JPH10158475A

JPH10158475A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

Info

Publication number: JPH10158475A
Application number: JP27350497A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Okuse; 聡奥瀬; Kazutoshi Tomiyoshi; 和俊富吉; Toshio Shiobara; 利夫塩原
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1996-10-02
Filing date: 1997-09-19
Publication date: 1998-06-16

Abstract

(57)【要約】【解決手段】エポキシ樹脂、硬化剤及び無機質充填剤
を含有するエポキシ樹脂組成物において、下記一般式
（１）で示される１分子中に少なくとも１個以上のＮＨ
基を有するアミノ基含有ポリエーテル変性ポリシロキサ
ンを組成物全体に対し０．０１〜０．８重量％になるよ
うに配合したことを特徴とするエポキシ樹脂組成物。【化１】【効果】本発明のエポキシ樹脂組成物は、特定のポリ
シロキサンを使用したことにより、流動性を低下させず
に機械的強度に優れ、表面実装用パッケージの吸湿半田
時の耐クラック性に優れた硬化物を与える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面実装用パッケ
ージの吸湿半田時の耐クラック性に優れた硬化物を与え
る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、
半導体産業の中で樹脂封止型のダイオード、トランジス
ター、ＩＣ、ＬＳＩ、超ＬＳＩが主流となっており、こ
の封止樹脂としてエポキシ樹脂は、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。

【０００３】最近においては、これらの半導体装置は集
積度が益々大きくなり、それに応じてチップ寸法も大き
くなりつつある。一方、これに対してパッケージ外形寸
法は、電子機器の小型化、軽量化の要求に伴い、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。

【０００４】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
が生じたりする。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
のエポキシ樹脂で封止した半導体装置の信頼性が大きく
損われる場合がある。

【０００５】そこで、これらの問題に対し、一般にエポ
キシ樹脂に可撓性のあるポリシロキサン化合物等を添加
することにより成形樹脂の弾性率を下げ、内部応力の低
減を図ることが行われている。例えば、硬化性エポキシ
樹脂にオルガノポリシロキサンを添加する方法（特開昭
５６−１２９２４６号公報）、硬化性エポキシ樹脂、ポ
リエーテル変性オルガノポリシロキサン、及びアミノ変
性オルガノポリシロキサンとエポキシ変性オルガノポリ
シロキサンとの反応物を主剤として用いる方法（特開平
４−４１５２０号公報）、エポキシ樹脂、硬化剤、ポリ
エーテル変性オルガノポリシロキサンと両末端エポキシ
基含有ポリシロキサンの混合物にアミノシランを反応さ
せた変性オルガノポリシロキサンを用いる方法（特開平
２−１５１６２１号公報）、エポキシ基含有ポリエーテ
ル変性ポリシロキサン、両末端アミノ基含有ポリシロキ
サン及び／又は両末端メルカプト基含有ポリシロキサン
を添加する方法（特開平２−１７０８１９号公報）が提
案されている。

【０００６】しかしながら、上記で提案された封止材の
うち、ポリエーテル変性ポリシロキサンを添加しない系
では、マトリックス樹脂とポリシロキサンとの相溶性が
悪く、ポリシロキサンが徐々に浮上するので、硬化物全
体としての均一性に限界があり、大幅な低応力化は期待
できず、機械的強度の低下が大きくなる。また、ポリエ
ーテル変性ポリシロキサンを用いた系では、マトリック
ス樹脂に対するポリシロキサンを微分散させることがで
きるという点で優れているものの、耐半田クラック性や
流動性が悪いために、最近の益々高度化した半導体装置
の封止に対する要求を完全に満たすことは難しい。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、流動性に優れ、機械的強度が高く、表面実装用パッ
ケージの吸湿半田時の耐クラック性に優れた硬化物を与
えるエポキシ樹脂組成物、及び該組成物で封止した半導
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発明の実施の形態】本
発明者らは、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含有す
るエポキシ樹脂組成物に、下記一般式（１）で示される
１分子中に少なくとも１個以上のＮＨ基を有するアミノ
基含有ポリエーテル変性ポリシロキサンを後述する特定
量で配合することにより、流動性が良好であり、半導体
封止樹脂として用いた場合、表面実装時の吸湿半田時の
耐クラック性に優れた硬化物を与えること、それ故、か
かるエポキシ樹脂組成物で封止した半導体装置は、吸湿
半田時の耐クラック性に優れ、信頼性が高いものである
ことを知見し、本発明をなすに至ったものである。

【０００９】

【化４】

【００１０】従って、本発明は、エポキシ樹脂、硬化剤
及び無機質充填剤を主成分とするエポキシ樹脂組成物
に、上記一般式（１）で示される１分子中に少なくとも
１個以上のＮＨ基を有するアミノ基含有ポリエーテル変
性ポリシロキサンを組成物全体に対して０．０１〜０．
８重量％になるように配合したエポキシ樹脂組成物、及
びこのエポキシ樹脂組成物の硬化物で封止された半導体
装置を提供する。

【００１１】以下、本発明について更に詳しく説明する
と、本発明の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、無機質充填剤を含有するエポキシ
樹脂組成物に上記一般式（１）で示される１分子中に少
なくとも１個以上のＮＨ基を有するアミノ基含有ポリエ
ーテル変性ポリシロキサンを配合したものである。

【００１２】ここで、本発明で使用できるエポキシ樹脂
としては、１分子中に少なくとも２個のエポキシ基を有
し、後述する各種の硬化剤によって硬化させることが可
能である限り、分子構造、分子量等に制限はなく、従来
から知られている種々のエポキシ樹脂の中から適宜選択
して使用することができる。

【００１３】具体的には、ビスフェノールＦ型エポキシ
樹脂，ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂などのビスフェ
ノール型エポキシ樹脂、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などのノ
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
ポキシ樹脂中では、ビフェニル型エポキシ樹脂、フェノ
ールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフタレン環含有エポ
キシ樹脂が耐クラック特性を向上させる点において好ま
しい。なお、これらのエポキシ樹脂は、その使用にあた
っては必ずしも１種類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使用してもよい。

【００１４】また、硬化剤としては、フェノール化合
物、アミン化合物、酸無水物など従来からエポキシ樹脂
の硬化剤として使用されるもの全般が適用され、特に制
限されないが、１分子中にフェノール性水酸基を２個以
上有するフェノール樹脂を好適に使用することができ
る。具体的には、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のノボラック型フェノール樹脂、
レゾール型フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹
脂、トリフェノールアルカン型樹脂及びその重合体、ナ
フタレン環含有フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン
変性フェノール樹脂などを挙げることができる。これら
の硬化剤は、単独で使用しても、２種類以上を併用して
もよい。特に、耐クラック特性を向上させることができ
る点において、フェノールアラルキル樹脂、ナフタレン
環含有フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェ
ノール樹脂を配合することが好ましい。

【００１５】硬化剤の配合量は硬化有効量であり、特に
制限されないが、上述したフェノール樹脂を用いる場合
には、エポキシ樹脂中のエポキシ基１モルに対し硬化剤
中のフェノール性水酸基のモル比を０．５〜１．５、特
に０．８〜１．２の範囲にすることが好適である。

【００１６】本発明のエポキシ樹脂組成物には、無機質
充填剤を配合することができ、これにより封止材の膨張
係数を小さくし、半導体素子に加わる応力を低下させる
ことができる。このような無機質充填剤としては、通常
の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、具体的には破砕状、球状の形状を有する溶融シ
リカ、結晶性シリカが主に用いられ、この他にアルミ
ナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウムなども使用すること
ができる。なお、硬化物の低膨張化と成形性を両立させ
るためには、上記充填剤として球状と破砕品のブレン
ド、あるいは球状品のみを用いることが好ましい。更
に、上記無機質充填剤の平均粒径は、５〜２０μｍの範
囲が好適である。なお、この平均粒径は、例えば、レー
ザー光回折分析法などの手法による重量平均値等として
求めることができる。

【００１７】また、無機質充填剤の配合量は、エポキシ
樹脂１００部（重量部、以下同様）に対して４００〜１
２００部、特に５００〜１０００部とすることが好まし
い。配合量が４００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、１２００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。

【００１８】而して本発明では、エポキシ樹脂組成物に
１分子中に少なくとも１個以上のＮＨ基を有するアミノ
基含有ポリエーテル変性ポリシロキサンを配合すること
を特徴とするものである。

【００１９】上記アミノ基含有ポリエーテル変性ポリシ
ロキサンとしては、下記一般式（１）で示されるものが
使用される。

【００２０】

【化５】

【００２１】上記式（１）中、Ｒ¹は炭素数１〜１０、
好ましくは１〜６の一価炭化水素基であり、具体的に
は、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロ
ピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル
基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基、デシ
ル基等のアルキル基、ビニル基、アリル基、プロペニル
基、ブテニル基、ヘキセニル基等のアルケニル基、フェ
ニル基、トリル基、キシリル基等のアリール基、ベンジ
ル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基等のアラ
ルキル基などが挙げられる。

【００２２】Ｒ²は１個以上のＮＨ基及び／又はＮＨ₂基
をもつ窒素原子含有一価有機基であり、１個以上のＮＨ
基及び／又はＮＨ₂基をもつ窒素原子含有一価有機基と
しては、具体的に下記に示す基を挙げることができる。

【００２３】−Ｒ’−ＮＲ”−Ｒ’−ＮＲ”₂ −Ｒ’−ＮＲ”₂ （上記式中、Ｒ’は炭素数１〜２０、好ましくは１〜６
のアルキレン基、炭素数６〜１０のアリーレン基又は置
換アリーレン基であり、例えばメチレン基、エチレン
基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレ
ン基、ヘキサメチレン基、メチルエチレン基、フェニレ
ン基、メチルフェニレン基、ジメチルフェニレン基等が
挙げられる。あるいは、Ｒ’は上記したアルキレン基、
置換もしくは非置換のアリーレン基を組合せた、炭素数
７〜２０、好ましくは７〜１０のアルキレンアリーレン
基、例えばメチレンフェニレン基、エチレンフェニレン
基、トリメチレンフェニレン基などであってもよい。
Ｒ”は水素原子又は炭素数１〜２０、好ましくは１〜６
のアルキル基、炭素数６〜１０のアリール基又は置換ア
リール基であるが、Ｒ”の少なくとも１つは水素原子で
ある。例えば水素原子、メチル基、エチル基、プロピル
基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、フェニル基等
が挙げられる。なお、置換基としてはハロゲン原子など
を挙げることができる。）

【００２４】また、上記式（１）中のＲ³は、炭素数１
〜６の二価炭化水素基又は１個以上のＮＨ基をもつ窒素
原子含有二価有機基を示し、炭素数１〜６の二価炭化水
素基としてはメチレン基、エチレン基、トリメチレン
基、テトラメチレン基、メチルエチレン基、ヘキサメチ
レン基などのアルキレン基、フェニレン基などのアリー
レン基、シクロへキシレン基などのシクロアルキレン基
等を挙げることができ、１個以上のＮＨ基をもつ窒素原
子含有二価有機基としては、具体的に下記式で示される
ものを挙げることができる。

【００２５】−Ｒ⁵−ＮＲ⁶−Ｒ⁵−ＮＲ⁶− −Ｒ⁵−ＮＨ− （上記式中、Ｒ⁵は炭素数１〜２０、好ましくは１〜６
のアルキレン基、炭素数６〜１０のアリーレン基又は置
換アリーレン基、又は炭素数７〜２０、好ましくは７〜
１０のアルキレンアリーレン基であり、具体的には上記
Ｒ’と同様の基が挙げられる。また、Ｒ⁶は水素原子又
は炭素数１〜２０、好ましくは１〜６のアルキル基、炭
素数６〜１０のアリール基又は置換アリール基であり、
具体的には上記Ｒ”と同様の基が挙げられるが、Ｒ⁶の
少なくとも１つは水素原子である。）

【００２６】更に、上記式中Ｙはポリエーテル基であ
り、下記一般式（２）で示される構造のものである。

【００２７】

【化６】

【００２８】上記式（２）中、Ｒ⁴は炭素数１〜１０、
好ましくは１〜６の一価炭化水素基であり、具体的には
Ｒ¹と同様のものを挙げることができる。また、ｅ，ｆ
はそれぞれｅ／ｆ≦１、ｅ＋ｆ＝１０〜５０の関係を満
足する０又は１以上の整数である。即ち、ｅ／ｆが１を
超えるとエチレンオキシド成分が親水性であるため耐湿
性が低下する場合があり、好ましくはｅ／ｆ≦０．８と
することがよい。またｅ＋ｆが１０より小さいと、相溶
性や耐熱衝撃性に対して効果が少ないか、或いは低下し
てしまい、ｅ＋ｆが５０より大きいと耐湿性や流動性が
低下する。

【００２９】また、Ｙのポリエーテル基の比率は、上記
式（１）に対して２０〜７０％（重量％、以下同様）、
特に４０〜６０％の範囲とすることが好ましい。比率が
２０％未満ではベース樹脂との相溶性が悪くなる場合が
あり、７０％を超えるとポリエーテル基の親水性により
耐湿性が低下してしまう場合がある。

【００３０】なお、式（１）において、ａは２０〜１０
０、ｂは１〜１０、ｃは０〜１０、ｄは０又は１であ
る。

【００３１】一般式（１）で示されるアミノ基含有ポリ
エーテル変性ポリシロキサンとしては、特に下記一般式
（１’）で示されるポリシロキサンが好適に使用され
る。

【００３２】

【化７】（但し、ｈは１〜１０の整数であり、Ｒ¹，Ｒ²，Ｙ，
ａ，ｂ，ｃ，ｄはそれぞれ上記と同様の意味を示す。）

【００３３】特には、式（１）のアミノ基含有ポリエー
テル変性ポリシロキサンとしては、下記のものが好まし
い。

【００３４】

【化８】（ａ，ｂ，ｃ，ｅ，ｆは一般式（１）と同じ意味を示
す。）

【００３５】このような式（１）のアミノ基含有ポリエ
ーテル変性ポリシロキサンとして具体的には、下記構造
の化合物が例示される。

【００３６】

【化９】

【００３７】

【化１０】

【００３８】上記一般式（１）で示されるアミノ基含有
ポリエーテル変性ポリシロキサンの配合量は、エポキシ
樹脂組成物全体に対して０．０１〜０．８％、好ましく
は０．０８〜０．５％の範囲とすることが必要である。
配合量が０．０１％未満では本発明の効果が発揮され
ず、０．８％を超えると耐湿性が低下し、信頼性に問題
が生じる。

【００３９】更に、本発明のエポキシ樹脂組成物には、
硬化促進剤を添加することができる。具体的には、イミ
ダゾール又はその誘導体、ホスフィン誘導体、シクロア
ミジン誘導体等を挙げることができる。その添加量は、
エポキシ樹脂１００部に対して０．０１〜５部、特に
０．１〜２．５部の範囲とすることが好ましく、０．０
１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速すぎて良好な成形品
が得られない場合がある。

【００４０】なお、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、更に酸化アンチモン、リン化合物などを配合し
てもよい。

【００４１】本発明の組成物は、上述した各成分を加熱
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により製造することがで
きる。

【００４２】このようにして得られる本発明のエポキシ
樹脂組成物は、ＤＩＰ型、フラットパック型、ＰＬＣＣ
型、ＳＯ型等の半導体パッケージに有効であり、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、注型法等を利用して
行うことができる。なお、本発明の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１５
０〜１８５℃で２〜１６時間行うことが好ましい。

【００４３】

【発明の効果】本発明のエポキシ樹脂組成物は、特定の
ポリシロキサンを使用したことにより、流動性を低下さ
せずに機械的強度に優れ、表面実装用パッケージの吸湿
半田時の耐クラック性に優れた硬化物を与える。更に、
本発明の半導体装置は、吸湿半田時の耐クラック性に優
れ、信頼性が高いものである。

【００４４】

【実施例】以下、実施例と比較例を示して本発明を具体
的に説明するが、本発明は下記の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。

【００４５】〔実施例、比較例〕表１に示す成分を熱二
本ロールで均一に溶融混練して、エポキシ樹脂組成物を
製造した。なお、使用したアミノ基含有ポリエーテル変
性ポリシロキサン、エポキシ基含有ポリエーテル変性ポ
リシロキサンの構造は、下記の通りである。

【００４６】

【化１１】

【００４７】

【化１２】

【００４８】これらのエポキシ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に併
記する。（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、２
１５℃の温度で強度を測定した。（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）吸水率１７５℃、７０ｋｇ／ｃｍ²、成形時間２分の条件で直
径５０ｍｍ、厚さ３ｍｍの円盤を成形し、１８０℃で４
時間ポストキュアーしたものを８５℃／８５％ＲＨ雰囲
気中に７２時間放置し、吸水率を測定した。（ホ）吸湿後の耐クラック性１０．０×８．０×０．３ｍｍの大きさのシリコンチッ
プを６４ｐｉｎ−ＱＦＰフレーム（４２アロイ）に接着
し、これにエポキシ樹脂組成物を成形条件１７５℃、７
０ｋｇ／ｃｍ²、成形時間２分で成形し、１８０℃で４
時間ポストキュアーした。このパッケージを８５℃／８
５％ＲＨの雰囲気中７２時間放置して吸湿処理を行った
後、これを赤外線リフロー炉を通過させ、この時に発生
するパッケージのクラック発生数を調べた（ｎ＝２
０）。

【００４９】

【表１】＊１日本化薬社製、ＥＯＣＮ−４４００、エポキシ当
量１９０（クレゾールノボラック型エポキシ樹脂）＊２明和化成社製、ＤＬ−９２、フェノール当量１１
０（フェノールノボラック樹脂）＊３日本化薬社製、ＢＲＥＮ−１０５、エポキシ当量
２８０、臭素含有量３５％（フェノールノボラック型臭
素化エポキシ樹脂）＊４信越化学工業社製、ＫＢＭ−４０３（γ−グリシ
ドキシプロピルトリメトキシシラン）

【００５０】表１の結果より、式（１）のアミノ基含有
ポリエーテル変性ポリシロキサンを配合した本発明のエ
ポキシ樹脂組成物は、流動性が良好であり、機械的強度
が高く、耐クラック性に優れた硬化物を与えることが確
認された。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ０８Ｌ 83:08） (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

【特許請求の範囲】

【請求項１】エポキシ樹脂、硬化剤及び無機質充填剤
を含有するエポキシ樹脂組成物において、下記一般式
（１）で示される１分子中に少なくとも１個以上のＮＨ
基を有するアミノ基含有ポリエーテル変性ポリシロキサ
ンを組成物全体に対し０．０１〜０．８重量％になるよ
うに配合したことを特徴とするエポキシ樹脂組成物。【化１】〔但し、Ｒ¹は炭素数１〜１０の一価炭化水素基、Ｒ²は
１個以上のＮＨ基及び／又はＮＨ₂基をもつ窒素原子含
有一価有機基、Ｒ³は炭素数１〜６の二価炭化水素基又
は１個以上のＮＨ基をもつ窒素原子含有二価有機基であ
り、Ｙは下記一般式（２）で示される基、ａは２０〜１
００、ｂは１〜１０、ｃは０〜１０、ｄは０又は１を示
す。【化２】（但し、Ｒ⁴は炭素数１〜１０の一価炭化水素基、ｅ，
ｆはそれぞれｅ／ｆ≦１、ｅ＋ｆ＝１０〜５０の関係を
満足する０以上の整数である。）〕
【請求項２】アミノ基含有ポリエーテル変性ポリシロ
キサンが下記一般式（１’）で示されるものである請求
項１記載のエポキシ樹脂組成物。【化３】（但し、ｈは１〜１０の整数であり、Ｒ¹，Ｒ²，Ｙ，
ａ，ｂ，ｃ，ｄはそれぞれ上記と同様の意味を示す。）
【請求項３】請求項１又は２記載のエポキシ樹脂組成
物の硬化物で封止された半導体装置。