JP3389095B2 - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ハロゲン系難燃
剤、アンチモン化合物を含まず、難燃性、耐湿信頼性に
優れた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。
【0002】
【従来の技術】従来、ダイオード、トランジスタ、集積
回路等の電子部品は、主にエポキシ樹脂組成物(以下、
樹脂組成物という)で封止されている。これらの樹脂組
成物中には、難燃性を付与するためにハロゲン系難燃
剤、及びアンチモン化合物が配合されている。ところ
が、環境・衛生の点からハロゲン系難燃剤、及びアンチ
モン化合物を使用しない難燃性に優れた樹脂組成物の開
発が要求されている。この要求に対して、種々の難燃剤
が検討されている。例えば、水酸化アルミニウムや水酸
化マグネシウム等の金属の水酸化物、ホウ素系化合物が
検討されてきたが、これらは多量に配合しないと難燃性
の効果が発現せず、しかも不純物が多く耐湿信頼性に問
題があることから実用化されていない。又、赤リン系の
難燃剤は少量の添加で効果があり、樹脂組成物の難燃化
に有用であるが、赤リンは微量の水分と反応し、ホスフ
ィンや腐食性のリン酸を生じるため、耐湿信頼性に問題
がある。難燃性、及び耐湿信頼性が両立し、ハロゲン系
難燃剤、及びアンチモン化合物を使用しない樹脂組成物
が望まれている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、この様な問
題に対して、難燃剤としてモリブデン酸亜鉛を用いた新
規の難燃剤を開発し、難燃性、耐湿信頼性に優れた半導
体封止用エポキシ樹脂組成物、及びこれを用いた半導体
装置を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、(A)エポキ
シ樹脂、(B)フェノール樹脂硬化剤、(C)硬化促進
剤、(D)無機充填材、及び(E)溶融球状シリカをモ
リブデン酸亜鉛で被覆したものを必須成分とすることを
特徴とす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である。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明に用いるエポキシ樹脂とし
ては、1分子中にエポキシ基を2個以上有するモノマ
ー、オリゴマー、ポリマー全般を言い、例えば、ビフェ
ニル型エポキシ樹脂、ヒドロキノン型エポキシ樹脂、ス
チルベン型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹
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、トリフェノールメタン型エ
ポキシ樹脂、アルキル変性トリフェノールメタン型エポ
キシ樹脂、トリアジン核含有エポキシ樹脂、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が挙げら
れ、これらは単独でも混合して用いても差し支えない。
【0006】本発明に用いるフェノール樹脂硬化剤とし
ては、1分子中にフェノール性水酸基を2個以上有する
モノマー、オリゴマー、ポリマー全般を言い、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、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、キシリ
レン変性フェノール樹脂、テルペン変性フェノール樹
脂、トリフェノールメタン型樹脂等が挙げられ、これら
は単独でも混合して用いても差し支えない。特に、フェ
ノールノボラック樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェ
ノール樹脂、キシリレン変性フェノール樹脂、テルペン
変性フェノール樹脂等が好ましい。これらの配合量とし
ては、全エポキシ樹脂のエポキシ基数と全フェノール樹
脂のフェノール性水酸基数の比が0.8〜1.3が好ま
しい。
【0007】本発明に用い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との硬化反応を促進させる
ものであればよく、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、1,8−ジアザビ
シクロ(5,4,0)ウンデセン−7、トリフェニルホ
スフィン、2−メチルイミダゾール等が挙げられ、これ
らは単独でも混合して用いても差し支えない。
【0008】本発明に用いる無機充填材としては、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、溶融シリカ粉末、結晶シリカ粉末、アルミ
ナ、窒化珪素等が挙げられ、これらは単独でも混合して
用いても差し支えない。これらの配合量としては、成形
性と耐半田クラック性のバランスから、全樹脂組成物中
に60〜95重量%含有することが好ましい。60重量
%未満だと、吸水率の上昇に伴う耐半田クラック性が低
下し、95重量%を越えると、ワイヤースィープ及びパ
ッドシフト等の成形時における問題が生じ、好ましくな
い。
【0009】本発明で用いるモリブデン酸亜鉛は、難燃
剤として作用する。モリブデン酸亜鉛は、従来、塩化ビ
ニル樹脂の発煙抑制剤、難燃剤として有効であることが
知られていたが、半導体用封止材料については適用され
ていなかった。モリブデン酸亜鉛の難燃機構について
は、モリブデン酸亜鉛が、硬化した樹脂成分の炭化を促
進することが知られており、燃焼時に炭化を促進するこ
とにより、空気中の酸素との遮断が起こり、燃焼が止ま
り難燃化が達成されると考えられる。
【0010】又、モリブデン酸亜鉛は単独で用いてもよ
いが、吸湿し易い傾向があり、配合量が多くなると半導
体装置の吸湿率が高くなり、耐湿信頼性が低下するおそ
れがある。従って、無機系物質、例えば、遷移金属、シ
リカ、アルミナクレー、タルク、酸化亜鉛、炭酸カルシ
ウム、窒化アルミニウム、窒化珪素、珪酸アルミニウ
ム、珪酸マグネシウム等のコア材をモリブデン酸亜鉛で
被覆し、難燃剤として表面のモリブデン酸亜鉛のみが作
用するようにした方が好ましい。コア材を被覆すること
により、モリブデン酸亜鉛の配合量の増加による吸湿率
の上昇を抑えることができる。前記無機系物質の中で
は、シリカは不純物も少なく、仮にモリブデン酸亜鉛に
よる被覆が不十分であっても、シリカに起因する耐湿信
頼性の低下は起こらない。シリカには、結晶質又は非晶
質のものがあるが、特に好ましいのは、溶融球状シリカ
である。溶融球状シリカをコア材としたモリブデン酸亜
鉛を添加することにより、無機充填材として溶融球状シ
リカを含む樹脂組成物でも、流動性、硬化物の機械的強
度等の諸特性を損なうことがない。
【0011】溶融球状シリカに対するモリブデン酸亜鉛
の被覆量としては、5〜40重量%が好ましい。又、溶
融球状シリカをモリブデン酸亜鉛で被覆したものの平均
粒径としては、0.5〜30μm、最大粒径としては7
5μm以下が好ましい。全樹脂組成物中のモリブデン酸
亜鉛の配合量は、0.05〜20重量%が好ましく、よ
り好ましいのは0.5〜10重量%である。0.05重
量%未満だと難燃性が得られず、20重量%を越えると
樹脂組成物中のイオン性不純物が増加し、プレッシャー
クッカーテスト等における耐湿信頼性が低下するので好
ましくない。本発明の、溶融球状シリカをモリブデン酸
亜鉛で被覆したものは、例えば、以下のようにして得ら
れる。酸化モリブデンと溶融球状シリカを水に混合して
スラリーを作り、70℃に加熱し、このスラリーに酸化
亜鉛のスラリーをゆっくり混合し、1時間ほど攪拌す
る。濾過により固形物を取り出し、110℃で水分を除
去した後、粉砕する。その後550℃で8時間焼成する
ことにより得られる。
【0012】本発明に用いるイオン捕捉剤は、ハロゲン
アニオン、有機酸アニオン等を捕捉することにより樹脂
成分等に含まれるイオン性不純物を減少させるものであ
る。これらのイオン性不純物は、アルミニウムの配線や
パッドを腐食することが知られているが、本発明のイオ
ン捕捉剤を使用することにより、イオン性不純物を捕捉
し、アルミニウムの腐食を防止することができる。本発
明のイオン捕捉剤としては、式(1)〜式(3)が挙げ
られ、これらは単独でも混合して用いても差し支えな
い。配合量としては、全樹脂組成物中に0.1〜5重量
%が好ましい。0.1重量%未満だと樹脂組成物中のイ
オン性不純物の捕捉が不十分で、プレッシャークッカー
テスト等における耐湿信頼性が不足し、5重量%を越え
ると難燃性が低下するので好ましくない。 BiOa(OH)b(NO3c (1) (式中、a=0.9〜1.1、b=0.6〜0.8、c=0〜0.4) BiOa(OH)b(NO3c(HSiO3d (2) (式中、a=0.9〜1.1、b=0.6〜0.8、c+d=0.2〜0.4 ) MgxAly(OH)2x+3y-2z(CO3z・mH2O (3) (式中、0<y/x≦1、0≦z/y<1.5、mは正数)
【0013】本発明の樹脂組成物は、(A)〜(E)成
分、又は(A)〜(F)成分を必須成分とするが、これ
以外に必要に応じてシランカップリング剤、カーボンブ
ラック、ベンガラ等の着色剤、天然ワックス、合成ワッ
クス等の離型剤、及びシリコーンオイル、ゴム等の低応
力添加剤等の種々の添加剤を適宜配合しても差し支えな
い。又、本発明の樹脂組成物は、(A)〜(E)成分、
又は(A)〜(F)成分、及びその他の添加剤等をミキ
サー等を用いて充分に均一に混合した後、更に熱ロール
又はニーダー等で溶融混練し、冷却後粉砕して得られ
る。本発明の樹脂組成物を用いて、半導体等の各種の電
子部品を封止し、半導体装置を製造するには、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従来からの成形方法で硬化成形す
ればよい。
【0014】
【実施例】以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこ
れらに限定されるものではない。なお、実施例、及び比
較例で用いたエポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤の略
号及び構造を、以下にまとめて示す。 エポキシ樹脂1:式(4)で示される構造を主成分とす
るエポキシ樹脂(エポキシ当量190g/eq)
【化1】
【0015】エポキシ樹脂2:式(5)で示される構造
を主成分とする樹脂60重量%と、式(6)で示される
構造を主成分とする樹脂40重量%との混合物(エポキ
シ当量210g/eq)
【化2】
【0016】エポキシ樹脂3:式(7)で示されるエポ
キシ樹脂(エポキシ当量260g/eq)
【化3】
【0017】エポキシ樹脂4:式(8)で示されるエポ
キシ樹脂(エポキシ当量274g/eq)
【化4】
【0018】フェノール樹脂1:式(9)で示されるフ
ェノール樹脂(水酸基当量175g/eq)
【化5】
【0019】 実施例1 オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂(エポキシ当量200g/eq) 105重量部 フェノールノボラック樹脂(水酸基当量104g/eq) 55重量部 1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7(以下、DBUという ) 3重量部 溶融球状シリカ(平均粒径22μm) 380重量部 溶融破砕シリカ(平均粒径15μm) 300重量部 平均粒径27μm、比表面積4.0m2/gの溶融球状シリカ7重量部あたり 、モリブデン酸亜鉛3重量部で被覆したもの(以下、難燃剤Aという。難燃剤A の平均粒径30μm、最大粒径74μm。) 150重量 部 カーボンブラック 2重量部 カルナバワックス 5重量部 を常温でスーパーミキサーを用いて混合し、70〜10
0℃でロール混練し、冷却後粉砕して樹脂組成物とし
た。得られた樹脂組成物を以下の方法で評価した。結果
を表1に示す。
【0020】評価方法 難燃性:低圧トランスファー成形機を用いて175℃、
70kg/cm2、120秒で試験片(127mm×1
2.7mm×1.6mm)を成形し、23℃、相対湿度
50%で48時間処理した後、UL94垂直法に準じて
難燃性の測定を行った。耐湿信頼性:低圧トランスファ
ー成形機を用いて175℃、70kg/cm2、120
秒で16pDIP(チップサイズ3.0mm×3.5m
m)を成形し、プレッシャークッカーテスト(125
℃、相対湿度100%)を行い、回路のオープン不良を
測定し、オープン不良発生時間を耐湿信頼性とした。単
位は時間。
【0021】実施例2〜9、比較例1〜6 表1、表2の配合に従い、実施例1と同様にして樹脂組
成物を作製し、実施例1と同様にして評価した。結果を
表1、表2に示す。なお、実施例7のイオン捕捉剤1
は、BiOa(OH)b(NO3c(HSiO3d(式
中、a=1.0、b=0.7、c+d=0.3)であ
る。実施例8のイオン捕捉剤2は、協和化学工業(株)
・製DHT−4H(ハイドロタルサイト系化合物)であ
る。比較例5では、平均粒径3.0μm、比表面積5.
0m2/gの炭酸カルシウム8重量部あたりモリブデン
酸亜鉛2重量部で被覆したものを使用した。比較例6で
は、平均粒径27μm、比表面積4.0m2/gの溶融
球状シリカを使用した。
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】
【発明の効果】本発明の樹脂組成物を用いて半導体素子
を封止することにより、ハロゲン系難燃剤、アンチモン
化合物を含まない難燃性、及び耐湿信頼性に優れた半導
体装置を得ることができる。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 23/31 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08L 63/00 - 63/10 C08G 59/62 C08K 9/02 H01L 23/29

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)エポキシ樹脂、(B)フェノール
    樹脂硬化剤、(C)硬化促進剤、(D)無機充填材、及
    び(E)溶融球状シリカをモリブデン酸亜鉛で被覆した
    ものを必須成分とす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. 【請求項2】 請求項1記載の半導体封止用エポキシ樹
    脂組成物が、更に(F)式(1)、式(2)、及び式
    (3)で示されるイオン捕捉剤から選ばれる1種以上を
    含むことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成
    物。 BiOa(OH)b(NO3c (1) (式中、a=0.9〜1.1、b=0.6〜0.8、c=0〜0.4) BiOa(OH)b(NO3c(HSiO3d (2) (式中、a=0.9〜1.1、b=0.6〜0.8、c+d=0.2〜0.4 ) MgxAly(OH)2x+3y-2z(CO3z・mH2O (3) (式中、0<y/x≦1、0≦z/y<1.5、mは正数)
  3. 【請求項3】 請求項1、又は2記載の半導体封止用エ
    ポキシ樹脂組成物を用いて封止したことを特徴とする半
    導体装置。
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