JPH0496928A - 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】 皮！上皇五■光互 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　　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、低応力性、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　を解決するための　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）下記一般式（１）で示されるエポキシ樹脂、 〔但し、Ｇは−ＣＨ２ＣＨＣＨ２、Ｒ’は炭素数１〜ゝ
。′ １０の同種又は異種のアルキル基、Ｒ２は水素原子又は
下記式（ａ） （但し、Ｒ”、Ｇは上記と同様の意味を示し、ｊは０〜
４の整数である。）で示される基、ｍは２〜４の整数、
ｎは０〜３の整数、Ｑは０〜４の整数である。〕 ＣＢ）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、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、ＳＯ３型、ＰＬＣ
Ｃ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）上記（１）式で示されるエポキシ樹脂、（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された半導体装
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、本発明においては（Ａ）成分のエポキシ樹脂と
して、下記一般式（Ｉ）で示されるものを使用する。

に使用することができる。

（但シ、Ｇ、Ｒ１＋　ｎ及びＱは上記と同様の意味を示
す） ここで、上記式（１）で示されるエポキシ樹脂の具体例
としては、次のような化合物が挙げられ〔但し、Ｇは−
ＣＨ２ＣＨＣＨ２、Ｒ１は炭素数１〜ゝ０′ １０の同種又は異種のアルキル基、Ｒ２は水素原子又は
下記式（ａ） （但し、Ｒ１，Ｇは上記と同様の意味を示し、ｊは０〜
４の整数である。）で示される基、ｍは２〜４の整数、
ｎはＯ〜３の整数、２はＯ〜４の整数である。〕 この場合、上記エポキシ樹脂の中では、特に下記一般式
［ＩＡ）で示されるエポキシ樹脂を好適（上記式中、Ｑ
′は１〜３の整数である）本発明のエポキシ樹脂組成物
においては、これらのエポキシ樹脂の１種を単独で又は
２種以上を併用して使用できる。

なお、本発明のエポキシ樹脂組成物に上記式（１）で示
されるエポキシ樹脂以外の他のエポキシ樹脂を併用する
ことは何ら差し支えない、他のエポキシ樹脂としては、
例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、クレゾールノ
ボラック型エポキシ樹脂、トリフエノールアルカン型エ
ポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂等が挙げられる
が、これらの配合割合は式（１）で示されるエポキシ樹
脂１００部（重量部、以下同様）に対し、０〜５０部程
度とすることが好ましい。

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。

（但し、Ｒ１，Ｑは上記と同様の意味を示し、ｐは０〜
２の整数を示す） 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、無ホフタル酸、無水ピロメリット酸、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、本発明のエポキシ樹脂組成物中における置換又は
非置換のナフタレン環の含有量は（Ａ）成分のエポキシ
樹脂及び（Ｂ）成分のフェノール樹脂の合計量に対し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５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、本発明で最も
期待される吸湿後の熱衝撃時の耐クラツク性が十分改善
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（αモル）とフェノール性水酸基の量（βモル）
の比はα／β＝０．５〜１６５の範囲にあることが望ま
しく、α／β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９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、二酸化アンチモン、炭化カル
シウム、水酸化アルミニウム、ＢｅＯ、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、（Ａ）成分と（Ｂ）成分
との合計量１００部に対して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Ｏ：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。

また、本発明のエポキシ樹脂組成物に更に良好な低線膨
張率、低弾性率、耐湿性を与えるため、シリコーン変性
エポキシ樹脂又はシリコーン変性フェノール樹脂を配合
することが望ましい。

このシリコーン変性エポキシ樹脂又はシリコーン変性フ
ェノール樹脂としては、アルケニル基含有エポキシ樹脂
又はアルケニル基含有フェノール樹脂のアルケニル基に
、下記一般式（ＩＩ）ＨｂＲ已ＳｉＯ±　　　　　　　
　、（ＩＩ）（ただし、式中Ｒ３は置換もしくは非置換
の一価炭化水素基、水酸基、アルコキシ基又はアルケニ
ルオキシ基を示し、ｂ、ｃは０．０１≦ｂく１゜１≦ｃ
＜３．１≦ｂ　＋　ｃ　＜　４を満足する正数である。

また、１分子中のけい素原子の数は２０〜４００の整数
であり、１分子中のけい素原子に直結した水素原子の数
は１以上の整数である）で表わされる有機けい素化合物
のＥ　Ｓ　ｉ　Ｈ基が付加されてなる重合体を好適に用
いることができる。

この場合、アルケニル基含有エポキシ樹脂又はフェノー
ル樹脂としては、下記式（ｍ）（ただし、式中Ｒ４は○
ＣＨ，ＣＨ−ＣＨ，又は水酸基、Ｒ８はメチル基又は水
素原子であり、ｑｔｒはＯ≦ｑ≦１０，１≦ｒ≦３で示
される整数である）で示される化合物を好適に用いるこ
とができる。

またこの場合、シリコーン変性エポキシ樹脂又はシリコ
ーン変性フェノール樹脂は、加水分解性塩素の含有量が
５００　ｐｐｍ以下で、遊離のＮ　ａ　。

ＣＱイオンが各々２　ｐｐｍ以下、有機酸の含有量が１
００ρｐｇ以下であることが好ましく、加水分解性塩素
、遊離のＮａ、ＣＱイオン、有機酸の官有量が上記値を
越えると、封止した半導体装置の耐熱性が悪くなること
がある。

シリコーン変性エポキシ樹脂又はシリコーン変性フェノ
ール樹脂は単独でも、あるいは２種以上を混合して配合
してもよく、さらに配合量は、組成物に配合する（Ａ）
成分のエポキシ樹脂と（Ｂ）成分のフェノール樹脂との
合計ｊｉｌｏｏ部に対して５〜５０部とすることが好ま
しい。これらのシリコーン変性樹脂の配合量が５部より
少ないと十分な低応力性を得にくく、５０部を越えると
成形品の機械的強度が低下する場合がある。

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、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、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。

見匪夏免米 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
時の熱衝撃抜においても高い信頼性を有するものである
。

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１〜７、比較例１〜３］ 下記に示すエポキシ樹脂、フェノール樹脂及びシリコー
ン変性エポキシ樹脂を第１表に示す割合で使用し、カル
ナバワックス１部、硬化触媒０．６部、トリフェニルフ
ォスフイン０．５ｍ、γ−グリシドキシプロビルトリメ
トキシシラン１．５部、カーボンブラック１．５部、５
ｂ２０３１０部、石英粉末（１）３００部、石英粉末（
Ｉｒ）２００部、石英粉末（ｍ）７０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。

エポキシ樹脂 エポキシ当量　軟化点 〔１〕 〔２〕 〔３〕 〔４〕 〔５〕 主成分子ｌ”＝２ 主成分Ｑ”＝２ 主成分Ｑ”＝２ エポキシ河賄 ＥＯＣＮ−１０２０−６５（日本化薬層）主成分Ｑ”＝
２ フェノール樹脂 〔３〕 フェノールノボラック樹脂 ＫＨ３４８８Ｈ（大日本インク製） （但し、 式中の数字は平均値を示す） ＯＨ当量 との付加反応物（オルガノポリシロキサン分３４重量％
、エポキシ当量３１０） 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、５０ｐ以下に微粉砕したもの。

旦叉粉末 （１）比表面積１．５ｍ／ｇ、平均粒径３０声の溶融球
状シリカ（７５部１ｍ以上の粗粒０．１％以下）ＣＩｒ
ｌ比表面積２．５ボ／ｇ、平均粒径６−の溶融破砕シリ
カ（７５１，ｍ以上の粗粒０．１％）Ｃｍ’Ｊ比表面比
表面積１０ｍ手均粒径０．５／ａの溶融球状シリカ 次に、これらの組成物につき１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／ｄ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／ａｊ、成形時
間２分の条件で１０Ｘ４Ｘ１００Ｉの抗折棒を成形し、
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 ４ｍｎφＸ１５ｍ＋＋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 ２Ｘ６Ｘ０．４ａｎの大きさのシリコンチップを４Ｘ１
２Ｘ１．８ａｎ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、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２４時間及び４
８時間放置した後、温度２４０℃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は封止樹脂
、４はクラックである。

（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型条件１８０℃×
２分で成型し、１８０℃で４時間ポストキュアーした。

これを１２１℃／１０Ｑ％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３００時間
放置した時のＡＱ配線断線数／ｍ数を測定した。

（へ）吸水率 １８０℃、　７０ｋｇ／、ｆｆｌ、成型時間２分の条件
で５０φＸ２１１Ｉ１１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％ＰＣ
Ｔ中に２４時間放置し、吸水率を測定した。

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、特に優れた低弾性率を示し、また低膨張係数
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ツク性、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

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（Ａ）下記一般式（ I ）で示されるエポキシ樹脂
   、 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（ I ） 〔但し、Ｇは▲数式、化学式、表等があります▼、Ｒ＾
   １は炭素数１〜 １０の同種又は異種のアルキル基、Ｒ＾２は水素原子又
   は下記式（ａ） ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（ａ） （但し、Ｒ＾１、Ｇは上記と同様の意味を示し、ｊは０
   〜４の整数である。）で示される基、ｍは２〜４の整数
   、ｎは０〜３の整数、ｌは０〜４の整数である。〕 （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の硬化物で封止
   された半導体装置。