JP3994964B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びこれにより封止された半導体装置に関するものである。

従来、半導体封止用エポキシ樹脂に難燃性を付与する手段としては、臭素等のハロゲン化合物等や、酸化アンチモン等が用いられてきたが、ハロゲン化合物はダイオキシンの発生が、アンチモンは発ガン性が疑われており、これらは使用を控える方向にある。

そこで、上記のような難燃剤に代わる新たな難燃剤として、金属水和物の一つである水酸化マグネシウムが用いられるようになってきている（特許文献１〜３参照）。難燃剤ととして水酸化マグネシウムを用いる場合は、成形性を考慮すると、粒度が揃っている合成品を用いることが好ましいため、半導体封止用途等のような成形性が重視される分野では、合成水酸化マグネシウムが用いられてきた。
特開平９−２４１４８３号公報 特開２０００−３０２９４８号公報 特開平１１−２１７４８７号公報

従来のように合成水酸化マグネシウムを半導体封止用エポキシ樹脂組成物の難燃剤として用いた場合、最終的なパッケージが白化してしまうという問題がある。具体的には、信頼性試験であるＰＣＴ試験や、酸性水に対する耐薬品性試験の後のパッケージに、白化が発生してしまうものである。

本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、難燃剤として水酸化マグネシウムを用いてダイオキシンの発生や発ガン性の問題を解消すると共に、パッケージの白化を防止することができる半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びこれにより封止された半導体装置を提供することを目的とするものである。

本発明に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤及び無機充填材を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、難燃剤として天然水酸化マグネシウムを含有することを特徴とする。これにより、難燃剤としてハロゲン化合物やアンチモン等の含有を不要として、ダイオキシン発生や発ガン性の問題を解消し、且つパッケージの白化を防止することができる。

上記天然水酸化マグネシウムは、その表面がシランカップリング剤にて処理されているものである。これにより、パッケージの白化を更に確実に防止することができる。

また上記天然水酸化マグネシウムは、平均粒径が１５μｍ以下であることが好ましく、この場合、天然水酸化マグネシウムと樹脂成分との相溶性を向上して良好な成形性を維持すると共に白化の発生を更に抑制することができるものである。

また、エポキシ樹脂と天然水酸化マグネシウムとを予め混合した後、他の成分と混合することにより調製されたものであることが好ましい。この場合、天然水酸化マグネシウムと樹脂成分との相溶性を向上して良好な成形性を維持すると共に白化の発生を更に抑制することができるものである。

また、本発明に係る半導体装置は、上記の半導体封止用エポキシ樹脂組成物にて封止されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、半導体装置の封止材中で、難燃剤としてハロゲン化合物やアンチモン等の含有を不要として、ダイオキシン発生や発ガン性の問題を解消し、且つパッケージの白化を防止することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

本発明に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤及び無機充填材を必須成分として含有し、更に難燃剤として天然水酸化マグネシウムを含有する。

エポキシ樹脂としては、半導体封止用途に用いられる適宜のものを用いることができるが、例えばｏ−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型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂等を挙げることができ、一種又は複数種を用いることができる。エポキシ樹脂の含有量は適宜調整されるが、組成物全量に対して７〜３５重量％の範囲であることが好ましい。

硬化剤としては、半導体封止用途に用いられ組成物中のエポキシ樹脂と反応するものであれば適宜のものを用いることができるが、例えばフェノールノボラック、クレゾールノボラック、フェノールアラルキル、ナフトールアラルキル等の各種多価フェノール化合物やナフトール化合物を挙げることができ、一種又は複数種を用いることができる。硬化剤の配合量は適宜調整されるが、エポキシ樹脂に対する硬化剤の化学量論上の当量比が０．５〜１．５、特に０．８〜１．２の範囲となるようにすることが好ましい。

また、必要に応じて硬化促進剤を含有させても良い。硬化促進剤としては適宜のものが用いられるが、例えば２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール等のイミダゾール類、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリメチルホスフィン等の有機ホスフィン類、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（ＤＢＵ）、トリエタノールアミン、ベンジルメチルアミン等の３級アミン等を用いることができ、一種又は複数種を用いることができる。硬化促進剤を配合する場合、その含有量は適宜調整されるが、好ましくはエポキシ樹脂と硬化剤の合計量に対して０．１〜５重量％の範囲となるようにする。

無機充填材としては、半導体封止用途に用いられる適宜のものが用いられるが、例えば結晶シリカ、溶融シリカ、アルミナ、窒化ケイ素等を挙げることができ、また本発明の必須成分である天然水酸化マグネシウムも無機充填材に含まれる。無機充填材は、一種又は複数種を用いることができる。無機充填材の配合量は適宜調整されるが、組成物全量に対して６０〜９０重量％の範囲とすることが好ましい。

また、本発明では難燃剤として天然水酸化マグネシウムを含有させる。天然水酸化マグネシウムは、水酸化マグネシウムの天然鉱石（ブルーサイト鉱石）を粉砕して得ることができる。天然水酸化マグネシウムの含有量は、半導体装置のパッケージに所望の難燃性を付与することができるように適宜の量に調整することができるが、組成物全量に対して５〜３０重量％の範囲であることが好ましい。

このように難燃剤として天然水酸化マグネシウムを含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物では、合成水酸化マグネシウムを用いる場合と比べて、パッケージの白化の発生が抑制される。その理由は必ずしも明確には解明されていないが、白化は水酸化マグネシウムが炭酸マグネシウムに変化するために生じるものと考えられており、一方、天然水酸化マグネシウムの方が合成水酸化マグネシウムよりも比表面積が小さく、このため天然水酸化マグネシウムの方が酸等と反応しうる面積が小さくなって炭酸マグネシウムの生成が抑制され、白化が抑制されるものと考えられる。尚、合成水酸化マグネシウムとしては、種々の製法で合成されるものであるが、例えば予めアルカリ法や酸法によって二酸化炭素が除去された海水（脱炭酸海水）に消石灰乳を添加することにより得られた水酸化マグネシウムなどが、市販されている。

上記天然水酸化マグネシウムは、合成品のように、均一な六角形状や扁平形状ではなく、一定の形状をしていないので、その平均粒径が３０μｍ以下のものを用いることが、良好な成形性を維持する上で好ましいものであり、より好ましくは、平均粒径が１５μｍ以下のものを用いる。この場合、樹脂成分との相溶性が高まり、合成品を用いる場合と同等の成形性が確保できるものであり、またこのように相溶性を高めることにより白化の発生を更に抑制するというメリットも生じる。一方、平均粒径がこの範囲を超えてしまうと、封止樹脂の評価特性のひとつであるスパイラルフローの値が短くなり、成形性が悪化する。この平均粒径の下限は特に制限されないが、あまりにも粒径が小さくなっても封止樹脂としての成形性が悪くなるので、下限を好ましくは１μｍ、より好ましくは３μｍとする。

また上記天然水酸化マグネシウムには、シランカップリング処理を施しておく。このときシランカップリング剤としては、例えばγ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプトシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のグリシドキシシラン、或いはアミノシラン等を用いることができる。天然品は合成品のように、均一な六角形状や扁平形状ではなく、不定形であるので、樹脂と均一に混合することは困難な場合があるが、このようなシランカップリング剤による表面処理が施された天然水酸化マグネシウムを用いると、水酸化マグネシウムと樹脂との相溶性が高くなり、組成物中に合成水酸化マグネシウムを均一に分散させることができるものであり、またこのためにパッケージ表面に露出する水酸化マグネシウムの表面積が低減されることからパッケージの白化を更に確実に防止することができる。

また、封止用エポキシ樹脂組成物中には、離型剤、着色剤、シリコーン可とう剤等の種々の添加剤を適宜配合することができる。例えばシリコーン可とう剤としては、エポキシ／ポリエーテル基含有ポリシロキサンを用いることができる。

上記のような成分から半導体封止用エポキシ樹脂組成物を調製するにあたっては、一般的な製法を適宜採用することができる。例えば調製される組成物の性状が液体状である場合は各成分を配合した後に溶解混合し、又はミキサー、ブレンダー等で均一に混合した後にニーダーやロール等で加熱混練して、液体状の樹脂組成物を得ることができる。また調製される樹脂組成物の性状が固体状である場合は各成分を配合した後に溶解混合し、又はミキサー、ブレンダー等で均一に混合した後にニーダーやロール等で加熱混練したものを、冷却固化した後粉砕して粉末状の樹脂組成物を得るものであり、また更に必要に応じて粉末状の樹脂組成物をタブレット状に打錠することもできる。

また、この封止用エポキシ樹脂組成物の調製にあたっては、エポキシ樹脂の全部又は一部と合成水酸化マグネシウムとを予め加熱混合し、これと残りの成分とを上記のように混合することが好ましい。このときエポキシ樹脂の全部又は一部と合成水酸化マグネシウムとは１００〜１２０℃で加熱混合することが好ましい。上記の通り天然品は合成品のように均一な六角形状や扁平形状ではなく、不定形であるので、樹脂との相溶性が悪いが、このように予めエポキシ樹脂と合成水酸化マグネシウムとを混合しておくことによっても、合成水酸化マグネシウムを均一に分散させることができるものであり、またこのためにパッケージ表面に露出する水酸化マグネシウムの表面積が低減されることからパッケージの白化を更に確実に防止することができる。

このようにして得られた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するにあたっては、一般的な手法を適宜採用することができるが、半導体装置製造の一例を挙げると、先ずリードフレーム上に半導体素子をダイボンディングした後、Ａｕ等の細線ワイヤを用いたワイヤボンディング法等でリードフレームと半導体素子を結線する。次に上記の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて半導体装置と結線部分とを樹脂封止する。

ここで樹脂封止を行うにあたっては、封止用エポキシ樹脂組成物が固体状である場合には粉末状又はタブレット状の半導体封止用エポキシ樹脂組成物をトランスファー成形等により金型成形することができ、半導体封止用エポキシ樹脂組成物が液体状である場合にはキャスティングやポッティング、印刷等の方法により注型、固化することができる。また必要に応じてアフターキュアーを施すようにしても良い。

以下、本発明を実施例によって詳述する。

《実施例１，２、比較例１〜３》
各実施例及び比較例につき、下記表１に示す組成となるように各成分を配合し、ブレンダーで３０分間混合し均一化した後、８０℃に加熱したニーダーで混練溶融させて押し出し、冷却後、粉砕機で粉砕して、粒状のエポキシ樹脂組成物を得た。

尚、表１中に示された各成分の詳細は次の通りである。
・ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂：住友化学（株）製、品番「ＥＳＣＮ １９５ＸＬ」、エポキシ当量１９５
・フェノールノボラック樹脂：荒川化学（株）製、品番「タマノール７５２」、水酸基当量１０４
・溶融シリカ：電気化学工業株式会社製の品番「ＦＢ８２０」と（株）アドマテックス製の品番「ＳＯ−２５Ｒ」とを、前者対後者の重量比率が９：１となるように混合したもの。
・γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン：信越化学工業（株）製、品番「ＫＢＭ４０３」
・エポキシ／ポリエーテル基含有ポロシロキサン：東レダウコーニング（株）製、品番「ＳＦ８４２１」
・カーボンブラック：三菱化学社製、品番「４０Ｂ」
・硬化促進剤：トリフェニルホスフィン、北興化学工業（株）製、品番「ＴＰＰ」
・カルナバワックス：大日化学社製、品番「Ｆ１−１００」
・ブロム化エポキシ樹脂：住友化学（株）製、品番「ＥＳＢ４００Ｔ」、エポキシ当量４００
・三酸化アンチモン：東湖産業社製、品番「ＮＴ−３」
・水酸化マグネシウム（合成品）：協和化学工業（株）製、品番「キスマ８Ｎ」、平均粒径１．７μｍ
・水酸化マグネシウム（天然品表面処理なし）：神島化学工業（株）製、品番「ＷＨ−２５（未処理品）」平均粒径６．７μｍ
・水酸化マグネシウム（天然品表面処理あり）：神島化学工業（株）製、品番「ＷＨ−２５（脂肪酸処理せず）」の、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランによるカップリング剤処理品
・水酸化マグネシウム（天然品表面処理あり、予め樹脂と混合）：神島化学工業（株）製、品番「ＷＨ−２５（脂肪酸処理せず）」の、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランによるカップリング剤処理品。組成物調製時にエポキシ樹脂と１００〜１２０℃で加熱混合した後に、上記の条件で他の成分と混合したもの。

尚、上記水酸化マグネシウム（神島化学工業（株）製、品番「ＷＨ−２５」）は、市販品には脂肪酸処理が施されているが、今回は脂肪酸処理が施されていないものの提供を受けて試験を行った。

《評価試験》
１．耐酸性試験
各実施例及び比較例の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用い、金型温度１７５℃、注入圧力７０ｋｇｆ／ｃｍ²（６．９ＭＰａ）、成形時間９０秒の条件でトランスファ成形を行い、評価用のパッケージ（１６ＤＩＰ）を作製した。

得られたパッケージを、０．１Ｎ（０．１ｍｏｌ／Ｌ）の塩酸水溶液中に２４時間浸漬した後の外観を観察し、初期のパッケージの色（黒色）を１０、シリカの色（白色）を０として１１段階で評価した。

２．信頼性評価（ＰＣＴ）
各実施例及び比較例の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用い、上記耐酸性試験と同様のサンプルを作製し、飽和型、２ａｔｍ、１２１℃、１０００時間の条件で試験を行った。

このような試験を各実施例及び比較例ごとに２０個のサンプルについておこない、このサンプル数（分母）に対する不良発生数（分子）にて評価した。

３．難燃性評価
各実施例及び比較例における半導体封止用エポキシ樹脂組成物にて評価用のパッケージの成形時と同一条件でトランスファ成形を行い、厚み０．８ｍｍの評価用テストピースを作製した。そしてこの評価用テストピースに対して、ＵＬ９４規格に従った炎性試験を行った。

この結果を表１に示す。

Claims (4)

1. エポキシ樹脂、硬化剤及び無機充填材を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、難燃剤としてシランカップリング剤にて表面処理が施された天然水酸化マグネシウム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。
2. 上記天然水酸化マグネシウムが、平均粒径が１５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
3. エポキシ樹脂と天然水酸化マグネシウムとを予め混合した後、他の成分と混合することにより調製されたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
4. 請求項１から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にて封止されていることを特徴とする半導体装置。