JP4513136B2

JP4513136B2 - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

Info

Publication number: JP4513136B2
Application number: JP09789499A
Authority: JP
Inventors: 伸一前佛
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 1999-04-05
Filing date: 1999-04-05
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2019-04-05
Also published as: JP2000290470A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐半田クラック性、高温保管性及び耐燃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】
近年の電子機器の小型化、軽量化、高性能化の市場動向において、半導体の高集積化が年々進み、又、半導体装置の表面実装化が促進される中で、半導体封止材料への要求は益々厳しいものとなってきている。更に環境対応の点からＵＬ−９４でのＶ−０レベルでの耐燃性、及び高温保管性等を満足させる樹脂組成物の要求がでている。
従来から難燃剤としてハロゲン系化合物である臭素化合物と酸化アンチモンを配合することで、高温時に臭素化アンチモンを発生させ難燃化を図ってきた。しかし、この手法は電子部品が高温にさらされている間に臭素又は臭素化アンチモンによるアルミニウム配線の腐食や半導体素子のアルミパッドと金線の結合部の切断等の問題が発生することがある。
これらの問題を解決するために赤燐系難燃剤を用いて、高温保管性を向上させる技術も提案されているが、赤燐系難燃剤に起因する耐湿性の低下による半田クラック等があり、満足できるレベルには達していないのが現状である。
更に、近年の環境対策から臭素化合物及び酸化アンチモンに対する規制も厳しくなり、臭素化合物及び酸化アンチモンを配合せず、かつ燐系難燃剤も含まない耐半田クラック性、高温保管性及び耐燃性に優れた樹脂組成物が強く要求されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、耐半田クラック性、高温保管性及び耐燃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。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（Ａ）ビフェニル型エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）無機質充填材、（Ｅ）メラミン、及び硼酸亜鉛、硼酸カルシウムから選ばれた２５０℃以上で１０重量％以上の結晶水を放出する無機化合物を必須成分とする樹脂組成物であって、前記（Ｅ）メラミン、及び硼酸亜鉛、硼酸カルシウムから選ばれた２５０℃以上で１０重量％以上の結晶水を放出する無機化合物を、各々全樹脂組成物中に０．５〜２重量％含み、ハロゲン系化合物、酸化アンチモン及び燐系難燃剤を含まないことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及びこれを用いて封止された半導体装置である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられるエポキシ樹脂は、１分子中にエポキシ基を２個以上有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般を指し、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ナフト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、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、テルペン変性フェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。又、これらのエポキシ樹脂は単独でも混合して用いてもよい。
半導体装置の耐半田クラック性を向上することを目的にエポキシ樹脂組成物中の無機質充填材の配合量を増大させ、得られた樹脂組成物の硬化物の低吸湿化、低熱膨張化、高強度化を達成させる場合には、エポキシ樹脂として、常温で結晶性を示し、融点を越えると極めて低粘度の液状となる結晶性エポキシ樹脂を用いることが特に好ましい。
【０００６】
本発明で用いられるフェノール樹脂としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、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、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、トリフェノールメタン型樹脂、ビスフェノール型樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。又、これらのフェノール樹脂は単独でも混合して用いてもよい。エポキシ基及びフェノール水酸基の当量比は、連続成形性、硬化性の点から０．８〜１．２の範囲が好ましい。
【０００７】
本発明で用いられる硬化促進剤としては、前記エポキシ樹脂とフェノール樹脂との架橋反応の触媒となり得るものを指し、具体例としては、トリブチルアミン、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７等のアミン系化合物、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート塩等の有機燐系化合物、２−メチルイミダゾール等のイミダゾール化合物等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。又、これらの硬化促進剤は単独でも混合して用いてもよい。
【０００８】
本発明で用いられる無機質充填材としては、例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミ等が挙げられる。無機質充填材の配合量を特に大きくする場合は、溶融シリカを用いるのが一般的である。溶融シリカは、破砕状、球状のいずれでも使用可能であるが、溶融シリカの配合量を高め、且つ成形材料の溶融粘度の上昇を抑えるためには、球状のものを主に用いる方が好ましい。更に球状シリカの配合量を高めるためには、球状シリカの粒度分布がより広くなるように調整することが好ましい。
【０００９】
本発明で用いられるメラミン及び２５０℃以上で１０重量％以上の結晶水を放出する無機化合物は、難燃剤として作用するものである。メラミンは、冷水、大部分の溶剤に不溶の物質で、半導体封止用樹脂組成物への適用に最適である。一般に、ホルムアルデヒドと共に加熱反応させメチロール化したメラミン樹脂の難燃剤としての適用例は多いが、半導体封止用エポキシ樹脂組成物においては、メラミン樹脂の自身の吸湿性に起因する半導体装置の耐湿性の低下のため、用いることはできなかった。
【００１０】
本発明に用いられる２５０℃以上で１０重量％以上の結晶水を放出する無機化合物としては、水酸化マグネシウム、硼酸亜鉛２ＺｎＯ・３Ｂ₂Ｏ₃・３．５Ｈ₂Ｏ、硼酸カルシウムＣａＯ・３Ｂ₂Ｏ₃・５Ｈ₂Ｏ等が挙げられる。難燃剤として用いられる無機化合物の結晶水の放出温度が２５０℃未満の場合、燃焼初期段階で結晶水を放出してしまい難燃効果が発現されず、又、結晶水の放出量が１０重量％未満のものも十分な難燃性が得られない。
メラミンと２５０℃以上で１０重量％以上の結晶水を放出する無機化合物の添加量は、全樹脂組成物中各々０．５〜２重量％、更に好ましくは０．５〜１．５重量％である。メラミン、又は２５０℃以上で１０重量％以上の結晶水を放出する無機化合物の単独使用では、難燃特性にバラツキがあり充分な難燃性が得られず、好ましくない。添加量が各々０．５重量％未満だと安定した難燃性を得ることができず、２．０重量％を越えると難燃性は発現されるが成形時の流動性の低下、得られた半導体装置の耐湿性低下に起因する耐半田クラック性の低下のため実用的ではない。これらの組み合わせでの難燃化は、メラミンの窒素分に基づく難燃性付与と無機化合物の結晶水による燃焼温度の低下の相乗効果によるものである。
本発明で用いる２５０℃以上で１０重量％以上の結晶水を放出する無機化合物の結晶水解離温度と結晶水放出量は、ＴＧＡ（熱重量分析法）を用いて昇温速度１０℃／分で常温から５００℃まで測定し、得られたピークから求める。
【００１１】
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、これ以外にも必要に応じてカーボンブラック等の着色剤、天然ワックス及び合成ワックス等の離型剤、シリコーンオイル、シリコーンゴム、合成ゴム等の低応力添加剤等を適宜配合してもよい。
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混合後、加熱ニーダや熱ロールを用いて加熱混練し、続いて冷却、粉砕して得られる。
本発明の樹脂組成物を用いて、半導体素子等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成形方法で成形硬化すればよい。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明を実施例で具体的に説明する。配合量の単位は重量部とする。
実施例１
３，３’，５，５’−テトラメチルビフェノールジグリシジルエーテルを主成分とするエポキシ樹脂（油化シェルエポキシ（株）・製、ＹＸ４０００Ｈ、融点１０５℃、エポキシ当量１９５；以下ビフェニル型エポキシ樹脂という）９．４重量部
フェノールアラルキル樹脂（三井化学(株)・製ＸＬ２２５−ＬＬ、軟化点７５℃、水酸基当量１７５；フェノールアラルキル樹脂という）８．４重量部
メラミン１．０重量部
硼酸亜鉛（２ＺｎＯ・３Ｂ₂Ｏ₃・３．５Ｈ₂Ｏ）（結晶水解離温度３５０℃、結晶水放出量１４重量％）１．０重量部
球状溶融シリカ７９．５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
カルナバワックス０．２重量部
カーボンブラック０．３重量部
をミキサーを用いて混合した後、表面温度が９０℃と２５℃の２軸ロールを用いて２０回混練し、得られた混練物シートを冷却後粉砕して、エポキシ樹脂組成物とした。得られたエポキシ樹脂組成物の特性を以下の方法で評価した。結果を表１に示す。
【００１３】
評価方法
スパイラルフロー：ＥＭＭＩ−Ｉ−６６に準じたスパイラルフロー測定用の金型を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力７０ｋｇ／ｃｍ²、硬化時間２分で測定した。
耐半田クラック性：金型温度１７５℃、成形圧力７５ｋｇｆ／ｃｍ²、硬化時間２分で成形した１４４ｐＱＦＰパッケージを、１７５℃、８時間で後硬化させた。得られた半導体パッケージ１０個を８５℃、相対湿度８５％の環境下で１６８時間放置し、その後２４０℃の半田槽に１０秒間浸漬した。顕微鏡で外部クラックを観察し、クラック発生パッケージ数を表示した。
高温保管性：封止したテスト素子を高温下（１８５℃）に放置し抵抗値の増加断線を観察し抵抗値上昇開始時間を測定した。
耐燃性：ＵＬ−９４垂直試験法に準じて測定した（０．５ｍｍ厚）。
【００１４】
実施例２〜４、参考例５、比較例１〜５
表１、表２に示す配合にて実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を得、実施例１と同様にして評価した。結果を表１、表２に示す。実施例１以外に用いた原材料は、以下の通り。オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂（軟化点６５℃、エポキシ当量２００）、臭素化エポキシ樹脂（軟化点６５℃、エポキシ当量２７５）、フェノールノボラック樹脂（軟化点８０℃、水酸基当量１０４）、硼酸カルシウム（ＣａＯ・３Ｂ_２Ｏ_３・５Ｈ_２Ｏ、結晶水解離温度３５０℃、結晶水放出量２３重量％）、水酸化アルミニウム（結晶水解離温度２００℃、結晶水放出量３４重量％）。
【００１５】
【表１】

【００１６】
【表２】

【００１７】
【発明の効果】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、ハロゲン系化合物、酸化アンチモン及び燐系難燃剤を含まなくとも耐半田クラック性、高温保管性及び耐燃性に優れている。

Claims

（Ａ）ビフェニル型エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）無機質充填材、（Ｅ）メラミン、及び硼酸亜鉛、硼酸カルシウムから選ばれた２５０℃以上で１０重量％以上の結晶水を放出する無機化合物を必須成分とする樹脂組成物であって、前記（Ｅ）メラミン、及び硼酸亜鉛、硼酸カルシウムから選ばれた２５０℃以上で１０重量％以上の結晶水を、放出する無機化合物を全樹脂組成物中に各々０．５〜２重量％含み、ハロゲン系化合物、酸化アンチモン及び燐系難燃剤を含まないことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂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。