JP3641864B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び該組成物で封止した半導体装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び該組成物で封止した半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体装置は、プラスチックパッケージと呼ばれる樹脂封止が主流となっており、この樹脂封止には従来よりエポキシ樹脂組成物が用いられてきた。
一方、これら半導体装置を組み込む電気製品の小型化に伴い、パッケージの小型・薄型化が進むと共に、パッケージの基板への実装方法も高密度実装に適した表面実装方式化する傾向にある。
これら表面実装方式では、基板へ半導体装置をはんだ付けする際に、ＩＲリフローやＶＰＳリフロー等の装置を用いるため、搭載したパッケージ自体が短時間に２００℃以上の高温に晒されることになる。
この時、パッケージ中に含有される水分が気化し、この蒸気圧は樹脂と素子／リードフレーム等のインサートとの界面において剥離応力として働き、これら界面での剥離、薄型のパッケージでは更にパッケージの膨れやクラックに至ってしまう。
このような症状が生じた場合、剥離やクラックにより、パッケージの耐湿信頼性の低下や膨れによるはんだ接合不良等の問題を生じてしまうため、表面実装用パッケージにおいては、このような問題を回避する必要が生じる。
半導体封止用エポキシ樹脂組成物での検討では、各種の樹脂における検討がなされており、インサートに対する接着力、硬化物の吸湿性、高温での強度が重要であることが分かっている。
一方、インサートに対して強い接着力を示す場合、成形金型との離型性が悪いといった問題が生じていた。
また、充填材量を多くすることは低吸水率化、高強度化に対して有効ではあるが流動性を低下させるといった問題があり、これは樹脂の粘度にも影響される。
このため、樹脂の硬化物では吸水率を少なくできる系でも、その系の粘度が高く充填剤量を多く添加できないといった問題等が生じている。
また、樹脂系によってはエポキシ樹脂組成物の保存安定性が著しく悪いといった問題を生じている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これまでの半導体封止用エポキシ樹脂組成物では、上記のようなリフローによるはんだ付け時の耐熱性及び封止作業性の両立の点で問題があった。
本発明は、このような課題に対し、半導体封止に用いるエポキシ樹脂組成物において、インサートとの密着性と成形金型との離型性を両立し、充填材量が多いにもかかわらず優れた流動性を持った半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供し、上記はんだ付け方法にて良好な耐熱性を持っ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】
上記の目的を達成するため、本発明におけるエポキシ樹脂組成物は、成分として以下の（Ａ）〜（Ｄ）を必須成分として含有することを特徴とするエポキシ樹脂組成物に関する。
（Ａ）下記構造式１で表わされるエポキシ樹脂
【０００５】
【化６】

（Ｂ）１分子中に２個以上のフェノール性水酸基を有する化合物
（Ｃ）下記構造式２で表わされるアミン化合物のフェノールノボラック塩
【０００６】
【化７】

（Ｄ）全樹脂組成物中６０〜９５重量％の無機充填材
すなわち、本発明者等はこれらの課題に対して検討を進めた結果、上記（Ａ）、（Ｂ）を含有してなるエポキシ樹脂組成物が低吸湿、高接着の点で優れ、同時に基板へのはんだ付け実装時のクラックに対しても有効であることを見出した。また、（Ｃ）に示した化合物を硬化促進剤として用いると、エポキシ樹脂組成物の流動性に富み充填材の高充填化が可能であり、かつ保存安定性に富んでいることを見出し本発明に至ったのである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
この発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、前述（Ａ）のエポキシ樹脂と（Ｂ）で示される硬化剤、（Ｃ）で示される硬化促進剤及び（Ｄ）で示される充填材を含有して得られるものであって、通常、粉末状もしくはそれを打錠したタブレット状になっている。
上記構造式１で表わされるエポキシ樹脂は、それ自体でエポキシ樹脂成分を構成しても良いし、それ以外に１分子中に２個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂を併用しても構わない。併用されるエポキシ樹脂としては、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、エピビス型エポキシ樹脂等が挙げられるが、好適には下記構造式３で表わされるエポキシ樹脂を全エポキシ樹脂に対し２〜３０重量％用いると、より流動性を向上することができ、充填材の高充填化の点からも好ましい。この場合２重量％以下では流動性向上の硬化が乏しく、また、３０重量％以上添加すると離型性の問題を生じてしまう。
【０００８】
【化８】

【０００９】
硬化剤として１分子中に２個以上のフェノール性水酸基を有する化合物としては、フェノールノボラック、クレゾールノボラック等が挙げられるが、好適には構造式４で示される化合物を用いることが、高接着力化、低吸水率化の点より好ましい。また、これらを２種以上併用しても構わない。
【００１０】
【化９】

硬化促進剤としては、構造式２で示される化合物（１，５−ジアザビシクロ（４，３，０）ノネン−５）のフェノールノボラック塩を用いると、良好な硬化性を有し、かつ充填材の高充填化の点で優れ、また、エポキシ樹脂組成物の保存安定性の点でも優れている。そしてこのものは（株）サンアプロからＶＣＡＴ−８８１（商品名）として市販されている。また、構造式２で示される硬化促進剤は他の硬化促進剤、例えばトリフェニルフォスフィン、ビアザビシクロ（２、４、６）ウンデセン−７等と併用しても構わない。
【００１１】
また、このエポキシ樹脂組成物には、成形時に金型との良好な離型性を持たせるため、離型剤を添加する必要がある。この離型剤としては、酸化型若しくは非酸化型のポリオレフィンを全エポキシ樹脂添加量に対して、０．０１〜１０重量％添加することが好ましい。これは０．０１重量％以下では充分な離型性を得ることができず、また、１０重量％以上では接着性を著しく阻害してしまうためである。この酸化型若しくは非酸化型のポリオレフィンとしては、ヘキスト製Ｈ４やＰＥ、ＰＥＤシリーズ等の低分子量ポリエチレン等が挙げられる。
また、この時これ以外の離型剤、例えばカルナバワックス、モンタン酸エステル、モンタン酸、ステアリン酸等と併用しても構わない。
ところで、構造式１で示されるエポキシ樹脂を用いた場合、エポキシ樹脂組成物の難燃性が低下してしまう。このため、難燃剤として臭素化エポキシ樹脂や三酸化二アンチモンを、従来のｏ−クレゾール型エポキシ樹脂を用いた場合よりも多く添加する必要がある。これら難燃剤をより多く添加した場合、イオン性の不純物が多くなり、半導体装置の信頼性を損なうことがある。このため、このエポキシ樹脂組成物には、Ｍｇ_4.5 Ａｌ₂ （ＯＨ）₁₃ＣＯ₃ ・３．５Ｈ₂ Ｏで示される無機イオン捕捉剤（合成ハイドロタルサイト）を添加することが好ましい。
無機イオン捕捉剤配合割合は総エポキシ樹脂１００重量部に対し０．１〜５重量部が適している。
【００１２】
無機充填材としてはシリカ、アルミナ等が挙げられ、その形状としては球状、不定形、楕円状等を使うことができる。また、添加量としては全樹脂組成物中６０〜９５重量％が好ましい。すなわち、６０重量％以下では充分な耐リフロークラック性を維持することができず、また、９５重量％以上では成型のための充分な流動性を維持することができないためである。
また、この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物には、必要に応じてカーボン、カップリング剤、シリコーン等を加えることができる。
この発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、上記原材料を各々適宜配合し、この配合物をミキシングロール機等の混練機にかけ混練して汎溶融状態の樹脂組成物とし、これを室温に冷却した後、公知の手段により破砕し、必要に応じて打錠するといった一連の工程により、目的とするエポキシ樹脂組成物を得ることができる。
このようなエポキシ樹脂を用いての半導体素子の封止は、特に限定するものではなく、通常の方法、例えば、トランスファ成型等の公知の成型方法によって行うことができる。
このようにして得られる半導体装置は、インサートと封止材料の接着性に優れ、封止材料への吸湿量が少なく、装置を基板にはんだ付けする際の耐クラック性に優れていると同時に、半導体装置をトランスファ成型する際に、金型側へ貼り付くことも無く、優れた封止作業性を有している。
【００１３】
【実施例】
以下、実施例及び比較例によって具体的に本発明を説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
まず、表１及び表２に示す重量部で配合し予備混合した後、１０インチ径の二軸ロールを使用して、混練温度８０〜９０℃、混練時間７〜１０分の条件で混練し、冷却後粉砕して得た封止用樹脂組成物を用いた。
【００１４】
この封止用樹脂組成物を用い、トランスファー成形機で、金型温度１８０℃、成形圧力７０kgf/cm² 、硬化時間９０秒の条件で成形した。後硬化は１７５℃、６時間行った。
スパイラルフローは、ＥＭＭＩ１−６６に準じて測定した。
ＡＩピール接着力は、厚み約０．０３ｍｍのアルミホイル上に幅１０ｍｍ成形品にて測定した。
吸水率はφ５０×３ｍｍの円板にて測定した。
耐リフロークラック性は、ＱＦＰ１４２０ ２．０ｍｍｔのパッケージを用い上記条件にて成形後、８５℃／８５ＲＨ％の雰囲気にＸ時間放置した後、ＩＲリフロー炉にて加熱（ＭＡＸ２４５℃）し、クラックの有無を超音波顕微鏡にて観察した。
離型性はフェロ板上に連続成形を行い、フェロ板と封止材の剪断接着力の変化から判定した。
表１に実施例１〜４及び比較例１〜４の結果を示す。
表２に実施例５、６及び比較例５、６の結果を示す。
これらの結果から判るように、本発明のエポキシ樹脂組成物は耐リフロークラック性、高温放置性、離型性等に優れている。
【００１５】
【表１】

その他の組成（実施例、比較例共通）
シランカップリング剤 ６部 カルナウバワックス ２部
三酸化アンチモン １５部 カーボンブラック ２部
※１ １，５−ジアザビシクロ（４，３，０）ノネン−５を２０％含有するフェノールノボラック塩（ＶＣＡＴ−８５１）
※２ ３０％のフェノールノボラック塩
なお、構造式１のエポキシ樹脂としてはエポキシ当量が２６４のＨＰ−７２００（大日本インク社製、商品名）を、構造式３のエポキシ樹脂としてはエポキシ当量が約１９２のＹＸ−４０００Ｈ（油化シェルエポキシ社製、商品名）を、ＯＣＮ（ｏ−クレゾールノボラック型）としてエポキシ当量が約２００のＥＳＣＮ１９５（住友化学社製、商品名）を、さらにＢｒ化エポキシ樹脂としては、エポキシ当量３７５、臭素含有量約５０重量％のＥＳＢ−４００Ｔ（住友化学社製、商品名）を用いた。また硬化剤としてのフェノールノボラック樹脂としては水酸基当量が１０６のＨＰ−８５０Ｎ（日立化成社製、商品名）を用いた。
【００１６】
【表２】

※１ １，５−ジアザビシクロ（４，３，０）ノネン−５を２０％含有するフェノールノボラック塩（ＶＣＡＴ−８５１）
※２ 酸価１５〜３０ｍｇＫＯＨ／ｇ、分子量約２０００の分岐型ポリエチレンワックス
【００１７】
【発明の効果】
本発明の封止用樹脂組成物は、はんだ付け時の耐熱性及びその他の信頼性、成形性に優れたものであり、従って該封止用樹脂組成物で封止した半導体装置もはんだ付け時の耐熱性やその他の信頼性に優れたものとなる。

Claims (6)

1. 主たる成分として、以下（Ａ）〜（Ｄ）を含有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。
   （Ａ）下記構造式１で表わされるエポキシ樹脂
   

   

   （Ｂ）１分子中に２個以上のフェノール性水酸基を有する化合物
   （Ｃ）下記構造式２で表わされるアミン化合物のフェノールノボラック塩
   

   

   （Ｄ）全樹脂組成物中６０〜９５重量％の無機充填材
2. 下記構造式３で表わされるエポキシ樹脂を、全エポキシ樹脂に対し２〜３０重量％含有することを特徴とする請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
   

   
3. （Ｂ）化合物に下記構造式４で表わされる化合物を用いることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
   

   
4. 酸化、若しくは非酸化型のポリオレフィン類を全エポキシ樹脂に対し、０．０１〜１０重量％含有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
5. 下記式５で表わされる無機イオン捕捉剤を含有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
   

   
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物で封止したことを特徴とした半導体装置。