JPH05148411A

JPH05148411A - 熱硬化性樹脂組成物及び半導体装置

Info

Publication number: JPH05148411A
Application number: JP33605491A
Authority: JP
Inventors: Toshio Shiobara; 利夫塩原; Kazutoshi Tomiyoshi; 和俊富吉; Takayuki Aoki; 貴之青木; Hatsuji Shiraishi; 初二白石
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1991-11-26
Filing date: 1991-11-26
Publication date: 1993-06-15
Anticipated expiration: 2012-03-19
Also published as: JP2591392B2

Abstract

(57)【要約】【目的】流動性が良好で、低膨張係数、高いガラス転
移温度を有しかつ接着性が良好で、低吸湿性の硬化物を
与える熱硬化性樹脂組成物及びこの組成物の硬化物で封
止された半導体装置を得る。【構成】（ａ）１分子中に２個以上のエポキシ基を有
する非フルオレン型エポキシ樹脂及び下記式（１）で示
されるフルオレン型エポキシ樹脂エポキシ樹脂、【化１】（ｂ）１分子中に２個以上のフェノール性水酸基を有す
ると共に、ナフタレン環を有するフェノール樹脂、
（ｃ）無機質充填剤を配合する。この熱硬化性樹脂組成
物の硬化物で半導体装置を封止する。

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、膨張
係数が小さく、高いガラス転移温度を有しながら、接着
性が良好で、低吸湿性の硬化物を与える熱硬化性樹脂組
成物及びこの熱硬化性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、
半導体産業の中では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、中
でもエポキシ樹脂は、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、軽量化の要求にともな
い、小型化、薄型化が進んでいる。更に、半導体部品を
回路基板へ取り付ける方法も、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化が幅広
く行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
剥離が生じてしまう。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組成物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。従って、これら問題
点の解決が望まれる。

【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ともに、低膨張係数、低応
力、高いガラス転移温度を有し、しかも接着性が良好
で、低吸湿性の硬化物を与える熱硬化性樹脂組成物及び
この熱硬化性樹脂組成物の硬化物で封止された表面実装
時の熱衝撃や耐湿性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、エポキシ樹
脂として１分子中に２個以上のエポキシ基を有する非フ
ルオレン型エポキシ樹脂２０〜９０重量部と下記式
（１）で示されるフルオレン型エポキシ樹脂１０〜８０
重量部とを併用し、かつ１分子中に２個以上のフェノー
ル性水酸基を有すると共に、ナフタレン環を有するフェ
ノール樹脂及び無機質充填剤を配合することにより、流
動性が良好で、高度な接着性を有す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
硬化物を与える熱硬化性樹脂組成物が得られ、更にこの
熱硬化性樹脂組成物の硬化物で封止することで信頼性に
優れた半導体装置を得ることができることを見い出し
た。

【０００６】

【化２】

【０００７】なお、フルオレン型エポキシ樹脂を含有す
る樹脂組成物（特開平３−１４８１５号公報）は従来の
エポキシ樹脂組成物に比べ耐熱性に優れ、低吸水性の硬
化物を与えるが、十分満足できるものとは言い難く、表
面実装時の熱衝撃や耐湿性において高い信頼性を得るこ
とは困難であった。更に、フルオレン型エポキシ樹脂を
単独で使用しても接着性は向上するが、架橋密度が高く
ならないためガラス転移温度が低い硬化物を与えるもの
であった。これに対し、本発明者は上記式（１）で示さ
れるフルオレン型エポキシ樹脂と１分子中に２個以上の
エポキシ基を有する非フルオレン型エポキシ樹脂、特に
ナフタレン環含有エポキシ樹脂とを特定の割合で併用
し、ナフタレン環含有フェノール樹脂を硬化剤に用いる
ことで意外にもガラス転移温度が高く、かつ極めて吸水
率が少なく、しかも接着性の良い硬化物を与える熱硬化
性樹脂組成物が得られることを知見し、本発明をなすに
至ったものである。

【０００８】従って、本発明は、（ａ）１分子中に２個
以上のエポキシ基を有する非フルオレン型エポキシ樹脂
２０〜９０重量部及び下記式（１）で示されるフルオレ
ン型エポキシ樹脂１０〜８０重量部との混合エポキシ樹
脂、（ｂ）１分子中に２個以上のフェノール性水酸基を
有すると共に、ナフタレン環を有するフェノール樹脂、
（ｃ）無機質充填剤を配合してなることを特徴とする熱
硬化性樹脂組成物及びその硬化物で封止された半導体装
置を提供する。

【０００９】

【化３】

【００１０】以下、本発明につき更に詳述すると、本発
明の熱硬化性樹脂組成物ではエポキシ樹脂として１分子
中に２個以上のエポキシ基を有する非フルオレン型エポ
キシ樹脂とフルオレン型エポキシ樹脂とを配合する。

【００１１】ここで、第一必須成分の１分子中に２個以
上のエポキシ基を有する非フルオレン型エポキシ樹脂と
しては、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、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、ジシクロペンタジエン変
性フェノール型エポキシ樹脂、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、ナ
フタレン環含有エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複
素環型エポキシ樹脂、臭素化エポキシ樹脂、ビスヒドロ
キシビフェニル系エポキシ樹脂等が例示される。特にこ
れらのエポキシ樹脂の中でも次式で示されるナフタレン
環含有エポキシ樹脂が低吸湿、高接着性を得るために望
ましいものである。

【００１２】

【化４】

【００１３】なお、上記ナフタレン環含有エポキシ樹脂
中のα−ナフトールやα，β−ナフトールのエポキシ化
物は１０重量％以下であることが好ましく、耐熱性や耐
湿性の面から望ましくは７重量％以下である。この他に
フェノールのみからなる二核体やフェニルグリシジルエ
ーテルは０．５重量％以下、特に０．２重量％以下であ
ることが好ましい。

【００１４】また、ナフタレン環含有エポキシ樹脂の軟
化点はナフタレン環含有エポキシ樹脂中のα−ナフトー
ルやα，β−ナフトールのエポキシ化物含有量に影響さ
れるが、これらエポキシ樹脂は軟化点が５０〜１２０
℃、特に７０〜１１０℃でエポキシ当量が１００〜４０
０を有するものが望ましい。軟化点が５０℃未満のエポ
キシ樹脂を用いた場合、硬化物のガラス転移温度が低下
するばかりか、成形時にバリやボイドが発生し易い場合
があり、また軟化点が１２０℃を越えると粘度が高くな
り過ぎて成形できなくなる場合がある。

【００１５】これらの樹脂を半導体封止用に用いる場
合、加水分解性塩素が１０００ｐｐｍ以下、特に５００
ｐｐｍ以下、ナトリウム、カリウムは１０ｐｐｍ以下で
あることが好ましい。加水分解性塩素が１０００ｐｐｍ
を越えたり、ナトリウム、カリウムが１０ｐｐｍを超え
る樹脂で半導体装置を封止し、長時間高温高湿下に半導
体装置を放置した場合、耐湿性が劣化する場合がある。
このようなエポキシ樹脂を選択することで信頼性に優れ
た熱硬化性樹脂組成物を得ることができる。

【００１６】かか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。

【００１７】

【化５】

【００１８】なお、極めて吸水率の少ない、接着性の良
好な樹脂組成物を得るには、これらのエポキシ樹脂中に
おけるナフタレン環の含有量は５〜８０重量％、特に１
０〜６０重量％の範囲とすることが望ましく、この範囲
内でナフタレン環含有エポキシ樹脂の配合量を調製する
ことが好ましい。

【００１９】更に、本発明の第二必須成分は下記式
（１）で示されるフルオレン型エポキシ樹脂である。

【００２０】

【化６】

【００２１】上記式（１）のフルオレン型エポキシ樹脂
は、エポキシ当量が２４５〜２６０、軟化点が８０〜９
０の範囲であることが好ましい。

【００２２】上記式（１）のフルオレン型エポキシ樹脂
の配合量は、組成物中のエポキシ樹脂全体の５〜８０％
（重量％、以下同様）、特に１０〜６０％とする。配合
量が５％に満たないと十分な接着性が得られず、８０％
より多いと接着性は良好であるもののガラス転移温度が
低くなってしまう。

【００２３】次いで、第三必須成分の１分子中に２個以
上のフェノール性水酸基を有すると共に、ナフタレン環
を有するフェノール樹脂は、第一成分及び第二成分のエ
ポキシ樹脂の硬化剤として作用するものである。ナフタ
レン環含有フェノール樹脂としては、特に下記一般式の
ものが挙げられ、下記一般式で示されるようなナフタレ
ン環含有フェノール樹脂とフルオレン型エポキシ樹脂を
組み合わせることにより著しく吸水率が低下し、接着強
度の向上と低吸水化が相まって、吸湿後の半田浸漬の際
の耐クラック性に優れた特性を発揮する。

【００２４】

【化７】

【００２５】これらフェノール樹脂の代表例として次に
示すようなものが例示される。

【００２６】

【化８】

【００２７】これらのフェノール樹脂は軟化点が６０〜
１５０℃を有するものが好ましく、より好ましくは７０
〜１３００℃のものである。水酸基当量としては９０〜
２５０のものが望ましい。このフェノール樹脂を半導体
封止用に用いる場合、ナトリウム、カリウムは１０ｐｐ
ｍ以下であることが好ましく、ナトリウム、カリウムが
１０ｐｐｍを越える樹脂で半導体装置を封止し、長時間
高温高湿下に半導体装置を放置した場合、耐湿性の劣化
が促進される場合がある。

【００２８】なお、他のフェノール樹脂を本発明の効果
を妨げない範囲で配合することは差し支えない。

【００２９】上述したエポキシ樹脂とフェノール樹脂の
配合比率はエポキシ基と水酸基の当量比によって決定さ
れる。本発明においてはエポキシ基／水酸基が０．５〜
２、特に０．８〜１．５の範囲であることが好ましく、
通常エポキシ樹脂１００部に対しフェノール樹脂を３０
〜１００部、特に４０〜７０部配合することが好まし
い。配合量が３０部未満では十分な強度が得られず、１
００部を越えると未反応のフェノール樹脂が残って耐湿
性が低下する場合がある。

【００３０】本発明においては、上記１分子中に２個以
上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂、フルオレン型エ
ポキシ樹脂、１分子中に２個以上のフェノール性水酸基
を有するナフタレン環含有フェノール樹脂に加えて、本
発明の効果を更に増強させるためにシリコーン変性共重
合体を併用することが好ましい。このシリコーン変性共
重合体としては、アルケニル基を含有するエポキシ樹脂
やフェノール樹脂、あるいはアルケニル基を含有するナ
フタレン環含有エポキシ樹脂やナフタレン環含有フェノ
ール樹脂とオルガノハイドロジェンポリシロキサン中の
ＳｉＨ基との付加反応によって得られるものが好適であ
る。

【００３１】アルケニル基を含有するエポキシ樹脂又は
フェノール樹脂、アルケニル基を含有するナフタレン環
含有エポキシ樹脂又はナフタレン環含有フェノール樹脂
の具体例として次に示すものが挙げられる。

【００３２】

【化９】

【００３３】また、オルガノポリシロキサンの具体例と
して次に示すものが挙げられる。

【００３４】

【化１０】

【００３５】上述したシリコーン変性共重合体の配合量
は、組成物中のエポキシ樹脂とフェノール樹脂の合計量
１００部に対して０〜５０部、特に１〜３０部の範囲と
することが好ましく、５０部を超えると十分な接着性向
上が期待できないばかりか、硬化物の水の拡散係数が大
きくなり、水が入りやすくなる場合がある。

【００３６】次に、本発明で使用する第四必須成分の無
機質充填剤としては、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。この無機質充填剤は
封止材の膨張係数を小さくし、半導体素子に加わる応力
を低下させるためのものであり、具体例としては破砕
状、球状の形状を持った溶融シリカ、結晶性シリカが主
に用いられ、この他にアルミナ、チッ化ケイ素、チッ化
アルミニウムなども使用可能である。なお、硬化物の低
膨張化と成形性を両立させるためには球状と破砕品のブ
レンド、あるいは球状品のみを用いた方がよい。また、
無機質充填剤は平均粒径が５〜２０ミクロンであること
が好ましい。更に、この種の無機質充填剤はあらかじめ
シランカップリング剤で表面処理して使用した方がよ
い。

【００３７】無機質充填剤の充填量は組成物中のエポキ
シ樹脂とフェノール樹脂の合計量１００部に対して１０
０〜１８００部が好ましく、１００部未満では膨張係数
が大きくなり、半導体素子に加わる応力が増大し、素子
特性の劣化を招く場合があり、１８００部を超えると成
形時の粘度が高くなり、成形性が悪くなる場合がある。

【００３８】更に、本発明の組成物には硬化促進剤を添
加することが好ましく、硬化促進剤としては例えばイミ
ダゾールもしくはその誘導体、ホスフィン誘導体、シク
ロアミジン誘導体が代表例として挙げられる。硬化促進
剤の配合量は、エポキシ樹脂１００部に対し０．００１
〜５部、特に０．１〜２部とすることが好ましく、０．
００１部未満では短時間で硬化させることができない場
合があり、５部を超えると硬化速度が早すぎて良好な成
形品が得られない場合がある。

【００３９】本発明には更に本発明の熱硬化性樹脂組成
物の硬化物に可撓性や強靭性を付与するため、各種有機
合成ゴム、メタクリル酸メチル−スチレン−ブタジエン
共重合体、スチレン−エチレン−ブテン−スチレン共重
合体などの熱可塑性樹脂、シリコーンゲルやシリコーン
ゴムなどの微粉末を添加することができる。また二液タ
イプのシリコーンゴムやシリコーンゲルで無機質充填剤
表面を処理しても良い。これらの中では特にシリコーン
変性共重合体やメタクリル酸メチル−スチレン−ブタジ
エン共重合体がエポキシ樹脂の低応力化に効果がある。

【００４０】これらの低応力化剤の使用量は通常熱硬化
性樹脂組成物全体の０．５〜１０重量％、特に１〜５重
量％が好ましい。０．５重量％より少ない配合量では十
分な耐熱衝撃性を与えない場合があり、一方１０重量％
より多いと機械的強度が低下する場合がある。

【００４１】本発明の組成物には必要に応じ、カルナバ
ワックス、高級脂肪酸、合成ワックス類などの離型剤、
更にシランカップリング剤、酸化アンチモン、リン化合
物などを配合しても良い。

【００４２】本発明の組成物は、上記した各成分を加熱
ロールによる溶融混練、ニーダーによる溶融混練、連続
押し出し機による溶融混練などで製造することができ
る。なお、成分の配合順序に特に制限はない。

【００４３】かくして得られる本発明の熱硬化性樹脂組
成物は、ＤＩＰ型、フラットパック型、ＰＬＣＣ型，Ｓ
Ｏ型等の半導体パッケージに有効で、この場合、従来よ
り採用されている成形法、例えばトランスファー成形、
インジェクション成形、注型法等を採用して行うことが
できる。なお、本発明の熱硬化性樹脂組成物の成形温度
は１５０〜１８０℃、ポストキュアーは１５０〜１８５
℃で２〜１６時間行うことが好ましい。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱硬化性
樹脂組成物は１分子中に２個以上のエポキシ基を有する
エポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂、１分子中に
２個以上のフェノール性水酸基を有するフェノール樹脂
を主成分とすることにより、高ガラス転移温度を保持し
ながら、低吸湿性、低線膨張係数、高接着性を有する硬
化物を与えるもので、半導体パッケージ用として好適に
使用されるものである。

【００４５】

【実施例】以下、実施例と比較例を示し、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、下記の例において部はいずれも重量部
を示す。

【００４６】〔実施例、比較例〕表１に示す成分に加
え、球状シリカ５５０部、三酸化アンチモン１０部、γ
−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン１．５部、
ワックスＥ１．５部、カーボンブラック１．０部、トリ
フェニルホスフィン０．８部を加えて得られた配合物を
熱二本ロールで均一に溶融混練して、８種の熱硬化性樹
脂組成物を製造した（実施例１〜５、比較例１〜３）。

【００４７】これらの熱硬化性樹脂組成物について以下
の（イ）〜（ホ）の諸特性を測定した。結果を表１に示
す。（イ）スパイラルフローＥＭＭＩ規格に準じた金型を使用して、１７５℃、７０
ｋｇ／ｃｍ²の条件で測定した。（ロ）機械的強度（曲げ強度、曲げ弾性率）ＪＩＳＫ６９１１に準じて１７５℃、７０ｋｇ／ｃ
ｍ²、成形時間２分の条件で１０×１００×４ｍｍの抗
折棒を成形し、１８０℃で４時間ポストキュアーしたも
ので測定した。（ハ）ガラス転移温度、膨張係数１７５℃、７０ｋｇ／ｃｍ²、成形時間２分の条件で４
×４×１５ｍｍの試験片を成形し、１８０℃で４時間ポ
ストキュアーしたものを用い、ディラトメーターにより
毎分５℃で昇温させることにより測定した。（ニ）吸湿後の吸湿量と半田クラック性及び耐湿性１７５℃、７０ｋｇ／ｃｍ²、成形時間２分の条件でア
ルミニウム配線腐食測定用の耐湿性試験用半導体装置を
厚さ２ｍｍのフラットパッケージに封止し、１８０℃で
４時間ポストキュアーした。このパッケージを８５℃／
８５％ＲＨの雰囲気中７２時間放置して吸湿処理を行っ
た後、吸湿量を測定し、これを２６０℃の半田浴に１０
秒浸漬した。この時に発生するパッケージのクラック発
生数を確認した後、良品のみを１２０℃の飽和水蒸気雰
囲気中に所定時間放置し、不良発生率を調べた。（ホ）接着性４２アロイ板に直径１５ｍｍ、高さ５ｍｍの円筒成形品
を１７５℃、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後、１２
１℃、２．１気圧の条件で１６時間放置した後、２１５
℃のベーパーフェーズリフロー中に１分間浸漬した。そ
の後、４２アロイとの接着力を引張強度で調べた。

【００４８】

【表１】＊：エポキシ樹脂、フェノール樹脂としては下記のもの
を使用した。

【００４９】

【化１１】

【００５０】

【化１２】

【００５１】表１の結果より、本発明の熱硬化性樹脂組
成物は流動性、膨張係数が小さく、高ガラス転移温度を
有する上、接着性が良好でかつ低吸湿性の硬化物を与え
ることがわかった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０８Ｌ 63/00 ＮＫＸ 8830−4ＪＨ０１Ｌ 23/29 23/31 (72)発明者青木貴之群馬県碓氷郡松井田町大字人見１番地10 信越化学工業株式会社シリコーン電子材料技術研究所内 (72)発明者白石初二群馬県碓氷郡松井田町大字人見１番地10 信越化学工業株式会社シリコーン電子材料技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）１分子中に２個以上のエポキシ基
を有する非フルオレン型エポキシ樹脂２０〜９０重量部
及び下記式（１）で示されるフルオレン型エポキシ樹脂
１０〜８０重量部との混合エポキシ樹脂、【化１】（ｂ）１分子中に２個以上のフェノール性水酸基を有す
ると共に、ナフタレン環を有するフェノール樹脂、
（ｃ）無機質充填剤を配合してなることを特徴とする熱
硬化性樹脂組成物。
【請求項２】請求項１記載の熱硬化性樹脂組成物の硬
化物で封止された半導体装置。