JPH01263112A - 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】 〔概要〕 半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関し、樹脂と半導体
チップとの熱膨張係数の差が原因で生ずる応力を低く抑
えることのできる封止用樹脂の開発を目的とし、 ノボラック形エポキシ樹脂を基材樹脂とし、これに可撓
性付与剤、硬化剤、硬化促進剤、カップリング剤および
無機質充填剤を必須成分として構成するエポキシ樹脂組
成物において、可撓性付与剤としてカプロラクトン変成
エポキシ樹脂を基材樹脂１００重量部に対して３０〜１
００重量部含んで半導体封止用エポキシ樹脂組成物を構
成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は応力低減を実現した半導体封止用エポキシ樹脂
組成物に関する。

ＩＣ，ＬＳＩなどの半導体チップを初めとし、コンデン
サ、インダクタンスなどの電子部品の外装として高信頼
性が必要な用途に対しては当初、ハーメチックシール・
パッケージが用いられていたが、回路素子に対するパッ
シベーション技術の進歩と封止用樹脂の改良によって殆
どの分野に亙って樹脂封止パッケージが使用されるよう
になった。

この理由は材料が安価であると共に電気的特性に優れ、
また成形が容易で量産に適していることによる。

さて、樹脂封止を行う半導体素子はシリコン（Ｓｉ）な
どの半導体基板上にイオン注入や熱処理などの半導体領
域の形成技術、導体線路を形成するための薄膜形成技術
と写真蝕刻技術（フォトリソグラフィ）などを用いて回
路構成が行われているために他の回路素子に較べて封止
樹脂の影響を極めて受は易い。

すなわち、半導体基板と封止樹脂との熱膨張係数の差に
よる応力の発生、封止樹脂を通って浸透してくる湿気や
封止樹脂に含まれる不純物イオンによる特性の劣化など
がこれである。

〔従来の技術〕

半導体素子はこれを構成する単位素子の小形化と配線パ
ターンの微少化によって集積化が進み、ＩＣよりＬＳＩ
へ、またＬＳＩよりもＶＬＳＩへと実用化が進んでおり
、配線パターンの最小幅は１μｍ程度にまで微少化して
いる。

こ＼で、大部分の半導体素子はＳｉｉ板を用いて作られ
ており、一方、樹脂封止を行う基材樹脂は成形性、耐湿
性、絶縁性などの点から多くの場合エポキシ樹脂が使用
されているが、熱膨張係数はＳｉ基板が２．８　Ｘｌ０
−６／にであるのに対し、エポキシ樹脂は１．８　Ｘｌ
０−５／にと異なっている。

さて、ＬＳＩ、　ＶＬＳＩなどの半導体集積回路は使用
に際し、ジュール熱による数１０°Ｃの発熱を伴うため
に、使用に当たっては室温との間に温度サイクルが繰り
返えされる結果となり、熱膨張係数の相違に原因して発
生する応力によって導体配線の変形や切断が起こり、ま
た素子−１：に形成されているＬが珪酸ガラス（略称Ｐ
ＳＧ）からなるパッシベーション膜にクラックを生じて
耐湿性を低下させるなどの問題がある。

また、樹脂パッケージ自体にクラックを生ずることもあ
る。

これらのことから半導体素子に加わる応力を軽減するこ
とが必要である。

こ＼で、封止樹脂に発生する応力（σ）は、σ＃Ｋ・α
・Ｅ−Ｔｇ　　　　・・・（１）但し、 Ｋ　・・・比例定数 α　・・・封止樹脂の熱膨張係数 Ｅ　・・・封止樹脂の弾性率 Ｔｇ　　・・・封止樹脂のガラス転移温度の弐で近似さ
せることができる。

こ＼で、Ｔｇを下げると応力（σ）は減るもの＼、架橋
密度が減少するために耐湿性、耐熱性や機械的性質が低
下して好ましくない。。

そこで、熱膨張係数（α）と弾性率（Ｅ）の改良による
低応力化が研究されているが、この方法と問題点は次の
ようである。

熱膨張係数の減少方法： 無機質充填材を添加すると樹脂の熱膨張係数を下げるこ
とができる。

然し、無機質充填材を多量に添加すると、熱膨張係数は
低下するもの＼、弾性率（Ｅ）も大きくなるので結局の
ところ応力（σ）は殆ど変化しない。

また、添加量が多すぎると樹脂の溶融粘度が上昇して、
ボンディングワイヤの変形・断線や樹脂が金型内の隅々
まで届かない未充填部を生ずるなど成形する際の作業性
が著しく低下すると云う問題がある。

弾性率減少方法： 可撓性付与剤を添加すると弾性率（Ｅ）を低下させるこ
とができる。

然し、可撓性付与剤の種類によってはガラス転移温度が
低下して耐湿性、耐熱性、ｎ、械的特性および高温にお
ける電気的特性が低下すると云う問題がある。

こ＼で、ガラス転移温度を低下させずに弾性率（Ｅ）を
低下できる可撓性付与剤としてシリコ−ン系が知られて
いる。

然し、シリコーン系可撓性付与剤を添加すると成形体が
捺印用のインクを弾き易くなり捺印不良を生じ易い。

これらのことから、従来技術では他の特性を劣化させる
ことなく応力（σ）を減少さけることは極めて困難であ
った。

〔発明が解決しようとする問題点〕

半導体封止用樹脂としてエポキシ樹脂が基材樹脂として
使用されており、これを用いて樹脂封止した場合に、発
生する応力（σ）を減少する方法として熱膨張係数（α
）と弾性率（Ｅ）とを減少させることが行われているが
充分な値にまで低減できないことが問題である。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題はノボラック形エポキシ樹脂を基材樹脂とし
、これに可撓性付与剤、硬化剤、硬化促進剤、カップリ
ング剤および無機質充填剤を必須成分として構成するエ
ポキシ樹脂組成物において、可撓性付与剤としてカプロ
ラクトン変成エポキシ樹脂を基材樹脂１００重量部に対
して３０〜１００重量部含んで半４体封土用エポキシ樹
脂組成物を構成することにより解決することができる。

〔作用〕

本発明はカプロラクトン変成エポキシ樹脂を可撓性付与
剤として使用することにより弾性率を減らし、これによ
り応力を減少させるものである。

すなわち、カプロラクトンは炭化水素が鎖状に配列した
構造をとっており、この構造からも優れた可撓性を示す
ことが予測される。

本発明に係るカプロラクトン変成エポキシ樹脂はエポキ
シ樹脂にε−カプロラクトンを付加反応させたもので、
具体的な商品としては、プラクセルＧ４０１．プラクセ
ルＧ４０２　、プラクセルＧ７０１（何れもダイセル社
製）を挙げることができる。

本発明はこれら商品を１種または２種以上を混ぜて可撓
性付与剤として使用するものである。

なお、カプトラクトン変成エポキシ樹脂の配合量として
は基材樹脂であるノボラック型エポキシ樹脂の１００重
量部に対し、３０〜１００重量部がよく、３０重量部未
満では弾性率の減少には効果がな（、また１００重量部
を越えると弾性率は減少するもの＼、電気的特性と耐熱
性が低下するために好ましくない。

以下、封止用エポキシ樹脂組成物を構成する各成分につ
いて注意事項を記すと次のようになる。

エポキシ樹脂（基材樹脂）： エポキシ樹脂はノボラック型エポキシ樹脂であれば特に
制限はないが、耐湿性、耐熱性および機械的強度の点か
らタレヅールノボラソク型のもので、なるべく高純度の
もの一使用が望ましい。

無機質充填材： 熱膨張係数を下げまた熱伝導性を向上するために無機質
充填材の使用は必須であり、溶融シリカ。

結晶シリカ、アルミ九炭酸カルシウムなどの粉末が使用
されるが、熱膨張係数を低減するためには溶融シリカ粉
末の使用が好ましい。

また、無機質充填材の添加量は組成物全体の５０〜８５
重景％の壁量が好ましい。

この理由は添加量が５０重量％より少ないと熱伝導性や
機械的特性が低下するだけでなく、パリの形成など作業
性の低下を生ずるからである。

また８５重量％より多いと流れ性の低下からボンディン
グワイヤの変形や断線を生じ易い。

硬化剤： フェノール系樹脂が使用される。

こ＼で、フェノール系硬化剤としてはフェノールノボラ
ック、クレゾールノボラックなどに代表されるノボラッ
ク型フェノール樹脂、ビスフェノールＡなどが挙げられ
るが、耐湿性の面からノボラック型フェノール樹脂が好
ましい。

次に、硬化剤の添加量としては耐湿性、耐熱性。

機械的特性などの面からエポキシ樹脂１００重量部に対
し２５〜７５重量部が好ましい。

硬化促進剤： 硬化促進剤としては２−メチルイミダゾールなどのイミ
ダゾール系、トリフェニルホスフィンなどのホスフィン
系、ジアザビジシクロウンデセン（ＤＢＵ）のフェノー
ル塩などのＤＢＵ系などが用いられるがエポキシ樹脂１
００重量部に対し０．５〜５重量部の使用が好ましい。

カップリング剤： 樹脂の耐湿性を向上させるために必要であり、３−グリ
シドキシプロピルトリメトキシシラン等のシラン系カッ
プリング剤、或いはテトラオクチルビス（ホスファイト
）チタネート等のチタン系カップリング剤を添加するこ
とが好ましい。

カップリング剤の添加量は無機質充填材の種類。

量、比表面積およびカップリング剤の最小被覆面積にも
よるが、０．１〜１５重量部が好ましい。

離型剤： カルナバワソクス、ステアリン酸およびその金属塩、モ
ンタンワックスなどが使用される。

難燃剤： 臭素化エポキシ樹脂や三酸化アンチモンなどが使用され
る。

顔料： カーボンブラックなどが使用されている。

エポキシ樹脂組成物はこれらの成分をロール。

ニーダ、エクストルーダなどを用いて混和することによ
り作られる。

〔実施例〕

使用した材料は次のようであり、可撓性付与剤は次のよ
うに種類と基材樹脂１００重量部に対する添加量のみを
変え、他は同じとして５種類の樹脂組成物（実施例隘１
〜３と比較例阻４〜５）を調製した。

可撓性付与材： カブロラクトン変成エポキシ樹脂（品名プラクセルＧ４
０１ダイセルＣ４１製）実施例！１１１１１・・・４０
部実施例Ｍ２・・・６０部 実施例１Ｉｈ３・・・８０部 シリコーン樹脂（Ｓ８６０１８　　東しシリコーン側製
）比較例１１ｈ５・・・１５部 注）比較例Ｎ１４は可撓性付与剤を加えない。

エポキシ樹脂（基材樹脂）： クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２
００．軟化点７０℃９品名エピクロンＮ−６６５大日本
インキ化学工業側製）　　　　・・・１００重量部硬化
剤： フェノールノボラック（水酸基当ｆｆ１１０３．軟化点
８１℃　品名ＴＤ−２１３１大日本インキ化学工業■製
）・・・５５重量部 硬化促進剤： トリフヱニルホスフィン（品名ＰＰ−３６０，ケイ・ア
イ化成部製）　　　　　　　　・・・１．５重量部カッ
プリング剤： ３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（品名Ｓ
−５１０チツソ０１製）　　　　・・・４．５重量部離
型剤： （品名へキストワソクスＥ　ヘキストジャパン■製）　
　　　　　　　　　　　・・・　２重量部難燃剤： 臭素化エポキシ樹脂　　　　　・・・　１０ｕｆｆｉ部
難燃助剤： 二酸化アンチモン　　　　　　・・・　５重量部顔料： カーボンブラック　　　　　　・・・１．５重量部充填
材： 溶融シリカ粉末（品名ＶＬ−００２龍森（轡製）・・・
７２０重景壁 量ある。

これらの材料を加圧双腕ニーダで混練して得た組成物を
８メツシユパスの粉末とし、次に２ｒＡ／ｃｍ２で加圧
して直径が３５ｍｍのタブレットを作り、このタブレッ
トを温度１７５℃、圧力６０Ｋｇ／ｃｍ”　。

時間２．５分の条件でトランスファ成形し、次に温度１
７５℃で８時間アフタキュアして試験片を形成した。

そして曲げ弾性率、吸水率、収縮応力、クランクおよび
捺印性を測定した。

こ＼で、曲げ弾性率はＪＩＳ　Ｋ６９１１により、吸水
率はプレッシャクソカーテス）−（１２１℃。

２　ａｔｍ、　１００％ＲＨ，１６８ｈ）による試験片
の重量増加により、 収縮応力は特願昭６０−２５０２５８で示される収縮応
力測定法により、 クランクは５×６１１１の半導体チップをモールドした
１６ビンのＳＩＰを用い、熱衝撃試験（１５０℃で２分
、−１９６°Ｃで５分を５００サイクル）後のパッケー
ジクラックを、 捺印性はインクの撥きの有無を顕微鏡で調べた。

添付の表は１ｌｈｌ〜５のそれぞれ４０個の試料につい
ての試験結果を示すものである。

すなわち、実施例の当１〜寛３は可撓性付与剤としてカ
プロラクトン変成エポキシ樹脂を基材樹脂１００重量部
に対し４０重量部〜８０重量部加えたもの、また比較例
のｌ’！１４は可撓性付与剤を加えないもの、また寛５
はシリコーン樹脂を加えたものであるが、本発明に係る
カプロラクトン変成エポキシ樹脂を加えたものはこの範
囲では総ての特性が良く、曲げ弾性率と収縮応力の値は
添加量と共に向上している。

然し、１００重量部を越えると先に記したように電気的
特性と耐熱性が低下し、一方、３０重置部以下では添加
効果が現れない。

また、シリコーン樹脂を加えた比較例の患５は捺印性が
劣り、また４０個中に２個のクラックの発生が認められ
た。

また、可撓性付与剤を加えてないｔｌｈ４は捺印性と表
面汚染を除く総ての特性について劣っており、クラック
も４０個中に１５個発生した。

〔発明の効果〕

以上記したように半導体封止用エポキシ樹脂組成Ｔｈに
おいて、可撓性付与剤としてカプロラクトン変成エポキ
シ樹脂を基材樹脂１００重量部に対し３０〜１００重量
部を加えることにより曲げ弾性率。

吸水率、収縮応力、捺印性や耐熱性、耐湿性などに優れ
、クランク発生のない封止樹脂を提供することができる
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　ノボラック形エポキシ樹脂を基材樹脂とし、これに可
   撓性付与剤、硬化剤、硬化促進剤、カップリング剤およ
   び無機質充填剤を必須成分として構成するエポキシ樹脂
   組成物において、 可撓性付与剤として下記の構造式で示されるカプロラク
   トン変成エポキシ樹脂を基材樹脂１００重量部に対して
   ３０〜１００重量部含んで構成されることを特徴とする
   半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 ▲数式、化学式、表等があります▼ 但し、ｍ＝１〜６、ｎ＝０〜９