JP2008127553A - 封止用エポキシ樹脂組成物とそれを用いた半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】耐リフロークラック性に優れた封止用エポキシ樹脂組成物を提供する。
【解決手段】エポキシ樹脂とフェノール樹脂と無機充填材とを必須成分として含有し、エポキシ樹脂の全部または一部が次式（１）

（式中のＧｒはグリシジル基、ｎは平均１〜５である）で表されるエポキシ樹脂であり、フェノール樹脂の全部または一部がテルペンジフェノール樹脂であり、無機充填材の含有量がエポキシ樹脂組成物の全体量に対して８５〜９３質量％であることとする。
【選択図】なし

Description

本発明は、封止用エポキシ樹脂組成物とそれを用いて封止した半導体装置に関するものである。

電気、電子部品や半導体装置などの封止においては、封止材料としてエポキシ樹脂組成物を用いた低圧トランスファー成形が主流となっている。このようなエポキシ樹脂組成物による封止方法では、主に、樹脂成分としてｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂を、硬化剤成分としてフェノールノボラックを配合した樹脂組成物が使用されている。

一方、近年、集積回路（ＩＣ）、大規模集積回路（ＬＳＩ）、超大規模集積回路（ＶＬＳＩ）などの電子部品や半導体装置の高密度化、高集積化に伴い、それらの実装方式は、挿入実装から表面実装に移り変わりつつある。しかしながら、表面実装型パッケージは直接はんだ温度にさらされるため、パッケージが吸湿した場合、はんだ付け時に吸湿水分が急激に膨張してパッケージ内部で剥離が発生したり、パッケージクラックが発生したりするなど問題となる。このため、はんだ付け時のクラック耐性、いわゆる耐リフロークラック性が良好な封止材料が求められていた。

この問題を解決するために、例えば、無機充填材を高充填化した封止材料を用いてパッケージの吸湿を抑えることが考えられる。しかしながら、無機充填材の高充填化によりその封止材料の成形時の流動性が低下するため、結果として耐リフロークラック性の大幅な向上が望めない。

そこで、本出願人は、エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材および特定の成分のジフェニルジスルフィド誘導体を含有し、かつ、そのジフェニルジスルフィド誘導体の含有量が樹脂組成物の全体量に対して０．０１〜１重量％である半導体封止用樹脂組成物（例えば、特許文献１参照）を提案している。また、エポキシ樹脂としてビフェニル型エポキシ樹脂とビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂とを含有する半導体封止用樹脂組成物（例えば、特許文献２参照）や、エポキシ樹脂硬化剤としてテルペンフェノール樹脂を含有する半導体封止用樹脂組成物（例えば、特許文献３参照）等も提案されている。
特開２００６−０２８４７６号公報 特開２００４−１０７５８４号公報 特許第３５５５８０３号公報

上記特許文献１〜３の半導体封止用樹脂組成物は、吸湿リフロー後の剥離が少なく、良好な耐リフロークラック性を持つものである。しかしながら、封止材料の耐リフロークラック性の向上へのアプローチは様々な方法が考えられ、さらに耐リフロークラック性に優れた封止材料がいまだ望まれているのが実情である。

本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、耐リフロークラック性に優れた封止用エポキシ樹脂組成物を提供することを課題としている。

本発明は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。

第１に、本発明の封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂とフェノール樹脂と無機充填材とを必須成分として含有し、エポキシ樹脂の全部または一部が次式（１）

（式中のＧｒはグリシジル基、ｎは平均１〜５である）で表されるエポキシ樹脂であり、フェノール樹脂の全部または一部が次式（２）

で表されるテルペンジフェノール樹脂であり、無機充填材の含有量がエポキシ樹脂組成物の全体量に対して８５〜９３質量％であることを特徴とする。

第２に、上記第１の封止用エポキシ樹脂組成物において、前記式（１）で表されるエポキシ樹脂がエポキシ樹脂の全体量に対して３０〜７０質量％であることを特徴とする。

第３に、上記第１または第２の封止用エポキシ樹脂組成物において、前記式（２）で表されるテルペンジフェノール樹脂がフェノール樹脂の全体量に対して４０〜１００質量％であることを特徴とする。

そして、第４に、本発明の半導体装置は、前記いずれかの封止用エポキシ樹脂組成物によって封止されてなることを特徴とする。

上記第１の発明によれば、前記式（１）で表されるエポキシ樹脂と、前記式（２）で表されるテルペンジフェノール樹脂と無機充填材とを含有し、無機充填材の含有量がエポキシ樹脂組成物の全体量に対して８５〜９３質量％であることにより、成形した後の吸湿リフロー後の耐湿性と密着性を高め、耐リフロークラック性を向上させることができる。

上記第２の発明によれば、前記式（１）で表されるエポキシ樹脂がエポキシ樹脂の全体量に対して３０〜７０質量％であることにより、耐リフロークラック性をより一層向上させることができる。

上記第３の発明によれば、前記式（２）で表されるテルペンジフェノール樹脂がフェノール樹脂の全体量に対して４０〜１００質量％であることにより、密着性を確実に高め、さらに耐リフロークラック性を向上させることができる。

そして、上記第４の発明の半導体装置は、前記いずれかの封止用エポキシ樹脂組成物を用いて封止成形することにより製造されることから、耐リフロークラック性に優れたものとなる。

本発明の封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂とフェノール樹脂と無機充填材とを必須成分として含有する。

エポキシ樹脂は前記式（１）で表されるエポキシ樹脂を用い、フェノール樹脂は前記式（２）で表されるテルペンジフェノール樹脂を用いる。そして、無機充填材は、その含有量がエポキシ樹脂組成物の全体量に対して８５〜９３質量％の範囲となるようにする。これによって、このエポキシ樹脂組成物を用いた封止材料について、その封止材料を成形した後の吸湿リフロー後の耐湿性と密着性を高め、耐リフロークラック性を向上させることができる。

前記式（１）で表されるエポキシ樹脂は、本発明のエポキシ樹脂組成物におけるエポキシ樹脂の全部として、または他のエポキシ樹脂とともに用いる。この場合の他のエポキシ樹脂としては、一般的に半導体封止用として使用される各種のエポキシ樹脂であってよく、とくに限定されない。例えば、ビフェニル型エポキシ樹脂、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、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、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂等を挙げることができる。これらは１種に限定されず、複数種を組み合わせて使用してもよい。

前記式（１）で表されるエポキシ樹脂の含有量は、エポキシ樹脂の全体量に対して３０〜７０質量％とすることが好ましく、これにより低吸湿性、高密着性、耐リフロークラック性を効果的に向上させることができる。３０質量％未満では、前記式（１）で表されるエポキシ樹脂による効果が十分に発揮できず、耐リフロークラック性が向上しない場合があるので好ましくない。７０質量％を超えると、溶融粘度が高く金線変形等の不具合が発生する場合があるので好ましくない。

本発明のフェノール樹脂は硬化剤として用いるものである。そして、前記式（２）で表されるテルペンジフェノール樹脂は、フェノール樹脂の全部として、または他のフェノール樹脂とともに用いる。この場合の他のフェノール樹脂としては、一般的に半導体封止用として使用される各種のフェノール樹脂であってよく、とくに限定されない。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、フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂等の各種多価フェノール化合物あるいはナフトール化合物等を挙げることができる。これらは１種に限定されず、複数種を組み合わせて使用してもよい。

前記式（２）で表されるテルペンジフェノール樹脂の含有量は、フェノール樹脂の全体量に対して４０〜１００質量％とすることが好ましく、これにより良好な密着性を得ることができ、さらに耐リフロークラック性を効果的に向上させることができる。４０質量％未満では、前記式（２）で表されるフェノール樹脂による効果が十分に発揮できず、良好な密着性を効果的に得ることができない場合があるので好ましくない。

本発明における無機充填材は、上述したように、その含有量がエポキシ樹脂組成物の全体量に対して８５〜９３質量％である。８５質量％未満では、十分な低吸湿性、低線膨張性が得られず、目的とする耐リフロークラック性を得ることができない。９３質量％を超えると、流動性が低下し、高粘度化により金線変形等の不具合が生じる。無機充填材の種類は、一般的に半導体封止用として使用されるものであればよく、とくに限定されない。例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等が挙げられる。

本発明の封止用エポキシ樹脂組成物は、以上のとおり、前記式（１）で表されるエポキシ樹脂と前記式（２）で表されるテルペンジフェノール樹脂と無機充填材とを必須成分として含有するものであるが、これら以外にも、一般的に半導体封止用として使用される各種の添加剤を含有していてもよい。具体的には、硬化促進剤や離型材が挙げられる。

硬化促進剤としては、エポキシ基とフェノール性水酸基の反応を促進するものであればとくに限定されない。例えば、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレートやトリフェニルホスフィン等の有機ホスフィン類、ジアザビシクロウンデセン等の三級アミン類、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が挙げられる。

離型材としては、カルナバワックス、ポリエチレンワックス、ステアリン酸、モンタン酸、カルボキシル基含有ポリオレフィン等を挙げることができる。

さらに必要に応じて、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のシランカップリング剤、リン系難燃剤、ブロム化合物、三酸化アンチモン等の難燃剤、カーボンブラック、有機染料等の着色剤や、表面がシリコーンレジンによって被覆されたシリコーンゴムパウダー等の改質剤等を加えることができる。

以上のとおりの本発明の封止用エポキシ樹脂組成物は、上記エポキシ樹脂、フェノール樹脂、無機充填材、さらに必要に応じて各種の添加剤を配合し、これをミキサーやブレンダーで均一に混合した後に、加熱ロールやニーダー等で混練することによって調製できる。ここで、上記の各成分の配合順序はとくに限定されるものではなく、また混練物を必要に応じて冷却固化させ、粉砕してペレットやパウダーにしたり、あるいはタブレット化したりして使用することができる。

そして、このようにして調製した封止用エポキシ樹脂組成物を用いて封止成形することによって、半導体装置を作製することができる。例えば、ＩＣ等の半導体素子を搭載したリードフレームをトランスファー成形金型にセットし、トランスファー成形を行うことによって、半導体素子を半導体封止用樹脂組成物で封止した半導体装置を作製することができるものである。このようにして得られる半導体装置では、封止用エポキシ樹脂組成物の半導体素子やリードフレームに対する密着性が高く、吸湿も抑制されているため、耐リフロークラック性に優れたものとなる。

以下、実施例を示し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、この発明は以下の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。

＜実施例１〜１１、比較例１〜４＞
表１に示す配合量で各成分を配合し、ブレンダーで３０分間混合して均一化した後、８０℃に加熱した２本ロールで混練溶融させて押し出し、冷却した後、粉砕機で所定粒度に粉砕して粉粒状の封止用エポキシ樹脂組成物を得た。

なお、エポキシ樹脂としては、エポキシ樹脂１：ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂（日本化薬製ＮＣ３０００エポキシ当量２８３）、エポキシ樹脂２：ビフェニル型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン製ＹＸ４０００Ｈエポキシ当量１９５）を使用した。

また、フェノール樹脂としては、フェノール樹脂１：テルペンジフェノール樹脂（ヤスハラケミカル製ＹＰ９０水酸基当量１９２）、フェノール樹脂２：フェノールアラルキル樹脂（三井化学製ミレックスＸＬ−２２５水酸基当量１７６）を使用した。なお、上記エポキシ樹脂１は前記式（１）で表されるエポキシ樹脂であり、上記フェノール樹脂１は前記式（２）で表されるフェノール樹脂である。また、エポキシ樹脂２は、一般的に使用されているエポキシ樹脂であり、フェノール樹脂２は、一般的に使用されているフェノール樹脂である。

さらに、無機充填材としてシリカ（電気化学（株）製ＦＢ８２０）を、カップリング剤として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）を、着色剤としてカーボンブラック（三菱化学製４０Ｂ）を、硬化促進剤としてトリフェニルホスフィン（北興化学工業（株）「ＴＰＰ」）を、離型剤としてカルナバワックス（大日化学Ｆ１−１００）を用いた。

以上の封止用エポキシ樹脂組成物をトランスファー成形（金型温度：１７５℃、注入圧力：７０ｋｇｆ／ｃｍ^２、成形時間：９０秒、後硬化：１７５℃／６ｈ）し、以下の測定方法によりその特性を評価した。
＜スパイラルフロー＞
ＡＳＴＭ Ｄ３１２３に準じたスパイラルフロー測定金型を用いて上記トランスファー成形条件で成形し、流動距離（ｃｍ）を測定した。
＜耐リフロークラック性１＞
Ｃｕリードフレームに寸法８×９×０.４ｍｍのテスト用チップを銀ペーストを用いて搭載した、外形寸法１４×１４×２．７ｍｍの１２８ｐｉｎＱＦＰのパッケージを上記トランスファー成形条件で成形し、８５℃、８５％ＲＨの条件で１６８時間吸湿させた後、ＩＲリフロー装置により、２４０℃、１０秒の条件でリフロー処理を行いクラックの有無を確認した。試験パッケージ数に対するクラック発生パッケージ数で耐リフロークラック性を評価した。
＜耐リフロークラック性２＞
吸湿時間を７２ｈ、９６ｈ、１６８ｈとし、ＩＲリフロー装置で２６０℃、１０秒の条件でリフロー処理を行った以外は、上記耐リフロークラック性１と同様にして評価した。

結果を表１に示す。

表１にみられるように、前記式（１）で表されるエポキシ樹脂と、前記式（２）で表されるフェノール樹脂と、無機充填材とを用い、さらに無機充填材の含有量がエポキシ樹脂組成物の全体量に対して８５〜９３質量％の封止用エポキシ樹脂組成物（実施例１〜１１）は、スパイラルフローによる流動距離に問題がなく、吸湿リフロー後のクラック発生も認められず、耐リフロークラック性が向上していることが確認された。特に、前記式（１）で表されるエポキシ樹脂がエポキシ樹脂の全体量に対して３０〜７０質量％の封止用エポキシ樹脂組成物、または前記式（２）で表されるテルペンジフェノール樹脂がフェノール樹脂の全体量に対して４０〜１００質量％の封止用エポキシ樹脂組成物が耐リフロークラック性に優れていることが確認された。

一方、前記式（１）で表されるエポキシ樹脂または前記式（２）で表されるフェノール樹脂を用いない封止用エポキシ樹脂組成物（比較例１〜３）、無機充填材の含有量がエポキシ樹脂組成物の全体量に対して８５〜９３質量％でない封止用エポキシ樹脂組成物（比較例４）では、吸湿リフロー後にクラック発生が認められた。

以上より、本発明によって、耐リフロークラック性に優れた封止用エポキシ樹脂組成物が提供されることが確認された。

Claims (4)

1. エポキシ樹脂とフェノール樹脂と無機充填材とを必須成分として含有し、エポキシ樹脂の全部または一部が次式（１）
   

   

   （式中のＧｒはグリシジル基、ｎは平均１〜５である）で表されるエポキシ樹脂であり、フェノール樹脂の全部または一部が次式（２）
   

   

   で表されるテルペンジフェノール樹脂であり、無機充填材の含有量がエポキシ樹脂組成物の全体量に対して８５〜９３質量％であることを特徴とする封止用エポキシ樹脂組成物。
2. 前記式（１）で表されるエポキシ樹脂がエポキシ樹脂の全体量に対して３０〜７０質量％であることを特徴とする請求項１に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
3. 前記式（２）で表されるテルペンジフェノール樹脂がフェノール樹脂の全体量に対して４０〜１００質量％であることを特徴とする請求項１または２に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の封止用エポキシ樹脂組成物によって封止されてなることを特徴とする半導体装置。