている。又、半導体装置は、表面実装化が促進されており、半導体素子の高集積化において、半導体素子は大型化し、これを搭載する半導体装置は、TSOP(Thin Small Outline Package)、TQFP(Thin Quad Flat Package)、BGA(Ball Grid Array)等の形態となり、表面実装型の半導体装置になってきている。
これらに、半導体素子を封止する従来のエポキシ樹脂組成物を適用した場合、表面実装の際に、半導体装置が半田浸漬または半田リフロー工程で、急激に200℃以上の高温環境下に置かれることより、樹脂組成物の硬化物に収縮が生じ、あるいは硬化物に吸湿した水分が爆発的に気化し、その応力により、半導体装置にクラックが発生したり、半導体素子、リードフレーム、インナーリード上のメッキ部分とエポキシ樹脂組成物の硬化物との界面で剥離が生じ、封止材料としての電気的信頼性が著しく低下する問題がある。実装時の熱応力に対応するために、低粘度の樹脂成分を用いて無機充填材を高充填して、樹脂組成物の硬化物の強度と吸湿率を向上させるか、樹脂成分としてはよりビフェニル型エポキシ樹脂等の結晶性エポキシ樹脂やジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂等を用いて硬化物の強靱性を付与する手法がなされている。しかし、これらのエポキシ樹脂を使用したエポキシ樹脂組成物は、硬化物のガラス転移温度が従来よりも低くなるため、高温又は多湿の環境においてエポキシ樹脂組成物に含まれるエポキシ樹脂由来のCl−イオン、難燃性を付与するために用いられている化合物由来のBr−イオン、その他ごく僅かではあるが不純物として混入するNa+イオン等のイオン性不純物の移動が生じて、半導体素子の腐食が進み易くなることから、耐湿信頼性、及び150℃程度の高温雰囲気下でも半導体装置がその機能を維持できる保存信頼性(以下、高温保管性という。)に問題が出てくる。
高温保管特性を改善する方法としては、樹脂組成物のガラス転移温度を高くする方法が挙げられ、高いガラス転移温度を有有する半導体封止用樹脂組成物として、多官能エポキシ樹脂を用いることが試みられている(例えば、特許文献1参照。)が、多官能エポキシ樹脂を用いた場合、硬化により発生する水酸基の密度が高く吸湿性が低下するため、耐半田性および耐湿信頼性の低下が見られる。
特開平4−217675号公報
本発明は、耐半田性、耐湿信頼性、高温保管性、難燃性に優れた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。
本発明者らは、上記問題点に鑑み、鋭意検討を重ねた結果、炭素−炭素三重結合を含む化合物を必須成分することにより、樹脂組成物のガラス転移温度が高く高温保管特性に優れ、且つ硬化により発生する水酸基密度の上昇がなく吸湿率が低いため、耐半田性および耐湿信頼性に優れることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
即ち、本発明は、1分子内にエポキシ基を2個以上有する化合物(A)、1分子内にフェノール性水酸基を2個以上有する化合物(B)および炭素−炭素三重結合を含む一般式(1)で表される化合物(C)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る。
[式(2)および(3)中、R3〜R14は、それぞれ、水素、炭素数1〜4のアルキル基、フェニル基の中から選択される1種を示し、互いに同一であっても異なっていてもよい。]
本発明のエポキシ樹脂組成物は、充填剤を含むことができる。これにより、硬化物の吸湿率を下げるとともに、線膨張係数を低くすることができる。
また、本発明は、前記エポキシ樹脂組成物の硬化物によって、半導体素子が封止されてなる半導体装置である。
また、本発明は、前記エポキシ樹脂組成物の硬化物によって、半導体素子が封止されてなる半導体装置である。
本発明によれば、前記エポキシ樹脂組成物を用いて、その硬化物により封止した半導体装置は、耐半田性、耐湿信頼性、難燃性、高温保管性に優れるものである。
本発明は、1分子内にエポキシ基を2個以上有する化合物(A)と、1分子内にフェノール性水酸基を2個以上有する化合物(B)および一般式(1)で表される炭素−炭素三重結合を有する化合物(C)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、炭素−炭素三重結合を含む化合物を含むことにより、このエポキシ樹脂組成物の硬化物で半導体素子が封止された半導体装置は、耐半田性、耐湿信頼性、難燃性、高温保管性に優れるものである。
以下、本発明のエポキシ樹脂組成物の各成分について、順次説明する。
[化合物(A)]
本発明に用いる1分子内にエポキシ基を2個以上有する化合物(A)は、1分子内にエポキシ基を2個以上有するものであれば、何ら制限はない。
この化合物(A)としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、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、ナフタレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂およびジヒドロキシベンゼン型エポキシ樹脂など、フェノール類、ナフトール類やフェノール樹脂などの水酸基にエピクロロヒドリンを反応させて製造するエポキシ樹脂、その他に、オレフィンを過酸により酸化させエポキシ化した脂環式エポキシ樹脂や、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
[化合物(A)]
本発明に用いる1分子内にエポキシ基を2個以上有する化合物(A)は、1分子内にエポキシ基を2個以上有するものであれば、何ら制限はない。
この化合物(A)としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、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、ナフタレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂およびジヒドロキシベンゼン型エポキシ樹脂など、フェノール類、ナフトール類やフェノール樹脂などの水酸基にエピクロロヒドリンを反応させて製造するエポキシ樹脂、その他に、オレフィンを過酸により酸化させエポキシ化した脂環式エポキシ樹脂や、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
これらの中でも、前記化合物(A)としては、特に、ビフェニル型エポキシ樹脂およびビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂のいずれか一方または双方を主成分とするものを用いるのが好ましい。これにより、エポキシ樹脂組成物の成形時(例えば半導体装置の製造時等)の流動性が向上するとともに、得られた半導体装置の耐半田クラック性がより向上する。
ここで、「耐半田クラック性の向上」とは、得られた半導体装置が、例えば半田浸漬や半田リフロー工程等において、高温に曝された場合であっても、クラックや剥離等の欠陥の発生が生じ難くなることを言う。
ここで、「耐半田クラック性の向上」とは、得られた半導体装置が、例えば半田浸漬や半田リフロー工程等において、高温に曝された場合であっても、クラックや剥離等の欠陥の発生が生じ難くなることを言う。
前記ビフェニル型エポキシ樹脂およびビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂は有機置換基を有していてもよく、有機置換基としては、水素、メチル基、エチル基、プロピル基およびヘキシル基などの炭素数1〜4のアルキル基、フェニル基から選ばれるが、これらの置換基の中でも、特に、水素原子またはメチル基であるのが好ましい。これにより、エポキシ樹脂組成物の溶融粘度が低下し、例えば半導体装置の製造時等に、その取り扱いが容易となる。また、その硬化物は、吸水性が低減するので、得られた半導体装置は、その内部の部材の経時劣化(例えば断線の発生等)が好適に防止され、その耐湿信頼性がより向上する。
[化合物(B)]
本発明に用いる1分子内にフェノール性水酸基を2個以上有する化合物(B)は、1分子内にフェノール性水酸基を2個以上有するものであり、前記化合物(A)の硬化剤として作用(機能)するものである。
この化合物(B)としては、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、ビスフェノール樹脂、トリスフェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ビフェニルアラルキル樹脂、キシリレン変性ノボラック樹脂、テルペン変性ノボラック樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
本発明に用いる1分子内にフェノール性水酸基を2個以上有する化合物(B)は、1分子内にフェノール性水酸基を2個以上有するものであり、前記化合物(A)の硬化剤として作用(機能)するものである。
この化合物(B)としては、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、ビスフェノール樹脂、トリスフェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ビフェニルアラルキル樹脂、キシリレン変性ノボラック樹脂、テルペン変性ノボラック樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
これらの中でも、前記化合物(B)としては、特に、前記フェノールアラルキル樹脂およびビフェニルアラルキル樹脂のいずれか一方または双方を主成分とするものを用いるのが好ましい。これにより、エポキシ樹脂組成物の成形時(例えば半導体装置の製造時等)の流動性が向上するとともに、得られた半導体装置の耐半田クラック性や耐湿信頼性がより向上する。
前記フェノールアラルキル樹脂およびビフェニルアラルキル樹脂は有機置換基を有していてもよく、有機置換基としては、それぞれ、水素、メチル基、エチル基、プロピル基およびヘキシル基などの炭素数1〜4のアルキル基、フェニル基から選ばれるが、これらの置換基の中でも、特に、水素原子またはメチル基であるのが好ましい。かかるフェノール樹脂は、それ自体の溶融粘度が低いため、エポキシ樹脂組成物中に含有しても、エポキシ樹脂組成物の溶融粘度を低く保持することができ、その結果、例えば半導体装置の製造時等に、その取り扱いが容易となる。また、エポキシ樹脂組成物の硬化物(得られる半導体装置)の吸水性(吸湿性)が低減して耐湿信頼性がより向上するとともに、耐半田クラック性もより向上する。
[化合物(C)]
本発明に用いる化合物(C)としては炭素−炭素三重結合基を有する一般式(1)で表される化合物であることが好ましい。
前記一般式(1)で表される化合物は、一般式(1)中の、R1〜R2、X1〜X2として、水素または炭素−炭素三重結合基から選択されるものを含み、それらの少なくともひとつは、炭素−炭素三重結合基を含み、Yとして、一般式(2)または(3)で表される基を含むものである。また、一般式(1)中の繰返し単位を表すaは1以上の整数である。1〜10程度であるのが好ましく、1〜5程度であるのがより好ましい。繰り返し単位を前記範囲とすることにより、溶融粘度が低く樹脂組成物の流動性が良好となる。
また、一般式(2)および(3)で表される基は、式中のR3〜R14として、それぞれ、水素、炭素数1〜4のアルキル基、フェニル基の中から選択される1種を有するものであり、これらは互いに同一であっても異なっていてもよいものである。また、前記炭素数1〜4のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基およびヘキシル基などが挙げられるが、これらの置換基の中でも、特に、メチル基であるのが好ましい。これにより、溶融粘度が低く樹脂組成物の流動性が良好となる。
前記炭素−炭素三重結合基としては、エチニル基、プロパギルエーテル基、フェニルアセチレン基、ジアセチレン基等が挙げられる。
本発明に用いる化合物(C)としては炭素−炭素三重結合基を有する一般式(1)で表される化合物であることが好ましい。
前記一般式(1)で表される化合物は、一般式(1)中の、R1〜R2、X1〜X2として、水素または炭素−炭素三重結合基から選択されるものを含み、それらの少なくともひとつは、炭素−炭素三重結合基を含み、Yとして、一般式(2)または(3)で表される基を含むものである。また、一般式(1)中の繰返し単位を表すaは1以上の整数である。1〜10程度であるのが好ましく、1〜5程度であるのがより好ましい。繰り返し単位を前記範囲とすることにより、溶融粘度が低く樹脂組成物の流動性が良好となる。
また、一般式(2)および(3)で表される基は、式中のR3〜R14として、それぞれ、水素、炭素数1〜4のアルキル基、フェニル基の中から選択される1種を有するものであり、これらは互いに同一であっても異なっていてもよいものである。また、前記炭素数1〜4のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基およびヘキシル基などが挙げられるが、これらの置換基の中でも、特に、メチル基であるのが好ましい。これにより、溶融粘度が低く樹脂組成物の流動性が良好となる。
前記炭素−炭素三重結合基としては、エチニル基、プロパギルエーテル基、フェニルアセチレン基、ジアセチレン基等が挙げられる。
本発明に用いる炭素−炭素三重結合基を有する化合物(C)は、炭素−炭素三重結合基を有するフェノールと、有機置換基を有するかもしくは有しない1,4−ビス−メトキシメチルベンゼンまたは1,4−ビス−メトキシメチルビフェニルとを酸性条件下にて溶媒中または無溶媒において縮合反応させることよって得ることができる。または、三重結合基を有するハロゲン化物とフェノールアラルキル樹脂またはビフェニルアラルキル樹脂とを溶媒中または無溶媒において反応させることよっても得ることができる。
前記炭素−炭素三重結合基を有するフェノールとしては、m−エチニルフェノール、p−エチニルフェノール、m−プロパギルフェノール、p−プロパギルフェノールなどが挙げられる。
前記有機置換基を有する1,4−ビス−メトキシメチルベンゼンまたは1,4−ビス−メトキシメチルビフェニルの有機置換基としては、水素、炭素数1〜4のアルキル基、フェニル基などが挙げられる。
前記三重結合基を有するハロゲン化物としては、塩化アセチレン、臭化アセチレン、塩化プロパギル
臭化プロパギルなどが挙げられる。
臭化プロパギルなどが挙げられる。
前記溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、トルエン、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、1,4−ジオキサン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルなどが挙げられ、単独もしくは混合溶媒にして使用することができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物における炭素−炭素三重結合基有する化合物(C)の配合量としては、1分子内にエポキシ基を2個以上有する化合物(A)と、1分子内にフェノール性水酸基を2個以上有する化合物(B)との合計100重量部に対して、0.1〜60重量部が好ましいが、1〜40重量部の範囲とするのが、より好ましい。前記下限値未満では高温保管特性の効果が小さくなる恐れがあり、一方、前記上限値を越えると速硬化性が低下する恐れがある。
本発明に用いる充填剤としては、一般に封止材料に使用されているものを使用することができる。例えば、溶融シリカおよび結晶シリカ等のシリカ、アルミナ、タルク、炭酸カルシウム、クレー、マイカなどが挙げられる。これらに内、溶融シリカが好ましく粒子形状が球状であることが好ましい。充填材としてより好ましいのは、1〜100μmの球状シリカである。これにより、硬化物の吸湿率を低下させるとともに、線膨張係数を低下させることができる。
本発明における充填剤の配合量としては、1分子内にエポキシ基を2個以上有する化合物(A)と、1分子内にフェノール性水酸基を2個以上有する化合物(B)との合計量100重量部あたり、200〜2400重量部であることが好ましい。
また、本発明のエポキシ樹脂組成物には、必要に応じて、前記成分の他に、例えば、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のカップリング剤、カーボンブラック等の着色剤、シリコーンオイル、シリコーンゴム等の低応力成分、天然ワックス、合成ワックス、高級脂肪酸またはその金属塩類、パラフィン等の離型剤、酸化防止剤等の各種添加剤を添加することができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、前記1分子内にエポキシ基を2個以上有する化合物(A)、1分子内にフェノール性水酸基を2個以上有する化合物(B)および一般式(1)で表される炭素−炭素三重結合基有する化合物(C)を、必要に応じて、充填材、その他の各種添加剤を、ミキサーを用いて、常温混合し、更にこれらの混合物を、熱ロールおよび加熱ニーダー等の混練機を用いて、加熱混練後、冷却、粉砕することにより得られる。
本発明の半導体装置は、上記で得られた充填材を含むエポキシ樹脂組成物を、モールド樹脂として用いて、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、硬化成形することにより、半導体素子を封止して、得られる。
このようにして得られた本発明の半導体装置は、耐半田性、耐湿信頼性、高温保管性、難燃性に優れる。
このようにして得られた本発明の半導体装置は、耐半田性、耐湿信頼性、高温保管性、難燃性に優れる。
以上、本発明のエポキシ樹脂組成物および半導体装置の好適実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。
以下、実施例により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれによって何ら限定されるものではない。
[化合物(C)の合成例]
化合物(C)以下に合成例を示すが、必ずしもこの方法、反応温度、反応時間に限定されるものではない。
化合物(C)以下に合成例を示すが、必ずしもこの方法、反応温度、反応時間に限定されるものではない。
[化合物C−1]
撹拌機、冷却器を備えた反応器に、1,4−ビス−メトキシメチルベンゼン86.3g(0.52mol)およびm−エチニルフェノ−ル590g(5mol)とを仕込み、48%硫酸0.3gを加えた後、反応温度を160℃に保ちながら3.5時間反応させた。その間、生成するメタノールを留去した。反応終了後、得られた反応溶液を冷却し、水洗を3回行った。油層を分離し、減圧蒸留により未反応物を留去することにより化合物C−1を260.0g得た。
撹拌機、冷却器を備えた反応器に、1,4−ビス−メトキシメチルベンゼン86.3g(0.52mol)およびm−エチニルフェノ−ル590g(5mol)とを仕込み、48%硫酸0.3gを加えた後、反応温度を160℃に保ちながら3.5時間反応させた。その間、生成するメタノールを留去した。反応終了後、得られた反応溶液を冷却し、水洗を3回行った。油層を分離し、減圧蒸留により未反応物を留去することにより化合物C−1を260.0g得た。
[化合物C−2]
化合物C−1の合成において、1,4−ビス−メトキシメチルベンゼン86.3g(0.52mol)
に代え1,4−ビス−メトキシメチルビフェニル125.8g(0.52mol)を用いた以外は化合物C−1の合成と同様にして化合物C−2を275.2g得た。
化合物C−1の合成において、1,4−ビス−メトキシメチルベンゼン86.3g(0.52mol)
に代え1,4−ビス−メトキシメチルビフェニル125.8g(0.52mol)を用いた以外は化合物C−1の合成と同様にして化合物C−2を275.2g得た。
[化合物C−3]
撹拌機、冷却器を備えた反応器に、フェニルアラルキル型フェノール樹脂200g(1モル)とアセトン550mlを入れ、攪拌して溶解させた。塩化トリエチルアンモニウム5gを加えた後、反応温度を60℃に保ちながら、臭化プロパギルの80%トルエン溶液を133ml滴下し、60℃で35時間反応させた。反応終了後、析出物をろ過し、真空乾燥機にて、60℃で8時間真空乾燥し、化合物C−3を225.7g得た。
撹拌機、冷却器を備えた反応器に、フェニルアラルキル型フェノール樹脂200g(1モル)とアセトン550mlを入れ、攪拌して溶解させた。塩化トリエチルアンモニウム5gを加えた後、反応温度を60℃に保ちながら、臭化プロパギルの80%トルエン溶液を133ml滴下し、60℃で35時間反応させた。反応終了後、析出物をろ過し、真空乾燥機にて、60℃で8時間真空乾燥し、化合物C−3を225.7g得た。
[化合物C−4]
化合物C−3の合成において、フェニルアラルキル型フェノール樹脂200g(1モル)に代え、ビフェニルアラルキル型フェノール樹脂124g(1モル)を用いた以外は化合物C−3の合成と同様にして化合物C−4を131.4g得た。
化合物C−3の合成において、フェニルアラルキル型フェノール樹脂200g(1モル)に代え、ビフェニルアラルキル型フェノール樹脂124g(1モル)を用いた以外は化合物C−3の合成と同様にして化合物C−4を131.4g得た。
次いで、上記で得た化合物C−1〜C−4のそれぞれを用いて、エポキシ樹脂組成物を作製し、各種特性を評価した。各特性の測定方法および試験方法は、下記の通りとした。
[評価方法]
(1)スパイラルフロー
EMMI−I−66に準じたスパイラルフロー測定用の金型を用い、金型温度175℃、注入圧力6.86MPa、硬化時間2分で測定した。スパイラルフローは、流動性のパラメータであり、数値が大きい方が、流動性が良好である。
(1)スパイラルフロー
EMMI−I−66に準じたスパイラルフロー測定用の金型を用い、金型温度175℃、注入圧力6.86MPa、硬化時間2分で測定した。スパイラルフローは、流動性のパラメータであり、数値が大きい方が、流動性が良好である。
(2)硬化トルク
キュラストメーター(オリエンテック(株)製、JSRキュラストメーターIVPS型)を用い、175℃、45秒後のトルクを測定した。この値の大きい方が硬化性は良好である。
キュラストメーター(オリエンテック(株)製、JSRキュラストメーターIVPS型)を用い、175℃、45秒後のトルクを測定した。この値の大きい方が硬化性は良好である。
(3)ガラス転移温度(Tg)測定
トランスファー成形機を用いて、金型温度175℃、注入圧力6.86MPa、硬化時間120秒で、試験片(幅2mm×長さ30mm×厚さ1.0mm)を成形し、175℃、4時間で後硬化したものを用いた。
測定には、動的粘弾性測定装置(セイコーインスツルメント社製 DMS6100)を用い5℃/分の割合で昇温しながら、周波数10Hzの歪みを与えて動的粘弾性の測定を行ない、tanδのピーク値からガラス転移温度(Tg)を判定した。
トランスファー成形機を用いて、金型温度175℃、注入圧力6.86MPa、硬化時間120秒で、試験片(幅2mm×長さ30mm×厚さ1.0mm)を成形し、175℃、4時間で後硬化したものを用いた。
測定には、動的粘弾性測定装置(セイコーインスツルメント社製 DMS6100)を用い5℃/分の割合で昇温しながら、周波数10Hzの歪みを与えて動的粘弾性の測定を行ない、tanδのピーク値からガラス転移温度(Tg)を判定した。
(4)耐半田クラック性
100ピンTQFP(Thin Quad Flat Package)の半導体パッケージを、85℃、相対湿度85%の環境下で、168時間放置し、その後、260℃の半田槽に10秒間浸漬した。顕微鏡で外部クラックを観察し、クラック発生率[(クラック発生パッケージ数)/(全パッケージ数)×100]を%で表示した。また、チップと樹脂組成物の硬化物との剥離面積の割合を、超音波探傷装置を用いて測定し、剥離率[(剥離面積)/(チップ面積)×100]として、5個のパッケージの平均値を求め、%で表示した。クラック数、剥離率が少ないほど、耐半田クラック性は良好である。
100ピンTQFP(Thin Quad Flat Package)の半導体パッケージを、85℃、相対湿度85%の環境下で、168時間放置し、その後、260℃の半田槽に10秒間浸漬した。顕微鏡で外部クラックを観察し、クラック発生率[(クラック発生パッケージ数)/(全パッケージ数)×100]を%で表示した。また、チップと樹脂組成物の硬化物との剥離面積の割合を、超音波探傷装置を用いて測定し、剥離率[(剥離面積)/(チップ面積)×100]として、5個のパッケージの平均値を求め、%で表示した。クラック数、剥離率が少ないほど、耐半田クラック性は良好である。
(5)耐湿信頼性
16ピンDIP(Dual Inline Package)の半導体パッケージを、125℃、相対湿度100%の水蒸気中で、20Vの電圧を、16ピンDIPに印加し、断線不良を調べた。15個のパッケージのうち、8個以上に不良が出るまでの時間を、不良時間とした。単位は時間。なお、測定時間は、最長で500時間とし、その時点で不良パッケージ数が8個未満であったものは、不良時間を500時間以上と示した。不良時間が長いほど、耐湿信頼性に優れる。
16ピンDIP(Dual Inline Package)の半導体パッケージを、125℃、相対湿度100%の水蒸気中で、20Vの電圧を、16ピンDIPに印加し、断線不良を調べた。15個のパッケージのうち、8個以上に不良が出るまでの時間を、不良時間とした。単位は時間。なお、測定時間は、最長で500時間とし、その時点で不良パッケージ数が8個未満であったものは、不良時間を500時間以上と示した。不良時間が長いほど、耐湿信頼性に優れる。
(6)高温保管特性
16ピンDIP(Dual Inline Package)の半導体パッケージを、185℃で1000時間処理し、内部のICチップの電気抵抗を測定した。通常0.6Ωである電気抵抗の回路が、劣化して電気抵抗1Ω以上となった場合を不良と見なし、10パッケージ中の不良個数を測定した。
16ピンDIP(Dual Inline Package)の半導体パッケージを、185℃で1000時間処理し、内部のICチップの電気抵抗を測定した。通常0.6Ωである電気抵抗の回路が、劣化して電気抵抗1Ω以上となった場合を不良と見なし、10パッケージ中の不良個数を測定した。
(7)UL94難燃性
トランスファー成形機を用いて、金型温度175℃、注入圧力6.86MPa、硬化時間120秒で、試験片(127mm×12.7mm×厚み1.6mm)を成形し、175℃、8時間で後硬化し、UL−94垂直法に準じて測定し、難燃性を判定した。
トランスファー成形機を用いて、金型温度175℃、注入圧力6.86MPa、硬化時間120秒で、試験片(127mm×12.7mm×厚み1.6mm)を成形し、175℃、8時間で後硬化し、UL−94垂直法に準じて測定し、難燃性を判定した。
[エポキシ樹脂組成物の調製および半導体装置の製造]
以下のようにして、前記化合物(C)を含むエポキシ樹脂組成物を調製し、半導体装置を製造した。
以下のようにして、前記化合物(C)を含むエポキシ樹脂組成物を調製し、半導体装置を製造した。
(実施例1)
まず、化合物(A)として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YX4000H)、化合物(B)としてフェノールアラルキル樹脂(三井化学(株)製XL−225、ただし、繰り返し単位数:3は、平均値を示す。)、硬化促進剤(DBU:1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7)、化合物(C)としてC−1、無機充填材(D)として溶融球状シリカ(平均粒径15μm)、その他の添加剤としてカーボンブラック、カルナバワックス、シランカップリング剤(A−186)を、それぞれ用意した。
まず、化合物(A)として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YX4000H)、化合物(B)としてフェノールアラルキル樹脂(三井化学(株)製XL−225、ただし、繰り返し単位数:3は、平均値を示す。)、硬化促進剤(DBU:1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7)、化合物(C)としてC−1、無機充填材(D)として溶融球状シリカ(平均粒径15μm)、その他の添加剤としてカーボンブラック、カルナバワックス、シランカップリング剤(A−186)を、それぞれ用意した。
次に、ビフェニル型エポキシ樹脂:48重量部、フェノールアラルキル樹脂:42重量部、化合物C−1:20重量部、溶融球状シリカ:730重量部、カーボンブラック:2重量部、カルナバワックス:2重量部、シランカップリング剤(A−186)3重量部、DBU1.5重量部を、まず室温で混合し、次いで熱ロールを用いて95℃で8分間混練した後、冷却粉砕して、エポキシ樹脂組成物(熱硬化性樹脂組成物)を得た。
次に、このエポキシ樹脂組成物をモールド樹脂として用い、100ピンTQFPのパッケージ(半導体装置)を8個、および、16ピンDIPのパッケージ(半導体装置)を15個、それぞれ製造した。
100ピンTQFPは、金型温度175℃、注入圧力7.4MPa、硬化時間2分でトランスファーモールド成形し、175℃、8時間で後硬化させることにより製造した。
なお、この100ピンTQFPのパッケージサイズは、14×14mm、厚み1.4mm、シリコンチップ(半導体素子)サイズは、8.0×8.0mm、リードフレームは、42アロイ製とした。
なお、この100ピンTQFPのパッケージサイズは、14×14mm、厚み1.4mm、シリコンチップ(半導体素子)サイズは、8.0×8.0mm、リードフレームは、42アロイ製とした。
また、16ピンDIPは、金型温度175℃、注入圧力6.8MPa、硬化時間2分でトランスファーモールド成形し、175℃、8時間で後硬化させることにより製造した。
なお、この16ピンDIPのパッケージサイズは、6.4×19.8mm、厚み3.5mm、シリコンチップ(半導体素子)サイズは、3.5×3.5mm、リードフレームは、42アロイ製とした。
なお、この16ピンDIPのパッケージサイズは、6.4×19.8mm、厚み3.5mm、シリコンチップ(半導体素子)サイズは、3.5×3.5mm、リードフレームは、42アロイ製とした。
(実施例2)
まず、化合物(A)としてビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂(日本化薬(株)製、NC−3000P、ただし、繰り返し単位数:3は、平均値を示す。)、化合物(B)としてビフェニルアラルキル型フェノール樹脂(明和化成(株)製、MEH−7851ss、ただし、繰り返し単位数:3は、平均値を示す。)、硬化促進剤としてDBU、化合物(C)としてC−2、無機充填材(D)として溶融球状シリカ(平均粒径15μm)、その他の添加剤としてカーボンブラック、カルナバワックス、シランカップリング剤(A−186)を、それぞれ用意した。
まず、化合物(A)としてビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂(日本化薬(株)製、NC−3000P、ただし、繰り返し単位数:3は、平均値を示す。)、化合物(B)としてビフェニルアラルキル型フェノール樹脂(明和化成(株)製、MEH−7851ss、ただし、繰り返し単位数:3は、平均値を示す。)、硬化促進剤としてDBU、化合物(C)としてC−2、無機充填材(D)として溶融球状シリカ(平均粒径15μm)、その他の添加剤としてカーボンブラック、カルナバワックス、シランカップリング剤(A−186)を、それぞれ用意した。
次に、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂:42重量部、ビフェニルアラルキル型フェノール樹脂:28重量部、化合物C−2:40重量部、溶融球状シリカ:730重量部、カーボンブラック:2重量部、カルナバワックス:2重量部、シランカップリング剤(A−186)3重量部、DBU1.5重量部を、まず、室温で混合し、次いで、熱ロールを用いて105℃で8分間混練した後、冷却粉砕して、エポキシ樹脂組成物(熱硬化性樹脂組成物)を得た。
実施例1と同様にして、半導体封止材料を調製し、各特性の評価をした。評価結果は表1に示した通りであった。
(実施例3,4、比較例1,2)
各成分を、表1に従って、配合した以外は、実施例1と同様にして、半導体封止材料を調製し、各特性の評価をした。評価結果は表1に示した通りであった。
各成分を、表1に従って、配合した以外は、実施例1と同様にして、半導体封止材料を調製し、各特性の評価をした。評価結果は表1に示した通りであった。
(比較例3)
まず、化合物(A)としてトリスフェニル型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン(株)製E−1032H−60)、化合物(B)としてトリスフェニル型フェノール樹脂(明和化成(株)製、MEH−7500)、硬化促進剤としてDBU、無機充填材(D)として溶融球状シリカ(平均粒径15μm)、その他の添加剤としてカーボンブラック、カルナバワックス、シランカップリング剤(A−186)を、それぞれ用意した。
まず、化合物(A)としてトリスフェニル型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン(株)製E−1032H−60)、化合物(B)としてトリスフェニル型フェノール樹脂(明和化成(株)製、MEH−7500)、硬化促進剤としてDBU、無機充填材(D)として溶融球状シリカ(平均粒径15μm)、その他の添加剤としてカーボンブラック、カルナバワックス、シランカップリング剤(A−186)を、それぞれ用意した。
次に、トリスフェニル型エポキシ樹脂:57重量部、トリスフェニル型フェノール樹脂:43重量部、溶融球状シリカ:730重量部、カーボンブラック:2重量部、カルナバワックス:2重量部、シランカップリング剤(A−186)3重量部、DBU1.5重量部を、まず、室温で混合し、次いで、熱ロールを用いて105℃で8分間混練した後、冷却粉砕して、エポキシ樹脂組成物(熱硬化性樹脂組成物)を得た。
実施例1と同様にして、半導体封止材料を調製し、各特性の評価をした。評価結果は表1に示した通りであった。
表1に示した結果から分かるように、実施例1〜4では、いずれも優れた高温保管特性、耐湿信頼性、耐半田性、難燃性を示し、硬化性も十分なものであった。
これに対して、比較例1、2はガラス転移温度(Tg)が低いため高温保管特性が低下する。また多官能のエポキシ樹脂及びフェノール樹脂を用いた比較例3は、Tgが高く高温保管特性に優れるが、耐半田性が十分でない。
これに対して、比較例1、2はガラス転移温度(Tg)が低いため高温保管特性が低下する。また多官能のエポキシ樹脂及びフェノール樹脂を用いた比較例3は、Tgが高く高温保管特性に優れるが、耐半田性が十分でない。
本発明のエポキシ樹脂組成物を用いた硬化物により封止した半導体装置は、耐半田性、耐湿信頼性、難燃性、高温保管性に優れるもので、表面実装型の半導体装置にも有用である。
Claims (3)
- 充填剤を含む請求項1記載のエポキシ樹脂組成物。
- 請求項2記載のエポキシ樹脂組成物の硬化物によって、半導体素子が封止されてなる半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005103573A JP2006282818A (ja) | 2005-03-31 | 2005-03-31 | エポキシ樹脂組成物および半導体装置 |
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
JP2008127553A (ja) * | 2006-11-24 | 2008-06-05 | Matsushita Electric Works Ltd | 封止用エポキシ樹脂組成物とそれを用いた半導体装置 |
JP2008201987A (ja) * | 2007-02-22 | 2008-09-04 | Matsushita Electric Works Ltd | 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 |
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2005
- 2005-03-31 JP JP2005103573A patent/JP2006282818A/ja active Pending
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