JPH09176286A - エポキシ樹脂組成物及び樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐リフロークラック性及び耐湿性に優れたエ
ポキシ樹脂組成物及びこの樹脂組成物で樹脂封止された
樹脂封止型半導体装置を提供する。 【解決手段】 （ａ）エポキシ樹脂と、（ｂ）フェノー
ル樹脂と、（ｃ）無機質充填剤とを必須成分として含有
し、前記（ａ）成分の一部または全部が、所定のジフェ
ニルエーテル骨格を有するエポキシ樹脂であり、前記
（ｂ）成分の一部または全部が、所定のフェノールアラ
ルキル樹脂であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エポキシ樹脂組成
物、及びこのエポキシ樹脂組成物を用いて半導体チップ
を封止した樹脂封止型半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、半導体メモリをはじめとする各種
半導体デバイスが、安価で生産性の高いエポキシ樹脂を
主成分とするプラスチックで封止されている。また、最
近では、電子部品の高密度実装化や組立行程の自動化の
要求に応じて、半導体の実装方式は、従来の挿入方式に
代わって表面実装方式が主流になってきている。この表
面実装方式によると、半田への浸漬や赤外線によるリフ
ローなどによる処理が必要となるため、パッケージ全体
に高温の熱が加えられることになる。

【０００３】しかし、従来の封止樹脂では、かかる熱に
より樹脂内部に存在していた水が急激に気化し、パッケ
ージ内部に高い水蒸気内圧が発生してしまう。封止樹脂
はこのように高い水蒸気内圧に耐えることが出来ず、樹
脂のクラック破壊を引き起こしていた。また、チップの
大型化やパッケージの薄型化に伴い、封止材に対して
は、従来よりも厳しい特性が要求されている。

【０００４】そこで、耐湿性、耐クラック性及び成形性
の優れた封止樹脂を開発すべく、種々の改良が検討さ
れ、封止用樹脂の主成分であるエポキシ樹脂、硬化剤、
触媒などの樹脂マトリックス成分や、更には充填剤など
に至るまで、様々な方向から改良が行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、未だ上
記要求を満たすような耐湿性、耐クラック性を有する材
料を見出だすには至っておらず、更に改良を行うことが
課題となっている。本発明は、このような課題を解決す
るためになされたものであり、封止樹脂の高温時の強度
が大きく、耐リフロークラック性に優れ、さらに耐湿性
も良好なエポキシ樹脂組成物を提供することを目的とす
る。本発明の他の目的は、上記エポキシ樹脂組成物で封
止された樹脂封止型半導体装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明（請求項１）は、（ａ）エポキシ樹脂と、
（ｂ）フェノール樹脂と、（ｃ）無機質充填剤とを必須
成分として含有し、前記（ａ）成分の一部または全部
が、下記一般式（１）で表されるジフェニルエーテル骨
格を有するエポキシ樹脂であり、前記（ｂ）成分の一部
または全部が、下記一般式（２）又は（３）で表される
フェノールアラルキル樹脂であることを特徴とするエポ
キシ樹脂組成物を提供する。

【０００７】

【化５】 （式中、Ｒは、水素原子またはメチル基、Ｒ¹ 〜Ｒ⁸ は
それぞれ独立に水素原子、メチル基、エチル基、イソプ
ロピル基、シクロヘキシル基、アリール基、及びハロゲ
ン原子からなる群から選ばれる基を示し、ｎは、０〜５
の整数を示す。）

【０００８】

【化６】

【０００９】

【化７】 （式中、Ａは下記式に示す２価の有機基、Ｒ⁹ 及びＲ¹⁰
は、それぞれ独立に水素原子、メチル基、エチル基、又
はシクロヘキシル基、ｍは０〜３の整数、ｌは１〜５の
整数、ｎは０〜５０の整数を示す。）

【００１０】

【化８】

【００１１】また、本発明（請求項２）は、上記エポキ
シ樹脂組成物（請求項１）の硬化物で半導体チップを封
止してなることを特徴とする樹脂封止型半導体装置を提
供する。

【００１２】以下、本発明のエポキシ樹脂組成物につい
て、詳細に説明する。本発明のエポキシ樹脂組成物の
（ａ）成分であるエポキシ樹脂成分は、上記一般式
（１）で表されるジフェニルエーテル型エポキシ樹脂を
含有する。エポキシ樹脂成分中のジフェニルエーテル型
エポキシ樹脂の含有量は、低粘度化のためには、５０重
量％以上であるのが好ましい。

【００１３】このジフェニルエーテル型エポキシ樹脂
は、一般式（１）においてｎ＝０のものを主成分として
含む場合、現在、半導体封止用に幅広く使用されている
ビフェニル型エポキシ樹脂と同等あるいは、それ以上の
低粘度化が可能である。また、ジフェニルエーテル骨格
を有するため、耐熱性に優れる。

【００１４】エポキシ樹脂成分としては、一般式（１）
で表されるジフェニルエーテル型エポキシ樹脂ととも
に、他のエポキシ樹脂を併用することができる。併用可
能な他のエポキシ樹脂は、１分子中に２個以上のエポキ
シ基を有するものであれば、特に限定されない。併用可
能な他のエポキシ樹脂の具体例としては、フェノールノ
ボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポ
キシ樹脂、ナフトールタイプのノボラック型エポキシ樹
脂、ビスフェノールＡのノボラック型エポキシ樹脂、フ
ェノールまたはアルキルフェノールとヒドロキシベンズ
アルデヒドとの縮合物をエポキシ化して得られるトリス
（ヒドロキシフェニル）アルカンのエポキシ化物、テト
ラ（ヒドロキシフェニル）アルカンのエポキシ化物、
２，２′，４，４′−テトラグリシドキシベンゾフェノ
ン、パラアミノフェノールのトリグリシジルエーテル、
ポリアリルグリシジルエーテル、１，３，５−トリグリ
シジルエーテルベンゼン、１，２，３−トリグリシジル
エーテルベンゼン、フェノールアラルキル樹脂のグリシ
ジルエーテルなどが挙げられる。これらのうち１種また
は２種以上を用いることができる。

【００１５】エポキシ樹脂として、式（１）で表される
エポキシ樹脂とともに、それ以外のエポキシ樹脂を併用
する場合に、フィラ−を高充填化するためには、粘度の
小さいエポキシ樹脂を用いるか、または、粘度の大きい
樹脂を併用する場合は、エポキシ樹脂成分全量の５０重
量％未満にすることが好ましい。

【００１６】本発明のエポキシ樹脂組成物の（ｂ）成分
であるフェノール樹脂は、上記一般式（２）又は（３）
で表されるフェノールアラルキル樹脂を含有する。フェ
ノール樹脂成分中のフェノールアラルキル樹脂の含有量
は、５０重量％以上であるのが好ましい。これらのフェ
ノールアラルキル樹脂と式（１）で表されるジフェニル
エーテル型エポキシ樹脂とを組み合わせることにより、
高温での強度が高いエポキシ樹脂組成物を得ることが出
来る。

【００１７】フェノール樹脂成分としては、一般式
（２）、（３）で表されるフェノールアラルキル樹脂と
ともに、他のフェノール樹脂を併用することができる。
併用するフェノール樹脂は、一般にエポキシ樹脂の硬化
剤として用いられるものであれば、特に限定されない。
例えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラ
ック樹脂、ノニルフェノールノボラック樹脂、ナフトー
ル系ノボラック樹脂などのノボラック型フェノール樹
脂；ポリパラオキシスチレン；２，２′−ジメトキシ−
ｐ−キシレンとフェノールモノマーとの縮合重合化合物
のフェノールアラルキル樹脂；ジシクロペンタジエン・
フェノール重合体、ヒドロキノン、レゾルシノール、カ
テコール、１，２，３−トリヒドロキシベンゼン、１，
３，５−トリヒドロキシベンゼンなどが挙げられる。こ
れらのフェノール樹脂のうち１種または２種以上を使用
することが出来る。

【００１８】本発明のエポキシ樹脂組成物において、エ
ポキシ樹脂成分とフェノール樹脂成分の配合比は、硬化
剤であるフェノール樹脂のフェノール性水酸基数とエポ
キシ樹脂のエポキシ基数との比（フェノール性水酸基数
／エポキシ基数）が、好ましくは０．５〜１．５、より
好ましくは０．８〜１．３の範囲となるように調整する
ことがよい。この値が０．５未満では硬化反応が十分に
起こりにくくなり、一方、１．５を越えると硬化物の特
性、特に耐湿性が劣化しやすくなる。

【００１９】本発明のエポキシ樹脂組成物において、
（ｃ）成分である無機質充填剤としては、溶融シリカ、
結晶性シリカ、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウ
ム、窒化ホウ素、雲母などを用いることができる。エポ
キシ樹脂組成物中の無機質充填剤の配合量は、樹脂組成
物全体の５０〜９４重量％とすることが好ましい。より
好ましくは８５〜９４重量％である。５０重量％未満で
は十分な耐熱衝撃性を得ることができず、９４重量％を
越えると組成物の溶融粘度が高く、成形性に劣る。

【００２０】無機質充填剤の形状及び粒径は、特に限定
されない。ただし、その形状が破砕状である場合、充填
剤の鋭角部が、素子表面に接触して局部に大きな応力を
与え、これに起因して半導体素子の誤動作を起こすおそ
れがある。この半導体素子の誤動作を防止する観点か
ら、破砕状無機質充填剤の最大粒径は、７５μｍ以下で
あることが好ましい。また、半導体素子のソフトエラー
防止の観点から、無機質充填剤中のウラン（Ｕ）、トリ
ウム（Ｔｈ）の含有量は、ともに０．５ｐｐｂ以下であ
ることが好ましい。

【００２１】また、本発明のエポキシ樹脂組成物におい
ては、通常、アミン系、リン系、ホウ素系、リン−ホウ
素系等の硬化促進剤が配合される。このうち特に有機ホ
スフィン化合物等のリン系の硬化促進剤を用いたとき
に、樹脂封止された半導体装置の耐湿性に優れている。
エポキシ樹脂組成物中の硬化促進剤の配合割合は、エポ
キシ樹脂及びフェノ−ル樹脂からなる樹脂成分に対し
０．０５〜５重量％であることが好ましい。より好まし
くは０．０８〜１重量％である。この値が０．５重量％
未満では、硬化反応が十分に起こりにくくなり、一方、
５重量％を越えると成形性が低下する傾向がある。

【００２２】本発明のエポキシ樹脂組成物には、低応力
化剤として、シリコ−ンオイル、シリコ−ンゲル、シリ
コ−ンゴム、ＡＢＳ樹脂またはＭＢＳ樹脂粉末からなる
群から選ばれた１種または２種以上を用いることが好ま
しい。これらの低応力化剤は、エポキシ樹脂組成物の弾
性率を小さくし、耐リフロークラック性をよくする働き
がある。また、これらのうち、下記一般式（４）で示さ
れるシリコ−ン化合物を添加することが特に好ましい。
このシリコ−ン化合物は、エポキシ樹脂組成物の弾性率
を下げるばかれりでなく、樹脂組成物と、リードフレー
ム材である４２アロイ、銀、銅などとの密着性をよくす
る働きがある。

【００２３】

【化９】 （式中、Ｒ₁₁〜Ｒ₁₈は、アルキル基、アリール基、アミ
ノ基を含む有機基、メルカプト基を含む有機基、カルボ
キシル基を含む有機基、エポキシ基を含む有機基、フェ
ノール基を含む有機基からなる群より選ばれる基を示
し、ｎは０〜３００の整数を示す。） シリコ−ンオイル、シリコ−ンゲル、シリコ−ンゴム、
ＡＢＳ樹脂またはＭＢＳ樹脂の粉末などの低応力化剤の
添加量は、エポキシ樹脂組成物全体の０．１〜５重量％
の範囲にすることが好ましい。０．１重量％未満では、
硬化物の弾性率を下げる効果がなく、一方、５重量％を
越えると樹脂組成物の混練などの作業性に劣り、また、
硬化物の強度が低下する。

【００２４】本発明のエポキシ樹脂組成物を構成する成
分として、上記の成分のほかにも、天然ワックス類、合
成ワックス類、直鎖脂肪酸や金属塩、酸アミド類、エス
テル類、パラフィン類などの離型剤；カーボンブラッ
ク、二酸化チタンなどの顔料；シランカップリング剤な
どのフィラー表面処理剤；三酸化アンチモンなどの難燃
助剤などを適宜添加しても良い。

【００２５】また、上記添加物のうち低応力化剤の添加
方法は、例えば、樹脂成分または充填剤成分に未硬化の
低応力化剤を添加して攪拌する、いわゆるインテグラル
ブレンド法でもよいが、加熱溶融し、熱硬化性樹脂の構
成成分に低応力化剤を添加した後、攪拌・混合する方法
が望ましい。

【００２６】本発明のエポキシ樹脂組成物は、前述した
各成分を加熱ロール、ニーダーまたは押出機によって溶
融混練したり、微粉砕可能な特殊混合機によって混合し
たり、これらの各方法を適宜組み合わせることにより、
容易に調製することができる。

【００２７】本発明においては、以上説明した本発明の
エポキシ樹脂組成物と例えばリードフレームとを用い、
常法によって半導体チップを樹脂封止することにより、
樹脂封止型半導体装置を容易に製造することができる。
樹脂封止の一般的な方法は、低圧トランスファー成形で
あるが、インジェクション成形、圧縮成形、注型などの
方法も用いることができる。また、成形されたエポキシ
樹脂組成物は、１７５℃以上でアフターキュアーするこ
とが望ましい。なお、本発明において封止される半導体
チップの種類は、特に限定されない。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例に基づいて
さらに詳細に説明する。 実施例１〜９及び比較例１〜４ 原料として、以下に示す各成分を用いた。 エポキシ樹脂Ａ：ジフェニルエーテル型エポキシ樹脂
（ＧＫ−４１３７、新日本鐵化学製、当量１７０）

【００２９】

【化１０】 エポキシ樹脂Ｂ：ビフェニル系エポキシ樹脂（ＹＸ−４
０００Ｈ、油化シェルエポキシ製、当量１９３）

【００３０】

【化１１】 エポキシ樹脂Ｃ：オルトクレゾール型ノボラックエポキ
シ樹脂（ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ、住友化学製、当量１９
７）

【００３１】

【化１２】 硬化剤Ａ：フェノールアラルキル樹脂（ＸＬ−２２５−
４Ｌ、三井東圧化学製、当量１７０）

【００３２】

【化１３】 硬化剤Ｂ：ナフトール型フェノールアラルキル樹脂（α
−ＮＸ−３．２、三井東圧化学製、当量２２０）

【００３３】

【化１４】 硬化剤Ｃ：ビフェニル型フェノ−ル樹脂（ＭＥＨ−７８
５１、明和化成製、当量１９９）

【００３４】

【化１５】 硬化剤Ｄ：フェノールノボラック樹脂（ＢＲＧ−５５
７、昭和高分子製、当量１０４）

【００３５】

【化１６】

【００３６】硬化促進剤：トリフェニルホスフィン 低応力化剤：両末端アミノポリシロキサン（Ｘ−２２−
１６１Ａ，信越化学工業製） カップリング剤：γ−グリシドキシプロピルトリメトキ
シシラン 離型剤：エステル系ワックス 顔料：カーボンブラック 無機質充填剤：溶融シリカ粉 これらの成分を下記表１に示す割合で配合したエポキシ
樹脂組成物を、以下のようにして調製した（表中の配合
量は重量部を示す）。なお、フェノール性水酸基／エポ
キシ基の比は、すべて０．９５に揃えてある。

【００３７】まず、ヘンシェルミキサー中で充填剤をシ
ランカップリング剤により表面処理し、次いで他の成分
を配合して６０〜１３０℃の加熱ロールで混練し、冷却
した後粉砕することにより、エポキシ樹脂組成物を得
た。低応力化剤は、１４０℃で予め溶融させたエポキシ
樹脂に添加し、混合した。その後混合物を冷却し、粉砕
した。

【００３８】このようにして得た実施例１〜９及び比較
例１〜４のエポキシ樹脂組成物を用い、以下の評価試験
を行った。 （１）曲げ試験 各樹脂組成物を用い、１８０℃、１分の条件で、トラン
スファー成形により試験片を作成し、１７５℃で８時間
アフターキュアした。３点曲げ試験を行い、曲げ強度及
び曲げ弾性率を測定した。曲げ試験の試験片は、１０mm
×４mm×８０mmの大きさのものを用いた。測定は、支点
間距離６４mm、クロスヘッドスピード２mm／分の条件で
行った。また、２４０℃での測定については、試験片を
２４０℃で４分間放置した後に曲げ試験を行った。

【００３９】（２）熱膨張率 約４mm×約４mm×約１８mmの大きさの試験片を用い、３
ｇ重の荷重をかけた状態で、室温から５℃／分の速度で
昇温したときの試験片の伸びを測定することにより、熱
膨張率を求めた。

【００４０】（３）吸水率 ３０mm×３０mm×１mmの試験片を用い、８５℃、相対湿
度８５％の条件で１６８時間放置したときの質量増加を
求め、吸水率とした。

【００４１】（４）ガラス転移温度 ＤＭＳの測定を行い、ｔａｎδの変化からガラス転移温
度を求めた。 （５）耐リフロークラック性 各エポキシ樹脂組成物を用い、試験用デバイス（１０mm
×１８mmのチップ）を封止樹脂の外形が１３mm×２２mm
×１．５mmの大きさになるように封止し、１７５℃で８
時間アフターキュアした。次いで、このパッケージを８
５℃、相対湿度８５％の雰囲気中に１６８時間放置し
て、吸湿処理を行った後、これらを２４０℃の半田槽に
１分間浸し、クラックの発生を調べ、耐リフロークラッ
ク性を評価した。

【００４２】（６）耐湿信頼性 試験用パッケージは、耐リフロー性を調べるためのもの
と同様のものを用いた。パッケージを、耐リフロークラ
ック性を調べる時と同じ条件でアフターキュア、吸湿を
行った後に、１２７℃の飽和水蒸気雰囲気中に放置し、
不良（リーク不良、オープン不良）の発生率を調べ、耐
湿信頼性を評価した。

【００４３】（７）耐熱衝撃性 各エポキシ樹脂組成物を用い、大型の耐熱衝撃性試験用
の半導体チップ（８mm×８mm）を封止したのち、１８０
℃で４時間アフターキュアを行った。次いで、このパッ
ケージについて、−６５℃（３０分）→室温（５分）→
１５０℃（３０分）→室温（５分）を１サイクルとする
冷熱サイクルを５０〜４００サイクル繰り返し、デバイ
スの動作特性チェックにより、不良発生率を調べた。以
上の評価試験の結果を下記表２にまとめて示す。

【００４４】

【表１】

【００４５】

【表２】

【００４６】上記表２に示すように、実施例１〜９に示
す試料は、樹脂硬化物の強度が非常に大きく、耐リフロ
ークラック性に優れ、耐湿信頼性にも優れ、冷熱試験に
よっても信頼性が損なわれないことがわかる。これに対
し、所定のジフェニルエ−テル骨格を有するエポキシ樹
脂を用いない試料（比較例１，２）、所定のフェノ−ル
アラルキル樹脂を用いない試料（比較例３）、及び所定
のジフェニルエ−テル骨格を有するエポキシ樹脂及び所
定のフェノ−ルアラルキル樹脂を用いない試料（比較例
４）は、樹脂硬化物の強度が低く、耐リフロークラック
性及び耐湿信頼性に劣っており、冷熱試験によっても信
頼性が低いことがわかる。

【００４７】

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明によれ
ば、封止樹脂の高温時の強度が大きく、耐リフロークラ
ック性に優れ、さらには耐湿性も良好なエポキシ樹脂組
成物、及びこのエポキシ樹脂組成物で封止された樹脂封
止型半導体装置を得ることが可能である。

───────────────────────────────────────────────────── 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 // Ｃ０８Ｇ 61/02 ＮＬＦ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）エポキシ樹脂と、（ｂ）フェノー
   ル樹脂と、（ｃ）無機質充填剤とを必須成分として含有
   し、前記（ａ）成分の一部または全部が、下記一般式
   （１）で表されるジフェニルエーテル骨格を有するエポ
   キシ樹脂であり、前記（ｂ）成分の一部または全部が、
   下記一般式（２）又は（３）で表されるフェノールアラ
   ルキル樹脂であることを特徴とするエポキシ樹脂組成
   物。 【化１】 （式中、Ｒは、水素原子またはメチル基、Ｒ¹ 〜Ｒ⁸ は
   それぞれ独立に水素原子、メチル基、エチル基、イソプ
   ロピル基、シクロヘキシル基、アリール基、及びハロゲ
   ン原子からなる群から選ばれる基を示し、ｎは、０〜５
   の整数を示す。） 【化２】 【化３】 （式中、Ａは下記式に示す２価の有機基、Ｒ⁹ 及びＲ¹⁰
   は、それぞれ独立に水素原子、メチル基、エチル基、又
   はシクロヘキシル基、ｍは０〜３の整数、ｌは１〜５の
   整数、ｎは０〜５０の整数を示す。） 【化４】
2. 【請求項２】 請求項１に記載のエポキシ樹脂組成物の
   硬化物で半導体チップを封止してなることを特徴とする
   樹脂封止型半導体装置。