JPH02173035A

JPH02173035A - エポキシ樹脂組成物及びこれを用いた樹脂封止型半導体装置

Info

Publication number: JPH02173035A
Application number: JP32589988A
Authority: JP
Inventors: Michiya Azuma; 東　道也; Shinetsu Fujieda; 新悦藤枝; Akira Yoshizumi; 善積　章
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-12-26
Filing date: 1988-12-26
Publication date: 1990-07-04

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〕（産業上の利用分野）本発明はエポキシ樹脂組成物及びこれを用いた樹脂封止
型半導体装置に関し、特に低応力性でかつ半田耐熱性に
優れたエポキシ樹脂組成物及びこれを用いた樹脂封止型
半導体装置に関する。

（従来の技術）近年、電子部品の小型化や半導体素子の大型化、集積度
の増大等に伴い耐熱衝撃性、耐湿性に優れた封止用樹脂
の開発が望まれている。特にチップ面積が大きい大型素
子の場合、樹脂の内部応力によ多素子表面のアルミスラ
イド現象や保護膜であるＰＥＧ（リンケイ酸ガラス）・
８ｉ、Ｎ４（窒化ケイ素）等に割れを生じたりする。ま
た樹脂封止パッケージを高温ハンダやＶＰＳ（ペーパー
フェーズリフロー）等で表面実装する際にパッケージ内
部に吸湿された水分が一気にガス化してパッケージクラ
ックを生じたり素子と樹脂がひきはがされて、水分が侵
入しゃすくな９耐湿性が急激に劣化することが問題とな
っている。

従来よりこの様な表面実装時のパッケージクラック対策
として、高温での破断強度を上げる方法があった。この
方法として、例えば多官能エポキシ樹脂と多官能硬化剤
等を組合せて耐熱性を向上させることが行なわれており
、一応の改善が見られた。

しかしながら低応力化するために、変性剤としてシリコ
ーンゴムやブタジェンゴムのニジストマー等で変性した
場合、高温での破断強度が低下してしまい表面実装時の
パッケージクラックがおこりやすくなってしまうという
問題点を有していた。

（発明が解決しようとする課題）本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので
あり、特に低応力性で、かつ表面実装時の高温ハンダに
耐える高い耐熱性、耐湿性を有した高信頼性のエポキシ
樹脂組成物及びこれを用いた樹脂封止型半導体装置を提
供することを目的とする。

〔発明の構成〕

Ｃ課題を解決するための手段と作用）本発明のエポキシ樹脂組成物は、ａ）エポキシ樹脂ｂ）エポキシ樹脂の硬化剤（ｃ）硬化促進剤ｄ）無機質充填剤ｅ）ポリブチレンテレフタレート系ポリエステル樹脂を含有することを特徴とするものである。

本発明のエポキシ樹脂組成物では成分（ｅ）のポリブチ
レンテレフタレート系ポリエステル樹脂を用いることに
より、低応力性を付与し、かつ高温での破断強度の低下
が少ない硬化物を得ることができる。その結果本発明の
エポキシ樹脂組成物で封止した半導体装置では、表面実
装時の耐クラツク性の向上及び耐熱衝撃性の向上がはか
れ、半導体装置の耐湿性を大幅に改善できる。

以下、本発明に係るエポキシ樹脂組成物の構成成分につ
いて詳細に説明する。

本発明に係るエポキシ樹脂組成物中の一成分である（ａ
ｌエポキシ樹脂としては、１分子中に２個以上のエポキ
シ基を有するものであればいかなるものでもよい。ただ
し、耐熱性の面からはエポキシ当量が２５０以下のエポ
キシ樹脂が好ましい。エポキシ樹脂としては、例えはフ
ェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラ
ック屋エポキシ樹脂、ナフトールタイプのノボラック形
エポキシ樹脂、ビスフェノールＡのノボラック厘エポキ
シ樹脂、各種の耐熱エポキシ樹脂（例えハトリス（ヒド
ロキシフェニル）メタンのエポキシ化物）が挙げられる
。なお本発明の効果は以上に例示したエポキシ樹脂を使
用した場合に限られるものではなく、あらゆるエポキシ
樹脂を使用できる。

こうしたエポキシ樹脂を具体的に例示すると、Ｅ８ＣＮ
−１９５ＸＬ　（住人化学■製、軟化点７９℃、エポキ
シ当量１９７）、Ｅ８Ｘ−２２０（住人化学■製、軟化
点８７℃、エポキシ当量２）４）、Ｅ８ＭＮ−２０２（
日本化薬■製、軟化点７７℃、エポキシ当量１８９）、
ＹＬ−９３ａ（油化シェルエポキシ■製、軟化点５９℃
、エポキシ当量１８９）などが挙げられる。

また本発明に係る（ｂ）エポキシ樹脂の硬化剤としては
、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
ル樹脂、有機酸無水物、アミン類等が挙げられる。これ
らの中では、耐湿性の面から特にフェノール樹脂が好ま
しい。そしてこのフェノール樹脂としては、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、ｔ
ｅｒｔ　−ブチルフェノールノボラック樹脂、ノニルフ
ェノールノボラック樹脂、ビスフェノールＦのノボラッ
ク樹脂、ビスフェノール人のノボラック樹脂、ナフトー
ルのノボラック樹脂などのノボラック型フェノール樹脂
、ポリパラオキシスチレンナトノポリオキシスチレン、
２．２’−ジメトキシ−Ｐ−キシレンとフェノールモノ
マーとのＭ合１合化合物などのフェノールアラルキル樹
脂あるいは以下の構造式で示される化合物などが挙げら
れる。

Ｈ（式中鳥は水素、アリール基又はアルキル基を表わしそ
れらの基は同一でも、それぞれ異なっていてもよい。鳥
は単結合またはメチン／、エチレン等のアルキレン基を
示す）こうしたフェノール樹脂を具体的に例示すると、ＢＲＧ
−５５８（昭和高分子■製、軟化点９５℃、フェノール
当量１０４）Ｏ１０４）ＯＴ　　（昭和高分子麹製、軟化点１００、
フェノール当量１）４）ＣＫＭ−２）０３（昭和高分子■製、軟化点１０５、フ
ェノール当量１６１）ＣＲＭ−０９０９（昭和高分子■製、軟化点９１℃為フ
ェノール当量２６７）ＭＣＭ−７７３（昭和高分子■製、軟化点１０４℃、フ
ェノール当量１５１）ＹＬ−６０６５（油化シェルエポキシ■製、軟化点１２
０℃、フェノール当量９８）等が挙げられる。

これらの樹脂成分（ａ）と（ｂ）との好ましい配合比は
、（ａ）のエポキシ基と（ｂ）のフェノール性水酸基と
の当量比が、フェノール性水酸基／エポキシ基二〇、５
〜１．５の範囲、特に好ましくは０．７〜１．２の範囲
である。これは、当量比が０．５未満では、ガラス転移
点が低くなり、一方１．５を超えると耐湿性が低下する
傾向があるためである。

本発明に係る（（ｃ）硬化促進剤としては、エポキシ樹
脂と、硬化剤との反応を促進するものであればいかなる
ものであってもよく、例えば各種のアミン類、各種のイ
ミダゾール類、ジアザビシクロアルケン類、有機ホスフ
ィン類などが挙げられる。

こうした硬化促進剤を具体的に例示するとジアミノジフ
ェニルスルホン、ジメチルアミノメチルフェノール、ベ
ンジルジメチルアミン、２−メチルイミタソール、２−
フェニルイミタソール、２−エチルイミダゾール、ヘプ
タデシルイミダゾール、１．８−ジアザビシクロＣ５，
４，０）ウンデセン−７（ＤＢＵ）、ＤＢＵのフェノー
ル塩（例えばＵ−ＣＡＴ　　ＳＡＡｌ１サンアボット■
製）トリフェニルホスフィンなどが挙げられる。このよ
うな硬化促進剤は、それぞれの触媒によって、触媒活性
が異なるため添加量の好適範囲は一概に決められないが
、前述の成分（ａ）＋慣に対して０．１〜５重量−の範
囲で加えることが好ましい。これは０．１重ｆ％未満で
は硬化促進が充分でなく一方、５重量％を超えると樹脂
組成物の耐湿性を劣化させる傾向があるためである。

また本発明に係る（ｄ）無機質充填剤としては、例えば
溶融シリカ粉末、結晶性シリカ粉末、球状シリカ粉末、
球状ガラス粉末に代表される各種のガラス粉末、タルク
、アルミナ粉末、ケイ酸カルタウム粉末、炭酸カルシウ
ム粉末、各種のセラミックス粉末、ガラス繊維、低ソー
ダガラス繊維、セラミックス繊維などが挙げられる。

これらのうちでも、電気特性や半導体封止用途としての
特殊性を考慮すると、溶融シリカ粉末、球状シリカ粉末
、低ソーダガラス繊維、セラミックスｆｆ１ｆａが好ま
しい。なお、メモリーデバイスを封止する用途では、Ｕ
、Ｔｈ等から発生するα線によるンフトエラーを防止す
るため、Ｕ、Ｔｈが１））Ｉ）ｂ以下の溶融シリカ粉末
や球状シリカ粉末を使用することが好ましい。

こうした無機質充填剤の使用量は、比重によって好まし
い添加範囲が異なるが、エポキシ樹脂組成物中の５０〜
８７重量％の範囲が好ましい。これは、５０重ｔ％未満
では成形材料の熱膨張係数が大きくなるため耐熱衝撃性
が劣化する傾向にあシ、一方８７重量％を超えると流動
性が低下し、その結果成形性が低下する傾向にあるため
である。

さらに本発明の変性剤である（ｅ）ポリブチレンテレフ
タレート系ポリエステル樹脂としては、１゜４ブタンジ
オールとテレフタル酸またはテレフタｋ　ｒＲシ）チル
を主原料とする飽和ポリエステル樹脂）並びＫこれらと
その他の有機酸及びアルコール類との反応に上り変性し
た熱可塑性飽和ポリエステル樹脂が含まれる。この有機
酸の具体例としては、例えばアジピン酸、イン７タール
酸、７タル酸、セパシン酸、トリメリット酸、脂肪酸、
ダイマー酸などが挙げられ、またアルコール類としては
ジエチレングリコール、ブチレングリコール。

エチレングリコール、ネオペンチルグリコール。

シフロピレングリコール、プロピレングリコール。

ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコールな
どが挙けられる。さらにその他の異なったポリマーを溶
融混合し、ポリマーアロイ化されたポリブチレンテレフ
タレート樹脂も含まれる。この異なったポリマーとして
は、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、
ポリアミド、ポリウレタン、フェノキシ樹脂、ブタジェ
ン系ゴム。

アクリル系ゴム、ポリエーテル、メチルメタアクリレー
ト１ブタジエン・スチレン共重合体などが挙けられる。

そしてこのポリブチレンテレフタレート系ポリエステル
樹脂はその軟化点が１００ｔｌ：以上でかつ分子量が１
００００以上であるものが好しい。それらの具体例とし
てはケ々ット几−２５１Ｓ（束し社Ｍ）１ヶミット几−
２８２（３［し社製）ケミットＲ−２４８（東し社製）
ケミ、トに−１２９４（東し社製）、ホットメルト接着
剤４１８゜（ダイセル曇ヒエルズ社製）、ホットメルト
接着剤４２８０（ダイセル・ヒエルズ社展）などが挙け
られる。これらポリブチレンテレフタレート系ポリエス
テル樹脂のエポキシ樹脂組成物への混合方法としては、
粉末で混ぜるかあるいはフェノール樹脂やエポキシ樹脂
とあらかじめ加熱溶融混合後粉末にして混ぜる等のいず
れかの方法を用いてもよい。

そしてこのポリブチレンテレフタレート系ポリエステル
樹脂の添加量としてはエポキシ樹脂組成物中に０．３〜
２０重量％が好ましく、さらに好ましくは０．５〜１０
重量％である。この理由は添加量が０．３重量％未満で
は低応力化が不充分であり、一方２０重量％をこえると
耐熱性、耐湿性翫成形性が低下しやすいためである。

本発明のエポキシ樹脂組成物としては、上記の各必須成
分の他にもブロム化エポキシ樹脂、−酸化アンチモン、
リン化合物等の難燃剤、天燃ワックス類、合成ワックス
類、直鎖脂肪酸やその金属塩、酸アミド類、エステル類
、パラフィン類などのａｍ剤、シラン系化合物、ボラン
系化合物、アルコキシチタネート系化合物、アルミキレ
ート系化合物などのカップリング剤、カーボンブラック
、二酸化チタンなどの顔料、染料等を配合できる。

マタ、シリコーンのオイル、ゲル、ゴム、ＡＢＳ樹脂や
ＭＢ８樹脂の粉末などの低応力剤を適宜添上記したエポ
キシ樹脂組成物を調書する場合の一般的な方法は、所定
の組成比に選んだ原料成分を、例えばミキサーによって
充分混合後、さらに熱ロールによシ溶融混合処理又は二
軸の押し出し機などによる溶融混合処理を加えた後、冷
却、粉砕することによシ調製することができる。

一方、本発明の樹脂封止型半導体装置は、上記封止用エ
ポキシ樹脂組成物を用いて半導体装置を封止することに
より容易に製造することができる。

封止の最も一般的な方法としては低圧トランスファ成形
があるが、インジェクシ曹ン成形、圧縮成形、注型など
による封止も可能である。エポキシ樹脂組成物は、封止
の際に加熱して硬化させ、最終的にはこの組成物の硬化
物によって封止された樹脂封止型半導体装置を得ること
ができる。硬化に際してＦｉ１５０℃以上に加熱するこ
とが特に望ましい。

（実施例）以下、本発明を実施例に基づき更に具体的に説明する。

実施例１〜６及び比較例１〜４以下に示す成分を第１表に示す配合割合（重量ｔｓ）で
配合し、ミキサーで混合した後、二軸ロールで加熱混練
し、冷却・粉砕してエポキシ樹脂組成物を調製した。

エポキシ樹脂Ａ：　Ｅ８ＣＮ−１９５ＸＬ（クレゾール
ノボラック型エポキシ樹脂：（住人化学■製、軟化点７９℃、エポキシ当量１９７）エポキシ樹脂Ｂ　：　ＹＬ−９３２Ｈ（トリス（ヒドロ
キシフェニル）メタンのエポキシ化物二油化シェルエポキシ■裂、軟化点６３℃、エポキシ当量硬化剤Ａ：　ＢＲＧ−５５８（フェノールノボラック樹
脂：昭和高分子■製、軟化点９５℃、水酸基当量１０４）硬化剤Ｂ　：　ＹＬ−６０６５（）リス（ヒドロキシフ
ェニル）メタン：油化シェルエポキシ■ 製、軟化点１２０℃、水酸基当＠９Ｂ）硬化剤Ｃ：へキ
サヒドロ無水フタル酸硬化促進剤Ａニトリフェニルホスフィン硬化促進剤Ｂ：
２−メチルイミダゾール無機質充填剤Ａ：Ｇ几−８０Ｔ
（シリカ粉：東芝セラミックス■製、平均粒径２２．６ μｍ）無機質充填剤Ｂ：５ＧＡ（シリカ粉：東芝セラミックス
■裂、平均粒径５．２５μｍ）ポリブチレンテレフタレート系ポリエステル樹脂Ａ　：　Ｒ−２５１８（東し社製）ポ
リブチレンテレフタレート系ホＩＪエステル４１）脂Ｂ　：　４１８０（ダイセル拳
ヒエルス社製）難燃エポキシ樹脂：　ＢＲＥＮ−８（日本化薬■裂、Ｂ
ｒ含有量３５．７％、軟化点８４℃、エポキシ当量２７８）難燃助剤二三酸化アンチモン離型剤：カルナバワックス顔　料：カーボンブラック表面処理剤：エボキシシラン系カップリング剤以下余白以上のようにして得られた実施例１〜６及び比較例１〜
４のエポキシ樹脂組成物を用い、１７５℃、３分の成形
条件でトランスファー成形を行なった後１７５℃、８時
間の後硬化して試験片を作製し、ＪＩ８−に−６９１）
に準じて曲げ強さ、曲げ弾性率を測定し、また真空理工
社製の熱膨脹計を用い、熱膨張係数とガラス転移温度を
測定した。

次いで各エポキシ樹脂組成物を用い、上記成形条件で、
８ｍＸ８ｍの評価用素子を封止し、１７５℃×８時間の
後硬化を行ない樹脂封止型半導体装置を得た。そして、
得られた樹脂封止型半導体装置を１３５℃ｘ９５％ＲＨ
の高温高湿雰囲気中に２０時間投入し、その後２）５℃
×２分のＶＦ６　（ペーパーフェーズリフロー）処理を
行ないパッケージの外部クラックを調べた。さらに１２
）℃、２気圧のＰＣＴ（プレッシャーフッカテスト）を
行ない、不良の発生を調べた。また耐熱衝撃試験として
一６５°乃至２００℃間の温度変化を６０サイクル行な
ってその後のＰＥＧクラックの有無を調べた。これらの
結果を第２表に示す。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明のエポキシ樹脂組成物は、従
来のエポキシ樹脂組成物と比べて耐熱衝撃性、耐半田浸
漬性等が極めて優れており、特に半導体装置の封正に用
いた場合に高信頼性を保証でき、その工業的装置は極め
て大きい。

代理人　弁理士　　則　近　憲　借問　　　　　　　松　　山　光　之

Claims

【特許請求の範囲】（Ｉ）（ａ）エポキシ樹脂（ｂ）エポキシ促進剤（ｃ）硬化促進剤（ｄ）無機質充填剤（ｅ）ポリブチレンテレフタレート系ポリエステル樹脂を含有することを特徴とするエポキシ樹脂組成物（２）請求項（１）記載の硬化剤がフェノール樹脂であ
ることを特徴とするエポキシ樹脂組成物（３）請求項（２）記載のフェノール樹脂がトリス（ヒ
ドロキシフェニル）アルカン類であることを特徴とする
エポキシ樹脂組成物（４）請求項（１）記載のエポキシ樹脂組成物を用いて
封止されたことを特徴とする樹脂封止量半導体装置。