JPH05206332A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びその硬化物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 エポキシ樹脂と硬化剤と充填剤とを含有して
なるエポキシ樹脂組成物において、充填剤として平均粒
径が０．８〜２．５μｍ、比表面積が１〜７ｍ²／ｇ、
かつ平均粒径をａ（μｍ）、比表面積をｂ（ｍ²／ｇ）
としたとき６．０−３ａ≦ｂ≦１０−３ａの関係を満た
す溶融シリカを全充填剤のうち１〜３０重量％含有する
と共に、粒径７５μｍ以上の粒子の含有量が充填剤全体
の２重量％以下である充填剤を使用することを特徴とす
る半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 【効果】 上記組成物は、流動性が良好で、優れた成形
性を有すると共に、膨張係数が小さく、耐湿特性が良好
な硬化物を与える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、膨張係数が低い硬化物
を与える上、流動性が高く、未充填やワイヤー流れ等の
成形不良が少ない成形性に優れた半導体封止用エポキシ
樹脂組成物及びその硬化物に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
半導体封止用として使用するエポキシ樹脂組成物として
は、エポキシ樹脂に硬化剤としてフェノール樹脂など、
無機充填剤としてシリカなどを配合したものが一般的で
ある。このようなエポキシ樹脂組成物は、例えばフェノ
ール樹脂組成物等の他の熱硬化性樹脂組成物に比較し
て、溶融時の粘度が低く流動性に富んでいるため、ＬＳ
ＩやＩＣ、トランジスター等の微細なパターンやワイヤ
ーの損傷を抑えて耐湿性を向上させるのに有効で、この
ため半導体封止用として好適に使用されている。

【０００３】また、最近の動向として、シリコンチップ
の大型化や配線幅の微細化に伴い、半導体封止材の膨張
係数をシリコンチップのそれに近づけることが要望され
ており、このためエポキシ樹脂組成物への充填剤配合量
を増やしてその硬化物の膨張係数を低くすることが行わ
れている。

【０００４】しかしながら、その一方で、パッケージの
大型化や多ピン化が進んでいることから封止材の高流動
化も望まれているが、一般に充填剤を増量すればするほ
どエポキシ樹脂組成物の流動性は悪くなり、成形時に未
充填やワイヤー流れが発生し易く、成形性が低下して、
得られる硬化物の耐湿性が劣るといった問題があった。
従って、低膨張係数の硬化物を与え、かつ高い流動性を
有し、成形性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物
の開発が望まれていた。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
膨張係数が低い硬化物を与える上、流動性が高く、成形
時に未充填やワイヤー流れ等の成形不良がほとんど発生
しない成形性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物
及びその硬化物を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は、上
記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、エポキシ
樹脂と硬化剤と充填剤とを含有してなるエポキシ樹脂組
成物において、充填剤として平均粒径が０．８〜２．５
μｍ、比表面積が１〜７ｍ²／ｇ、かつ平均粒径をａ
（μｍ）、比表面積をｂ（ｍ²／ｇ）としたとき６．０
−３ａ≦ｂ≦１０−３ａの関係を満たす溶融シリカを全
充填剤のうち１〜３０重量％含有すると共に、粒径７５
μｍ以上の粒子の含有量が充填剤全体の２重量％以下で
ある充填剤を使用することが有効であることを知見し
た。

【０００７】即ち、一般に充填剤を大量に配合するとエ
ポキシ樹脂組成物の流動性が悪くなるものであるが、上
記一定範囲の粒径と比表面積を有し、かつこれらの粒径
と比表面積とが上記関係を満たす溶融シリカを配合した
場合、かかる半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、硬化
物の膨張係数を低くするために充填剤配合量を増やして
も組成物の流動性が低下せず、エポキシ樹脂と硬化剤と
の合計量１００部に対し２５０部以上、特に４５０部以
上の大量を配合しても成形時に未充填やワイヤー流れ等
の成形不良が発生することもほとんどなく、耐湿性の良
好な硬化物が得られること、それ故、低膨張係数の硬化
物を与えると共に、高い流動性を有し、成形性に優れた
半導体封止用エポキシ樹脂組成物が得られることを見出
し、本発明をなすに至ったものである。

【０００８】従って、本発明は、エポキシ樹脂と硬化剤
と充填剤とを含有してなるエポキシ樹脂組成物におい
て、充填剤として平均粒径が０．８〜２．５μｍ、比表
面積が１〜７ｍ²／ｇ、かつ平均粒径をａ（μｍ）、比
表面積をｂ（ｍ²／ｇ）としたとき６．０−３ａ≦ｂ≦
１０−３ａの関係を満たす溶融シリカを全充填剤のうち
１〜３０重量％含有すると共に、粒径７５μｍ以上の粒
子の含有量が充填剤全体の２重量％以下である充填剤を
使用することを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組
成物及び該組成物を硬化することにより得られる硬化物
を提供する。

【０００９】以下、本発明につき更に詳述すると、本発
明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、上述したよう
にエポキシ樹脂と硬化剤と充填剤とを主成分として含有
する。

【００１０】ここで、エポキシ樹脂としては、従来から
知られている種々のものを使用することができ、例え
ば、エポキシ化オルソクレゾールノボラック樹脂、エポ
キシ化フェノールノボラック樹脂、脂環式エポキシ樹
脂、エポキシ化ビスフェノール樹脂、置換又は非置換の
トリフェノールアルカン型エポキシ樹脂やこれらにハロ
ゲン原子を導入したエポキシ樹脂などを挙げることがで
きる。なお、これらエポキシ樹脂は、その使用に当たっ
ては必ずしも１種類の使用に限定されるものではなく、
２種類又はそれ以上を混合して配合してもよい。

【００１１】また、硬化剤は特に制限されるものではな
く、使用するエポキシ樹脂に応じて適宜選定することが
でき、例えばアミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤、フェ
ノールノボラック型硬化剤などが挙げられるが、中でも
フェノールノボラック型硬化剤が組成物の成形性、耐湿
性の面でより望ましく、好適に使用できる。なお、フェ
ノールノボラック型硬化剤としては、具体的にフェノー
ルノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂などが例
示される。

【００１２】硬化剤の配合量は通常使用される量とする
ことができ、フェノールノボラック型硬化剤を用いた場
合、好ましくはエポキシ樹脂中のエポキシ基と硬化剤中
のＯＨ基との比がモル比で１：０．５〜１：１．５とな
るように配合する。

【００１３】なお、本発明では、エポキシ樹脂と硬化剤
との反応を促進させる目的で各種硬化促進剤、例えばイ
ミダゾール類、３級アミン類、ホスフィン系化合物、シ
クロアミジン化合物などを併用することが望ましい。

【００１４】また更に、本発明では硬化物の応力を低下
させる目的で組成物中にシリコーン系ポリマーを配合し
てもよい。シリコーン系ポリマーを配合すると、硬化物
の熱衝撃テストにおけるパッケージクラックの発生を著
しく少なくすることが可能である。シリコーン系ポリマ
ーとしては、例えばエポキシ基、アミノ基、カルボキシ
ル基、水酸基、ヒドロシリル基、ビニル基などを有する
シリコーンオイル、シリコーンレジン、シリコーンゴム
等やこれらシリコーンポリマーと有機重合体、例えば置
換又は非置換のフェノールノボラック樹脂等との共重合
体を挙げることができる。

【００１５】なお、シリコーン系ポリマーの添加量は特
に限定されないが、通常エポキシ樹脂と硬化剤との合計
使用量１００部（重量部、以下同様）に対し１〜５０部
とすることが好ましい。

【００１６】次いで、本発明においては、上述したよう
に平均粒径が０．８〜２．５μｍ、比表面積が１〜７ｍ
²／ｇ、かつ平均粒径をａ（μｍ）、比表面積をｂ（ｍ²
／ｇ）としたとき６．０−３ａ≦ｂ≦１０−３ａの関係
を満たす溶融シリカ（以下、微細溶融シリカという）を
全充填剤のうち１〜３０重量％含有すると共に、粒径７
５μｍ以上の粒子の含有量が充填剤全体の２重量％以下
である充填剤を使用するもので、かかる充填剤を使用す
ることにより、多量に充填剤を配合しても流動性が良好
で、しかも膨張係数が低い硬化物を与える半導体封止用
エポキシ樹脂組成物を得ることができる。

【００１７】この場合、微細溶融シリカの平均粒径が
０．８μｍ未満では、微細溶融シリカが凝集し易くなっ
てしまうため、均一分散がし難くなるという不利があ
り、一方２．５μｍを超えると優れた流動性を有する半
導体封止用エポキシ樹脂組成物を得ることができない。
また、かかる範囲の溶融シリカであっても、平均粒径を
ａμｍ、比表面積をｂ（ｍ²／ｇ）としたとき６．０−
３ａ≦ｂ≦１０−３ａの関係を満たすことが必要であ
り、この関係を満たさない溶融シリカは十分な流動性を
与えることができない。

【００１８】この微細溶融シリカの配合量は、全充填剤
のうち１〜３０％（重量％、以下同様）、好ましくは３
〜２０％とすることが必要である。配合量が１％未満又
は３０％を超えるといずれも本発明の目的である高流動
性が得られない。

【００１９】微細溶融シリカ以外の充填剤としては、例
えば溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化ホウ素、
三酸化アンチモン等各種のものを使用することができる
が、粒径７５μｍ以上の粒子が２％以下、好ましくは１
％以下である必要がある。粒径７５μｍ以上の粗粒子が
２％より多く存在すると、硬化物のチップ表面へのダメ
ージが大きくなり、耐湿性に支障をきたす。

【００２０】また、微細溶融シリカ以外の充填剤は、好
ましくは平均粒径が５〜３５μｍ、特に８〜３２μｍで
あると共に、比表面積が１．４ｍ²／ｇ以下、特に１ｍ²
／ｇ以下であるような球状シリカが好適なものとして挙
げられる。平均粒径が５μｍより小さいと硬化物のヒー
トサイクル時の耐クラック性が悪くなる場合があり、一
方、平均粒径が３５μｍを超えると成形時にワイヤー流
れを引き起こす場合がある。更に、比表面積が１．４ｍ
²／ｇより大きいと組成物の流動性が著しく低下する場
合がある。この球状シリカの配合量は、充填剤全体の０
〜９９％、特に４０〜９７％が好ましい。

【００２１】なお、無機質充填剤は、その使用に際して
あらかじめシランカップリング剤で表面処理した後に使
用すると、より一層耐湿性の高い硬化物を与える組成物
を得ることができる。

【００２２】更に、全充填剤の配合量は、エポキシ樹脂
と硬化剤との合計量１００部に対して２５０〜８５０
部、特に４５０〜７００部とすることが好ましい。

【００２３】本発明の組成物には、更に必要により各種
の添加剤を添加することができ、例えばカルナバワック
ス等のワックス類、ステアリン酸等の脂肪酸やその金属
塩等の離型剤（中でも接着性、離型性の面からカルナバ
ワックスが好適に用いられる）；有機ゴム系等の可撓性
付与剤；カーボンブラック、コバルトブルー、ベンガラ
等の顔料；酸化アンチモン、ハロゲン化合物等の難燃化
剤；γーグリシドキシプロピルトリメトキシシラン等の
表面処理剤；エポキシシラン、ホウ素化合物、アルキル
チタネート等のシランカップリング剤；老化防止剤、そ
の他の添加剤の１種又は２種以上を配合することができ
る。

【００２４】なお、本発明のエポキシ樹脂組成物は、そ
の製造に際し、上述した成分の所定量を均一に攪拌、混
合し、予め７０〜９５℃に加熱してあるニーダー、ロー
ル、エキストルーダー等で混練、冷却し、粉砕する等の
方法で得ることができるが、特にミキシングロール、押
出機を用いた溶融混合法が好適に採用される。ここで、
成分の配合順序に特に制限はない。

【００２５】上述したように、本発明のエポキシ樹脂組
成物はＩＣ、ＬＳＩ、トランジスター、サイリスタ、ダ
イオード等の半導体装置の封止用に使用するものであ
り、プリント回路版の製造などにも有効に使用できる。

【００２６】ここで、半導体装置の封止を行う場合は、
従来より採用されている成形法、例えばトランスファー
成形、注型法などを採用して行うことができる。この場
合、エポキシ樹脂組成物の成形温度は１５０〜１８０
℃、ポストキュアーは１５０〜１８０℃で２〜１６時間
行うことができる。

【００２７】

【実施例】以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体
的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるもの
ではない。なお、以下の例において部はいずれも重量部
を示す。

【００２８】［実施例１〜４、比較例１〜５］エポキシ
当量１７０のエポキシ化トリフェノールメタン樹脂３４
部、エポキシ当量２８０の臭素化エポキシ化フェノール
ノボラック樹脂６部、フェノール当量が１１０で軟化点
８０℃のフェノールノボラック樹脂３５部、下記式
（ａ）で示される化合物６０部と下記式（ｂ）で示され
る化合物４０部との反応生成物２５部、トリフェニルホ
スフィン０．７部、三酸化アンチモン１０部、カルナバ
ワックス１．５部、γーグリシドキシプロピルトリメト
キシシラン１．６部、カーボン１部を混合したベース
に、γーグリシドキシプロピルトリメトキシシラン０．
６％で表面処理した表１に示すシリカを表２に示す量で
配合し、８０℃のミキシングロールで５分間溶融混合し
た後、シート状で取り出し、これを冷却粉砕して組成物
を得た。

【００２９】

【化１】

【００３０】得られた組成物につき、以下の諸試験を行
った。結果を表２に併記する。 （イ）スパイラルフロー ＥＭＭＩ規格に準じた金型を使用して１７５℃、７０Ｋ
ｇｆ／ｃｍ²の条件で測定した。

【００３１】（ロ）膨張係数 １７５℃、２分で成形し、１８０℃、４時間ポストキュ
アーした５×５×５ｍｍの試験片を用い、アグネ（真空
理工社製）を用いて昇温スピード５℃／ｍｉｎで測定し
た。

【００３２】（ハ）充填不良 ６４ＰＩＮ６００ｍｉｌのＤＩＰのフレームを用い、１
７５℃、７０Ｋｇｆ／ｃｍ²、プレヒート温度８５℃で
成形し、組成物の充填性を測定した。この場合、０．５
ｍｍ以上の未充填があるものを不良とした。

【００３３】（ニ）ワイヤー流れ １４×２０×２．７（厚さ）ｍｍの１００ＰＩＮフラッ
トパッケージのフレームを用い、１７５℃、７０Ｋｇｆ
／ｃｍ²、プレヒート温度８５℃で成形した時の金線の
流れを軟Ｘ線で測定し、金線流れの状況を観察した。そ
の結果、流れの良い場合は○、やや悪い場合は△、悪い
場合は×と判定した。

【００３４】（ホ）耐湿性 最小線幅１．５μｍ、チップサイズ４５ｍｍのテストチ
ップを用い、１４ＰＩＮ ＤＩＰ型半導体装置を用いて
評価した。１７５℃、２分で成形し、１８０℃、４時間
ポストキュアーし、２６０℃の半田浴に１０秒間浸漬
し、次いで１３０℃のプレッシャークッカーに１０００
時間放置した後のアルミニウム配線の断線不良率を測定
した。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【表２】

【００３７】表２の結果より、平均粒径が大きいシリカ
のみを使用した場合（比較例４、５）、流動性が悪く、
ワイヤー流れが発生し、耐湿性が劣る。

【００３８】これに対して、かかる平均粒径が大きいシ
リカに本発明に係る微細溶融シリカを配合した場合（実
施例）、流動性が良好で、充填不良、ワイヤー流れが発
生せず、耐湿性が良好になることが認められる。

【００３９】しかし、平均粒径が大きいシリカに、比表
面積と平均粒径が本発明外の球状シリカを配合した場合
（比較例１）、流動性が悪く、充填不良、ワイヤー流れ
が発生すると共に、耐湿性が悪く、また、平均粒径が本
発明の範囲内であるが比表面積が範囲外である球状シリ
カを配合した場合（比較例２）、比表面積が本発明の範
囲内であるが平均粒径が範囲外である球状シリカを配合
した場合（比較例３）、いずれも流動性が悪く、ワイヤ
ー流れが発生すると共に、耐湿性が悪いことが認められ
る。

【００４０】

【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、流動性が高く、成形時に未充填やワイヤー流れが
ほとんど発生しない優れた成形性を有するもので、膨張
係数が低くかつ耐湿特性が良好な硬化物を与える。従っ
て、ＩＣ、ＬＳＩ、トランジスター等の封止材として微
細なパターンやワイヤーの損傷を抑えて耐湿性を向上さ
せる等のために有効に使用できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新井 一弘 群馬県碓氷郡松井田町大字人見１番地10 信越化学工業株式会社シリコーン電子材料 技術研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エポキシ樹脂と硬化剤と充填剤とを含有
   してなるエポキシ樹脂組成物において、充填剤として平
   均粒径が０．８〜２．５μｍ、比表面積が１〜７ｍ²／
   ｇ、かつ平均粒径をａ（μｍ）、比表面積をｂ（ｍ²／
   ｇ）としたとき６．０−３ａ≦ｂ≦１０−３ａの関係を
   満たす溶融シリカを全充填剤のうち１〜３０重量％含有
   すると共に、粒径７５μｍ以上の粒子の含有量が充填剤
   全体の２重量％以下である充填剤を使用することを特徴
   とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹
   脂組成物を硬化することにより得られる硬化物。