JP2000109647A

JP2000109647A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置

Info

Publication number: JP2000109647A
Application number: JP28517798A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Fujii; 昌信藤井; Tomoichi Oda; 倫一尾田; Junichi Chihama; 淳一千濱
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1998-10-07
Filing date: 1998-10-07
Publication date: 2000-04-18

Abstract

(57)【要約】【課題】臭素系難燃剤、アンチモンを含有しない、成形
性、信頼性、並びに難燃性に優れた半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置を提供するこ
と。【解決手段】（Ａ）エポキシ樹脂（Ｂ）硬化剤（Ｃ）硬
化促進剤（Ｄ）金属水和物および（Ｅ）無機充填材を必
須成分とし、（Ｄ）の金属水和物が、中心粒径１４〜２
５μｍ、且つ１０μｍ以下の粒子の割合が３０重量％以
下、且つ５μｍ以下の粒子の割合を５重量％以下とした
封止材により半導体素子を封止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、難燃性、成形性、
信頼性に優れた封止材及びそれを用いた半導体装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の封止は、生産性、コスト等
の面から樹脂封止が主流となっている。この封止用樹脂
としては、電気的特性、コスト、作業性等に優れるエポ
キシ樹脂組成物が主に用いられている。しかし、エポキ
シ樹脂は難燃性が不充分なので通常臭素化エポキシ樹脂
や三酸化アンチモン等の難燃剤を添加して難燃性の向上
を図っている。しかしながら、これら難燃剤は燃焼時に
発生するガスが環境に悪影響を及ぼすとして問題視され
つつあり、近年環境保護の観点から、これらの使用規制
の要求が強まりつつある。この要求に対し、これまでに
種々の代替難燃剤が検討されてきた。例えば、赤燐系難
燃剤を半導体封止用エポキシ樹脂に適用することについ
て、既に各種の提案が成されている。例えば表面層をＳ
ｉｘＯｙとする赤燐系難燃剤を用いるもの（特開平７−
１５７５４２号）、ビスマス、硝酸ビスマス混合物を被
覆してなる赤燐系難燃剤を用いるもの（特開平８−１５
１４２７号）、赤燐系難燃剤、ホウ素系難燃剤を用いる
もの（特開平８−１５１５０５号）、表面をフェノール
樹脂と水酸化アルミニウムで被覆した赤燐を用いるもの
（特開平９−１６５４９５号）、表面をフェノール樹脂
と水酸化アルミニウムで被覆した赤燐を用い、且つエポ
キシ／硬化剤当量比、ガラス転移温度、熱膨張係数を規
定した樹脂組成物（特開平９−２２７７６５号）等が提
案されているが、半導体用途の厳しい要求を必ずしも満
足するものではなかった。表面層をＳｉｘＯｙや酸化ビ
スマス、水酸化ビスマス、硝酸ビスマス混合物で被覆す
るだけでは赤燐から溶出するリン酸イオンによる耐湿性
の低下を免れないし、イオン補足剤を用いても十分な効
果を得ることは困難である。表面を水酸化アルミニウム
とフェノール樹脂で被覆した赤燐単独では、上記と同様
に耐湿性、高温放置性等が低下し、半導体用途としては
不適当である。一方、水酸化アルミニウム、水酸化マグ
ネシウム等の金属水和物を難燃剤として用いることで耐
湿性、高温放置性を向上させる提案は既になされている
（特開昭６４−７３６５１号、特開平９−２４１４８３
号等）。しかし、金属水和物系難燃剤を得る為には多量
の添加が必要であり、成形品の機械的特性が低下するた
め半導体封止用途には不適当であった。この問題に対
し、従来は金属水和物の粒径を細かくすることで難燃性
を向上させ、添加量を削減できると考えられていた（合
成樹脂1996.Nov Vol.42 No.11 プラスチック難燃化技術
の最新動向）。しかし、粒径の細かい金属水和物の添加
は流動性、硬化性等の低下を招くため半導体封止用途に
は不適当であった。また、金属酸化物と金属水和物の併
用効果は従来から報告されており（昭和６３年４月三菱
電線工業時報第７５号、International Wire&Cable S
ymposium Proceeding 1986）、周期律表の特定の族の酸
化物と水和物を併用したエポキシ樹脂組成物（特開平９
−１００３３７号）が提案されているが、難燃性と成形
性の両立が困難で半導体封止用としての要求に堪えるも
のはない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる状況
に鑑みなされたもので、臭素系難燃剤、アンチモンを含
有しない、成形性、信頼性、並びに難燃性に優れた半導
体封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた半導体装
置を提供することを目的とする。臭素系難燃剤の代替材
の一つとして、金属水和物が挙げられる。金属水和物系
難燃剤としては、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシ
ウム等が広く知られており、特に水酸化アルミニウムに
ついては、種々の粒度の製品が上市されている。しか
し、これらの金属水和物を単独で用いて難燃性を満足さ
せるには多量の添加が必要であり、半導体封止用エポキ
シ樹脂においては硬化性、離型性が低下し量産への適用
は困難であった。これらの問題点を解決すべく本発明者
らが鋭意研究を重ねた結果、金属水和物の粒度をある特
定の範囲とすることで難燃性が高くなり、且つ従来品の
欠点であった流動性、硬化性の低下を防止できることを
見出した。また、金属水和物の表面に特定の表面処理を
行うことで更に分散性が向上し、難燃性、流動性を向上
することができることを見出し本発明に至った。

【０００４】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、エポ
キシ樹脂、フェノール硬化剤及び無機充填材を主成分と
する封止材において、難燃剤として中心粒径が１４〜２
５μｍで、且つ１０μｍ以下の粒子の割合が組成物全体
の３０重量％以下、且つ５μｍ以下の粒子の割合が５重
量％以下とした特定の粒度を持つ金属水和物を用いるこ
とを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びそ
れを用いた半導体装置に関する。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明において用いられるエポキ
シ樹脂としては、電子部品封止用エポキシ樹脂成形材料
で一般に使用されているものを用いることができ、それ
を例示すればフェノールノボラック型エポキシ樹脂、オ
ルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂をはじめとす
るフェノール類とアルデヒド類のノボラック樹脂をエポ
キシ化したもの、ビスフェノールＡ、ビスフェノール
Ｆ、ビスフェノールＳ、アルキル置換ビフェノール等の
ジグリシジルエーテル、ジアミノジフェニルメタン、イ
ソシアヌル酸等のポリアミンとエピクロルヒドリンの反
応により得られるグリシジルアミン型エポキシ樹脂、オ
レフィン結合を過酢酸等の過酸で酸化して得られる線状
脂肪族エポキシ樹脂、及び脂環族エポキシ樹脂等があ
り、これらを適宜何種類でも併用することができる。

【０００６】本発明において用いられる（Ｂ）成分の硬
化剤としては、酸無水物類、アミン類、フェノール化合
物等が使用でき、中でもフェノール化合物が好適であ
る。これらフェノール化合物としては、フェノール、ク
レゾール、キシレノール、レゾルシン、カテコール、ビ
スフェノールＡ、ビスフェノールＦ等のフェノール類、
又はα−ナフトール、β−ナフトール、ジヒドロキシナ
フタレン等のナフトール類とホルムアルデヒド、アセト
アルデヒド、プロピオンアルデヒド、ベンズアルデヒ
ド、サリチルアルデヒド等のアルデヒド類とを酸性触媒
下で縮合させて得られる樹脂、ポリパラビニルフェノー
ル樹脂、フェノール類とジメトキシパラキシレンから合
成されるキシリレン基を有するフェノール・アラルキル
樹脂等があり、単独又は２種類以上併用してもよい。ま
た、（Ａ）のエポキシ樹脂と（Ｂ）の硬化剤の当量比
は、それぞれの未反応分を少なく抑えるために０．７〜
１．３の範囲に設定することが好ましい。

【０００７】本発明において用いられる（Ｃ）成分のエ
ポキシ樹脂と硬化剤の反応を促進するために硬化促進剤
としては、一般的なものを広く使用できるが、特に硬化
剤としてフェノール化合物を使用する場合の硬化促進剤
としては、例えば、１，８−ジアザビシクロ（５，４，
０）ウンデセン−７等のジアザビシクロアルケン及びそ
の誘導体、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルア
ミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノー
ル、トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール等の三
級アミン類、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイ
ミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、
２−ヘプタデシルイミダゾール等のイミダゾール類、ト
リブチルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン、ト
リフェニルホスフィン等の有機ホスフィン類、トリフェ
ニルホスホニウム−トリフェニルボラン、トリフェニル
ホスフィン−ベンゾキノン付加物、トリパラトリルフォ
スフィン−ベンゾキノン付加物、テトラフェニルホスホ
ニウム・テトラフェニルボレート等のテトラ置換ホスホ
ニウム・テトラ置換ボレート、２−エチル−４−メチル
イミダゾール・テトラフェニルボレート、Ｎ−メチルモ
ルホリン・テトラフェニルボレート等のテトラフェニル
ボロン塩等があり、単独又は併用して使用することがで
きる。中でも、特性のバランスの点で１，８−ジアザビ
シクロ（５，４，０）ウンデセン−７等のジアザビシク
ロアルケン及びその誘導体が好適である。

【０００８】また、充填剤としては、吸湿性の低減及び
強度向上の観点から無機充填剤を用いることが必要であ
る。無機充填剤としては、溶融シリカ、結晶シリカ、ア
ルミナ、ジルコン、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、
炭化珪素、窒化ホウ素、ベリリア、ジルコニア等の粉
体、又はこれらを球形化したビーズ、チタン酸カリウ
ム、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ等の単結晶繊維、ガ
ラス繊維等を１種類以上配合することができる。さら
に、難燃効果のある無機充填剤として硼酸亜鉛が挙げら
れ、これらを単独または併用することができる。無機充
填剤の配合量としては、吸湿性、線膨張係数の低減及び
強度向上の観点から７０重量％以上が好ましい。上記の
無機充填剤の中で、線膨張係数低減の観点からは溶融シ
リカが、高熱伝導性の観点からはアルミナが好ましく、
充填剤形状は成形時の流動性及び金型摩耗性の点から球
形が好ましい。その他の添加剤として高級脂肪族、高級
脂酸金属塩、エステル系ワックス、ポリオレフィン系ワ
ックス等の離型剤、カーボンブラック等の着色剤、エポ
キシシラン、アミノシラン、ウレイドシラン、ビニルシ
ラン、アルキルシラン、有機チタネート、アルミニウム
アルコレート等のカップリング剤等を用いることができ
る。上記のカップリング剤の中で、難燃性、硬化性の観
点からはアミノシランが好ましく、中でもγ−アニリノ
プロピルトリメトキシシラン、γ−アニリノプロピルト
リエトキシシラン、γ−アニリノプロピルメチルジメト
キシシラン、γ−アニリノプロピルメチルジエトキシシ
ランがリードフレームとの接着性、耐湿性、成形性の観
点から特に好ましい。

【０００９】必須成分（Ｄ）である金属水和物として
は、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、ニッケ
ル、鉄、銅、等の水和物、硼酸亜鉛、錫酸亜鉛等の複合
金属の水和物が挙げられる。中でも水酸化アルミニウム
が好適に用いられる。金属水和物はその粒径が、平均粒
径が１４〜２５μｍであり、且つ１０μｍ以下の粒子の
割合が３０重量％以下、且つ５μｍ以下の粒径の割合が
５重量％以下であるものを用いる。特に好ましくは平均
粒径１４〜２５μｍ、且つ１０μｍ以下の粒径の粒子の
割合が１０重量％以下、且つ５μｍ以下の粒子の割合が
１重量％以下であるものを用いる。ここで言う平均粒径
とは、レーザー回折法で測定した粒度分布において積算
重量が５０％になる粒径であり、また５μｍ、１０μｍ
以下の粒子の割合についてもレーザー回折法で測定した
粒度分布において、それぞれの粒径以下での積算重量％
を言う。金属水和物はステアリン酸、シランカップリン
グ剤、ポリアミド等により表面処理を行ったものを用い
ることがより好ましい。金属水和物の配合量は、組成物
全体の５〜４０重量％が好ましい。５重量％よりも少な
ければ充分な難燃性が得られないし、４０重量％よりも
多ければ硬化性、流動性に問題が出やすい。１０〜３０
重量％の範囲が特に好適である。

【００１０】その他の添加物として、着色剤（カーボン
ブラック等）、改質剤（シリコーン、シリコーンゴム
等）、イオントラッパー（ハイドロタルサイト、アンチ
モン−ビスマス等）を用いることができる。以上のよう
な原材料を用いて成形材料を作成する一般的な方法とし
ては、所定の配合量の原材料混合物をミキサー等によっ
て充分混合した後、熱ロール、押出機等によって混練
し、冷却、粉砕、することによって成形材料を得ること
かできる。

【００１１】本発明で得られるエポキシ樹脂組成物を用
いて、電子部品を封止する方法としては、低圧トランス
ファ成形法が最も一般的であるが、インジェクション成
形、圧縮成形、注型等の方法によっても可能である。上
記した手段を用いて製造したエポキシ樹脂組成物は、臭
素系難燃剤、アンチモン化合物を含有しないため環境に
優しく、且つ成形性、信頼性に優れておりトランジス
タ、ＩＣ、ＬＳＩ等の封止に好適に用いることができ
る。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明
するが、本発明はこれに限定されるものではない。金属水和物の粒度調整住友化学（株）製水酸化アルミニウムＣＬ−３１０を用
い、篩分けにより以下の粒度に調整した。＊１レーザー回折法による

【００１３】実施例１〜５比較例１〜６まず、表１に示す各種の素材を用い、各素材を予備混合
（ドライブレンド）した後、二軸ロール（ロール表面温
度約８０℃）で１０分間混練し、冷却粉砕して製造し
た。

【００１４】

【表１】

【００１５】

【表２】

【００１６】この封止材をトランスファー成形機を用
い、金型温度１８０℃、成形圧力７０ｋｇｆ／ｃｍ² 、
硬化時間９０秒の条件で各試験を行った。スパイラルフ
ローは、ＥＭＭＩ１−６６により測定した。熱時硬度は
ショア硬度計にて測定した。また、この封止材を用い
て、半導体素子をトランスファー成形機で同様の条件で
成形し、ポストキュア（１７５℃／５ｈ）後耐湿性を評
価した。耐湿性の測定に用いた半導体装置は、ＳＯＰ−
２８ピンであり、８５℃／８５ＲＨ％７２時間、耐湿＋
２１５℃／９０秒（ＶＰＳ）の前処理後、ＰＣＴ（１２
１℃／２気圧）に放置してチップ上配線の断線の有無を
評価した。高温放置性に用いた半導体装置は、ＳＯＰ−
２８ピンであり、１７５℃にて所定の時間放置後の金線
の接合強度を測定し判定した。上記の試験結果をまとめ
て表３に示す。本発明にかかる実施例は、比較例にくら
べいづれも優れた特性を示した。

【００１７】

【表３】

【００１８】

【発明の効果】本発明は、エポキシ樹脂、フェノール硬
化剤及び無機充填材を主成分とする半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物において、難燃剤として特定の粒度を持つ
金属水和物を必須成分として配合することにより成形
性、信頼性に優れ、且つ環境に対する影響が極めて小さ
い成形材料を提供することができる。また、この成形材
料を用いて半導体素子を封止することで、信頼性、難燃
性に優れた半導体装置が得られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31 (72)発明者千濱淳一茨城県結城市大字鹿窪1772−１日立化成工業株式会社下館工場内Ｆターム(参考） 4J002 BC12X CC03X CC04X CC05X CC06X CD01W CD02W CD03W CD05W CD06W CD11W CD13W CE00X DE077 DE087 DE097 DE098 DE117 DE147 DE148 DE187 DE188 DE238 DJ008 DJ018 DK007 DK008 DL008 EN026 EN036 EN106 EU116 EW016 EY016 FA048 FA088 FB097 FB237 FB267 FD018 FD030 FD090 FD137 FD14X FD156 FD160 FD200 GJ02 GQ00 4J036 AD04 AD08 AD21 AF06 AF07 AH07 AH20 AJ09 AK01 DA01 DA02 DA04 DC02 DC12 DC13 DC41 DC46 FA01 FA02 FA05 FA12 FB07 FB08 GA04 JA07 4M109 AA01 BA01 CA21 EA02 EB02 EB04 EB07 EB08 EB09 EB12 EB16 EC20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）エポキシ樹脂（Ｂ）硬化剤（Ｃ）硬
化促進剤（Ｄ）金属水和物および（Ｅ）無機充填材を必
須成分とし、（Ｄ）の金属水和物が、中心粒径１４〜２
５μｍで、且つ１０μｍ以下の粒子の割合が３０重量％
以下、且つ５μｍ以下の粒子の割合が５重量％以下とし
たことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項２】（Ｄ）の金属水和物が、中心粒径１４〜２
５μｍで、且つ１０μｍ以下の粒子の割合が１０重量％
以下、且つ５μｍ以下の粒子の割合が１重量％以下とし
たものである請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂
組成物。
【請求項３】（Ｄ）の金属水和物が表面をカップリング
剤、またはステアリン酸、またはポリアミドで被覆され
ていることを特徴とする請求項１または２記載の半導体
封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項４】（Ｄ）の金属水和物が水酸化アルミニウム
である請求項１乃至３のいづれかに記載の半導体封止用
エポキシ樹脂組成物。
【請求項５】（Ｃ）の硬化促進剤が、ジアザビシクロア
ルケンまたはその誘導体である請求項１乃至４のいづれ
かに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項６】請求項１乃至５のいづれかに記載の封止用
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
樹脂封止型半導体装置。