JPH11147937A

JPH11147937A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

Info

Publication number: JPH11147937A
Application number: JP31797597A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Iwasaki; 慎一岩崎
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 1997-11-19
Filing date: 1997-11-19
Publication date: 1999-06-02

Abstract

(57)【要約】【課題】低吸水性、高密着性に優れたエポキシ樹脂組
成物、及び耐パッケージクラック性に優れた樹脂封止型
半導体装置を提供すること。【解決手段】 4,4'-ビス(2,3-エポキシプロポキシ)-3,
3',5,5'-テトラメチルスチルベン５０〜７０重量％と4,
4'-ビス(2,3-エポキシプロポキシ)-5-t-ブチル-2,3',5'
-トリメチルスチルベン３０〜５０重量％からなる混合
物、水酸基当量が１２０〜２３０のフェノール樹脂、硬
化促進剤及び無機充填材を必須成分とするエポキシ樹脂
組成物及び該エポキシ樹脂組成物で半導体素子を封止し
てなる半導体装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
表面実装化における耐半田特性に優れるエポキシ樹脂組
成物、及びこれを用いた樹脂封止型半導体装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子機器の小型・軽量化・高性能
化の要求がますます厳しくなってきている。それに伴
い、半導体の高集積化も年々進んでいる。半導体の高集
積化に伴いチップの大型化、パッケージの小型化、薄型
化の傾向にある。特に、パッケージの小型化は著しく、
ＣＳＰ（chip scale package）の実用化が相次いでい
る。また、半導体の実装方法は従来の挿入型から表面実
装型（ＶＰＳリフロー型、ＩＲリフロー型、半田浸漬法
等）へ変わってきている。表面実装型の実装方法によ
り、半田浸漬の工程においてパッケージが急激に２００
℃以上の高温にさらされることにより割れが生じたり、
チップと封止樹脂の界面が剥離するといった現象が発生
し、耐湿性が劣化してしまい信頼性が低くなるといった
問題が起こっている。

【０００３】そこで、上記問題を解決するために種々の
エポキシ樹脂が検討されていて、ナフトール型エポキシ
樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型
エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂が一部使
われている。しかしながら、ナフトール型エポキシ樹脂
は、溶融粘度が高く耐半田特性に有効とされる充填材の
高充填化が不可能であり耐半田特性は劣る。ビフェニル
型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ハ
イドロキノン型エポキシ樹脂は溶融粘度が低く高充填化
が可能であるが、エポキシ樹脂組成物の硬化物の耐熱性
が低くなる問題があり耐半田特性には未だ不十分であっ
た。そのため、耐半田特性に優れた樹脂の開発が急がれ
ていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題点に対してエポキシ樹脂として、特定のスチルベン
型エポキシ樹脂から選択した２種類の樹脂の混合物を用
い、樹脂硬化剤として水酸基当量が１２０〜２３０のフ
ェノール樹脂を用いることにより、表面実装時における
半導体パッケージの耐半田特性を著しく向上させたエポ
キシ樹脂組成物、及びこれを用いた樹脂封止型半導体装
置を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、（Ａ）4,4'-
ビス(2,3-エポキシプロポキシ)-3,3',5,5'-テトラメチ
ルスチルベン５０〜７０重量％と4,4'-ビス(2,3-エポキ
シプロポキシ)-5-t-ブチル-2,3',5'-トリメチルスチル
ベン３０〜５０重量％からなる混合物、（Ｂ）水酸基当
量が１２０〜２３０のフェノール樹脂、（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り、好ましくはフェノー
ル樹脂の少なくとも一部が下記一般式（１）〜（６）で
示されるフェノール樹脂である前記記載のエポキシ樹脂
組成物である。又本発明は、これらのエポキシ樹脂組成
物で半導体素子を封止してなることを特徴とする半導体
装置である。

【０００６】

【化３】

【０００７】

【化４】式中ｎは１以上の正の整数である。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明に用いられるエポキシ樹脂
は、4,4'-ビス(2,3-エポキシプロポキシ)-3,3',5,5'-テ
トラメチルスチルベン５０〜７０重量％と4,4'-ビス(2,
3-エポキシプロポキシ)-5-t-ブチル-2,3',5'-トリメチ
ルスチルベン３０〜５０重量％からなる混合物であり、
その融点は、１５０℃以下が好ましい。１５０℃を越え
ると、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混合物の融点は、
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。

【０００９】4,4'-ビス(2,3-エポキシプロポキシ)-3,
3',5,5'-テトラメチルスチルベンと4,4'-ビス(2,3-エポ
キシプロポキシ)-5-t-ブチル-2,3',5'-トリメチルスチ
ルベンとの混合物としては、前記の成分は通常５０〜７
０重量％使用され、前記の成分の含有量が５０重量％未
満だと、融点が上昇して、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に劣る傾向がある。使用する
目的に応じて融点を低くする必要がある場合には、前記
の成分の含有量を７０重量％まで増加することができ
る。

【００１０】又、上記のスチルベン型エポキシ化合物
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、公知のものを使用することができ、
例えばトリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ビフェニ
ル型エポキシ樹脂、他のスチルベン型エポキシ樹脂、ハ
イドロキノン型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポ
キシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、オルソク
レゾールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトール型エポ
キシ樹脂等が挙げられる。又、これらのエポキシ樹脂
は、単独もしくは混合して用いても差し支えない。

【００１１】本発明で用いられる樹脂硬化剤は、水酸基
当量が１２０〜２３０のフェノール樹脂である。水酸基
当量が１２０より小さいと吸水率が増加し、耐半田特性
に良好な結果が得られない。また、水酸基当量が２３０
より大きいと架橋密度が低くなりすぎ反応性が劣る。水
酸基当量が１２０〜２３０のフェノール樹脂は、例えば
一般式（１）で表されるフェノールアラルキル樹脂、一
般式（２）で表されるビフェニル型ノボラック樹脂、一
般式（３）で表されるテルペン変性フェノール樹脂、一
般式（４）、（５）で表されるナフトール環含有フェノ
ール樹脂、一般式（６）で表されるジシクロペンタジエ
ン変性フェノール樹脂が挙げられる。これらのフェノー
ル樹脂を単独、あるいは組み合わせることにより、高密
着性、かつ低吸水率で耐半田クラック特性の優れたエポ
キシ樹脂組成物が得られる。

【００１２】特に、一般式（２）で表されるビフェニル
型ノボラック樹脂、、一般式（３）で表されるテルペン
変性フェノール樹脂、一般式（４）、（５）で表される
ナフトール環含有フェノール樹脂、一般式（６）で表さ
れるジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂を併用す
ると密着性・低吸水性に優れたエポキシ樹脂組成物が得
られる。本発明に用いられるフェノール樹脂の軟化点
は、６０〜１２０℃が好ましい。又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０．５〜２．０
であり、特に０．７〜１．５がより好ましい。

【００１３】本発明に用いられる硬化促進剤は、エポキ
シ基と水酸基との硬化反応を促進させるものであればよ
く、一般に封止材料に使用されているものを広く使用す
ることができる。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・テトラナフトイルオ
キシボレート、ベンジルジメチルアミンや２ーメチルイ
ミダゾール等が単独もしくは２種類以上混合して用いら
れる。

【００１４】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。この無機充填材
の配合量としては、全エポキシ樹脂と全フェノール樹脂
の合計量１００重量部当たり２００〜２４００重量部が
好ましい。２００重量部未満だと、無機充填材による補
強効果が充分に発現しないおそれがあり、２４００重量
部を越えると、樹脂組成物の流動性が低下し成形時に充
填不良等が生じるおそれがあるので好ましくない。特に
無機充填材の配合量が、全エポキシ樹脂と全フェノール
樹脂の合計量１００重量部当たり２５０〜１４００重量
部であれば、半導体封止用として、樹脂組成物の吸水率
が低く、パッケージクラックの発生を防止することがで
き、更に溶融時の樹脂組成物の粘度が低くなるため、半
導体パッケージ内部の金線変形を引き起こすおそれがな
く、より好ましい。本発明に用いられる無機充填材は、
予め充分混合しておくことが好ましい。又、必要に応じ
て無機充填材をカップリング剤や樹脂で予め処理して用
いても良く、処理の方法としては、溶剤を用いて混合し
た後に溶媒を除去する方法や、直接無機充填材に添加し
混合機を用いて処理する方法等がある。

【００１５】本発明の樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）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、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等
のカップリング剤、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、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、樹脂封止型半導体装置を製作するには、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、従来からの公知の手法で硬化成形す
ればよい。

【００１６】

【実施例】以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこ
れに限定されるものではない。実施例及び比較例におい
て、使用したエポキシ樹脂、フェノール樹脂の略号及び
構造を、まとめて以下に示す。・エポキシ樹脂Ａ：4,4'-ビス(2,3-エポキシプロポキ
シ)-3,3',5,5'-テトラメチルスチルベン６０重量％と4,
4'-ビス(2,3-エポキシプロポキシ)-5-t-ブチル-2,3',5'
-トリメチルスチルベン４０重量％の混合物［融点１２０℃、エポキシ当量２０９] ・エポキシ樹脂Ｂ：式（９）の構造を主成分とするエポ
キシ樹脂［油化シェルエポキシ(株)社製ＹＸ−４０００Ｈ；エ
ポキシ当量１９０］

【００１７】

【化５】

【００１８】・フェノール樹脂１：式（１）のフェノー
ル樹脂［三井化学(株)社製ＸＬ−２２５ＬＬ；水酸基当量１
７５］・フェノール樹脂２：式（２）のフェノール樹脂［明和化成(株)社製ＭＥＨ−７８５１；水酸基当量１
９９］・フェノール樹脂３：式（３）のフェノール樹脂［油化シェルエポキシ(株)社製ＭＰ−４０２；水酸基
当量１７５］・フェノール樹脂４：式（４）のフェノール樹脂［明和化成(株)社製ＭＥＨ−７８１０；水酸基当量２
１０］・フェノール樹脂５：式（５）のフェノール樹脂［新日鉄化学(株)社製ＳＮ−１７０；水酸基当量２１
０］・フェノール樹脂６：式（６）のフェノール樹脂［日本石油化学(株)社製ＤＰＰ−Ｌ；水酸基当量１６
８］

【００１９】・フェノール樹脂７：式（７）のフェノー
ル樹脂［住友デュレズ(株)社製ＰＲ−５１４７０；水酸基当
量１０４］

【化６】

【００２０】・フェノール樹脂８：式（８）のフェノー
ル樹脂［日本石油化学(株)社製ＰＰ−７００−３００；水酸
基当量３１７］

【化７】

【００２１】《実施例１》・エポキシ樹脂Ａ６３．５重量部・フェノール樹脂１５９．０重量部・トリフェニルホスフィン２．５重量部・溶融球状シリカ８５０．０重量部・カーボンブラック２．０重量部・臭素化フェノールノボラック型エポキシ樹脂１０．０重量部・カルナバワックス３．０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。

【００２２】《評価方法》・耐パッケージクラック性：低圧トランスファー成形機
を用いて、１７５℃、圧力７０ｋｇ／ｃｍ² 、硬化時間
２分で８０ｐＱＦＰ（厚さ２．０mm）を成形し、１７５
℃、８時間の後硬化を行い、８個のパッケージを得た。
８５℃、相対湿度８５％で１６８時間吸湿させた後、２
４０℃のＩＲリフロー１０秒を２回行い、パッケージク
ラック個数を目視で観察し、クラックの生じたパッケー
ジがｎ個であるとき、ｎ／８と表示する。・パッケージ吸水率：耐半田クラック性を評価したパッ
ケージ吸水率（単位、重量％)。・チップ密着性：耐半田クラック性を評価したパッケー
ジを超音波映像装置でチップと樹脂組成物の硬化物の密
着性を評価し、チップ面積に対する剥離面積の割合で評
価した(単位、％)。

【００２３】・アイランド密着性：耐半田クラック性を
評価したパッケージを超音波映像装置でアイランド裏面
と封止材の密着性を評価し、アイランド裏面面積に対す
る剥離面積の割合で評価した（単位、％）。・耐湿性試験：低圧トランスファー成形機を用いて、１
７５℃、圧力７０ｋｇ／ｃｍ² 、硬化時間２分で１６Ｐ
ＳＯＰ（厚さ２．０mm)を成形し、１７５℃、８時間の
後硬化を行い、８個のパッケージを得た。８５℃、相対
湿度８５％で１６８時間吸湿させた後、２４０℃のＩＲ
リフロー１０秒を２回実施後プレッシャークッカー試験
（１２５℃、相対湿度１００％）を行い、回路のオープ
ン不良を測定した。オープン不良の生じたパッケージが
ｎ個であるとき、ｎ／８と表示する。

【００２４】《実施例２〜６》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。《実施例７、８》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。《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。《比較例３〜４》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。但しエポキシ樹脂Ａとし
て、比較例３では、4,4'-ビス(2,3-エポキシプロポキ
シ)-3,3',5,5'-テトラメチルスチルベン２５重量％と4,
4'-ビス(2,3-エポキシプロポキシ)-5-t-ブチル-2,3',5'
-トリメチルスチルベン７５重量％の混合物を、比較例
４では、4,4'-ビス(2,3-エポキシプロポキシ)-3,3',5,
5'-テトラメチルスチルベン７５重量％と4,4'-ビス(2,3
-エポキシプロポキシ)-5-t-ブチル-2,3',5'-トリメチル
スチルベン２５重量％の混合物を使用した。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】

【発明の効果】本発明の樹脂組成物は、吸水性、密着性
に優れ、これを用いて封止した樹脂封止型半導体装置
は、特に耐パッケージクラック性に優れている。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）4,4'-ビス(2,3-エポキシプロポキ
シ)-3,3',5,5'-テトラメチルスチルベン５０〜７０重量
％と4,4'-ビス(2,3-エポキシプロポキシ)-5-t-ブチル-
2,3',5'-トリメチルスチルベン３０〜５０重量％からな
る混合物、（Ｂ）水酸基当量が１２０〜２３０のフェノ
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。
【請求項２】フェノール樹脂の少なくとも一部が、下
記一般式（１）〜（６）で示されるフェノール樹脂であ
る請求項１記載のエポキシ樹脂組成物。【化１】【化２】式中ｎは１以上の正の整数である。
【請求項３】請求項１又は２記載のエポキシ樹脂組成
物で半導体素子を封止してなることを特徴とする半導体
装置。