JP3867956B2 - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流動性、硬化性、成形性、耐半田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で封止されている。これらのエポキシ樹脂組成物には、低圧トランスファ―成形における良好な流動性と成形性、生産性向上のための速硬化性、これらを用いて得られた半導体装置には高い耐半田性が要求されている。
【０００３】
成形性、特にエポキシ樹脂組成物の充填性を向上させるためには、エポキシ樹脂組成物の粘度を低減させ流動性を高めることが必要である。又耐半田性を向上させるには、封止材料であるエポキシ樹脂組成物の硬化物には低吸水化及び高温時の高強度化が必須である。成形性と耐半田性の改善が同時に求められており、耐半田性向上のため低吸水化及び高強度化に、無機充填剤量を増量した場合（例えば、特開平10-204261号公報、特開平10-25335号公報）、エポキシ樹脂組成物の粘度が上昇し、成形性、特に充填性の大幅な低下がおこり、耐半田性と成形性の両立が困難となる。更に耐半田性向上のために、縮合多環芳香族系樹脂やナフトール型樹脂を使用する場合（例えば、特開平10-226746号公報、特開平9-291128号公報）もあるが、成形時の流動性の低下や硬化性の低下という問題が発生し、成形性に問題が生じる。このため、成形性と耐半田性の両立が強く求められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、流動性、成形性、耐半田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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
［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、及び（Ｅ）一般式（１）から選ばれるシリコーンオイル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、
【化２】

［２］カップリング剤が成分として含まれる第［１］項記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
［３］無機充填材が、一般式（１）から選ばれるシリコーンオイルとカップリング剤とを混合させたもので予め表面処理される第［２］項記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
［４］第［１］項〜第［３］項のいずれかに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、
である。
【０００６】
【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、分子構造は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、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂（フェニレン骨格、ジフェニレン骨格等を有する）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。これらの中では、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノールノボラック型エポキシ等が特に望ましい。
【０００７】
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、フェノールアラルキル樹脂（フェニレン骨格、ジフェニレン骨格等を有する）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。これらの内では、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。
【０００８】
エポキシ樹脂とフェノール樹脂の配合量としては、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であることが好ましく、この範囲を外れると、エポキシ樹脂組成物の硬化性の低下、或いは硬化物のガラス転移温度の低下、耐湿信頼性の低下等が生じる可能性がある。
【０００９】
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、ベンゾキノンをアダクトしたトリフェニルホスフィン等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いても差し支えない。
【００１０】
本発明に用いる無機充填材としては、一般に半導体封止用エポキシ樹脂組成物に使用されているものを用いることができる。例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、タルク、アルミナ、窒化珪素等が挙げられ、最も好適に使用されるものとしては、球状の溶融シリカである。これらの無機充填剤は、単独でも混合して用いても差し支えない。またこれらがカップリング剤により表面処理されていてもかまわない。
【００１１】
本発明において使用する一般式（１）から選ばれるシリコーンオイルは、Ｓｉの重合度が最大７のものであり、従来から使用されているシリコーンオイルより極端に分子量が小さく、そのことが高分子界面活性剤として効果的に作用する。すなわち分子量が小さいため粘度も低く、固体の表面に容易に展開するのである。これらのシリコーンオイルが無機充填材の表面に付着することにより、無機充填材の粒子間の摩擦を小さくし、また無機充填材と樹脂との混ざりを良くし、さらに他の液剤の分散性を向上させることにより半導体封止用エポキシ樹脂組成物の粘度を低減させ、良好な流動性を発現させるものであり、分散性が上がることから耐半田クラック試験でのクラックの発生起点となりえる凝集物が少なくなり、結果耐半田クラック性も向上する。また、特にカップリング剤を無機充填材に表面処理する場合、表面に均一に処理する必要があるが、カップリング剤のみを混合しても均一に処理することは難しかった。しかしながら、これらのシリコーンオイルを併用すると均一に処理することが可能となり、その結果さらに流動性、硬化性、強度が大きく向上した半導体封止用エポキシ樹脂組成物が得られる。
【００１２】
本発明において一般式（１）から選ばれるシリコーンオイルは、１種類を単独で使用しても２種類以上を併用してもよい。また、一般式（１）から選ばれるシリコーンオイルの配合量は、特に限定されないが、全エポキシ樹脂組成物中０．０１〜５重量％が望ましく、より好ましくは０.０５〜３重量％である。下限値を下回ると十分な流動性が得られない可能性があり、上限値を超えると、硬化性、耐半田性が低下する可能性がある。
【００１３】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、フェノール硬化剤、硬化促進剤、無機充填材、一般式（１）から選ばれるシリコーンオイルを必須成分とするが、必要に応じてカップリング剤を添加しても良い。本発明において使用するカップリング剤は、一般に使用されているカップリング剤をさす。例えばシランカップリング剤、チタネートカップリング剤、アルミニウムカップリング剤等が挙げられるが、最も好適に使用されるものとしてはシランカップリング剤である。カップリング剤の配合量は、特に限定されないが、全エポキシ樹脂組成物中０．０１〜５重量％が望ましく、より好ましくは０.０５〜３重量％である。下限値を下回ると十分な流動性や強度が得られない可能性があり、上限値を超えると、吸水率が増加する可能性がある。
【００１４】
本発明においては、無機充填材を、一般式（１）から選ばれるシリコーンオイルとカップリング剤とを混合させたもので予め表面処理しても良い。この場合の一般式（１）から選ばれるシリコーンオイルとカップリング剤の配合量は、特に限定されないが、カップリング剤１００重量部に対して０．０１重量部以上あれば充分である。下限値を下回ると十分な分散性が得られない可能性がある。
【００１５】
本発明において一般式（１）から選ばれるシリコーンオイルとカップリング剤とを混合したものを無機充填材の表面処理に使用する場合の方法としては、特に限定されないが、例えばシリコーンオイルとカップリング剤の混合溶液を無機充填剤と攪拌混合し、混合機から取り出して常温にて１日以上放置する方法が有効である。反応をより進めるために攪拌混合する時に混合機内の温度を５０〜１５０℃に加熱するか、あるいは常温で攪拌混合し混合機から取り出した後に５０〜１５０℃加熱する方法も有効である。
シリコーンオイルとカップリング剤の混合溶液を無機充填剤と攪拌混合する混合機としては、特に限定しないが、例えばボールミル、ヘンシェルミキサー、Ｖブレンダーやダブルコーンブレンダー等のブレンダー類、コンクリートミキサーやリボンブレンダー等が使用できる。
【００１６】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、フェノール硬化剤、硬化促進剤、無機充填材、一般式（１）から選ばれるシリコーンオイルを必須成分とし、必要に応じてカップリング剤を添加するが、更にこれ以外に、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、ゴム等の低応力添加剤、臭素化エポキシ樹脂や三酸化アンチモン、赤燐、水酸化アルミニウム等の難燃剤等、種々の添加剤を適宜配合しても差し支えない。
【００１７】
又、本発明のエポキシ樹脂組成物は、ミキサー等を用いて原料を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。
本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて、半導体素子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。
【００１８】
【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シリコーンオイル、及び表面処理溶融球状シリカの内容について、以下に示す。
シリコーンオイル１：式（２）で示されるシリコーンオイル
【化３】

シリコーンオイル２：式（３）で示されるシリコーンオイル
【化４】

シリコーンオイル３：式（４）で示されるシリコーンオイル
【化５】

シリコーンオイル４：式（５）で示されるシリコーンオイル
【化６】

表面処理溶融球状シリカ１：平均粒径２７μｍの溶融球状シリカ１００重量部に対し、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランカップリング剤０．５重量部とシリコーンオイル１、０．０００５重量部を混合した溶液を添加、攪拌混合し、混合機から取り出して３日常温放置した表面処理したシリカ
表面処理溶融球状シリカ２：平均粒径２７μｍの溶融球状シリカ１００重量部に対し、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランカップリング剤０．５重量部を添加、攪拌混合し、混合機から取り出して３日常温放置した表面処理したシリカ
【００１９】
実施例１

を混合し、熱ロールを用いて、９５℃で８分間混練して冷却後粉砕し、エポキシ樹脂組成物を得た。得られたエポキシ樹脂組成物を、以下の方法で評価した。結果を表１に示す。
【００２０】
評価方法
スパイラルフロー：ＥＭＭＩ−１−６６に準じたスパイラルフロー測定用金型を用いて、金型温度１７５℃、圧力６．９ＭＰａ、硬化時間１２０秒で測定した。単位はｃｍ。
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。数値が小さい程硬化が遅い。単位はＮ・ｍ。
熱時曲げ強度・熱時曲げ弾性率：２６０℃での曲げ強度・曲げ弾性率をＪＩＳＫ ６９１１に準じて測定した。単位はともにＮ／ｍｍ²。
耐半田性：低圧トランスファー成形機を用いて成形温度１７５℃、圧力８．３ＭＰa、硬化時間１２０秒で８０ｐＱＦＰ（チップサイズ６．０ｍｍ×６．０ｍｍ）を成形し、アフターベークとして１７５℃、８時間処理した後、８５℃、相対湿度８５％で１２０時間の吸湿処理を行った後、２６０℃のＩＲリフロー処理を行った。パッケージ内部の剥離やクラックを超音波探傷機で確認した。１０個のパッケージ中の不良パッケージ数を示す。
【００２１】
実施例２〜７、比較例１〜５
表１の配合に従い、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を得て、実施例１と同様にして評価した。結果を表１に示す。
【００２２】
【表１】

【００２３】
【発明の効果】
本発明に従うと、流動性、硬化性、成形性、耐半田性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及び半導体装置を得ることができる。

Claims (4)

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、及び（Ｅ）一般式（１）から選ばれるシリコーンオイル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. カップリング剤が成分として含まれる請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
3. （Ｄ）無機充填材が、一般式（１）から選ばれるシリコーンオイルとカップリング剤とを混合させたもので予め表面処理される請求項２記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
4. 請求項１〜請求項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。