JP2002080562A

JP2002080562A - 液状エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

Info

Publication number: JP2002080562A
Application number: JP2000393663A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Makita; 俊幸牧田; Yasutaka Miyata; 靖孝宮田; Takashi Hasegawa; 貴志長谷川; Hiroshi Yamanaka; 浩史山中
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2000-12-25
Publication date: 2002-03-19

Abstract

(57)【要約】【課題】作業性が良好で耐熱衝撃性その他の信頼性に
優れた液状エポキシ樹脂組成物を提供する。【解決手段】エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤を必
須成分とする液状エポキシ樹脂組成物に関する。硬化剤
として下記の式（Ａ）で示される酸無水物を含有する。
これによって液状エポキシ樹脂組成物の粘度が低下し作
業性が良好となる。しかも硬化物の耐熱衝撃性が向上す
ると共に耐湿性の低下が防止される。【化１】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子を封止
するために用いられる液状エポキシ樹脂組成物及びこの
液状エポキシ樹脂組成物を用いて封止した半導体装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、樹脂封止型半導体装置としては、
デバイスの高密度化、高集積度化、動作の高速化等の傾
向の中で、ＱＦＰ等の従来型のパッケージよりもさらに
小型化、薄型化を可能とする半導体素子のパッケージが
要求されている。このような要求に対して、ＢＧＡやＣ
ＳＰといったパッケージ、あるいはベアチップ実装とい
った、半導体素子をパッケージに収容せずに基板に搭載
する実装方法が、高密度実装を可能とするものとして注
目されている。実際にこのようなパッケージや実装方法
を用いた電化製品としては、デジタルカメラ、ビデオ、
ノート型パソコン、携帯電話といったものを挙げること
ができる。今後はこのような電化製品自体の小型化、薄
型化、複雑化がさらに進み、これに伴って耐熱衝撃性そ
の他の信頼性の向上が求められると共に、電化製品内部
に収容される基板や各電子部品にも同様な性質が求めら
れるものである。

【０００３】そして、これまで樹脂封止型半導体装置に
おいて、半導体素子を封止する封止樹脂としては、ビス
フェノール型エポキシ樹脂や脂環式エポキシ樹脂等のエ
ポキシ樹脂を主要成分とするもので、液状の酸無水物や
フェノールノボラック等の硬化剤、さらに無機充填材等
を含有する液状エポキシ樹脂組成物が用いられてきた。

【０００４】ところが、このような液状エポキシ樹脂組
成物で封止された半導体装置では、チップ等の半導体素
子と、封止樹脂が硬化した硬化物との間の熱膨張係数の
差が大きく、ヒートサイクル試験を行った際に応力が発
生し、半導体素子や硬化物にクラックが生じ、製品とし
ての信頼性の低下を招いていた。このため、液状エポキ
シ樹脂組成物に無機充填材を高充填させることによっ
て、半導体素子と硬化物との間の熱膨張係数の差を低減
することで上記の問題を改善してきた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、液状エ
ポキシ樹脂組成物に無機充填材を多く充填すると、粘度
が上昇して流動性が失われ、塗布作業時における作業性
が悪化し、半導体素子を封止することが困難となるもの
である。しかも、このように無機充填材を高充填させた
液状エポキシ樹脂組成物は、密着性や耐熱衝撃性も低下
する傾向があった。

【０００６】そこで、酸無水物を硬化剤として用い、液
状エポキシ樹脂組成物を低粘度化することによって、作
業性の向上が図られている。しかし、一般的な酸無水物
は加水分解し易いものであるため、このような酸無水物
を含有する液状エポキシ樹脂組成物は、作業環境下にお
いて空気中の水分を吸収し遊離酸を生成させることとな
る。このように液状エポキシ樹脂組成物が水分を吸収す
ると、作業性に変化が生ずる他に、液状エポキシ樹脂組
成物の硬化物の諸特性にも悪影響が及ぶおそれがあるも
のである。

【０００７】特に、近年においては電化製品の小型化、
薄型化に伴い、薄膜形状化された半導体装置が多く使用
されている。このような薄膜形状は軽薄短小に適した形
状ではあるが、この形状を形成する封止樹脂は、その質
量に対する表面積が著しく増大することとなり、吸湿の
影響を受け易くなる。そのため特に薄膜形状の硬化物は
吸湿によって不安定化され易いという問題があった。

【０００８】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、作業性が良好で耐熱衝撃性その他の信頼性に優れ
た液状エポキシ樹脂組成物及びこの液状エポキシ樹脂組
成物を用いて封止した半導体装置を提供することを目的
とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
液状エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、硬
化促進剤を必須成分とする液状エポキシ樹脂組成物にお
いて、硬化剤として下記の式（Ａ）で示される酸無水物
を含有して成ることを特徴とするものである。

【００１０】

【化２】

【００１１】また請求項２の発明は、請求項１におい
て、硬化剤全量に対して式（Ａ）で示される酸無水物を
５〜１００質量％含有して成ることを特徴とするもので
ある。

【００１２】また請求項３の発明は、請求項１又は２に
おいて、式（Ａ）で示される酸無水物のアルキル基がメ
チル基であることを特徴とするものである。

【００１３】また請求項４の発明は、請求項１乃至３の
いずれかにおいて、硬化促進剤として少なくともイミダ
ゾール類又はアミン類化合物を含有して成ることを特徴
とするものである。

【００１４】また請求項５の発明は、請求項１乃至４の
いずれかにおいて、液状エポキシ樹脂組成物全量に対し
てシリコーン成分を１〜１５質量％含有して成ることを
特徴とするものである。

【００１５】また請求項６の発明は、請求項１乃至５の
いずれかにおいて、シリコーン成分としてシリコーンパ
ウダーを用いて成ることを特徴とするものである。

【００１６】また請求項７の発明は、請求項１乃至５の
いずれかにおいて、シリコーン成分としてシリコーンオ
イルを用いて成ることを特徴とするものである。

【００１７】また本発明の請求項８に係る半導体装置
は、請求項１乃至７のいずれかに記載の液状エポキシ樹
脂組成物で半導体素子が封止されて成ることを特徴とす
るものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。

【００１９】本発明においてエポキシ樹脂としては、半
導体封止用に使用されるものであれば制限されることな
く用いることができるが、例えばｏ−クレゾールノボラ
ック型エポキシ樹脂、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、ビスフェノール型エ
ポキシ樹脂、ブロム含有エポキシ樹脂、ナフタレン骨格
を持ったエポキシ樹脂などを挙げることができる。

【００２０】また硬化剤としては、エポキシ樹脂硬化用
のものであれば特に制限されないが、例えばフェノール
ノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、フェノー
ルアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、ジシク
ロペンタジエン型フェノール樹脂、トリフェニルメタン
型フェノール樹脂、ザイロック型フェノール樹脂、テル
ペン型フェノール樹脂など各種の多価フェノール樹脂、
酸無水物を挙げることができる。

【００２１】ここで、エポキシ樹脂に対する硬化剤の当
量比は、０．５〜１．５になるように設定するのが好ま
しく、０．７〜１．３になるようにするのがより好まし
い。また、式（Ａ）で示される酸無水物を含む全硬化剤
を液状エポキシ樹脂組成物１００質量部に対して３〜１
０質量部となるように配合すると、硬化物の耐湿性や電
気的・機械的特性が向上するため好ましい。硬化剤の配
合量が３質量部未満であると、硬化反応が不十分となり
機械的特性が低下するおそれがあり、逆に１０質量部を
超えると、ガラス転移温度（Ｔｇ）が低下したり、吸湿
率が上昇したりするおそれがある。またエポキシ樹脂と
全硬化剤とのモル比は、１：０．９となるように配合す
ると、硬化物のガラス転移温度（Ｔｇ）が高まって熱的
信頼性が向上するため好ましい。

【００２２】ただし本発明では、硬化剤として式（Ａ）
で示される酸無水物を少なくとも用いるようにしてあ
る。これによって、液状エポキシ樹脂組成物に無機充填
材を高充填させた場合であっても、低粘度が確保されて
塗布作業を良好に行うことができると共に硬化物の耐熱
衝撃性を向上させることができるものである。しかも、
式（Ａ）で示される酸無水物は加水分解し難いものであ
るため、この酸無水物を含有する液状エポキシ樹脂組成
物は塗布作業時において吸湿し難いものとなり、従来の
一般的な酸無水物を含有する封止樹脂よりも、塗布時に
おける作業性の経時変化が低く抑えられるものである。
さらに、硬化物も吸湿し難いものであるため、いかなる
作業環境下においてもバラツキの無い安定した諸特性を
得ることができるものである。この式（Ａ）で示される
酸無水物は、硬化剤全量に対して５〜１００質量％含有
するように配合するのが好ましい。配合量が５質量％未
満であると、耐熱衝撃性等の信頼性を高く得ることがで
きないおそれがある。

【００２３】式（Ａ）で示される酸無水物において、ア
ルキル基（式中、Ｒで表す）としては、メチル基、エチ
ル基、プロピル基、ｔ−ブチル基を挙げることができ
る。あるいはアルキル基の代わりに水素基であってもよ
い。これらのうちでは、メチル基を持つ酸無水物が好ま
しい。エチル基以上の炭素数（２個以上）を有するアル
キル基を持つ酸無水物を、液状エポキシ樹脂組成物の調
製に用いると、酸無水物の分子量が増加して粘度を低下
させることが困難となり、作業性が悪化するおそれがあ
るものである。

【００２４】また硬化促進剤としては、特に制限される
ものではないが、トリフェニルホスフィン（ＴＰＰ）等
の有機ホスフィン類、１，８−ジアザビシクロ（５，
４，０）ウンデセン−７（ＤＢＵ）等の三級アミン類や
アミンアダクト化合物等のアミン類化合物、２−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
ール類を用いることができる。上記のうち、少なくとも
イミダゾール類又はアミン類化合物を用いるのが好まし
い。これらを除く硬化促進剤を用いると、硬化物のガラ
ス転移温度（Ｔｇ）が低下して、ＰＣＴ（プレッシャク
ッカ試験）において耐湿性が悪化するおそれがあるもの
である。

【００２５】また、液状エポキシ樹脂組成物中にはシリ
コーン成分を配合することもできる。特に、液状エポキ
シ樹脂組成物全量に対してシリコーン成分を１〜１５質
量％含有すると、硬化物が可撓性を示すようになり、こ
の硬化物で作製された半導体装置をプリント配線板に実
装するにあたって、リフロー半田付け時や熱衝撃時にお
ける熱ストレスに対して応力緩和が図れ、耐熱衝撃性を
向上することができて、好ましい。シリコーン成分が１
質量％未満であると、応力緩和の効果を十分に得ること
ができなくなるおそれがあり、逆に１５質量％を超える
と、材料そのものの強度が低下したり、接着性が低下し
たりするおそれがある。

【００２６】上記のようなシリコーン成分としては、特
に制限されるものではないが、例えば平均粒径５μｍの
シリコーンパウダーを用いると、硬化物の強度の低下が
抑えられると共に低応力化を図ることができて好まし
く、またシリコーンオイルを用いると、液状エポキシ樹
脂組成物の粘度の増加が抑えられて作業性を損なうこと
が無くなると共に硬化物の低応力化を図ることができて
好ましい。

【００２７】また無機充填材としては、溶融シリカ、結
晶シリカ、微粉シリカ、アルミナ、窒化珪素、マグネシ
アなど、半導体封止用に使用される任意のものを用いる
ことができる。これらのうち溶融シリカを用いるのが好
ましい。

【００２８】本発明に係る液状エポキシ樹脂組成物は、
上記のエポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤を主成分と
し、さらに必要に応じてシリコーン成分、無機充填材、
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランやγ−メ
ルカプトプロピルトリメトキシシラン等のカップリング
剤、難燃剤、界面活性剤、着色剤、反応性希釈剤、溶剤
などを配合し、これをミキサーやブレンダー等で均一に
混合した後に、ニーダーやロールで加熱混練することに
よって調製することができるものである。

【００２９】そして上記のようにして調製した液状エポ
キシ樹脂組成物を用いて封止成形することによって、半
導体装置を作製することができる。例えば、基板等の上
にＩＣ等の半導体素子を実装し、この上にポッティング
等して封止成形することによって、半導体素子を液状エ
ポキシ樹脂組成物による封止樹脂で封止した半導体装置
を作製することができるものである。

【００３０】

【実施例】以下、本発明を実施例によって具体的に説明
する。

【００３１】エポキシ樹脂として、ビスフェノールＡ型
エポキシ樹脂である油化シェル社製「エピコート８２
８」（エポキシ当量１８９）、ビスフェノールＦ型エポ
キシ樹脂である油化シェル社製「エピコート８０７」
（エポキシ当量１６９）を用いた。

【００３２】また硬化剤として、式（Ａ）で示される酸
無水物である新日本理化社製「ＨＮＡ−１００」（水酸
基当量１８４）、新日本理化社製４−メチルヘキサヒド
ロフタル酸「ＭＨ−７００」（水酸基当量１６６）の酸
無水物を用いた。なお、式（Ａ）中、Ｒはメチル基を示
す。

【００３３】また硬化促進剤として、アミン系硬化促進
剤である１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデ
セン−７（ＤＢＵ）、リン系硬化促進剤であるトリフェ
ニルホスフィン（ＴＰＰ）、イミダゾール系硬化促進剤
である旭化成社製「ＨＸ−３０８８」を用いた。

【００３４】またシリコーン成分として、シリコーンオ
イルである信越化学工業社製「信越シリコーンＸ２２−
２０００」を用いた。

【００３５】また無機充填材として、溶融シリカである
徳山ソーダ社製「ＳＥ１５」を用い、これをカップリン
グ剤（日本ユニカー社製エポキシシランカップリング剤
「Ａ−１８７」）で処理して用いた。

【００３６】そして、各成分を表１の配合量で配合し、
ミキサーを用いて分散・混合して、液状エポキシ樹脂組
成物を調製した。

【００３７】次に、回路が形成された配線基板上に半導
体素子を搭載した後に、上記の実施例１〜９及び比較例
１の液状エポキシ樹脂組成物をディスペンサーを用いて
塗布し、オーブンにて１００℃、１時間加熱した後に、
１５０℃、３時間加熱することにより硬化成形し、基板
の寸法５０×５０ｍｍ、封止樹脂の寸法１０×１０×厚
み１．０ｍｍの半導体装置を作製した。このようにして
得られた半導体装置を用いて以下の各評価試験を行っ
た。

【００３８】冷熱サイクル試験（ＴＣＴ）を行い、耐熱
衝撃性を評価した。この試験は、半導体装置を−２５℃
と１２５℃の雰囲気に各１５分間放置し、これを１サイ
クルとして３００サイクル繰り返した後、導通・短絡の
測定と、封止樹脂のクラックの有無を検査することによ
って行った。結果を表１の「デバイス動作不良発生数」
と「樹脂クラックの有無」の欄に示す。表１において分
母に検査した半導体装置の個数を、分子に動作不良やク
ラックが発生した半導体装置の個数を示す。

【００３９】また半田耐熱試験を行い、耐熱衝撃性を評
価した。この試験は、半導体装置を温度８５℃、湿度８
５％ＲＨの雰囲気に１６８時間放置した後、２６０℃の
半田槽に１０秒間浸漬し、封止樹脂と半導体素子との間
の剥離の有無、封止樹脂のクラックの有無をそれぞれ検
査することによって行った。結果を表１の「剥離発生個
数」と「樹脂クラックの有無」の欄に示す。表１におい
て分母に検査した半導体装置の個数を、分子に剥離やク
ラックが発生した半導体装置の個数を示す。

【００４０】またＰＣＴ（プレッシャクッカ試験）を行
い、耐湿信頼性を評価した。この試験は、半導体装置を
２気圧、１２１℃、１００％ＲＨの条件で、５００時間
処理した後、１０個の半導体装置のうち何個に回路不良
が発生したかをカウントして行った。結果を表１に、分
母に半導体装置数、分子に回路不良数を示す。

【００４１】また上記のようにして得た液状エポキシ樹
脂組成物の硬化物について、吸水率を測定した。この測
定は、液状エポキシ樹脂組成物を成形して直径５０ｍ
ｍ、厚み６．０ｍｍの円盤状の試験片を作製し、この試
験片を８５℃、８５％ＲＨ、１６８時間の条件で吸湿さ
せ、質量の増加を計測することによって行った。吸水率
を（（吸水後の試験片の質量−吸水前の試験片の質量）
／吸水前の試験片の質量）×１００（％）の式から求
め、結果を表１に示す。

【００４２】

【表１】

【００４３】表１にみられるように、実施例１〜９のも
のはいずれも、耐熱衝撃性及び耐湿信頼性が高いことが
確認される。特に、式（Ａ）で示される酸無水物を配合
することによって、硬化物が吸湿し難くなり耐湿信頼性
が向上することが確認される。また、実施例７〜９のも
のは、式（Ａ）で示される酸無水物とシリコーン成分と
を併用しているため、耐熱衝撃性及び耐湿信頼性がさら
に高いことが確認される。

【００４４】一方、比較例１のものは、耐熱衝撃性及び
耐湿信頼性のいずれの評価も低いことが確認される。

【００４５】

【発明の効果】上記のように本発明の請求項１に係る液
状エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化
促進剤を必須成分とする液状エポキシ樹脂組成物におい
て、硬化剤として式（Ａ）で示される酸無水物を含有し
て成るので、液状エポキシ樹脂組成物に無機充填材を高
充填させた場合であっても、式（Ａ）で示される酸無水
物によって低粘度を確保しつつ耐熱衝撃性を向上するこ
とができると共に、加水分解が抑制され耐湿信頼性の低
下を防止することができるものである。

【００４６】また請求項２の発明は、請求項１におい
て、硬化剤全量に対して式（Ａ）で示される酸無水物を
５〜１００質量％含有して成るので、耐熱衝撃性等の信
頼性を確実に得ることができるものである。

【００４７】また請求項３の発明は、請求項１又は２に
おいて、式（Ａ）で示される酸無水物のアルキル基がメ
チル基であるので、酸無水物の分子量が小さくなり、粘
度の低い液状エポキシ樹脂組成物を調製することができ
て作業性を向上させることができるものである。

【００４８】また請求項４の発明は、請求項１乃至３の
いずれかにおいて、硬化促進剤として少なくともイミダ
ゾール類又はアミン類化合物を含有して成るので、ガラ
ス転移温度（Ｔｇ）の低下を抑え、耐湿信頼性の低下を
防止することができるものである。

【００４９】また請求項５の発明は、請求項１乃至４の
いずれかにおいて、液状エポキシ樹脂組成物全量に対し
てシリコーン成分を１〜１５質量％含有して成るので、
シリコーン成分によって、硬化物が可撓性を示すように
なり、この硬化物で作製された半導体装置をプリント配
線板に実装するにあたって、リフロー半田付けの際の熱
ストレスに対して応力緩和が図れ、硬化物の耐熱衝撃性
を向上させることができるものである。

【００５０】また請求項６の発明は、請求項１乃至５の
いずれかにおいて、シリコーン成分としてシリコーンパ
ウダーを用いて成るので、硬化物の強度の低下が抑えら
れると共に低応力化を図ることができるものである。

【００５１】また請求項７の発明は、請求項１乃至５の
いずれかにおいて、シリコーン成分としてシリコーンオ
イルを用いて成るので、液状エポキシ樹脂組成物の粘度
の増加が抑えられて作業性を損なうことが無くなると共
に硬化物の低応力化を図ることができるものである。

【００５２】また本発明の請求項８に係る半導体装置
は、請求項１乃至７のいずれかに記載の液状エポキシ樹
脂組成物で半導体素子が封止されて成るので、式（Ａ）
で示される酸無水物を用いることによって、液状エポキ
シ樹脂組成物が低粘度化して作業性が向上すると共に耐
湿信頼性の低下を防止することができるものであり、そ
の結果耐熱衝撃性に優れたものを得ることができるもの
である。さらにシリコーン成分を用いることによって、
耐熱衝撃性を一層確実に高めることができるものであ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者長谷川貴志大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者山中浩史大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内Ｆターム(参考） 4J002 CC042 CC052 CD041 CD051 CD061 CD071 CD121 CE002 CP033 EL136 EU117 EU137 EW147 FD010 FD142 FD146 FD157 GQ05 4J036 AA05 AB07 AD07 AD09 AF08 AF15 AJ08 DA06 DA07 DB21 DC40 DC46 DD07 FA01 FB06 FB08 FB16 JA07 4M109 AA01 BA03 CA05 EA03 EA10 EB02 EB04 EB06 EB07 EB08 EB12 EC04 EC05 EC20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤を必
須成分とする液状エポキシ樹脂組成物において、硬化剤
として下記の式（Ａ）で示される酸無水物を含有して成
ることを特徴とする液状エポキシ樹脂組成物。【化１】
【請求項２】硬化剤全量に対して式（Ａ）で示される
酸無水物を５〜１００質量％含有して成ることを特徴と
する請求項１に記載の液状エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】式（Ａ）で示される酸無水物のアルキル
基がメチル基であることを特徴とする請求項１又は２に
記載の液状エポキシ樹脂組成物。
【請求項４】硬化促進剤として少なくともイミダゾー
ル類又はアミン類化合物を含有して成ることを特徴とす
る請求項１乃至３のいずれかに記載の液状エポキシ樹脂
組成物。
【請求項５】液状エポキシ樹脂組成物全量に対してシ
リコーン成分を１〜１５質量％含有して成ることを特徴
とする請求項１乃至４のいずれかに記載の液状エポキシ
樹脂組成物。
【請求項６】シリコーン成分としてシリコーンパウダ
ーを用いて成ることを特徴とする請求項１乃至５のいず
れかに記載の液状エポキシ樹脂組成物。
【請求項７】シリコーン成分としてシリコーンオイル
を用いて成ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれ
かに記載の液状エポキシ樹脂組成物。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれかに記載の液状
エポキシ樹脂組成物で半導体素子が封止されて成ること
を特徴とする半導体装置。