JP4524832B2

JP4524832B2 - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

Info

Publication number: JP4524832B2
Application number: JP2000023811A
Authority: JP
Inventors: 伸一前佛
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 2000-02-01
Filing date: 2000-02-01
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2020-02-01
Also published as: JP2001214030A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金型汚れが少なく、離型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、半導体素子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なかで、半導体封止用エポキシ樹脂組成物への要求は益々厳しいものとなってきている。特に半導体装置の表面実装化が一般的になってきている現状では、吸湿した半導体装置が半田処理時に高温にさらされ、気化した水蒸気の爆発的応力により半導体装置にクラックが発生したり、或いは半導体素子やリードフレームとエポキシ樹脂組成物の硬化物との界面に剥離が発生することにより、電気的信頼性を大きく損なう不良が生じ、これらの不良の防止、即ち耐半田クラック性の向上が大きな課題となっている。
【０００３】
この耐半田クラック性を向上させる手段として、種々の提案がなされており、代表的なものとしては、（１）低粘度の樹脂成分を使用して無機充填材を高充填化し、樹脂成分を減少させてエポキシ樹脂組成物の硬化物を低熱膨張化、低吸湿化させる、（２）吸湿性が少なく可撓性を有する樹脂の使用等が挙げられる。
低粘度樹脂成分としては、低粘度のエポキシ樹脂や結晶性エポキシ樹脂、硬化剤としての低粘度のフェノール樹脂が挙げられ、これらは一般的に低分子量化合物であり、このため成形時の加熱により３次元化して得られる架橋構造の架橋密度は低くなり、機械的強度や熱時弾性率が低い硬化物となるため、金型からの離型時に硬化物が金型に付着したり、或いは成形品の割れ・欠けが発生する等、離型性に劣るという欠点を有する。
この離型性を向上させるため、離型剤を多量に配合することが対策として挙げられるが、多量の離型剤成分が金型側に付着することによ金型曇り、型取られといった成形性が低下するという問題があり、必ずしも満足出来るものではなかった。このため、金型汚れが少なく、離型性に優れたエポキシ樹脂組成物の開発が望まれていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、金型汚れが少なく、離型性に優れる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（Ａ）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、及び（Ｅ）酸化マイクロクリスタリンワックスからなる半導体封止用エポキシ樹脂組成物で、特にエポキシ樹脂がビフェニル型エポキシ樹脂、フェノール樹脂がフェノールアラルキル樹脂である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である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明で用いられるエポキシ樹脂としては、例えば、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、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、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、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等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いてもよい。
これらの内では、常温では結晶性の固体であるが、融点を越えると極めて低粘度の液状となり、無機質充填材を高充填化できる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が好ましい。
ビフェニル型エポキシ樹脂としては、例えば、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、ビフェニルジグリシジルエーテル等が挙げられる。他のエポキシ樹脂も極力粘度の低いものを使用することが望ましい。低粘度のエポキシ樹脂を用いることにより、無機質充填材を高充填化でき、耐半田クラック性を向上できるが、架橋密度が低くなるため、離型性に難点があり、本発明の離型剤と併用することにより離型性を改善できる。
【０００７】
本発明で用いられるフェノール樹脂としては、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、ナフトールアラルキル樹脂、トリフェノールメタン樹脂、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、フェニレン及び／又はジフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いてもよい。無機質充填材の高充填化のためには、エポキシ樹脂と同様に、低粘度のものが好ましい。
可撓性、低吸湿性の特性を得るためには、フェニレン及び／又はジフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂の使用が望ましい。低粘度、可撓性を有するフェノール樹脂は架橋密度が低くなるため、離型性に難点があり、本発明の離型剤と併用することにより、離型性を改善できる。
【０００８】
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、例えば、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リン系化合物、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。
【０００９】
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多くする場合は、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、かつエポキシ樹脂組成物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望ましい。
【００１０】
本発明で用いられる酸化マイクロクリスタリンワックスは、重油留分から得られるｎ−パラフィン及び分岐炭化水素を含むマイクロクリスタリンワックスを酸化することで得られ、カルボキシル基や水酸基を含むものである。一般的にｎ−パラフィン及び分岐炭化水素を含むマイクロクリスタリンワックスは、樹脂の低粘度化が図れる反面、樹脂自身との相溶性に乏しく金型表面に過度に染みだし離型性は優れるものの金型汚れが激しいという欠点を有する。酸化マイクロクリスタリンワックス化することで樹脂との適度な相溶性による金型汚れの防止と高離型性の両立を図ることができる。
好ましい、酸化マイクロクリスタリンワックスとしては、融点５０〜１２０℃、酸価１０〜４０、鹸化価２０〜６０のものである。融点が５０℃未満では成形時に過度に染み出すことで金型汚れが激しくなり、１２０℃を越えると、溶融が困難となるため十分な離型性が発揮できない。又酸価１０、鹸化価２０未満では樹脂との相溶性に劣るため金型汚れの原因となり、各々４０、６０以上になると樹脂と過度に相溶することで十分な離型性が得られない。
更に、酸化マイクロクリスタリンワックスは、東洋ペトライト（株）等から市販されており、市場より容易に入手できる。
【００１１】
本発明の酸化マイクロクリスタリンワックスの特性を損なわない範囲で他の離型剤を併用することもでき、例えば、カルナバワックス等の天然ワックス、ポリエチレンワックス等の合成ワックス、ステアリン酸亜鉛等の高級脂肪酸の金属塩類等が挙げられる。又酸化マイクロクリスタリンワックスの添加量としては、全エポキシ樹脂組成物中に０．０５〜０．４重量％が好ましい。０．０５重量％未満だと、十分な流動性と離型性が得られず、０．４重量％を越えると離型性は十分なものの金型汚れが発生するので好ましくない。
【００１２】
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ップリング剤、臭素化エポキシ樹脂、三酸化アンチモン、リン化合物等の難燃剤、カーボンブラック等の着色剤、シリコーンオイル、シリコーンゴム、合成ゴム等の低応力剤、酸化防止剤等の各種添加剤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ミキサー等を用いて混合後、加熱ニーダ、熱ロール、押し出し機等を用いて加熱混練し、続いて冷却、粉砕して得られる。
本発明のエポキシ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従来からの成形方法で硬化成形すればよい。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明を実施例で具体的に説明する。配合割合は重量部とする。
をミキサーを用いて混合した後、表面温度が９５℃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。
【００１４】
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。単位はｃｍ。
離型性：トランスファー成形機を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力７５ｋｇ／ｃｍ²、硬化時間２分で１４４ｐＱＦＰ（２０×２０×１．７ｍｍ厚さ）を１０回連続で成形した。この１０回の成形で、離型時に金型に付着したり、成形品に割れ・欠けが発生しなかったものを○と判定した。
金型汚れ：トランスファー成形機を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力７５ｋｇ／ｃｍ²、硬化時間２分で１４４ｐＱＦＰ（２０×２０×１．７ｍｍ厚さ）を５００回連続で成形した。成形品表面と金型表面の両方に白化があるものを×、いずれかに白化があるものを△、いずれにも白化のないものを○と判定した。
【００１５】
実施例４、５、参考例２、３比較例１〜５
表１、表２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、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、用いたオルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂（以下、ＥＯＣＮという）は、軟化点６５℃、エポキシ当量１９６、フェノールノボラック樹脂（以下、ＰＮという）は、軟化点８３℃、水酸基当量１０４、マイクロクリスタリンワックスは、融点９０℃、非酸化品である。
【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、金型汚れが少なく、離型性に優れている。

Claims

（Ａ）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、及び（Ｅ）酸化マイクロクリスタリンワックスからなることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、酸化マイクロクリスタリンワックスが、融点５０〜１２０℃、酸価１０〜４０、鹸化価２０〜６０であり、酸化マイクロクリスタリンワックスが全エポキシ樹脂組成物中に０．０５〜０．４重量％であり、エポキシ樹脂がビフェニル型エポキシ樹脂である、又はフェノール樹脂がフェノールアラルキル樹脂であ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。