JP2000103938A - 封止用のエポキシ樹脂組成物および半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 離型性に優れるとともに、従来に比較して著
しく金型汚れおよび成形品表面の汚れが少なく、連続成
形性に優れる封止用のエポキシ樹脂組成物と、成形品表
面の汚れが少ない半導体装置を提供する。 【解決手段】 このエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹
脂と硬化剤と硬化促進剤と無機充填材と離型剤とを含む
エポキシ樹脂組成物において、下記一般式（１）で示さ
れるオルガノポリシロキサンをも含む。また、このエポ
キシ樹脂組成物を用いて半導体装置を封止する。 【化１】 〔式（１）中、Ｘはポリエーテル基（ポリオキシアルキ
レン基）であり、Ｙはアルコキシ基であり、Ｚは、エポ
キシ基、アミノ基、水酸基、カルボキシル基からなる群
から選ばれるいずれかの官能基であり、ｌ、ｍ、ｎ、ｏ
は１以上の任意の整数である。〕

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子等の封
止に使用されるエポキシ樹脂組成物と、これを用いて封
止した半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子（チップ）などの電子部品の
封止方法として、セラミックや熱硬化性樹脂を封止材に
用いる方法が、従来より行われている。なかでも、エポ
キシ樹脂による封止が、経済性と性能のバランスの点で
好ましく、広く行われている。半導体素子の樹脂封止
は、例えばリードフレーム用金属上に半導体素子を搭載
し、その半導体素子とリードフレームをボンディングワ
イヤー等を用いて電気的に接続し、金型を使用して、半
導体素子の全体及びリードフレームの一部を、樹脂で封
止することにより行われる。

【０００３】封止用のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ
樹脂と硬化剤を必須成分として含み、封止の際に使用す
る金型からの脱型を容易にするためにワックスなどの離
型剤が配合されている。ところで、上記樹脂封止を連続
的に行っているうちに、離型剤の影響で徐々に金型汚れ
が発生し、これにより成形品表面に汚れが発生すること
が問題となっている。

【０００４】この問題は、離型剤量を低減することによ
り解決できるが、そうすると、離型性が低下し、連続成
形時に脱型が円滑に行かなくなる。近年、チップの大型
化に対応して封止材の曲げ弾性率を下げるためにシリコ
ーン成分を添加する傾向にあるが、ベース樹脂とシリコ
ーン成分の相溶性が通常あまり良くないため、これによ
るブリードアウトが起き、金型汚れ、パッケージ汚れを
更に悪化させる傾向にある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の課題
は、離型性に優れるとともに、従来に比較して著しく金
型汚れおよび成形品表面の汚れが少なく、連続成形性に
優れるエポキシ樹脂組成物と、成形品表面の汚れが少な
い半導体装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明にかかる封止用のエポキシ樹脂組成物は、エ
ポキシ樹脂と硬化剤と硬化促進剤と無機充填材と離型剤
とを含むエポキシ樹脂組成物において、下記一般式
（１）で示されるオルガノポリシロキサンをも含むこと
を特徴とする。

【０００７】

【化２】

【０００８】〔式（１）中、Ｘはポリエーテル基（ポリ
オキシアルキレン基）であり、Ｙはアルコキシ基であ
り、Ｚはエポキシ基、アミノ基、水酸基、カルボキシル
基からなる群から選ばれるいずれかの官能基であり、
ｌ、ｍ、ｎ、ｏは１以上の任意の整数である。〕 上記課題を解決するために、本発明にかかる半導体装置
は、半導体素子がエポキシ樹脂組成物を用いて封止され
ている半導体装置において、前記エポキシ樹脂組成物と
して上記本発明にかかるエポキシ樹脂組成物を用いるこ
とを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】（エポキシ樹脂組成物）エポキシ
樹脂としては、封止材に一般的に使用可能なエポキシ樹
脂を使用することができる。なお、本発明では、エポキ
シ樹脂の必須成分として、２核体量１０％以下のオルソ
クレゾールノボラックエポキシ樹脂を使用することが好
ましい。２核体の成分は未反応分となる確率が高く、そ
れが金型表面に堆積されて金型汚れとなり、この汚れが
成形品に転写されてパッケージ汚れを引き起こす傾向が
あるからである。２核体量１０％以下のオルソクレゾー
ルノボラックエポキシ樹脂としては市販品を使用でき
る。勿論、この樹脂と、その他のエポキシ樹脂とを併用
することができる。この併用の場合、２核体量１０％以
下のオルソクレゾールノボラックエポキシ樹脂のエポキ
シ樹脂全体に対する割合は、２０〜１００重量％が好ま
しく、５０〜１００重量％がより好ましい。前記範囲
（２０重量％）を下回ると連続成形時の金型汚れが起こ
りやすくなる傾向がある。上記その他のエポキシ樹脂と
しては、１分子中に２個以上のエポキシ基を持っている
ものであれば特に制限はないが、例えば、２核体量１０
％超のオルソクレゾールノボラックエポキシ樹脂、フェ
ノールノボラックエポキシ樹脂、ビスフェノール型エポ
キシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタ
ジエン型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらは単独で
用いても併用してもよい。

【００１０】硬化剤としては、連続成形時の金型汚れを
より起こりにくくするという点からは２核体量１０％以
下のフェノールノボラック樹脂を使用するのが好ましい
が、封止用のエポキシ樹脂に通常用いられる硬化剤のみ
を用いたり、あるいは、２核体量１０％以下のフェノー
ルノボラック樹脂と通常の硬化剤とを併用したりするこ
とができる。この併用の場合、硬化剤全体に対する２核
体量１０％以下のフェノールノボラック樹脂の割合は、
２０〜１００重量％が好ましく、５０〜１００重量％が
より好ましい。前記範囲（２０重量％）を下回ると連続
成形時の金型汚れが起こりやすくなる傾向がある。その
理由は、上記エポキシ樹脂のところで述べたのと同じで
ある。２核体量１０％以下のフェノールノボラック樹脂
は、市販のものを用いることができる。また、通常の硬
化剤としては、たとえば、２核体量１０％超のフェノー
ルノボラック樹脂、フェノールアラルキル型（フェノー
ルアラルキル型の繰り返し単位数ｎ＝０〜１０）、ジシ
クロペンタジエン型（ジシクロペンタジエン型の繰り返
し単位数ｎ＝０〜１０）などの多価フェノール化合物、
ナフトール化合物、無水ヘキサヒドロフタル酸等の酸無
水物、クレゾール、キシレノール、レゾールシン等とホ
ルムアルデヒドとを縮合反応して得られるノボラック樹
脂、アミン系硬化剤等が挙げられる。これらは単独で用
いても併用してもよい。

【００１１】前記硬化剤の配合割合は、エポキシ樹脂１
当量に対して硬化剤０．５〜１．５当量の範囲に設定す
ることが好ましく、より好ましくは０．８〜１．２当量
である。硬化剤の配合割合が上記範囲を外れると信頼性
が劣ると共に成形時の剛性が下がり作業性に悪影響を与
える傾向がある。エポキシ樹脂組成物では、硬化促進の
ために、通常、硬化促進剤が用いられる。硬化促進剤と
しては、エポキシ樹脂と硬化剤の反応を促進させる作用
があるものであれば特に制限はないが、たとえば、トリ
フェニルホスフィン（ＴＰＰ）、トリブチルホスフィ
ン、トリメチルホスフィン等の有機ホスフィン、２−メ
チルイミダゾール（２ＭＺ）、２−フェニル−４−メチ
ルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール等のイミダ
ゾール、１，８−ジアザビシクロ〔５，４，０〕ウンデ
セン−７、トリエタノールアミン、ベンジルジメチルア
ミン等の３級アミン系硬化促進剤等が挙げられる。これ
らは単独で用いてもよく、併用してもよい。硬化促進剤
として有機ホスフィンを用いると更に金型汚れを抑える
ことができるので好ましい。

【００１２】前記硬化促進剤の配合割合は、封止用樹脂
組成物全体に対して硬化促進剤０．０３〜１．０重量％
であることが好ましい。硬化促進剤の配合量が０．０３
重量％未満では、ゲル化時間が長くなり、硬化作業性を
著しく低下させる傾向がみられ、逆に１．０重量％を超
えると、材料がランナー流動中に硬化してしまい、未充
填になりやすくなる恐れがあるからである。

【００１３】封止部分の樹脂硬化物の、信頼性を向上さ
せたり、強度を高めたり、熱放散性を向上させたりする
ために、通常は、エポキシ樹脂組成物中に無機充填材を
配合することができる。無機充填材としては、特に限定
する訳ではないが、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ
等を挙げることができる。これらは単独で使用されるほ
か、併用されることもある。充填剤の配合割合は、特に
限定されないが、組成物全体の６０〜９０重量％である
ことが好ましい。

【００１４】本発明にかかるエポキシ樹脂組成物には離
型剤が配合されている。離型剤としては、封止材に通常
使用しているものを使用できる。例えば、天然カルナバ
系、長鎖脂肪酸類、およびその金属石鹸類、エステル
類、アマイド類、または、ポリエチレン系ワックス等の
ポリオレフィン類などを用いることができ、単独で用い
ても、２種類以上を併用してもよい。具体的には、カル
ナバワックス、ステアリン酸、モンタン酸、カルボキシ
ル基含有ポリオレフイン等が好ましく用いられる。これ
らは単独で使用されるほか、併用されることもある。離
型剤の配合割合は組成物全体の０．０５〜１．５重量％
であることが好ましい。離型剤として脂肪酸アミドを用
いると、金型汚れがより一層生じ難くなる。

【００１５】本発明にかかるエポキシ樹脂組成物には、
この離型剤が成形品表面にブリードすることを防ぐため
に下記一般式で示されるオルガノポリシロキサンも配合
される。その配合割合は、組成物全体の０．０５〜１．
５重量％であることが好ましい。この範囲を下回ると離
型剤の表面ブリードの発生が多くなる傾向があり、この
範囲を越えるとオルガノポリシロキサン自身のブリード
が多くなる傾向がある。

【００１６】

【化３】

【００１７】〔式（１）中、Ｘはポリエーテル基（ポリ
オキシアルキレン基）であり、Ｙはアルコキシ基であ
り、Ｚはエポキシ基、アミノ基、水酸基、カルボキシル
基からなる群から選ばれるいずれかの官能基であり、
ｌ、ｍ、ｎ、ｏは１以上の任意の整数である。〕 Ｘであるポリエーテル基としては、たとえば下式（２）
で示される基があげられる。

【００１８】

【化４】

【００１９】〔式（２）中、ａは２〜３、ｂ＋ｃは５〜
１００、好ましくは１０〜５０、ｄは２〜３であり、繰
り返し数ｂとｃの繰り返し単位の順番は入れ代わってい
てもよい。〕 Ｙであるアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ
基などの炭素数１〜２のものがあげられる。

【００２０】上記オルガノポリシロキサンで無機充填材
を予め表面処理しておく場合には、たとえば、ポリオル
ガノシロキサンオイルなどの液状の上記オルガノポリシ
ロキサンを無機充填材に噴霧した後、ミキサー等でよく
分散することが好ましいが、配合順序等は特に制限する
ものではない。ただし、このように、オルガノポリシロ
キサンで無機充填材を予め表面処理しておくと、特に無
機充填材としてシリカを用いる場合、オルガノポリシロ
キサンのアルコキシ基とシリカ表面のシラノール基との
反応により成形品ブリードアウトがより低減するので好
ましい。

【００２１】本発明にかかる封止用エポキシ樹脂組成物
には、必要に応じて、着色剤、低応力化剤、難燃剤等が
適宜量添加されてよい。着色剤としては、例えばカーボ
ンブラック、酸化チタン等が挙げられる。低応力化剤と
しては、例えば、シリコーンゲル、シリコーンゴム、シ
リコーンオイル等が挙げられる。難燃剤としては、例え
ば、三酸化アンチモン、ハロゲン化合物、リン化合物等
が挙げられる。前記着色剤、低応力化剤、難燃剤等は２
種類以上を併用することもできる。

【００２２】本発明のエポキシ樹脂組成物は、前述した
各成分をミキサー等によって均一に混合したのち、ロー
ル、ニーダー等によって混練することで製造することが
できる。成分の配合順序は特に制限はない。本発明のエ
ポキシ樹脂組成物は、より具体的には、例えば、エポキ
シ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機充填剤その他の配合
成分を混合分散した後、加熱ロール等で溶融混練し、こ
の混練物を冷却・固化した後、粉砕し、必要ならタブレ
ット状に打錠することにより製造することができる。 （半導体装置の封止）このようにして得られたエポキシ
樹脂組成物は、金型を用い、固形の場合はタブレットを
トランスファー成形することにより、半導体装置のリー
ドフレームに搭載した半導体素子を封止することができ
る。

【００２３】上記リードフレームとしては、電気伝導性
の点で銅合金製のリードフレームが、また、熱膨張率の
点で４２アロイ合金製のリードフレームが一般に使用さ
れている。

【００２４】

【実施例】表１に示す配合でエポキシ樹脂組成物を製造
し、半導体装置の封止を行った。表１で使用されている
オルガノポリシロキサンＡとＢは、それぞれ、上記一般
式（１）で表される化合物である。オルガノポリシロキ
サンＡは、日本ユニカー社製のＭＡＣ２１０１であり、
Ｘが上記一般式（２）を満し、Ｙ＝メトキシ基、Ｚ＝エ
ポキシ基、ｌ≧１、ｍ≧１、ｎ＝１２．５、ｏ＝４、エ
ポキシ当量１２３０のものである。オルガノポリシロキ
サンＢは、日本ユニカー社製のＭＡＣ２３０１であり、
Ｘが上記一般式（２）を満し、Ｙ＝メトキシ基、Ｚ＝水
酸基、ｌ≧１、ｍ≧１、ｎ＝１２．５、ｏ＝４、水酸基
当量１２２０のものである。

【００２５】一方、オルガノポリシロキサンＣは、日本
ユニカー社製のＦ−２０８−１９であり、Ｚ＝エポキシ
基、ｌ＝９０、ｍ＝０、ｎ＝０、ｏ＝１０、エポキシ当
量８５０のものである。すなわち、オルガノポリシロキ
サンＣは、ｍ＝０、ｎ＝０という点で式（１）を満足し
ない。エポキシ樹脂と硬化剤のそれぞれの２核体量は以
下に示すとおりである。なお、表１中の単位は重量基準
である。 オルソクレゾールノボラックエポキシ（ａ）：ＥＳＣＮ
１９５ＸＬ（住友化学社製）、エポキシ当量１９５、２
核体量１１％； オルソクレゾールノボラックエポキシ（ｂ）：ＥＯＣＮ
４５００（日本化薬社製）、エポキシ当量１９４、２核
体量３％； フェノールノボラック（ｃ）：タマノール７５４（荒川
化学社製）、水酸基当量１０５、２核体量１５％； フェノールノボラック（ｄ）：ＶＲ９３０５（三井化学
社製）、水酸基当量１０３、２核体量５％； ブロム化エポキシ：ＥＳＢ４００（住友化学社製）、エ
ポキシ当量４００。

【００２６】

【表１】

【００２７】エポキシ樹脂組成物の製造条件は以下のと
おりであり、半導体封止条件は以下のとおりであった。 （エポキシ樹脂組成物の製造条件）各成分をミキサー等
によって均一に混合したのちロール，ニーダー等によっ
て混練することによって製造した。すなわち、２軸加熱
ロールを用いて温度８５℃で５分間混練し、次いで冷却
した。その後、粉砕機で粉砕して、封止材料を得た。 （封止条件）成形圧力７０ｋｇ／ｃｍ² 、成形温度１７
０℃、成形時間９０秒で、ＴＯ２２０パッケージを封止
成形して、半導体装置の成形品を得た。 （パッケージ汚れ）ＴＯ２２０パッケージ金型を搭載し
たマルチプランジャープレスを用いて８００ｓ（ショッ
ト）まで連続成形したときのパッケージ汚れを目視で確
認し、汚れが発生した時点までのショット数で判定し
た。 （離型性）成形動作終了後に、パッケージ、カル等が金
型に残る不具合が発生するか否かを観察し、否を問題な
しと判定した。

【００２８】

【発明の効果】請求項１〜６の発明にかかる封止用のエ
ポキシ樹脂組成物は、連続成形時においても従来に比較
して著しく金型汚れを起こし難く、連続成形性に優れ
る。請求項３の発明のエポキシ樹脂組成物によれば、さ
らに、成形品ブリードアウトがより低減する。

【００２９】請求項４の発明のエポキシ樹脂組成物によ
れば、さらに、金型汚れを起こし難い。請求項５、６の
発明のエポキシ樹脂組成物によれば、さらに、金型汚
れ、パッケージ汚れをより抑えることができる。請求項
７の発明にかかる半導体装置は、上記本発明にかかるエ
ポキシ樹脂組成物を使用して半導体封止を行うため、連
続成形により作られた場合でもパッケージ汚れが起こり
にくい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4J002 CC03X CD02W CD04W CD05W CD06W CP053 CP063 CP093 EW136 FB097 FB267 FD017 FD14X FD156 FD168 GQ05 4M109 AA01 BA01 CA21 EA02 EB03 EB04 EB06 EB09 EB12 ED10

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エポキシ樹脂と硬化剤と硬化促進剤と無機
   充填材と離型剤とを含むエポキシ樹脂組成物において、
   下記一般式（１）で示されるオルガノポリシロキサンを
   も含むことを特徴とする、封止用のエポキシ樹脂組成
   物。 【化１】 〔式（１）中、Ｘはポリエーテル基（ポリオキシアルキ
   レン基）であり、Ｙはアルコキシ基であり、Ｚはエポキ
   シ基、アミノ基、水酸基、カルボキシル基からなる群か
   ら選ばれるいずれかの官能基であり、ｌ、ｍ、ｎ、ｏは
   １以上の任意の整数である。〕
2. 【請求項２】前記オルガノポリシロキサンの含有量が、
   組成物全体に対して、０．０５〜１．５重量％である、
   請求項１に記載の封止用のエポキシ樹脂組成物。
3. 【請求項３】前記無機充填材が前記オルガノポリシロキ
   サンで予め表面処理されている、請求項１または２に記
   載の封止用のエポキシ樹脂組成物。
4. 【請求項４】前記硬化促進剤が有機ホスフィンである、
   請求項１から３までのいずれかに記載の封止用のエポキ
   シ樹脂組成物。
5. 【請求項５】前記硬化剤が２核体量１０％以下のフェノ
   ールノボラック樹脂である、請求項１から４までのいず
   れかに記載の封止用のエポキシ樹脂組成物。
6. 【請求項６】前記エポキシ樹脂として２核体量が１０％
   以下のオルソクレゾールノボラックエポキシ樹脂が用い
   られている、請求項１から５までのいずれかに記載の封
   止用のエポキシ樹脂組成物。
7. 【請求項７】半導体素子がエポキシ樹脂組成物を用いて
   封止されている半導体装置において、前記エポキシ樹脂
   組成物として請求項１から６までのいずれかに記載のエ
   ポキシ樹脂組成物が用いられていることを特徴とする半
   導体装置。