JP3537082B2

JP3537082B2 - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

Info

Publication number: JP3537082B2
Application number: JP03074499A
Authority: JP
Inventors: 彩子水島; 賢太田
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 1999-02-09
Filing date: 1999-02-09
Publication date: 2004-06-14
Anticipated expiration: 2019-02-09
Also published as: JP2000230111A

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、高温保管特性
に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及びこれを
用いて半導体素子を封止してなる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。しかしな
がら、この樹脂組成物で封止された半導体装置を高温下
で保管した場合、これらの難燃剤成分から熱分解したハ
ロゲン化物が遊離し、半導体素子の接合部を腐食し、装
置の信頼性を損なうことが知られており、難燃剤として
ハロゲン系難燃剤とアンチモン化合物を使用しなくても
難燃グレードＶ−０を達成できる樹脂組成物が要求され
ている。このように、半導体装置を高温下（例えば１８
５℃等）に保管した後の半導体素子の接合部（ボンディ
ングパッド部）の耐腐食性のことを高温保管特性とい
い、この高温保管特性を改善する手法としては、五酸化
二アンチモンを使用する方法（特開昭５５−１４６９５
０号公報）や、酸化アンチモンと有機ホスフィンとを組
み合わせる方法（特開昭６１−５３３２１号公報）等が
検討され、効果が確認されているが、最近の半導体装置
に対する高温保管特性の高い要求レベルに対し、樹脂組
成物の種類によっては不満足なものもある。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、高温保管特性、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求められている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、成形性、難
燃性、高温保管特性、及び耐湿信頼性に優れた半導体封
止用エポキシ樹脂組成物、及びこれを用いて半導体素子
を封止してなる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、（Ｃ）硬化促進剤、
（Ｄ）無機充填材、（Ｅ）モリブデン酸亜鉛で被覆され
た溶融球状シリカ、又はモリブデン酸亜鉛で被覆された
タルク、及び（Ｆ）ほう酸亜鉛を必須成分とするエポキ
シ樹脂組成物であって、上記モリブデン酸亜鉛で被覆さ
れた溶融球状シリカ、又はモリブデン酸亜鉛で被覆され
たタルクにおける溶融球状シリカ又はタルクに対するモ
リブデン酸亜鉛の被覆量が５〜４０重量％であり、上記
モリブデン酸亜鉛で被覆された溶融球状シリカ、又はモ
リブデン酸亜鉛で被覆されたタルクの平均粒径が０．５
〜３０μｍ、最大粒径が７５μｍ以下であり、かつ全エ
ポキシ樹脂組成物中に対し、上記モリブデン酸亜鉛が
０．１〜３重量％含まれ、上記ほう酸亜鉛が１〜５重量
％含まれることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂
組成物、及びこれを用いて半導体素子を封止してなる半
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分子内にエポキシ基を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、その分子量、分
子構造を特に限定するものではないが、例えば、ビフェ
ニル型エポキシ樹脂、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、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、ビフェニレンを含有するノボラック型エポ
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としては、
１分子内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、その分子量、分
子構造を特に限定するものではないが、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、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、ビフェニ
レンを含有するノボラック型フェノール樹脂等が挙げら
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、フェノールアラルキル樹脂、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するものを使
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、テトラフェニルホスホニ
ウム・テトラフェニルボレート等が挙げられ、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、タル
ク、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、後述のモリブデン酸亜鉛のコア材として用いる無
機系物質も含め、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性の問題が生
じ、好ましくない。

【０００９】本発明に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、燃焼
時に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、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
れがあり、又、成形性が低下する。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たものが挙げられるが、
コア材としては、溶融球状シリカ又はタルクが取り扱い
易さ、コストの点から好ましい。コア材を被覆すること
により、難燃剤として表面のモリブデン酸亜鉛のみが作
用することになり、モリブデン酸亜鉛を多量に配合せず
に済むので吸湿率の上昇を抑え、成形性も改良すること
ができる。

【００１１】溶融球状シリカ又はタルクに対するモリブ
デン酸亜鉛の被覆量としては、５〜４０重量％が好まし
い。溶融球状シリカ又はタルク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７５μｍ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、０．０５〜５重量％
が好ましく、更に好ましくは０．１〜３重量％である。
０．０５重量％未満だと難燃性が得られず、５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
し、成形性も低下するので好ましくない。本発明の、溶
融球状シリカ又はタルク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又はタルク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】本発明に用いるほう酸亜鉛は、モリブデン
酸亜鉛と同様に、難燃剤として作用する。ほう酸亜鉛は
難燃性と耐湿信頼性との兼ね合いから４ＺｎＯ・Ｂ₂Ｏ₃
・Ｈ₂Ｏや２ＺｎＯ・３Ｂ₂Ｏ₃・３．５Ｈ₂Ｏが好まし
く、特に、成形性との兼ね合いから４ＺｎＯ・Ｂ₂Ｏ₃・
Ｈ₂Ｏがより好ましい。本発明のほう酸亜鉛は、市場よ
り容易に入手することができる。ほう酸亜鉛の配合量と
しては、全樹脂組成物中に１〜２０重量％含有すること
が好ましく、更に好ましくは１〜５重量％である。１重
量％未満だと難燃性が不足し、２０重量％を超えると耐
湿信頼性、成形性が低下するので好ましくない。

【００１３】なお、モリブデン酸亜鉛とほう酸亜鉛は、
それぞれ単独でも難燃性を有するが、併用することによ
り更に難燃性が向上し、添加量を低減させることが可能
である。モリブデン酸亜鉛の難燃機構は硬化した樹脂成
分の炭化の促進であり、ほう酸亜鉛の難燃機構は水分の
放出と炭化層の強度向上であり、いずれかを単独で使用
するよりも、これらを併用することで、それぞれ少量ず
つの添加でも難燃性が向上する。又、モリブデン酸亜鉛
も、ほう酸亜鉛も、硬化促進剤を失活させやすい構造で
あるため、樹脂組成物の硬化性が低下する傾向がある
が、これらの難燃剤を組み合わせることによって、難燃
剤の配合量の少ない樹脂組成物が得られるため、硬化性
の低下を最小限にとどめることができる。なお、モリブ
デン酸亜鉛は高価であるため、ほう酸亜鉛と併用するこ
とで使用量を少なく抑えられるので、コストを低くする
ことができる。

【００１４】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。ＢｉＯ_a（ＯＨ）_b（ＮＯ₃）_c （１）（式中、ａ＝０．９〜１．１、ｂ＝０．６〜０．８、ｃ
＝０〜０．４）ＢｉＯ_a（ＯＨ）_b（ＮＯ₃）_c(ＨＳｉＯ₃）_d （２）（式中、ａ＝０．９〜１．１、ｂ＝０．６〜０．８、ｃ
＋ｄ＝０．２〜０．４）Ｍｇ_xＡｌ_y（ＯＨ）_2x+3y-2z（ＣＯ₃）_z・ｍＨ₂Ｏ（３）（式中、０＜ｙ／ｘ≦１、０≦ｚ／ｙ＜１．５、ｍは正
数）

【００１５】本発明の樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｆ）成
分、又は（Ａ）〜（Ｇ）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）〜（Ｆ）成分、又は（Ａ）
〜（Ｇ）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。

【００１６】

【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。配合割合は重量部とす
る。なお、実施例、及び比較例で用いたエポキシ樹脂、
フェノール樹脂の略号及び構造を、以下にまとめて示
す。エポキシ樹脂（Ｅ−１）：式（Ｅ−１）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】

【００１７】エポキシ樹脂（Ｅ−２）：式（Ｅ−２）で
示されるエポキシ樹脂（エポキシ当量２１０ｇ／ｅｑ）

【化２】

【００１８】フェノール樹脂（Ｈ−１）：式（Ｈ−１）
で示されるフェノール樹脂（水酸基当量１７５ｇ／ｅ
ｑ）

【化３】

【００１９】フェノール樹脂（Ｈ−２）：式（Ｈ−２）
で示されるフェノール樹脂（水酸基当量１０４ｇ／ｅ
ｑ）

【化４】

【００２０】実施例１エポキシ樹脂（Ｅ−１）８５重量部フェノール樹脂（Ｈ−１）６０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）２重量部溶融球状シリカ７４０重量部難燃剤Ａ（平均粒径１８μｍ、比表面積２．０ｍ²／ｇの溶融球状シリカ８重量部当たり、モリブデン酸亜鉛２重量部で被覆したもの。難燃剤Ａの平均粒径２４μｍ、最大粒径７４μｍ。）５０重量部ほう酸亜鉛（４ＺｎＯ・Ｂ₂Ｏ₃・Ｈ₂Ｏ）５０重量部エポキシシランカップリング剤５重量部カーボンブラック３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。

【００２１】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×３．２ｍｍ）を成形し、１７５℃で８時間
処理した後、ＵＬ９４垂直法に準じてΣＦ、Ｆmaxを測
定し、難燃性の判定を行った。硬化性：（株）オリエンテック・製、ＪＳＲキュラスト
メーターＩＶＰＳを用いて、ダイスの直径３５ｍｍ、振
幅角１°、成形温度１７５℃、成形開始９０秒後のトル
ク値を測定した。単位はｋｇｆ・ｃｍ。高温保管特性：低圧トランスファー成形機を用いて１７
５℃、７０ｋｇ／ｃｍ²、１２０秒で１６ｐＤＩＰ（チ
ップサイズ３．０ｍｍ×３．５ｍｍ）を成形し、１７５
℃で８時間処理した後、高温保管試験（１８５℃、１０
００時間）を行い、配線間の電気抵抗値が初期値に対し
２０％増加したパッケージを不良と判定した。１５パッ
ケージ中の不良率を百分率で示した。単位は％。

【００２２】実施例２〜９、比較例１〜３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４のイオン捕捉剤１
は、ＢｉＯ_1.0（ＯＨ）_0.7（ＮＯ₃）_0.3である。実施例
５のイオン捕捉剤２は、ＢｉＯ_1.0（ＯＨ）_0.7（Ｎ
Ｏ₃）_c（ＨＳｉＯ₃）_d（式中、ｃ＋ｄ＝０．３）であ
る。実施例６、比較例１ではイオン捕捉剤として協和化
学工業（株）・製ＤＨＴ−４Ｈ（ハイドロタルサイト系
化合物）を使用した。実施例８の難燃剤Ｂは、タルク７
重量部当たり、モリブデン酸亜鉛３重量部で被覆したも
の（平均粒径２．１μｍ、最大粒径１０μｍ）である。
比較例１では難燃剤として臭素化ビスフェノールＡ型エ
ポキシ樹脂（エポキシ当量３６５ｇ／ｅｑ．）を使用し
た。

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】

【発明の効果】本発明に従うと、ハロゲン、及びアンチ
モンを含まず、成形性に優れた半導体封止用エポキシ樹
脂組成物が得られ、これを用いた半導体装置は難燃性、
高温保管特性、耐湿信頼性に優れる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＣ０８Ｋ 3/38 Ｃ０８Ｋ 3/38 9/02 9/02 Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール
樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）無機充填材、（Ｅ）モ
リブデン酸亜鉛で被覆された溶融球状シリカ、又はモリ
ブデン酸亜鉛で被覆されたタルク、及び（Ｆ）ほう酸亜
鉛を必須成分とするエポキシ樹脂組成物であって、上記
モリブデン酸亜鉛で被覆された溶融球状シリカ、又はモ
リブデン酸亜鉛で被覆されたタルクにおける溶融球状シ
リカ又はタルクに対するモリブデン酸亜鉛の被覆量が５
〜４０重量％であり、上記モリブデン酸亜鉛で被覆され
た溶融球状シリカ、又はモリブデン酸亜鉛で被覆された
タルクの平均粒径が０．５〜３０μｍ、最大粒径が７５
μｍ以下であり、かつ全エポキシ樹脂組成物中に対し、
上記モリブデン酸亜鉛が０．１〜３重量％含まれ、上記
ほう酸亜鉛が１〜５重量％含まれることを特徴とする半
導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項２】ほう酸亜鉛が、４ＺｎＯ・Ｂ₂Ｏ₃・Ｈ₂
Ｏである請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成
物。
【請求項３】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（Ｇ）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。
【請求項４】請求項１、２、又は３記載の半導体封止
用エポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止してな
ることを特徴とする半導体装置。