JPH0450223A - 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。

来の　　　び　　が解　しようとする 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、こ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。

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。このようなりラックや剥離は、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。

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。

課題を解決するための手　　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）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、（Ｂ）硬化剤として１分子中に置
換もしくは非置換のナフタレン環を少なくとも１個以上
有するフェノール樹脂、（Ｃ）無機質充填剤とを必須成
分として組合せて配合した場合、更に好ましくは（Ａ）
成分の一部もしくは全部に１分子中に置換もしくは非置
換のナフタレン環を少なくとも１個以上有するエポキシ
樹脂を用いた場合、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ＳＯ２型、ＳＯＪ型
。

ＰＬＣＣ型、フラットパック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。

従って、本発明は （Ａ）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、 （Ｂ）１分子中に置換もしくは非置換のナフタレン環を
少なくとも１個以上有するフェノール樹脂、 （Ｃ）無機質充填剤 を含有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した半導体装置
を提供する。

以下、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）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。

ここで、（Ａ）成分のエポキシ樹脂は、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、トリフエノールアルカン型エポキシ樹脂及びそ
の重合ポキシ樹脂、ジシクロペンタジェン型エポキシ樹
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、これらの工ポキシ樹脂の１種を単独で
又は２種以上を併用して使用することができるが、本発
明においては膨張係数がｔＪｚさく、低吸湿性の硬化物
を得るという目的をより有利に達成させるため、（Ａ）
成分のエポキシ樹脂の一部もしくは全部を１分子中に置
換もしくは非置換のナフタレン環を少なくとも１個以上
有するエポキシ樹脂とすることが好ましい。

かかるナフタレン環を有する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。

（上記式中、Ｒ１は水素原子又は炭素数１〜５の１価炭
化水素糸ヲ示シ、□　ＧハＯＣＨ２ＣＨＣＨ−＼／ ○ を示し、ｍは１又は２であり、ｋ、ｌ、ｎはそれぞれ２
以上の整数である。） また、（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、本発明に
おいては１分子中に置換もしくは非置換のナフタレン環
を少なくとも１個以上有するフェノール樹脂を使用する
。かかるナフタレン環を有するフェノール樹脂を硬化剤
として用いることにより、膨張係数が小さく、ガラス転
移温度が高く、ガラス転移温度以上の温度領域で低弾性
率であり、さらに低吸湿性の硬化物が得られるため、本
発明のエポキシ樹脂組成物を半導体装置の封止材として
用いた場合、熱衝撃時の耐クラツク性が改善され、熱衝
撃後の半導体装置の信頼性が向上するものである。

このナフタレン環を有するフェノール樹脂の具体例とし
て次の化合物を挙げることができる。

すｈ Ｈ （但し、Ｒ１，に、Ｑ、ｍはそれぞれ前記と同じ意味を
示し、ｐは１以上の整数である。）本発明においては、
上記フェノール樹脂の１種を単独で又は２種以上を組み
合せて使用することができ、これをエポキシ樹脂の硬化
剤の主成分とするものであるが、必要に応じて、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、フ
ェノールアラルキル樹脂、トリフエノールアルカン型樹
脂及びその重合物等のフェノール樹脂、ジアミノジフェ
ニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン、メタフェニ
レンジアミン等に代表されるアミン系硬化剤、無水フタ
ル酸、′ｐＭ水ピロメリット酸、無水ベンゾフェノンテ
トラカルボン酸等の酸無水物硬化剤を併用することもで
きる。

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
衝撃時の耐クラン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、製
造時の分散性あるいは成形性などにおいて不利になる場
合がある。

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
力性において不利になる場合がある。

（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し得、例えば溶融シリカ、結晶
シリカ等のシリカ類、アルミナ、カーボンブラック、マ
イカ、クレー、カオリン、ガラスピーズ、ガラス繊維、
ＡＱＮ、５ｉＣ１亜鉛華、三酸化アンチモン、炭化カル
シウム、水酸化アルミニウム、ＢａＯ、ボロンナイトラ
イド、酸化チタン、炭化ケイ素、酸化鉄等を挙げること
ができる。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−１（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。

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○：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。

本発明の組成物には、更に必要に応して各種の添加剤を
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離燃化剤、表面処理剤（γ−グ
リシドキシプロピ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い。

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、ＰＬＣＣ型、フラットパック型等の半導
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℃、ポストキュアーは１５０〜１
８０℃で２〜１６時間行なうことが望ましい。

見豆例羞米 以上説明したように、本発明のエポキシ樹脂組成物は、
上述した成分の組合せとしたことにより、流動性が良好
であると共に、低弾性率で膨張係数が小さく、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めである
。

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１〜８、比較例１〜３〕 下記に示すエポキシ樹脂及びフェノール樹脂を第１表に
示す割合で使用し、下記に示す硬化触媒０．６部、トリ
フェニルホスイン０．５部、石英粉末（ｒ）２５０部、
石英粉末（ＩＩ）２５０部、石英粉末（ｍ）７０部、５
ｂ２０３８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。

”″′″””　　　　　　ｘｙｆｅ＊ｙ＠Ｒ＊イ６．つ
ＥＯＣＮ−１０２０−６５（日本化楽裂）（ｒＶ） 旦」コ１菟 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
キ社製）とを２０／８０重量比の割合で１３０℃Ｘ３０
分加熱溶融混合した後、５０声以下に微粉砕したもの。

五ゑｎ末 ＣＩ）比表面積１．４ｍ／ｇ、平均粒径１５１ａの溶融
球状シリカ（７５声以上の粗粒０．１％以下）（ＩＩ）
比表面積２．５ｍ／ｇ、平均粒径１０声の溶融破砕シリ
カ（７５−以上の粗粒０．１％）（ＩＩＩ）比表面積１
０ボ／ｇ、平均粒径１．０−の溶融球状シリカ 次に、これらの組成物につき、次の（イ）〜（へ）の諸
試験を行なった。結果を第１表に併記する。

（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／ｃｄ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−
に６９１１に準じて１８０℃、７０ｋｇ／ｃＪ、成形時
間２分の条件でＩＱＸ４Ｘ１００田の抗折捧を成形し、
１８０℃で４時間ポストキュアーしたものについて２１
５℃で測定した。

（ハ）膨張係数、ガラス転移温度 ４ｍ＋φＸ１５ａ＋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）吸湿半田後の耐クラツク性 ２Ｘ４ＸＯ，４ｍｎの大きさのシリコンチップを４Ｘ１
２Ｘ１．８何の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℃×２分で成形し、１８
０℃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２４時間及び４
８時間放置した後、温度２４０”Ｃ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。なお
、内部クラックが発生した状態を第１図に示す。ここで
、図中１はシリコンチップ、２はフレーム、３封止樹脂
、４はクランクである。

（ホ）耐湿性 ４　Ｍ　Ｄ　ＲＡ　Ｍ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型条件１
８０℃×２分で成型し、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’Ｃ／１００％ＲＨ雰囲気中に３
００時間放置した時のＡＱ配線断線数／総数を測定した
。

（へ）吸水率 １８０℃、　７０ｋｇ／ａＪ、成型時間２分の条件で５
０φＸ２ｍｍの円板を成型し、１８０℃で４時間ポスト
キュアーしたものを１２１℃／１００％ＰＣＴ中に２４
時間放置し、吸水率を測定した９第１表の結果より、本
発明のエポキシ樹脂は流動性が良好であり、また低弾性
率、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、それ数本発明組成物
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
ンク性、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。

【図面の簡単な説明】

第１図は吸湿半田後の耐クラツク性試験で使用したＳＯ
パッケージにクラックが生じた状態を示す断面図である
。 出願人　　信越化学工業　株式会社 代理人　　弁理士　小　島　隆　司 （他１名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（Ａ）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、 （Ｂ）１分子中に置換もしくは非置換のナフタレン環を
   少なくとも１個以上有するフェノール樹脂、 （Ｃ）無機質充填剤 を含有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において、（Ａ
   ）成分のエポキシ樹脂の一部もしくは全部が置換もしく
   は非置換のナフタレン環を１分子中に少なくとも１個以
   上有するエポキシ樹脂である請求項１記載のエポキシ樹
   脂組成物。 ３、請求項１又は２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。