JPH11130837A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 成形性、低反り性、耐半田クラック性に優れ
る、特にＢＧＡパッケージに適した半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物を提供すること。 【解決手段】 一般式（１）で示されるスチルベン型エ
ポキシ樹脂と一般式（２）で示されるスチルベン型エポ
キシ樹脂との混合物の融点が５０〜１５０℃であるも
の、一般式（３）で示されるフェノール樹脂、硬化促進
剤、及び無機充填材を必須成分とすることを特徴とする
エポキシ樹脂組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成形性、低反り
性、耐半田クラック性に優れるエポキシ樹脂組成物、及
びこれを用いた半導体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体を機械的、化学的作用から保護す
るために、従来からエポキシ樹脂組成物（以下、樹脂組
成物という）が開発、生産されてきた。この樹脂組成物
に要求される項目は、半導体の種類、封止されるパッケ
ージの種類、使用される環境等によって変化しつつある
が、最近ではパッケージを実装する際にクラックが生じ
るという問題がある。これは実装時の半田浴に直接浸漬
される等、高温に曝されるため、樹脂組成物の硬化物が
吸湿していた水分が膨張した結果、クラックが生じると
いうものである。このため樹脂組成物は低吸湿性である
ことが求められており、この要求に対し種々検討した結
果、無機充填材を多く含有させることで耐半田クラック
性はかなり改善された。この無機充填材の高充填の手法
としては、無機充填材の粒度分布や形状の変更、エポキ
シ樹脂及びフェノール樹脂の粘度の低減等があるが、こ
れらの手法を併用する場合が殆どである。

【０００３】低粘度のエポキシ樹脂としては、ビフェニ
ル骨格を有するグリシジルエーテル型エポキシ樹脂が開
発され、実用化されているが、更に樹脂組成物の硬化物
の力学的、機械的物性を向上させる手法が検討されてい
る。例えば、液晶性を示したり、もしくはロッド状部分
を有するエポキシ樹脂を用い、硬化物中の分子を配向さ
せることで硬化物の特性を向上させる手法が挙げられ
る。このような液晶性を示したり、もしくはロッド状部
分を有するエポキシ樹脂として、炭素−炭素二重結合、
炭素−窒素二重結合、窒素−窒素二重結合等の構造を有
するものが提案されている（特開昭６４−５６７２１、
特開平１−８５２１５、特開平２−２７５８７２各号公
報）。

【０００４】特にスチルベン骨格を有するエポキシ樹脂
については、種々の検討がなされており、特開平８−７
３５６２号公報には、低粘度であり、且つ低吸湿性と密
着性の高い硬化物を与えるエポキシ樹脂及び樹脂封止型
半導体装置が提案されている。この公報の実施例には、
2,6-キシレノールとクロロアセトアルデヒドジメチルア
セタールを酸性物質の存在下で反応させて得られるフェ
ノール化合物をグリシジルエーテル化したスチルベン型
エポキシ樹脂が示されているが、このスチルベン型エポ
キシ樹脂の融点は１５２℃で、樹脂組成物を構成する他
成分との混合や成形等の作業性は必ずしも良好とはいえ
ない。

【０００５】この作業性の悪さを改良する手法として、
特開平８−３０１９８１号公報では、スチルベン骨格の
炭素−炭素二重結合に結合しているアリール基が互いに
異なる、融点が１５０℃以下であるスチルベン型エポキ
シ樹脂の一種もしくは二種以上、又はスチルベン骨格の
炭素−炭素二重結合に結合しているアリール基が互いに
同じであるスチルベン型エポキシ樹脂の一種もしくは二
種以上との混合物、及びフェノール樹脂系硬化剤を含む
樹脂組成物が提案されており、作業性の点は改善された
が、用いられているスチルベン型エポキシ樹脂もしくは
スチルベン型エポキシ樹脂の混合物では、反応の初期段
階で架橋反応が速やかに進むのを避けられない。更に、
上記のスチルベン型エポキシ樹脂の硬化剤として、従来
からよく使用されているフェノールノボラック樹脂や、
フェノールアラルキル樹脂を配合した樹脂組成物をＢＧ
Ａ（ボール・グリッド・アレイ）に適用した場合、反り
が大きくなり、実用性がないという欠点があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、硬化性をは
じめとする良好な成形性、低吸湿化のために耐半田クラ
ック性に優れ、特にＢＧＡパッケージにおける低反り性
に優れる半導体封止用樹脂組成物、及びこれを用いた生
産性と品質の良好な半導体装置を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、（Ａ）一般式
（１）で示されるスチルベン型エポキシ樹脂と一般式
（２）で示されるスチルベン型エポキシ樹脂との混合物
の融点が５０〜１５０℃であるもの、（Ｂ）一般式
（３）で示されるフェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、
及び（Ｄ）無機充填材を必須成分とすることを特徴とす
るエポキシ樹脂組成物である。

【化６】 （ここで、Ｒ₁〜Ｒ₈は、それぞれ独立に、炭素数１〜６
の鎖状、又は環状アルキル基、水素原子、又はハロゲン
原子を示す。炭素−炭素二重結合に結合している２個の
アリール基は互いに異なる。）

【０００８】

【化７】 （ここで、Ｒ₉〜Ｒ₁₂は、それぞれ独立に、炭素数１〜
６の鎖状、又は環状アルキル基、水素原子、又はハロゲ
ン原子を示す。炭素−炭素二重結合に結合している２個
のアリール基は互いに同じである。）

【０００９】

【化８】 （式中、ｍは１〜１０。ｎは０、もしくは１又は２。Ｒ
₁₃は、メチル基、メトキシ基、又はターシャリブチル基
を示し、同一でも異なっていても良い。）

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明に用いられる一般式（１）
及び（２）で示されるスチルベン型エポキシ樹脂の置換
基Ｒ₁〜Ｒ₁₂は、それぞれ独立に、炭素数１〜６の鎖
状、又は環状アルキル基、水素原子、又はハロゲン原子
を示し、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブ
チル基、アミル基、ヘキシル基（各異性体を含む）、シ
クロヘキシル基、塩素原子、及び臭素原子等が挙げられ
る。これらの中では、樹脂の溶融粘度の低さから、メチ
ル基、エチル基、プロピル基、及びターシャリブチル基
がより好ましい。本発明に用いられるエポキシ樹脂は、
一般式（１）のスチルベン型エポキシ樹脂と一般式
（２）のスチルベン型エポキシ樹脂との混合物である。
一般式（１）のスチルベン型エポキシ樹脂、一般式
（２）のスチルベン型エポキシ樹脂は、共に置換基の種
類等により種々の構造のものがあり、一般式（１）及び
一般式（２）の各々のスチルベン型エポキシ樹脂は、一
種類の構造のものでも、二種類以上の構造のものの混合
物でもかまわない。一般式（１）のスチルベン型エポキ
シ樹脂と一般式（２）のスチルベン型エポキシ樹脂との
混合は、両方の樹脂を混合することにより融点が低くな
れば、混合方法については特に限定しない。例えば、ス
チルベン型エポキシ樹脂の原料であるスチルベン型フェ
ノール類をグリシジルエーテル化する前に混合しておい
たり、両方のスチルベン型エポキシ樹脂を溶融混合する
方法等がある。一般式（１）のスチルベン型エポキシ樹
脂と一般式（２）のスチルベン型エポキシ樹脂との混合
物の融点は、５０〜１５０℃が好ましい。５０℃未満だ
と、作業性に難点があり、１５０℃を越えると、樹脂組
成物を構成する他成分との混練等の作業性に問題が生じ
るおそれがあるので好ましくない。本発明のスチルベン
型エポキシ樹脂の融点は、示差走査熱量計を用いて、常
温から昇温速度５℃／分で昇温した結晶融解の吸熱ピー
クの頂点を示す。

【００１１】本発明に用いられる一般式（１）のスチル
ベン型エポキシ樹脂は、原料である炭素−炭素二重結合
に結合している２個のアリール基が互いに異なったスチ
ルベン型フェノール類のグリシジルエーテル化によって
得られるが、入手のし易さ、性能、原料価格の点から、
5-ターシャリブチル-4,4'-ジヒドロキシ-2,3',5'-トリ
メチルスチルベンが特に好ましい。

【００１２】一般式（２）のスチルベン型エポキシ樹脂
は、原料である炭素−炭素二重結合に結合している２個
のアリール基が互いに同じであるスチルベン型フェノー
ル類のグリシジルエーテル化によって得られるが、性
能、原料価格の点から、4,4'-ジヒドロキシ-3,3',5,5'-
テトラメチルスチルベン、又は4,4'-ジヒドロキシ-3,3'
-ジターシャリブチル-6,6'-ジメチルスチルベンが特に
好ましい。

【００１３】又、上記のスチルベン型エポキシ樹脂は、
他のエポキシ樹脂と併用しても良い。併用するエポキシ
樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹
脂、含臭素エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ
樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂、ビフェニル
型エポキシ樹脂、ジヒドロキシジフェニルメタン型エポ
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、環状脂肪族エポキ
シ樹脂、グリシジルエステル系エポキシ樹脂、グリシジ
ルアミン系エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂、３官
能型エポキシ樹脂、トリスヒドロキシフェニルメタン型
エポキシ樹脂、及びジシクロペンタジエンとフェノール
類を付加反応により重合させたフェノール樹脂をグリシ
ジルエーテル化することによって得られるエポキシ樹脂
等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いても良
い。本発明のエポキシ樹脂は、モノマー、オリゴマー、
及びポリマー全般を言う。

【００１４】本発明に用いられる一般式（３）で示され
るフェノール樹脂において、ｍは１〜１０である。ｎは
０、もしくは１又は２である。Ｒ₁₃は、メチル基、メト
キシ基、又はターシャリブチル基を示し、同一でも異な
っていても良い。最も好ましいのは、トリフェノールメ
タン型フェノール樹脂である。一般式（３）で示される
フェノール樹脂は、分子の剛直性による非常に良好な硬
化性、低反り性という特徴を有しているため、一般式
（１）及び（２）で示されるスチルベン型エポキシ樹脂
と組み合わせることにより、低粘度で且つ硬化性良好、
低反り性という優れた性能を発現させることが可能とな
る。

【００１５】又、一般式（３）で示されるフェノール樹
脂の特性を損なわない範囲で、他のフェノール樹脂を併
用してもよい。併用するフェノール樹脂としては、例え
ば、フェノールノボラック樹脂、オルソクレゾールノボ
ラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ジシクロペン
タジエン変性フェノール樹脂、リモネン変性フェノール
ノボラック樹脂等が挙げられ、これらは単独でも混合し
て用いてもよい。本発明に用いられる全エポキシ樹脂の
エポキシ基と全フェノール樹脂のフェノール性水酸基の
当量比は、好ましくは０．５〜２であり、特に０．７〜
１．５がより好ましい。０．５〜２の範囲を外れると、
耐湿性、硬化性等が低下するので好ましくない。

【００１６】本発明に用いられる硬化促進剤は、エポキ
シ基とフェノール性水酸基の反応を促進するものであれ
ば特に限定はしないが、例えば、１，８−ジアザビシク
ロ（５，４，０）ウンデセン−７、トリフェニルホスフ
ィン、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボ
レート、テトラフェニルホスホニウム・テトラ安息香酸
ボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラナフト
イックアシッドボレート等が挙げられ、これらは単独で
も混合して用いてもよい。

【００１７】本発明に用いられる無機充填材の種類につ
いては特に制限はなく、公知の無機充填材を使用するこ
とができる。例えば、溶融破砕シリカ粉末、溶融球状シ
リカ粉末、結晶シリカ粉末、２次凝集シリカ粉末、アル
ミナ、チタンホワイト、水酸化アルミニウム、タルク、
クレー、ガラス繊維等が挙げられ、特に溶融球状シリカ
粉末が好ましい。形状は限りなく真球状であることが好
ましく、又、粒子の大きさの異なるものを混合すること
により充填量を多くすることができる。

【００１８】本発明に用いられるシランカップリング剤
は、無機充填材と樹脂成分の両者に反応性を有するもの
であればよく、特に、式（４）に示されるアミノシラン
カップリング剤及び／又は式（５）に示されるエポキシ
シランカップリング剤が信頼性向上の点で好ましい。更
に、メルカプトシランカップリング剤、ウレイドシラン
カップリング剤等の、他のシランカップリング剤を併用
してもよい。

【化９】 （式中、Ｒ₁₄は水素原子、又はフェニル基を示し、Ｒ₁₅
はメチル基、又はエチル基を示す。）

【００１９】

【化１０】 （式中、Ｒ₁₆はメチル基、又はエチル基を示す。ｐは０
〜２。）

【００２０】本発明の樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）成
分、又は（Ａ）〜（Ｅ）成分の他、必要に応じてカーボ
ンブラック等の着色剤、臭素化エポキシ樹脂、酸化アン
チモン、リン化合物等の難燃剤、シリコーンオイル、シ
リコーンゴム等の低応力成分、天然ワックス、合成ワッ
クス、高級脂肪酸及びその金属塩類もしくはパラフィン
等の離型剤、酸化防止剤等の各種添加剤を配合すること
ができる。本発明の樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）成
分、又は（Ａ）〜（Ｅ）成分、及びその他の添加剤等を
ミキサーを用いて常温混合し、ロール、押出機等の混練
機で混練し、冷却後粉砕して得られる。本発明の樹脂組
成物を用いて、半導体等の電子部品を封止し、半導体装
置を製造するには、トランスファーモールド、コンプレ
ッションモールド、インジェクションモールド等の従来
からの成形方法で硬化成形すればよい。

【００２１】

【実施例】以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこ
れらに限定されるものではない。配合単位は重量部とす
る。 実施例１ 式（Ｅ−１）のエポキシ樹脂 ４重量部

【化１１】

【００２２】 式（Ｅ−２）のエポキシ樹脂 ６．５重量部

【化１２】

【００２３】 フェノール樹脂（Ｈ−１） ５．３重量部

【化１３】 １，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（以下、ＤＢＵという ） ０．２重量部 溶融球状シリカ（平均粒径１５μｍ） ８２重量部 カーボンブラック ０．５重量部 臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂 ０．５重量部 三酸化アンチモン ０．５重量部 カルナバワックス ０．５重量部 を常温でミキサーを用いて混合した後、１００℃で二軸
ロールを用いて混練し、冷却後粉砕し、樹脂組成物を得
た。得られた樹脂組成物を以下の方法で評価した。結果
を表１に示す。

【００２４】評価方法 硬化性：低圧トランスファー成形機を用い、成形温度１
７５℃、圧力７０ｋｇ／ｃｍ²、硬化時間２分で、２５
６ｐＢＧＡ（ビスマレイミド・トリアジン樹脂／ガラス
クロス基板、サイズ２７ｍｍ×２７ｍｍ、ＩＣチップサ
イズ９ｍｍ×９ｍｍ）を成形し、成形直後（金型が開い
て１０秒後）のバコール硬度を用いて測定した。 離型性：ＢＧＡの成形において、離型の状況を○、△、
×の３段階で官能評価した。 ＢＧＡの反り量：低圧トランスファー成形機を用い、成
形温度１７５℃、圧力７０ｋｇ／ｃｍ²、硬化時間２分
で、２５６ｐＢＧＡ（ビスマレイミド・トリアジン樹脂
／ガラスクロス基板、サイズ２７ｍｍ×２７ｍｍ、ＩＣ
チップサイズ９ｍｍ×９ｍｍ）を成形し、１７５℃、８
時間のポストキュアを行ったのち、表面粗さ計（東京精
密（株）・製、サーフコム）を用いて、ＢＧＡの反り量
を測定した。単位はμｍ。ＢＧＡの反り量とは、ＢＧＡ
の対角線方向を表面粗さ計を用いて反り量の測定を行
い、得られた最大反り量の値を示す。 耐半田クラック性：低圧トランスファー成形機を用い、
成形温度１７５℃、圧力７０ｋｇ／ｃｍ²、硬化時間２
分で、２５６ｐＢＧＡ（ビスマレイミド・トリアジン樹
脂／ガラスクロス基板、サイズ２７ｍｍ×２７ｍｍ、Ｉ
Ｃチップサイズ９ｍｍ×９ｍｍ）を成形し、１７５℃、
８時間のポストキュアを行ったのち、６個のＢＧＡパッ
ケージを、８５℃、相対湿度６５％で１６８時間吸湿さ
せた後、２２０℃のＩＲリフロー処理を行い、パッケー
ジクラック個数を超音波探傷機で観察した。クラックの
生じたパッケージがｎ個であるとき、ｎ／６と表示す
る。

【００２５】実施例２〜１１ 表１の処方に従って配合し、実施例１と同様にして樹脂
組成物を得、実施例１と同様にして評価した。結果を表
１に示す。 比較例１〜２ 表２の処方に従って配合し、実施例１と同様にして樹脂
組成物を得、実施例１と同様にして評価した。結果を表
２に示す。実施例２〜１１、比較例１〜２で用いたエポ
キシ樹脂を式（Ｅ−３）、式（Ｅ−４）に、フェノール
樹脂を式（Ｈ−２）、式（Ｈ−３）、シランカップリン
グ剤を式（Ｃ−１）〜（Ｃ−４）に示す。又、実施例１
１で用いた硬化促進剤は、テトラフェニルホスホニウム
・テトラナフトイックアシッドボレート（以下、ＴＰＰ
Ｋ−ＮＡという）である。

【化１４】

【００２６】

【化１５】

【００２７】

【化１６】

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】

【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、成形性に優れ、低反り性や耐半田クラック性に優
れており、これを用いた半導体装置、特にＢＧＡパッケ
ージの、生産性及び信頼性が向上する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 23/31

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）一般式（１）で示されるスチルベ
   ン型エポキシ樹脂と一般式（２）で示されるスチルベン
   型エポキシ樹脂との混合物の融点が５０〜１５０℃であ
   るもの、（Ｂ）一般式（３）で示されるフェノール樹
   脂、（Ｃ）硬化促進剤、及び（Ｄ）無機充填材を必須成
   分とすることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。 【化１】 （ここで、Ｒ₁〜Ｒ₈は、それぞれ独立に、炭素数１〜６
   の鎖状、又は環状アルキル基、水素原子、又はハロゲン
   原子を示す。炭素−炭素二重結合に結合している２個の
   アリール基は互いに異なる。） 【化２】 （ここで、Ｒ₉〜Ｒ₁₂は、それぞれ独立に、炭素数１〜
   ６の鎖状、又は環状アルキル基、水素原子、又はハロゲ
   ン原子を示す。炭素−炭素二重結合に結合している２個
   のアリール基は互いに同じである。） 【化３】 （式中、ｍは１〜１０。ｎは０、もしくは１又は２。Ｒ
   ₁₃は、メチル基、メトキシ基、又はターシャリブチル基
   を示し、同一でも異なっていても良い。）
2. 【請求項２】 一般式（１）で示されるスチルベン型エ
   ポキシ樹脂が、5-ターシャリブチル-4,4'-ジヒドロキシ
   -2,3',5'-トリメチルスチルベンのグリシジルエーテル
   化物で、一般式（２）で示されるスチルベン型エポキシ
   樹脂が、4,4'-ジヒドロキシ-3,3',5,5'-テトラメチルス
   チルベン、又は4,4'-ジヒドロキシ-3,3'-ジターシャリ
   ブチル-6,6'-ジメチルスチルベンのグリシジルエーテル
   化物である請求項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（Ａ）〜（Ｄ）成分に、
   更に（Ｅ）一般式（４）及び／又は一般式（５）で示さ
   れるシランカップリング剤から選ばれる１種以上を添加
   してなることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。 【化４】 （式中、Ｒ₁₄は水素原子、又はフェニル基を示し、Ｒ₁₅
   はメチル基、又はエチル基を示す。） 【化５】 （式中、Ｒ₁₆はメチル基、又はエチル基を示す。ｐは０
   〜２。）
4. 【請求項４】 請求項１、２、又は３記載のエポキシ樹
   脂組成物を用いて封止してなることを特徴とする半導体
   装置。