JP2000001601A - 封止用樹脂組成物および半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリカ充填剤を熱硬化性樹脂に配合し、トラ
ンスファー成形における充填性や作業性がよく、成形加
工工程での装置の摩耗も少なくて、かつ電子部品の内部
応力の小さい封止用樹脂組成物および半導体装置を提供
する。 【解決手段】 熱硬化性樹脂とシリカ充填剤とからな
り、該充填剤が、破砕状シリカに外部から押圧力を加え
ながら水系媒体存在下で粒子同士を摩砕することによっ
てシリカ粒子の角をとり、丸みをおびさせたシリカ微粉
末であって、最大粒子径が200 μｍ以下で平均粒子径が
7〜35μｍ、3 μｍ以下の微粒子シリカを10重量％以下
含有するとともに、熱硬化性樹脂100 重量部に対して該
充填剤が100 〜2000重量部の割合に配合される封止用樹
脂組成物およびそれによって半導体チップが封止された
半導体装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップ等の
電子部品をトランスファー成形などで封止するに用いる
封止用樹脂組成物と、該組成物によって樹脂封止された
半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体チップ等の電子部品は、それを外
部環境から保護するためにセラミックパッケージや樹脂
パッケージで封止されているが、この封止材料について
は、コスト、生産性等の面から無機質充填剤を含有させ
た合成樹脂組成物によるものが普及している。

【０００３】この合成樹脂組成物は、エポキシ樹脂など
の熱硬化性樹脂とシリカ等の無機充填剤とから構成され
ているが、これらの合成樹脂組成物は、熱膨張係数が小
さく、良熱伝導性、低透湿性で機械的特性などに優れ、
しかも低コストのものが望ましいことから、この無機質
充填剤をその成形性の許す限り、できるだけ多量に配合
する必要がある。

【０００４】しかしながら、充填剤として用いる無機質
粉末は、主としてその塊状物を、適度の大きさと分布を
もった粉末に粉砕するため、その形状は一般に角をもっ
ており、これとエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を混練し
て封止材料とした場合、その流動性が十分ではなく、充
填性や作業性が悪いうえ、成形加工工程で使用する装置
類を著しく摩耗するという欠点をもっていた。また、封
止される半導体チップにとっても、充填剤粒子の鋭くと
がった角が半導体素子表面を傷つけ、そのことがソフト
エラーを引き起こす原因となるとの報告も出されてい
る。

【０００５】一般に、熱硬化性樹脂が硬化する際には、
収縮することにより応力が生じるが、この応力のほか、
半導体素子から発生する熱により温度が上昇した際、半
導体基板と封止樹脂組成物の熱膨張係数の差が大きいた
めに生ずる応力が存在する。これらの内部応力のうち、
後者の応力を緩和するために、通常、熱膨張率の小さい
無機質充填剤を、できるだけ多量に充填することが望ま
しい。しかしながら、この面においても、粉砕によって
製造された角ばった充填剤では、充填剤を増やすと極端
に流動性が低下するために、量的な制約を受けざるを得
ず、その制約のもとでは内部応力の緩和には役立たな
い。

【０００６】このような問題点を解決するため、例え
ば、特開昭 58-145613号公報または特開昭 61-118131号
公報によれば、結晶微粉末シリカをガス流とともにノズ
ルから噴出させ、粒子の分散、溶融、冷却等を適当な条
件に制御して、球状の溶融微粉末シリカをつくる方法が
提案されている。しかしながら、この方法はコストが高
くなる欠点を有する。

【０００７】一方、結晶タイプの球状シリカの丸味を帯
びたシリカ微粉末粒子の製造方法については、特公平 4
-60053号公報（シリカ微粉末粒子の製造方法）が公告さ
れている。しかしながら、この方法は、シリカ充填剤の
不純物イオン濃度が高くなり、また、シリカ充填剤の水
分含有量も高くなる等の欠点があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、シリ
カ充填剤を配合した熱硬化性樹脂の組成物であって、ト
ランスファー成形に適して充填性や作業性がよく、成形
加工工程で使用する装置の摩耗も少なくて、かつ電子部
品の内部応力が小さい封止用樹脂組成物および半導体装
置を提供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の目的
を達成しようと鋭意研究を重ねた結果、外部から押圧力
を加えながら水系媒体存在下で粒子同士を摩砕してシリ
カ粒子の角をとり、最大粒子径が200 μｍ以下で、平均
粒子径が7 μｍ以上35μｍ以下であり、かつ3μｍ以下
の微粒子シリカを10重量％以下含有するシリカ粉末が、
熱硬化性樹脂に配合するシリカ充填剤として、より優れ
た特性をもつことを知った。

【００１０】さらに本発明は、そのように水系媒体存在
下で外部から押圧力を加えて摩砕し角を丸めた特定分布
のシリカ微粉末粒子を、熱硬化性樹脂に配合すれば、ト
ランスファー成形における充填性や作業性がよく、成形
加工工程での装置の摩耗も少なくて、かつ半導体装置の
内部応力の小さい熱硬化性樹脂組成物が得られることを
も見いだし、本発明を完成したものである。

【００１１】即ち、本発明は、熱硬化性樹脂とシリカ充
填剤とからなり、シリカ充填剤が、破砕状シリカに外部
から押圧力を加えながら水系媒体存在下で粒子同士を摩
砕することによってシリカ粒子の角をとり、丸みをおび
させたシリカ微粉末であって、最大粒子径が200μｍ以
下で平均粒子径が7 μｍ以上35μｍ以下であり、かつ、
3 μｍ以下の微粒子シリカを10重量％以下含有するとと
もに、熱硬化性樹脂100 重量部に対して該シリカ充填剤
100 〜2000重量部の割合に配合されることを特徴とする
封止用樹脂組成物であり、また、熱硬化性樹脂がエポキ
シ樹脂である上記封止用樹脂組成物の硬化物によって、
半導体チップが封止されてなることを特徴とする半導体
装置である。

【００１２】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１３】本発明に用いる破砕状シリカは、結晶シリ
カ、溶融シリカのいずれでも構わず、結晶シリカとして
は、一般に天然の高純度の珪石、珪砂、水晶等が用いら
れ、溶融シリカは、これら結晶シリカを高温で溶融して
インゴットにしたものである。通常、これらをジョーク
ラッシャー、ロールクラッシャー等で粗砕し、これら粗
砕品をさらにボールミル等で微粉砕し、本発明における
破砕状シリカとして用いる。ここで得られる破砕状シリ
カの平均粒子径は、最終製品の角をとって丸みを帯びた
シリカ充填剤のそれよりもやや大きくしておく必要があ
る。

【００１４】本発明においては、破砕状シリカに外部か
ら押圧力を加えながら、水系媒体存在下で粒子同士を摩
砕とてシリカ微粉末とするが、この水系媒体が存在しな
いと押圧力が粉体に円滑に伝達されず、摩砕の効率は極
めて低くなる。通常、破砕状シリカに対して0.5 〜18
％、好ましくは3 〜13％の水系媒体の存在が、摩砕に対
して有効に作用する。

【００１５】使用する水系媒体としては、シリカ微粒子
同士が相互に作用しあい、外部から粉体への圧力が伝達
し易い液体であればよく、水、アルコール類、鉱油等の
液状物質が有利に使用できるが、媒体のコスト、操作時
の取扱い易さ、操作後の分離し易さなどから水単独、ま
たは水にエタノール、メタノール等のアルコール類を溶
かした媒体が工業的に最も有利に使用できる。

【００１６】また、本発明において、外部から破砕状シ
リカに加える押圧力は、機械により押圧の仕方が異なる
ので数値的に限定できないが、押圧力があまり強い場
合、角とりのみならず粒子の体積破壊がおき、粉砕が進
行し角とりが阻害される。また、あまり弱い場合は、角
とりの効率が低下してくるので、機械、原料、品種（結
晶質、非結晶質）等に応じて、適切に決めればよい。ま
た、数ｍｍ以下の粗砕品を直接この角とり工程に送っ
て、所望粒度への粉砕と同時に角とり操作を行うことも
できる。

【００１７】このように外部から押圧力を加えながら粒
子同士を摩砕する手段には、種々の方法があるが、エネ
ルギー等のコストあるいは効率性の面からみてローラミ
ルが最も有効に使用できる。

【００１８】本発明に用いるシリカ充填剤は、上記の如
くして得たシリカ微粉末を含有するものである。そのシ
リカ充填剤の最大粒子径は、200 μｍ以下で、好ましく
は100 μｍ以下である。粒子径が200 μｍを超えると、
半導体の樹脂封止の工程でつまりを生じるため使用でき
ない。更に平均粒子径は、7 μｍ以上35μｍ以下であ
る。平均粒子径が7 μｍ未満または35μｍを超えると樹
脂組成物の良好な流動性が損なわれる。

【００１９】次に、シリカ充填剤中の微粒子シリカの存
在量であるが、3 μｍ以下の微粒子シリカを10重量％以
下含有すると良好な流動性が得られ、かつ、高充填化が
図れる。但し、3 μｍ以下の微粒子シリカは、必ずしも
角をとって丸みを帯びる必要はなく、破砕状微粒子でも
よい。3 μｍ以下の微粒子シリカが10重量％を超える
と、樹脂組成物の流動性は低下してくる。なお、微粒子
シリカの存在量の下限は、上記した平均粒子径の範囲規
定により自から決められる。

【００２０】上記、7 〜35μｍの平均粒子径および所望
の割合で微粒子が存在するシリカ充填剤は、押圧力ある
いは、回転数、水系媒体の量等を適宜調節することによ
り得ることができるし、また、3 μｍ以下の破砕状シリ
カを本処理前、処理途中または処理後に分級により除去
しても得ることができる。

【００２１】本発明の封止用樹脂組成物は、上述したシ
リカ充填剤を熱硬化性樹脂に配合させたものである。

【００２２】ここで用いる熱硬化性樹脂としては、例え
ば、ユリア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、レゾ
ルシノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、酢
酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、アクリル樹
脂、ビニルウレタン樹脂、シリコーン樹脂、α−オレフ
ィン無水マレイン酸樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド
樹脂等が挙げられ、これらは単独又は2 種以上混合して
使用することができる。このなかでもエポキシ樹脂が工
業的に有利に用いられる。これらの熱硬化性樹脂100 重
量部に対して、本発明のシリカ充填剤を100 〜2000重量
部の範囲で配合すると所望の樹脂組成物が得られる。な
お、熱硬化性樹脂の100 重量部のなかには、その熱硬化
性樹脂に必要な硬化剤および硬化触媒の配合量が含まれ
る。シリカ充填剤配合が100 重量部未満では内部応力低
下の効果がみられず、2000重量部を超えると、樹脂の流
動性が著しく低下するので好ましくない。熱硬化性樹脂
に充填剤を混練する方法としては、通常、ニーダ、ロー
ルミル、ミキサー等を用いればよい。

【００２３】本発明の封止用樹脂組成物は、上述したシ
リカ充填剤および熱硬化性樹脂を主成分とするが、本発
明の目的に反しない限り、また必要に応じて、粘度調整
用の溶剤、カップリング剤、その他の添加剤を配合する
ことができる。その溶剤ととしては、ジオキサン、ヘキ
サン、ベンゼン、トルエン、ソルベントナフサ、工業用
ガソリン、酢酸セロソルブ、エチルセロソルブ、ブチル
セロソルブアセテート、ブチルカルビトールアセテー
ト、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ
−メチルピロリドン等が挙げられ、これらは単独又は2
種以上混合して使用することができる。

【００２４】また、本発明の半導体装置は、上述した封
止用樹脂組成物により半導体チップを常法にしたがい封
止して容易に製造できる。

【００２５】

【作用】本発明において角が丸められるとともに特定粒
度分布を有しかつ微粒子シリカを特定量含有するシリカ
充填剤と、熱硬化性樹脂とを配合することによって、本
発明の封止用樹脂組成物が得られる。この封止用樹脂組
成物を使用することにより、トランスファー成形におけ
る充填性や作業性がよく、成形加工工程での装置の摩耗
も少なくなり、かつ内部応力の小さい半導体装置を製造
することができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例によって説
明するが、本発明は、これらの実施例によって限定され
るものではない。

【００２７】実施例１ 破砕状シリカに外部から押圧力を加えながら水系媒体存
在下で粒子同士を摩砕することによってシリカ粒子の角
をとり、丸みをおびさせたシリカ微粉末であって、最大
粒子径が180 μｍで平均粒子径が20μｍであり、かつ3
μｍ以下の微粒子シリカの含有量が8.5 重量％であるシ
リカ充填剤Ａを、エポキシ樹脂100 重量部に対し、表１
に示す重量部を配合し、ロールミルにて混練後冷却、粉
砕し、エポキシ樹脂組成物１〜４を得た。

【００２８】比較例１ 同様に、丸みをおびさせたシリカ微粉末であって、最大
粒子径が180 μｍで平均粒子径が18μｍであり、かつ3
μｍ以下の微粒子シリカの含有量が19重量％であるシリ
カ充填剤Ｂを、エポキシ樹脂100 重量部に対し、表２に
示す重量部を配合し、ロールミルにて混練後冷却、粉砕
し、エポキシ樹脂組成物５〜８を得た。 比較例２ 角張ったシリカ微粉末であって、最大粒子径が120 μｍ
で平均粒子径が25μｍであり、かつ3 μｍ以下の微粒子
シリカの含有量が15重量％、1 μｍ以下の微粒子シリカ
の含有量が3.3 重量％であるシリカ充填剤Ｃを、エポキ
シ樹脂100 重量部に対し、表３に示す重量部を配合し、
ロールミルにて混練後冷却、粉砕し、エポキシ樹脂組成
物９〜１２を得た。

【００２９】前記実施例１および比較例１〜２で作成し
たエポキシ樹脂組成物の流動性をみるため、高化式フロ
ー粘度およびスパイラルフローを測定してこの結果を表
１〜３にそれぞれ示した。実施例１におけるシリカ充填
剤Ａを使用した番号１〜４の樹脂組成物が、比較例１〜
２におけるシリカ充填剤Ｂ、Ｃを使用した番号５〜１２
の樹脂組成物より流動性に優れ、また、フィラーを高充
填しても樹脂組成物粘度が低く、成形性および作業性に
優れていて、本発明の効果が確認された。

【００３０】

【表１】 ＊1 ：クレゾールノボラックエポキシ樹脂−ノボラックフェノール樹脂等量配合 、有機燐系触媒。 ＊2 ：175 ℃、荷重10ｋｇ（島津フローテスターＣＦＴ−５００型）。 ＊3 ：175 ℃×2 分硬化、ＥＭＭＩ規格１一６６に準じる。

【００３１】

【表２】 ＊1 ：クレゾールノボラックエポキシ樹脂−ノボラックフェノール樹脂等量配合 、有機燐系触媒。 ＊2 ：175 ℃、荷重10ｋｇ（島津フローテスターＣＦＴ−５００型）。 ＊3 ：175 ℃×2 分硬化、ＥＭＭＩ規格１一６６に準じる

【００３２】

【表３】 ＊1 ：クレゾールノボラックエポキシ樹脂−ノボラックフェノール樹脂等量配合 、有機燐系触媒。 ＊2 ：175 ℃、荷重10ｋｇ（島津フローテスターＣＦＴ−５００型）。 ＊3 ：175 ℃×2 分硬化、ＥＭＭＩ規格１一６６に準じる

【００３３】

【発明の効果】本発明のシリカ充填剤を含有する熱硬化
性樹脂組成物を半導体等の電子部品の封止に用いること
により、トランスファー成形工程における流動性、摩耗
性が改善されるうえ、封止物の内部応力の低下にも役立
ち、作業性、特性の両面で改善をはかることができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱硬化性樹脂とシリカ充填剤とからな
   り、シリカ充填剤が、破砕状シリカに外部から押圧力を
   加えながら水系媒体存在下で粒子同士を摩砕することに
   よってシリカ粒子の角をとり、丸みをおびさせたシリカ
   微粉末であって、最大粒子径が200 μｍ以下で平均粒子
   径が7 μｍ以上35μｍ以下であり、かつ、3 μｍ以下の
   微粒子シリカを10重量％以下含有するとともに、熱硬化
   性樹脂100 重量部に対して該シリカ充填剤100 〜2000重
   量部の割合に配合されることを特徴とする封止用樹脂組
   成物。
2. 【請求項２】 熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である請求
   項１記載の封止用樹脂組成物の硬化物によって、半導体
   チップが封止されてなることを特徴とする半導体装置。