JPH0243279A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産皇上豊１分互 本発明は、耐湿性に優れた硬化物を与える半導体封止用
エポキシ樹脂組成物及び該組成物の硬化物により封止さ
れた半導体装置に関する。

の　　　び　　が解　しようとする課 従来より、半導体装置の封止材料としては、エポキシ樹
脂、硬化剤、無機質充填剤を含むエポキシ樹脂組成物が
多く使用されている。

しかしながら、エポキシ樹脂組成物を半導体装置の封止
に用いた場合、耐湿性に問題があり、このためエポキシ
樹脂組成物の製造に用いる成分中のイオン性不純物量を
できるだけ少なくしたり。

組成物中にイオン性不純物のトラップ剤を添加すること
も提案されているが、イオン性不純物の完全、確実な除
去或いはトラップは実質的に不可能であり、それ故かか
る方法による耐湿性向上には一定の限度がある。

また、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の耐湿性を向上
させる他の手段として、シランカップリング剤を添加す
ることも提案され、特に３−グリシドキシプロビルトリ
メトキシシラン、２−　（３゜４−エポキシシクロヘキ
シル）エチルトリメトキシシラン等のエポキシ系アルコ
キシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラ
ン等のメルカプト系アルコキシシラン、γ−アミノプロ
ピルトリメトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）−
３−７ミノプロビルメチルジメトキシシラン等のアミン
系アルコキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、３−
メタアクリロキシプロピルトリメトキシシラン等の不飽
和炭化水素系アルコキシシランの添加が知られている。

しかし、上述したエポキシ系アルコキシシランの使用は
、成形時にパリを発生させたり、添加量の増加につれて
電気特性を低下させるという問題があり、更にこれらの
エポキシ系アルコキシシランを添加したエポキシ樹脂組
成物はシリコンチップとの接着性が不十分で、これを用
いて封止した半導体装置は特に苛酷な条件下での耐湿テ
ストで不良が発生し易いという欠点がある。また、メル
カプト系アルコキシシランの使用は悪臭の問題があり、
アミン系アルコキシシランの使用は組成物の保存安定性
を悪くさせるという問題がある。更に、不飽和炭化水素
系アルコキシシランは、フェノール硬化性エポキシ樹脂
と反応する官能基を有していないため、カップリング剤
としての機能を十分に発揮しない欠点を有する。

また特に、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の無機質充
填材としては、シリカやアルミナ等が使用し得るが、ア
ルミナを充填材として使用した場合には、上述した官能
基を有するアルコキシシランを添加しても、シリカを充
填材に用いた場合と比較して十分に耐湿性を付与し得ず
、耐湿特性に劣るという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、上述した官能
性アルコキシシランを用いた場合の問題を解決し得、優
れた耐湿性を有する硬化物を与える半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物及び該組成物の硬化物で封止された半導体
装置を提供することを目的とする。

課　を　　するための手　　び 本発明者らは、耐湿性に優れた硬化物を与える単導体封
止用エポキシ樹脂組成物を得るため、鋭意検討を進めた
結果、下記一般式（１）（式中、Ｒ１はエポキシ基を有
する有機基、Ｒ２Ｒ３，Ｒ’はそれぞれ水素原子、アル
ケニル基、アリール基又はアラルキル基を示すが、これ
らは互いに同一であっても異なっていてもよい＃ｎ、ｍ
はそれぞれ０，１，２．又は３．１≦ｎ＋ｍ≦３である
。）で示される有機けい素化合物を配合したことにより
、その硬化物が極めて優れた耐湿性を示し、この組成物
を用いて封止した半導体装置を高温高湿下に長時間放置
してもアルミニウム配線の腐蝕が良好に防止され、上・
記目的を効果的に達成されることを見い出した。

更に、上記プロペノキシ基含有有機けい素化合物の使用
は、アルミナを無機質充填材として用いた場合でも、優
れた耐湿特性を与えることを知見し、本発明をなすに至
ったものである。

なお従来、プロペノキシ基含有有機けい素化合物をエポ
キシ樹脂、硬化剤と併用することは知られている（特公
昭５２−５２８９２号公報）。しかし、これは汎用のエ
ポキシ樹脂に関して、その硬化特性、保存安定性及び接
着性の改良を目的とした１成型室温硬化性組成物に関す
るものであり、上記（１）式のプロペノキシ基含有有機
けい素化合物を半導体封止用エポキシ樹脂組成物に配合
すること、これにより耐湿性に優れた半導体封止物を与
えること、特にアルミナを充填材とする組成物に対し顕
著な耐湿特性を与えるということは、本発明者らの新知
見である。

従って、本発明は、 （イ）エポキシ樹脂、 （ロ）硬化剤、 （ハ）無機質充填材、 （ニ）（１）式の有機けい素化合物 を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及び該組
成物の硬化物で封止された半導体装置を提供する。

以下、本発明につき更に詳述する。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物に使用するエ
ポキシ樹脂は、１分子中に１個以上のエポキシ基を有す
るものであれば特に制限はなく。

例えばビスフェノール型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ
樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等が好適に
使用されるが、特にタレゾールノボラック型エポキシ樹
脂を使用することが望ましい。

なお、上記エポキシ樹脂は、組成物の耐湿性の点から加
水分解性塩素の含有量が５００ｐｐｍ以下、遊離のＮａ
、ＣＱイオンが各々２ｐｐｍ以下、有機酸含有量がＩＱ
ｐｐｍ以下のものを用いることが好ましい。

また、硬化剤はエポキシ樹脂に応じたものが使用され、
例えば無水トリメリット酸、無水テトラヒドロフタル酸
等の無水物やフェノールノボラック樹脂などが用いられ
るが、中でもフェノールノボラック樹脂を用いることが
最適である。なお、硬化剤として使用するフェノールノ
ボラック樹脂は、含有する遊離のＮａ、Ｃ悲イオンが各
々２ＰＰｍ以下、モノマーのフェノール量が１％以下で
あると共に、製造時に残存する微量のホルムアルデヒド
のカニツアロ反応で生じる蟻酸等の有機酸が１１００ｐ
ｐ以下であることが好ましく、遊離のＮａ、ＣＩ２イオ
ンや有機酸の含有量が上記値より多いと組成物で封止し
た半導体装置の耐湿特性が低下する場合があり、モノマ
ーのフェノール量が１％より多いと、組成物で作った成
形品にボイド、未充填、ひけ等の欠陥が発生する場合が
ある。更に、フェノールノボラック樹脂の軟化点は５０
〜１２０℃が好適であり、５０℃未満であると組成物の
ガラス転移点が低くなって耐熱性が悪くなる場合があり
、１２０℃を越えると組成物の溶融粘度が高くなって作
業性に劣る場合が生じる。

ここで、硬化剤の配合量は別に制限されないが、上記エ
ポキシ樹脂のエポキシ基と上記硬化剤のフェノール性水
酸基又は酸無水物基とのモル比を０．８〜２、特に１〜
１．５の範囲にすることが好適である。開基のモル比が
０．８より小さくなると組成物の硬化特性や成形品のガ
ラス転移温度（Ｔｇ）が悪くなって耐熱性が低下する場
合があり、２より大きくなると成形品のガラス転移温度
や電気特性が悪くなる場合がある。

更に、本発明組成物には、エポキシ樹脂と硬化剤との反
応を促進させるために硬化促進剤を配合することが好ま
しい。硬化促進剤としては通常エポキシ化合物の硬化に
用いられる化合物１例えばイミダゾール化合物、１，８
−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（ＤＢ
ＴＪ）等のウンデセン化合物、トリフェニルホスフィン
等のホスフィン化合物などが用いられるが、組成物の耐
湿特性の面からこのうちトリフェニルホスフィンを用い
ることが好ましい。なお、硬化促進剤の使用量は特に制
限されず、通常の使用量でも良い。

更に、無機質充填材としては、特に制限されず。

公知の充填剤が使用し得るが、石英粉末、アルミナが最
適である。

石英粉末の使用は、組成物の成形性、硬化物の線膨張係
数を下げることができる点で好適であるが、石英粉末と
しては非結晶性、結晶性のいずれであってもよい。この
場合、結晶性石英粉末の使用は特に熱伝導性を良くする
のに有効であり、非結晶性石英粉末は線膨張係数を下げ
るのに有効である。また、組成物の流動性を上げるため
には。

球状の非結晶性石英の使用がより効果的である。

なお、これら石英粉末の純度は９８．０％以上、特に９
９．０％以上とすることが好ましい。

上記石英粉末の平均粒子径は５〜５０．、特に１０〜４
０／ａが好ましい。平均粒子径が小さすぎると組成物の
粘度が上がりすぎて金線の流れが発生する場合があり、
平均粒子径が大きすぎると特にゲートの小さい金型を用
いて小型の成形物を成形する際に金型ゲート口に石英粉
末が詰まる場合が生じる。なお、石英粉末中の粗大粒子
はできるだけ少ないことが好ましく、特に２００／ａ以
上の粒子が０．２％以下であることが好適である。粗大
粒子があまり多くなると、トランスファー成形した際の
未充填発生率が高くなる場合がある。

石英粉末の使用量は限定されず適宜選定されるが、線膨
張係数、耐クラツク性の点、或いは組成物粘度の点で上
記エポキシ樹脂及び硬化剤の合計配合量１００重量部に
対し１００〜６００重量部、特に１５０〜３００重量部
とすることが好ましい。

一方、アルミナの使用はエポキシ樹脂組成物の熱伝導率
を上げる点で好適である。この場合、耐湿特性の点で、
アルミナとしては、純度が９９．５％以上でＮａ２Ｏの
含有率が０．０３％以下であり、かつ１００℃の水で抽
出した時のＮａイオンが含有量５ｐｐｍ以下、ＣＱイオ
ン含有量がｌｐｐｍ以下であると共に、平均粒子径が５
−〜６０／ａであり、かつ粒子径２５０−以上の粒子の
含有量が１％以下であるα−アルミナの使用が推奨され
る。即ち、かかるα−アルミナを使用した場合、同一配
合量で結晶シリカを使用した組成物の約２倍もしくはそ
れ以上の高い熱伝導率が得られ、しかも組成物の流動性
や耐湿特性も良好で、高い熱伝導性と成形性及び耐湿特
性を兼ね備えたエポキシ樹脂組成物が得られる。

このα−アルミナについて更に詳述すると、これは、ア
ルミナのα結晶粒子で、その酸化アルミニウム（ＡＱ、
Ｏ，）量、即ち純度が９９．５％以上、好ましくは９９
．８％以上の高純度のものが好適に使用される。純度が
９９．５％未満のものを使用すると、組成物の耐湿特性
が劣る場合がある。

このようなα−アルミナは、一般に原料としてアルミナ
水和物を含有するボーキサイトを使用し、これを粉砕し
て水酸化ナトリウム溶液に入れ。

１５０〜２５０℃の蒸気加熱で溶融させてアルミン酸ナ
トリウムを作った後、得られる水酸化アルミニウムを加
水分解析出させ、次いで１０００℃以上で焼成するとい
う工程で製造させるものであるが、この場合、α−アル
ミナ中にはＮａ、Ｏが不純物として残り易い。そこで、
α−アルミナとしては、このＮａ、○を除去し、Ｎａ２
Ｏ含有率が全体の０．０３％以下、好ましくは０．０１
％以下にすると共に、更にこのα−アルミナ２０ｇをイ
オン交換水１００ｇに入れて１００℃で２時間抽出した
時のＮａイオンの含有量を５ｐｐｍ以下、好ましくけ２
ｐｐｍ以下、ＣＱイオンの含有量をｌｐｐｍ以下、好ま
しくは０．５ｐｐｍ以下にしたものを使用するのが望ま
しい。α−アルミナのＮａ２Ｏ含有率やＮａイオン及び
ＣＱイオンの含有量が上記値よりも多いものでは組成物
の耐湿特性が悪くなるおそれがある。

なお、α−アルミナを製造する方法としては。

上記方法以外に例えば（ａ）高純度のＡＱペレットを純
水を満たした反応槽に入れ、この槽中に電極を挿入して
高周波火花放電させ、ＡΩペレットを水と反応させて水
酸化アルミニウムを作り、これを焼成してα−アルミナ
を得る方法、（ｂ）蒸留して精製したアルキルアルミニ
ウムやアルミニウムアルコラードを加水分解して水酸化
アルミニウムとし、これを焼成してα−アルミナを得る
方法などを挙げることができる。

更に、上記α−アルミナとしては、平均粒子径が５〜６
０．ｍ、好ましくは１０〜５０声であると共に、２５〇
−以上の粒子径を有する粒子が全体の１％以下、好まし
くは０．５％以下のものを用いることが好適である。α
−アルミナの平均粒子径が５−より小さいと、組成物の
流動性が悪くなる場合があり、平均粒径が６０ｔａより
大きかったり、粒子径が２５０ｕｍ以上の粒子が１％よ
り多く存在すると、組成物を成形する際に金型の摩耗が
ひどくなったり、金型のゲート部分にアルミナ粒子が詰
まり、未充填が生じ、成形性が低下するおそれが生じる
。

なおまた、α−アルミナは通常水酸化アルミニウムを焼
成して製造するため、工程中にα結晶粒子が集まって２
次粒子を作り易い。この２次粒子はエポキシ樹脂組成物
の製造工程中でほぐすことはできず、このまま組成物化
され、この２次粒子を含有する組成物で半導体装置を作
ると成形体内部がポーラスになり、このポーラス部分か
ら水が侵入して半導体装置の耐湿特性が極端に悪くなる
場合がある。このため、α−アルミナ中の２次粒子の含
有率はα−アルミナ全体の１０％以下、更に好ましくは
１％以下にすることが好ましい。

加えて、α−アルミナは、走査型電子顕微鏡写真でのα
粒子をａ察した場合にα粒子の長径と短径との軸比が１
〜２、特に１．２〜１．７であることが好ましく、軸比
が２より大きいα−アルミナを用いると、組成物の流動
性が悪くなる場合がある。

α−アルミナの配合量は特に制限されず、適宜選定され
る。この場合、α−アルミナの配合量を多くするほど熱
伝導性の高い組成物を得ることができるが、好ましくは
組成物全体の６０〜９５％（重量％、以下同様）、特に
７５〜９０％である。

α−アルミナの配合量が６０％より少ないと組成物の熱
伝導性が低い場合があり、９５％より多いと組成物が流
動性に劣る場合が生じる。

なお、本発明においては、充填材として上記の充填材の
１種を単独で使用しても２種以上を併用するようにして
もよい。

本発明の組成物には、上述した成分に加えて丁記一般式
（１） （式中、Ｒ１はエポキシ基を有する有機基、Ｒ２Ｒ３，
Ｒ’はそれぞれ水素原子、アルケニル基、アリール基又
はアラルキル基を示すが、これらは互いに同一であって
も異なっていてもよい。ｎ、ｍはそれぞれ０，１，２．
又は３，１≦ｎ＋ｍ≦３である。）で示される有機けい
素化合物を配合する。

この場合、Ｒ１としては具体的には などが例示される。ここで、Ｒ５は、−ＣＨ，ＣＨ２−
素数２〜５の２価の炭化水素基を示す。

また、Ｒ２、Ｒ１、Ｒ４の低級アルキル基とじてはメチ
ル基、エチル基、プロピル基等が、アルケニル基として
はビニル基、アリル基等が、アリール基としてはフェニ
ル基、トリル基等が、アラルキル基としてはベンジル基
等がそれぞれ例示される。

このような有機けい素化合物としては、具体的に下記の
ものを挙げることができる。

なお、上記有機けい素化合物は、エポキシ基を含むもの
であるが、上述したエポキシ系アルコキシシランを用い
た場合のように成形時におけるパリの発生、電気特性の
低下、シリコンチップとの接着性の低下等の問題は生じ
離いものである。

上記（１）式の有機けい素化合物は、その１種を単独で
用いても２種以上を併用するようにしてもよいが、これ
ら有機けい素化合物としては半導体装置特性の点からＮ
ａ、ＣＱ量がそれぞれ３００ｐｐｍ以下、特に５ｐｐｍ
以下のものを使用することが好ましい。

この有機けい素化合物の配合量は無機質充填材１００重
量部に対して０．０５〜１０重量部、特に０．２〜１重
量部とすることが好ましい。０．０５重量部より少ない
配合量では添加による耐湿性の向上が十分認められない
場合があり、１０重量部を超えると成形時にパリの発生
が大きくなり、硬化物の耐熱性が悪くなる場合がある。

（１）式の有機けい素化合物の添加方法には特に制限は
なく、通常の混合法が採用できるが、特に無機質充填材
とよく混合する方法が好ましく、例えばインテグラルブ
レンド又は有機けい素化合物をアセトン、メタノール、
水等の溶媒で希釈してこれを無機質充填材と混合した後
、乾燥して上記溶媒を飛散させ、無機質充填材の表面に
上記有機けい素化合物を付着する方法などを好適に採用
することができる。

本発明の組成物には、更に必要により各種の添加剤を添
加することができ、例えばカルナバワックス等のワック
ス類、ステアリン酸等の脂肪酸やその金属塩などの離型
剤（中でも接着性、離型性の面からカルナバワックスが
好適に用いられる）、有機ゴム系やシリコーン系の可撓
性付与剤、カーボンブラック、コバルトブルー、ベンガ
ラ等の顔料、酸化アンチモン、ハロゲン化合物等の難燃
化剤、老化防止剤、その他の添加剤の１種又は２種以上
を配合することができる。またこの場合、本発明の効果
を損なわない範囲で公知のアルコキシシランを添加して
も差支えない。

なお、本発明のエポキシ樹脂組成物は、その製造に際し
、上述した成分の所定量を均一に攪拌、混合し、予め７
０〜９５℃に加熱しであるニーダ、ロール、エクストル
ーダーなどで混線、冷却し、粉砕するなどの方法で得る
ことができる。ここで、成分の配合順序に特に制限はな
り）。

上述したように、本発明のエポキシ樹脂組成物はＩＣ，
ＬＳＩ、　トランジスタ、サイリスタ、ダイオード等の
半導体装置の封止用に使用するものであり、プリント回
路板の製造などにも有効に使用できる。

ここで、半導体装置の封止を行なう場合は、従来より採
用されている成形法、例えばトランスファ成形、インジ
ェクション成形、注型法などを採用して行なうことがで
きる。この場合、エポキシ樹脂組成物の成形温度は１５
０〜１８０℃、ポストキュアーは１５０〜１８０℃で２
〜１６時間行なうことが好ましい。

見肌夏羞来 以上説明したように本発明の半導体装置封止用エポキシ
樹脂組成物は、（１）式の有機けい素化金物を配合した
ことにより、耐湿性の優れた硬化物を与え、この組成物
を用いて封止された半導体装置は高い信頼性を有する。

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明
するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない
。なお、以下の例において部はいずれも重量部を示す。

〔実施例１〜５．比較例１及び２〕 クレゾールノボラツクエポキシ樹脂（軟化点６０℃、加
水分解性Ｃｌ２３００ｐｐｍ、Ｎ　ａ　、　ＣＱ各ｌｐ
ｐｍ、有機酸の含有率５０ＰＰｍ、エポキシ当量２００
）６２部、臭素化ノボラックエポキシ樹脂（Ｂｒ含有率
３５％、エポキシ当量２８６）７部、ノボラックフェノ
ール樹脂（軟化点８０℃、フリーフェノール量０．１％
、有機酸２０ｐｐｍ、Ｎａ、ＣＱ各ｉｐｐｍ）３１部、
５ｂ２０，１０部、カルナバワックス１．５部、カーボ
ンブラック２．０部、２−フェニルイミダゾール０．７
５部、α−アルミナ（純度（ＡＱ、Ｏ，量）９９．９％
、Ｎａ２Ｏ含有率０．０３％、１００℃の水で抽出した
ときのＮａイオン３ｐｐｍ、ＣＱイオンＯ５ｐｐｍ、平
均粒子径２０−１２部０声以上の粒子径を有する粒子含
有率が０．０１％、粒子の長径と短径の軸比が１．４）
６００部、及び下記に示す添加剤２．０重量部を１００
℃の加熱ロールで８分間混合、混練し、冷却した後、粉
砕してエポキシ樹脂成形材料を得た。

■　γ−グリシドキシプロビルトリメトキシシラン（信
越化学工業−社製グレード名ＫＢＭ４０３） 得られたエポキシ樹脂成形材料の特性を下記方法で測定
した。

結果を第１表に示す。

（イ）スパイラルフロー値 ＥＭＭＩ規格に準じた金型を使用して、１７５”Ｃ，７
０ｋｇ／ｃｉの条件で測定した。

（ロ）アルミニウム配線腐蝕率の測定方法アルミニウム
金属電極の腐蝕を検討するために設計した１４ピンＩＣ
にエポキシ樹脂組成物をトランスファーモールド法で成
形し、１８０℃で４時間ポストキュアーした。これを２
気圧、１２０℃の水蒸気中に放置するプレッシャークツ
カーテストを実施し、１０００時間後のアルミニウム腐
蝕により発生した断線の発生率（％）を測定した。

（ハ）誘電率、誘電正接での耐湿性 直径７０国、厚さ２ｍの円盤状成形物をトランスファー
成形により作製し、１８０℃で４時間ポストキュアーし
た。この試料の初期の誘電率、誘電正接をＩ　Ｋｌ（ｚ
で測定した後、２気圧、１２０℃の水蒸気中に放置する
プレッシャークツカーテストを実施し、　５００時間後
の誘電率、誘電正接を測定した。

結果を第１表に示す Ｃ実施例６．比較例３〕 アルミナの代りに結晶石英粉末（平均粒子径３２／Ｊｌ
、２００−以上の粒子量０．１％、Ｓｉｎ。

純度９９．８％）を用いた以外は実施例１．比較例１と
同様にしてエポキシ樹脂組成物を製造し、そのスパイラ
ルフロー、［Ｉ湿性を評価した。結果を第２表に示す。

第２表 第１，２表の結果より、（１）式の有機けい素化合物の
配合によって硬化物の耐湿性を顕著に向上させることが
認められる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、エポキシ樹脂と硬化剤と無機質充填材とを含有する
   エポキシ樹脂組成物において、下記一般式（１） ▲数式、化学式、表等があります▼　・・・（１） （式中、Ｒ＾１はエポキシ基を有する有機基、Ｒ＾２、
   Ｒ＾３、Ｒ＾４はそれぞれ水素原子、アルケニル基、ア
   リール基又はアラルキル基を示すが、これらは互いに同
   一であっても異なっていてもよい。ｎ、ｍはそれぞれ０
   、１、２、又は３、１≦ｎ＋ｍ≦３である。）で示され
   る有機けい素化合物を配合して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。 ２、請求項１記載の組成物の硬化物で封止された半導体
   装置。