JP3392012B2

JP3392012B2 - 半導体素子封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

Info

Publication number: JP3392012B2
Application number: JP20205197A
Authority: JP
Inventors: 浩史山中; 郁雄中筋
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1997-07-28
Filing date: 1997-07-28
Publication date: 2003-03-31
Anticipated expiration: 2017-07-28
Also published as: JPH1143586A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＥＤなどの発光
素子、フォトトランジスターやフォトダイオードやＣＣ
Ｄなどの受光素子、ＥＰＲＯＭ等の半導体素子（光半導
体素子）を封止するために用いられるエポキシ樹脂組成
物、及びこのエポキシ樹脂を用いて形成される半導体装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】発光素子や受光素子などの半導体素子の
封止材としては、透明性、耐湿性、密着性、電気絶縁
性、耐熱性などの優れるエポキシ樹脂組成物が主に用い
られており、このエポキシ樹脂組成物を用いた樹脂封止
が主流となっている。中でも、エポキシ樹脂組成物を用
いてトランスファーモールドで樹脂封止する方法は、作
業性及び量産性の面で優れている。

【０００３】このトランスファーモールドに用いられる
エポキシ樹脂組成物には、金型からの離型性を向上させ
るために、ポリエチレンワックス、炭素数２６以下の脂
肪酸、脂肪酸エステル、脂肪酸アマイドワックス、天然
カルナバワックス、シリコーン系ワックス、フッ素系ワ
ックスなどのワックスが内部離型剤として配合されてい
る。しかしながら、発光素子や受光素子などの半導体素
子の封止材は透明性が重要視されるために、内部離型剤
としてはエポキシ樹脂などの他の材料と相溶する必要が
あり、このために離型効果の低いものしか用いることが
できず、また添加量も少量に制限されることになって、
離型性の低いエポキシ樹脂組成物になっていた。そこ
で、金型からの離型性を確保し向上させるために、フッ
素系あるいはシリコーン系のスプレータイプの外部離型
剤を金型に吹きつけてトランスファーモールドを行うよ
うにしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記のように外
部離型剤を用いると、金型への吹きつけ工程が必要とな
って、トランスファーモールドの成形サイクルが悪化し
て生産効率が低下するという問題があった。本発明は上
記の点に鑑みてなされたものであり、外部離型剤を用い
ないようにして生産効率の低下を防止し、且つ、白濁等
がなくて高い透明性を有する封止材を形成することがで
きる半導体素子封止用エポキシ樹脂組成物、及びこれを
用いた半導体装置を提供することを目的とするものであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の半導体素子封止用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離型剤を含有する半導体素子
封止用エポキシ樹脂組成物であって、上記離型剤として
炭素数２５以上の直鎖状アルコールをエトキシ化したも
のでエトキシ化含有率が４０〜９０重量％のものを用い
ると共に、上記離型剤をエポキシ樹脂と硬化剤と硬化促
進剤と離型剤の合計量に対して０．１〜５重量％で配合
し、メルカプト基を含有するシラン系カップリング剤を
含有して成ることを特徴とするものである。

【０００６】また本発明の請求項２に記載の半導体素子
封止用エポキシ樹脂組成物は、請求項１の構成に加え
て、上記離型剤として分子量が５００〜３０００のもの
を用いて成ることを特徴とするものである。

【０００７】また本発明の請求項３に記載の半導体素子
封止用エポキシ樹脂組成物は、請求項１又は２の構成に
加えて、上記シラン系カップリング剤をエポキシ樹脂と
硬化剤と硬化促進剤と離型剤とシラン系カップリング剤
の合計量に対して５重量％以下で配合して成ることを特
徴とするものである。

【０００８】また本発明の請求項４に記載の半導体装置
は、上記請求項１乃至３のいずれかの半導体素子封止用
エポキシ樹脂組成物で半導体素子を封止して成ることを
特徴とするものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。エポキシ樹脂としては、１分子中に２個以上のエ
ポキシ基を有していれば特に制限はないが、比較的着色
の少ないものが用途的に好ましく、ビスフェノールＡ型
エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビス
フェノールＳ型エポキシ樹脂、オルトクレゾールノボラ
ック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ
樹脂、脂環式エポキシ樹脂、トリグリシジルイソシアヌ
レート、脂肪族系エポキシ樹脂等を例示することがで
き、これらをそれぞれ単独で用いたりあるいは併用した
りすることができる（タブレット化する際は、固形樹脂
を併用、又は単独で用いた方が作り易い）。

【００１０】硬化剤としては、エポキシ樹脂と硬化反応
をするものであれば特に制限はないが、比較的着色の少
ないものが用途的に好ましく、無水ヘキサヒドロフタル
酸や無水メチルヘキサヒドロフタル酸や無水テトラヒド
ロフタル酸などの酸無水物、あるいはフェノール、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
ヒドとを縮合反応させて得られるノボラック型樹脂など
を例示することができる。この他にアミン系の硬化剤も
用いることができるが、硬化時の変色が大きくなる恐れ
があるので、添加量を比較的少なくするなどの注意を要
するものである。また、これらの硬化剤をそれぞれ単独
で用いたりあるいは併用したりすることができるが、硬
化剤全量に対して２０〜７０重量％はフェノールノボラ
ック型樹脂を用いるのが好ましい。

【００１１】硬化促進剤としては、エポキシ樹脂と硬化
剤の反応を促進する作用を有するものであれば特に限定
されないが、比較的着色の少ないものが用途的に好まし
く、トリフェニルホスフィン、ジフェニルホスフィンな
どの有機ホスフィン系、２−メチルイミダゾール、２−
フェニル−４−メチルイミダゾール、２−フェニルイミ
ダゾールなどのイミダゾール系、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三級アミン系、テト
ラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレートなどの
テトラフェニルボレート系等を例示することができ、こ
れらをそれぞれ単独で用いたりあるいは併用したりする
ことができる。

【００１２】離型剤としては次の（ａ）の一般式で示さ
れるものを用いる。

【００１３】

【化１】

【００１４】この離型剤は、炭素数２５以上の直鎖状ア
ルコール（第一級アルコール）をベースにしてこれをエ
トキシ化したものであって、分子内にエチルエーテルを
有する直鎖状エーテルである。炭素数が２５未満の直鎖
状アルコールをベースにしてエトキシ化したものでは、
透明性の点で優れるが、離型性の効果が低いので好まし
くない。炭素数の上限は（ａ）の一般式より自ずと規定
されるが、１６０程度である。また安定した離型性や透
明性を確保するためには、上記（ａ）の一般式のＸとＹ
の値を、Ｘは１０〜３０の整数、Ｙは１０〜５０の整数
にするのが好ましい。

【００１５】また上記離型剤の分子量は、安定した離型
性と透明性を得るために５００〜３０００であることが
好ましい。分子量が５００未満であると、透明性は高く
なるが離型性の効果が低くなり、連続成形することがで
きなくなる恐れがあり、分子量が３０００を超えると、
離型性は高くなるが透明性が低くなる。さらに上記離型
剤のエトキシ化含有率（１分子中におけるエトキシ部分
（Ｙの部分）の重量割合）は、安定した離型性と透明性
を得るために４０〜９０重量％である。エトキシ化含有
率が４０重量％未満であれば、透明性が低くなる恐れが
あり、エトキシ化含有率が９０重量％を超えると、透明
性は高くなるが離型性の効果が低くなると共に吸湿し易
くなるために、吸湿時に白濁化したり耐湿信頼性が大き
く低下する恐れがある。ただし、白濁しない程度にエト
キシ化含有率が４０〜９０重量％のものとエトキシ化含
有率が４０重量％未満を併用することは可能である。

【００１６】また上記離型剤の配合量は、安定した離型
性と透明性を得るためにエポキシ樹脂と硬化剤と硬化促
進剤と離型剤の合計量に対して０．１〜５重量％に設定
する。配合量が０．１重量％未満であれば、透明性は高
くなるが離型性の効果が低くなり、連続成形することが
できなくなる恐れがあり、配合量が５重量％を超える
と、吸湿時に白濁し易くなったり半導体素子との密着性
が低下したりして耐湿信頼性が大きく低下する恐れがあ
る。

【００１７】そして本発明の半導体素子封止用エポキシ
樹脂組成物は、上記（ａ）のような特定の分子構造を持
ち、且つ、特定の極性基（（ＯＣＨ₂ＣＨ₂）_YＯＨ）
を導入した離型剤を配合するので、金型からの離型性を
高くすることができ、また、これを成形硬化して得られ
る封止材に白濁が生じないようにすることができる。従
来から用いられているワックスは、金型との良好な離型
性を有するものの、エポキシ樹脂等の他の材料と相溶し
にくく、従って、封止材（成形品）になると白濁して光
透過率が大きく低下する傾向にあるが、本発明の半導体
素子封止用エポキシ樹脂組成物は、上記（ａ）の一般式
の構造を有する離型剤を配合するので、金型との離型性
にすぐれ、外観的にも白濁がなく、優れた光透過性を有
する封止材及び半導体装置を形成することができる。し
かも、スプレータイプの外部離型剤を用いる必要がなく
なって、成形効率が低下せず、外部離型剤の費用も含め
てコストも低く抑えることができ、さらに外部離型剤に
含まれる溶剤が環境に悪影響を与えるといった問題も発
生しないようにすることができる。

【００１８】本発明の半導体素子封止用エポキシ樹脂組
成物は、上記エポキシ樹脂と硬化剤と硬化促進剤と離型
剤を必須の材料として調製されるが、この他に、メルカ
プト基を有するシラン系カップリング剤を配合する。こ
のカップリング剤は構造的な点から、エポキシ樹脂と硬
化剤と硬化促進剤に対して離型剤を相溶し易くする相溶
化剤として作用するものであり、エポキシ樹脂と硬化剤
と硬化促進剤に対する離型剤の相溶を高くすることによ
って、離型性の効果を低下させずに透明性を向上させる
ことができる。

【００１９】このカップリング剤の配合量は、エポキシ
樹脂と硬化剤と硬化促進剤と離型剤とカップリング剤の
合計量に対して５重量％以下に設定することができる。
配合量が５重量％を超えると、吸湿し易くなって吸湿時
に白濁したり耐湿信頼性が大きく低下したりする恐れが
ある。従って、カップリング剤の配合量は０．１〜３重
量％に設定する好ましい。

【００２０】また本発明の半導体素子封止用エポキシ樹
脂組成物には、上記の材料以外に必要に応じて、変色防
止剤、老化防止剤、染料、シリカ等の無機充填剤、変性
剤、可塑剤、希釈剤などを配合することが可能である。
そして本発明の半導体素子封止用エポキシ樹脂組成物
は、上記の材料を溶解混合した後、ホモミキサー等の高
速攪拌装置で溶融混合したり三本ロール等で溶融混合し
たりして調製することができる。この後、トランスファ
ー成形等の成形用材料にするために、冷却して固化させ
た後粉砕したり、さらに必要ならばタブレット状に打錠
したりすることができる。尚、エポキシ樹脂と硬化剤と
硬化促進剤の配合割合は、従来から行われている半導体
素子封止用エポキシ樹脂組成物の配合と同様にすればよ
いが、例えば当量比で表した場合、エポキシ樹脂１００
当量に対して、硬化剤６０〜２００当量に設定すること
ができ、また硬化促進剤の場合は０．１〜５重量％の配
合割合に設定することができる。

【００２１】このような半導体素子封止用エポキシ樹脂
組成物を用いて半導体装置を製造するにあたっては、従
来と同様に固形（タブレット状）のエポキシ樹脂組成物
でトランスファー成形によって半導体素子を封止し、こ
の後、エポキシ樹脂組成物を硬化させて封止材を形成す
るようにして行うことができる。また、エポキシ樹脂組
成物の性状が室温で液状の場合は、キャスティング方式
などを採用して、注型、硬化させるようにして行うこと
ができる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明を実施例によって詳述する。（実施例１乃至６及び比較例１乃至６）表１、２に示す材料を同表の配合量（単位は重量部）で
配合し、ホモミキサー攪拌装置を付けたステンレス容器
に入れ、１２０〜１６０℃で溶解混合してエポキシ樹脂
組成物を調製した。これを冷却した後粉砕し、その粉末
をタブレット状に打錠して成形用材料を形成した。

【００２３】尚、表中のビスフェノールＡ型エポキシ樹
脂は、エポキシ当量が１８５の液状樹脂である。また、
三官能エポキシ樹脂はエポキシ当量が２１０の三井石油
化学工業（株）製のＶＧ３１０１Ｈである。また、離型
剤(I) は上記（ａ）の構造式（Ｘ＝２３、Ｙ＝１６）を
持つ直鎖アルコールエトキシ化品であって、平均分子量
７００、水酸基当量６５の直鎖状アルコールを重量比で
約５０％になるようにエトキシ化したものである（融点
１１０℃／平均分子量１４００）。また、離型剤(II)は
上記（ａ）の構造式（Ｘ＝２０、Ｙ＝４４）を持つ直鎖
アルコールエトキシ化品であって、平均分子量７００、
水酸基当量６５の直鎖状アルコールを重量比で約８０％
になるようにエトキシ化したものである（融点９０℃／
平均分子量２２００）。また、離型剤(III) は上記
（ａ）の構造式（Ｘ＝３、Ｙ＝５２）を持つ直鎖アルコ
ールエトキシ化品であって、平均分子量７００、水酸基
当量６５の直鎖状アルコールを重量比で約９５％になる
ようにエトキシ化したものである（融点８０℃／平均分
子量２４００）。また、離型剤(IV)は上記（ａ）の構造
式（Ｘ＝２２、Ｙ＝４）を持つ直鎖アルコールエトキシ
化品であって、平均分子量７００、水酸基当量６５の直
鎖状アルコールを重量比で約２０％になるようにエトキ
シ化したものである（融点１１０℃／平均分子量８５
０）。また、メルカプトシランカップリング剤はγ−グ
リシドキシプロピルメルカプトシランである。また、モ
ンタン酸ワックスはヘキスト社製のＷＡＸ−Ｓである。

【００２４】この成形用材料をトランスファー成形して
厚み１ｍｍのテストピースを作成した。成形条件は注入
時間２０秒、注入圧８０ｋｇｆ／ｃｍ²、キュアタイム
９０秒、型温１６５℃に設定した。このようにして得た
テストピースについて、日立製作所（株）製の分光光度
計Ｕ−３４００を用いて９４０ｎｍと４００ｎｍの光透
過率を測定した。

【００２５】また上記と同様の方法で１ｍｍずつ厚みの
異なる１〜８ｍｍの八個のテストピースを作成し、白色
紙にＢの硬さの鉛筆で記入した線の上に各テストピース
を一個ずつ置いて上から線を確認して白濁性を評価し
た。そして、厚み８ｍｍのテストピースであっても線が
確認（見えた）ものには○を、厚み５〜７ｍｍのテスト
ピースで線が確認（見えた）ものには△を、厚み５ｍｍ
未満のテストピースで線が確認（見えた）ものには×を
それぞれ付した。

【００２６】また上記と同様のエポキシ樹脂組成物を用
いて１６ＤＩＰ成形封止品（リード材質４２アロイ〜部
分銀めっき、４×５ｍｍアルミニウムパターンチップ〜
窒化珪酸膜〜５μｍ配線幅〜２５μｍ金ワイヤの半導体
装置）をトランスファー成形にて連続成形し、スムーズ
に脱型することができる連続ショット数を最高１００シ
ョットまで観察した。そして１００ショットまで問題な
く行えたものにＯＫを、１００ショット未満のものにＮ
Ｇをそれぞれ付した。

【００２７】さらに上記のように形成した１６ＤＩＰ成
形封止品のうち２０個を抜き取り、１２５℃、１２時間
アフターキュアーの処理をした後、６０℃、９５％の高
温高湿中に入れ、オープン不良（耐湿信頼性）について
２５０時間毎にチェックし、このチェックを最高１００
０時間まで行って累積不良率が１０％を超えた時点でＮ
Ｇとし、１０００時間後の累積不良率が１０％未満のも
のにＯＫを付した。

【００２８】各測定結果を表１、２に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】表１、２から判るように、実施例１乃至６
では光透過率が高くて白濁性が良好で、しかも連続離型
性や耐湿信頼性が高くなったが、比較例１乃至６では光
透過率、白濁性、連続離型性、耐湿信頼性のいずれかが
低くなった。つまり実施例１乃至６では透明性と成形性
を両立させることができた。

【００３２】

【発明の効果】上記のように本発明の請求項１に記載の
発明は、エポキシ樹脂と硬化剤と硬化促進剤と離型剤を
含有する半導体素子封止用エポキシ樹脂組成物であっ
て、上記離型剤として炭素数２５以上の直鎖状アルコー
ルをエトキシ化したものでエトキシ化含有率が４０〜９
０重量％のものを用いると共に、上記離型剤をエポキシ
樹脂と硬化剤と硬化促進剤と離型剤の合計量に対して
０．１〜５重量％で配合したので、上記離型剤を配合す
ることによって成形時に外部離型剤を用いないようにす
ることができ、生産効率の低下を防止し、且つ、白濁等
がなくて高い透明性を有する封止材を形成することがで
きるものである。特に、離型剤の配合量を０．１〜５重
量％にすることによって、安定した離型性と透明性を得
ることができるものである。また、メルカプト基を含有
するシラン系カップリング剤を含有したので、離型性を
低下させずに透明性をさらに高くすることができるもの
である。

【００３３】また本発明の請求項２に記載の発明は、上
記離型剤として分子量が５００〜３０００のものを用い
たので、安定した離型性と透明性を得ることができるも
のである。

【００３４】また本発明の請求項３に記載の発明は、上
記シラン系カップリング剤をエポキシ樹脂と硬化剤と硬
化促進剤と離型剤とシラン系カップリング剤の合計量に
対して５重量％以下で配合したので、安定した離型性と
高い透明性を得ることができるものである。

【００３５】また本発明の請求項４に記載の発明は、上
記のいずれかの半導体素子封止用エポキシ樹脂組成物で
半導体素子を封止したので、封止材の透明性が高くて半
導体素子の受光・発光が損なわれないようにすることが
できるものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平９−208805（ＪＰ，Ａ) 特開平９−316177（ＪＰ，Ａ) 特開平10−158474（ＪＰ，Ａ) 特開平11−310710（ＪＰ，Ａ) 特開平１−242656（ＪＰ，Ａ) 特開平８−157695（ＪＰ，Ａ) 特開平３−195724（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C08L 63/00 - 63/10 C08K 5/05 - 5/06 C08K 5/548 H01L 23/29

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エポキシ樹脂と硬化剤と硬化促進剤と離
型剤を含有する半導体素子封止用エポキシ樹脂組成物で
あって、上記離型剤として炭素数２５以上の直鎖状アル
コールをエトキシ化したものでエトキシ化含有率が４０
〜９０重量％のものを用いると共に、上記離型剤をエポ
キシ樹脂と硬化剤と硬化促進剤と離型剤の合計量に対し
て０．１〜５重量％で配合し、メルカプト基を含有する
シラン系カップリング剤を含有して成ることを特徴とす
る半導体素子封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項２】上記離型剤として分子量が５００〜３０
００のものを用いて成ることを特徴とする請求項１に記
載の半導体素子封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】上記シラン系カップリング剤をエポキシ
樹脂と硬化剤と硬化促進剤と離型剤とシラン系カップリ
ング剤の合計量に対して５重量％以下で配合して成るこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体素子封止
用エポキシ樹脂組成物。
【請求項４】上記請求項１乃至３のいずれかの半導体
素子封止用エポキシ樹脂組成物で半導体素子を封止して
成ることを特徴とする半導体装置。