JPWO2005087833A1 - エポキシ樹脂組成物および半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、鉛フリー半田の融点は従来の鉛/スズ半田に比べて高く、赤外線リフロー、半田浸漬等の半田実装時の温度も従来の220〜240℃から、今後240℃〜260℃へと高くなる。このような実装温度の上昇により、実装時に樹脂部にクラックが入りやすくなり、半導体装置の信頼性を保証することが困難になってきているという問題が生じている。更にリードフレームについても、外装半田メッキも脱鉛する必要があるという観点から、外装半田メッキの代わりに事前にニッケル・パラジウムメッキを施したリードフレームの適用が進められている。このニッケル・パラジウムメッキは一般的な封止材料との密着性が低く、実装時に界面において剥離が生じやすく、樹脂部にクラックも入りやすい。特に近年のパッケージはTSOP、LQFP等の薄型パッケージが主流になっており、新材料を用いたとしても半導体装置の信頼性を確保することは重要な問題となっている。
ハロゲン化有機物・アンチモン等の難燃剤を添加せずに優れた難燃性が得られる物質として、ビフェニル誘導体及び/又はナフタレン誘導体を含むノボラック構造のフェノール樹脂とビフェニル誘導体及び/又はナフタレン誘導体を含むノボラック構造のエポキシ樹脂とを組合せて使用したエポキシ樹脂組成物(例えば、特許文献5参照。)が開示されている。これらのエポキシ樹脂組成物は骨格中に芳香族環を多く含むことから燃焼時に炭化が進行しやすいこと、及び架橋密度が低いために燃焼時に熱分解した低沸点成分による発泡が生じやすく、発泡により表面酸素遮断層が形成されることとによって難燃効果が得られると考えられている。更にこれらのエポキシ樹脂の硬化物は低吸水性に優れ、半田耐熱性にも優れていることから、市場に提案・適用され始めている。これらのエポキシ樹脂組成物は、低弾性、低吸水により半田耐熱性を向上させているものであるが、その半面、硬化後の成形物は軟らかく、かつ親油性が高く、連続生産では成形性での不具合が生じることによる生産性の低下への対応が課題となってきている。
以上のことから、生産性面も含め、環境へ配慮した半田耐熱性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物が要求されている。
本発明者らは、半導体装置封止用のエポキシ樹脂組成物中、特に硬化剤中の低分子量成分に着目して鋭意検討した結果、所定の構造を有するフェノール樹脂を主成分とするフェノール樹脂において、GPC分析における1分子中に芳香環が3つ以下である成分を面積比で0.8%以下とすることにより、エアベント詰まりを改善することができることを見出し、本発明に至ったものである。
[1](A)一般式(1)で表されるエポキシ樹脂、
(B)一般式(2)で表されるフェノール樹脂を主成分とするとともに、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)分析において1分子中に芳香環が3つ以下である成分が面積比で0.8%以下であるフェノール樹脂
を必須成分とすることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
[2]前記(B)フェノール樹脂が、一般式(3)で表される化合物
とフェノール類とを反応させて得られるものである第[1]項記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
[3]前記の半導体装置封止用エポキシ樹脂組成物において、前記(B)フェノール樹脂の軟化点が60〜70℃であってもよい半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
[4]前記のいずれかの半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて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。
本発明によれば、ハロゲン化有機物、酸化アンチモンを含まずとも良好な難燃性が得られ、かつ半田耐熱性にも優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物が得られる。更にこれを用いて半導体素子を封止成形して半導体装置を製造すると、金型汚れやエアベント詰まり等が発生し難く、長時間の連続成形が可能となる。
以下に本発明の実施形態について詳細に説明する。
ここで、nは分子鎖長の平均を表し、例えば一般式(1)においてn=0の分子鎖が10%、n=1の分子鎖が30%、n=2の分子鎖が50%、n=3の分子鎖が10%での割合で存在する場合には、平均値nは(0×10+1×30+2×50+3×10)/100=1.6となる。
R1またはR2を構成する炭素数1〜8のアルキル基としては、−CH3,−C2H5,−C3H7,−C4H9などが挙げられ、特に−CH3である。
また、R1またはR2を構成する炭素数1〜8のアリール基としては、−C6H5,−C6H4−CH3で示される各種異性体などが挙げられ、特に−C6H5である。
本実施形態で用いられるエポキシ樹脂(A)は、それ以外のエポキシ樹脂と併用することもできる。併用できるエポキシ樹脂としては、1分子中に2個以上のエポキシ基を有するものを用いれば良い。例えば、ビフェニル型エポキシ樹脂、ヒドロキノン型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、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、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、アルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、トリアジン核含有エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂等が挙げられる。併用する場合の併用比率は、本実施形態で用いられるエポキシ樹脂(A)を総エポキシ樹脂中に50重量%以上含有することが好ましく、より好ましくは70重量%以上含有することが望ましい。このエポキシ樹脂(A)を上記範囲で含有させることで、十分な難燃性を実現することができる。更に総エポキシ樹脂のエポキシ基に対する総フェノール樹脂のフェノール性水酸基数の比は、0.5〜1.5の範囲としてもよく、その範囲にすることで硬化性の低下を抑えることができる。
n、およびR1またはR2を構成する炭素数1〜8のアルキル基およびアリール基は、前述したものと同様である。
R2を構成する炭素数1〜8のアルキル基およびアリール基は、前述したものと同様である。
R1,R2およびR3を構成する炭素数1〜8のアルキル基およびアリール基は、前述したものと同様である。
本実施形態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、従来からの公知の手法で成形硬化すればよい。これらの樹脂組成物は電気部品或いは電子部品であるトランジスタ、集積回路等の被覆、絶縁、封止等に適用することができる。
profile QFP)等の表面実装型半導体装置等に好適に用いることができる。
(実施例1)
これら実験例で用いたエポキシ樹脂、フェノール樹脂の説明を以下に示す。
E−3:ビフェニル型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン(株)製、YX−4000H、融点105℃、エポキシ当量195)
H−2:式(9)で表されるフェノール樹脂を主成分とし、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)分析において1分子中に芳香環が3つ以下である成分の面積比が0.4%であるフェノール樹脂(水酸基当量203、軟化点67℃)
H−3:式(9)で表されるフェノール樹脂を主成分とし、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)分析において1分子中に芳香環が3つ以下である成分の面積比が0.7%であるフェノール樹脂(水酸基当量202、軟化点65℃)
H−4:式(9)で表されるフェノール樹脂を主成分とし、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)分析において1分子中に芳香環が3つ以下である成分の面積比が1.0%であるフェノール樹脂(水酸基当量202、軟化点67℃)
H−5:式(9)で表されるフェノール樹脂を主成分とし、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)分析において1分子中に芳香環が3つ以下である成分の面積比が2.0%であるフェノール樹脂(水酸基当量203、軟化点67℃)
H−7:フェノールノボラック樹脂(軟化点80℃、当量104)
エポキシ樹脂E−1 76.2重量部
フェノール樹脂H−1 51.0重量部
トリフェニルホスフィン 1.8重量部
球状溶融シリカ粉末(平均粒子径16.0μm、最大粒子径75μm)
860.0重量部
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン 4.0重量部
カルナバワックス 4.0重量部
カーボンブラック 3.0重量部
上記の全成分をミキサーにより混合した後、表面温度が90℃と45℃の2本ロールを用いて30回混練、得られた混練物シートを冷却後粉砕して、樹脂組成物とした。得られた樹脂組成物の特性を以下の方法で評価をした。評価結果を表1に示す。
・GPC分析装置
送液ポンプL−6000(日立製作所)
UVディテクター:L−4000(日立製作所)
254nmの吸光度で測定
カラム:KF−803(1本)+KF−802.5(2本)+KF−802(1本)
溶媒:テトラヒドロフラン(THF)
低圧トランスファー成形機を用いて、金型温度175℃、注入圧力9.8MPa、硬化時間120秒の条件で、長さ5inch、幅1/2inch、厚さ1/8inchの試験片を成形し、ポストキュアとして175℃、8時間加熱処理した後、23℃、相対湿度50%の環境下で48時間処理し、UL−94垂直試験に準拠して測定した。
難燃性(V−0)の判定:Fmax 10秒以下
ΣF 50秒以下
2回目接炎後グローの消滅30秒以下
滴下物による綿の着火不可
難燃性(V−1)の判定:Fmax 30秒以下
ΣF 250秒以下
2回目接炎後グローの消滅60秒以下
滴下物による綿の着火不可
難燃性(−)の判定:上記に当てはまらないもの
但し、ΣF:フレーミング時間の合計(秒)
Fmax:フレーミング時間の最大値(秒)
80pQFP(14×20×2.0mm)半導体封止用金型に離型性付与処理を施した後に、金型温度175℃、注入圧力7.3MPa、注入時間8秒、硬化時間60秒の成形条件でエポキシ樹脂組成物を用いて連続自動運転で成形した。毎ショットの成形品を未充填が発生していないか確認し、未充填が生じた時に金型をエアベント詰まりが生じているかを確認し、エアベント詰まりによる未充填が発生するまでのショット数で評価した。問題ない場合は500ショットまで確認した。
表1の処方に従い配合し、実験例1と同様に成形材料を得た。この成形材料で実験例1と同様に上記評価を行った。評価結果を表1に示す。
Claims (4)
- (A)一般式(1)で表されるエポキシ樹脂、
(化1)
(式(1)中のnは平均値を示し0〜10の値を取る。Gはグリシジル基を表し、R1およびR2はそれぞれ水素原子、炭素数1〜8のアルキル基又はアリール基のいずれかを表し、個々のR1、R2は互いに同一であっても異なっていてもよい。)
(B)一般式(2)で表されるフェノール樹脂を主成分とするとともに、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)分析において1分子中に芳香環が3つ以下である成分が面積比で0.8%以下であるフェノール樹脂
(化2)
(式(2)中のnは平均値を示し0〜10の値を取る。R1およびR2はそれぞれ水素原子、炭素数1〜8のアルキル基又はアリール基のいずれかを表し、個々のR1、R2は互いに同一であっても異なっていてもよい。)
を必須成分とすることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 - 前記(B)フェノール樹脂の軟化点が60〜70℃である請求項1又は2に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
- 請求項1、2又は3のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて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。
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