JPH1112438A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 （ａ）エポキシ樹脂（ｂ）硬化剤（ｃ）
インデンとスチレンとの共重合体よりなる数平均分子量
が２００〜２，０００のインデン系ポリマーをエポキシ
樹脂と硬化剤の総量１００重量部に対し０．５〜１０重
量部（ｄ）有機チタン化合物及び／又は金属アセチルア
セトナート錯体をエポキシ樹脂と硬化剤の総量１００重
量部に対し０．１〜１０重量部（ｅ）無機質充填剤とし
て（ａ）〜（ｄ）成分の総量１００重量部に対し１００
〜９００重量部を必須成分とするエポキシ樹脂組成物。 【効果】 本発明のエポキシ樹脂組成物は、パラジウ
ム、銅、４２アロイなどとの密着性の高い硬化物を与
え、また耐熱性、耐湿性も優れたものである。また、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
は信頼性の高いものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リードフレーム
（特にパラジウムや銅材、４２アロイ）との密着性が非
常に良好であり、かつ耐湿性や耐熱性の良好な硬化物を
与えるエポキシ樹脂組成物並びに本樹脂組成物で封止さ
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】近年、
半導体業界において環境問題等の面から、半田メッキフ
レームからパラジウムメッキフレームに切り替える動き
が急激に起こっている。しかし、一方ではパラジウムメ
ッキフレームを使用した場合、封止材料であるエポキシ
樹脂組成物との密着性が非常に悪く、そのため成形後リ
ードフレームと封止材界面で剥離したり、基板実装時に
パッケージにクラックが入るといった問題点が指摘され
ている。

【０００３】また、従来のエポキシ樹脂組成物では４２
アロイや銅合金との密着性も不十分で、これら材料との
密着性の向上も強く半導体業界より要求されている。

【０００４】本発明は、上記要望に応えるためになされ
たもので、パラジウムメッキリードフレーム、銅リード
フレーム、４２アロイリードフレームとの密着に優れ、
しかも耐湿性、耐熱性に優れた硬化物を与えるエポキシ
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ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】本
発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結
果、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対し、インデンとスチレンとの共重
合体よりなる数平均分子量が２００〜２，０００のイン
デン系ポリマーと、有機チタン化合物又は金属アセチル
アセトナート錯体とを併用して配合した場合、インデン
とスチレンとの共重合体よりなる数平均分子量が２００
〜２，０００のインデン系ポリマーと有機チタン化合物
又は金属アセチルアセトナート錯体との相乗効果によ
り、パラジウム、銅、あるいは４２アロイとの密着性が
著しく向上することを見出した。即ち、インデン系オリ
ゴマーや有機チタン化合物、金属アセチルアセトナート
錯体を密着性向上のためにそれぞれ単独で使用すること
は公知であるが、これら成分を含有するエポキシ樹脂で
Ｐｄメッキされたフレームを封止しても十分な効果は得
られない。ところが、特定のインデン系ポリマーと有機
チタン化合物又は金属アセチルアセトナート錯体とを特
定の比率で混合し使用することで、Ｐｄメッキフレーム
に対し良好な密着性が得られることを見出し、本発明を
なすに至ったものである。

【０００６】従って、本発明は、（ａ）エポキシ樹脂
（ｂ）硬化剤（ｃ）インデンとスチレンとの共重合体よ
りなる数平均分子量が２００〜２，０００のインデン系
ポリマーをエポキシ樹脂と硬化剤の総量１００重量部に
対し０．５〜１０重量部（ｄ）有機チタン化合物及び／
又は金属アセチルアセトナート錯体をエポキシ樹脂と硬
化剤の総量１００重量部に対し０．１〜１０重量部
（ｅ）無機質充填剤として（ａ）〜（ｄ）成分の総量１
００重量部に対し１００〜９００重量部を必須成分とす
る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。

【０００７】以下、本発明について詳細に説明する。本
発明で使用するエポキシ樹脂としては、従来から公知の
１分子あたり２個以上のエポキシ基をもったものであれ
ば如何なるものでも使用することができる。特にフェノ
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、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニ
ル型エポキシ樹脂、シクロペンタジエン型エポキシ樹脂
などが例示され、下記のものを好適に用いることができ
る。

【０００８】

【化１】 （上記の各式中、Ｇはグリシジル基、Ｍｅはメチル基を
示し、ｎは０又は正の整数である。）

【０００９】これらエポキシ樹脂中の全塩素含有量は
１，５００ｐｐｍ以下、望ましくは１，０００ｐｐｍ以
下であることが好ましい。また、１２０℃で５０％エポ
キシ樹脂濃度における２０時間での抽出水塩素が５ｐｐ
ｍ以下であることが好ましい。全塩素含有量が１，５０
０ｐｐｍより多く、抽出水塩素が５ｐｐｍより多いと、
半導体の耐湿信頼性が低下する場合がある。

【００１０】本発明の硬化剤としてはフェノール樹脂が
好適に用いられるが、このフェノール樹脂としては、１
分子中にフェノール性の水酸基を２個以上有するもので
あればいかなるものでも使用可能であるが、特に、フェ
ノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、フ
ェノールアラルキル樹脂、ナフタレン型フェノール樹
脂、シクロペンタジエン型フェノール樹脂や下記構造式
で示されるフェノール性水酸基を含有するものなどが例
示される。

【００１１】

【化２】 （式中、ｎは０又は正の整数である。）

【００１２】フェノール樹脂もエポキシ樹脂と同様、１
２０℃の温度で抽出される塩素イオンやナトリウムイオ
ンなどがいずれも１０ｐｐｍ以下、望ましくは５ｐｐｍ
以下であることが好ましい。

【００１３】エポキシ樹脂とフェノール樹脂の混合割合
は、エポキシ基１モルに対しフェノール性水酸基が０．
５〜１．６モル、望ましくは０．８〜１．４モルであ
る。０．５モル未満では水酸基が不足し、エポキシ基の
単独重合の割合が多くなり、ガラス転移温度が低くなる
傾向となる。また、１．６モルを超えるとフェノール性
水酸基の比率が高くなり、反応性が低下するほか、架橋
密度が低く十分な強度が得られない場合が生じる。

【００１４】本発明のエポキシ樹脂組成物には、硬化促
進剤を配合することができる。硬化促進剤としては、リ
ン系、イミダゾール誘導体、シクロアミジン系誘導体な
どを単独であるいは混合して使用することができる。リ
ン系触媒としては、トリフェニルホスフィン、トリブチ
ルホスフィン、トリ（ｐ−メトキシフェニル）ホスフィ
ン、テトラフェニルホスフォニウムテトラフェニルボレ
ート、トリシクロヘキシルホスフィンなどのホスフィン
やホスフォニウム塩などが代表例として挙げられる。但
し、本発明において密着性向上のために用いる有機チタ
ン化合物や金属アセチルアセトナート錯体を硬化促進剤
であるリン系触媒、特にホスフィン誘導体と共存させた
場合、硬化阻害を引き起こすおそれがあることから、リ
ン系触媒を主体として使用しないことが望ましい。望ま
しくは、イミダゾール誘導体やＤＢＵ（１，８−ジアザ
ビシクロ（５．４．０）ウンデセン−７）などのシクロ
アミジン誘導体と併用するほうがよい。

【００１５】イミダゾール誘導体としては、２−メチル
イミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、
１−シアノエチル−２−メチルイミダゾール、２−フェ
ニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾールなどの
イミダゾール誘導体が挙げられる。シクロアミジン誘導
体としては、ＤＢＵ、ＤＢＮやこれら化合物とカルボン
酸との塩も使用することができる。

【００１６】硬化促進剤の量としては、エポキシ樹脂と
フェノール樹脂の合計量１００重量部に対し、０．０１
〜１０重量部であることが好ましい。

【００１７】本発明のエポキシ樹脂組成物には、膨張係
数を小さくする目的から、従来より知られている各種の
無機質充填剤を添加する。無機質充填剤としては、溶融
シリカ、結晶シリカ、アルミナ、ボロンナイトライド、
窒化アルミ、窒化珪素、マグネシア、マグネシウムシリ
ケートなどが使用される。半導体素子が発熱の大きい素
子の場合、熱伝導率ができるだけ大きく、かつ膨張係数
の小さなアルミナ、ボロンナイトライド、窒化アルミ、
窒化珪素などを充填剤として使用することが望ましい。
また、溶融シリカなどとブレンドして使用してもよい。

【００１８】無機質充填剤の粒度分布は、平均粒径が２
〜３０ミクロンで、最大粒径が７４ミクロン以下、特に
５０ミクロン以下のものが望ましい。平均粒径が２ミク
ロン未満では粘度が高くなり多量に充填できず、一方３
０ミクロンを超えると粗い粒径が多くなりゲート詰まり
となる。充填剤の形状には特に限定はなく、フレーク
状、樹枝状、破砕状、球状等のフィラーを単独で又は混
合して用いることができる。充填剤を高充填する場合は
球状の充填剤が望ましい。また、チクソ性付与のため、
アエロジルなどの超微粒子シリカを添加することもでき
る。これらの前述した充填剤は、予めシランカップリン
グ剤やチタン系カップリング剤で表面処理したものを使
用することが好ましい。

【００１９】無機質充填剤の使用量は、エポキシ樹脂、
硬化剤、及び後述するインデン系ポリマー、有機チタン
化合物、金属アセチルアセトナート錯体の総量１００重
量部に対し１００〜９００重量部である。１００重量部
未満では膨張係数を十分に下げることができず、９００
重量部を超えると粘度が高くなり過ぎ、成形できなくな
ってしまう。望ましくは２００〜８００重量部である。

【００２０】本発明のエポキシ樹脂組成物には、インデ
ンとスチレンとの２元共重合体より誘導されるインデン
系ポリマーを配合する。このインデン系ポリマーは、数
平均分子量が２００〜２，０００、好ましくは５００〜
１，０００であり、また軟化点が９０〜１３０℃、１５
０℃での溶融粘度が５〜６０ポイズ、特に１０〜５０ポ
イズのものが好ましく、特に下記式で示されるインデン
系ポリマーが好ましい。

【００２１】

【化３】

【００２２】ここで、ｎとしては１分子中の３０モル％
以上、ｍは７０モル％以下である。望ましくはｎが６０
モル％以上、更に望ましくは９０モル％以上がよい。ｎ
が３０モル％未満では、十分な密着性を得ることができ
ない。特に、密着性向上にはｎが６０モル％以上である
必要がある。溶融粘度としては望ましくは１０〜５０ポ
イズである。

【００２３】このようなインデン系ポリマーとしては、
例えば新日鉄化学株製のインデン系オリゴマーＩＰ１０
０等が挙げられる。

【００２４】インデン系ポリマーの添加量は、エポキシ
樹脂とフェノール樹脂の合計量１００重量部に対し１〜
２０重量部、望ましくは３〜１０重量部である。１重量
部未満では十分な密着性向上の効果が得られず、２０重
量部を超えると架橋密度が低下し、十分な強度が得られ
なくなるためである。添加の方法としては、単純にイン
デン系ポリマーを微粉砕化して混合するか、あるいはフ
ェノール樹脂やエポキシ樹脂と予め溶融させて混合して
もよい。

【００２５】本発明は、上記数平均分子量が２００〜
２，０００のインデンとスチレンとの共重合体よりなる
インデン系ポリマーと有機チタン化合物及び／又は金属
アセチルアセトナート錯体とを併用する。

【００２６】有機チタン化合物としては下記一般式で示
される化合物を挙げることができる。

【００２７】

【化４】 （但し、式中ａは０〜４の整数、ｂは０〜４の整数であ
り、かつａ＋ｂ＝４、Ｒ，Ｒ’はアルキル基、シクロア
ルキル基、アルケニル基、アリール基、アラルキル基等
の、特には脂肪族不飽和基を除く、炭素数１〜２０、特
には炭素数１〜１０の一価炭化水素基であるが、２個の
Ｒが結合してアルキレン基を形成してもよい。）

【００２８】これら化合物としては、テトラ−ｉ−プロ
ポキシチタン、テトラ−ｎ−ブトキシチタン、テトラス
テアリルオキシチタン、ジイソプロポキシ（アセチルア
セトナート）チタン、ビス（アセチルアセトナート）チ
タン、ジ−ｉ−プロポキシ・ビス（アセチルアセトナー
ト）チタン、チタニウム−イソプロポキシオクチレング
リコレート、チタニウム−ジ−ｉ−プロポキシオクチレ
ングリコレート、チタニウムステアレート、ジイソプロ
ポキシジイソステアレートチタンなどが代表的なもので
ある。

【００２９】一方、金属アセチルアセトナート錯体は金
属の種類によって種々のものがある。チタン以外の代表
的なものとして、分子中にアセチルアセトナート基を１
〜４個、好ましくは１〜３個有する、アルミニウムアセ
チルアセトナート錯体、コバルトアセチルアセトナート
錯体、亜鉛アセチルアセトナート錯体、マグネシウムア
セチルアセトナート錯体などが挙げられる。

【００３０】有機チタン化合物、金属アセチルアセトナ
ート錯体の添加量は、エポキシ樹脂とフェノール樹脂の
合計量１００重量部に対し０．１〜１０重量部、望まし
くは０．３〜５重量部である。０．１重量部未満では十
分な密着性が得られず、１０重量部を超えるとエポキシ
樹脂の硬化反応が阻害される。

【００３１】なお、Ｐｄとの密着性を効果的に改良する
点からは、インデン系ポリマーと有機チタン化合物、金
属アセチルアセトナート錯体との添加量の重量比率を
１：０．０１〜０．５とすることが好ましい。

【００３２】本発明のエポキシ樹脂組成物には、更に、
シランカップリング剤、チタン系カップリング剤、アル
ミニウム系カップリング剤などのカップリング剤やカー
ボンブラックなどの着色剤、ノニオン系界面活性剤、フ
ッ素系界面活性剤、シリコーンオイルなどの濡れ向上剤
や消泡剤なども場合によっては添加することができる。
また、難燃化のため、臭素含有エポキシ樹脂や三酸化ア
ンチモン、五酸化アンチモン等を適宜加えてもよい。本
発明の組成物には、従来から公知のシリコーン変性エポ
キシ樹脂やフェノール樹脂、メタクリル酸メチル−ブタ
ジエン−スチレンよりなる熱可塑性樹脂などを、難燃性
を低下させない範囲で低応力化材として添加してもよ
い。

【００３３】本発明の樹脂組成物の製造方法としては、
上記した諸原料を高速混合機などを用いて均一に混合し
た後、二本ロールや連続混練装置などで十分混練すれば
よい。混練温度としては５０〜１１０℃が望ましい。混
練後、薄くシート化し、冷却、粉砕することでエポキシ
樹脂組成物を製造する。

【００３４】本発明の樹脂組成物は一般成形材料とし
て、更に半導体封止材料として利用されるが、特にパラ
ジウムメッキリードフレーム、銅リードフレーム又は４
２アロイリードフレームに搭載された半導体装置封止用
として有効に使用される。

【００３５】本発明の半導体装置は、上記エポキシ樹脂
組成物の硬化物で封止されたものであるが、封止される
半導体装置としては、パラジウムメッキリードフレー
ム、銅リードフレーム、４２アロイリードフレームなど
に搭載されたメモリーＩＣ、ロジックＩＣ等を挙げるこ
とができる。

【００３６】なお、本発明のエポキシ樹脂組成物は、ト
ランスファー成形法等の適宜な成形法を採用し得、また
その成形温度は通常１６５〜１８５℃である。

【００３７】

【発明の効果】本発明のエポキシ樹脂組成物は、パラジ
ウム、銅、４２アロイなどとの密着性の高い硬化物を与
え、また耐熱性、耐湿性も優れたものである。また、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
は信頼性の高いものである。

【００３８】

【実施例】以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具
体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限される
ものではない。

【００３９】〔実施例１〜７，比較例１〜７〕表１及び
２に示す配合組成でエポキシ樹脂組成物を製造し、下記
の特性を評価した。結果を表３に示す。 ＜測定方法＞ スパイラルフロー：成形温度１７５℃、成形圧力７０ｋ
ｇ／ｃｍ² でトランスファー成形することでスパイラル
フローを測定した。 ゲル化時間：１７５℃の熱板上で樹脂がゲル化し流動性
がなくなるまでの時間を測定し、ゲル化時間とした。 接着力：銅基板上にパラジウムでメッキしたフレームを
用い、上面の直径３ｍｍ、下面の直径３．５６８ｍｍ、
高さ３ｍｍの円錐台形状の試験片を１７５℃で２分間成
形し作成した。得られた試験片を１８０℃で４時間ポス
トキュアーし、せん断接着力を測定し、初期値とした。
更に、ポストキュアーした試験片を８５℃／８５％ＲＨ
で１６８時間吸湿させた後、ピーク温度２１５℃のＩＲ
リフローを通し、接着力を測定した。いずれの場合も試
験片の個数は５個で行い、その平均値を接着力とした。

【００４０】

【表１】 エポキシ樹脂１：ＥＯＣＮ１０２０（日本化薬株製） クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（軟化点５５℃，
エポキシ当量２００） エポキシ樹脂２：ＴＭＨ５７４（住友化学製） ｔｅｒｔ−ブチル置換クレゾールノボラック型エポキシ
樹脂（軟化点７８℃，エポキシ当量２１０） エポキシ樹脂３：ＹＸ４０００Ｈ（油化シェル株製） ビフェニル型エポキシ樹脂（軟化点１０５℃，エポキシ
当量１９０） フェノール樹脂１：ＴＤ２０９３（大日本インキ株製） フェノールノボラック樹脂（軟化点１００℃，水酸基当
量１１０） フェノール樹脂２：Ｍｙｌｅｘ（三井東圧株製） フェノールアラルキル樹脂（軟化点７０℃，水酸基当量
１７０） インデン系ポリマー：ＩＰ１００（新日鉄化学株製） インデンとスチレンとの２元共重合オリゴマー ＵＣＡＴ−ＳＡ８５１：１，８−ジアザビシクロ（５．
４．０）ウンデセン−７とフェノール樹脂との塩（サン
アボット株製） ＴＰＰ−Ｋ：テトラフェニルホスホニウム・テトラフェ
ニルボレート（北興化学株製） ２Ｅ４ＭＺ：２−エチル−４−メチルイミダゾール（四
国化成株製） ２Ｅ４ＭＺ−トリメリット酸塩：２−エチル−４−メチ
ルイミダゾールとトリメリット酸との塩

【００４１】

【表２】

【００４２】

【表３】

【００４３】次に、パラジウムメッキした１００ピンの
ＱＦＰパッケージ用リードフレーム（形状１４ｍｍ×２
０ｍｍ×２．７ｍｍ、パッド寸法７ｍｍ×７ｍｍ）に
６．５ｍｍ×６．５ｍｍの大きさのチップを搭載し、実
施例１，５及び比較例１，２，７のエポキシ樹脂組成物
で封止した。封止条件はいずれも成形温度１７５℃、成
形圧力７０ｋｇ／ｃｍ² 、成形時間２分で行い、ポスト
キュアーは温度１８０℃で４時間行った。ポストキュア
ー後、ダイパッド裏面の剥離状態、クラック不良の有無
を超音波探傷装置で確認した。その後、ダイパッド裏面
に剥離のないパッケージ５個を８５℃／８５％ＲＨで４
８時間吸湿させた後、ピーク温度２１５℃のＩＲリフロ
ーを１回通すことで耐半田リフロー性を評価した。結果
を表４に示す。

【００４４】

【表４】

【００４５】〔実施例８〜１４，比較例８〜１４〕表５
及び６に示す配合組成でエポキシ樹脂組成物を製造し、
上記と同様の特性を評価した。結果を表７に示す。

【００４６】

【表５】 インデン系ポリマー：ＩＰ１００（新日鉄化学株製） インデンとスチレンとの２元共重合オリゴマー （ａｃａｃ）はアセチルアセトナート錯体の意味を示
す。

【００４７】

【表６】

【００４８】

【表７】

【００４９】次に、パラジウムメッキした１００ピンの
ＱＦＰパッケージ用リードフレーム（形状１４ｍｍ×２
０ｍｍ×２．７ｍｍ、パッド寸法７ｍｍ×７ｍｍ）に
６．５ｍｍ×６．５ｍｍの大きさのチップを搭載し、実
施例８，１２及び比較例８，９，１４のエポキシ樹脂組
成物で封止した。封止条件はいずれも成形温度１７５
℃、成形圧力７０ｋｇ／ｃｍ² 、成形時間２分で行い、
ポストキュアーは温度１８０℃で４時間行った。ポスト
キュアー後、ダイパッド裏面の剥離状態、クラック不良
の有無を超音波探傷装置で確認した。その後、ダイパッ
ド裏面に剥離のないパッケージ５個を８５℃／８５％Ｒ
Ｈで４８時間吸湿させた後、ピーク温度２１５℃のＩＲ
リフローを１回通すことで耐半田リフロー性を評価し
た。結果を表８に示す。

【００５０】

【表８】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ０８Ｌ 45:02） (72)発明者 長田 将一 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 桜井 良彦 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 (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）エポキシ樹脂（ｂ）硬化剤（ｃ）
   インデンとスチレンとの共重合体よりなる数平均分子量
   が２００〜２，０００のインデン系ポリマーをエポキシ
   樹脂と硬化剤の総量１００重量部に対し０．５〜１０重
   量部（ｄ）有機チタン化合物及び／又は金属アセチルア
   セトナート錯体をエポキシ樹脂と硬化剤の総量１００重
   量部に対し０．１〜１０重量部（ｅ）無機質充填剤とし
   て（ａ）〜（ｄ）成分の総量１００重量部に対し１００
   〜９００重量部を必須成分とするエポキシ樹脂組成物。
2. 【請求項２】 パラジウムメッキリードフレーム、銅リ
   ードフレーム又は４２アロイリードフレームに搭載され
   た半導体装置の封止用である請求項１記載のエポキシ樹
   脂組成物。
3. 【請求項３】 請求項１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。