JPH039919A - 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ｌ上立札旦光互 本発明は、流動性がよく、低応力で膨張係数が小さく、
高いガラス転移温度を有し、しかも耐湿性などに優れた
硬化物を与えるエポキシ樹脂組成物及び該エポキシ樹脂
組成物の硬化物で封止された半導体装置に関する。

の　　　び　　が　　しようとする 硬化性エポキシ樹脂、硬化剤及びこれに各種添加剤を配
合したエポキシ樹脂組成物は、一般に他の熱硬化性樹脂
に比べて成形性、接着性、電気特性、機械的特性、耐湿
性等に優れているため、エポキシ樹脂組成物で半導体装
置を封止することが多く行なわれている。

しかしながら、近年の半導体装置の分野においては、パ
ッケージサイズの小型化、薄型化が進む一方、半導体素
子は大型化が進んでおり、このような半導体装置を従来
のエポキシ樹脂組成物で封止すると、半導体素子とエポ
キシ樹脂組成物との熱による寸法変化の差により、半導
体素子が受ける応力が大きくなるという問題があり、ま
た、吸湿後の半田処理を経る工程において、パッケージ
にクラックが入るといった問題も生じてきている。

これらの問題に対し、本出願人は先に硬化性エポキシ樹
脂にオルガノポリシロキサンを配合したエポキシ樹脂組
成物（特開昭５６−１２９２４６号公報）、芳香族重合
体とオルガノポリシロキサンとからなるブロック共重合
体を添加したエポキシ樹脂組成物（特開昭５８−２１４
１７号公報）。

更にはトリフエノールアルカン型エポキシ樹脂又はその
重合体を主成分とするエポキシ樹脂、ノボラック型フェ
ノール樹脂又はトリフエノールアルカン型フェノール樹
脂及びオルガノポリシロキサンを配合した樹脂封止型半
導体装置（特開昭６３−２２６９５１号公報）を完成し
、低応力化されたエポキシ樹脂組成物を提案してその解
決を計ってきた。

しかしながら、上述した低応力化エポキシ樹脂組成物に
おいても、最近の益々高度化した半導体装置の封正に対
する要求を完全に満たすことは難しい。

即ち、現在においては更に半導体封止樹脂の低応力化が
求められていると共に、成形時の流動性が良く、しかも
曲げ強度や曲げ弾性率等の機械的強度、高いガラス転移
温度、耐湿性などの諸特性に優れた硬化物を与える半導
体封止用樹脂組成物の開発が望まれている。

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、流動性が良好
で、しかも低応力で膨張係数が小さく。

高いガラス転移温度を有し、かつ良好な機械的強度、耐
湿性を有する硬化物を与えるエポキシ樹脂組成物及び該
エポキシ樹脂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。

を　　　るための　　　び 本発明者は上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結
果、（Ａ）下記（１）式で表わされ。

（１）式中のｎが１以上である成分が４０重量％以上で
あるエポキシ樹脂、（Ｂ）置換又は非置換のノボラック
型フェノール樹脂、（Ｃ）　トリフェニルフォスフイン
と１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−
７からなる特定の硬化触媒及び（Ｄ）石英粉末とを組み
合わせて配合した場合、得られるエポキシ樹脂組成物は
、流動性が良好で、しかも低応力で膨張係数が小さく、
ガラス転移温度が従来のエポキシ樹脂組成物よりも約２
０℃高く、かつ良好な機械的強度、耐湿性、接着性を有
する硬化物を与え、このためこのエポキシ樹脂組成物は
ＤＩＰ型、フラットパック型、ＰＬＣＣ型、ＳＯ型等の
いずれの型の半導体装置の封止にも有効に使用でき、こ
の種の半導体装置の封止用として非常に優れた特性を有
していることを知見し、本発明をなすに至った。

即ち、本発明は （Ａ）下記−最大（１） （但し、式中Ｒは水素原子又は炭素数１〜１０のアルキ
ル基を示し、ｍは１，２又は３、ｎは０〜１０の整数で
ある。） で表わされ、ｎ≧１の成分の比率が４０重量％以上であ
るエポキシ樹脂。

（Ｂ）置換又は非置換のノボラック型フェノール樹脂、 （Ｃ）１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセ
ン−７とトリフェニルフォスフインとを重量比として０
：１〜１：１の割合で含む硬化触媒、（Ｄ）石英粉末 を配合してなることを特徴とするエポキシ樹脂組成物及
び該エポキシ樹脂組成物の硬化物で封止された樹脂封止
型半導体装置を提供する。

以下１本発明につき更に詳しく説明する。

本発明に係るエポキシ樹脂組成物は、上述したように（
Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂
、（Ｃ）硬化触媒及び（Ｄ）石英粉末を配合してなるも
のである。

ここで、（Ａ）成分のエポキシ樹脂は下記一般式（１）
で示される。

この場合、Ｒは水素原子又は、メチル基、エチル基、プ
ロピル基、ｔ−ブチル基、シクロヘキシル基、オクチル
基等の炭素数１〜１ｏのアルキル基である。

また、ｍは１，２又は３、ｎは０〜１ｏの整数であるが
、本発明においては、ｎ≧１の成分の比率が４０重量％
以上、より好ましくは４５重量％以上とするものであり
、ｎ≧１の成分の比率が４０重量％未満であると充分高
いガラス転移温度が得られないばかりでなく、吸湿半田
後の耐クラツク性が悪くなる。

なお、一般式（１）で表わされるエポキシ樹脂の具体例
としては次の化合物を挙げることができる。

（ｔＢｕはｔ−ブチル基を示す） 上記エポキシ樹脂はその１種を単独で又は２種以上を混
合して使用することができる。

また、上記エポキシ樹脂にはノボラック型エポキシ樹脂
やビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、及びこれらに塩素
や臭素原子等のハロゲン原子を導入した置換エポキシ樹
脂、更に、スチレンオキサイド、シクロヘキセンオキサ
イド、フェニルグリシジルエーテルのモノエポキシ化合
物などを併用しても差支えない。

なお、上述したような一般式（１）で表わされるエポキ
シ樹脂の合成は、例えば特開昭６３−２６４６２２号公
報記載の方法で行なうことができる。

（Ｂ）成分の置換又は非置換のノボラック型フェノール
樹脂は、（Ａ）成分のエポキシ樹脂の硬化剤として用い
られるものであり、具体的には下記の化合物が例示され
る。

（但し、式中ｐは２〜１５の正数を示し、また。

ｑｖｒはｑ＋ｒ＝２〜１５になるような正数である。） 上記ノボラック型フェノール樹脂はその１種を単独で又
は２種以上を混合して使用することができる。

（Ｃ）成分の硬化触媒としては、１，８−ジアザビシク
ロ（５，４，０）ウンデセン−７とトリフェニルフォス
フインとを重量比で０：１〜１：１、好ましくは０．０
１：１〜０．５：１の範囲で使用するもので、これによ
り優れた耐湿性、接着性を付与することができる。なお
、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−
７の比率が上記範囲より高くなるとガラス転移温度が低
くなってしまう。この（Ｃ）成分の添加量は特に限定さ
れないが、（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計量１００重量
部に対し０．２〜２重量部、特に０．４〜１．２重量部
とすることが望ましい。

（Ｄ）成分の石英粉末としては、結晶性シリカ、溶融シ
リカ、超微粉末シリカ等を使用でき、その形状は、球状
、破砕状のいずれも使用できるが、半導体素子に与える
局所応力を防止するために７５−以上の粗粒を石英粉末
全体の０．３重量％以下にしたものが好ましい、また１
組成物の流動性を向上させるため、平均粒径０．４〜２
−の球状シリカを全石英粉末１００重量部中５〜２０重
量部用いることが望ましい。これらの石英粉末は使用に
際しシランカップリング剤で表面処理を施すことも有効
である。この（Ｄ）成分の配合量は、（Ａ）成分と（Ｂ
）成分の合計量１００重量部に対し３５０〜６００重量
部、特に４００〜５５０重量部の範囲が好ましい、この
範囲より使用量が多すぎると、分散が困難となるばかり
か、加工性、低応力、耐クラツク性の物性において不利
になり、一方便用量が少なすぎると膨張係数が大きくな
る場合が生じる。

更に１本発明の組成物には、可撓性を付与するためオル
ガノポリシロキサン化合物を添加することが望ましい。

かかるオルガノポリシロキサン化合物としては、エポキ
シ基、アミノ基、水酸基等を有するシリコーンオイル、
シリコーンゴム、硬化型シリコーンゴム等が挙げられる
が、特にアルケニル基含有ノボラック樹脂と下記−最大
（但し、式中Ｒ″は１価の有機基を表わす、また、ａは
０．００１≦ａ≦１．ｂは１≦ｂ＜３．１．００１≦ａ
十ｂ≦３である。）で示されるオルガノポリシロキサン
との付加反応により得られるブロック共重合体が好まし
い。

なお、上記アルケニル基含有ノボラック樹脂とオルガノ
ポリシロキサンとのブロック共重合体としては特開昭６
３−２２６９５１号公報に記載されているものを採用す
ることができる。この場合、ブロック共重合体の配合量
は、（Ａ）成分と（Ｂ）成分との合計量１００重量部当
り２〜１００重量部の範囲とする−ことが好ましい、ブ
ロック共重合体の使用量が２重量部より少ない場合には
耐クラツク性向上効果が十分達成され得ない場合があり
、また、１００重量部を越える場合には１機械的な強度
が低下する場合がある。

なお、上記（Ａ）成分、（Ｂ）成分及びブロック共重合
体に含まれるエポキシ基の量（ａモル）とフェノール性
水酸基の量（ｂモル）の比はａ／ｂ＝０．５〜１．５の
範囲にあることが望ましく、ａ　／　ｂが上記範囲外に
あると、硬化性、低応力性等の物性において不利になる
場合がある。

本発明の組成物には、更に必要により各種の添加剤を添
加することができる。例えばワックス類、ステアリン酸
などの脂肪酸及びその金属塩等の離型剤、カーボンブラ
ック等の顔料、難燃化剤、表面処理剤（γ−グリシドキ
シプロビルトリメトキシシラン等）、エポキシシラン、
ビニルシラン、はう素化合物、アルキルチタネート等の
カップリング剤、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。

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撹拌、混合し、予め７０〜９５
℃に加熱しであるニーダ−、ロール、エクストルーダー
などにより混練、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い
。

かくして得られる本発明の組成物はＤＩＰ型、フラット
バック型、ＰＬＣＣ型、ＳＯ型等の半導体装置の封止用
に有効に使用でき、この場合、成形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。

なお、エポキシ樹脂組成物の成形温度は１５０〜１８０
’Ｃ、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。

血豆立夏米 以上説明したように、本発明のエポキシ樹脂組成物は、
上述した成分の組み合わせとしたことにより、流動性が
良好で、しかも低応力で線膨張係数が小さく、高いガラ
ス転移温度を有し、かつ良好な機械的強度、耐湿性を有
する硬化物を得ることができるものであり、このため本
発明のエポキシ樹脂組成物の硬化物で封止された半導体
装置は信頼性に優れたものである。

以下、実施例及び比較例を示し、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である。

〔実施例１〜１３、比較例１〜６〕 第１表に示すエポキシ樹脂を使用し、第２表及び第３表
に示す成分を熱二本ロールにて均一に溶融混合し、冷却
、粉砕してエポキシ樹脂組成物を得た。

これらの組成物につき５次の（イ）〜（チ）の諸試験を
行なった。結果を第２表及び第３表に併記する。

（イ）スパイ゛ラルフロー ＥＭＭＩ規格に準じた金型を使用して、１８０℃、７０
ｋｇ／ｄの条件で測定した。

（ロ）　　　　　　　　　　　　び ＪＩＳ−に６９１１に準じて１８０”Ｃ，７０ｋｇ／ａ
ｉ、成形温度２分の条件で１０Ｘ４Ｘ１００ａｎの抗折
捧を成形し、１８０℃で４時間ポストキュアーしたもの
について測定した。

（ハ）　　　　　ガラス　　゛ ４ｍｍφＸ１５ｍｍの試験片を用いて、デイラドメータ
ーにより毎分５℃の速さで昇温した時の値を測定した。

（ニ）ＩＬクニフシムクヨ性。

９、ＣＸ４．５ｘ０．５ｍの大きさのシリコンチップを
１４ＰＩＮ−ＩＣ７Ｌ／−Ａ　（４２７ｔ］イ）に接着
し、これにエポキシ樹脂組成物を成形条件１８０℃×２
分で成形し、１８０’Ｃで４時間ポストキュアーした後
、−１９６℃×１分〜２６０”ＣＸ３０秒の熱サイクル
を繰り返して加え、３００サイクル後の樹脂クラック発
生率を測定した（測定数＝５０）。

（ホ）　混生１）の　クラック性　１ ８．０ＸＩＯ，ＯＸｏ、５ｍの大きさのシリコンチップ
を１０Ｘ１４Ｘ２．３ｍの大きさのフラットパッケージ
に接着し、これにエポキシ樹脂組成物を成形条件１８　
Ｃ）ＣＸ　２分で成形し、１８０℃で４時間ポストキュ
アーした。

これを８５℃／８５％ＲＨの雰囲気中に４８時間放置し
た後、温度２６０℃の半田浴に浸漬し、パッケージクラ
ックが発生するまでの時間（秒）を測定した。

（へ）　　　１）の　クラック　　■ ２Ｘ２ＸＯ，Ｌｗ＋の大きさのシリコンチップを４Ｘ１
２Ｘ１．８ｍｍのＳＯパッケージに接着し、これにエポ
キシ樹脂組成物を成形条件１７５℃Ｘ２分で成形し、１
８０℃で４時間ポストキュアーした。

これを８５℃／８５％ＲＨの雰囲気中に７２時間放置し
た後、温度２６０℃の半田浴に浸漬した。−次に、この
パッケージを解体し、内部クラックの発生の有無を光学
顕微鏡でｗ４察した。

内部クラックが発生した状態を第１図に示す。

なお、図中１はシリコンチップ、２はフレーム。

３は封止樹脂、４はクラックである。

（ト）ＭＪＬｎ 第２図に示すパッケージを成形条件１７５℃×２分で成
形し、１８０℃で４時間ポストキュアーした後、フレー
ム（材質：４２アロイ、厚さ：０．２５園）の引き抜き
力を測定した。

なお、第２図において、５はフレーム、６は封止樹脂で
ある。また、寸法は鵬である。

（チ）ＩＬ血 ９、ＯＸ４．５Ｘ０．５ｍの大きさのシリコンチップを
２０ＰＩＮのＰＬＣＣフレームに接着し、これにエポキ
シ樹脂組成物を成形条件１８０℃×２分で成形し、１８
０℃で４時間ポストキュアーした。

これを１３０℃／８５％ＲＨの雰囲気中に放置し、２０
Ｖのバイアスを印加して１００時間後のＡＱ腐食による
不良率を測定した。

注（１）フェノールノボラック樹脂！：ＫＨ３４８８（
大日本インキ社製） 注（２） ポリシロキサン分３４重量％〕 （但し１式中の添数字は平均値を示す、）（但し１式中
の添数字は平均値を示す、）注（３）硬化触媒■： １．８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７
とフェノールノボラック樹脂（ＴＤ２１３４大日本イン
キ社製）とを２０／８０重量比ノ割合で１３０℃× ３０分加熱溶融混合した後、５０４以下に微粉砕したも
の。

注（４）石英粉末■： 比表面積１．４ボ／ｇ、平均粒径１５゜の溶融球状シリ
カ（７５４以上の粗粒 ０．１％以下） 石英粉末■： 比表面積２．５イ／ｇ、平均粒径１０／Ｊｌの溶融破砕
シリカ（７５−以上の粗粒 ０．１％） 石英粉末■： 比表面積１０ボ／ｇ、平均粒径１．ｏ−の溶融球状シリ
カ 石英粉末■： 比表面積１．０イ／ｇ、平均粒径３〇−の球状シリカ（
７５−以上の粗粒０．１％）と比表面積３．２ｒｒｒ／
ｇ、平均粒径８ｐの破砕シリカ（７５ａｍ以上の粗粒０
．１％）と、上記石英粉末■とを ５０：４０：１０重量部の割合で混合したものをγ−グ
リシドキシプロピルトリメトキシシラン０．３２重量％
で表面処理した溶融シリカ 第２，３表の結果より、本発明に係る組成物は、流動性
が良く、ガラス転移温度（Ｔｇ）が高く、吸湿半田後の
耐クラツク性（■及び■）に優れ。

接着力が強く、耐湿性テストにおけるＡＱ腐食が少ない
硬化物を与えることが認められる。

【図面の簡単な説明】

第１図は吸湿半田後の耐クラツク性（２）試験で使用し
たＳｏパッケージにクラックが生じた状態を示す断面図
、第２図は接着性試験で使用したパッケージを示す斜視
図である。 ５、補正の対象 図面の第２図。 ６゜ 補正の内容 別紙の通り一 （第１図は変更なし） 手 続 補 正 書 （自 発）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（Ａ）下記一般式（１） ▲数式、化学式、表等があります▼（１） （但し、式中Ｒは水素原子又は炭素数１〜１０のアルキ
   ル基を示し、ｍは１、２又は３、ｎは０〜１０の整数で
   ある。） で表わされ、ｎ≧１の成分の比率が４０重量％以上であ
   るエポキシ樹脂、 （Ｂ）置換又は非置換のノボラック型フェノール樹脂、 （Ｃ）１、８−ジアザビシクロ（５、４、０）ウンデセ
   ン−７とトリフェニルフォスフィンとを重量比として０
   ：１〜１：１の割合で含む硬化触媒、（Ｄ）石英粉末 を配合してなることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。 ２、請求項１記載のエポキシ樹脂組成物の硬化物で封止
   した半導体装置。