JP3471895B2 - エポキシ樹脂組成物および樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエポキシ樹脂組成物およ
びこの樹脂組成物を用いた樹脂封止型半導体装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】現在、メモリをはじめとする各種デバイ
スが安価で生産性の高いエポキシ樹脂を主成分とするプ
ラスチックで封止されている。また、最近では電子部品
の高密度実装化や組立工程の自動化の要求に応じて、半
導体の実装方式は従来のピン挿入方式に代わって表面実
装方式が主流になってきている。この方式の場合、半田
浸漬や赤外線リフローなどによる処理が必要となるた
め、パッケージ全体に高温の熱が加わる。しかし、従来
の封止樹脂ではその熱により樹脂内部に存在していた水
が急激に気化し、パッケージ内部の高い水蒸気内圧に耐
えきれず樹脂のクラック破壊を引き起こしていた。そこ
で、耐湿性、耐クラック性および成形性の優れた封止用
樹脂の改良が検討され、封止用樹脂の主成分であるエポ
キシ樹脂、硬化剤、触媒などの樹脂マトリックス成分
や、さらにはフィラーなどに至るまで様々な方向から改
良が行われている。しかし、未だ要求を満たすような耐
湿性、耐クラック性を有する材料には至っておらず、ま
た成形性についても改良の余地があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記課題を解
決するためになされたものであり、耐リフロークラック
性、耐湿信頼性および成形性に優れたエポキシ樹脂組成
物およびこのエポキシ樹脂組成物で樹脂封止された樹脂
封止型半導体装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段と作用】本発明のエポキシ
樹脂組成物は、（ａ）下記一般式（１）

【０００５】

【化４】 （Ｒは水素原子またはメチル基を示す。Ｒ¹ 〜Ｒ⁸ はそ
れぞれ水素原子、メチル基、エチル基、イソプロピル
基、フェニル基、クロル原子およびブロム原子からなる
群より選ばれる基を示し、同一でも異なっていてもよ
い。ｎは０〜５の整数を示す。）で表されるビフェニル
型エポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂成分と、（ｂ）フェ
ノール樹脂成分と、（ｃ）トリス（２，６−ジメトキシ
フェニル）ホスフィンと６−ジブチルアミノ−１，８−
ジアザビシクロウンデセン−７とを含む硬化促進剤と、
（ｄ）イオン捕捉剤とを含有することを特徴とするもの
である。

【０００６】本発明の樹脂封止型半導体装置は、半導体
チップを前記エポキシ樹脂組成物で封止したことを特徴
とするものである。以下、本発明をさらに詳細に説明す
る。

【０００７】本発明において、（ａ）成分であるエポキ
シ樹脂成分は一般式（１）で表されるビフェニル型エポ
キシ樹脂を必須成分として含む。このビフェニル型エポ
キシ樹脂は剛直なビフェニル骨格を有するため、樹脂組
成物の溶融粘度を低下させるとともに半導体チップとの
接着性を向上させ、かつ樹脂組成物の硬化物の弾性率を
低下させるとともに熱時強度を向上させる作用を有す
る。

【０００８】エポキシ樹脂成分としては、一般式（１）
で表わされるものとともに他のエポキシ樹脂を併用する
ことができる。併用できる他のエポキシ樹脂は、１分子
中に２個以上のエポキシ基を有するものであれば特に限
定されない。これらのエポキシ樹脂を具体的に例示する
と、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、ナフトールタイプのノボラ
ック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡのノボラック型
エポキシ樹脂、フェノールまたはアルキルフェノールと
ヒドロキシベンズアルデヒドとの縮合物をエポキシ化し
て得られるトリス（ヒドロキシフェニル）アルカンのエ
ポキシ化物、テトラ（ヒドロキシフェニル）アルカンの
エポキシ化物、２，２’，４，４’−テトラグリシドキ
シベンゾフェノン、パラアミノフェノールのトリグリシ
ジルエーテル、ポリアリルグリシジルエーテル、１，
３，５−トリグリシジルエーテルベンゼン、２，２’，
４，４’−テトラグリシドキシビフェニルなどが挙げら
れる。これらのうち１種または２種以上を用いることが
できる。

【０００９】一般式（１）で表されるビフェニル型エポ
キシ樹脂は、全エポキシ樹脂成分の５０ｗｔ％以上、さ
らに７０ｗｔ％以上含まれていることが好ましい。本発
明において、（ｂ）成分であるフェノール樹脂は、一般
にエポキシ樹脂の硬化剤として用いられるものであれば
特に限定されない。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、ノニルフェノールノボ
ラック樹脂、ビスフェノールＦ型ノボラック樹脂、ビス
フェノールＡ型ノボラック樹脂、ナフトール系ノボラッ
ク樹脂などのノボラック型フェノール樹脂；ポリパラオ
キシスチレン；２，２’−ジメトキシ−ｐ−キシレンと
フェノールモノマーとの縮合重合化合物などのフェノー
ルアラルキル樹脂；ジシクロペンタジエン・フェノール
重合体などが挙げられる。これらのフェノール樹脂のう
ち１種または２種以上が使用される。

【００１０】本発明において、エポキシ樹脂成分とフェ
ノール樹脂成分との配合比は、硬化剤であるフェノール
樹脂のフェノール性水酸基数とエポキシ樹脂のエポキシ
基数との比（フェノール性水酸基数／エポキシ基数）が
０．５〜１．５の範囲となるように調整することが望ま
しい。この値が０．５未満では硬化反応が十分に起こり
にくくなり、一方１．５を超えると硬化物の特性、特に
耐湿性が劣化しやすくなる。

【００１１】本発明において、（ｃ）成分である硬化促
進剤は、下記化学式（２）で表されるトリス（２，６−
ジメトキシフェニル）ホスフィンを必須成分として含む
とともに、下記化学式（３）で表される６−ジブチルア
ミノ−１，８−ジアザビシクロウンデセン−７を含む。
これらの硬化促進剤のうち、トリス（２，６−ジメトキ
シフェニル）ホスフィン（ＤＭＰＰ）はエポキシ樹脂組
成物の成形性を向上させる作用を有する。ただし、ＤＭ
ＰＰは樹脂組成物の硬化物の耐湿信頼性および耐リフロ
ークラック性を低下させやすい。そこで、これらの問題
を解消するために、その他の硬化促進剤として６−ジブ
チルアミノ−１，８−ジアザビシクロウンデセン−７
（ＤＢＡ−ＤＢＵ）を併用する。なお、下記化学式
（４）で表されるトリフェニルホスフィンはＤＢＡ−Ｄ
ＢＵと同様の作用を有する。

【００１２】

【化５】

【００１３】硬化促進剤の配合割合は、（ａ）、（ｂ）
および（ｃ）からなる樹脂成分全体の０．０５〜１０ｗ
ｔ％であることが好ましい。また、硬化促進剤全体のう
ちＤＭＰＰの割合は１５〜９４ｍｏｌ％、ＤＢＡ−ＤＢ
Ｕの配合割合は６〜８５ｍｏｌ％であることが好まし
い。さらに、ＤＭＰＰは６２ｍｏｌ％以下であることが
好ましい。ＤＭＰＰが１５ｍｏｌ％未満では成形性を改
善する効果が得られず、９４ｍｏｌ％を超えると硬化物
の耐湿信頼性に問題が生じる。

【００１４】なお、ＤＭＰＰは強塩基性であることか
ら、エポキシ樹脂中に残存するハロゲン特に塩素を脱離
させやすいとされている（木原他：熱硬化性樹脂，９，
（４）ｐ．１８３（１９８８））。塩素の存在は、半導
体装置の信頼性を低下させる原因となるため、樹脂組成
物に各種のイオン捕捉剤を添加することが望ましい。イ
オン捕捉剤の具体例としては、ＤＨＴ−４Ａ（協和化学
（株））、ＩＸＥ−６００（東亜合成（株））などが挙
げられる。

【００１５】また、硬化促進剤としてＤＢＡ−ＤＢＵを
併用する場合、ＤＢＡ−ＤＢＵは室温で液体であるため
予めフェノール樹脂成分に混合することが望ましい。こ
うすればＤＢＡ−ＤＢＵがフェノール樹脂成分と塩を形
成するため、硬化物の吸湿性の低下に寄与し、ＤＢＡ−
ＤＢＵの分散性も向上する。

【００１６】本発明のエポキシ樹脂組成物を構成する成
分としては、上記の必須成分の他にも、各種イミダゾー
ル類、ジアザビシクロアルケン類やその塩類、有機ホス
フィン類、有機金属化合物などの硬化促進剤( ただし、
化学式（２）、（３）および（４）で表されるものを除
く）；溶融シリカ、結晶性シリカ、アルミナ、窒化ケイ
素、窒化アルミニウムなどの無機質充填剤；三酸化アン
チモンなどの難燃助剤；天然ワックス類、合成ワックス
類、直鎖脂肪酸やその金属塩、酸アミド類、エステル
類、パラフィン類などの離型剤；カーボンブラック、二
酸化チタンなどの顔料；シランカップリング剤などのフ
ィラー表面処理剤；シリコーンオイル、シリコーンゲ
ル、シリコーンゴム、各種プラスチック粉末、各種エン
ジニアリングプラスチック粉末、ＡＢＳ樹脂やＭＢＳ樹
脂の粉末などの変性剤；などを適宜添加してもよい。

【００１７】これらの添加物のうち無機質充填剤の配合
量は、樹脂組成物全体の５０〜９１ｗｔ％、さらに６２
〜９０ｗｔ％とすることが好ましい。５０ｗｔ％未満で
は十分な耐熱衝撃性を得ることができず、９１ｗｔ％を
超えると組成物の溶融粘度が高すぎて成形性が劣る。

【００１８】無機質充填剤の形状および粒径は特に限定
されない。ただし、その形状が破砕状である場合、充填
剤の鋭角部が素子表面に接触して局部的に大きな応力を
与え、これに起因して半導体素子の誤動作を起こすおそ
れがある。この誤動作を防止する観点から、破砕状無機
質充填剤の最大粒径は７５μｍ以下であることが好まし
い。また、ソフトエラー防止の観点から、無機質充填剤
中のウラン（Ｕ）の含有量は０．５ｐｐｂ以下であるこ
とが好ましい。さらに近年、厚みが１ｍｍ前後の極めて
薄型の樹脂封止型半導体装置も用いられているが、この
ようなパッケージでは、成形時の樹脂組成物の流動域が
狭く、またゲートも非常に狭い。そこでこういったパッ
ケージに対応できる流動性を確保するには、充填剤の最
大粒径は４０μｍ以下とすることが好ましい。

【００１９】また、上記の添加物のうち変性剤の添加方
法は、例えば樹脂成分または充填剤成分に未硬化の変性
剤を添加して撹拌する、いわゆるインテグラルブレンド
法でもよいが、加熱溶融した熱硬化性樹脂の構成成分に
変性剤を添加した後、撹拌・混合する方法が好ましい。
このような方法で混合することにより、変性剤の分散性
が向上する。特に変性剤としてシリコーンゴムまたはシ
リコーンゲルを用いた場合に上記のような方法で混合す
れば、樹脂組成物を成形した後にシリコーン成分のブリ
ードによる金型汚染を防止できる。ただし、一般にシリ
コーンゴムまたはシリコーンゲルは樹脂成分との相溶性
が悪いため、これらを樹脂成分に分散させる際には、分
散性を上げる目的で溶融した熱硬化性樹脂に予めシリコ
ーン系、フッ素系などの各種界面活性剤を添加しておく
ことが好ましい。

【００２０】界面活性剤の具体例としては、シリコーン
系ではＳＦ−８４１９、ＳＦ−８４１０、ＳＦ−８４２
１（東レシリコーン（株））、フッ素系ではフロラード
ＦＣ４３０（住友３Ｍ（株））などが挙げられる。界面
活性剤の添加量は（ａ）、（ｂ）および（ｃ）からなる
樹脂成分に対して０．１〜１０ｗｔ％の範囲であること
が好ましい。これは、この範囲の下限未満では分散性を
上げる効果がなく、上限を超えると成形性、耐湿性に劣
るためである。シリコーンゴムまたはシリコーンゲルの
配合割合は、組成物全体の０．１〜５ｗｔ％の範囲とす
ることが好ましい。０．１ｗｔ％未満では内部応力の低
減効果が少なく、一方５ｗｔ％を超えると混練などの作
業性に劣り、また強度の低下も著しい。

【００２１】本発明のエポキシ樹脂組成物は、前述した
各成分を加熱ロール、ニーダーまたは押出機によって溶
融混練したり、微粉砕可能な特殊混合機によって混合し
たり、これらの各方法を適宜な組み合わせで容易に製造
することができる。

【００２２】本発明の樹脂封止型半導体装置は、前述し
たエポキシ樹脂組成物を用い、常法によって半導体チッ
プを樹脂封止することにより容易に製造することができ
る。樹脂封止の最も一般的な方法は、低圧トランスファ
ー成形であるが、インジェクション成形、圧縮成形、注
型などの方法も用いることができる。また、１７５℃以
上でアフターキュアすることが望ましい。なお、本発明
の樹脂組成物によって封止される半導体チップは特に限
定されない。

【００２３】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明する。実施例１、２、参考例３、４ および比較例１〜５ 原料として、以下に示す各成分を用いた。

【００２４】エポキシ樹脂Ａ：ビスヒドロキシビフェニ
ル系エポキシ樹脂（ＹＸ−４０００Ｈ、油化シェルエポ
キシ製、当量１９３） エポキシ樹脂Ｂ：オルソクレゾール型ノボラックエポキ
シ樹脂（ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ、住友化学製、当量１９
７） エポキシ樹脂Ｃ：ビスフェノールＡ型臭素化エポキシ樹
脂（ＡＥＲ−７４５Ｔ、旭化成工業製、当量４００） 硬化剤：フェノールノボラック樹脂（ＢＲＧー５５７、
昭和高分子製、当量１０４） 硬化促進剤Ａ：トリス（２，６−ジメトキシフェニル）
ホスフィン（ＤＭＰＰ、ＫＩ化成製） 硬化促進剤Ｂ：トリフェニルホスフィン（ＰＰ−３６
０、ＫＩ化成製） 硬化促進剤Ｃ：６−ジブチルアミノ−１，８−ジアザビ
シクロ（５，４，０）ウンデセン−７（ＤＢＵ−ＤＢ
Ａ、サンアプロ製） 変性剤：加熱硬化タイプ付加型シリコーンゲル 離型剤：エステル系ワックス 顔料：カーボンブラック 難燃助剤：三酸化アンチモン 充填剤：溶融シリカ粉（平均粒径２０μｍ） イオン捕捉剤：ＩＸＥ−６００（東亜合成化学製） これらの成分が第１表に示す割合で配合されたエポキシ
樹脂組成物を以下のようにして調製した（表中の配合量
は重量部を示す）。ここで（ａ）、（ｂ）および（ｃ）
からなる樹脂成分に対する（ｃ）成分の配合量は全て
０．９４ｗｔ％であった。はじめにヘンシェルミキサー
中で充填剤をシランカップリング剤で処理し、次いで他
の成分を混合して６０〜１３０℃の加熱ロールで混練
し、冷却した後粉砕することによりエポキシ樹脂組成物
を得た。なお、変性剤であるシリコーンゲルは予め加熱
溶融したフェノール樹脂に混合して分散させたものを、
冷却、粉砕して用いた。また、硬化促進剤としてＤＢＡ
−ＤＢＵを用いた場合、これを予めフェノール樹脂の一
部に混合分散させて用いた。

【００２５】

【表１】

【００２６】次いで、これら実施例１、２、参考例３、
４および比較例１〜５のエポキシ樹脂組成物について下
記のような評価試験を行った。 ［１］各樹脂組成物を用い、１８０℃、２分の条件でト
ランスファー成形により試験片を作製し、１８０℃で４
時間アフターキュアした。これらの試験片について、曲
げ弾性率、曲げ強度、熱膨張係数、ガラス転移温度、吸
水率を測定した。また、樹脂組成物の成形性を評価する
ために、ダミーチップを搭載したリードフレームを１８
０℃、６０秒の条件で連続的に１００ショットまで成形
を続けた。そして、何回目のショットでランナー部の折
れが最初に発生したかを調べた。

【００２７】［２］耐湿信頼性を調べるために以下の試
験を行った。すなわち各エポキシ樹脂組成物を用い、試
験用デバイスを封止した後、１８０℃で４時間アフター
キュアを行った。次いで、このパッケージを８５℃、相
対湿度８５％の雰囲気中に７２時間放置して吸湿処理を
行った後、これを２１５℃のフロロカーボン蒸気雰囲気
中に１分間さらした。この時点でパッケージのクラック
発生率を調べた。さらにこのパッケージを１２７℃の飽
和水蒸気雰囲気中に放置し、不良（リーク不良、オープ
ン不良）の発生率を調べた。

【００２８】［３］耐熱衝撃性を調べるために以下の試
験を行った。すなわち各エポキシ樹脂組成物を用い、大
型の耐熱衝撃性試験用半導体チップ（８ｍｍ×８ｍｍ）
を封止した後、１８０℃で４時間アフターキュアを行っ
た。次いで、このパッケージについて、−６５℃→室温
→１５０℃を１サイクルとする冷熱サイクルを５０〜４
００サイクル繰り返し、デバイスの動作特性チェックに
より不良発生率を調べた。

【００２９】これらの結果を第２表にまとめて示す。第
２表に示されるように、実施例１、２は比較例１〜５と
比較して、成形性、高温下での耐クラック性およびその
後の耐湿信頼性が良好であり、冷熱サイクル試験によっ
ても信頼性が損なわれない。

【００３０】

【表２】

【００３１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、耐
リフロークラック性、耐湿信頼性および成形性に優れた
エポキシ樹脂組成物およびこのような樹脂組成物で樹脂
封止された樹脂封止型半導体装置を提供できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31 (56)参考文献 特開 平３−239718（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−20326（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−291439（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−318019（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−248831（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−65116（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−38416（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−173235（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C08G 59/24 C08G 59/40 C08G 59/62 C08L 63/02 C08K 3/26 H01L 23/29

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）下記一般式（１） 【化１】 （Ｒは水素原子またはメチル基を示す。Ｒ¹ 〜Ｒ⁸ はそ
   れぞれ水素原子、メチル基、エチル基、イソプロピル
   基、フェニル基、クロル原子およびブロム原子からなる
   群より選ばれる基を示し、同一でも異なっていてもよ
   い。ｎは０〜５の整数を示す。）で表されるビフェニル
   型エポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂成分と、 （ｂ）フェノール樹脂成分と、 （ｃ）トリス（２，６−ジメトキシフェニル）ホスフィ
   ンと６−ジブチルアミノ−１，８−ジアザビシクロウン
   デセン−７とを含む硬化促進剤と、 （ｄ）イオン捕捉剤とを含有することを特徴とするエポ
   キシ樹脂組成物。
2. 【請求項２】 （ｃ）成分の配合割合は、（ａ）、
   （ｂ）および（ｃ）成分の合計量に対し、０．０５〜１
   ０ｗｔ％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。
3. 【請求項３】 トリス（２，６−ジメトキシフェニル）
   ホスフィンの配合量は（ｃ）成分の合計量に対し、１５
   〜９４ｗｔ％であることを特徴とする請求項１または２
   記載のエポキシ樹脂組成物。
4. 【請求項４】 無機質充填剤をさらに含有することを特
   徴とする請求項１記載のエポキシ樹脂組成物。
5. 【請求項５】 前記６−ジブチルアミノ−１，８−ジア
   ザビシクロウンデセン−７が前記フェノール樹脂に予め
   混合されてい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。
6. 【請求項６】 （ａ）下記一般式（１） 【化２】 （Ｒは水素原子またはメチル基を示す。Ｒ¹ 〜Ｒ⁸ はそ
   れぞれ水素原子、メチル基、エチル基、イソプロピル
   基、フェニル基、クロル原子およびブロム原子からなる
   群より選ばれる基を示し、同一でも異なっていてもよ
   い。ｎは０〜５の整数を示す。）で表されるビフェニル
   型エポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂成分と、 （ｂ）フェノール樹脂成分と、 （ｃ）トリス（２，６−ジメトキシフェニル）ホスフィ
   ンと６−ジブチルアミノ−１，８−ジアザビシクロウン
   デセン−７とを含む硬化促進剤と、 （ｄ）イオン捕捉剤を必須成分とするエポキシ樹脂組成
   物の硬化物によって半導体装置が封止されていることを
   特徴とする樹脂封止型半導体装置。
7. 【請求項７】 （ａ）下記一般式（１） 【化３】 （Ｒは水素原子またはメチル基を示す。Ｒ¹ 〜Ｒ⁸ はそ
   れぞれ水素原子、メチル基、エチル基、イソプロピル
   基、フェニル基、クロル原子およびブロム原子からなる
   群より選ばれる基を示し、同一でも異なっていてもよ
   い。ｎは０〜５の整数を示す。）で表されるビフェニル
   型エポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂成分と、 （ｂ）フェノール樹脂成分と、 （ｃ）トリス（２，６−ジメトキシフェニル）ホスフィ
   ンと６−ジブチルアミノ−１，８−ジアザビシクロウン
   デセン−７とを含む硬化促進剤と、 （ｄ）イオン捕捉剤と、 （ｅ）無機質充填剤 を必須成分とするエポキシ樹脂組成物の硬化物によって
   半導体装置が封止されていることを特徴とする樹脂封止
   型半導体装置。