JPH01240556A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分′ｒｆ） 本発明は優れた耐熱ＷＩＴ撃性及び耐湿信頒性を有する
硬化物を与える半導体封止用のエポキシ樹脂組成物に関
する。

（従来の技術） 従来、半導体装置の封止用樹脂としては、フェノールノ
ボラック樹脂硬化のエポキシ樹脂組成物が用いられてお
り、その硬化物が吸湿性、高温電気特性、成形性などに
優れているため、モールド用樹脂の主流となっている。

ところで、近年、半導体素子の高集積化に伴って、素子
上の各機能単位の細密化、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ものでは＃熱衝撃性等の要求が満
足できなくなってきた。

すなわち、この系統の樹脂組成物を用いて大皿でかつ微
細な表面構造を有するペレットを封Ｉ卜すると、素子ペ
レット表面のアルミニウム（Ａｌｌ）パターンを保護す
るだめの被で材であるリンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）膜や
窒化ケイ素（Ｓ　ｉ　Ｎ）膜に割れを生じたり、ペレッ
トに割れを生じたり、封止樹脂にクラックを生じたりす
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、半導体装置の外観不良や信
頼性の低下を招いている。

また、半導体装置を表面実装する場合、基板に半田付け
をする際、装置全体が２Ｏ０〜２８０℃の高温雰囲気中
に５〜９０秒程度さらされるという過酷な熱衝撃を受け
る。この際、パッケージ内部に取込まれた水分の気化が
主な原因となり、やはり封止樹脂のクラックを生じるこ
とがある。

これらの対策として、封止樹脂の内部封入物（インサー
ト）に対する応力を小さくし、かつ広い温度範囲で封止
樹脂自体を強靭化する必要かある。− このうち、封止樹脂の内部応力の低減には、従来からシ
リコーンや天然ゴムなどを樹脂マトリクスに細かく分散
させた、いわゆる海−島構造をとることが有効とされて
おり、事実、この方法によりかなりの改善効果をあげる
ことができる。しかしながら、この手法は必然的に樹脂
自体の強度を低下させるという欠点を有するうえ、高温
下での樹脂のクラックに対してはほとんどその有効性は
期待できない。

また、封止樹脂の強靭化のためには、各種の繊維を配合
することが試みられている。しかし、この場合、樹脂の
弾性率が過大となり、内部応力を低減するという意味で
は好ましくない。

（発明が解決しようとする課８） 上述したように最近の半導体封止用樹脂には、インサー
トへのダメージを小さくするために、内部応力を低減す
るとともに、広い温度範囲にわたってクラックが生じに
くい強靭性を付与することが求められている。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり
、内部応力が小さくかつ強靭性が高いエポキシ樹脂組成
物を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段と作用） 本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、（ａ）エ
ポキシ樹脂、（ｂ）フェノール樹脂系硬化剤、（ｃ）硬
化促進剤、（ｄ）　　ＣＩ）シリカ粉、及び（ＩＩ）Ｓ
ｉ２Ｏ、Ａ　ｌ　２Ｏ３又はＺｒ０２（７）うち少なく
とも１種からなるセラミックファイバー、を含む無機質
充填剤、（ｅ）シリコーンゴム、シリコーンオイル又は
スチレン−ブタジエン−メチルメタクリレート共重合体
のうち少なくとも１種を含有することを特徴とするもの
である。

以下、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の各構
成成分について詳細に説明する。

本発明において、（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
れが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、ノボラック型エポキシ樹脂、脂環
式エポキシ樹脂、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、
トリ又はテトラ（ヒドロキンフェニル）アルカンのエホ
＋シ化物などが挙げられる。これらは単独あるいは２ｇ
以−Ｌの混合系で使用される。

本発明において、（ｂ）成分であるフェノール樹脂系硬
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、タレゾールノボラック樹脂、
トリ又はテトラ（ヒドロキシフェニル）アルカンなどの
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
ノール樹脂が挙げられる。

この（ｂ）成分の配合量は、（ａ）成分１００重量部に
対し、３０〜１５０重量部であることが望ましい。

これは、３０重量部未満では硬化が不充分となり、一方
１５０重量部を超えると耐温性に劣るためである。より
好ましくは５０−１００重量部の範囲である。

本発明において、（ｃ）成分である硬化促進剤としては
、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もよい。この（ｃ）成分の具体例
としては、２−メチルイミグソール、２−エチル−４−
メチルイミタソール、１−シア／エチル−２−ニチルー
メチルイミタソール等のイＳタソール化合物；ベンジル
ジメチルアミン、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、
トリシクロへキシルホスフィン、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；ジアザビシクロウンデセンなどが挙げられる。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、　０．０１〜ｌＯ重ｅ部であることが望ましい
。これは、０．０１爪賃部未満では硬化性が劣り、一方
１０重量部を超えると耐温性が低下するためである。

本発明において、（４）成分のうち（Ｉ）シリカ粉とし
ては、例えば結晶性シリカ粉、溶融シリカ粉あるいはこ
れらの混合物が挙げられ、その形状は特に限定されるも
のではない、ただし、シリカ粉の形状が破砕状である場
合、半導体素子の１誤動作を防Ｉヒする観点から、その
最大′＃１．径は７５β量以下であることが望ましい、
また、（ｄ）成分のうち（ｊｌ）　Ｓ　ｉ　Ｏ２、ＡＭ
　□０３又はＺ　ｒ　Ｏ２（７）うち少なくとも１種か
らなるセラミンクファイバーとしては、平均繊維径が０
．１〜１０ＡＬｍ、平均繊維長が５〜２Ｏ０　ｇ　ｒｓ
の範囲にあるものが好ましい、この範囲外では耐熱衝撃
性を改善する効果が小さい。なお、ソフトエラー防止の
観点から、これら（ｄ）成分中のＵ及びＴｈの合計含有
量は１０ｐｐｂ以下であることが望ましい。

（ｃｌ）成分中の　（Ｉ）と　（ＩＩ）との配合比（こ
こでは全充填剤中に占めるセラミックファイバーの割合
で表示）は、容量換算で０．１≦ＩＩ／（Ｉ＋ＩＩ）≦
０．８の範囲であることが望ましい。これは、上記値が
０．１未満、すなわちシリカ粉の割合が多い場合には耐
熱衝撃性を改善する効果が小さく、逆に上記値が０．６
を超えると、すなわちセラミックファイバーの割合が多
いとＭｉ成成約汝動性が著しく劣るためである。また、
（Ｉ）及び（ＩＩ）の配合割合は組成物全体の４０〜８
０容量％であることが望ましい、これは、配合割合が４
０容量％より少ない場合には耐熱衝撃性を改善する効果
が小さく、一方８０容に％を超える場合には組成物の流
動性が劣るためである。なあ、セラミックファイバーに
ついては、その分散性を向上させるため、事前に表面処
理を施すか、又は樹脂との予備混合を行っでもよい。

本発明において、（ｅ）成分は内部応力の低減に寄与す
る成分である。（ｅ）成分のうちシリコーン腎 オイルとしては、÷５ｉ−０＋の繰返し単位を有し、常
温で液状の化合物であればいかなるものでもよく、例え
ばジメチルシリコーンオ・イル、メチルフェニルシリコ
ーンオイルなどが挙げられるやまた、シリコーンオイル
は変成されたものでもよく、例えばアルキル変成シリコ
ーンオイル、脂肪族変成シリコーンオイル、エポキシ変
成シリコーンオイル、ポリエーテル変成シリコーンオイ
ル１アミノ変成シリコーンオイル、ヒドロキシ変成シリ
コーンオイルなどが挙げられる。（ｅ）成分のうちシリ
コーンゴムとしては、１００°Ｃ以下で流動性を有する
ものが望ましく、加熱によりゲル化するものであればい
かなるものでもよい。こうしたシリコーンゴムとしては
、例えば付加型シリコーンゴムあるいはゲル、縮合型シ
リコーンゴムあるいはゲルなどが挙げられる。（ｅ）成
分のうちスチレン−ブタジエン−メチルメタクリレート
共重合体としては、ブタジェン組成比率が７０３Ｔｆ、
ｍ％以下。

メチルメタクリレート組成比率が１５重量％以上のもの
が望ましい。この範囲外では成形性の外観か損なわれや
すい。

この（ｅ）成分の配合量は、組成物全体の０．１〜１０
爪埴％の範囲が望ましい。これは、配合量が０．１重量
％未満では内部応力を低減させる効果が少なく、一方１
０重量％を超えると成形性の低下。

強度の低下などを招くためである。

なお、上記の各成分のほかにも、必要に応じてエポキシ
シランなどの界面処理剤；高級脂肪酸、ワックス類など
の、２Ｉ１．！Ｉ＋！剤；アンチモン、リン化合物、臭
素や塩素を含む難燃化剤など奢配合してもよい。

本発明のエポキシ樹脂組成物は、上述した各成分を、加
熱ロール、ニーグーあるいは押出機によって溶融混練し
たり、微粉砕等の特殊混合機による混合したり、これら
の各方法の適宜な組合せて容易に製造することができる
。

本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて半導体装置を樹脂
封止する場合、最も一般的には低圧トランスファー成形
が用いられるが、インジェクション成形、圧縮成形、注
型などによっても封止することができる。封止後の加熱
硬化は１５０℃以上の温度で行うことが望ましい。本発
明のエポキシ樹脂組成物によって封止される半導体装置
は特に限定されない。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物によれば、充
填剤としてシリカ粉と特定のセラミックファイバーとを
併用し、かつそれほど強度を低下させることなく弾性率
を低減させ得るシリコーンオイルなどの添加剤を配合し
ているので、これを硬化した封止樹脂は内部応力が低く
かつ広い温度範囲にわたって耐クラツク性が良好となる
。

（実施例） 以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明する。

実施例１〜６及び比較例１〜５ 第１表に示すように （ａ）成分としてオルトクレゾールノボラック型エポキ
シ樹脂（エポキシ当量１９Ｇ、軟化点７６°Ｃ）、難燃
性エポキシ樹脂（エポキシ当量２７０、軟化点８０℃）
、 （ｂ）成分としてフェノールノボラック樹脂（フェノー
ル当量１０Ｂ、軟化点９７°Ｃ）、（ｃ）成分としてト
リフェニルホスフィン、（ｄ）成分として （１）破砕状溶融シリカ粉（平均粒径２Ｏｇａ＋、Ｕ及
びＴｈの合計含有量０．１ｐｐｂ　）、（ＩＩ　）　Ｓ
　ｉ　Ｏ２／　Ａ　ｌ　２Ｏ３２成分系（Ｓ／Ａと略す
）のセラミックファイバー（平均繊維径３μｍ、平均＃
ａ雄長１１００ｐ、比重２．５１、Ｕ及びＴｈの合計含
有量２ｐｐｂ）、 Ｓ　ｉ　Ｏ２／　Ａ　ｌ　２Ｏ３　／　Ｚ　ｒ　Ｏ２３
成分系（Ｓ／Ａ／Ｚと略す）のセラミックファイバー（
平均繊Ｍ径３ｇｍ、平均繊維長９０ＪＬ１１．比重２．
６９、Ｕ及びＴｈの合計含有量２ｐｐｂ）、 （ｅ）　！＆分として エポキシポリエーテル変成シリコーンオイル（ＳＦ−８
４２１、東しシリコーン社製）。

熱硬化型シリコーンゴム（ＴＳＥ−３０５１，封蓋シリ
コーン社製）、 スチレン−ブタジエン−メチルメタクリレート共重合体
（ＪＳＲ−ＭＢＳ、日本合成ゴム社製）、その他の成分
として、カルナバワックス（離型剤）、三酸化アンチモ
ン（難燃助剤）、カーボンブラック（着色剤）、γ−グ
リシドキシプロビルトリメトキシシラン（カップリング
剤）を使用した。

これらの成分を第１表に示す配合量（重量部）で配合し
てエポキシ樹脂組成物を得た。この場合、まずヘンシェ
ルミキサー中にて充填剤を界面処理剤で処理した後、残
りの成分をミキサー中に投入混合し、８ＯＮ１１０”０
の加熱ロールで混練し。

冷却後、粉砕して各エポキシ樹脂組成物を得た。

なお、第１表には、エポキシ樹脂組成物中の充填剤（（
ｄ）成分）の配合割合（容量％）、及び全充填剤に対す
るセラミックファイバーの容量換算での配合比（ＩＩ／
（Ｉ＋ＩＩ））を併記する。

これら実施例１〜６及び比較例１〜５のエポキシ樹脂組
成物について下記のような試験を行った。

■高化式フローテスターを用い、１７５℃における溶融
粘度を測定し、エポキシ樹脂組成物の流動性を評価した
。

■各エポキシ樹脂組成物を用い、１７５℃、３分の条件
でトランスファー成形により試験片を作製し、１８０℃
で４時間アフターキュアした。これらの試験片について
、熱膨張率、曲げ強さ、曲げ弾性率、衝撃強さ（ダイン
スタット衝５３試験機使用）を測定した。

■耐半田浸漬性を調べるために以下の試験を行った。す
なわち、各エポキシ樹脂組成物を用い、１７５°Ｃ１３
分間の条件で評価用半導体素子を封止し、厚さ２ｍｍの
フラットパッケージを作製した後、１８０℃で４時間ア
フターキュアを行った。次いで、このパッケージを８５
℃、相対湿度８５％の雰囲気中に７２時間放置して吸湿
処理を行った後、これを２６０℃の半田浴に５秒１？Ｊ
’ｆ浸漬した。この時点でパッケージのクラック発生率
を調べた。更に、この半田浸漬パッケージをプレッシャ
ークツカー内で１２７℃の飽和水蒸気雰囲気中に１００
〜４００時間放置し、不良（リーク不良、オープン不良
）発生率を調べた。

■＃熱衝撃性を調べるために以下の試験を行った。すな
わち、各エポキシ樹脂組成物を用い、■と同様にして大
型の耐熱衝撃性試験用デバイス（８ｍｍＸ　８　ｍｍ）
を封止した後、−６５℃→室温→１５０℃を１サイクル
とする冷熱サイクルを５０〜５００サイクル繰返し、デ
バイスの動作特性チエツクにより不良発生率を調べた。

これらの結果を第２表に示す。

第２表から明らかなように、実施例１〜６の封止樹脂は
、比較例１〜５の封止樹脂に比べ、強靭でかつ熱膨張係
数及び弾性率が小さいため、優れた耐熱衝撃性を示す、
また、実施例１〜６の封止樹脂は高温下におけ゛る耐ク
ラック性も良好である。このため、内部に封入された素
子の不良発生率が少ない、また、実施例１〜６の封止樹
脂は耐半田浸漬性にも優れているため、表面実装を行っ
てもその後の耐湿性が良好であり、内部に封入された素
子の不良発生率が少ない、更に、充填剤中のＵ及びＴｈ
の合計含有量が少ないので、例えばメモリ素子のソフト
エラー発生も少なくできる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明の半導体封止用エポキシ樹脂
組成物によれば、その硬化物である封止樹脂は耐熱衝撃
性及び耐半田浸漬性に優れているため、特に表面実装タ
イプの大容量メモリの封止に適しており、更にソフトエ
ラーの発生も低減できるので、素子の信頼性を大幅に向
上できる。

出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）（ａ）エポキシ樹脂、 （ｂ）フェノール樹脂系硬化剤、 （ｃ）硬化促進剤、 （ｄ）（ I ）シリカ粉、及び （II）ＳｉＯ＿２、Ａｌ＿２Ｏ＿３又はＺｒＯ＿２のう
   ち少なくとも１種からなるセラミックファイバーを含む
   無機質充填剤、 （ｅ）シリコーンゴム、シリコーンオイル又はスチレン
   −ブタジエン−メチルメタクリレート共重合体のうち少
   なくとも１種 を含有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。
2. （２）（ｄ）成分中の（ I ）と（II）との配合比が容
   量換算で０．１≦II／（ I ＋II）≦０．６であり、（
   I ）及び（II）の配合割合が組成物全体の４０〜８０
   容量％であることを特徴とする請求項（１）記載の半導
   体封止用エポキシ樹脂組成物。