JP2007063549A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(A)エポキシ樹脂、(B)フェノール樹脂硬化剤、(C)無機質充填剤、(D)硬化促進剤、(E)接着向上剤、(F)金属酸化物を含むエポキシ樹脂組成物において、(F)金属酸化物として、(a)マグネシウム・アルミニウム系イオン交換体、(b)ハイドロタルサイト系イオン交換体及び(c)希土類酸化物の組合せ比率が、(A)エポキシ樹脂と(B)硬化剤の合計量100質量部に対して、(a):(b):(c)=0.5〜20質量部:0.5〜20質量部:0.01〜10質量部であるエポキシ樹脂組成物、及び半導体素子をこのエポキシ樹脂組成物の硬化物で封止した半導体装置。
【選択図】なし
Description
本発明に使用されるエポキシ樹脂としては、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、ナフタレン環含有エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂等が挙げられるが、ハロゲン化エポキシ樹脂は使用しないことが好ましい。
本発明に用いるエポキシ樹脂の硬化剤であるフェノール樹脂は、下記一般式(2)で表されるフェノール樹脂の他、ナフタレン環含有フェノール樹脂、フェノールアラルキル型フェノール樹脂、ビフェニル型フェノール樹脂、脂環式フェノール樹脂、複素環型フェノール樹脂、ビスフェノールA型フェノール樹脂、ビスフェノールF型フェノール樹脂等が挙げられ、これらのうち1種を単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
本発明に用いる無機質充填剤は、通常樹脂組成物に配合されるものを使用することができる。具体的には、例えば溶融シリカ、結晶性シリカ等のシリカ類、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化硼素、酸化チタン、ガラス繊維等が挙げられる。これらの中では、球状の溶融シリカもしくはアルミナが特に望ましく、その平均粒径は5〜30μmのものが、成型性、流動性の面から望ましい。
また、本発明に用いる硬化促進剤としては、一般に封止材料に用いられているものを併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、2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、トリフェニルホスフィン、トリス(アルキルフェニル)ホスフィン、トリス(アルコキシフェニル)ホスフィン、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート、1,4−ビス(ジフェニルホスフィノ)ブタン等が挙げられ、これらは1種単独で又は2種以上を混合して使用することができる。これらの中では、活性の高いトリス(p−トリル)ホスフィンの使用が好ましい。
本発明のエポキシ樹脂組成物には、金属性のリードフレームやシリコンチップ、銀や金メッキ表面との接着性を改善するため、接着向上剤を配合する。このような接着向上剤としては、硫黄原子及び/又は窒素原子をそれぞれ含有するエポキシ樹脂、フェノール樹脂、有機チオール化合物、熱可塑性樹脂あるいはシランカップリング剤等が好適に使用される。
なお、上記接着向上剤(E)には、通常使用される3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランなどのエポキシ基含有シランなども併用してよい。
この種の不良を防止するため、本発明では(F)金属酸化物を添加するもので、この場合金属酸化物としては、金属酸化物複合体である無機のイオン交換体で、金属原子の溶出もなく、後述する抽出液中のハロゲンイオン、アルカリイオン、硫酸イオン、硝酸イオン、燐酸イオンが特定量以下で、かつ抽出液のpHが5.5〜7となる硬化物を与える組成物を形成することができるものが有効である。
MgxAly(OH)2x+3y-2z(CO3)z・mH2O
(x,y,zはそれぞれ0<y/x≦1,0≦z/y<1.5なる関係を有し、mは正数を示す。)
マグネシウム・アルミニウム系イオン交換体としては、市販品としてIXE700F(東亞合成化学(株)製)が挙げられる。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、(A)エポキシ樹脂、(B)フェノール樹脂硬化剤、(C)無機質充填剤、(D)硬化促進剤、(E)接着向上剤、(F)金属酸化物を必須成分とするが、更に必要に応じて各種の添加剤を配合することができる。例えば、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、有機合成ゴム、シリコーン系等の低応力剤、カルナバワックス等のワックス類、カーボンブラック等の着色剤等の添加剤を添加配合することができる。
表1,2に示す成分を熱2本ロールで均一に溶融混合し、冷却、粉砕して半導体封止用樹脂組成物を得た。更に得られた成形材料をタブレット化し、低圧トランスファー成形機にて175℃、70kgf/cm2、120秒の条件で各試験片を成形し、180℃、4時間ポストキュアした硬化物をpH、燐酸イオン量、硝酸イオン量、硫酸イオン量、ガラス転移温度、耐リフロークラック性、耐湿性、高温放置特性を下記に示す評価方法により、評価した。結果を表1,2に示す。
(A)エポキシ樹脂
(イ):式(1−1)で表されるエポキシ樹脂:NC3000P(日本化薬(株)製、エポキシ当量272)
(ロ):ビフェニル型エポキシ樹脂:YX4000HK(油化シェル(株)製、エポキシ当量190)
(ハ):o−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂:EOCN1020−55(日本化薬(株)製、エポキシ当量200)
(ニ):エピスルフィドエポキシ樹脂:ESLV120TE(東都化成(株)製、エポキシ当量250)
(ホ):式(2−1)で表されるフェノール樹脂:MEH7851L(明和化成(株)製、フェノール性水酸基当量199)
(ヘ):フェノールアラルキル樹脂:MEH7800SS(明和化成(株)製、フェノール性水酸基当量175)
(ト):フェノールノボラック樹脂:DL−92(明和化成(株)製、フェノール性水酸基当量110)
(D)硬化促進剤
(チ):トリフェニルホスフィン(北興化学(株)製)
(リ):テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート(北興化学(株)製)
3−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)
N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製)
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)
(a)マグネシム・アルミニウム系イオン交換体:IXE−700F(東亞合成(株)製)
(b)ハイドロタルサイト系イオン交換体:DHT−4A−2(協和化学工業(株)製)
(c)希土類酸化物:酸化ランタン(III)(信越化学工業(株)製)
カーボンブラック:デンカブラック(電気化学工業(株)製)
離型剤:カルナバワックス(日興ファインプロダクツ(株)製)
難燃剤:三酸化アンチモン:SB2O3RX(住友金属鉱山(株)製
ブロモ化エポキシ樹脂:AER8049(旭チバ(株)製)
《pH、燐酸イオン量、硝酸イオン量、硫酸イオン量》
175℃、70kgf/cm2、成形時間120秒の条件で厚さ3mm、直径50mmの円盤を成形し、180℃、4時間ポストキュアした硬化物を175℃で1,000時間放置した後、粉砕し、30〜150メッシュの粒度に調整した。この粉体5gと、イオン交換水50mlを加圧容器に入れ、125℃で20時間抽出した抽出水中の不純物(EMC中に換算)として燐酸イオン量、硝酸イオン量及び硫酸イオン量を測定し、また抽出水のpHを測定した。なお、上記各イオン量の測定方法はイオンクロマトグラフィーで測定した。
TMA(TAS200 理学化学(株)製)により測定した。
175℃、70kgf/cm2、成形時間120秒の条件で14×20×2.7mmのフラットパッケージを20個成形した。180℃で4時間ポストキュアしたものを、85℃/85%RHの恒温恒湿器に168時間放置して吸湿させた後、温度260℃の半田浴に30秒浸漬し、パッケージ外部のクラックを観察し、クラック数を調べた。
シリコンチップ上にアルミ配線を形成した模擬素子と部分金メッキされた42アロイリードフレームとを、太さ30μmの金線でボンディングし、175℃、70kgf/cm2、成形時間120秒の条件で1.4mm厚のTSOPパッケージ20個を成形した。180℃、4時間ポストキュアしたものを140℃、85%RHの雰囲気中5Vの直流バイアス電圧をかけて500時間放置した後、アルミニウム腐食が発生し、断線したパッケージ数を調べた。
シリコンチップ上にアルミ配線を形成した模擬素子と部分金メッキされた42アロイリードフレームとを、太さ30μmの金線でボンディングし、175℃、70kgf/cm2、成形時間120秒の条件で1.4mm厚のTSOPパッケージ20個を成形した。180℃、4時間ポストキュアしたものを200℃の乾燥器に1,000時間放置した後、樹脂硬化物を発煙硝酸で溶かし、チップ側のボンディング部の引張り強度を測定した。この引張り強度の値が初期値の50%以下になったものを不良とし、不良数を調べた。
Claims (6)
- (A)エポキシ樹脂、(B)フェノール樹脂硬化剤、(C)無機質充填剤、(D)硬化促進剤、(E)接着向上剤、(F)金属酸化物を含むエポキシ樹脂組成物において、(F)金属酸化物として、(a)マグネシウム・アルミニウム系イオン交換体、(b)ハイドロタルサイト系イオン交換体及び(c)希土類酸化物の組合せ比率が、(A)エポキシ樹脂と(B)硬化剤の合計量100質量部に対して、(a):(b):(c)=0.5〜20質量部:0.5〜20質量部:0.01〜10質量部であるエポキシ樹脂組成物。
- (E)接着向上剤が、硫黄原子及び/又は窒素原子をそれぞれ含有するエポキシ樹脂、フェノール樹脂、有機チオール化合物、熱可塑性樹脂及びシランカップリング剤から選ばれる1種又は2種以上であることを特徴とする請求項1記載のエポキシ樹脂組成物。
- (E)接着向上剤が、ビスフェノールA型エポキシ樹脂又はビスフェノールF型エポキシ樹脂のエポキシ基の一部がチイラン基に変換されたチイラン樹脂、5員環ジチオカーボナート基を有する化合物、チオフェノール誘導体、トリグリシドキシイソシアヌレート、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン及び3−メルカプトプロピルトリメトキシシランから選ばれる1種又は2種以上である請求項2記載のエポキシ樹脂組成物。
- (E)接着向上剤の配合量が、エポキシ樹脂と硬化剤の合計量100質量部に対し、0.1〜20質量部である請求項1乃至3のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物。
- エポキシ樹脂組成物を厚さ3mm、直径50mmの円盤状に成形後硬化し、この硬化物を175℃で1,000時間保持した後、粉砕して30〜150メッシュの粒度に調整し、この粉体を5gと、イオン交換水50mlを加圧容器に入れ、125℃で20時間保持した場合の抽出水中の燐酸イオン、硝酸イオン及び硫酸イオン量が、上記エポキシ樹脂組成物中の含有量に換算していずれも5ppm以下であって、更に抽出水のpH値が、5.5〜7であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 半導体素子を請求項1乃至5のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物の硬化物で封止した半導体装置。
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