JP3973137B2 - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents
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Description
【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、耐半田性に優れた特性を有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び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難燃性を付与するために、通常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・衛生の観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で、難燃性に優れたエポキシ樹脂組成物の開発が求められている。
又ハロゲン系難燃剤及びアンチモン化合物を含むエポキシ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、半導体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とも難燃グレードUL−94のV−0を達成できるエポキシ樹脂組成物が要求されている。
【0003】
このように、半導体装置を高温下(例えば、185℃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55−146950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)等が提案され、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て、エポキシ樹脂組成物の種類によっては不満足なものもある。
【0004】
これらの問題に対して、水酸化アルミニウムを使用することが提案されており、多量に添加することによりUL−94のV−0を達成でき、高温保管特性も問題ないが、多量に添加することにより成形性、耐半田性が低下するという問題がある。
しかし、充分な難燃性を得るためには水酸化アルミニウムの使用量の低減には限界がある。更に近年の環境対応で問題になっている無鉛半田化により半田処理温度が高くなり、従来以上に耐半田性への要求が厳しくなってきている。即ちハロゲン系難燃剤及びアンチモン化合物を使用しなくとも成形性、難燃性を維持し、高温保管特性及び耐半田性に優れた特性を有するエポキシ樹脂組成物が求められている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ハロゲン系難燃剤及びアンチモン化合物を含まず成形性、難燃性、高温保管特性及び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。
【0006】
【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)平均粒経0.01〜14μmの一般式(1)で示される水酸化アルミニウムを含む半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、前記(E)成分の配合量が全樹脂組成物中に3〜15重量%であることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
Al2O3(H2O)n (1)
(nは2<n<3の数)
[2] 平均粒経0.01〜14μmの一般式(1)で示される水酸化アルミニウムが、比表面積0.1〜40m2/gである第[1]項記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
[3] 第[1]項又は[2]項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。
【0007】
【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、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂(フェニレン骨格又はジフェニレン骨格等を有する)等が挙げられ、これらは単独でも併用しても差し支えない。
【0008】
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(フェニレン骨格又はジフェニレン骨格等を有する)等が挙げられ、これらは単独でも併用しても差し支えない。
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。
【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用いることができる。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。
【0010】
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、これらは単独でも併用しても差し支えない。無機充填材の配合量は、一般式(1)で示される水酸化アルミニウムと無機充填材との合計量が、成形性と耐半田性のバランスから、全エポキシ樹脂組成物中60〜95重量%とすることが好ましく、更に好ましくは70〜92重量%である。60重量%未満だと、吸水率の上昇に伴う耐半田性が低下し、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。
【0011】
本発明に用いる平均粒経0.01〜14μmの一般式(1)で示される水酸化アルミニウムは、難燃剤として作用するものである。一般式(1)で示される水酸化アルミニウムは、従来難燃剤として用いられている結晶水が3の水酸化アルミニウムに較べ、一般式(1)で示される水酸化アルミニウムを用いたエポキシ樹脂組成物の硬化物は熱膨張率が小さく、耐半田性の向上に効果があり、近年の無鉛半田化による半田処理温度の上昇にも対応できる。一般式(1)中のnが3だと耐半田性は低下し、nが2以下だと脱水する水分量が少なくなるため難燃性が低下する。
【0012】
本発明に用いる一般式(1)で示される水酸化アルミニウムの平均粒径は、0.01〜14μmである。平均粒径が0.01μm未満であると流動性が低下し、更に硬化物の抽出時の不純物量が増加するために耐湿信頼性の低下が生じる。平均粒径が14μmを越えると充分な難燃性が得られない。本発明での粒径は、レーザー回折法で測定した値を用い、平均粒径は50重量%の累積になった時の粒径である。
水酸化アルミニウムの比表面積としては、0.1〜40m2/gが好ましく、0.1m2/g未満だと難燃性に劣る傾向にあり、40m2/gを越えると硬化性が低下するおそれがあり好ましくない。比表面積は、BET法で窒素ガスを用いて測定したものである。又粒子の形状は限りなく球状に近いものが流動性の向上に効果があり好ましい。
本発明に用いる水酸化アルミニウムの配合量は、全エポキシ樹脂組成物中に0.1〜30重量%が好ましく、更に好ましくは3〜15重量%が望ましい。0.1重量%未満だと難燃性が不足し、30重量%を越えると耐半田性、成形性が低下するおそれがあり好ましくない。
【0013】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、(A)〜(E)成分の他に、必要に応じて臭素化エポキシ樹脂、三酸化アンチモン等の難燃剤を含有することは差し支えないが、150〜200℃での半導体装置の高温保管特性が要求される用途では、臭素原子、アンチモン原子の含有量は、各々0.1重量%未満であることが好ましく、更に好ましくは零が望ましい。各々が0.1重量%以上だと高温下に放置したときに半導体装置の抵抗値が時間と共に増大し、最終的には半導体素子の金線が断線する不良が発生するおそれがある。
【0014】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、(A)〜(E)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。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、(A)〜(E)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。
【0015】
【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。
実施例1
ビフェニル型エポキシ樹脂(融点105℃、エポキシ当量195:ジャパンエポキシレジン(株)製、YX−4000) 7.6重量部
フェノールアラルキル樹脂(軟化点77℃、水酸基当量175、三井化学(株)製、XLC−LL) 6.9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) 0.2重量部
溶融球状シリカ 77.0重量部
水酸化アルミニウム1(特性を表1に示す) 7.0重量部
エポキシシランカップリング剤 0.5重量部
カーボンブラック 0.3重量部
カルナバワックス 0.5重量部
を常温でスーパーミキサーを用いて混合し、70〜100℃でロール混練し、冷却後粉砕して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2に示す。
【0016】
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℃、注入圧力6.9MPa、硬化時間120秒で測定した。
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。数値が小さいほど硬化が遅い。単位はkgf・cm。
難燃性:低圧トランスファー成形機を用いて、成形温度175℃、注入圧力9.8MPa、硬化時間120秒で試験片(127mm×12.7mm×3.2mm)を成形し、後硬化として175℃、8時間処理した後、UL−94垂直法に準じてΣF、Fmaxを測定し、難燃性を判定した。
耐半田性:80ピンQFP(パッケージサイズは14mm×20mm、厚み2.0mm、シリコンチップのサイズは、9.0mm×9.0mm、リードフレームは42アロイ製)を、金型温度175℃、注入圧力8.3MPa、硬化時間2分でトランスファー成形し、175℃、8時間で後硬化した。85℃、相対湿度85%の環境下で72時間放置し、その後260℃の半田槽に10秒間浸漬した。顕微鏡で観察し、クラック発生率[(外部クラック発生パッケージ数)/(全パッケージ数)×100]を%で表示した。又チップとエポキシ樹脂組成物の硬化物との剥離面積の割合を超音波探傷装置を用いて測定し、剥離率[(剥離面積)/(チップ面積)×100]を%で表示した。
高温保管特性:模擬素子を25μm径の金線で配線した16ピンSOPを、金型温度175℃、注入圧力9.8MPa、硬化時間2分でトランスファー成形し、175℃、8時間で後硬化した。185℃の恒温槽で処理し、一定時間毎にピン間の抵抗値を測定した。初期の抵抗値から10%以上抵抗値が増大したパッケージ数が、15個中8個以上になった恒温槽処理時間を高温保管特性として表示した。この時間が長いと、高温安定性に優れていることを示す。単位は時間。
熱膨張率:真空理工(株)製DLY−9400ROBOTを用いて測定した。α1(ガラス転移温度以下の温度範囲での熱膨張係数)は60℃、α2(ガラス転移温度以下の温度範囲での熱膨張係数)は240℃での熱膨張係数を示す。
【0017】
実施例2、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2に示す。
なお、実施例、比較例に用いた水酸化アルミニウムの特性は、表1に示す。
比較例5に用いた臭素化ビスフェノールA型エポキシ樹脂のエポキシ当量は、365g/eq.である。
【0018】
【表1】
【0019】
【表2】
【0020】
【発明の効果】
本発明に従うと、ハロゲン系難燃剤及びアンチモン化合物を含まず、成形性、熱膨張率に優れた特性を有する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、高温保管特性及び耐半田性に優れている。
Claims (3)
- (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)平均粒経0.01〜14μmの一般式(1)で示される水酸化アルミニウムを含む半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、前記(E)成分の配合量が全樹脂組成物中に3〜15重量%であることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
Al2O3(H2O)n (1)
(nは2<n<3の数) - 平均粒経0.01〜14μmの一般式(1)で示される水酸化アルミニウムが、比表面積0.1〜40m2/g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。
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