JPH02500315A - 半導体装置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】 半導体装置封止用エポキシ樹脂組成物 技術分野 本発明は半導体装置の封止に効果的に使用される新規のエポキシ樹脂組成物に関 するもので、特に硬化時に硬化物の内部応力が低く、成型性が優秀な半導体装置 封止用エポキシ樹脂組成物に関するもの最近、半導体産業分野において、半導体 装置などの高集積化により、それらの小型化と軽量化および多機能化が要求され ている。かかる半導体装置などを封止するｋめには、多様な樹脂組成物などが広 く使用されているが、近頃に入ってはより優秀な諸般特性を有する半導体封止用 樹脂組成物が要求されてきｆ二。

従来、半導体装置を封止するためには、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、フェノー ル樹脂などと共にジアリルフタラードのようなアリル樹脂などが使用されてきた が、その内でも特に、優秀な吸湿性と高温での電気的特性および成形性などによ り、フェノールノボラック型樹脂を硬化剤で使用したエポキシ樹脂組成物が望ま しく使用されてきた。

しかし、封止物質としてかかる樹脂組成物を使用して微細な表面構造を有する半 導体素子を封止する場合には、半導体装置と対土用樹脂間の熱膨張係数の格差の ため、トランスファー成形中、あるいは成形後に熱歪応力が不合理に増大し、素 子ベレットが離れる現象が発生し、内部のアルミニウムパターンと結束ワイヤが 断線され、なお素子の内部またはその表面に亀裂が発生する。

かかる短所の以外にもアルミニウムパターンが腐蝕され、結局は半導体素子とし ての機能を失うようになる。

従って、上述した様な半導体素子の内部応力が減少するためには、半導体素子と 封止物質との間の熱膨張係数の差異を減少させなければならず、封止物質と素子 との接着性を高める必要があり、イオン性不純物を減少させてアルミニウムパタ ーンが腐蝕されることを最大限防止しなければならないという処理などが必要と なる。

内部熱応力を減少するため通常使用されてきた代表的な方法な、どは次の通りで ある： 第一方法として、封止物質として使用される樹脂組成物のガラス転移温度（Ｔｇ ）を低める方法があっ１こ。しかし、低いＴｇ温度を有する樹脂組成物は耐熱衝 撃性が低下し、結束ワイヤが断線されるという短所が伴うため、封止樹脂のガラ ス転移温度を１５０℃以上に維持しなければならない必要があった。

内部応力を低めるための他の方法としては、熱膨張係数が低い無機充填剤を使用 する場合、半導体装置と対土用樹脂組成物との間の軌膨張係数の差異は減ってく るが、この方法も又多少の短所を宵しており、例えば、たとえ内部応力が望まし く減少されるといっても、上記樹脂組成物の弾性係数が増加し、粘度も高くなる ため、成形性が悪くなるとの短所があった。

又、樹脂組成物の弾性係数を低める方法としてはポリプロピレングリコールジグ リシジルエーテルのような長い鎖のビスエポキシ化合物や長い分枝のあるビスフ ェノールＡジグリシジルエテルのような可塑剤を添加して成されるが、弾性係数 が十分低くなるまでかかる可塑剤を添加すると、樹脂組成物の機械的強度および ガラス転移温度（Ｔｇ）が落ちるという短所がある。

一方、アルミニウムパターンの腐蝕を防止するためには塩素イオンの濃度を１０ ｐｐｍ以下にしなければならず、加水分解性塩素の量は０．１重量部以下に維持 する必要がある。

よって、本発明者は上記の問題点を解決するため、鋭意研究した結果、生成され る硬化物がガラス転移温度を維持しつつ、弾性率と熱膨張係数が低く、成形ばり の長さが短く、さるに成形性に優れる半導体装置封止用エポキシ樹脂組成物を得 るにいたり、本発明を完成した。

杢り」Ｉ褌１枚 本発明の目的は、半導体装置の封止物質として使用されるにおいて、適当なエポ キシ樹脂組成物の提供にある。

本発明の詳細な説明 本発明は下記を含む半導体装置対土用エポキシ樹脂組成物に関す（Ａ）多官能エ ポキシ化合物　７−２０重量部；（Ｂ）イミド変性シリコン化合物　０．１−１ ３重量部；（Ｃ）ノボラック型フェノール樹脂　２．５−１５重量部：及び（Ｄ ）無機充填剤　６０−８０重量部から成ることを特徴とする半導体装置封止用エ ポキシ樹脂組成物に関するものである。

本発明にて使用される成分（Ａ）の多官能エポキシ化合物は１分子中で少なくと も二つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂であり、グリシジルエテル型エポ キシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、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型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹 脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、鎖状脂肪族エポキシ樹脂、脂環式エポキ シ樹脂、複素環式エポキシ樹脂、及びハロゲン化エポキシ樹脂などである。上記 エポキシ樹脂などは単独または２種以上を混合して使用してもよい。これらのエ ポキシ樹脂のうちでも軟化温度が６Ｏ−１００℃であり又エポキシ当量が１８０ −２４０であるノボラック型エポキシ樹脂は全体樹脂組成物に対し、７−２０重 量部の量で使用するのが最も望ましいが、その配合量が７重量部未満であれば、 樹脂組成物の耐湿性が低下し、２０重量部以上であれば機械的強度が低下するた め値ましくない。

本発明で使用される成分（Ｂ）であるイミド変性シリコン化合物はアミン基を含 有し１ニポリシロキサンとイミド化合物を反応させて得る。アミン基を含有した ポリシロキサンの例ではジメチルシリコン、メチルフェニルシリコンなどのアル キル変性シリコン、エポキシ変性シリコン、ジメチルジフェニルシリコン、脂肪 酸変性シリコン、シリコン−ポリエーテル共重合体などがあり、上記イミド化合 物としては例えば、Ｎ、Ｎ’−１，３−フェニレンビスマレイミド、Ｎ、Ｎ’− ４，４°−ジフエニランメタンビスマレイミド、Ｎ、Ｎ’−４゜４゛−ジフェニ ルスルホンビスマレイミド、Ｎ、Ｎ’−４，４°−ジシクロヘキシルメタン−ビ スマレイミド、Ｎ、Ｎ’−４，４°−ジフェニルシクロヘキサンビスマレイミド 、Ｎ、Ｎ”−１，３−ザイリレンビスマレイミド、２．４−ビスマレイミドトル エン、２．６−ビスマレイミドトルエンなどのようなビスマレイミド化合物が挙 げられる。

この様に製造されたイミド変性シリコン化合物［成分（Ｂ）］は全体樹脂組成物 に対し、０．１−１３重量部で使用するのが望ましく、若しその配合量が０．１ 重恩部未満であれば、内部応力を十分に低下させることができず、１３重量部以 上であれば、樹脂組成物の成形性および流動性が低下する。

本発明では、上記の方法で製造されたイミド変性シリコン化合物［成分（Ｂ）３ は成分（Ａ）である多官能エポキシ樹脂と予め反応させてイミド−シリコン変性 エポキシ樹脂の形態でも使用することができる。

半導体装置の封止物質を製造するため、本発明のイミド変性シリコン化合物を使 用すれば、通常の非変性シリコン化合物を使用した時よりも流動性が良く、成形 時のぼりの長さが著しく短くなった。

本発明で硬化剤として使用される成分（Ｃ）であるノボラックフェノール樹脂で は軟化点が６０−１１０℃の範囲であるフェノールノボラック樹脂、クレゾール ノボラック樹脂、テトラブチルフェノールノボラック樹脂などがある。

かかるノボラック型フェノール樹脂はエポキシ樹脂組成物総量に対して２．５乃 至１５重量部の量で使用するのが良く、この時、上記多官能エポキシ化合物［成 分（Ａ）］中のエポキシ基の数に対する酸無水物、フェノール中の水酸基、アミ ノ基のような活性基数の比率は０．５−１．５、より望ましくは０．７−１．２ のものが良い。この比率が０．５より小であれば、エポキシ樹脂組成物の機械的 強度が低下し、１．５より大であれば、耐湿性などの色々な物性低下をもたらし 望ましくない。

本発明にて使用される成分（Ｄ）である無機充填剤としては溶融シリカ、酸化ジ ルコニウム、粘土、アルミナ、炭酸カルシウム、結晶性シリカ、ガラス、水酸化 アルミニウム、マグネサイト、石膏、黒鉛、セメント、雲母、珪砂、カオリン、 石綿などを使用することができ、これらの成分を単独または２種以上を並行して 使用することができる。

上記無機充填剤の配合量はエポキシ樹脂組成物総量に対して６〇−８０重量部が 望ましく、この量が６０重量部より小であれば、樹脂組成物の熱膨張係数が増加 しクラックを発生し、耐熱性も低下し、なお、８０重量部以上であれば、流動性 が低下し、半導体装置の封止過程が難しくなる。

本発明の半導体装置封止用エポキシ樹脂組成物には上記必須成分である（Ａ）〜 （Ｄ）以外にも公知の硬化促進剤を使用することができ、例えば、イミダゾール 、２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、１，２−メチルイミダゾ ール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾールのよう なイミダゾール化合物、トリエチルアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレ ン−テトラアミン、Ｎ−アミノ−エチルピペラジンのようなアミン化合物ニトリ エチルアミンと３弗化硼素（ＢＦ３）の錯化合物ニトリフェニルホスフィン、ト リブチルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン、ブチルフェニルホスフィン 、ジメチルホスフィン、フェニルホスフィン、オクチルホスフィンのような有機 ホスフィン化合物などを挙げられる。これらの触媒は単独まｋは２種以上を並行 して使用することができ、この配合量は全体組成物に対して０，１重量部より小 であれば、樹脂組成物の硬化速度が大変遅くなり、５重量部より大であれば、耐 湿性が低下するため、望ましくない。

なお、本発明の組成物には着色剤、難燃剤、離型剤、カップリング剤などのその 他の添加剤を適宜添加して使用することができる。

離型剤としては天然ワックス、合成ワックス、高級脂肪酸とその金属塩類などが あり、難燃剤としては塩素化パラフィン、ブロモトルエン、ヘキサブロモベンゼ ン、ブロム化エポキシ樹脂、三酸化アンチモンなどがあり、着色剤としてはカー ボンブラック、特にアセチレンブラックとファーネスブラックなどがあり、又カ ップリング剤としてはエポキシシラン、ビニルシラン、アミンシランなどのシラ ン系カップリング剤を使用することができる。

本発明の半導体装置対土用エポキシ樹脂組成物はロールやニーダ−のような混合 装置を利用して上記の各成分などを均一に混合し、容易に得ることができる。

上記に記述した通りの本発明の必須成分など（必要によってはその他の添加剤と 共に）を均一に混合し、トランスファー成形機を使用して硬化物を製造すれば、 この様にして得られたエポキシ樹脂組成物の硬化物は耐湿性、機械的強度、熱伝 導性などの一般的な特性を満足するばかりでなく、高いガラス転移温度（Ｔｇ） と、低い熱膨張係数および低弾力性を有するなど、優秀な結果を示し、成形特発 生されるばりの長さも顕著に短くなるなどの利点があった。

本発明実施の最もよい方法 本発明を実施例および比較例により詳細に説明すると、次の通りであり、ここで “部”は“重量部”を示す。

なお、次の各実施例および比較例により得られた樹脂組成物の物性は次のような 測定方法に基づいて測定された。

・曲げ弾性率：　ＡＳＴＭ　Ｄ−７９０・曲げ　強度：　ＡＳＴＭ　Ｄ−７９０ ・熱膨張係数：ＪＩＳ　Ｋ−６９１ト ガラス転移温度（Ｔｇ）：　ＪＩＳ　Ｋ−６９１トスパイラルフロー：ＥＭＭＩ 　１　６６（エボキシメモールディング・マテリアル・インスティテユート；ソ サイエティ・オブ・プラスチック・インダストリー（Ｅ　ｐｏｘｙ　Ｍｏｌｄｉ ｎｇＭａｔｅｒｉａｌ　Ｉｎ５ｔｉｔｕｔｅＨＳｏｃｉｅｔｙ　ｏｒ　Ｐｌａｓ ｔｉｃ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ）ばり長さ：０．０１インチ及び０．００５インチの 間隙を有しているばり測定用モルトを使用し、１７５℃、圧力フ　０　ｋｇ／　 Ｃｍ’、１５０秒の条件下でトランスファー成形機により成形する時のぼり長さ を測定する。

実施例１ 第１表に示したようにエポキシ当量が２１３で、軟化点が７９℃であるクレゾー ルノボラックエポキシ樹脂１Ｏ０８部、エポキシ当量が３６０で、軟化温度が９ ２℃であるブロム化ノボラックエポキシ樹脂２．７部、フェノールノボラック樹 脂７．５部、シリコン変性エポキシ６．５部、溶融シリカ６８．０部、三酸化ア ンチモン３．０部、カーボンブラック０．３部、トリフェニルホスフィン０．２ 部、シランカップリング剤０．５部、カルナバロウ０．４部を混合器で均一に混 合し、８５−９５℃温度のロールで混合した後、室温に急冷し、細かく粉砕し、 本発明のエポキシ樹脂組成物を得た。

二の組成物をトランスファー成形機を使用し、１７５℃で１５０秒間硬化させ、 試験片を製作し、改めてこの試験片を１７５°Ｃで８時間後硬化させＬ後、諸般 物性を評価しｆ二。

その結果を表１に示した。

実施例２ 第１表に示しにようにクレゾールノボラックエポキシ樹脂を８゜５部、イミド化 シリコン変性エポキシを６．５部使用したことを除いては上記実施例１と同様に 本発明の組成物を製造し几。

上記実施例１と同様な方法で評価試験を実施し、その結果を第１第１表に示しに ようにクレゾールノボラックエポキシ樹脂を７゜５部、フェノールノボラック樹 脂を８．５部、イミド−シリコン変性エポキシを９．８部、溶融シリカを６７． ０部で使用したことを除いては上記実施例１と同様な方法により本発明の組成物 を製造した。

上記実施例１と同様な方法で評価試験を実施し、その結果を第１表に示した。

実施例４ 第１表に示したようにタレゾールノボラック樹脂を５．０部、フェノールノボラ ック樹脂を８．５部、イミド−シリコン変性エポキシを１２．５部、溶融シリカ を６７．０部使用したことを除いては上記実施例１と同様な方法により、本発明 の組成物を製造した。

上記実施例１と同様な方法で評価試験を実施し、その結果を第１表に示した。

実施例５ 第１表に示したようにクレゾールノボラック樹脂を１６．０部、フェノールノボ ラック樹脂８．０部、イミド−シリコン変性エポキシの代わりにシリコン化合物 を０．８部、溶融シリカを６．０部にしたことを除いては上記実施例１と同一方 法により本発明の組成物を製造した。

上記実施例１と同一方法で評価試験を実施し、その結果を第１表に示し几。

寒敷匠ｌ 第１表に示したようにクレゾールノボラック樹脂を１５．５部、フェノールノボ ラック樹脂を８．０部、イミド−シリコン変性エポキシの代わりにシリコン化合 物を１．３部使用したことを除いては、上記実施例１と同一方法により本発明の 組成物を合成した。上記実施例１と同一な法で評価試験を実施し、その結果を第 １表に示した。

比較例１ 第１表に示したように、イミド−シリコン変性エポキシを使用せず、クレゾール ノボラックエポキシ樹脂１６，８部とフェノールノボラック樹脂を８．０部使用 しにことを除いては上記実施例１と同一方法でエポキシ樹脂組成物を製造し、実 施例１と同一方法で同一評価試験を実施し、その結果を第１表に示した。

比較例２ 第１表に示したようにイミド−シリコン変性エポキシを使用せず、クレゾールノ ボラックエポキシ樹脂１５．８部とフェノールノボラツり樹脂を９．０部使用し たことを除いては上記実施例１と同一方法でエポキシ樹脂組成物を製造し、実施 例１と同一方法で同一評価試験を実施し、その結果を第１表に示し１；。

比較例３ 第１表に示したようにイミド−シリコン変性エポキシを使用せず、クレゾールノ ボラックエポキシ樹脂！５．８部とフェノールノボラック樹脂８．０部及び溶融 シリカ６９．０部を使用したことを除いては、上記実施例１と同一方法でエポキ シ樹脂組成物を製造し、実施例１と同一方法で同一に評価試験を実施し、その結 果を第１表に示しに。

比較例４ 第１表に示したようにイミド−シリコン変性エポキシを使用せず、クレゾールノ ボラックエポキシ樹脂１５．３部と溶融ソリカフ０．０部を使用したことを除い ては、上記実施例１と同一方法でエポキシ樹脂組成物を製造し、実施例１と同一 方法で同一に評価試験を実施し、その結果を第１表に示した。

実施例７−８ 成分及びその使用量を第２表に示したように使用したことを除いては上記実施例 １と同様な方法により本発明のエポキシ樹脂組成物を製造し、そのスパイラルフ ロー及びばりの長さを測定し、その結果を第２表に示した。

比較例５−６ 成分及びその使用量を表２に示したように使用したことを除いては上記実施例１ と同様な方法によりエポキシ樹脂組成物を製造し、スパイラルフロー及びばりの 長さを測定し、その結果を第２表に示した。

第１表及び第２表から判明するように、イミド−シリコン変性エポキシとイミド −変性シリコン化合物を含むエポキシ樹脂組成物は、高いガラス転移温度を有し 、弾性率と熱膨張係数が低く、ぼり長さが短くて、成形が大変優秀であった。

国際調査報告

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．（Ａ）多官能エポキシ化合物７−２０重量部；（Ｂ）イミド変性シリコン化 合物０．１−１３重量部；（Ｃ）ノボラック型フェノール樹脂２．５−１５重量 部；及び（Ｄ）無機充填剤６０−８０重量部を含むことを特徴とする半導体装置 封止用エポキシ樹脂組成物。
2. ２．多官能エポキシ化合物は、エポキシ当量が１８０−２４０であり、軟化点が ６０−１１０℃である、請求項１記載の半導体装置封止用エポキシ樹脂組成物。
3. ３．多官能エポキシ化合物は、１分子中、少なくとも二つのエポキシ基を含有す るエポキシ樹脂であり、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、クレゾールノボラ ック型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型 エポキシ樹脂、鎖状脂肪族エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環式エポキ シ樹脂及びハロゲン化エポキシ樹脂中から選択される、請求項１または２記載の 半導体装置封止用エポキシ樹脂組成物。
4. ４．イミド変性シリコン化合物がアミン基を含有したポリシロキサンとイミド化 合物を反応させて製造される、請求項１記載の半導体装置封止用エポキシ樹脂組 成物。
5. ５．アミン基を含有したポリシロキサンが、ジメチルシリコン、メチルフェニル シリコン、エポキシ変性シリコン、ジメチルジフェニルシリコン、脂肪酸変性シ リコン及びシリコン／ポリエーテル共重合体から選択される、請求項４記載の半 導体装置封止用エポキシ樹脂組成物。
6. ６．イミド化合物が、Ｎ，Ｎ′−１，３−フェニレンビスマレイミド、Ｎ，Ｎ′ −４，４′−ジフェニルメタンビスマレイミド、Ｎ，Ｎ′−４，４′−ジフェニ ルエーテルビスマレイミド、Ｎ，Ｎ′−４，４′−ジフェニルスルホンビスマレ イミド、Ｎ，Ｎ′−３，４，−ジフェニルスルホンビスマレイミド、Ｎ，Ｎ′− ４，４′−ジシクロヘキシルメタンビスマレイミド、Ｎ，Ｎ′−４，４′−ジフ ェニルシクロヘキサンビスマレイミド、Ｎ，Ｎ′−１，３−キシリレンビスマレ イミド、２，４−ビスマレイミドトルエン、及び２，６−ビスマレイミドトルエ ンのようなビスマレイミド化合物から選択される、請求項４記載の半導体樹脂封 止用エポキシ樹脂組成物。
7. ７．ノボラック型フェノール樹脂が、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノ ボラック樹脂及びテトラブチルフェノールノボラック樹脂から選択される、請求 項１記載の半導体装置封止用エポキシ樹脂組成物。