JPH01299862A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関し、さら
に詳しくは流動性、拡がり性、耐湿性及び耐熱衝撃性が
改善された半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関する。

（従来の技術） エポキシ樹脂は吸水性が小さく、シかも接着性および電
気特性に優れているため、電気や電子部品の絶縁用また
は封止用材料として広く使用されている。

近年、電子産業分野において一層の小凰軽量化。

高密度化等が進み、これに対応してハイブリッドＩＣの
採用が増加し、半導体素子またはチップ部品の基板への
直接実装が広く行なわれるようになり、従来主流であっ
たＤＩＰ　（デュアル・インライン・パッケージ）に代
表される挿入型の実装技術は、専用の半導体チップを直
接基板に実装するＣＯＢ　（チップ・オン・ボード）と
呼ばれる方法に移行されている。

一方、半導体素子の封止方法としては、安価な樹脂封止
方法が多く採用され、その樹脂とし、て低圧トランスフ
ァ成形用エポキシ樹脂が使用されている。しかしＣＯＢ
方式にトランスファ成形用エポキシ樹脂を適用する際に
は、形状の複雑さ、チップの大きさと形状が異なった機
釉への対応などに問題点が多いため、液状の封止材料を
ボッティング方式で注型後、加熱硬化する方法がとられ
ている。

またハイブリッドＩＣの場合には、基板に熱膨張係数の
小さいアルミナが使用されているため。

樹脂の硬化時またはヒートサイクル時の熱収縮と熱膨張
による封止樹脂との熱膨張係数の差による応力が発生し
、基板との剥離不良、ワイヤの断線。

印刷抵抗の変化などを起こし易い。この内部応力の半導
体素子への影響を少なくする方法として。

半導体素子と樹脂との間に弾性率の小さいゲル状のクツ
ション剤を置く方法がとられているが、ゲル状のクツシ
ョン剤を単独に用いた場合、樹脂の吸湿率が大きいため
耐湿性に劣り、コストアップになるなどの欠点がある。

また他の方法として。

可とり止剤を添加する方法があるが、耐熱特性。

電気特性を著シ、＜低下させることが多く、高圧部品等
の注型用として使用することができなかった。

さらに充填剤を添加することにより、硬化時の収縮率を
小さくシ、線膨張係数を半導体素子に近づけ、剥離、ク
ラック等を防止する方法がとられているが、充填剤を多
量に添加する必要があるため、混和物の粘度が著しく上
昇して注型作業がしに＜＜、長い作業時間を要し、経済
的に不利となるだけでなく、均一に流動しにくいため、
気泡の巻き込み、滞留等による硬化物の特性低下を招き
。

実用性に乏しかった。また、充填剤を多量に添加し、ペ
レット状に成形したＢステージの樹脂を半導体素子上に
置き、加熱硬化する方法があるが。

樹脂の流動性がほとんどないため９部品の薄型化のため
には不向きである欠点がある。

また、充填剤を多量に添加して有機溶剤をさらに加える
ことにより、粘度を下げ注型作業性を向上させる方法も
あるが、乾燥・硬化時に所定の面積以上に拡がり、他部
品へのまわり込み、ワイヤの露出などの欠点を生じる。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は、前記の従来技術の欠点を除去し、薄型
で流動性、耐湿性および耐熱衝撃性に優れた信頼性の高
い半導体装置の製造に好適な半導体対土用エポキシ樹脂
組成物を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、（１）ビスフェノール人および／またはビス
フェノールＦから誘導されたエポキシ樹脂を３０〜９５
重量部、（２）クレゾールノボラック樹脂から誘導され
たエポキシ樹脂を５〜７０重量部（ただし、（１）およ
び（２）の総量は１００重量部とされる）　、　＋３＞
フェノールノボラック樹脂硬化剤、（４）有機溶剤、（
５）表面処理されたシリカ系充填剤および（６）球状シ
リカ系充填剤を含有してなる半導体封止用エポキシ樹脂
組成物に関する。

本発明に使用されるビスフェノールＡおよび／またはビ
スフェノールＦから誘導されたエポキシ樹脂とは、ビス
フェノールＡおよび／またはビスフェノールＦとエピク
ロルヒドリンとから誘導されるエポキシ樹脂である。そ
のエポキシ当量に特に制限はないが、耐熱衝撃性の点か
らエポキシ当量４５０以上のエポキシ樹脂を使用するこ
とが好”ましい。

本発明に使用されるクレゾールノボラック樹脂から誘導
されたエポキシ樹脂とは、０−クレゾールノボラック樹
脂またはｐ−クレゾールノボラック樹脂とエピクロルヒ
ドリンとから誘導されるエポキシ樹脂であり、゛その分
子量やエポキシ当量に制限はない。

本発明においては、ビスフェノールＡおよび／またはビ
スフェノールＦから誘導されたエポキシ樹脂とクレゾー
ルノボラック樹脂から誘導されたエポキシ樹脂の総量を
１００重量部としてビス７ｘ　７−　ルＡおよび／また
はビスフェノールＦから誘導された□エポキシ樹脂は３
０〜９５重量部好ましくは４０〜９０重量部の範囲内で
用いられ、クレゾールノボラック樹脂から誘導されたエ
ポキシ樹脂は５〜７０重量部好ましくは１０〜６０重量
部の範囲内で用いられる。

ビスフェノールＡおよび／ｌ　タハビスフエ／　−ルＦ
から誘導されたエポキシ樹脂が３０重置部未満では耐熱
衝撃性が劣り、また９５重量部を超えると耐湿性が劣る
。

本発明に使用されるフェノールノボラック樹脂硬化剤と
しては２例えばビスフェノールＡやフェノールとホルム
アルデヒドとから誘導されるフェノール樹脂等が挙げら
れる。その種類には特に制限はないが、その配合割合は
、耐湿性の点からエポキシ基１個に対してフェノール樹
脂硬化剤の水酸基が０．８〜１．２個となるようにする
ことが好ましい。

有機溶剤は９組成物の作業性と形状保持性の点から半導
体封止用エポキシ樹脂組成物に対し７て好ましくは１５
〜３５重量パーセントより好ましくは２０〜３０＠Ｊパ
ーセントの範囲とされる。

本発明に使用される表面処理されたシリカ系充填剤とは
、結晶シリカまたは熔融シリカの粉末表面をシリコーン
カップリング剤でコーティングしたシリカである。シリ
コーンカップリング剤としては、γ−グリシドキシプロ
ビルトリメトキシシラン、β−（３，４−エポキシシク
ロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、γ−アミノプ
ロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）
−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、ヘキサメチ
ルジシラザンなどが挙げられる。コーティングする方法
は、シリカ系充填剤の比表面積とカップリング剤の最小
被覆面積とから計算したカップリング剤の最適量を、加
熱したシリカ系充填剤を分散しながらスプレーで吹きつ
けて行なわれる。

本発明に使用される球状シリカ系充填剤とは。

シリカ系充填剤を熱炉に通すことによって角のとれた球
状粉末にしたものである。

球状シリカ系充填剤の添加量は、硬化物の膨張係数がア
ルミナセラミック等の基板の膨張係数と同じくなるよう
に調整して添加することが好ましい。−船釣に、基板と
し、てアルミナセラミックを使用し、た場合、硬化物の
線膨張係数が０．７　Ｘ　１０−５部℃〜１．２　Ｘ　
１０−’　／’Ｃとなるように、固型分（エポキシ樹脂
、フェノールノボラック樹脂硬化剤および硬化促進剤の
総置ｔ）に対して４〜２０倍量のシリカ系充填剤を添加
することが耐熱衝撃性向上の点で好ましい。

球状シリカ系充填剤の配合割合は、全充填剤の添加量・
の２５〜８０重ｆｋｅｓ範凹内とすることが流動性及び
拡がり性の点で好ましい。

本発明の半導体対土用エポキシ樹脂組成物には。

必要に応じて硬化促進剤、カップリング剤９着色剤、消
泡剤等を添加することができる。

硬化促進剤としては９例えば２−エチル−４−メチルイ
ミダゾール等のイミダゾール化合物、ベンジルジメチル
アミン等の第三級アミン類などの塩基性化合物が挙げら
れ、これらの硬化促進剤の配合割合は、硬化性と貯蔵安
定性のバランスの点からフェノールノボラック樹脂硬化
剤１００重量部に対し７０．３〜２５重量部の範囲が好
ましい。またこれらの硬化促進剤は有機溶剤に溶解して
使用されるが、該有機溶剤としては、芳香族炭化水素類
、ケトン類、アルコール類、エーテル類およびエステル
類が挙げられる。これらの有機溶剤は単独でまたは２種
以上混合し、て使用されるが、トルエン、キシレン、エ
チレングリコールモノエチルエーテル、メタノール、メ
チルエチルケトン、アセトンの中から選ばれる１洩また
は２種以上を混合して使用するのが好ましい。

（実施例） 以下２本発明を実施例により説明する。なお。

実施例中９部とあるのは重量部を意味する。

実施例１ エポキシ当量３０００のエピコート１００９（ビスフェ
ノールＡ型エポキシ樹脂、油化シェルエポキシ社製商品
名）を１３部、エポキシ当量２２０のＹＤＣＮ−７０２
（クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、東部化成社製
商品名）を１３部、フェノールノボラック樹脂硬化剤Ｈ
−１（明和化成社製商品名）を７部およびエチレングリ
コールモノエチルエーテルを８５部配合してフラスコ内
で１２０℃に加温、攪拌して完全に溶解させた後、冷却
し、硬化促進剤として２−エチル−４−メチルイミダゾ
ール（四国化成社製、２部４ＭＺ）を０．０３部、カッ
プリング剤ＫＢＭ−４０３（信越化学社製商品名）を０
．２部９着色剤Ｑ−ＶＢ３８２０　（オリエント化学社
製商品名）を４０部。

充填剤として球状シリカシルスターＭＫ、平均粒径１２
μｍ（日本化学工業社製商品名）を１８０部、ｒ−グリ
シドキシプロビルトリメトキシシランで表面処理した熔
融シリカＣＲ８１１０１−０１（龍森社製商品名）を１
８０部およびトルエンを２６部混合役拌し、エポキシ樹
脂組成物を得た。

実施例２ エポキシ当ｍ２　ｏ　ｏ　ｏのエピコート１００７（ビ
スフェノールＡ型エポキシ樹脂、油化シェルエポキシ社
製商品名）を１６部、エポキシ当量２２０のＹＤＣＮ−
７０２を１０部、フェノールノボラック樹脂硬化剤ｌｌ
−１を５．８部およびエチレングリコールモノエチルエ
ーテルを６（ｌ配合し、てフラスコ内で１２０℃に加温
、攪拌して完全に溶解させた後、冷却し、硬化促進剤と
してベンジルジメチルアミン（花王社製）を０．０６部
、カップリング剤ＫＢＭ−４０３を０．２部９着色剤Ｑ
−ＶＢ３８０８（オリエント化学社製商品名）を１．０
部、充填剤として球状シリカ、シルスターＭＫを１６０
部、ヘキサメチルジシラザンで表面処理した熔融シリカ
ＣＲ８１０３０−Ｏｆ　（１部森社製）を２００部、ト
ルエンを３０部およびアセトンを２０部混合攪拌し、エ
ポキシ樹脂組成物を得た。

比較例１ エポキシ当量２０００のエビコー）１００７ｔ−１６部
、エポキシ当量２１５のＥＯＣＮ１０２（クレゾールノ
ボラック屋エポキシ樹脂１日本化薬社製商品名）を１０
部、フェノールノボラック樹脂硬化剤ＨＰ−６０７Ｎ（
日立化成社製商品名）ヲ５．８部およびエチレングリコ
ールモノエチルエーテルを７０部配合してフラスコ内で
１２０℃に加温、攪拌して完全に溶解させた後、冷却し
、硬化促進剤としてアミンイミド化合物ＹＰＨ−２０１
（油化シェルエポキシ社製商品名）を０，８部、カップ
リング剤Ａ−１１００（日立化成社製商品名）を０．２
部９着色剤Ｑ−ＶＢ３８０４（オリエント化学社製商品
名）を１．０部、充填剤として溶融シリカＦ−９０（電
気化学社製商品名）を１００、部、ジルコンサンド（大
阪ジルコン社製）を２０部、結晶シリカクリスタライト
Ｃ−６６（ｌｉ森社製商品名）を１００部、トルエンを
２０部およびアセトンを１０部混合攪拌し、エポキシ樹
脂組成物を得た。

比較例２ エポキシ当ｆｋ２０００のエピコート１００７を２６部
、フェノールノボラック樹脂硬化剤Ｈ−１を１．４部お
よびエチレングリコールモノエチルエーテルを８５部配
合し、フラスコ内で１２０℃に加温、攪拌して完全に溶
解させた後、冷却［２，硬化促進剤として２−エチル−
４−メチルイミダゾール（四国化成社製、２部４ＭＺ）
を０．０２部。

着色剤Ｑ−ＶＢ３８２０を１．０部、充填剤と［２て水
利アルミナＣ−１２（ｆｆｌｉ森社製商社製商品名０部
、溶融シリカＦ−９０を３００部、ジルコンサンドを２
０部、およびトルエンを４５部混合攪拌し、エポキシ樹
脂組成物を得た。

比較例３ エポキシ当量２２０のＹＤＣＮ７０２を２６部。

フェノールノボラック樹脂硬イ、ヒ剤Ｈ−１ｔ−１２，
７部オヨヒエチレングリコールモノエチルエーテルを８
５部を配合してフラスコ内で１２０℃に加温。

攪拌して溶解させた後、冷却し、硬化促進剤とし７て２
−エチル−４−メチルイミダゾール（四国化成社製、２
部４ＭＺ）を０．０６部１着色剤Ｑ−ＶＢ３８２０を１
．０部、充填剤として水利アルミナＣ−１２を４０部、
溶融シリカＦ−９０を３００部、ジルコンサンドを２０
部、およびトルエンを４５部を混合攪拌し、エポキシ樹
脂組成物を得た。

使用例（評価試験） 実施例１〜２および比較例１〜３で得られた各樹脂組成
物を用いて、ＭＯ８型ＩＣを封止した後。

室温で１時間風乾し、１２０℃で１時間２次いで１５０
℃で２時間硬化して半導体素子を製作し。

素子の耐湿性および耐冷熱衝撃性の評価試験を下記の評
価方法によって行なった。

（１）素子の耐湿性評価 製作した素子を１２１℃、２気圧の水蒸気中に所定時間
（２４ｈｒ、４８ｈｒ、７２ｈｒおよび９６ｈｒ）放置
した後１発煙硝酸で硬化物を除去し、チップ表面の腐食
数を調べた。

（２）素子の耐冷熱衝撃性評価 製作した素子をＭＩＬ−８ＴＤ−８８３Ｂの条件Ｃで３
０サイクル毎のワイヤ断線の数を調べた。

（３）乾燥・硬化時の拡がり性の尺度として、拡がり度
という下記の評価方法を行なった。

透明なガラス板に直径１０ｍｍの円を描き、各樹脂組成
物を０．３〜０．４ｇ円内にポツティングする。

室温で１時間風乾し、１２０℃で１時間９次いで１５０
℃で２時間硬化して、硬化物の直径を実測する。実測値
を硬化前の直径１０団で割った値を拡がり度とする。

結果を第１表に示すが９本発明の半導体封止用エポキシ
樹脂組成物は、流動性、耐湿性および耐゛ざりン′ 第１表 ＊１：試料２０個についての不良発生（腐食発生）数を
示す。

＊２ニー６５℃１５分６１５０℃１５分の各サイクルに
よる試料２０個についての不良発生（ワイヤ切断）数を
示す。

＊３：試料１０個についての平均値を示す。

（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。

基板と同等の膨張係数に調整され、耐熱衝撃性を付与す
ることができる。また、吸水率の小さいシリカ系充填剤
を含むため、得られる半導体素子の耐湿信頼性にも優れ
るとともに９球状シリカ系充填剤を用いることにより、
拡がり性を大幅に向上できる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（１）ビスフェノールＡおよび／またはビスフェノ
   ールＦから誘導されたエポキシ樹脂を３０〜９５重量部
   、 （２）クレゾールノボラック樹脂から誘導されたエポキ
   シ樹脂を５〜７０重量部（ただし、（１）および（２）
   の総量は１００重量部とされる）、（３）フェノールノ
   ボラック樹脂硬化剤、 （４）有機溶剤、 （５）表面処理されたシリカ系充填剤および（６）球状
   シリカ系充填剤を含有してなる半導体封止用エポキシ樹
   脂組成物。 ２、球状シリカ系充填剤の配合割合が、全充填剤の２５
   〜８０重量％である請求項１記載の半導体封止用エポキ
   シ樹脂組成物。