JP2500548B2

JP2500548B2 - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

Info

Publication number: JP2500548B2
Application number: JP16378891A
Authority: JP
Inventors: 利夫塩原; 和俊富吉; 英人加藤
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1991-06-07
Filing date: 1991-06-07
Publication date: 1996-05-29
Anticipated expiration: 2011-05-29
Also published as: JPH04359921A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シリコンチップ、リー
ドフレーム等との接着性に優れ、耐湿性に優れた硬化物
を与え、表面実装用半導体装置の封止材として好適なエ
ポキシ樹脂組成物及びその硬化物で封止された半導体装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】現在、
半導体産業の中で樹脂封止型のダイオード、トランジス
タ、ＩＣ、ＬＳＩ、超ＬＳＩが主流となっており、なか
でも硬化性エポキシ樹脂、硬化剤及びこれに各種添加剤
を配合したエポキシ樹脂組成物は、一般に他の熱硬化性
樹脂に比べ成形性、接着性、電気特性、機械的特性、耐
湿性等に優れているため、エポキシ樹脂組成物で半導体
装置を封止することが多く行なわれている。これら半導
体装置は最近ではその集積度が益々大きくなり、それに
応じてチップ寸法も大きくなりつつあるが、一方、これ
に対してパッケージ外形寸法は、電子機器の小型化、軽
量化の要求に伴い小型化、薄型化が進んでいる。更に、
半導体部品を回路基板へ取付ける方法においても、基板
上の部品の高密度化や基板の薄型化のため、半導体部品
の表面実装がよく行なわれるようになってきた。

【０００３】しかしながら、半導体装置を回路基板へ表
面実装する場合、半導体装置全体を半田槽に浸漬する
か、又は半田が溶融する高温ゾーンを通過させる方法が
一般的であるが、その際の熱衝撃により封止樹脂層にク
ラックが発生したり、リードフレームやチップと封止樹
脂との界面に剥離が生じたりするという問題があった。
このようなクラックや剥離は、表面実装時の熱衝撃以前
に半導体装置の封止樹脂層が吸湿していると更に顕著な
ものとなるが、実際の作業工程においては、封止樹脂層
の吸湿は避けられず、このため実装後のエポキシ樹脂で
封止した半導体装置の信頼性が大きく損なわれる場合が
あった。

【０００４】従って、回路基板へ表面実装後に高い信頼
性の半導体装置を与え得る高品質の半導体装置封止用エ
ポキシ樹脂組成物の開発が望まれていた。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
接着性及び低吸湿性に優れた硬化物を与えるエポキシ樹
脂組成物、及び、このエポキシ樹脂組成物の硬化物で封
止された表面実装時の熱衝撃後においても高い信頼性を
有する半導体装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は上記
目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、エポキシ樹
脂、硬化剤、更には無機質充填剤、硬化促進剤等を含有
するエポキシ樹脂組成物に下記構造式（Ｉ）で示される
イミド化合物を配合することにより、流動性が良好であ
り、機械的強度、低応力性等の特性に優れている上、半
導体部品の構成材料であるシリコンチップ、リードフレ
ーム等との接着性が極めて高く、耐湿性に優れた硬化物
を与えることを見い出した。

【０００７】

【化２】（但し、式中Ｒ¹，Ｒ²はそれぞれ同一又は異種の炭素数
１〜１０の非置換又は置換の１価炭化水素基、Ｒ³は２
価の有機基、Ｘは芳香族環を含む４価の有機基、Ｙは２
価の有機基、ｍは１〜３の整数、ｎは１以上の整数であ
る。）

【０００８】また、かかる硬化物で封止された半導体装
置は表面実装時の熱衝撃後においても高い信頼性を有
し、このため上記エポキシ樹脂組成物はＳＯＰ型，ＳＯ
Ｊ型，ＰＬＣＣ型，フラットパック型等のいずれの型の
半導体装置の封止にも使用でき、特に表面実装用半導体
装置の封止材として非常に優れた特性を有していること
を知見し、本発明をなすに至った。

【０００９】従って、本発明は、エポキシ樹脂と、硬化
剤と、前記式（１）のイミド化合物とを配合してなるエ
ポキシ樹脂組成物、及び、このエポキシ樹脂組成物の硬
化物で封止された半導体装置を提供する。

【００１０】以下、本発明につき更に詳述すると、本発
明のエポキシ樹脂組成物の第一必須成分であるエポキシ
樹脂は、一分子中に少なくとも２個のエポキシ基を有す
るものであればいかなるものも使用可能であるが、例え
ば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、トリフェノールアルカン型エポキシ樹脂、ナフトー
ル型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ハロゲ
ン化エポキシ樹脂等が好適に使用され、これらの１種を
単独で又は２種以上を併用して用いることができる。な
お、上記エポキシ樹脂は、組成物の耐湿性の点から加水
分解性塩素の含有量が５０ｐｐｍ以下、遊離のＮａ，Ｃ
ｌイオンが各々２ｐｐｍ以下、有機酸含有量が１００ｐ
ｐｍ以下であることが望ましい。

【００１１】このようなエポキシ樹脂として具体的に
は、下記構造の化合物が例示される。

【００１２】

【化３】

【００１３】次に、第二必須成分の硬化剤としては、酸
無水物系硬化剤、アミン系硬化剤、フェノール樹脂系硬
化剤などが挙げられるが、特にフェノール系硬化剤が好
適に用いられる。

【００１４】この場合、フェノール系硬化剤は、一分子
中にフェノール性水酸基を２個以上有するものであり、
例えばノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノ
ール樹脂、トリフェノールアルカン型樹脂、ナフトール
型樹脂、ビフェニル型フェノール樹脂や下記式で示され
るフェノール樹脂などを挙げることができ、これらの１
種を単独で又は２種以上を併用して用いることができ
る。

【００１５】

【化４】（但し、式中Ｒ⁴はフェニル基、ジフェニル基、ジフェ
ニルエーテル基又はこれらの基に置換基として炭素数１
〜５のアルキル基が置換したもの、Ｒ⁵は水素原子又は
炭素数１〜４のアルキル基であり、ｊは０〜５の数であ
る。）

【００１６】このようなフェノール系硬化剤としては、
具体的に下記構造の化合物が例示される。

【００１７】

【化５】

【００１８】

【化６】（上記式中Ｒ⁶は水素原子又は炭素数１〜５の一価炭化
水素基であり、ｍは１又は２、ｇ，ｈはそれぞれ２以上
の整数、ｐは１以上の整数である。）

【００１９】また、硬化剤の配合量は前記したエポキシ
樹脂中に含まれるエポキシ基のモル量（ａ）と、硬化剤
成分に含まれるフェノール性水酸基のモル量（ｂ）との
比でａ／ｂの値が０．５〜１．５の範囲にあることが好
ましく、ａ／ｂの値が上記範囲外となると、組成物の硬
化性、硬化物の低応力性、吸湿性等において不利になる
場合がある。

【００２０】本発明では、第三必須成分として下記構造
式（Ｉ）で示されるイミド基及びアルコキシシリル基を
有する化合物を配合する。

【００２１】

【化７】

【００２２】ここで、上記式（Ｉ）中Ｒ¹，Ｒ²はそれぞ
れ同一又は異種の炭素数１〜１０の非置換又は置換の１
価炭化水素基、Ｒ³は２価の有機基、Ｘは芳香族環を含
む４価の有機基、Ｙは２価の有機基、ｍは１〜３の整数
であり、またｎは１以上の整数であるが、良好な作業性
と十分な接着力を得るため、ｎは１〜１００が好まし
い。

【００２３】上記式（Ｉ）の化合物は下記構造式（ＩＩ
Ｉ）で表わされるポリイミド化合物と下記構造式（Ｉ
Ｖ）で表わされるアミノシリコン化合物とを反応させる
ことにより得ることができる。

【００２４】

【化８】（Ｒ¹Ｏ）_mＲ² _(3-m)ＳｉＲ³ＮＨ₂ …（ＩＶ）（但し、上記式中Ｒ¹，Ｒ²，Ｒ³，Ｘ，Ｙ，ｍ及びｎは
前記と同様である。）

【００２５】また、上記式（ＩＩＩ）のポリイミド化合
物は、下記構造式（Ｖ）で表わされるテトラカルボン酸
二無水物と下記構造式（ＶＩ）で表わされるジアミンと
を所定の割合、即ち、式（Ｖ）で表わされるテトラカル
ボン酸二無水物（ｎ＋１）個に対してジアミンｎ個を反
応させ、下記構造式（ＶＩＩ）で示されるポリアミック
酸を得、これを常法に従って脱水することによって得る
ことができる（下記反応式参照）。

【００２６】

【化９】

【００２７】

【化１０】（但し、上記式中Ｘ，Ｙ及びｎは前記と同様である。）

【００２８】ここで、上記式中Ｘは芳香族環を含む４価
の有機基であり、式（ＩＩＩ）で表わされるポリイミド
の出発物質である上記式（Ｖ）のテトラカルボン酸二無
水物に由来するものである。これを具体的に示すと、下
記の通りである。

【００２９】

【化１１】

【００３０】なお、Ｘは上記したものの１種であっても
２種以上の組合わせであってもよく、従って、上記式
（Ｖ）のテトラカルボン酸二無水物と式（ＶＩ）のジア
ミンとから式（ＩＩＩ）のポリアミドを得る反応を行な
う場合、式（Ｖ）のテトラカルボン酸二無水物は所望に
より上記のものの１種又は２種以上を用いてもよい。

【００３１】また、上記式中、Ｙは２価の有機基であ
り、式（ＩＩＩ）のポリイミドの出発物質である式（Ｖ
Ｉ）のジアミンに由来するものである。このジアミンを
具体的に示すと、ｐ−フェニレンジアミン、ｍ−フェニ
レンジアミン、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、
４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、２，２’−ビ
ス（４−アミノフェニル）プロパン、４，４’−ジアミ
ノジフェニルスルホン、４，４’−ジアミノジフェニル
スルフィド、１，４−ビス（３−アミノフェノキシ）ベ
ンゼン、１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼ
ン、１，４−ビス（ｍ−アミノフェニルスルホニル）ベ
ンゼン、１，４−ビス（ｐ−アミノフェニルスルホニ
ル）ベンゼン、１，４−ビス（ｍ−アミノフェニルチオ
エーテル）ベンゼン、１，４−ビス（ｐ−アミノフェニ
ルチオエーテル）ベンゼン、２，２−ビス〔４−（４−
アミノフェノキシ）フェニル〕プロパン、２，２−ビス
〔３−メチル−４−（４−アミノフェノキシ）フェニ
ル〕プロパン、２，２−ビス〔３−クロロ−４−（４−
アミノフェノキシ）フェニル〕プロパン、１，１−ビス
〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕エタン、
１，１−ビス〔３−メチル−４−（４−アミノフェノキ
シ）フェニル〕エタン、１，１−ビス〔３−クロロ−４
−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕エタン、１，１
−ビス〔３，５−ジメチル−４−（４−アミノフェノキ
シ）フェニル〕エタン、ビス〔４−（４−アミノフェノ
キシ）フェニル〕メタン、ビス〔３−メチル−４−（４
−アミノフェノキシ）フェニル〕メタン、ビス〔３−ク
ロロ−４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕メタ
ン、ビス〔３，５−ジメチル−４−（４−アミノフェノ
キシ）フェニル〕メタン、ビス〔４−（４−アミノフェ
ノキシ）フェニル〕スルホン等の芳香族環含有ジアミ
ン、あるいは下記式で示されるシリコーンジアミン化合
物などが挙げられるが、これらに限定されるものではな
い。

【００３２】

【化１２】

【００３３】

【化１３】

【００３４】なお、Ｙは上記ジアミン残基の１種であっ
ても２種以上の組合わせであってもよく、従って式（Ｉ
ＩＩ）のポリイミドを得る反応に際し、式（ＶＩ）のジ
アミンとしては上記ジアミンの１種を単独で又は所望に
より２種以上を併用してもよい。

【００３５】一方、アミノシリコン化合物としては、下
記式（ＩＶ）の化合物を使用する。

【００３６】

【化１４】（Ｒ¹Ｏ）_mＲ² _(3-m)ＳｉＲ³ＮＨ₂ …（ＩＶ）

【００３７】ここで、Ｒ¹，Ｒ² は、例えばメチル基、エ
チル基、プロピル基、ブチル基などのアルキル基、ビニ
ル基、アリル基、ブテニル基などのアルケニル基、フェ
ニル基、トリル基などのアリール基又はこれらの基の炭
素原子に結合した水素原子の一部又は全部をハロゲン原
子、シアノ基、アルコキシ基などで置換したクロロメチ
ル基、クロロプロピル基、３，３，３−トリフルオロプ
ロピル基、２−シアノエチル基、メトキシエチル基、エ
トキシエチル基などから選択される同一又は異種の炭素
数１〜１０、好ましくは炭素数１〜６の非置換又は置換
１価炭化水素基であるが、これらのうち、Ｒ¹としては
アルキル基、アルコキシ置換アルキル基が好ましく、Ｒ
²としては非置換又は置換のアルキル基、アリール基が
好適に用いられる。

【００３８】

【化１５】

【００３９】この上記式（ＩＶ）で表わされるアミノシ
リコン化合物としては具体的に下記構造の化合物などが
挙げられるが、これらに限定されるものではない。本発
明においてはこれらのアミノシリコン化合物の１種を単
独で又は２種以上を併用して用いることができる。

【００４０】

【化１６】

【００４１】

【化１７】

【００４２】式（Ｉ）のイミド化合物の配合量は、エポ
キシ樹脂及び硬化剤の合計量１００部（重量部、以下同
様）に対して０．１〜２０部、特に１〜１０部とするこ
とが好ましく、配合量が０．１部に満たないと十分な接
着力が得られない場合があり、２０部を超えると流動性
の低下、機械強度の低下といった問題が生じる場合があ
る。

【００４３】更に、本発明組成物には無機質充填剤を配
合することが好ましい。この場合、無機質充填剤として
は通常エポキシ樹脂組成物に配合されるものを使用し
得、例えば溶融シリカ、結晶シリカ等のシリカ類、アル
ミナ、チッ化珪素、チッ化アルミニウム、ボロンナイト
ライド、酸化チタン、ガラス繊維等が挙げられるが、こ
れらの中でも溶融シリカが好適である。更に、溶融シリ
カとしてはその平均粒径が５〜３０ミクロンであるもの
を用いることが成形性の面から望ましく、また、高充填
化やチップ表面に対する応力を小さくするため球状シリ
カを使用することが望ましい。なお、上記無機質充填剤
は樹脂と無機質充填剤表面の強度を強くするため予めシ
ランカップリング剤などで表面処理して配合することが
好ましい。

【００４４】上述した無機質充填剤はその１種を単独で
又は２種以上を併用して配合することができ、その配合
量は特に制限されないが、エポキシ樹脂と硬化剤との合
計量１００部に対して１００〜１０００部、特に２００
〜７００部の範囲とすることが好ましい。

【００４５】また、本発明では硬化反応を促進するため
硬化触媒を配合することが好ましく、例えばイミダゾー
ル化合物、三級アミン化合物、リン系化合物等が挙げら
れる。硬化触媒としては、これらの中でも１，８−ジア
ザビシクロ（５．４．０）ウンデセン−７（ＤＢＵ）と
トリフェニルホスフィンとを重量比で０：１〜１：１、
特に０．０１：１〜０．５：１の範囲で使用する併用触
媒を用いることが好ましい。ＤＢＵの配合比率が上記範
囲より高くなるとガラス転移温度が低くなる場合があ
る。なお、上記併用触媒の添加量は特に制限されない
が、エポキシ樹脂と硬化剤との合計量１００部に対して
０．２〜２部、特に０．４〜１．２部とすることが望ま
しい。

【００４６】本発明の組成物には、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
系などの低応力剤、カルナバワックス等のワックス類、
ステアリン酸などの脂肪酸やその金属塩等の離型剤、カ
ーボンブラック、ベンガラ等の着色剤、三酸化アンチモ
ン、ハロゲン化合物等の難燃化剤、グリシドキシプロピ
ルトリメトキシシランなどのシラン類、アルキルチタネ
ート類等の表面処理剤、老化防止剤、ハロゲントラップ
剤等の添加剤を配合することができる。

【００４７】本発明のエポキシ樹脂は、その製造に際し
上述した成分の所定量を均一に撹拌、混合し、予め７０
〜９５℃に加熱してあるニーダ、ロール、エクストルー
ダなどにより混練、冷却、粉砕するなどの方法で得るこ
とができる。ここで、成分の配合順序に特に制限はな
い。

【００４８】このようにして得られる本発明のエポキシ
樹脂組成物はＳＯＪ，ＳＯＰ，ＴＳＯＰ，ＴＱＦＰ等の
半導体装置の封止用に有効に使用でき、この場合成形方
法は従来より採用されている成形法、例えばトランスフ
ァー成形、インジェクション成形、注型法等を採用して
行なうことができる。なお、本発明のエポキシ樹脂組成
物の成形温度は１５０〜１８０℃で３０〜１８０秒、ポ
ストキュアーは１５０〜１８０℃で２〜１６時間行なう
ことが望ましい。

【００４９】

【発明の効果】本発明のエポキシ樹脂組成物は、上述し
た成分の組合わせとしたことにより、シリコンチップ、
リードフレーム等との接着力に優れ、耐湿性にも優れた
硬化物を与える。従って、本発明のエポキシ樹脂組成物
の硬化物で封止された半導体装置は表面実装時の熱衝撃
においても高い信頼性を有するものである。

【００５０】

【実施例】以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を具
体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるも
のではない。なお、以下の例において部はいずれも重量
部である。

【００５１】〔実施例、比較例〕表１，２に示すように
エポキシ樹脂、フェノール樹脂、イミド化合物を配合
し、下記に示す硬化促進剤Ａ０．６部、トリフェニルホ
スフィン０．５部、溶融球状シリカ（１）２５０部、溶
融球状シリカ（２）２５０部、溶融球状シリカ（３）７
０部、三酸化アンチモン８部、カーボンブラック１．５
部、カルナバワックス１部及びγ−グリシドキシプロピ
ルトリメトキシシラン３部を熱２本ロールにて均一に溶
融混合し、冷却、粉砕してエポキシ樹脂組成物（実施例
１〜１２、比較例）を得た。

【００５２】硬化促進剤Ａ：１，８−ジアザビシクロ
（５．４．０）ウンデセン−７とフェノールノボラック
樹脂（ＴＤ２１３１，大日本インキ社製）とを重量比で
２０／８０の割合で１３０℃で３０分間加熱溶融混合し
た後、５０ミクロン以下に粉砕したもの。溶融シリカ：（１）比表面積１．４ｍ²／ｇ、平均粒径３０ミクロン
の球状シリカ（２）比表面積２．５ｍ²／ｇ、平均粒径１０ミクロン
の破砕シリカ（３）比表面積１０ｍ²／ｇ、平均粒径１．０ミクロン
の球状シリカ

【００５３】次に、得られたエポキシ樹脂組成物につい
て下記の（イ）〜（ト）の諸試験を行なった。結果を表
１，２に併記する。（イ）スパイラルフローＥＭＭＩ規格に準じた金型を使用して１８０℃，７０ｋ
ｇ／ｃｍ²の条件で測定した。（ロ）曲げ強さ及び曲げ弾性率ＪＩＳ−Ｋ６９１１に準じて１８０℃，７０ｋｇ／ｃｍ
²、成形時間２分の条件で１０×４×１００ｍｍの曲げ
試験片を成形し、１８０℃で４時間ポストキュアーした
ものについて２５℃で測定した。（ハ）膨張係数、ガラス転移温度直径４ｍｍ、長さ１５ｍｍの試験片を用いて、ＴＭＡ法
により毎分５℃の速さで昇温した時の値を測定した。（ニ）吸湿半田後の耐クラック性８×８×０．４ｍｍの大きさのシリコンチップを１４×
２０×１．８ｍｍの大きさのＱＦＰパッケージ用リード
フレーム（１２アロイ）に接着し、これにエポキシ樹脂
組成物を成形条件１８０℃，７０ｋｇ／ｃｍ²、成形時
間２分で成形し、１８０℃で４時間ポストキュアーし
た。次に、これを８５℃／８５％ＲＨの雰囲気に２４時
間及び４８時間放置した後、２１５℃の半田浴に１０秒
間浸漬し、パッケージクラック数／総数を測定した。（ホ）耐湿性４ＭＤＲＡＭチップを２０ピンのＳＯＪフレームに接着
し、これにエポキシ樹脂組成物を成形条件１８０℃，７
０ｋｇ／ｃｍ²、成形時間２分で成形し、１８０℃で４
時間ポストキュアーした。これを８５℃／８５％ＲＨ雰
囲気中に４８時間放置して吸湿させた後、２６０℃の半
田浴に１０秒間浸漬し、更に１２１℃／１００％ＲＨ雰
囲気中に３００時間放置したときのアルミニウム配線断
線数／総数を測定した。（ヘ）吸水率成形条件１８０℃，７０ｋｇ／ｃｍ²、成形時間２分で
成形し、１８０℃で４時間ポストキュアーした直経５０
ｍｍ、厚さ２ｍｍの円板を１２１℃／１００％ＲＨ雰囲
気中に２４時間放置し、吸水率を測定した。（ト）接着性４２アロイ板に直径１５ｍｍ、高さ５ｍｍの円筒成形品
を１７５℃，７０ｋｇ／ｃｍ²、成形時間２分の条件で
成形し、１８０℃で４時間ポストキュアーした後、剥離
力を測定した。

【００５４】

【表１】

【００５５】

【表２】

【００５６】

【化１８】

【００５７】

【化１９】

【００５８】

【化２０】

【００５９】

【化２１】

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エポキシ樹脂と、硬化剤と、下記構造式
（Ｉ）で示されるイミド化合物とを配合してなることを
特徴とするエポキシ樹脂組成物。【化１】（但し、式中Ｒ¹，Ｒ²はそれぞれ同一又は異種の炭素数
１〜１０の非置換又は置換の１価炭化水素基、Ｒ³は２
価の有機基、Ｘは芳香族環を含む４価の有機基、Ｙは２
価の有機基、ｍは１〜３の整数、ｎは１以上の整数であ
る。）
【請求項２】請求項１記載のエポキシ樹脂組成物の硬
化物で封止された半導体装置。