JPH0616777A - 熱硬化性樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

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
する非シクロヘキサン型エポキシ樹脂及び下記式（１）
で示されるシクロヘキサ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シ
クロヘキサン型エポキシ樹脂２０〜９５部（重量部、以
下同様）と下記式（１）で示されるシクロヘキサン型エ
ポキシ樹脂５〜８０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、シクロヘキサ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、シクロヘキサン型エポ
キシ樹脂を単独で使用しても接着性及び低吸水性は向上
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）で示されるシクロヘキサン型エポキシ
樹脂と１分子中に２個以上のエポキシ基を有する非シク
ロヘキサン型エポキシ樹脂、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シクロヘキサン型エポキシ
樹脂２０〜９５部及び上記式（１）で示されるシクロヘ
キサン型エポキシ樹脂５〜８０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】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シクロヘキサン型
エポキシ樹脂とシクロヘキサン型エポキシ樹脂とを配合
する。

【００１０】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シクロヘキサン型エポキシ樹
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。

【００１１】

【化３】

【００１２】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％、以下同様）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％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％以下、特に０．２％以下
であることが好ましい。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】

【化４】

【００１７】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％、特に１０〜
６０％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整することが好
ましい。

【００１８】更に、本発明の第二必須成分は下記式
（１）で示されるシクロヘキサン型エポキシ樹脂であ
る。

【００１９】

【化５】

【００２０】上記式（１）において繰り返し単位のｎは
０〜３の整数であるが、低粘度化、高Ｔｇ化の両立を図
るため望ましくは１〜３である。繰り返し単位が３を超
えると粘度が高くなりすぎて成形作業性に劣る場合があ
る。

【００２１】上記式（１）のシクロヘキサン型エポキシ
樹脂は、エポキシ当量が２２０〜２３５、軟化点が６０
〜７０の範囲であることが好ましい。

【００２２】上記式（１）のシクロヘキサン型エポキシ
樹脂の配合量は、組成物中のエポキシ樹脂全体の５〜８
０％、特に１０〜６０％とする。配合量が５％に満たな
いと十分な接着性及び吸水性が得られず、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シクロヘキサン型エポキシ樹
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６】

【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７】

【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
〜１２０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、シクロヘキサン
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８】

【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９】

【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％、特に１〜５％が好
ましい。０．５％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％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
非シクロヘキサン型エポキシ樹脂、シクロヘキサン型エ
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６００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０．７５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１０】

【００５０】

【化１１】

【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 Ｈ０１Ｌ 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 二ッ森 浩二 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 (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）１分子中に２個以上のエポキシ基
   を有する非シクロヘキサン型エポキシ樹脂２０〜９５重
   量部及び下記式（１）で示されるシクロヘキサン型エポ
   キシ樹脂５〜８０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。
2. 【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。