JP2007031551A - 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】 ハロゲン含有化合物やアンチモン化合物を難燃剤として用いなくても、これらを配合した封止材料と同等の物性を有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供する。
【解決手段】 エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関する。平均粒径が１μｍ未満の水酸化マグネシウムを難燃剤として配合する。平均粒径が１μｍ以上の水酸化マグネシウムを用いる場合に比べて、少量であっても同等以上の難燃性を確保することができる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、電子部品である半導体装置の封止材料として用いられる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。

従来より、半導体素子などの電子部品の素子の封止材料としてセラミックや熱硬化性樹脂が一般的に用いられている。中でもエポキシ樹脂を用いた封止材料が経済性と性能のバランスの点で好ましく、広く用いられている。

このようなエポキシ樹脂を封止材料として用いる場合は難燃化することが行われており、封止材料に難燃性を付与する手段としては、臭素などのハロゲン含有化合物を配合したり三酸化アンチモン化合物などをエポキシ樹脂に配合することが行われている。しかしながら、ハロゲン含有化合物を用いた場合は燃焼時にダイオキシンを発生する恐れがあり、また、アンチモンは発ガン性が懸念されているために、使用を控える方向で検討されている。

そこで、最近では代替難燃剤として、有機リン系などのリン化合物や水酸化マグネシウムあるいは水酸化アルミニウムなどの金属水酸化物をエポキシ樹脂に配合することが提案されており、中でも合成水酸化マグネシウムを用いた環境対応封止材料の開発が進められている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、水酸化マグネシウムを難燃剤として用いた場合、ハロゲン含有化合物などの難燃剤に比べて難燃性の確保のために多量に添加する必要があり、また、Ｍｇイオンが溶出しやすいために、ハロゲン含有化合物などの難燃剤を用いた封止材料と物性値が異なり、設計の自由度が小さくなるなどの取り扱い性の低下が生じる場合があった。
特開２００１−３１６５９０号公報

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ハロゲン含有化合物やアンチモン化合物を難燃剤として用いなくても、これらを配合した封止材料と同等の物性を有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供することを目的とするものである。

また、本発明は上記の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いた難燃性の高い半導体装置を提供することを目的とするものである。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、平均粒径が１μｍ未満の水酸化マグネシウムを難燃剤として配合して成ることを特徴とするものである。

本発明にあって、シランカップリング剤で処理した水酸化マグネシウムを用いるのが好ましい。

また、本発明にあって、水酸化マグネシウムと樹脂成分とを他の成分よりも先に溶融混合するのが好ましい。

本発明の半導体装置は、上記いずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を封止材料として用いて成ることを特徴とするものである。

本発明では、平均粒径が１μｍ未満の水酸化マグネシウムを難燃剤として配合するために、平均粒径が１μｍ以上の水酸化マグネシウムを用いる場合に比べて、少量であっても同等以上の難燃性を確保することができる。従って、難燃剤を多量に添加する必要が無く、ハロゲン含有化合物やアンチモン化合物を難燃剤として用いた封止材料の性状とほとんど同等の物性を確保することができるものである。

また、シランカップリング剤で処理した水酸化マグネシウムを用いることで、流動性を確保することができ、ハロゲン含有化合物やアンチモン化合物を難燃剤として用いた封止材料に比べて、成形性が損なわれないようにすることができるものである。

また、水酸化マグネシウムと樹脂成分とを他の成分よりも先に溶融混合することにより、マスターバッチ化して流動性を確保することができ、ハロゲン含有化合物やアンチモン化合物を難燃剤として用いた封止材料に比べて、成形性が損なわれないようにすることができるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

エポキシ樹脂としては、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ブロム含有エポキシ樹脂などをそれぞれ単独であるいは複数を併せて用いることができる。エポキシ樹脂の配合量は本発明の組成物の全量に対して７〜３５質量％の範囲で用いることができる。エポキシ樹脂の配合量が７質量％未満であると、硬化不足などの問題が生じる恐れがあり、３５質量％よりも多いと相対的に他の成分の配合量が少なくなって本発明の効果を得ることができなくなる恐れがある。

硬化剤としては、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、フェノールアラルキル、ナフトールアラルキルなどの各種の多価フェノール化合物あるいはナフトール化合物をそれぞれ単独であるいは複数を併せて用いることができる。硬化剤はエポキシ樹脂に対して当量比で０．５〜１．５、好ましくは０．８〜１．２の配合量にするのが好ましい。当量比が上記範囲を逸脱すると、硬化不足や成形性の低下を招く恐れがある。

無機充填材としては、結晶・溶融シリカの他、アルミナ、窒化珪素等をそれぞれ単独で用いたり複数併せて用いることができる。無機充填材の配合量は本発明の組成物の全量に対して６０〜９３質量％であることが好ましい。無機充填材の配合量がこの範囲を逸脱すると、本発明の組成物の硬化後の強度が低くなる恐れがある。

難燃剤としては、平均粒径が１μｍ未満の水酸化マグネシウムを用いる。平均粒径が１μｍ以上の水酸化マグネシウムを用いると、比表面積が小さくなって配合量を多くしないと充分な難燃性を確保することができなくなる恐れがあり、このために、封止樹脂としての物性値の変化が大きくなり、設計の自由度が小さくなる恐れがある。本発明では平均粒径が０．５μｍ以下の水酸化マグネシウムを用いるのが好ましい。また、本発明では分散混合の観点から平均粒径が０．３μｍ以上の水酸化マグネシウムを用いるのが好ましいが、分散性の問題がなければ、水酸化マグネシウムの結晶の大きさにより近い平均粒径０．１μｍのものを使用することができる。尚、本発明において「平均粒径」とは、レーザー回折式測定装置を用いて測定した平均粒径である。このように平均粒径が１μｍ未満の水酸化マグネシウムを用いると、比表面積が増えて流動性が低下する恐れがある。そこで、本発明では難燃剤の表面をカップリング剤で処理するのが好ましい。カップリング剤としては、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプトシランの他、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のグリシドキシシラン、あるいはアミノシラン等も併用することができる。水酸化マグネシウムの表面処理は、カップリング剤のエタノール溶液（濃度は０．５〜１０質量％）を調製し、これに水酸化マグネシウムを浸漬するなどして湿式処理することができる。

本発明では上記の他に、硬化促進剤を配合することができる。硬化促進剤としては、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール等のイミダゾール類の他に、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリメチルホスフィン等の有機ホスフィン類、１，８−ジアザビシクロウンデセン−７（ＤＢＵ）、トリエタノールアミン、ベンジルジメチルアミンなどの三級アミンなどを併用することができる。

また、本発明ではエポキシ基／ポリエーテル基含有ポリシロキサンや着色剤、シリコーン可撓剤などを配合することもできる。尚、エポキシ基／ポリエーテル基含有ポリシロキサンの分子量・官能基当量については特に制限されない。

そして、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、上記のエポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、難燃剤及びその他の成分を配合し、ミキサーやブレンダーなどで均一に混合した後、ニーダーやロールで加熱、混練し、混練後冷却固化し、粉砕して粉粒状にすることにより得ることができる。ここで、難燃剤である水酸化マグネシウムとエポキシ樹脂などの樹脂成分とは他の成分よりも先に予め溶融混合してマスターバッチ化（ＭＢ化）するのが好ましく、これにより、平均粒径が１μｍ未満の水酸化マグネシウムを用いても組成物の流動性を損なわないようにすることができ、成形不良を少なくすることができるものである。具体的には、例えば、使用するフェノールノボラックを１００〜１２０℃で溶融し、この中に水酸化マグネシウムを混合して攪拌するようにすることができる。

本発明の半導体装置は、上記本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を封止材料として半導体素子をトランスファ成形などので封止成形することにより製造することができる。成形条件などは公知の条件をそのまま採用することができる。

以下本発明を実施例によって具体的に説明する。

（実施例１〜３及び比較例１〜３）
表１に示す材料を同表の配合量で配合し、ブレンダーで３０分間混合し均一化した後、８０℃に加熱したニーダーで混練溶融させ、この後、押し出し、冷却後、粉砕機で所定粒度に粉砕して粒状の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。尚、各材料としては以下のものを用いた。

ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂：住友化学（株）製 ＥＳＣＮ １９５ＸＬ（エポキシ当量１９５）
フェノールノボラック樹脂：荒川化学（株）製 タマノール７５２（水酸基当量１０４）
溶融シリカ：電気化学工業（株）製のＦＢ８２０のシリカと（株）アドマテックス製のＳＯ−２５Ｒのシリカの混合物（混合比は質量比で９：１）
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン：信越化学工業（株）製 ＫＢＭ４０３
エポキシ／ポリエーテル基含有ポリシロキサン：東レダウコーニング（株）製 ＳＦ８４２１
カーボンブラック（着色剤）：三菱化学（株）製 ４０Ｂ
硬化促進剤：北興化学（株）製 ＴＰＰ
カルナバワックス（金型離型用ＷＡＸ）：大日化学（株）製 Ｆ１−１００
ブロム化エポキシ樹脂：住友化学製 ＥＳＢ４００Ｔ
三酸化アンチモン：東湖産業製 ＮＴ−３
水酸化マグネシウム（平均粒径１．４μｍ）
水酸化マグネシウム（平均粒径０．５μｍ）
水酸化マグネシウム（カップリング剤）：水酸化マグネシウム（平均粒径０．５μｍ）をγ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン（信越化学工業（株）製ＫＢＭ８０３）で処理したもの
水酸化マグネシウム（カップリング剤＋ＭＢ化）：水酸化マグネシウム（平均粒径０．５μｍ）をγ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン（信越化学工業（株）製ＫＢＭ８０３）で処理した後、フェノールノボラックとマスターバッチ化したもの
実施例１〜３及び比較例１〜３について、以下の評価試験を行った。

スパイラルフロー（ＳＦ）：スパイラルフロー測定用金型を用い、金型温度１７５℃、注入圧力７ＭＰａ（７０ｋｇｆ／ｃｍ^２）、硬化時間１００秒で成形した。

強度及び弾性率：ＪＩＳ基準に従い測定した。試験機は島津製作所のオートグラフＡＧ−５０００Ｄを用いた。

線膨張係数（α１）：東京工業社製の線膨張率試験機を用いて測定した。

難燃性：ＵＬ−９４垂直燃焼試験（試験厚１．６ｍｍ）
結果を表１に示す。

表１から明らかなように、実施例１〜３はブロム化エポキシ樹脂や三酸化アンチモンを配合していないにもかかわらず、比較例１〜３と同等以上の強度や難燃性を有するものであった。

Claims (4)

1. エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、平均粒径が１μｍ未満の水酸化マグネシウムを難燃剤として配合して成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. シランカップリング剤で処理した水酸化マグネシウムを用いて成ることを特徴とする請求項１に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
3. 水酸化マグネシウムと樹脂成分とを他の成分よりも先に溶融混合して成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
4. 請求項１乃至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封止材料として用いて成ることを特徴とする半導体装置。