JP2593503B2

JP2593503B2 - エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた樹脂封止型半導体装置

Info

Publication number: JP2593503B2
Application number: JP1082188A
Authority: JP
Inventors: 健内田; 新悦藤枝; 尚子木原; 章善積
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-01-22
Filing date: 1988-01-22
Publication date: 1997-03-26
Anticipated expiration: 2012-03-26
Also published as: JPH01188518A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、優れた耐熱衝撃性及び成形性を有する硬化
物を与える半導体封止用のエポキシ樹脂組成物及び該樹
脂組成物で封止されて成る樹脂封止型半導体装置に関す
る。

（従来の技術）近年、半導体装置の封止に関する分野においては、半
導体素子の高集積化に伴って、素子上の各種機能単位の
細密化、素子ペレット自体の大型化が急速に進んでい
る。これらの素子ペレットの変化により封止用樹脂も従
来の封止用樹脂では耐熱衝撃性等の要求が満足できなく
なってきた。従来、半導体装置の封止用樹脂として用い
られている、フェノールノボラック樹脂で硬化させたエ
ポキシ樹脂組成物は吸湿性、高温電気特性、成形性など
がすぐれ、モールド用樹脂の主流となっている。

しかし、この系統の樹脂組成物を用いて大型でかつ微
細な表面構造を有する素子ペレットを封止すると、素子
ペレット表面のアルミニウム（Al）パターンを保護する
ための被覆材であるリンケイ酸ガラス（PSG）膜や窒化
ケイ素（NiN）膜に割れを生じたり、素子ペレットに割
れを生じたりする。特に冷熱サイクル試験を実施した場
合に、その傾向が非常に大きい。その結果、ペレット割
れによる素子特性の不良や該膜の割れに起因するAlパタ
ーンの腐食による不良などを生じる。

その対策としては、封止樹脂の内部封入物に対する応
力を小さくし、かつ封止樹脂と素子上のPSG膜やSiN膜な
どのガラス膜との密着性を大きくする必要がある。

例えば、封止樹脂の内部封入物に対する応力を小さく
するため、充填増量を増加させることにより、樹脂の熱
膨張率を低下させる方法がとられている。しかし、この
場合、多量の充填剤使用により、溶融度における粘度の
著しい上昇を招くため樹脂の成形性を損なうという問題
があった。

さらにこれらの素子ペレットの変化と共に、チップに
及ぼす樹脂及びフィラーの極部応力が原因と思われる信
頼性の低下が問題となっており、これの回避には、破砕
状フィラーの粗粒をカットすることが有効であると考え
られる。また、パッケージが小型，薄型である場合、成
形金型のゲートは通常のものよりせまいため、この場合
も、大きな破砕状フィラー粒子の存在は好ましくない。
しかしながら、これらの目的で、フィラーの平均粒径を
小さくした場合にも樹脂の溶融粘度が増して、未充填や
ボンディングワイヤの変形を生じる可能性がある。

従来、このような溶融粘度の増大を抑える手段として
は、マトリクス樹脂の分子量を小さくしたり、樹脂成型
温度における粘度の低い成分を添加するなどの方策が取
られてきた。しかしながら、多くの場合ガラス転移温度
が低下するなど成型品の耐熱性を損ったりあるいは、強
度が著しく低下するなどの欠点を有するため、未だ十分
な解決策を得るに至っていない。

（発明が解決しようとする課題）上記したように、耐熱衝撃性改善のためのフィラーの
増量や微細化は溶融粘度の増大を招き、これを抑制する
ための方策は、未だ十分な検討がなされていない。

本発明の目的は、上記した問題点を解消し、すぐれた
耐熱衝撃性及び成型性を有する硬化物を与える半導体封
止用エポキシ樹脂組成物を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段及び作用）本発明者らは、上記目的を達成するために、鋭意研究
の結果、１価のマレイミド化合物を樹脂組成物に配合す
ることにより、他の特性，特に耐熱性を損なうことなく
組成物の溶融粘度を低下させ得ることを見出し、本発明
を完成するに至った。

すなわち、本発明の半導体装置封止用エポキシ樹脂組
成物及び樹脂封止型半導体装置は、（Ａ）エポキシ樹脂（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤（Ｃ）硬化促進剤（Ｄ）一般式（式中、Ｘは水素，ハロゲン原子，水酸基，アルコキシ
基，カルボキシル基のいずれかを示し、またｎは１〜５
の整数を示す）で表わされる１価のマレイミド化合物（Ｅ）無機質充てん剤より成り、（Ｅ）の配合量が（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）
及び（Ｅ）の総配合量に対し、50〜75容量％であること
を特徴とする半導体封止用のエポキシ樹脂組成物及びこ
れで封止されて成る樹脂封止型半導体装置である。

本発明の（Ａ）成分であるエポキシ樹脂は、１分子中
にエポキシ基を少なくとも２個含有するものであれば、
いかなるものであってもよく、例えば、ビスフェノール
Ａ型エポキシ樹脂，ノボラクック型エポキシ樹脂，脂環
型エポキシ樹脂，グリシジルエステル型エポキシ樹脂が
挙げられ、これらは単独あるいは２種以上の混合系で使
用される。

本発明の（Ｂ）成分であるフェノール樹脂硬化剤は、
一般にエポキシ樹脂の硬化剤として知られているもので
あればいかなるものであってもよく、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などのフ
ェノール性水酸基２個以上を有するノボラック型フェノ
ール樹脂が挙がられる。

この（Ｂ）成分の配合量は（Ａ）成分100重量部に対
し、通常、30〜150重量部である。30重量部未満の場合
は、硬化が不十分であり、150重量部を超えると耐湿性
に劣る。好ましくは、50〜100重量部である。

本発明の（Ｃ）成分である硬化促進剤は、フェノール
樹脂を用いてエポキシ樹脂を硬化する際に、硬化促進剤
として使用されることが知られているものであればいか
なるものであってもよい。この（Ｃ）成分の具体例とし
ては、２−メチルイミダゾール,2−エチル−４−メチル
イミダゾール,1−シアノエチル−２−エチル−メチルイ
ミダゾール等のイミダゾール化合物；ベンジルメチルア
ミン，トリスジメチルアミノメチルフェノール等の第３
アミン化合物；トリフェニルホスフィン，トリシクロヘ
キシルホスフィン，トリブチルホスフィン，メチルジフ
ェニルホスフィン等の有機ホスフィン化合物;1.8−ジア
ザ−ビシクロ（5,4,0）ウンデセン−７もしくはその塩
類等が挙げられ、これらは単独あるいは２種以上の混合
系で使用される。

この（Ｃ）成分の配合量は（Ａ）成分100重量部に対
して、通常、0.01重量部〜10重量部である。

0.01重量部未満の場合には硬化性に劣り、10重量部を
超えると耐湿性が低下する。

本発明（Ｄ）成分である１価のマレイミド化合物は、
前述した一般式で表わされるものあればいかなるもので
あってもよい。この（Ｄ）成分の配合量は、（Ａ）成分
100重量部に対し１〜50重量部である。１重量部未満の
場合には、溶融粘度を低下させるには充分でなく、50重
量部以上の場合には硬化性に劣る。

本発明の（Ｅ）成分である無機質充てん剤は通常充て
ん剤として使用される無機質粉体であればいかなるもの
であってもよいが、好まいくシリカ粉である。シリカ粉
は溶融，結晶性を問わず、これらの混合物であってもか
まわないが、好ましくは溶融シリカ粉である。またその
形状は特に限定されるものではない。さらに、封入素子
への局部的な応力の集中を回避するため、充てん剤の最
大粒径は75μｍ以下であることが好ましい。

（Ｅ）成分の配合量は前記（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）
及び（Ｅ）成分の総配合量に対して50〜75容量％であ
る。配合量が50容量％未満の場合には、得られる硬化物
が十分な耐熱衝撃性を有することができず、75容量％を
超えると溶融粘度の上昇を招き、成形性が低下する。

なお、本発明の組成物は必要に応じてγ−グリシドキ
シプロピルトリメトキシシランなどの界面処理剤，高級
脂肪酸，ワックス類などの離型剤；アンチモン，リン化
合物，臭素や塩素を含む公知の難燃化剤が配合されても
よく、またポリスチレン，ポリメタクリル酸メチル，ポ
リ酢酸ビニル，あるいはこれらの共重合体などの各種熱
可塑性樹脂やシリコーンオリル，シリコーンゴムなどを
添加してもよい。又、本発明の組成物の各成分の混合時
には、溶融混合させて成分の分散性を高めるのはよい
が、加熱温度は140℃以下で行うのが好ましい。140℃以
上であると、硬化反応前に、例えばフェノール樹脂のフ
ェノール性水酸基とマレイミド化合物の反応などの樹脂
成分の変性反応が生じ、所望の特性が得られにくくな
る。具体的には硬化反応前にフェノール樹脂のフェノー
ル性水酸基とマレイミド化合物の反応が生じると、硬化
後にエポキシ−フェノール網目構造中にマレイミド重合
鎖がミクロに分散している状態になりにくくなるため、
硬化物中のマレイミド化合物による耐衝撃性補強効果が
十分でなくなってしまう。

また本発明の樹脂の封止型半導体装置とは前述したエ
ポキシ樹脂で封止され得る半導体装置であれば、いかな
るものであっても良い。

以下本発明の実施例を掲げ本発明を更に詳述する。な
お、表の値は特にことわらない限りは、すべて重量％を
表わす。

（実施例）実施例１〜５第１表に示す組成の各成分を使用し、本発明の組成物
を得た。上記組成物は、まず、ヘンシェルミキサー中
で、充填剤を界面処理で処理した後、残りの成分をミキ
サー中に投入混合した後、60〜110℃の加熱ロールで混
練し、冷却後、粉砕して得られた。

本発明の組成物は、上記した各成分を加熱ロールによ
る溶融混練，ニーダーによる溶融混練，押出機による溶
融混練，微粉砕等の特殊混合機による混合及びこれらの
各方法の適宜な組合わせによって製造することができ
る。

なお、第１表中の各樹脂はオクトルレゾールノボラッ
ク型エポキシ樹脂（エポキシ当量196,軟化点76℃）、難
燃性エポキシ樹脂（エポキシ当量270,軟化点84℃）、フ
ェノールノボラック樹脂（フェノール当量106,軟化点84
℃）を使用した。

比較例１〜３第１表に示す組成の各成分を実施例と同様に処理し。
比較例とした。

上記実施例１〜５、及び比較例１〜３により得られた
組成物について下記の実験を行った。その結果を第２表
に示した。

まず前記組成物の流動性を評価するため、高化式フロ
ーテスターを用いて、175℃における溶融粘度を測定し
た。

また硬化物については、低圧トランスファモールド成
型したサンプルについて線膨張係数，ガラス転移温度を
測定した。

さらに同組成物を用いて表面にPSG層を有する大型ペ
レット評価用素子を低圧トランスファー成型により封止
した。

得られた試料素子について耐熱衝撃性を評価するため
に、熱衝撃試験（−65℃〜−150℃の冷熱サイクルテス
ト）を行い、特性不良を測定した。

第２表より明らかなとおり、実施例の本発明品は比較
品と比べて、耐熱衝撃性において優れており、又、充分
な耐熱性を保ちながらも適度な粘度を有するものであ
る。

〔発明の効果〕本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、耐熱性
を損うことなく良好な成形性を有するとともに、優れた
耐熱衝撃性を有する硬化物を与えるため、半導体電子部
品のパッケージ材料として有用であり、その工業的価値
は極めて大である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）エポキシ樹脂（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤（Ｃ）硬化促進剤（Ｄ）一般式（式中、Ｘは水素，ハロゲン原子，水酸基，アルコキシ
基，カルボキシル基のいずれかを示し、またｎは１〜５
の整数を示す）で表わされる１価のマレイミド化合物（Ｅ）無機質充てん剤より成り、（Ｅ）の配合量が（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）
及び（Ｅ）の総配合量に対し50〜75容量％であることを
特徴とするエポキシ樹脂組成物。
【請求項２】（Ａ）エポキシ樹脂（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤（Ｃ）硬化促進剤（Ｄ）一般式（式中、Ｘは水素，ハロゲン原子，水酸基，アルコキシ
基，カルボキシル基のいずれかを示し、またｎは１〜５
の整数を示す）で表わされる１価のマレイミド化合物（Ｅ）無機質充てん剤より成り、（Ｅ）の配合量が（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）
及び（Ｅ）の総配合量に対し50〜75容量％であるエポキ
シ樹脂組成物により封止されてなることを特徴とする樹
脂封止型半導体装置。