JPH03174434A

JPH03174434A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物

Info

Publication number: JPH03174434A
Application number: JP31357089A
Authority: JP
Inventors: Manabu Yamane; 学山根; Eiji Omori; 英二大森; Satoshi Shiga; 智志賀
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1989-12-01
Filing date: 1989-12-01
Publication date: 1991-07-29

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、ダイオード、サイリスク、ＩＣ，トランジス
タなどの半導体装置（素子）を封止するために用いられ
るエポキシ樹脂ｍ酸物に関する。

〔従来の技術〕

エポキシ樹脂組成物は、接着性及び耐湿性に優れ、しか
も良好な電気特性と機械特性を有するため、電気及び電
子部品の絶縁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は、−層の小型軽量化、高
密度化が求められている。これに対応するため、半導体
素子又はチップ部品の基板への直接実装が広く行われる
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しつつあ
る。

ＣＯＢ実装としては、ワイヤボンド法、ＴＡＢ（Ｔａｐ
ｅ　Ａｕｔｏｎ＋ａｔｅｄ　Ｂｏｎｄｉｎｇ）法、フリ
ップチップ法が検討されている。ワイヤボンド法は汎用
性、低コストに、また、ＴＡＢ法は薄型化、検査性に特
徴がある。フリップチップ法はパッケージ化の場合、ト
ータルコストの低減、多端子化などに優れることにより
高速論理デバイス用としても応用可能である。

一方、ディスクリート型半導体素子の封正方法としでは
、樹脂封止方法が多く採用され、その樹脂として低圧ト
ランスファ成型用エポキシ樹脂が使用されている。しか
し、ＣＯＢ方式の場合は、構造的にも、また、樹脂の硬
化性などの性質上の点からもトランスファ威型用エポキ
シ樹脂を適用することは極めて困難で、一般に、半導体
を液状の封止材料でポツティングし、加熱硬化する方法
が採られている。

また、ハイブリッドＩＣの場合には、基板として熱膨張
系数の小さいアルξすが使用されているため、樹脂の硬
化時又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で用いた場合、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、可とう化剤を添加
する方法があるが、この方法では耐熱特性及び電気特性
を著しく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
を小さくし、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採られているが、充填剤を
多量に添加する必要があるため、混和剤の粘度が著しく
上昇して注型作業が困難になり、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、部品の薄型化のためには不向きで
ある欠点がある。

また、フリップチップ法の場合には、信頼性向上のため
に線膨張係数をハンダバンプに合わせ、チップと基板の
間に樹脂を充填する必要があるが、低流動性と低線膨張
係数化を両立させるのは困難であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、前記従来技術の欠点を除去し、流動性
、耐湿性及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封止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、（Ａ）分子中に１個以上のエポキシ基を有す
るエポキシ樹脂、（Ｂ）有機二塩基酸無水物、（Ｃ）融
点が５０〜１５０℃の粉末状エポキシ樹脂用硬化剤を表
面処理した表面処理粉末状エポキシ樹脂用硬化剤及び（
Ｄ）比表面積が５ポ／ｇ以下で平均粒子径が１５μｍ以
下の溶融シリカ粉を含み、溶融シリカ粉の配合割合を全
体の組成物の４５〜７５体積％としてなる半導体封止用
エポキシ樹脂＆Ｉｌ威物に関する。

本発明に使用する分子中に１個以上のエポキシ基を有す
るエポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡとエピクロ
ルヒドリンから誘導されるジグリシジルエーテル及びそ
の誘導体、ビスフェノールＦとエピクロルヒドリンから
誘導されるジグリシジルエーテル及びその誘導体などの
通称エピ−ビス型液状エポキシ樹脂、多価アルコールと
エピクロルヒドリンから誘導されるジグリシジルエーテ
ル、多塩基酸とエピクロルヒドリンから誘導されるジグ
リシジルエステル及びその誘導体、水添ビスフェノール
Ａとエピクロルヒドリンから誘導されるジグリシジルエ
ーテル及びその誘導体、３゜４−エポキシ−６−メチル
シクロヘキシルメチル−３，４−エポキシ−６−メチル
シクロヘキサンカルボキシレート、シクロペンタジェン
オキサイド、ビニルシクロヘキセンオキサイド、ビス（
２゜３−エポキシシクロペンチル）エーテル、３．４エ
ポキシシクロヘキシルメチル（３，４−エポキシシクロ
ヘキサン）カルボキシレート、ビス（３，４−エポキシ
−６−メチルシクロヘキシルメチル）アジペート、リモ
ネンジオキサイド等の脂環式エポキシ化合物及びこれら
の誘導体、イソブチレンから誘導されるメチル置換型エ
ポキシ化音物等が挙げられ、その種類に制限はない。

本発明において硬化剤として用いられる有機二塩基酸無
水物としては、無水フタル酸、無水へキサヒドロフタル
酸、無水メチルへキサヒドロフタル酸、無水テトラヒド
ロフタル酸、無水メチルナジック酸、ドデセニル無水コ
ハク酸、無水マレイン酸、無水クロレインデインク酸及
びこれらの誘導体等が挙げられ、その配合量は耐熱劣化
特性及び硬度の経時変化の点からエポキシ基１個に対し
て０．７〜１．３モルが好ましく、０．８５〜１．１モ
ルがより好ましい。

本発明において硬化剤としてもう一種類用いられる表面
処理粉末状エポキシ樹脂用硬化剤は以下に述べるもので
ある。表面処理前の融点が５０〜１５０　’Ｃの粉末状
エポキシ樹脂用硬化剤として、例えば、単体では、メタ
フェニレンジアミン、バラフェニレンジアミン、シアご
ノジフェニルメタン等の芳香族アミン化合物、無水フタ
ル酸、無水３−クロルフタル酸、無水４−クロルフタル
酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水ジメチルコハク酸
等の酸無水物化合物、イミダゾール、２−メチルイミダ
ゾール、２−ウンデシルイミダゾール、４−メチルイミ
ダゾール、２−フェニルイ旦ダゾール等のイミダゾール
化合物などが挙げられるが、硬化の容易性及び貯蔵安定
性の点から１分子中にヒドロキシル基を１個以上有する
イミダゾール誘導体であることが好ましい。また、これ
を表面処理する表面処理剤としては、貯蔵安定性及び硬
化性の点より、トリレンジイソシアネートなどの１分子
中にイソシアネート基を１個以上有する化合物であるこ
とが好ましい。表面処理粉末状エポキシ樹脂用硬化剤の
商品としては、旭化或工業■製ＨＸ−３７２１、ＨＸ−
３７４１がある。本発明においては、上記のような粉末
状エポキシ樹脂用硬化剤は表面処理剤と混合して表面処
理される。

本発明に用いられる溶融シリカ粉としては、流動性の点
から、比表面積が５ｎ（／ｇ以下でかつ平均粒子径１５
μｍ以下とされ、好ましくは１００メツシユの篩を通過
するものがよい。その添加量は、作業性と耐熱衝撃性の
バランスの点から、全体の４５〜７５体積％とされる。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、必要に
応じてカップリング剤、接着剤、消泡剤等を添加するこ
とができる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により説明する。なお、実施例中
、部とあるのは重量部を意味する。

実施例１エポキシ当［１６５のビスフェノールＦ型工、Ｉミキシ
樹脂（東部化或株式会社製ＹＤＦ−１７０）４０部、無
水メチルテトラヒドロフタル酸（日立化或工業株式会社
製ＨＮ−２２００）３０部、マイクロカプセルイミダゾ
ール（旭化或株式会社製ＨＸ−３７４１，）１０部、溶
融シ’Ｊ’＋Ｙ−４０（株式会社龍森製、平均粒子径９
．０μｍ、比表面積３．０ｒｒｒ／ｇ）１７７部（エポ
キシ樹脂組成物Ｇこ対して５３体積％）を配合して、真
空括潰器で５Ｔｏｒｒの減圧下に混合脱気し、本発明の
エポキシ樹脂組成物を得た。

実施例２エポキシ当Ｎ１６５のビスフェノールＦ型エポキシ樹脂
（東部化成株式会社製ＹＤＦ−１７０）４０部、無水メ
チルハイミック酸（日立化或工業株式会社製ＭＨＡＣ−
Ｐ）３３部、マイクロカプセルイミダゾール（旭化或株
式会社製ＨＸ−３７４１）１２部、溶融シリカＦＢ−３
０（電気化学工業株式会社製、平均粒子径６．２μｍ、
比表面積４．４ｒｒｆ／ｇ）２０８部（エポキシ樹脂組
成物に対して５５体積％）を配合して、真空播潰器で５
　Ｔｏｒｒの減圧下に混合脱気し、本発明のエポキシ樹
脂組成物を得た。

実施例３エポキシ当量１７３の１，１−ビス（４−ヒドロキシフ
ェニル）エタンのジグリシジルエーテル（三井石油化戒
エポキシ株式会社製エポミックＲ７１０）４０部、無水
メチルへキサヒドロフタル酸（日立化戒工業株式会社製
ＨＮ−５５００）３０部、マイクロカプセルイミダゾー
ル（旭化或株式会社製ＨＸ−３７２１）１０部、溶融シ
リカＦＢ−３０（電気化学工業株式会社製）２４０部（
エポキシ樹脂組成物に対して６０体積％）を配合して、
真空播潰器で５　Ｔｏｒｒの減圧下に混合脱気し、本発
明のエポキシ樹脂組成物を得た。

比較例１エポキシ当量１６５のビスフェノールＦ型エポキシ樹脂
（東部化或株式会社製ＹＤＦ−１７０）４０部、無水メ
チルテトラヒドロフタル酸（日立化威工業株式会社製Ｈ
Ｎ−２２００）３０部、イミダゾール系硬化剤〔四国化
威工業株式会社製２Ｅ４ＭＺ　（２−エチル−４メチル
イくダゾール）〕１１部溶融シリカＹ−４０（株式会社
龍森製）１５７部（エポキシ樹脂組成物に対して５３体
積％）を配合して、真空播潰器で５　Ｔｏｒｒの減圧下
に混合脱気し、本発明のエポキシ樹脂組成物を得た。

比較例２エポキシ当量１６５のビスフェノールＦ型エポキシ樹脂
（東部化戒株式会社製ＹＤＦ−１７０）４０部、無水メ
チルテトラヒドロフタル酸（日立化威工業株式会社製Ｈ
Ｎ−２２００）３０部、マイクロカプセルイミダゾール
（旭化戒株式会社製ＨＸ−３７４１）１０部、溶融シリ
カＦ−９０（電気化学工業株式会社製、平均粒子径２４
．６μｍ、比表面積１．２ｎｆ／ｇ）１７７部（エポキ
シ樹脂組成物に対して５３体積％）を配合して、真空播
潰器で５　Ｔｏｒｒの減圧下に混合脱気し、本発明のエ
ポキシ樹脂組成物を得た。

この組成物について以下の評価試験を行った。

（１）耐湿性実施例１〜３及び比較例１〜２で得られた各樹脂組成物
を用いて、９６％Ａ２□０．を含むアルミナ基板上にＡ
ｇＰｄ導体を０６３１１ＩＩ１１ピツチで印刷したくし
型パターンを封止した後、８０°Ｃに４時間保持して硬
化させ、１２１　”Ｃ１２気圧の水蒸気中に所定時間（
２４時間、４８時間、７２時間及び９６時間）放置した
後、くし型パターンの絶縁抵抗変化を調べ、１０”Ω以
上を合格とし、１０１２Ω未満を不良とした。

（２）曲げ弾性率エポキシ樹脂＆Ｉ放物を１００ｍｍ（長さ）Ｘ１２．７
ｍｍ（幅）Ｘ５ｍ（高さ）の金属製枠に注型し、８０℃
に４時間加熱して硬化した。測定は、島津製作所■製オ
ートグラフを用いて荷重−たわみ曲線を作図し、ＪＩＳ
　　Ｋ−６９１１に準拠して、曲げ弾性率を求めた。

（３）線膨張係数（α）エポキシ樹脂組成物を２ｍｍ＋の幅の金属製枠に注型し
、８０°Ｃに４時間加熱して硬化した。測定はＰｅｒｋ
ｉｎ　Ｅ１ａ＋ｅｒ社製熱物理試験器ＴＭＳ−１を用い
て熱膨張曲線を作図して行った。

（４）浸透長さ（樹脂まわり込み）２枚のカラス板を、ギャップが１００μｍになるように
貼り合わせる。エポキシ樹脂組成物でボッティングし、
８０°Ｃ／２０分の熱処理を行う。

ガラス板の間に浸透したエポキシ樹脂組成物の先端とガ
ラス板の端との距離ｌを浸透長さと定義する。

（５）安定性エポキシ樹脂組成物を密閉容器に入れ、４０°Ｃで７日
の熱処理を加えた後、粘度を測定し、初期粘度との増粘
比で示す。

〔発明の効果〕

Claims

【特許請求の範囲】

１、（Ａ）分子中に１個以上のエポキシ基を有するエポ
キシ樹脂、（Ｂ）有機二塩基酸無水物、（Ｃ）融点が５
０〜１５０℃の粉末状エポキシ樹脂用硬化剤を表面処理
した表面処理粉末状エポキシ樹脂用硬化剤及び（Ｄ）比
表面積が５ｍ＾２／ｇ以下で平均粒子径が１５μｍ以下
の溶融シリカ粉を含み、溶融シリカ粉の配合割合を全体
の組成物の４５〜７５体積％としてなる半導体封止用エ
ポキシ樹脂組成物。