JPH0284458A - ゴム変性フェノール樹脂、エポキシ樹脂組成物及び樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

ゴム変性フェノール樹脂、エポキシ樹脂組成物及び樹脂封止型半導体装置

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JPH0284458A
JPH0284458A JP63229012A JP22901288A JPH0284458A JP H0284458 A JPH0284458 A JP H0284458A JP 63229012 A JP63229012 A JP 63229012A JP 22901288 A JP22901288 A JP 22901288A JP H0284458 A JPH0284458 A JP H0284458A
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尚子 木原
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下沢 宏
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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) 本発明は各種樹脂組成物の主剤又は硬化剤として用いた
場合に優れた耐衝撃性、耐熱衝撃性を有する硬化物が得
られるゴム変性フェノール樹脂、このゴム変性フェノー
ル樹脂を含有し優れた耐熱衝撃性及び耐湿信頼性を有す
る硬化物を与えるエポキシ樹脂組成物、及びこのエポキ
シ樹脂組成物で封止された樹脂封止型半導体装置に関す
る。
(従来の技術) ノボラック型フェノール樹脂は、それ自体へキサミンな
どを触媒として硬化させて絶縁材料などとして用いられ
るだけでなく、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂などの硬
化剤としても用いられる。
しかしながら、ノボラック型フェノール樹脂は、樹脂自
体の分子量が小さいため脆く、エポキシ樹脂やポリイミ
ド樹脂などの硬化剤として用いた場合にもこの欠点が現
われる。
そこで、従来、ノボラック型フェノール樹脂を桐油やポ
リブタジェンなどによって変性することが行われてきた
。しかし、こうした変性フェノール樹脂を用いて得られ
た硬化物では、電気特性の低下、硬化物表面の汚れ、強
度の低下が生じ、更に耐衝撃性及び耐熱衝撃性が充分で
ないなどの問題があった。
また、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、その硬化物が耐湿性、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、従来の封止用樹脂では耐熱衝撃性などの要求が
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型でかつ微
細な表面構造を有するペレットを封止すると、素子ペレ
ット表面のアルミニウム(AΩ)パターンを保護するた
めのリンケイ酸ガラス(P S G)膜や窒化ケイ素(
Si3N4)膜に割れを生じたり、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)]]
付けをする際、装置全体が200〜260 ’C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り込まれた水
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、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
強靭化する必要がある。
このうち、封止樹脂の内部応力の低減には、従来からシ
リコーンオイル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
上げることができる。
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。
(発明が解決しようとする課題) 本発明は前記課題を解決するためになされたものであり
、耐衝撃性、耐熱衝撃性を有する硬化物が得られるゴム
変性フェノール樹脂、このゴム変性フェノール樹脂を含
有し内部応力が小さくかつ高温下での機械的特性が良好
で優れた耐熱衝撃性及び耐湿信頼性を有する硬化物を与
えるエポキシ樹脂組成物、及びこのエポキシ樹脂組成物
で封止された樹脂封止型半導体装置を提供することを目
的とする。
[発明の構成コ (課題を解決するための手段) 本発明のゴム変性フェノール樹脂は、フェノール樹脂に
メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン共重合体
及び熱硬化性シリコーンゴムを添加したことを特徴とす
るものである。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、(a)エポキシ樹脂、
(b)前記ゴム変性フェノール樹脂、すなわちフェノー
ル樹脂にメチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン
共重合体及び熱硬化性シリコーンゴムを添加したゴム変
性フェノール樹脂、(C)硬化促進剤、(d)シリカ粉
を必須成分とすることを特徴とするものである。
本発明の樹脂封止型半導体装置は、半導体チップを前記
エポキシ樹脂組成物で封止したことを特徴とするもので
ある。
以下、本発明を更に詳細に説明する。
本発明のゴム変性フェノール樹脂に含有されるフェノー
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などのノボラック型フェノール
樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ジシクロペンタジェ
ンフェノール樹脂、あるいはトリス(ヒドロキシフェニ
ル)アルカンなどの多官能フェノール樹脂を挙げること
ができる。これらのフェノール樹脂は単独で、又は2種
以上混合して用いられる。
本発明のゴム変性フェノール樹脂に含有されるゴム成分
のうちの1つであるメチルメタクリレート・ブタジエン
・スチレン共重合体は、一般にMBS樹脂と称され、粉
末状である。これらはラテックス状のスチレン・ブタジ
ェンゴム、ポリブタジェンゴムなどにメチルメタクリレ
ートとスチレンを主成分とするモノマーをグラフト重合
することにより製造される。このようなメチルメタクリ
レート・ブタジエン・スチレン共重合体の具体例として
は、B−22(鐘淵化学工業■、SBR成分約45%)
 、B−28(鐘淵化学工業沖、SBR成分約45%)
、B−56(鐘淵化学工業■、SBR成分約65%) 
、[i8に4(日本合成ゴム■、SBI?成分約55%
) 、BTA731(呉羽化学工業■) 、BTA I
[[NX (呉羽化学工業沖)などがある。
これらメチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン共
重合体のうちでも、ブタジェン組成比率が70vt%以
下、メチルメタクリレート組成比率が+5wt%以上の
ものが好ましい。これは、この範囲外では成形品の外観
が損なわれるためである。
本発明のゴム変性フェノール樹脂に含有されるもう1つ
のゴム成分であるシリコーンゴムは、100℃以下で流
動性を有し、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。このようなシ
リコーンゴムの具体例としては、TSJ−3150(東
芝シリコーン■、25℃での粘度1100cP) 、T
SJ−3151(東芝ンリコーン■、25℃での粘度2
300eP) 、TSJ−3130(東芝シリコーン■
、25°Cでの粘度3800cP)TSJ−3175(
東芝シリコーン■、25℃での粘度3100cP) 、
TSE−3504(東芝シリコーン■、25℃での粘度
10000cP) 、TSE−3051(東芝シリコー
ン■、25℃での粘度70口cP) 、JCR−810
1(東しシリコーン■、25°Cでの粘度6500cP
)などがある。
本発明のゴム変性フェノール樹脂は、軟化点以上の温度
のフェノール樹脂に前記ゴム成分を均一分散させること
により調製される。すなわち、加熱溶融したフェノール
樹脂にメチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン共
重合体及びシリコーンゴムの粉末を添加した後、適当な
方法で撹拌、混合すればよい。混合方法は、フラスコ内
での混合羽根による撹拌、万能混合機による撹拌、溶融
釜内でのホモジナイザーによる方法などがある。
また、シリコーンゴムは通常フェノール樹脂との相溶性
が悪いため、シリコーンゴムの分散性を上げる目的で、
溶融したフェノール樹脂に予めシリコーン系、フッ素系
などの各種界面活性剤を添加しておくことが好ましい。
界面活性剤の具体例としては、シリコーン系では5F−
8419,5P−8410,5F−8421(東しシリ
コーン■)、フッ素系ではフロラードFC430(住友
3M銖)などが挙げられる。界面活性剤の添加量はフェ
ノール樹脂に対し、0.1〜10ν【%の範囲にあるこ
とが望ましい。これは、この範囲の下限未満では分散性
を上げる効果がなく、上限を超えると成形性、耐湿性に
劣るためである。
前記のゴム成分はいずれも内部応力の低減に寄与するも
のであるが、その配合割合は組成物全体に対し、メチル
メタクリレート・ブタジエン・スチレン共重合体が0.
1〜7wt%、シリコーンゴムが0.1〜5 vt96
、また両者の和が0.2〜1Ovt%の範囲にあること
が望ましい。
いずれの場合も前記範囲の下限未満では内部応力の低減
効果が少ない。メチルメタクリレート・ブタジエン・ス
チレン共重合体が7シt%を超えると溶融粘度が高くな
りすぎて好ましくない。シリコーンゴムが5vt%を超
えると混練などの作業性に劣り、また強度の低下も著し
い。両者の和が1Ovt%を超えるとやはり強度の低下
が大きく好ましくない。そして、メチルメタクリレート
争ブタジェン・スチレン共重合体とシリコーンゴムとの
両者を併用することによってはじめてバランスの取れた
組成物を得ることができる。
特に、メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン共
重合体が0,2〜5vt%、シリコーンゴムが0.2〜
3wt%、また両者の和が0゜5〜6vt%の範囲にあ
ることが好ましい。
本発明のエポキシ樹脂組成物において、(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ば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(ヒドロキシフェ
ニル)アルカンのエポキシ化物などがある。これらのう
ちでも、高温下での機械的特性の観点から、次式で表わ
されるトリス(ヒドロキシフェニル)メタンベースの多
官能耐熱性エポキシ化合物が好適である。
(式中、nはO又は正の整数、Rは水素原子、又は炭素
数1〜20のアルキル基を示す。)なお、このエポキシ
化合物はフェノール類とサリチルアルデヒドとの縮合物
をエポキシ化することにより得られるが、生成の過程で
エポキシ基どうじの反応により、次式 (式中、nは0又は正の整数、Rは水素原子、又は炭素
数1〜20のアルキル基を示す。)で表わされるエポキ
シ化合物が含まれることがある。
このような多官能耐熱性エポキシ化合物の具体例として
は、EPPN−502(日本化薬味、軟化点70 ℃、
エポキシ化物170)、YL−932H(油化シェル■
、軟化点63℃、エポキシ当ff1171)などが挙げ
られる。
本発明のエポキシ樹脂組成物において、(b)成分であ
るゴム変性フェノール樹脂としては、前述したものが用
いられる。このゴム変性フェノール樹脂とエポキシ樹脂
とは、フェノール性水酸基とエポキシ基との当量比(O
H当量/エポキシ当ff1)が0,5〜1.5の範囲と
なるよ゛うに配合することが好ましい。これは、この範
囲外ではエポキシ樹脂組成物の硬化性が劣り、その硬化
物の耐湿性が劣るためである。
本発明のエポキシ樹脂組成物において、(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
のような硬化促進剤の具体例としては、2−メチルイミ
ダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、■−
シアノエチルー2−エチルーメチルイミダゾール、など
のイミダゾール化合物;ベンジルメチルアミン、トリス
ジメチルアミノメチルフェノールなどの第3アミン化合
物;トリフェニルホスフィン、トリシクロヘキシルホス
フィン、トリブチルホスフィン、メチルジフェニルホス
フィンなどの有機ホスフィン化合物ニジアザビシクロウ
ンデセンなどが挙げられる。これらは単独で、又は2種
以上混合して使用される。
硬化促進剤の配合量は、その種類により最適添加量が異
なるため限定することは困難であるが、(a)+(b)
+ (c)の総量に対して0.01〜1ovt%である
ことが望ましい。これは、0.01vt%未満ではエポ
キシ樹脂組成物の硬化性が劣り、一方10vt%を超え
るとその硬化物の耐湿性が低下するためである。
本発明のエポキシ樹脂組成物において、(d)成分であ
るシリカ粉としては、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
子の誤動作を防止する観点から、その最大粒径は754
以下であることが望ましい。また、ソフトエラー防止の
観点から、これらシリカ粉中のU及びThの合計含有量
は11)pb以下であることが望ましい。
なお、本発明のエポキシ樹脂組成物には前記各成分のほ
かにも、必要に応じて、エポキシシラン等の界面活性剤
;高級脂肪酸、ワックス類などの離型剤;アンチモン、
リン化合物、臭素や塩素を含む難燃剤などを配合しても
よい。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、前述した各成分を、加
熱ロール、ニーダ−あるいは押出機によって溶融混練し
たり、微粉砕可能な特殊混合機によって混合したり、こ
れらの各方法の適宜な組合せで容易に製造することがで
きる。
本発明の樹脂封止型半導体装置は、前記エポキシ樹脂組
成物を用い、半導体チップを樹脂封止することにより製
造される。この場合、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
。なお、本発明のエポキシ樹脂組成物によって封止され
る半導体チップは特に限定されない。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、2種の特定のゴム成分
を適量ずつ併用したゴム変性フェノール樹脂を含有して
いるので、成形性や機械的強度を損なうことなく、弾性
率を低減することができる。
また、エポキシ樹脂として特定の多官能耐熱性エポキシ
樹脂を併用することにより、高温下での機械的特性を大
きく向上させることができる。そして、このエポキシ樹
脂組成物を硬化した封止樹脂は、内部応力が低く、かつ
高温下での耐クラツク性が良好となる。したがって、こ
のエポキシ樹脂組成物で封止された樹脂封止型半導体装
置は、極めて信頼性が高い。
(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1〜4 第1表に示す各成分を同表に示す割合で配合してエポキ
シ樹脂組成物を得た。
この場合、予め硬化剤として用いられるゴム変性フェノ
ール樹脂(実施例)又はシリコーンオイル変性フェノー
ル樹脂(比較例)を以下のようにして調製しておいた。
ゴム変性フェノール樹脂は、加熱溶融したフェノールノ
ボラック樹脂に付加型加熱硬化シリコーンゲルを添加し
、万能混合機中、120℃で30分間撹拌した後、15
0°Cまで昇温し、メチルメタクリレート・ブタジエン
・スチレン共重合体粉末を添加し、30分間撹拌するこ
とによって調製した。
シリコーンオイル変性フェノール樹脂は、加熱溶融した
フェノールノボラック樹脂にシリコーンオイルを添加し
、万能混合機中、120 ’Cで30分間撹拌すること
によって調製した。
そして、まずヘンシェルミキサー中において充填剤をシ
ランカップリング剤で処理した後、各成分を配合して6
0〜110 ’Cの加熱ロールで混練し、冷却した後、
粉砕して各エポキシ樹脂組成物を調製した。
以下、第1表の各成分について説明する。
エポキシ樹脂; オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂(ESCN
−195XL、住友化学工業■、エポキシ当量197、
軟化点74℃) 多官能耐熱性エポキシ樹脂(EPPN502 、日本化
薬■、エポキシ当ff1170.軟化点70’C)難燃
性エポキシ樹脂(BREN−s、日本化薬■、エポキシ
当量278、軟化点84℃) 硬化剤成分: フェノールノボラック樹脂(BRG557、昭和高分子
鈎、フェノール当量104、軟化点90℃)メチルメタ
クリレート・ブタジエン・スチレン共重合体(BTA7
31、呉羽化学工業■)付加型加熱硬化シリコーンゲル
(TSJ−3150、東芝シリコーン■、25°Cでの
粘度1000cP)シリコーンオイル(ジメチルシロキ
サン、TSE−451−IM、東芝シリコーン株、25
℃での粘度1[+00cP)硬化促進剤;トリフェニル
ホスフィン(PP−360゜ケーアイ化成■) 充填剤、溶融シリカ粉(USS−80K 、東芝セラミ
ックス制 離型剤;カルナバワックス(カルナバ1号、荒用材産化
学■) 難燃剤;三酸化アンチモン(三国製錬■)着色剤;カー
ボンブラック(CB#30、三菱油化■)表面処理剤、
γ〜グリシドキシプロビルトリメトキシンラン(A−1
87、日本ユニカー■)これら実施例1〜6及び比較例
1〜4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、ガラス転移温度、曲げ強さ、曲げ弾性率を
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℃、3分
間の条件で評価用半導体素子を封止し、厚さ2III1
1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時間報知して
吸湿処理を行った後、これを260℃の半田浴に5秒間
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100〜4
00時間放置し、不良(リーク不良、オーブン不良)発
生率を調べた。
■耐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(8+w X 8 m+
1)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50〜400サイクル繰り返
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表に示されるように、実施例1〜6のエポキシ樹脂
組成物は比較例1〜4のエポキシ樹脂組成物に比べ、良
好な成形性を有し、機械的特性のバランスがよいため、
優れた耐熱衝撃性を有する。
史に、耐熱性の多官能エポキシ化合物を併用した場合に
は、高温−ドにおける耐クラツク性が極めて良好である
[発明の効果] 以上詳述したように本発明のゴム変性フェノール樹脂を
含有するエポキシ樹脂組成物は、耐熱衝撃性、耐半田浸
漬性に優れ、半導体装置、特に表面実装タイプの大容量
メモリの封止に好適である。また、本発明の樹脂封止型
半導体装置は、耐熱衝撃性に優れ、また表面実装を行っ
てもその後の耐湿性は良好であり、高い信頼性を有する
ものである。
出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 7、補正の内容 (1)明細書箱11頁第1 下記の通り訂正する。
g己 0行目の下の化学式を 事件の表示 待I頭昭63 22901、 発明の名称 補正をする者 事件との関係  特許出願人 (307)  株式会社 東芝 4、代理人 東京都千代田区霞が関3丁目7番2号 (2)明細書第11頁下から5行目に「R」とあるを、
rR,R2jと訂正する。
(3)明細書第11頁下から3行目から下から2行目に
かけて「フェノール類とサリチルアルデヒドとの」とあ
るを、「フェノール又はアルキルフェノール類とヒドロ
キシベンズアルデヒドとの」と訂正する。
(4)明細書第12頁第1行目の下の化学式を下記の通
り訂正する。
(5)明細書第12頁の化学式の下の行にrRJとある
を、rR+  R2Jと訂正する。
(6)明細書第12頁下から7行目の「など」の前に、
「、ESX−220(住友化学■、軟化点85℃、エポ
キシ当ffi 210)Jという文を加入する。
(7)明細書第13頁第11行目の「など」の前に、「
2−ヘプタデシルイミダゾール」という文を加入する。
(8)明細書第16頁第9行目に「実施例1〜6」とあ
るを、「実施例1〜8」と訂正する。
(9)明細書第17頁第16行目の「多官能」から同頁
筒17行目の170℃)」までの文を、下記の通り訂正
する。
多官能耐熱性エポキシ樹脂(EPPN502 、日本化
楽観、エポキシ当量170、軟化点70℃)。[実施例
1.2.4.5.6及び比較例1〜4]多官能耐熱性エ
ポキシ樹脂(ESX−220、日本化薬■、エポキシ当
ff1210、軟化点85℃)。[実施例7.8] (10)明細書第18頁第10行目の「■)」の後に、
[,2−ヘプタデシルイミダゾール(C17Z、四6」
とあるを、「実施例1〜8」と訂正する。
(12)明細書第21頁の第1表を別紙の通り訂正する
(13)明細書第22頁の第2表を別紙の通り訂正する
(14)明細書第23頁第1行目に「実施例1〜6」と
あるを、「実施例1〜8」と訂正する。
手続補正書 1.事件の表示 特願昭63−229012号 2、発明の名称 ゴム変性フェノール樹脂、エポキシ樹脂組成物及び樹脂
封止型半導体装置 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 (307)株式会社 東芝 4、代理人 東京都千代田区霞が関3丁目7番2号 7、補正の内容 (1)明細書第18頁第8行目にr 1000cPJと
あるを、r 10000 cPJと訂正する。
(2)平成元年8月24日付差出の手続補正書中第3頁
下から第10行にrESX−220Jとあるを、rES
X−221J ト訂正tル。
(3)平成元年8月24日付差出の手続補正書中第4頁
第5行ニr EsX−220Jとあるを、r ESX−
221」と訂正する。
6、補正の対象

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)フェノール樹脂にメチルメタクリレート・ブタジ
    エン・スチレン共重合体及び熱硬化性シリコーンゴムを
    添加したことを特徴とするゴム変性フェノール樹脂。
  2. (2)(a)エポキシ樹脂、 (b)フェノール樹脂にメチルメタクリレート、ブタジ
    エン・スチレン共重合体及び熱硬化性シリコーンゴムを
    添加したゴム変性フェノール樹脂、(c)硬化促進剤、 (d)シリカ粉 を必須成分とすることを特徴とするエポキシ樹脂組成物
  3. (3)半導体チップを請求項(2)記載のエポキシ樹脂
    組成物で封止したことを特徴とする樹脂封止型半導体装
    置。
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