JPH08157695A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 エポキシ樹脂と硬化剤と無機質充填剤とを含
有してなるエポキシ樹脂組成物において、ポリオキシア
ルキレン、シリコーン変性有機樹脂、フッ素含有化合物
および界面活性剤から選ばれる相溶化剤と離型剤との溶
融混合物を組成物全体の０．０５〜５．０重量％配合し
た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】 本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
は、連続成形後の離型性、捺印性および接着性に優れる
ものであり、本発明の組成物の硬化物で封止された半導
体装置は信頼性の高いものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、連続成形後の離型性、
捺印性および接着性に優れた硬化物を与える半導体封止
用エポキシ樹脂組成物および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】従来よ
り、エポキシ樹脂組成物は半導体封止用材料として広く
使用されているが、半導体素子をトランスファー成形機
で封止する際、金型からの離型性を良くするためにエポ
キシ樹脂組成物にカルナバワックス等の離型剤が添加さ
れる。

【０００３】しかしながら、従来のカルナバワックス等
の離型剤を添加したエポキシ樹脂組成物は、ガラス，金
属，セラミック等を封止剤として用いたハーメチック封
止の場合に比較して、封止材として湿気に対する信頼性
に劣るものである上、離型剤を添加すると、半導体素子
やリードフレームと封止樹脂との界面の接着力が低下し
て樹脂とリードフレームとの界面から水が侵入し、封止
処理後の半導体装置の耐湿性の面での信頼性が著しく低
下してしまうという欠点がある。また、離型剤を添加し
たエポキシ樹脂組成物で半導体装置を封止すると、半導
体装置の外観が悪くなって商品価値が低下し、かつ成形
物上に印刷する際の捺印性が低下するという問題もあ
る。

【０００４】更に、最近では半導体部品を回路基板に実
装する際、例えば２１５〜２６０℃の高温下で半田付け
した後、１２０〜１５０℃，１００％ＲＨのプレッシャ
ークッカーテストを行なうなどの苛酷な条件が採用され
ているが、従来のエポキシ樹脂組成物は、このような高
温高湿雰囲気下では封止材として十分に対処できず、満
足な樹脂封止をすることが困難である。

【０００５】このような点から、本出願人は、シリコー
ン変性エポキシ樹脂又はフェノール樹脂と高級脂肪酸、
高級アルコール、高級脂肪酸エステル又はこれらの誘導
体とを溶融反応させることにより得られる溶融反応生成
物をエポキシ樹脂組成物に配合することを提案した（特
開平２−２７９７５８号公報）。

【０００６】しかしながら、最近において、特にＴＳＯ
Ｐ，ＳＯＪ，ＱＦＰに代表されるようなパッケージにエ
ポキシ樹脂組成物を連続成形した際に、金型汚れを起し
たり、離型性が悪くなるという問題が生じ、この点の解
決が望まれた。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
連続成形後の離型性、捺印性および接着性に優れた硬化
物を与える半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体
装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【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、硬化剤及び無機質充填剤を必須成分とするエポキ
シ樹脂組成物に、ポリオキシアルキレン、シリコーン変
性有機樹脂、フッ素含有化合物および界面活性剤から選
ばれる相溶化剤と離型剤との溶融混合物を組成物全体の
０．０５〜５．０重量％配合することにより、離型剤を
単純混合した場合に比べ、組成物中、更には硬化物中に
離型剤が均一に分散されるため、上述したような各種の
不具合がなく、連続成形後の離型性、捺印性、接着性の
いずれもが優れた硬化物を与えることを知見し、本発明
をなすに至ったものである。

【０００９】従って、本発明は、エポキシ樹脂組成物、
硬化剤及び無機質充填剤を必須成分とするエポキシ樹脂
組成物に、相溶化剤と離型剤との溶融混合物を組成物全
体の０．０５〜５．０重量％配合してなることを特徴と
する半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び該組成物の硬
化物で封止された半導体装置を提供する。

【００１０】以下、本発明につき更に詳述すると、本発
明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、上述したよう
にエポキシ樹脂、硬化剤及び充填剤を主成分として含有
するものである。

【００１１】本発明のエポキシ樹脂組成物を構成するエ
ポキシ樹脂としては、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ればいずれのもので
もよく、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、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、ビフェニル型
エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン−フェノールノボ
ラック樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ナ
フタレン環含有エポキシ樹脂、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、臭素化エポキシ樹脂などを用いることができる。こ
れらのエポキシ樹脂のなかでは、下記式で示されるナフ
タレン環含有エポキシ樹脂やビフェニル型エポキシ樹脂
が低吸湿、高接着性を得る点で望ましい。なお、これら
エポキシ樹脂は、その使用に当たっては必ずしも１種類
の使用に限定されるものではなく、２種類又はそれ以上
を混合して配合してもよい。

【００１２】

【化１】

【００１３】また、硬化剤は特に制限されるものではな
く、使用するエポキシ樹脂に応じて適宜選定することが
でき、例えばアミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤、フェ
ノールノボラック型硬化剤などが挙げられるが、中でも
フェノールノボラック型硬化剤が組成物の成形性、耐湿
性の面でより望ましく、好適に使用できる。なお、フェ
ノールノボラック型硬化剤としては、具体的にフェノー
ルノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂などが例
示される。

【００１４】上記硬化剤の配合量はエポキシ樹脂を硬化
させ得る量で、通常使用される量とすることができ、フ
ェノールノボラック型硬化剤を用いた場合、エポキシ樹
脂中のエポキシ基と硬化剤中のＯＨ基との比がモル比で
１：０．５〜１：１．５となるように配合することが好
ましい。

【００１５】なお、本発明では、エポキシ樹脂と硬化剤
との反応を促進させる目的で各種硬化促進剤、例えばイ
ミダゾール類、３級アミン類、ホスフィン系化合物、シ
クロアミジン化合物などを配合することが望ましい。そ
の配合量は、特に制限はないが、通常全系に対して０．
０５〜１重量％とすることが好ましい。

【００１６】また更に、本発明では硬化物の応力を低下
させる目的で組成物中にシリコーン系ポリマーを配合し
てもよい。シリコーン系ポリマーを配合すると、硬化物
の熱衝撃テストにおけるパッケージクラックの発生を著
しく少なくすることが可能である。このシリコーン系ポ
リマーとしては、例えばエポキシ基、アミノ基、カルボ
キシル基、水酸基、ヒドロシリル基、ビニル基などを有
するシリコーンオイル、シリコーンレジン、シリコーン
ゴム等やこれらシリコーンポリマーと有機重合体、例え
ば置換又は非置換のフェノールノボラック樹脂等との共
重合体を挙げることができる。

【００１７】なお、シリコーン系ポリマーの添加量は特
に限定されないが、通常エポキシ樹脂と硬化剤との合計
量１００部（重量部、以下同様）に対し１〜５０部とす
ることが好ましい。

【００１８】更に硬化物に可撓性や強靱性を付与する目
的で、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を添加すること
ができる。この場合、上述したスチレン−ブタジエン−
メタクリル酸メチル共重合体はエポキシ樹脂組成物の硬
化物の低応力化に効果を発揮することができる。

【００１９】さらに、本発明の組成物には従来公知の各
種無機質充填剤、例えば、シリカ、アルミナ、マイカ、
クレー、カオリン、ガラスビーズ、ガラス繊維、亜鉛
華、ＡｌＮ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ホウ素等を
配合する。この充填剤の充填量は、本発明のエポキシ樹
脂組成物全体に対し７５〜９４％とすることが好まし
く、より好ましくは８０〜９２％とする。充填量が７５
％未満では、得られた硬化物の膨張係数が大きくなって
しまうため応力特性が悪くなってしまう場合があり、９
４％を超えると成形時の溶融粘度が高くなりすぎるため
にポイド、未充填などが発生する場合がある。

【００２０】なお、上述した充填剤は、その使用に際し
て予めシランカップリング剤で表面処理した後に使用す
ると、より一層耐湿性の高い硬化物を与える組成物が得
られるものである。

【００２１】次に、本発明においては、ポリオキシアル
キレン、シリコーン変性有機樹脂、フッ素含有化合物お
よび界面活性剤から選ばれる相溶化剤と離型剤との溶融
混合物を配合する。

【００２２】ここで、ポリオキシアルキレンとしては、
下記一般式で示されるものが使用できる。

【００２３】

【化２】

【００２４】具体的には下記式のものを用いることがで
きる。

【００２５】

【化３】

【００２６】また、ポリエステル樹脂としては、ポリエ
チレンテレフタレートやＣＨ₃ ＣＯＯ−（Ｃ₃ Ｈ₆ Ｏ）
₃₀−Ｃ（Ｏ）ＣＨ₃ などがあげられる。

【００２７】シリコーン変性有機樹脂としては、シリコ
ーン変性エポキシ樹脂、シリコーン変性フェノール樹脂
が好適に用いられる。シリコーン変性エポキシ樹脂及び
シリコーン変性フェノール樹脂としては、特にアルケニ
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
樹脂と下記式（Ｉ） Ｈ_a Ｒ_b ＳｉＯ_4-(a+b) …（Ｉ） （但し、式中Ｒは置換又は非置換の１価の炭化水素基、
ａは０．０１〜０．１、ｂは１．８〜２．２、１．８１
＜ａ＋ｂ＜２．３であり、また１分子中のケイ素原子数
は２０〜４００の整数であり、ケイ素原子に直接結合す
る水素原子数は１〜５の整数である。）で示されるオル
ガノポリシロキサンとを付加反応させることにより得ら
れる共重合体を使用することが好ましい。このような共
重合体としては、特開昭５８−２１４１７号公報や同６
２−８４１４７号公報に記載されたものが用いられ、例
えば下記のものを挙げることができる。

【００２８】

【化４】

【００２９】フッ素含有化合物としては、例えば炭素数
１〜４０、特に３〜２０のポリフルオロアルキル基やポ
リフルオロアルキルエーテル基を含む化合物、例えばＣ
₁₂Ｆ₂₅ＮＨ₃ ＯＯＣＣ₃ Ｈ₇ 、Ｃ₃ Ｆ₇ ＯＣ₃ Ｈ₆ Ｓｉ
（ＯＣＨ₃ ）₃ 、Ｃ₈ Ｆ₁₇ＳＣ₂ Ｈ₄ ＣＯＯＨなどを挙
げることができる。

【００３０】界面活性剤としては、ソルビタン脂肪酸エ
ステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキ
シエチレンソルビタン脂肪酸エステル、アルキレングリ
コール脂肪酸エステルなどの非イオン系界面活性剤が好
ましく、例えばソルビタントリステアリン酸エステル、
ジエチレングリコールモノラウリン酸エステルなどが挙
げられる。

【００３１】一方、離型剤としては、従来公知の各種の
ものを用いることができ、具体的にはポリエチレンワッ
クス、カルナバワックス等のワックス類、ステアリン酸
等の脂肪酸やその金属塩等が例示され、中でも接着性、
離型性の面からカルナバワックスが好適に用いられる。

【００３２】上記相溶化剤は離型剤と溶融混合して用い
るものであり、離型剤の硬化性エポキシ樹脂への均一分
散を助けるものである。この相溶化剤と離型剤とは、通
常離型剤の融点以上の温度、例えば８０〜１８０℃で両
者を１０〜６０分混合して用いる。

【００３３】なお、相溶化剤と離型剤の比率は特に制限
はないが、通常、離型剤１重量部に対して０．０５〜
３．０重量部の相溶化剤を使用することが好ましい。

【００３４】相溶化剤と離型剤との溶融混合物は組成物
全体の０．０５〜５．０重量％用いるものであり、０．
０５重量％未満では十分な金型離型性を得ることが出来
ず、また５．０重量％を超えると接着性が悪くなる場合
がある。特に好ましくは０．２〜１．０重量％である。

【００３５】本発明の組成物には、更に必要により各種
の添加剤を配合することができ、例えば、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、γ−グリシドキシ
プロピルトリメトキシシラン等の表面処理剤、エポキシ
シラン、ホウ素化合物、アルキルチタネート等のシラン
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。

【００３６】なお、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℃に加熱してあるニーダー、ロー
ル、エクストルーダー等で混練、冷却し、粉砕する等の
方法で得ることができるが、特にミキシングロール、押
出機を用いた溶融混合法が好適に採用される。ここで、
成分の配合順序に特に制限はない。

【００３７】上述したように、本発明のエポキシ樹脂組
成物は連続成形後の離型性、捺印性および接着性に優れ
るものであり、ＩＣ，ＬＳＩ、トランジスター、サイリ
スタ、ダイオード等の半導体装置の封止用として好適に
使用することができ、そのほかプリント回路板の製造な
どにも有効に使用できる。

【００３８】ここで、半導体装置の封止を行う場合は、
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、注型法などを採用して行うことができる。この場
合、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１５０〜１８０℃で２〜１６時間
行うことができる。

【００３９】

【発明の効果】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成
物は、連続成形後の離型性、捺印性および接着性に優れ
るものであり、本発明の組成物の硬化物で封止された半
導体装置は信頼性の高いものである。

【００４０】

【実施例】以下、実施例及び比較例を示して本発明を具
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
部を示す。

【００４１】〔実施例１〜７、比較例１〜３〕エポキシ
当量１９８、軟化点６０℃のエポキシ化クレゾールノボ
ラック樹脂５１部、エポキシ当量２８０の臭素化エポキ
シ化フェノールノボラック樹脂６部、フェノール当量１
１０、軟化点９０℃のフェノールノボラック樹脂３３
部、トリフェニルホスフィン０．６５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１．０部、カーボン１部および溶融シリカ５００
部、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン１．
０部と離型剤成分としての下記に示す溶融混合物または
カルナバワックスを表１に示す量で配合し、８０℃のミ
キシングロールで５分間溶融混合した後、シート状にし
て取り出し、これを冷却粉砕して組成物を得た。

【００４２】溶融混合物（１） 下記式（ａ）で示される化合物６０部と下記式（ｂ）で
示される化合物４０部との反応生成物３０部とカルナバ
ワックス５０部を１００℃で３０分間溶融混合したも
の。

【００４３】溶融混合物（２） 分子量１８００のポリオキシプロピレン１０部とカルナ
バワックス５０部を１００℃で３０分間溶融混合したも
の。

【００４４】溶融混合物（３） ソルビタンモノラウレート１０部とカルナバワックス５
０部を１００℃で３０分間溶融混合したもの。

【００４５】溶融混合物（４） ソルビタンモノステアレート１０部とカルナバワックス
５０部を１００℃で３０分間溶融混合したもの。

【００４６】溶融混合物（５） ポリオキシエチレンモノラウリルエーテル１０部とカル
ナバワックス５０部を１００℃で３０分間溶融混合した
もの。

【００４７】溶融混合物（６） Ｃ₈ Ｆ₁₇ＳＣ₂ Ｈ₄ ＣＯＯＨ１０部とカルナバワックス
５０部を１００℃で３０分間溶融混合したもの。

【００４８】溶融混合物（７） ポリオキシエチレンモノラウリルエーテル１０部とＷＡ
Ｘ−Ｅ（ヘキストジャパン製）５０部を１００℃で３０
分間溶融混合したもの。

【００４９】

【化５】

【００５０】得られた組成物につき、以下に示す（イ）
〜（ニ）の諸試験を行った。結果を表１に示す。

【００５１】（イ）接着性テスト 図１，２に示すように６×１１×０．２５ｍｍの２枚の
テストピース１，１の先端を互に２ｍｍ離間させて対向
させ、テストピース１，１の対向部を３７×１４×４ｍ
ｍに樹脂２で被覆し、１８０℃、２分で樹脂封止を行な
い、１８０℃、４時間アフターキュアーを行なって成形
品３を得た。この成形品３をプレッシャークッカー（１
２１℃，２．１ａｔｍ）に１００時間放置した後、この
成形品のテストピース１，１を互に反対方向に引っ張
り、接着力（ｋｇ）を測定した。

【００５２】（ロ）Ａｌ配線腐食テスト Ａｌ配線（膜厚１μ、縦幅５μ）を施したＳｉチップを
１４ＰＩＮ ＤＩＰにマウントしたテストフレームを１
８０℃、２分で成形封止し、１８０℃で４時間アフター
キュアを行なって成形品を得た。

【００５３】Ａｌ配線腐食率Ｉ 上記の成形品をプレッシャークッカー（１２１℃，２．
１ａｔｍ）に放置し、２０００時間後の断線率（％）を
測定した。

【００５４】Ａｌ配線腐食率II 上記の成形品を２１６℃の半田浴に１０秒間浸漬後、プ
レッシャークッカー（１２１℃，２．１ａｔｍ）に放置
し、１０００時間後の断線率（％）を測定した。

【００５５】（ハ）離型性テスト 外形１４×２０×１．４ｍｍのＱＦＰをトランスファー
成形機で連続成形し、１０００ショット後に成形した際
の成形品の金型からの離れ易さによって離型性の良否を
判定した。

【００５６】（ニ）捺印性テスト 上記と同じ１０００ショット後の成形品を更に１８０
℃、４時間アフターキュアした成形物に捺印剤〔（株）
馬場印房社製のボンマークＣ，ＭＡＲＫＥＭ７２２４，
７２６１〕で印字した後、捺印剤をキュアーし、ＭＩＬ
−ＳＴＤ−８８３Ｃ（Ｎｏｔｉｃｅ−４，Ｍｅｔｈｏｄ
２０１５−６ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ ｓｏｌｖ
ｅｎｔｓ）法で試験し、捺印性を評価した。

【００５７】

【表１】

【００５８】表１より、本発明のエポキシ樹脂組成物を
使用すると、離型性、捺印性および接着性に優れた硬化
物を得られることが確認された。

【図面の簡単な説明】

【図１】接着性テストに使用するエポキシ樹脂組成物で
封止したテストピースの成形品の平面図である。

【図２】同断面図である。

【符号の説明】

１ テストピース ２ 封止樹脂 ３ 成形品

フロントページの続き (72)発明者 藤村 嘉夫 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越化 学工業株式会社群馬事業所内 (72)発明者 塩原 利夫 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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エポキシ樹脂と硬化剤と無機質充填剤と
   を含有してなるエポキシ樹脂組成物において、ポリオキ
   シアルキレン、シリコーン変性有機樹脂、フッ素含有化
   合物および界面活性剤から選ばれる相溶化剤と離型剤と
   の溶融混合物を組成物全体の０．０５〜５．０重量％配
   合した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】 離型剤がワックス類並びに脂肪酸及びそ
   の金属塩から選ばれる１種又は２種以上である請求項１
   記載の組成物。
3. 【請求項３】 離型剤がワックス類である請求項２記載
   の組成物。
4. 【請求項４】 請求項１，２又は３記載の組成物の硬化
   物で封止された半導体装置。