JPH0610250B2 - 半導体封止用樹脂組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体封止用樹脂組成物に関するものであ
り、更に詳しくは半導体を湿度より保護すること、詳し
くは水分の侵入により半導体表面のアルミ配線が腐食す
るのを防止することを、目的とする封止用液状樹脂に関
するものである。

〔従来技術〕

従来の半導体封止用液状樹脂としては、シリコーン樹
脂、エポキシ樹脂等が用いられてきた。

シリコーン樹脂は耐湿性という点では優れているが、硬
度に乏しくこのため外圧の影響を受け易く、半導体チッ
プを外部リードと接着している金線が破断し易いという
問題がある。一方、エポキシ樹脂としては、低粘度で作
業性に優れるという特徴から、主にエポキシ樹脂／酸無
水物硬化剤系が用いられてきた。しかしながら、これら
の硬化物は樹脂自体の吸水性が大きく、又界面において
水の侵入を受けやすい為、半導体素子で通常行われてい
るプレッシャークッカーテスト（以下、ＰＣＴという）
の条件１２５℃2.3atm１００％ＲＨ）で１０時間程度で
アルミ配線の腐食が発生し、通常１００時間以上を要求
されている点からみて、不十分であった。この原因とし
ては主に、硬化反応が完結しておらず、未硬化という欠
陥部分を持っていることが挙げられる。

又、封止作業の安定性及び生産性という点で、樹脂の一
液化が望ましいが、エポキシ樹脂／酸無水物硬化剤系は
比較的ポットライフが短い為、一液化は困難であった。

〔発明の目的〕

本発明は、前述のような問題を解決すると共に、よりシ
ビアーな要求に応えることのできる樹脂材料を供給する
ことを目的としたものである。即ち、通常のエポキシ樹
脂は前述の様に吸水性が大きいこと、又界面の密着力が
不十分であること、尚且つ熱変形温度が低いことが前述
の問題の原因であるとの知見を得て、鋭意検討した結
果、本発明に到達したものである。

〔発明の構成〕

即ち本発明は、芳香族ジアミンとポリフェノール類を当
量比が２０／１〜0.05／１の範囲で反応させて得られ
た、塩素含有量が５００ppm以下の生成物と、１分子中
に２ケ以上のエポキシ基を有し塩素含有量が５００ppm
以下の液状エポキシ樹脂とを必須成分とすることを特徴
とする半導体封止用樹脂組成物である。

本発明者らは、ジアミン類のアミノ基とフェノールの水
酸基の中和反応により、塩が形成されるが、この塩の結
合力が弱くイオン化し易い為非常に活性に富み、これを
硬化剤いとして用いればエポキシ樹脂との反応が速やか
に行われ、未硬化部分のまったく無い硬化物が得られる
為、水分の侵入に対し強い抵抗力を持つことを見出し、
又、密着力においては、酸無水物硬化剤系はいうに及ば
ず、ジアミン類やポリフエノール類を単独で用いたより
もはるかに高いものが得られるという事実を見出した。
その理由としては、前述のように反応が十分に行われる
為、密着力に影響する界面との水素結合の密度が、通常
のエポキシ樹脂に比べ大きくなるためである。

またさらに、半導体封止用材料に対するエレクトロニク
ス業界の要求は益々シビアーなものになっており、これ
に応えるべく鋭意検討を進めた結果、封止用樹脂材料の
熱変形温度がＰＣＴ特性に大きな影響を及ぼすことを見
出した。樹脂硬化物の熱変形温度がＰＣＴを受ける際の
温度よりも高ければ、分子間の結合エネルギーが高い
為、水分の侵入に対する抵抗力が大きくなり、これによ
り従来不十分であった、エポキシ樹脂の耐湿性が著しく
向上するようになるものである。

上述のような諸条件を満たすものとしては、芳香族ジア
ミンとポリフェノール類の反応生成物を硬化剤とするエ
ポキシ樹脂が使用できる。また、ジアミン成分として芳
香族ジアミンの中で、ジアミノジフェニルスルホンを使
用したものは最も高い熱変形温度を持つ為に、優れた耐
湿性が得られ好適である。

一方、樹脂の一液化については、通常のポリフェノール
類及び芳香族ジアミンの反応生成物が常温で固形化する
ものは、これを微粉砕しエポキシ樹脂中に懸濁分散させ
ることにより、常温以下で安定な樹脂組成物が得られる
ことを見出した。

以下、本発明の詳細について記載する。

本発明で用いられるエポキシ樹脂は、特に限定しない
が、エポキシ基を１分子当たり２ケ以上含み、且つ含ま
れる塩素量が５００ppm以下であり、より望ましくは１
００ppm以下のものである。又、室温では液状で粘度も
１０００ps以下のものが好ましい。

即ち、、エポキシ基が２ケ未満であると硬化物の耐熱性
が不十分である為、本発明の主用途である半導体製品の
ようにヒートショックを繰り返し、かつ長時間にわたっ
て受けるものは適さない。さらには前述の如くＰＣＴの
処理温度よりも高い熱変形温度の硬化物が得られず、前
述の理由で同様に適さない。又、塩素量はなるべく少な
いほうがよく、塩素量があまり多いと樹脂中より抽出さ
れた塩素イオンが半導体チップ表面のアルミ配線の腐食
を引き起こすためである。又、粘度が高すぎると封止作
業が困難になり、通常のディスペンサー等の塗布機を使
う場合１０００ps以下であることが望ましい。

芳香族ジアミンとしては、メタフェニレンジアミン、ジ
アミノジェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン、
ジアミノジェニルエーテル及びこれらの変成物等の芳香
環を有するものが望ましく、これらの２種以上を混合し
て用いることもできる。即ち、他の芳香環を有さないア
ミン類は耐熱性に乏しく、耐熱性が不足するという理由
で本発明の目的には適さない。又、これらの芳香族アミ
ンの中では、ジアミノジフェニルスルホンを使用した硬
化物が特に高い熱変形温度を示し、ＰＣＴでも優れた結
果を与える。

尚、本発明で用いられる芳香族ジアミンは、前述と同様
の理由で塩素量が５００ppm以下であることが必要であ
り、より望ましくは１００ppm以下である。

又、ポリフェノール類としては、フェノール、クレゾー
ル等のフェノール類と、ホルムアルデヒド等のアルデヒ
ド類との初期縮合物であるノボラックや、ポリビニルフ
ェノール等を用いることができ、これらの２種以上を混
合して用いてもよい。

ポリフェノール類についても同様に塩素量が５００ppm
以下、より望ましくは１００ppm以下とする。

以下、製造方法の一例をあげれば、前述の１種以上の芳
香族ジアミンと１種以上のポリフェノール類とを、２５
〜２００℃の温度下で１〜２４時間反応させる。これを
冷却し常温に戻してから用いるが、ここで固形化するも
のは、更に粉砕し、２０μｍ以下の粒径の粉体にして用
いる。これらの反応生成物を液状のエポキシ樹脂に加え
るがこれに充填剤、難燃剤、着色剤等を加えてもよい。

芳香族ジアミンとポリフェノール類の配合比は、当量比
で２０／１〜0.05／１が望ましい。即ち、この範囲以外
になると、活性化されたアミノ基とフエノールの水酸基
が少なくなる為、硬化性が低下し、完全な硬化物が得ら
れない。

又、芳香族ジアミン／ポリフェノール類の反応生成物
で、粉体化されたものは粒径が２０μｍ以下であるのが
望ましく、それ以上大きいとエポキシ樹脂への分散性が
悪くなり、均一な硬化物が得られない。

〔発明の効果〕

本発明の封止用樹脂組成物を用いることにより、半導体
のＡｌ配線の腐食による不良の発生時間が、ＰＣＴで５
５０時間以上、中でも芳香族ジアミン成分としてジアミ
ノジフェニルスルホンを用いた場合には８００時間以上
となり、半導体製品の信頼性が著しく向上できる。最近
のエレクトロニクス業界のニーズは、従来のトランスフ
ァーモルドタイプの樹脂ばかりでなく、液状樹脂の要求
が益々大きくなって来ている。それは、トランスファー
モルドタイプの樹脂に比べ、半導体製品の小型化、軽量
化、低コスト化が実現し易いことに加え、今後大いに発
展が望まれるテープキャリア、ピングリッドアレイ用の
封止には、その製法上液状樹脂が要望されていることに
よるもので、本発明はそのような要望に合致した極めて
価値の高いものである。

〔実施例１〕 ノボラック型ポリフェノール（活性水素当量１０５）１
００部とメチル化ジアミノジフェニルメタン（活性水素
当量）６７部とを混合し、100℃で溶融３時間反応さ
せ、常温に戻し液状反応生成物を得た。これに液状のビ
スフェノールＡ型エポキシ樹脂（当量１９０）３６２部
を加え、更にシリカ粉末（平均粒径２０μｍ）５２９部
を加え、３０分撹拌後、最後に３本ロールを通して均質
な液状樹脂を得た。

これを模擬素子にドロッピングし、第１表に示した条件
に従って加熱硬化させた。これを１２５℃2.3atm１００
％ＲＨの条件でＰＣＴ処理し、アルミ腐食の発生時間を
調べた。

尚、模擬素子は、５mm角のシリコンウェハ上に、線間／
線巾が５μｍ／５μｍのクシ形パターンにＡｌを蒸着し
たチップを基板に接着し、２５μｍ金線でボンディング
したものである。

〔実施例２〕 実施例１のポリフェノール１０部と実施例１のジアミン
１３３部を、実施例１と同一条件で反応させ液状反応生
成物を得た。これに実施例１と同じエポキシ樹脂３８０
部を加え、更に実施例１のシリカ粉末を５２９部加え、
３０分撹拌後、最後に３本ロールを通して均質な液状樹
脂を得た。これを実施例１の模擬素子にドロッピング
し、第１表に示した条件に従って加熱硬化させ、実施例
１と同一条件でＰＣＴ処理し、アルミ腐食の発生時間を
調べた。

〔実施例３〕 実施例１のポリフェノール１００部とジアミノジフェニ
ルスルホン（活性水素当量６５）６２部とを混合し、１
５０℃で５時間反応させ、常温に戻し固形の反応生成物
を得た。２０μｍ以下に粉砕し、これに実施例１と同じ
エポキシ樹脂３６０部を加え、さらに実施例１のシリカ
粉末５２２部を加え、３０分撹拌後、最後に３本ロール
を通して均質な液状樹脂を得た。これを実施例１の模擬
素子にドロッピングし、第１表に示した条件に従って硬
化させ、実施例１と同一条件でＰＣＴ処理し、アルミ腐
食の発生時間を調べた。

〔実施例４〕 ポリビニルフェノール（活性水素当量１２０）１１４部
とジアミノジフェニルスルホン（活性水素当量６５）６
２部とを混合し、２００℃で５時間反応させ、常温に戻
し固形の反応生成物を得た。１０μｍ以下に粉砕し、液
状ノボラック型エポキシ（当量１９０）３６０部を加
え、さらにシリカ粉末（平均粒径２０μｍ）５２２部を
加え、３０分撹拌後、最後に３本ロールを通して均質な
液状樹脂を得た。これを実施例１の模擬素子にドロッピ
ングし、第１表に示した条件に従って硬化させ、実施例
１と同一条件でＰＣＴ処理し、アルミ腐食の発生時間を
調べた。

〔実施例５〕 実施例４のポリフェノール１０部と実施例４のジアミノ
ジフェニルスルホン１２４部を、実施例４と同一条件で
反応させ、固形の反応生成物を得た。これに実施例４と
同様にして同じエポキシ樹脂３８０部を加え、更に実施
例４のシリカ粉末を５１４部を加え、３０分撹拌後、最
後に３本ロールを通して均質な液状樹脂を得た。これを
実施例１の模擬素子にドロッピングし、第１表に示した
条件に従って硬化させ、実施例１と同一条件でＰＣＴ処
理し、アルミ腐食の発生時間を調べた。

〔比較例１〕 実施例１のエポキシ樹脂１００部にメチル化ヘキサヒド
ロ無水フタール酸（当量１５０）８０部を加え、更に実
施例１のシリカ粉末を１８０部加え、３０分撹拌後、最
後に３本ロールを通して均質な液状樹脂を得た。これを
実施例１の模擬素子にドロッピングし、第１表に示した
条件に従って硬化させ、実施例１と同一条件でＰＣＴ処
理し、Ａｌ腐食の発生時間を調べた。

〔比較例２〕 実施例１とポリフェノール５部と実施例１のメチル化ジ
アミノジフェニルメタン１００部とを混合し、実施例１
と同一条件で反応させ、液状の反応生成物を得た。これ
に実施例１のエポキシ樹脂２８５部を加え、更に実施例
１のシリカ粉末を３９０部加え、３０分撹拌後、最後に
３本ロールを通して均質な液状樹脂を得た。これを実施
例１の模擬素子にドロッピングし、第１表に示した条件
に従って硬化させ、実施例１と同一条件でＰＣＴ処理
し、Ａｌ腐食の発生時間を調べた。

〔比較例３〕 実施例１のポリフェノール１００部と実施例１のジアミ
ン２．２部とを混合し、実施例１と同一条件で反応させ
固形の反応生成物を得た。これを２０μｍ以下に粉砕
し、実施例１の液状エポキシ樹脂１８７．５部を加え、
更に実施例１のシリカ粉末を２９０加え、３０分撹拌
後、最後に３本ロールを通して均質な液状樹脂を得た。
これを実施例１の模擬素子にドロッピングし、第１表に
示した条件に従って硬化させ、実施例１と同一条件でＰ
ＣＴ処理し、Ａｌ腐食の発生時間を調べた。

〔比較例４〕 実施例１のポリフェノール５部と実施例３のジアミノジ
フェニルスルホン９３部を、実施例１と同一条件で反応
させ、固形の反応生成物を得た。これを１０μｍ以下に
粉砕し、実施例１のエポキシ樹脂２８５部を加え、更に
実施例１のシリカ粉末を３８３部を加え、３０分撹拌
後、最後に３本ロールを通して均質な液状樹脂を得た。
これを模擬素子にドロッピングし、第１表に示した条件
に従って硬化させ、実施例１と同一条件でＰＣＴ処理
し、アルミ腐食の発生時間を調べた。

〔比較例５〕 実施例１のポリフェノール１０５部と実施例３のジアミ
ノジフェニルスルホン２部を、実施例１と同一条件で反
応させ、固形の反応生成物を得た。これを１０μｍ以下
に粉砕し、実施例１のエポキシ樹脂１９０部を加え、更
に実施例１のシリカ粉末を２９７部を加え、３０分撹拌
後、最後に３本ロールを通して均質な液状樹脂を得た。
これを模擬素子にドロッピングし、第１表に示した条件
に従って硬化させ、実施例１と同一条件でＰＣＴ処理
し、アルミ腐食の発生時間を調べた。

以上の実施例および比較例における、アミン／フェノー
ル当量比と硬化条件、およびＰＣＴ試験結果を第１表に
まとめた。

第１表から明らかなように、芳香族アミン／ポリフェノ
ールの反応生成物を硬化剤とした本発明の液状樹脂を用
いたものは、ＰＣＴによるＡｌ腐食の発生時間が大幅に
延長された。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】芳香族ジアミンとポリフェノール類を当量
   比が２０／Ｉ〜０．０５／１の範囲で反応させて得られ
   た、塩素含有量が５００ｐｐｍ以下の生成物と、１分子
   中に２ケ以上のエポキシ基を有し塩素含有量が５００ｐ
   ｐｍ以下の液状エポキシ樹脂とを必須成分とすることを
   特徴とする半導体封止用樹脂組成物。
2. 【請求項２】芳香族ジアミンとしてジアミノジフェニル
   スルホンを使用したことを特徴とする、特許請求の範囲
   第（１）項記載の半導体封止用樹脂組成物。