JPH08157560A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 （Ａ）分子蒸留により得られる、一般式で示
される二官能性エポキシ樹脂を９０％以上含有してなる
エポキシ樹脂、 【化１】 （Ｂ）成分（Ａ）以外のエポキシ樹脂、（Ｃ）フェノー
ル性水酸基を骨格中に少なくとも３個含有する樹脂を主
成分とするフェノール系硬化剤、及び（Ｄ）無機充填
剤、を必須成分とし、総エポキシ樹脂量（Ａ）＋（Ｂ）
に対する成分（Ａ）の割合が９０重量％以上であり、か
つ、全体の樹脂組成物に対して前記（Ｄ）無機充填剤を
８５〜９７重量％の割合で含有することを特徴とする半
導体封止用エポキシ樹脂組成物。 【効果】 本発明により得られる半導体封止用エポキシ
樹脂組成物は溶融状態において低粘度になるため、無機
充填剤の含有量を増加することが可能であり、得られる
半導体装置は熱応力が小さく、熱時強度が高いために耐
クラック性に優れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体封止用エポキシ
樹脂組成物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子は大型化、高集積化の
傾向が高まり、従来のエポキシ樹脂組成物で半導体を封
止した場合、チップやリードフレームと封止樹脂との線
膨張率の差によって発生する熱応力によりチップにクラ
ックが生じたり、ボンディング線が切断されるなど、半
導体部品の信頼性が低下するという問題があった。ま
た、半導体の実装の高集積化に伴い、樹脂封止半導体を
溶融半田中に浸漬したり、赤外リフロー装置などで実装
する方法がとられており、何れも２００℃を超える熱処
理によってパッケージにクラックを発生させるという問
題があった。

【０００３】熱応力を小さくするとともに実装時に発生
するパッケージクラックを防ぐためにシリカフィラー等
の無機充填剤の含有量を増加させ、線膨張係数を小さく
したり、熱時のパッケージ強度を高めることが有効であ
ることが知られている。特にパッケージクラックの場合
は、パッケージ自体の吸湿水分が実装時の熱処理によっ
てパッケージ内で急激に気化して発生する応力がパッケ
ージ自体の強度を超えたときにクラックが発生する。従
って無機充填剤の含有量を増加させることがパッケージ
の熱時強度を高めるだけでなく、樹脂部分が吸湿する水
分の絶対量を低下させることで実装時のパッケージクラ
ックを防止するのに役立つ（尾形正次ら，”低熱膨張性
エポキシ樹脂系成形材料”第３８回熱硬化性樹脂講演討
論会，123-126(1988)、石井利昭ら，”エポキシ成形材
料の流動性に及ぼす球形充填剤の粒度分布の影響”第４
３回熱硬化性樹脂講演討論会，141-144(1993)）。

【０００４】従来半導体封止用として広く用いられてい
るエポキシ樹脂は、ビスフェノール化合物とエピクロル
ヒドリンとを反応させることにより合成されるが、反応
初期に生成したエポキシ樹脂（１）と未反応ビスフェノ
ール化合物（２）

【０００５】

【化１】

【０００６】

【化２】 が反応し、高分子量物を含んだエポキシ樹脂（３）が生
成する。

【０００７】

【化３】

【０００８】あるいは、エポキシ樹脂（１）と未反応ビ
スフェノール化合物（２）の反応時にできた２級アルコ
ールの水酸基が生成したエポキシ樹脂（１）やエピクロ
ルヒドリンと反応して、一般式で示される高分子量を含
んだエポキシ樹脂（４）を生成する。

【０００９】

【化４】

【００１０】こうしたエポキシ樹脂は結晶性が悪いため
成形時に取扱い難く、さらに高分子量物を含有している
ためエポキシ樹脂の粘度が高く、シリカフィラーの含有
量を増加させていくと、成形時の流動性が極端に低下し
ていき、良好なパッケージ成形品を得るにはフィラー含
有量を８５重量％未満に押さえる必要があり、実装時の
耐パッケージクラック性も不充分であった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
を解決するため種々の検討の結果なされたものであり、
その目的とするところは、成形性を損なうことなく実装
時の熱履歴に対する抵抗性が高く、信頼性に優れた半導
体装置を与える封止用樹脂組成物を提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、（Ａ）分子蒸
留により得られる、一般式（１）で示される二官能性エ
ポキシ樹脂を９０％以上含有してなるエポキシ樹脂

【００１３】

【化１】

【００１４】（Ｂ）成分（Ａ）以外のエポキシ樹脂、
（Ｃ）フェノール性水酸基を骨格中に少なくとも３個含
有する樹脂を主成分とするフェノール系硬化剤、及び
（Ｄ）無機充填剤、を必須成分とし、総エポキシ樹脂
（Ａ）＋（Ｂ）に対する成分（Ａ）の割合が９０重量％
以上であり、かつ、全体の樹脂組成物に対して前記
（Ｄ）無機充填剤を８５〜９７重量％の割合で含有する
ことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物であ
る。

【００１５】上記一般式（１）で表されるエポキシ樹脂
は、下記一般式（２）で表されるビスフェノール化合物
とエピクロルヒドリンとを反応させることにより合成さ
れる。

【００１６】

【化２】

【００１７】この反応は通常のビスフェノールＡ型のエ
ポキシ樹脂を合成する反応と同様の操作にて行うことが
できる。例えば一般式（２）で示されるビスフェノール
化合物をモル比で約１０倍量のエピクロルヒドリンに溶
解した後、水酸化ナトリウムの存在下で３０〜１００
℃、好ましくは５０〜８０℃の範囲で１〜５時間反応さ
せる。この時の水酸化ナトリウムの使用量はビスフェノ
ール化合物１モルに対して概略等モルであることが望ま
しい。反応中、過剰のエピクロルヒドリンを減圧留去
し、反応後メチルイソブチルケトン等の溶媒を加えて溶
解し、生成する無機塩を濾過、水洗して除去する。その
後再び溶媒を減圧留去する。ここで得られたエポキシ樹
脂は高分子量物及び副生成物を含んだエポキシ樹脂であ
る。そこでさらにこのエポキシ樹脂を１８０〜２６０
℃、真空度１〜１００×１０^-3Torrの範囲で分子蒸留す
ることによって目的のエポキシ樹脂を得ることができ
る。ここで一般式（１）で示される２官能性エポキシ樹
脂９０％以上とは、ＧＰＣにより得られた一般式（１）
のピーク面積の全体に対する比を示すものである。

【００１８】本発明において用いられるエポキシ樹脂
は、一般式（１）で示されるエポキシ樹脂が９０％以上
含有されることが望ましい。これは一般式（１）で示さ
れるエポキシ樹脂が低粘度であり、フェノール系硬化
剤、無機充填剤を配合して成形材料とした際に成形時の
溶融粘度を低くすることができ、結果として無機充填剤
の充填率を高めることができるので好ましい。エポキシ
樹脂成分のうち一般式（１）のエポキシ樹脂が９０％未
満になるとこの低粘度化、高充填化の効果が得られない
ので好ましくない。

【００１９】エポキシ樹脂成分のうち総エポキシ樹脂量
（Ａ）＋（Ｂ）に対する成分（Ｂ）の割合が１０重量％
未満の範囲で一般式（１）以外のエポキシ樹脂を用いる
ことができる。これらについて例示すると、フェノー
ル、ｏ-クレゾール等のフェノール類とホルムアルデヒ
ドの反応物であるノボラック化合物をエポキシ化したノ
ボラック系エポキシ樹脂、トリス-(４-ヒドロキシフェ
ニル)-メタン、１,１,２,２-テトラキス(４-ヒドロキシ
フェニル)エタン等の三価以上のフェノール類から誘導
されるグリシジルエーテル化合物、ビスフェノールＡ、
ビスフェノールＦ、ハイドロキノン、レゾルシン等の二
価フェノール類又はテトラブロムビスフェノールＡ等の
ハロゲン化ビスフェノール類から誘導されるグリシジル
エーテル化合物、フェノール類と芳香族カルボニル化合
物との縮合反応により得られる多価フェノール類のグリ
シジルエーテル化合物、ｐ-アミノフェノール、ｍ-アミ
ノフェノール、４-アミノメタクレゾール、６-アミノメ
タクレゾール、４,４'-ジアミノジフェニルメタン、３,
３'-ジアミノジフェニルメタン、４,４'-ジアミノジフ
ェニルエーテル、３,４'-ジアミノジフェニルエーテ
ル、１,４-ビス(４-アミノフェノキシ)ベンゼン、１,４
-ビス(３-アミノフェノキシ)ベンゼン、２,２-ビス(４-
アミノフェノキシフェニル)プロパン、ｐ-フェニレンジ
アミン、ｍ-フェニレンジアミン、２,４-トルエンジア
ミン、２,６-トルエンジアミン、ｐ-キシリレンジアミ
ン、ｍ-キシリレンジアミン、１,４-シクロヘキサンビ
ス(メチルアミン)、１,３-シクロヘキサンビス(メチル
アミン)等から誘導されるアミン系エポキシ樹脂、ｐ-オ
キシ安息香酸、ｍ-オキシ安息香酸、テレフタル酸、イ
ソフタル酸等の芳香族カルボン酸から誘導されるグリシ
ジルエステル系化合物、５,５-ジメチルヒダントイン等
から誘導されるヒダントイン系エポキシ化合物、２,２-
ビス(３,４-エポキシシクロヘキシル)プロパン、２,２-
ビス[４-(２,３-エポキシプルピル)シクロヘキシル]プ
ロパン、ビニルシクロヘキセンジオキサイド、３,4-エ
ポキシシクロヘキシルメチル-３,４-エポキシシクロヘ
キサンカルボキシレート等の脂環式エポキシ樹脂、Ｎ,
Ｎ-ジグリシジルアニリン等があり、これらのエポキシ
樹脂の１種または２種以上が使用される。

【００２０】本発明のエポキシ樹脂組成物に用いられる
硬化剤としては、フェノール性水酸基を少なくとも３個
骨格中に含有する樹脂が主成分であることが好ましい。
フェノール性水酸基が２個以下である場合、一般式
（１）の二官能エポキシ樹脂を充分に架橋、硬化させる
ことができず、結果として耐熱性、物理特性が低下する
ので好ましくない。

【００２１】フェノール系硬化剤の構造については特に
限定されるものではないが例を挙げると、トリス-(４-
ヒドロキシフェニル)エタン、フェノールノボラック、
ｏ-クレゾールノボラック、ナフトールノボラック、ポ
リビニルフェノール等に代表される３価以上のフェノー
ル類、さらにはフェノール類、ナフトール類又はビスフ
ェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ、
４,４'-ビフェノール、ハイドロキノン、レゾルシン、
ナフタレンジオール等の２価フェノール類のホルムアル
デヒド、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒド、ｐ-ヒ
ドロキシベンズアルデヒド、ｐ-キシリレングリコール
等の縮合剤によって合成される多価フェノール性化合物
等である。

【００２２】本発明において用いられる無機充填剤は全
体の樹脂組成物に対して８５〜９７重量％の割合で含有
されることが望ましい。８５重量％以上になるとエポキ
シ樹脂組成物から硬化して得られる半導体自体の吸水性
が低下するとともに、パッケージの熱時強度が向上する
ために、半田接続実装時の熱履歴によってパッケージに
クラックが発生することを防ぐことが可能となる。一方
９７重量％を超えると、成形時の溶融粘度が高くなり、
流動性が極端に低下して樹脂封止半導体の良好な成形品
が得られないので好ましくない。

【００２３】本発明の無機充填剤は特に限定されるもの
ではないが、通常球状あるいは破砕状の溶融シリカ、結
晶シリカ等のシリカ粉末やアルミナ粉末、ガラス粉末等
を用いることができる。２種以上の充填剤の併用も可能
であることは言うまでもない。

【００２４】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
には、硬化促進剤、難燃剤、充填材、着色剤、離型剤及
び表面処理剤が含有される。

【００２５】硬化促進剤としては、例えば２-メチルイ
ミダゾール、２-エチル-４-メチルイミダゾールなどの
イミダゾール類、２,４,６-トリス(ジメチルアミノメチ
ル)フェノール、ベンジルジメチルアミンなどのアミン
類、トリブチルホスフィン、トリフェニルホスフィン、
トリス(ジメトキシフェニル)ホスフィン、トリフェニル
ホスフィン−トリフェニルボロン、テトラフェニルホス
フィン−テトラフェニルボレートなどの有機リン化合物
などが挙げられる。２種以上を併用して用いることも差
し支えない。

【００２６】難燃剤としては公知の添加型、反応型何れ
も用いることが可能であるが、例を挙げると、テトラブ
ロムビスフェノールＡから誘導される臭素化エポキシ樹
脂、赤リン、リン酸エステルなどのリン系難燃剤、メラ
ミン、グアニジン、メラミンシアヌレートなどの窒素系
難燃剤、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、三
酸化アンチモン、五酸化アンチモンなどの無機系難燃剤
などである。必要に応じて２種以上を併用することも差
し支えない。

【００２７】着色剤としては、顔料、染料などを用いる
ことができるが、通常カーボンブラックなどを用いるの
が好ましい。

【００２８】離型剤としては、例えば天然ワックス、合
成ワックス、高級脂肪酸またはその金属塩類、あるいは
パラフィンなどが挙げられるが特にこれらに限定される
ものではない。

【００２９】本発明に用いられる表面処理剤とは、充填
剤の表面処理剤のことであり、公知のシランカップリン
グ剤、チタネート系あるいはアルミニウム系カップリン
グ剤等を用いることができる。

【００３０】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
は、以上述べてきたような構成とすることによって、無
機充填剤の含有量を８５％以上に高めても成形時の流動
性に優れ、良好な樹脂封止型半導体を得ることが可能に
なるものである。さらにこの半導体装置のパッケージは
充填剤含有量が高いために従来のパッケージに比べて吸
湿性が小さく、また熱時強度が高いためにプリント基板
などへの実装時に加わる高温の熱履歴を受けてもパッケ
ージクラックの発生を引き起こすことなく、高信頼性の
半導体装置を提供できるものである。

【００３１】

【実施例】次に本発明を実施例によりさらに詳しく説明
する。

【００３２】（実施例１）

【化５】

【００３３】をグリシジルエーテル化し、分子蒸留して
得られたエポキシ樹脂（Ｂ−１）（エポキシ当量：１７
１[g/eq]）（上記（１）で示される二官能性エポキシ樹
脂を９８％含有／ＧＰＣにより測定した上記（１）のピ
ーク面積の全体に対する比より算出）、日本化薬(株)製
臭素化ノボラック型エポキシ樹脂ＢＲＥＮ−ＳＬ（エポ
キシ当量：２７５[g/eq]）、住友デュレズ(株)製フェノ
ールノボラック樹脂ＰＲ−５１７１４（水酸基当量：１
０３[g/eq]）、平均粒径１１μmの球状溶融シリカ粉
末、平均粒径３０μmの球状溶融シリカ粉末、平均粒径
６μmの破砕溶融シリカ粉末、硬化促進剤（トリフェニ
ルホスフィン）、その他の添加剤を表１に示す割合で混
合した後、ミキシングロールを使って１１０℃で６分間
混練した後、冷却粉砕し、半導体封止用樹脂組成物を調
整した。この封止用樹脂組成物を１７５℃／３分間の条
件でトランスファー成形し、１７５℃で６時間の後硬化
を実施し成形試験片を作製した。

【００３４】こうして得られた試験片の曲げ強度（ＪＩ
Ｓ Ｋ６９１１）を２４０℃にて測定した。また、ＴＭ
Ａ（熱機械的試験）にて線膨張係数ならびにガラス転移
温度を測定した。さらに８０ｐｉｎＱＦＰＩＣを成形
し、後硬化後８５℃８５％の恒温恒湿機中で吸湿処理を
２４時間、７２時間、１６８時間行った後、ＩＲリフロ
ー装置（２４０℃／１０秒）で処理し、パッケージのク
ラックを観察した。結果を表２に示す。

【００３５】（実施例２〜３、比較例１〜６）表１に示
す割合で各材料を混合した後、実施例１と同ようにして
各種物性を測定した。測定結果を表２に示す。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】

【発明の効果】本発明により得られる半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物は溶融状態において低粘度になるため、
無機充填剤の含有量を増加することが可能であり、得ら
れる半導体装置は熱応力が小さく、熱時強度が高いため
に耐クラック性に優れている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 23/29 23/31

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）分子蒸留により得られる、一般式
   （１）で示される二官能性エポキシ樹脂を９０％以上含
   有してなるエポキシ樹脂、 【化１】 （Ｂ）成分（Ａ）以外のエポキシ樹脂、（Ｃ）フェノー
   ル性水酸基を骨格中に少なくとも３個含有する樹脂を主
   成分とするフェノール系硬化剤、及び（Ｄ）無機充填
   剤、を必須成分とし、総エポキシ樹脂（Ａ）＋（Ｂ）に
   対する成分（Ａ）の割合が９０重量％以上であり、か
   つ、全体の樹脂組成物に対して前記（Ｄ）無機充填剤を
   ８５〜９７重量％の割合で含有することを特徴とする半
   導体封止用エポキシ樹脂組成物。
2. 【請求項２】 フェノール系硬化剤成分のうち、少なく
   ともフェノール性水酸基を骨格中に３個含有する樹脂が
   ５０重量％以上である、請求項１記載の半導体封止用エ
   ポキシ樹脂組成物。
3. 【請求項３】 硬化促進剤、難燃剤、充填材、着色剤、
   離型剤及び表面処理剤を含有する請求項１又は２記載の
   半導体封止用エポキシ樹脂組成物。