JPH04300915A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流動性が良好であると
共に、膨張係数が小さく、高いガラス転移温度を有しな
がら低吸湿性の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。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】現在、
半導体産業の中で樹脂封止型のダイオード、トランジス
タ、ＩＣ、ＬＳＩ、超ＬＳＩが主流となっており、なか
でも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が、最近にお
いてこれらの半導体装置は集積度が益々大きくなり、そ
れに応じてチップ寸法も大きくなりつつある。一方、こ
れに対してパッケージ外形寸法は電子機器の小型化、軽
量化の要求に伴い、小型化、薄型化が進んでいる。さら
に、半導体部品を回路基板へ取付ける方法も、基板上の
部品の高密度化や基板の薄型化のため、半導体部品の表
面実装がよく行なわれるようになってきた。

【０００３】しかしながら、半導体装置を表面実装する
場合、半導体装置全体を半田槽に浸漬するか又は半田が
溶融する高温ゾーンを通過させる方法が一般的であるが
、その際の熱衝撃により封止樹脂層にクラックが発生し
たり、リードフレームやチップと封止樹脂との界面に剥
離が生じたりする。このようなクラックや剥離は、表面
実装時の熱衝撃以前に半導体装置の封止樹脂層が吸湿し
ていると更に顕著なものとなるが、実際の作業工程にお
いては、封止樹脂層の吸湿は避けられず、このため実装
後のエポキシ樹脂で封止した半導体装置の信頼性が大き
く損なわれる場合がある。

【０００４】本発明は、上記事情に鑑みなされたもので
、流動性が良好であると共に、低膨張係数、低応力、高
いガラス転移温度を有し、しかも低吸湿性の硬化物を与
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
化物で封止された表面実装時の熱衝撃後においても高い
信頼性を有する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及び作用】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
構造式（１）及び下記構造式（２）で示されるナフタレ
ン環含有エポキシ樹脂から選ばれる１種又は２種以上の
エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、及び（Ｃ）無機
質充填剤を必須成分として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、流動性が良好であると
共に、膨張係数が小さく、ガラス転移温度以上の温度領
域で弾性率が低下するなどの特徴を有する低応力性に優
れた硬化物を与えること、しかも従来の低弾性率化の手
法で得られるエポキシ樹脂組成物はガラス転移温度の低
下や樹脂強度不足などの欠点を合わせ持っているもので
あったが、上記エポキシ樹脂組成物は低弾性率でありな
がらガラス転移温度の低下がない上、低吸湿性であるな
ど、従来のエポキシ樹脂組成物では得られなかった優れ
た特性を有する硬化物を与えることを知見した。また、
かかる硬化物で封止された半導体装置は表面実装時の熱
衝撃後においても高い信頼性を有し、このため上記エポ
キシ樹脂組成物はＳＯＰ型，ＳＯＪ型，ＴＳＯＰ型，Ｔ
ＱＦＰ型等のいずれの型の半導体装置の封止にも使用で
き、特に表面実装用半導体装置の封止材として非常に優
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。

【０００６】従って、本発明は、（Ａ）下記構造式（１
）及び下記構造式（２）で示されるナフタレン環含有エ
ポキシ樹脂から選ばれる１種又は２種以上のエポキシ樹
脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）無機質充填剤を必須
成分とするエポキシ樹脂組成物及び該エポキシ樹脂組成
物の硬化物で封止した半導体装置を提供する。

【０００７】

【化２】

【０００８】以下、本発明に付き更に詳しく説明すると
、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）フェノール樹脂及び（Ｃ）
無機質充填剤を配合してなるものである。

【０００９】ここで、（Ａ）成分のエポキシ樹脂は、下
記構造式（１）及び（２）で示されるナフタレン環含有
エポキシ樹脂から選ばれる１種又は２種以上を使用する
。

【００１０】

【化３】

【００１１】これらの構造式で示されるナフタレン環含
有エポキシ樹脂の具体例としては下記の化合物を挙げる
ことができる。

【００１２】

【化４】

【００１３】これら例示の中で、得られる組成物の流動
性を保持するため、上記式（３），（４），（５）で示
されるような重合度の低いナフタレン環含有エポキシ樹
脂が好ましく、上記構造式（１）においてｎ＝０の式（
５）で示されるようなナフタレン環含有エポキシ樹脂や
式（３），（４）のような構造式（２）で示されるナフ
タレン環含有エポキシ樹脂を全エポキシ樹脂の６０％（
重量％、以下同様）以上使用することが流動性の上で好
ましい。

【００１４】本発明のエポキシ樹脂組成物においては、
（Ａ）成分のエポキシ樹脂として上述したナフタレン環
含有エポキシ樹脂を必須成分とするものであるが、その
ほか通常のエポキシ樹脂を併用して用いることができる
。このようなエポキシ樹脂の中で代表的なものとしては
、１分子中にエポキシ基を少なくとも２個以上有するエ
ポキシ樹脂であり、具体的にはビスフェノール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，アリ
ルフェノールノボラック型エポキシ樹脂等のグリシジル
エーテル型エポキシ樹脂、トリフェノールアルカン型エ
ポキシ樹脂及びその重合物、ビフェニル型エポキシ樹脂
、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、フェノールア
ラルキル型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキ
シ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環型エポキシ樹脂、
ハロゲン化エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂が挙げられる
。また、次に示すようなナフタレン環含有エポキシ樹脂
を使用することも有効である。

【００１５】

【化５】

【００１６】次に、（Ｂ）成分のフェノール樹脂は（Ａ
）成分のエポキシ樹脂の硬化剤として作用するものであ
り、具体的にはノボラック型フェノール樹脂、レゾール
型フェノール樹脂、トリフェノールアルカン型樹脂及び
その重合体等が挙げられ、これに加えてアミン系硬化剤
や酸無水物系硬化剤を併用することもできる。更に、本
発明においては、（Ｂ）成分のフェノール樹脂として下
記一般式（７）で示されるフェノール樹脂を使用するこ
ともできる。

【００１７】

【化６】

【００１８】この一般式（７）で示されるフェノール樹
脂として具体的には下記に示すものを代表的なものとし
て挙げることができる。

【００１９】

【化７】

【００２０】上記一般式（７）で示されるフェノール樹
脂は吸湿後の半田浸漬の際の耐クラック性、低吸湿化に
効果があるが、これを硬化剤として単独で使用した場合
、ガラス転移温度が若干低下する場合がある。そのため
、一般式（７）のフェノール樹脂は、それ単独で用いる
よりもフェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラッ
ク樹脂、トリフェノールアルカン型のフェノール樹脂、
下記に示すナフタレン環含有フェノール樹脂と併用する
のがよく、特に下記ナフタレン環含有フェノール樹脂と
の併用はガラス転移温度を低下させずに、より一層の低
吸湿化を達成するため最適である。この場合、一般式（
７）のフェノール樹脂の使用量は、（Ｂ）成分のフェノ
ール樹脂全体の１０％以上、特に３０〜８０％の範囲と
することが好ましい。

【００２１】

【化８】

【００２２】なお、本発明において、エポキシ樹脂及び
硬化剤としてのフェノール樹脂中におけるナフタレン環
の含有量は５〜８０重量％、特に１０〜６０重量％の範
囲とすることが好ましい。ナフタレン環の含有量が１０
重量％未満であると硬化物の低吸湿化、またガラス転移
温度以上の温度領域での低弾性率効果が顕著でないため
、吸湿後の熱衝撃時の耐クラック性が十分改善されない
ことがある。またナフタレン環の含有量が８０重量％を
超えると、樹脂の溶融粘度が高くなりすぎて製造時にエ
ポキシ樹脂が完全に分散しなくなり、成形性や硬化物特
性等において不利になる場合がある。

【００２３】また、上記（Ａ）成分、（Ｂ）成分に含ま
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、吸湿性において不利になる場合がある。

【００２４】（Ｃ）成分の無機質充填剤は、通常エポキ
シ樹脂組成物に配合されるものを使用することができる
。具体的には、例えば溶融シリカ，結晶シリカ等のシリ
カ類，アルミナ，窒化珪素，窒化アルミニウム，ボロン
ナイトライド，酸化チタン，ガラス繊維等が挙げられる
。これらの中でも溶融シリカが望ましく、その平均粒径
は３〜１５μｍのものが成形性の面から望ましい。また
、溶融シリカの形状は、高充填化やチップ表面に対する
応力を小さくするため球状のものが望ましい。なお、無
機質充填剤は、樹脂と無機質充填剤表面の強度を強くす
るため、予めシランカップリング剤などで表面処理した
ものを配合することが好ましい。

【００２５】これら無機質充填剤はその１種を単独で使
用でき、また２種以上を併用するようにしてもよく、そ
の配合量は特に制限されないが、（Ａ）成分と（Ｂ）成
分との合計量１００部（重量部、以下に同じ）に対して
１００〜１０００部、特に２００〜７００部の範囲とす
ることが好ましい。

【００２６】更に、本発明のエポキシ樹脂組成物には、
硬化触媒を配合することができ、この硬化触媒としては
イミダゾール化合物、三級アミン化合物、リン系化合物
等が例示されるが、１，８−ジアザビシクロ（５．４．
０）ウンデセン−７とトリフェニルホスフィンとを重量
比で０：１〜１：１、好ましくは０．０１：１〜０．５
：１の範囲で使用する併用触媒とすることが好ましい。 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
なる場合がある。上記併用触媒の添加量は特に制限され
ないが、（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計量１００部に対
して０．２〜２部、特に０．４〜１．２部とすることが
望ましい。

【００２７】本発明の組成物には、更に必要に応じて各
種の添加剤を配合することができる。例えば熱可塑性樹
脂，熱可塑性エラストマー，有機合成ゴム，シリコーン
系等の低応力剤、カルナバワックス等のワックス類、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，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、グリシ
ドキシプロピルトリメトキシシランその他のシラン類、
アルキルチタネート類等の表面処理剤、老化防止剤、ハ
ロゲントラップ剤等の添加剤を配合することができる。

【００２８】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℃に加熱してあるニーダ、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。

【００２９】かくして得られる本発明のエポキシ樹脂組
成物はＳＯＰ型，ＳＯＪ型，ＴＳＯＰ型，ＴＱＦＰ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、本発明のエポキシ樹脂組成
物の成形温度は１５０〜１８０℃で３０〜１８０秒、ポ
ストキュアーは１５０〜１８０℃で２〜１６時間行なう
ことが望ましい。

【００３０】

【実施例】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。

【００３１】〔実施例１〜７、比較例〕下記に示すエポ
キシ樹脂及びフェノール樹脂を表１に示す割合で使用し
、下記に示す硬化触媒０．６部、トリフェニルホスフィ
ン０．５部、臭素化エポキシ樹脂（ＢＲＥＮ−Ｓ、日本
化薬製）１０部、比表面積２．５ｍ２／ｇ，平均粒径１
０μｍの溶融球状シリカ２５０部、比表面積３．１ｍ２
／ｇ，平均粒径６．５μｍの溶融破砕シリカ２５０部、
三酸化アンチモン８部、カーボンブラック１．５部、カ
ルナバワックス１部及びγ−グリシドキシプロピルトリ
メトキシシラン３部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。

【００３２】

【化９】

【００３３】

【化１０】

【００３４】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（ＴＤ２１３１大日本イン
キ製）とを２０／８０重量比の割合で１３０℃×３０分
加熱溶融混合した後、５０μｍ以下に微粉砕したもの。

【００３５】次に、これらの組成物につき、次の（イ）
〜（ヘ）の諸試験を行なった。結果を表１に併記する。 （イ）スパイラルフロー値 ＥＭＭＩ規格に準じた金型を使用して、１８０℃，７０
ｋｇ／ｃｍ２の条件で測定した。 （ロ）機械的強度（曲げ強度及び曲げ弾性率）ＪＩＳ−
Ｋ６９１１に準じて１８０℃，７０ｋｇ／ｃｍ２、成形
時間２分の条件で１０×４×１００ｍｍの曲げ試験片を
成形し、１８０℃で４時間ポストキュアーしたものにつ
いて２１５℃で測定した。 （ハ）膨張係数、ガラス転移温度 ４ｍｍφ×１５ｍｍの試験片を用いて、ＴＭＡ法により
毎分５℃の速さで昇温した時の値を測定した。 （ニ）吸湿半田後の耐クラック性 ２×４×０．４ｍｍの大きさのシリコンチップを４×１
２×１．８ｍｍのＳＯパッケージ用リードフレーム（４
２アロイ）に接着し、これにエポキシ樹脂組成物を成形
条件１８０℃，７０ｋｇ／ｃｍ２、成形時間２分で成形
し、１８０℃で４時間ポストキュアーした。

【００３６】これを８５℃／８５％ＲＨの雰囲気中に４
８時間及び１６８時間放置した後、温度２５０℃の半田
浴に１０秒間浸漬し、パッケージクラック数／総数を測
定した。 （ホ）耐湿性 ４ＭＤＲＡＭチップを２０ＰＩＮのＳＯＪ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℃，
７０ｋｇ／ｃｍ２、成形時間２分で成形し、１８０℃で
４時間ポストキュアーした。これを１２１℃／１００％
ＲＨ雰囲気中に２４時間放置して吸湿させた後、２６０
℃の半田浴に１０秒間浸漬し、更に１２１℃／１００％
ＲＨ雰囲気中に３００時間放置した時のＡｌ配線断線数
／総数を測定した。 （ヘ）吸水率 １８０℃，７０ｋｇ／ｃｍ２、成形時間２分の条件で成
形し、１８０℃で４時間ポストキュアーした５０φ×２
ｍｍの円板を１２１℃／１００％ＲＨ雰囲気中に２４時
間放置し、吸水率を測定した。

【００３７】

【表１】

【００３８】表１の結果より、本発明のエポキシ樹脂組
成物は流動性が良好であり、また低弾性率、特にガラス
転移以上の温度で著しく弾性率が低下し、低膨張係数で
あると共に、ガラス転移温度が高く、しかも吸水率が低
い硬化物を与え、それ故本発明組成物の硬化物で封止さ
れた半導体装置は吸湿半田後の耐クラック性、耐湿性が
良好で、表面実装時の熱衝撃後においても高い信頼性を
有することが認められる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のエポキシ
樹脂組成物は、上述した成分の組合わせとしたことによ
り、流動性が良好であるとともに、低弾性率であり、特
にガラス転移以上の温度で著しく弾性率が低下し、膨張
係数が小さく、低応力でありながらガラス転移温度が高
く、しかも低吸湿性の硬化物が得られるものであり、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
た半導体装置は表面実装時の熱衝撃後においても高い信
頼性を有するものである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　（Ａ）下記構造式（１）及び下記構造
   式（２）で示されるナフタレン環含有エポキシ樹脂から
   選ばれる１種又は２種以上のエポキシ樹脂、（Ｂ）フェ
   ノール樹脂、（Ｃ）無機質充填剤を必須成分とするエポ
   キシ樹脂組成物。 【化１】
2. 【請求項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。