JP2003176335A - エポキシ樹脂組成物並びにこれを用いた半導体装置 - Google Patents
エポキシ樹脂組成物並びにこれを用いた半導体装置Info
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Abstract
含まない難燃性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成
物を提供すること。 【解決手段】 (A)分子中にビフェニル誘導体および
/またはナフタレン誘導体を含むノボラック構造のフェ
ノール樹脂を総フェノール樹脂量中に30〜100重量
部含むフェノール樹脂、(B)分子中にビフェニル誘導
体および/またはナフタレン誘導体を含むノボラック構
造のエポキシ樹脂を総エポキシ樹脂量中に30〜100
重量部含むエポキシ樹脂、(C)無機充填材、(D)硬
化促進剤を必須成分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。
Description
性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びこれを
用いた半導体装置に関するものである。
回路等の電子部品は、主にエポキシ樹脂組成物で封止さ
れている。このエポキシ樹脂組成物中には、難燃性を確
保するために難燃剤としてハロゲン系難燃剤と三酸化ア
ンチモンが配合されている。ところが、環境・衛生の点
からハロゲン系難燃剤、三酸化アンチモンを使用しない
難燃性に優れたエポキシ樹脂組成物の開発が要求されて
いる。この要求に対して、水酸化アルミニウムや水酸化
マグネシウム等の水酸化物、硼素系化合物が検討されて
きたが、多量に配合しないと難燃性の効果が発現しな
い、不純物が多く耐湿性に問題があることから実用化さ
れていない。また赤燐系の難燃剤は少量の添加で効果が
ありエポキシ樹脂組成物の難燃化に有用であるが、赤燐
は微量の水分と反応しフォスフィンや腐食性の燐酸を生
じるため、耐湿性に問題があり耐湿性に対する要求が極
めて厳しい半導体封止用エポキシ樹脂組成物には使用で
きない。このため、赤燐粒子を水酸化アルミニウム、金
属酸化物、その他無機化合物、熱硬化性樹脂等の有機化
合物で被覆し、赤燐の安定化をはかっているが、依然耐
湿性に問題があり、難燃性・耐湿性が両立するハロゲン
系難燃剤、三酸化アンチモンを使用しないエポキシ樹脂
組成物がないのが実状である。
題に対して、難燃剤を一切使用することなく難燃性およ
び信頼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ものである。
解決すべく鋭意研究を重ねた結果、特定のエポキシ樹
脂、特定のフェノール樹脂を適用すれば難燃剤を使用せ
ずに難燃性および信頼性に優れる半導体封止用エポキシ
樹脂組成物が得られることを見いだした。また反応性を
制御すればさらに難燃性がレベルアップすることも見い
だし本発明を完成するに至った。即ち本発明は、(A)
分子中にビフェニル誘導体を含むノボラック構造のフェ
ノール樹脂を総フェノール樹脂量中に30〜100重量
%含むフェノール樹脂、(B)分子中にビフェニル誘導
体および/またはナフタレン誘導体を含むノボラック構
造のエポキシ樹脂を総エポキシ樹脂量中に30〜100
重量%含むエポキシ樹脂、(C)無機充填材、(D)硬
化促進剤を必須成分とし、且つ難燃剤を無配合とするこ
とを特徴とする難燃性半導体封止用エポキシ樹脂組成物
である。また、本発明は、(A)分子中にビフェニル誘
導体および/また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を総フェノール樹脂量中に30〜
100重量%含むフェノール樹脂、(B)分子中にビフ
ェニル誘導体を含むノボラック構造のエポキシ樹脂を総
エポキシ樹脂量中に30〜100重量%含むエポキシ樹
脂、(C)無機充填材、(D)硬化促進剤を必須成分と
し、且つ難燃剤を無配合とすることを特徴とする難燃性
半導体封止用エポキシ樹脂組成物である。また、本発明
は、(A)分子中にビフェニル誘導体および/またはナ
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
を総フェノール樹脂量中に30〜100重量%含むフェ
ノール樹脂、(B)分子中にビフェニル誘導体および/
またはナフタレン誘導体を含むノボラック構造のエポキ
シ樹脂を総エポキシ樹脂量中に30〜100重量%含む
エポキシ樹脂、(C)無機充填材、(D)硬化促進剤、
および添加剤からなり、該添加剤が、(E)着色剤、
(F)カップリング剤、(G)離型剤、(H)低応力成
分および(I)酸化防止剤からなる群より選択される1
種以上であることを特徴とする難燃性半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物である。本発明の半導体封止用エポキシ
樹脂組成物は総エポキシ樹脂のエポキシ基数に対する総
フェノール樹脂のフェノール性水酸基数の比が、1より
大きく2以下であればなお好ましい。本発明は、これら
の樹脂組成物により半導体素子が封止されてなる樹脂封
止型半導体装置をも提供する。
いて、特定のフェノール樹脂との特定のエポキシ樹脂の
組み合わせが難燃性、信頼性に優れることをみいだし
た。また反応性を制御することにより難燃性がさらに向
上することを見いだした。本発明のフェノール樹脂とは
分子中にビフェニル誘導体および/またはナフタレン誘
導体を含むノボラック構造のフェノール樹脂のことであ
り、エポキシ樹脂とは分子中にビフェニル誘導体および
/またはナフタレン誘導体を含むノボラック構造のエポ
キシ樹脂のことであり、フェノール樹脂、エポキシ樹脂
の分子中にビフェニル誘導体やナフタレン誘導体などの
芳香族環を含有するものである。フェノール樹脂および
エポキシ樹脂にビフェニル誘導体やナフタレン誘導体の
ような芳香族環が含まれると分子間の結合間エネルギー
が大きくなり燃焼による分解が起こりにくくなり難燃性
が発現する。フェノール樹脂あるいはエポキシ樹脂の分
子中の芳香族環数は多い方すなわちナフタレンよりアン
トラセンの方が燃えにくくなり難燃性は向上するが、軟
化点が高くなりすぎ流動性の問題があり、ビフェニル誘
導体、ナフタレン誘導体が難燃性と流動性のバランスが
良く最適である。また、反応性を制御することによりさ
らに難燃性を向上させることができる。即ち、総エポキ
シ樹脂のエポキシ基数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を1より大きくすると難燃性がさ
らに向上する。これは、樹脂組成物中にエポキシ基と反
応せずに余った水酸基が存在しており、樹脂組成物の硬
化物を燃焼させる際、残余の水酸基同士の脱水熱分解に
よる吸熱反応が起こるためである。総エポキシ樹脂のエ
ポキシ基数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2以下が好ましく、2を越えると反応性が
極端に低下する。さらに好ましくは1.1以上、1.5
以下である。汎用のフェノール樹脂(フェノールノボラ
ック)とエポキシ樹脂(オルソクレゾールノボラック型
エポキシ)の組み合わせでは、総エポキシ樹脂のエポキ
シ基数に対して総フェノール樹脂のフェノール性水酸基
数の比を大きくしていくと吸水率が大きくなり耐湿信頼
性は低下する傾向にある。しかしながら、本発明のフェ
ノール樹脂とエポキシ樹脂との組み合わせにおいては、
吸水率の大幅な増加はみられず耐湿信頼性の低下も認め
られない。これは、本発明のフェノール樹脂、エポキシ
樹脂が疎水性の芳香族環を有していることと、架橋間距
離が汎用のフェノール樹脂(フェノールノボラック)と
エポキシ樹脂(オルソクレゾールノボラック型エポキ
シ)と比較して大きいために吸水率の大幅な増加は認め
られないと考えられる。
ェニル誘導体および/また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のことであり、具体的に
はビフェニル誘導体を含むノボラック構造のフェノール
樹脂は式(1)に示される。式(1)で示されるフェノ
ール樹脂は、フェノールとビスメチレンビフェノール類
をフリーデル・クラフツ・アルキル化反応により得られ
る樹脂である。式(1)のnは1〜10であり、nが1
1以上の重量比率が大きくなると、樹脂粘度が高くなり
過ぎ流動性が低下する。難燃性の特性を発現させるに
は、式(1)で示されるフェノール樹脂を総フェノール
樹脂量中に30重量%以上、好ましくは50重量%以上
配合することが望ましい。30重量%未満であると難燃
性が不十分である。具体的な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は式(3)、式(4)で
示されそれぞれα−ナフトール、およびβ−ナフトール
をベースとしている。式(3)のnは1〜7であり、n
が8以上の重量比率が大きくなると、樹脂粘度が高くな
り過ぎ流動性が低下する。難燃性の特性を発現させるに
は、式(3)で示されるフェノール樹脂を総フェノール
樹脂量中に30重量%以上、好ましくは50重量%以上
配合することが望ましい。30重量%未満であると難燃
性が不十分である。式(4)のnは1〜10であり、n
が11以上の重量比率が大きくなると、樹脂粘度が高く
なり過ぎ流動性が低下する。難燃性の特性を発現させる
には、式(4)で示されるフェノール樹脂を総フェノー
ル樹脂量中に30重量%以上、好ましくは50重量%以
上配合することが望ましい。30重量%未満であると難
燃性が不十分である。本発明でのフェノール樹脂以外
に、他のフェノール樹脂を併用することができ、1分子
中に2個以上のフェノール性水酸基を有するものを用い
れば良い。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、ジシクロペンタジエン変性フェノ
ール樹脂、キシリレン変性フェノール樹脂、テルペン変
性フェノール樹脂、トリフェノールメタン型ノボラック
樹脂等が挙げられる。本発明のエポキシ樹脂とは分子中
にビフェニル誘導体および/また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のことであり、具体
的にはビフェニル誘導体を含むノボラック構造のエポキ
シ樹脂は式(1)のフェノール樹脂をグリシジルエーテ
ル化させて得られ、式(2)で示される。
以上の重量比率が大きくなると、樹脂粘度が高くなり過
ぎ流動性が低下する。難燃性の特性を発現させるには、
式(2)で示されるエポキシ樹脂を総エポキシ樹脂に中
に30重量%以上、好ましくは50重量%以上配合する
ことが望ましい。30重量%未満であると難燃性が不十
分である。具体的な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は式(3)、式(4)のそれぞれの
フェノール樹脂をグリシジルエーテル化させて得られ、
式(5)、式(6)で示される。式(5)のnは1〜7
であり、nが8以上の重量比率が大きくなると、樹脂粘
度が高くなり過ぎ流動性が低下する。難燃性の特性を発
現させるには、式(5)で示されるエポキシ樹脂を総エ
ポキシ樹脂量中に30重量%以上、好ましくは50重量
%以上配合することが望ましい。30重量%未満である
と難燃性が不十分である。式(6)のnは1〜10であ
り、nが11以上の重量比率が大きくなると、樹脂粘度
が高くなり過ぎ流動性が低下する。難燃性の特性を発現
させるには、式(6)で示されるエポキシ樹脂を総エポ
キシ樹脂量中に30重量%以上、好ましくは50重量%
以上配合することが望ましい。30重量%未満であると
難燃性が不十分である。本発明でのエポキシ樹脂以外
に、他のエポキシ樹脂を併用する場合は1分子中にエポ
キシ基を2個以上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。
キシ基とフェノール性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、2−メチルイミダゾール等が挙げられ、
これらは単独でも混合して用いても差し支えない。
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、例えば、溶融シリカ粉末、結晶シリカ粉末、アル
ミナ、窒化珪素等が挙げられ、これらは単独でも混合し
て用いても差し支えない。これら無機充填材の配合量と
しては、成形性と信頼性のバランスから全樹脂組成物中
に70〜95重量%含有することが好ましい。70重量
%未満だと難燃性が得られず、95重量%を越えると成
形性の問題が生じ好ましくない。
分の他、必要に応じてカーボンブラック等の着色剤、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適宜配合しても差し支えない。本発
明の樹脂組成物は、(A)〜(D)成分、およびその他
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。また、電気部品、電子部
品以外の通常の成型品にも有効であり適用することがで
きる。
れに限定されるものではない。実施例及び比較例で用い
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。 ・フェノール樹脂1:式(1)で示されるフェノール樹
脂(水酸基当量199g/eq)
フェノール樹脂(水酸基当量:210g/eq)
フェノール樹脂(水酸基当量:210g/eq)
フェノール樹脂(水酸基当量175g/eq)
フェノール樹脂(水酸基当量:97g/eq)
造を主成分とするエポキシ樹脂(エポキシ当量274g
/eq)
造を主成分とするエポキシ樹脂(エポキシ当量270g
/eq)
造を主成分とするエポキシ樹脂(エポキシ当量270g
/eq)
造を主成分とするエポキシ樹脂(エポキシ当量190g
/eq)
(2,3-エポキシプロポキシ)-3,3',5,5'-テトラメチルス
チルベンを主成分とする樹脂60重量%と式(11)4,
4'-ビス(2,3-エポキシプロポキシ)-5-ターシャリブチル
-2,3',5'-トリメチルスチルベンを主成分とする樹脂4
0重量%の混合物(エポキシ当量210g/eq)
エポキシ樹脂(エポキシ当量196g/eq)
構造を主成分とするエポキシ樹脂(エポキシ当量171
g/eq)
〜7に用いるフェノールノボラック樹脂の水酸基当量
は、104g/eq、実施例9、10、比較例1〜3、
5〜7に用いるオルソクレゾールノボラック型エポキシ
樹脂のエポキシ当量は200g/eqである。実施例4
〜15、比較例5〜7に用いる溶融球状シリカの平均粒
径22μm、比表面積5.0m2/gである。
0℃でロール混練し、冷却後粉砕して樹脂組成物とし
た。得られた樹脂組成物をタブレット化し、低圧トラン
スファー成形機にて175℃、70kg/cm2、12
0秒の成形条件で難燃性試験用試験片を作製した。ま
た、耐湿試験用として3.0×3.5mmのチップを1
6pDIPに封止した。下記の難燃性試験、耐湿信頼性
を実施した。評価結果を表1に示す。 難燃性試験:UL−94垂直試験(試料厚さ1.6mm) 難燃性(V−0)の判定: Fmax 10秒以内 ΣF 50秒以内 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) 耐湿性試験:封止したテスト用素子をプレッシャークッ
カー試験(125℃、100RH%)をおこない、回路
のオープン不良を測定した。耐湿性をプレッシャークッ
カー試験での不良発生時間とした。
成物を作製し、実施例1と同様に評価した。評価結果を
表1、表2、表3に示す
等の難燃剤を含まない樹脂組成物で封止された半導体装
置は難燃性に優れている。
Claims (13)
- 【請求項1】 (A)分子中にビフェニル誘導体を含む
ノボラック構造のフェノール樹脂を総フェノール樹脂量
中に30〜100重量%含むフェノール樹脂、(B)分
子中にビフェニル誘導体および/またはナフタレン誘導
体を含むノボラック構造のエポキシ樹脂を総エポキシ樹
脂量中に30〜100重量%含むエポキシ樹脂、(C)
無機充填材、(D)硬化促進剤を必須成分とし、且つ難
燃剤を無配合とすることを特徴とする難燃性半導体封止
用エポキシ樹脂組成物。 - 【請求項2】 (A)分子中にビフェニル誘導体および
/またはナフタレン誘導体を含むノボラック構造のフェ
ノール樹脂を総フェノール樹脂量中に30〜100重量
%含むフェノール樹脂、(B)分子中にビフェニル誘導
体を含むノボラック構造のエポキシ樹脂を総エポキシ樹
脂量中に30〜100重量%含むエポキシ樹脂、(C)
無機充填材、(D)硬化促進剤を必須成分とし、且つ難
燃剤を無配合とすることを特徴とする難燃性半導体封止
用エポキシ樹脂組成物。 - 【請求項3】 (A)分子中にビフェニル誘導体および
/またはナフタレン誘導体を含むノボラック構造のフェ
ノール樹脂を総フェノール樹脂量中に30〜100重量
%含むフェノール樹脂、(B)分子中にビフェニル誘導
体および/またはナフタレン誘導体を含むノボラック構
造のエポキシ樹脂を総エポキシ樹脂量中に30〜100
重量%含むエポキシ樹脂、(C)無機充填材、(D)硬
化促進剤、および添加剤からなり、該添加剤が、(E)
着色剤、(F)カップリング剤、(G)離型剤、(H)
低応力成分および(I)酸化防止剤からなる群より選択
される1種以上であることを特徴とする難燃性半導体封
止用エポキシ樹脂組成物。 - 【請求項4】 (A)分子中にビフェニル誘導体および
/またはナフタレン誘導体を含むノボラック構造のフェ
ノール樹脂を総フェノール樹脂量中に30〜100重量
%含むフェノール樹脂、(B)分子中にビフェニル誘導
体および/またはナフタレン誘導体を含むノボラック構
造のエポキシ樹脂を総エポキシ樹脂量中に30〜100
重量%含むエポキシ樹脂、(C)無機充填材、(D)硬
化促進剤、(E)着色剤、(G)離型剤からなることを
特徴とする難燃性半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 - 【請求項5】 前記エポキシ基と反応せずに余った水酸
基が存在することを特徴とする請求項1〜4のいずれか
1項に記載の難燃性半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 - 【請求項6】 総エポキシ樹脂のエポキシ基数に対する
総フェノール樹脂のフェノール性水酸基数の比が、1よ
り大きく2以下である請求項1〜5のいずれか1項に記
載の難燃性半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 - 【請求項7】 分子中にビフェニル誘導体を含むノボラ
ック構造のフェノール樹脂が式(1)で示される請求項
1〜6のいずれか1項に記載の難燃性半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物 【化1】 (n=1〜10) - 【請求項8】 分子中にビフェニル誘導体を含むノボラ
ック構造のエポキシ樹脂が式(2)で示される請求項1
〜7のいずれか1項に記載の難燃性半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物。 【化2】 (n=1〜10) - 【請求項9】 分子中に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が式(3)で示される請求項
2〜8のいずれか1項に記載の難燃性半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物。 【化3】 (n=1〜7) - 【請求項10】 分子中に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が式(4)で示される請求
項2〜8のいずれか1項に記載の難燃性半導体封止用エ
ポキシ樹脂組成物。 【化4】 (n=1〜10) - 【請求項11】 分子中に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が式(5)で示される請求項
1、3〜10のいずれか1項に記載の難燃性半導体封止
用エポキシ樹脂組成物。 【化5】 (n=1〜7) - 【請求項12】 分子中に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が式(6)で示される請求項
1、3〜10のいずれか1項に記載の難燃性半導体封止
用エポキシ樹脂組成物。 【化6】 (n=1〜10) - 【請求項13】 請求項1〜12のいずれか1項に記載
の難燃性半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて封止
してなることを特徴とする半導体装置。
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JP2002299106A JP3627736B2 (ja) | 2002-10-11 | 2002-10-11 | エポキシ樹脂組成物並びにこれを用いた半導体装置 |
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