JP4312275B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、難燃性、成形性、信頼性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の封止は、生産性、コスト等の面から樹脂封止が主流となっている。この封止用樹脂は、電気的特性、コスト、作業性等に優れるエポキシ樹脂組成物が主に用いられている。しかし、エポキシ樹脂は、難燃性が不充分なので通常臭素化エポキシ樹脂を添加して難燃性を向上させている。また、臭素系難燃剤と相乗効果のあるアンチモン化合物（三酸化アンチモン、五酸化アンチモン等）を併用している。
近年環境保護の観点から、燃焼時にダイオキシンの生成が疑われる臭素系難燃剤、及び発癌性の可能性が指摘されているアンチモン化合物に対する使用規制の要求が強まりつつある。
【０００３】
この要求に対し、種々の代替難燃剤が検討されてきた。例えば、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の金属水和物は、充分な難燃性を発揮させるためには多量に添加せねばならず、樹脂組成物の硬化性、強度等の劣化を招いてしまう。
また、燐酸エステル系難燃剤（窒素との併用も含む）も種々の製品が提案されているが、成形性、信頼性において半導体封止用途の要求に堪えるものはない。また、Ｂｒ化合物、アンチモン化合物の割合を、それぞれ全体の０〜０．３重量％としたエポキシ樹脂組成物が提案されている（特開平７−８２３４３号公報）。しかし、Ｂｒ化合物、アンチモン化合物の含有量が０．０１ｗｔ％以上では、環境問題の点から不充分であり、０．０１ｗｔ％未満の場合には特に硬化剤の当量が、少なくとも１４０以上なければ必要とする難燃性が得られない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、臭素系難燃剤、アンチモン化合物の含有量が極微量であるか、あるいは全く含有しない、成形性、信頼性、難燃性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、エポキシ樹脂、フェノール硬化剤及び無機充填材を主成分とする封止材において、１５０℃におけるＩＣＩ粘度が１．０ｐｏｉｓｅ以下のエポキシ樹脂と水酸基当量が１４０以上である硬化剤、及び８７〜９５ｗｔ％の無機充填材を組み合わせることにより、上記の課題を達成する半導体封止用エポキシ樹脂組成物が得られることを見出し、本発明に到達した。
【０００６】
本発明で用いられるエポキシ樹脂としては、１５０℃でのＩＣＩ粘度が１．０ｐｏｉｓｅ以下であれば他に特に制限はないが、特に一般式（１）または（２）で表されるエポキシ樹脂が好適に用いられる。粘度が１．０ｐｏｉｓｅより高いと必要とする流動性が得られない。
【化８】

硬化剤としては、水酸基当量が１４０以上であれば他に特に制限はないが、好ましくは水酸基当量１７０以上、特に好ましくは１９０以上のものが好適に用いられる。
特に、一般式（３）または（４）または（５）または（６）で表される硬化剤が好適に用いられる。
【化９】

【０００７】
硬化促進剤としては、特に制限はないが、テトラフェニルホスホニウム−テトラフェニルボレート、トリフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィンとベンゾキノンの付加物、１，８−ジアザ−ビシクロ（５，４，０）−ウンデセン−７，２−フェニル−４メチル−イミダゾール、トリフェニルホスホニウム−トリフェニルボラン等を単独又は併用して用いることが出来るが、特にトリフェニルホスフィンとベンゾキノンの付加物（一般式（７））が好適である。
【化１０】

【０００８】
カップリング剤は、特に制限はないが、エポキシシラン、アニリノシランが好適に用いられる。
離型剤は、特に制限はないが、高級脂肪酸、例えばカルナバワックス等とポリエチレン系ワックスを単独又は併用して用いることが出来るが、特に併用が好適である。
無機充填材は、８７〜９５ｗｔ％配合され、充填材形状は５０％以上球状であることが好ましく、特に制限はないが、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ等を単独及び併用して用いることが出来る。特に、球状溶融シリカが好適である。
充填材量が８７ｗｔ％未満では、難燃性が低下するし、９５ｗｔ％以上では、流動性に問題が出易い。特に９０〜９５％の範囲が好適である。
【０００９】
樹脂組成物中の、臭素及びアンチモン化合物含有量は、それぞれ０．０１ｗｔ％以下であることが必要である。特に０．００１ｗｔ％以下であることが好ましい。必要に応じて低発煙化剤である酸化タングステン、酸化モリブデンを用いてもよい。好ましくは、三酸化タングステンまたは三酸化モリブデンを用いる。
樹脂組成物中の酸化タングステン、酸化モリブデンの含有量としては、０．１〜１０．０ｗｔ％が好ましい。０．１ｗｔ％よりも少なければ効果が得られないし、１０．０ｗｔ％よりも多ければ成形性に問題が出易い。特に０．４〜５．０ｗｔ％の範囲が好適に用いられる。
【００１０】
窒素含有化合物を添加することで、更に難燃性レベルを向上させることができる。特にメラミン（Ｈ₆ Ｃ₃ Ｎ₆ ）が、成形性に対する影響も少なく好適に用いられる。
樹脂組成物中のメラミン含有量としては、０．０１〜５．０ｗｔ％が好ましい。０．０１ｗｔｗ％よりも少なければ効果が得られないし、５．０ｗｔ％よりも多ければ成形性に問題が出易い。特に０．１〜２．０ｗｔ％の範囲が好適に用いられる。
その他の添加物として、着色剤（カーボンブラック等）、改質剤（シリコーン、シリコーンゴム等）、イオントラッパー（ハイドロタルサイト、他）を用いることが出来る。
【００１１】
以上のような原材料を用いて成形材料を作製する一般的な方法としては、所定の配合量の原材料混合物をミキサー等によって充分混合した後、熱ロール、押出機等によって混練し、冷却、粉砕、することによって成形材料を得ることが出来る。
本発明で得られるエポキシ樹脂組成物を用いて電子部品を封止する方法としては、低圧トランスファ成形法が最も一般的であるが、インジェクション成形、圧縮成形、注型等の方法によっても可能である。
上記した手段を用いて製造したエポキシ樹脂組成物は、臭素系難燃剤、アンチモン化合物を含有しないため環境に優しく、且つ成形性、信頼性に優れておりトランジスタ、ＩＣ、ＬＳＩ等の封止に好適に用いることができる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
実施例１〜５、比較例１〜５
まず、表１〜２に示す各種の素材を用い、実施例１〜５及び比較例１〜５は各素材を予備混合（ドライブレンド）した後、二軸ロール（ロール表面温度約８０℃）で１０分間混練し、冷却粉砕して製造した。
【００１３】
【表１】

【００１４】
【表２】

【００１５】
この封止材を用い、トランスファー成形機を用い、金型温度１８０℃、成形圧力７０ｋｇｆ／ｃｍ² 、硬化時間９０秒の条件で各試験を行った。
スパイラルフローは、ＥＭＭＩ１−６６により測定した。
熱時硬度はショア硬度計にて測定した。
また、この封止材を用いて、半導体素子をトランスファー成形機で同様の条件で成形し、ポストキュア（１７５℃／５ｈ）後、高温放置性と半田耐熱性を評価した。
高温放置性に用いた半導体装置はＳＯＰ−２８ピンであり、１７５℃に設定した恒温槽中に所定の時間放置した後、ファーストボンディング側の金線とアルミパッドの断線の有無を評価した。
半田耐熱性に用いた半導体装置は、ＱＦＰ８０ピンの樹脂封止型半導体装置（外形寸法２０×１４×２．０ｍｍ）であり、リードフレームは４２アロイ材（加工なし）で８×１０ｍｍのチップサイズを有するものである。
このようにして得られた樹脂封止用半導体装置について、半田耐熱性を以下に示す方法で測定した。
１２５℃／２４ｈベーキング後、８５℃／８５％ＲＨで所定の時間吸湿した後、２４０℃／１０ｓｅｃの処理を行った時の樹脂封止型半導体装置のクラック発生率を求めた。
上記の試験結果をまとめて表３に示す。
【００１６】
【表３】

【００１７】
【表４】

【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、エポキシ樹脂、フェノール硬化剤及び無機充填材を主成分とする半導体素子封止用エポキシ樹脂組成物において、臭素系難燃剤、アンチモン化合物を含有することなく難燃性ＵＬ９４Ｖ−０を満足し、信頼性、成形性に優れ、且つ環境に対する影響が極めて小さい成形材料を得ることができる。
また、この成形材料を用いて半導体素子を封止することで、信頼性、難燃性に優れた半導体装置を提供することができる。

Claims (5)

1. （Ａ）１５０℃におけるＩＣＩ粘度が１ｐｏｉｓｅ以下であるエポキシ樹脂、（Ｂ）水酸基当量が１４０以上である硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤、および（Ｄ）無機充填材を必須成分とし、充填材量が９０〜９５ｗｔ％であり、且つ臭素及びアンチモン化合物の含有量がそれぞれ組成物全体に対して、０．０１ｗｔ％以下である半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、
   （Ａ）のエポキシ樹脂が、一般式（１）で表わされるビフェニル型エポキシ樹脂であり、
   

   

   （式中、ｍは０〜６の整数。ｎは２８以下の整数。Ｒ１〜Ｒｎは水素原子または炭素数１０以下のアルキル基を示し、同一であっても異なってもよい。）
   （Ｂ）の硬化剤が、一般式（４）で表わされるフェノ−ル樹脂であり、
   

   

   （式中、ｎ＝０〜６の整数。ｍは３６以下の整数。Ｒ１〜Ｒｍは水素原子、または炭素数１０以下のアルキル基を示し、同一であっても異なってもよい。）
   （Ｃ）の硬化促進剤が、一般式（７）で表わされるトリフェニルホスフィンとベンゾキノンの付加物である、半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
   

   
2. 硬化剤の配合量がエポキシ樹脂に対し、当量比で１．０〜１．４である請求項１に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
3. 酸化モリブデンまたは酸化タングステンを全組成物に対し０．１〜１０．０ｗｔ％添加した請求項１または請求項２に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
4. メラミンを全組成物に対し０．０１〜５．０ｗｔ％添加した請求項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. 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を用いて、半導体素子を封止してなる樹脂封止型半導体装置。