JPH06104712B2 - 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（１）低応力で耐熱衝撃性に優れ、しかも
（２）半導体実装時の半田付け工程における半田耐熱性
にも優れる半導体封止用樹脂組成物に関する。

＜従来の技術＞ 半導体素子の封止方法としてはセラミックなどを用いる
気密封止や熱硬化性樹脂による封止が知られているが、
量産性に優れ、また安価であることから樹脂封止が主流
となっている。

この半導体封止用樹脂組成物は、たとえばクレゾールノ
ボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ
樹脂、脂肪族環状エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂；フ
ェノールノボラック樹脂などの硬化剤；三級アミンやイ
ミダゾール類などの硬化促進剤；シリカやアルミナなど
の無機微粉末からなる無機質充填剤；シランカップリン
グ剤などのカップリング剤；カルナウバワックスやステ
アリン酸などの離型剤；カーボンブラックなどの着色剤
などから構成されている。

近年、半導体装置の高集積化が著しく進み、素子サイズ
は大きくなり配線は微細化している。このような半導体
素子を熱硬化性樹脂で封止した場合、半導体素子に直接
樹脂が接触するため硬化時の硬化収縮および冷却時の熱
収縮によりひずみ応力が発生し、アルミ配線のずれやボ
ンディングワイヤーの切断、素子のクラックなどのひず
み応力に由来する障害が見られた。

また、最近では電子部品の小型、薄型化のため、半導体
の実装方式が従来のピン挿入方式から表面実装方式へと
移行しつつある。この場合、半導体は実装の際にはんだ
浴に浸漬されるなど高温で処理されるが、封止樹脂にク
ラックが生じて耐湿性が低下するなどの半田耐熱性の問
題が指摘されていた。

このうち、ひずみ応力低減（低応力化）の問題に対して
は、従来種々の検討がなされ、例えば、無機充填剤の品
種を選択する方法（特公昭58−19136号公報、特開昭60
−202145号公報）、無機充填剤の形状を球形化したり、
粒子径をコントロールすることにより応力、ひずみを均
一化させる方法（特開昭60−171750号公報、特開昭60−
17937号公報）などがある。

＜発明が解決しようとする問題点＞ 一方、半田耐熱性の問題に関しての検討は始まったばか
りで、半導体装置を高温高湿下に放置した後に、はんだ
浴に浸してクラックの有無を調べるテスト（半田耐熱性
テスト）が提案されているが、このテストは、ひずみ応
力をはじめとして耐熱性や耐湿性など多くの物性の影響
を同時に受けるため、従来のクラック発生防止手段のみ
では対応できなかった。

以上記したように半導体装置の高集積化と実装方式の変
化により、従来の封止樹脂よりもさらに熱応力が小さ
く、しかも実装時の半田耐熱性にも優れた樹脂組成物の
実現が望まれていた。

＜問題点を解決するための手段＞ 上記の問題は、下記式（Ｉ） （ただし、R¹〜R⁸は水素原子、C₁〜C₄の低級アルキル基
またはハロゲン原子を示す。）で表される骨格を有する
エポキシ樹脂とスチレン系ブロック共重合体またはシリ
コーンゴムから選ばれたゴムとを必須成分として含むこ
とを特徴とする半導体封止用樹脂組成物により解決する
ことができる。

以下、本発明の構成を詳述する。

本発明におけるエポキシ樹脂は下記式（Ｉ） （ただし、R¹〜R⁸は水素原子、C₁〜C₄の低級アルキル基
またはハロゲン原子を示す。）で表わされる骨格を有す
るエポキシ樹脂を使用することが重要である。

上記式（Ｉ）で表わされるエポキシ樹脂において、R¹〜
R⁸の好ましい具体例としては、水素原子、メチル基、エ
チル基、プロピル基、ｉ−プロピル酸、ブチル基、sec
−ブチル基、tert−ブチル基、塩素原子、臭素原子など
が挙げられる。

本発明におけるエポキシ樹脂の好ましい具体例として
は、4,4′−ビス（2,3−エポキシプロポキシ）ビフェニ
ル、4,4′−ビス（2,3−エポキシプロポキシ）−3,3′,
5,5′−テトラメチルビフェニル、4,4′−ビス（2,3−
エポキシプロポキシ）−3,3′,5,5′−テトラメチル−
２−クロロビフェニル、4,4′−ビス（2,3−エポキシプ
ロポキシ）−3,3′,5,5′−テトラメチル−２−ブロモ
ビフェニル、4,4′−ビス（2,3−エポキシプロポキシ）
−3,3′,5,5′−テトラエチルビフェニル、4,4′−ビス
（2,3−エポキシプロポキシ）−3,3′,5,5′−テトラブ
チルビフェニルなどが挙げられる。

上記式（Ｉ）で表わされるエポキシ樹脂は他のエポキシ
樹脂と併用して使用できる。併用できるエポキシ樹脂と
しては、たとえば、クレゾールノボラック型エポキシ樹
脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、下記式（I
I）で表わされるノボラック型エポキシ樹脂 （ただし、ｎは０以上の整数を示す。） ビスフェノールＡやレゾルシンなどから合成される各種
ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキ
シ樹脂、線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などが挙げられる。

上記式（Ｉ）で表わされるエポキシ樹脂は、全エポキシ
樹脂中に、通常10wt％以上、好ましくは25wt％以上含有
せしめる必要があり、これ以下の量では効果が充分でな
い。

本発明において、組成物中での全エポキシ樹脂の配合量
は、通常５〜25wt％である。

本発明の組成物は、通常、硬化剤を含有する。硬化剤と
してはエポキシ樹脂と反応して硬化させるものであれば
特に限定されない。たとえば、フェノールノボラック樹
脂、クレゾールノボラック樹脂、下記式（III）で表わ
されるノボラック樹脂、 （ただし、ｎは０以上の整数を示す。） ビスフェノールＡやレゾルシンなどから合成される各種
ノボラック樹脂、各種多価フェノール化合物、無水マレ
イン酸、無水フタル酸、無水ピロメリット酸などの酸無
水物、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメ
タン、ジアミノジフェニルスルホンなどの芳香族アミン
などが挙げられるが、特に限定されるものではない。

本発明において、組成物中での硬化剤の配合量は、通常
２〜15wt％である。

本発明で使用するエポキシ樹脂および硬化剤は耐湿性の
点からナトリウムイオン、塩素イオン、遊離の酸、アル
カリやそれらを生成する可能性のある不純物はできるだ
け除去したものを用いることが好ましい。

エポキシ樹脂と硬化剤の配合比は、機械的性質や耐熱性
などの点からエポキシ樹脂に対する硬化剤の化学当量比
が0.5〜1.5、特に0.7〜1.2の範囲にあることが好まし
い。

本発明においては、前記式（Ｉ）で表わされるエポキシ
樹脂とともにポリスチレン／ポリブタジエン／ポリスチ
レントリブロック共重合体（SBS）、ポリスチレン／ポ
リイソプレン／ポリスチレントリブロック共重合体（SI
S）、SBSの水添共重合体（SEBS）、およびSISの水添共
重合体などのスチレン系ブロック共重合体またはシリコ
ーンゴムから選ばれたゴムを必須成分として含むことが
重要である。特に、SEBSはシリコーンゴム架橋物と併用
した場合に半田耐熱性の効果をさらに発揮することがで
きる。

ゴムの配合量は、組成物全体に対して通常0.5〜15wt
％、好ましくは１〜10wt％で、量が少ないと効果が小さ
く、量が多いと機械的強度の低下が著しい。

本発明における充填材としてはたとえば溶融シリカ、結
晶シリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、炭酸マグネシウ
ム、炭酸カルシウム、アルミナ、クレー、タルク、ケイ
酸カルシウム、酸化チタン、アスベスト、ガラス繊維、
炭素繊維、アラミド繊維などを用いることができ、これ
らは二種以上併用することができる。なかでも、溶融シ
リカは、線膨脹係数を低下させる効果が大きく、低応力
化に有効なため好ましく用いられる。溶融シリカは、破
砕状でも球状でも使用できるが、充填剤として溶融シリ
カを用い、その40wt％以上を破砕状シリカとするのが、
半田耐熱性向上のために有効なため、特に好ましい。

ここで充填材の量は組成物全体に対して50〜90wt％、好
ましくは60〜80wt％であり、量が少ないと信頼性が低下
し、量が多いと成形性が低下する。

また、本発明において、エポキシ樹脂と硬化剤の硬化反
応を促進するために硬化促進剤を用いてもよい。硬化促
進剤としては硬化反応を促進させるものならば特に限定
されない。たとえば、２−メチルイミダゾール、２−フ
ェニルイミダゾールなどのイミダゾール類、ベンジルジ
メチルアミン、1,8−ジアザビシクロ（5,4,0）ウンデセ
ン−７（DBUと略す）などのアミン類、トリフェニルホ
スフィン、テトラフェニルホスホニウム、テトラフェニ
ルボレートなどの有機リン化合物などが好ましく用いら
れる。

本発明の樹脂組成物には、離型剤、着色剤、カップリン
グ剤、難燃剤などを必要に応じて用いることができる。

本発明の樹脂組成物は溶融混練することが好ましく、溶
融混練は公知の方法を用いることができる。たとえばバ
ンバリーミキサー、ニーダー、ロール、一軸もしくは二
軸の押出機、コニーダーなどを用い、溶融混練すること
ができる。

＜作用＞ 本発明者らの検討によれば、下記式（Ｉ） （ただし、R¹〜R⁸は水素またはC₁〜C₄の低級アルキル基
またはハロゲン原子を示す。）で表わされる骨格を有す
るエポキシ樹脂とスチレン系ブロック共重合体またはシ
リコーンゴムから選ばれたゴムとを必須成分として含む
樹脂組成物を用いることによって、（１）低応力で耐熱
衝撃性に優れ、しかも（２）実装時の半田耐熱性にも優
れた半導体封止用樹脂組成物を実現できる。

本発明の樹脂組成物が上記のような優れた特性を示す理
由は定かではないが、スチレン系ブロック共重合体また
はシリコーンゴムによってひずみ応力と正比例する弾性
率が低下したこと、ビフェニル骨格をもつエポキシ樹脂
が、硬化物の架橋密度を低下させ、靱性と耐湿性を向上
させたこと、ビフェニル骨格が耐熱性であることなどの
相乗効果によるものと考えられる。

＜実施例＞ 以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

実施例１〜７、比較例１〜３ 第１表に示す試薬を用いて、第２表に示す配合処方の組
成比で試薬をミキサーによりドライブレンドした。これ
をロール表面温度110℃のミキシングロールを用いて５
分間加熱混練後、冷却、粉砕して樹脂組成物を得た。

この樹脂組成物を用い、低圧トランスファー成形法によ
り175℃×４分の条件で成形して曲げ試験片（５″×1/
2″×1/4″）および模擬素子を封止した16pinDIP（デュ
アルインラインパッケージ）と44pinFPP（フラットプラ
スチックパッケージ）を得、175℃で５時間ポストキュ
アーした。ポストキュアー後、次の物性測定法により各
樹脂組成物の物性を測定した。

曲げ強度、弾性率：曲げ試験片を用いてASTM Ｄ−790
規格に従い測定した。

サーマルショック:16pinDIP20個に260℃×30秒−196
℃×30秒のサーマルサイクルを与え、10個にクラックが
発生するサイクル数を求めた。

半田耐熱性:44pinFPP16個を85℃、85％pHで168時間処理
後、ベーパーフェーズリフロー215℃で、90秒処理し、
クラックの発生したFPPの個数の割合を求めた。

これらの結果を第２表に示す。

実施例１〜７にみられるようにビフェニル骨格をもつエ
ポキシ樹脂とスチレン系ブロック共重合体またはシリコ
ーンゴムから選ばれたゴムを必須成分とする本発明の樹
脂組成物は、曲げ弾性率が低く、低応力化されており、
サーマルショックのサイクル数が多く耐熱衝撃性に優れ
ていることがわかる。また、半田耐熱性もクラック発生
率が小さく優れている。さらに実施例７にみられるよう
にスチレン系ブロック共重合体とシリコーンゴムを併用
すると一段と耐熱衝撃性および半田耐熱性が向上する 一方、比較例１〜２にみられるようにゴムを含まない系
では、ビフェニル骨格をもつエポキシ樹脂の有無にかか
わらず、曲げ弾性率が高く低応力化されておらず、耐熱
衝撃性が非常に悪い。また半田耐熱性も劣っている。

比較例３にみられるようにゴムの添加だけでは、曲げ弾
性率が低く低応力化はされるものの耐熱衝撃性、半田耐
熱性はいずれも劣っており、特に半田耐熱性ではクラッ
ク発生率が非常に高い。

＜発明の効果＞ 本発明によれば、（１）低応力で耐熱衝撃性に優れ、し
かも（２）半田耐熱性にも優れた樹脂組成物が得られる
ので、熱応力によるアルミ配線ずれなどの障害ばかりで
なく、実装時の半田付け工程における樹脂クラックの問
題をも解消した優れた半導体封止用樹脂組成物を提供す
ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−98726（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−47725（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−108220（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−96122（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エポキシ樹脂と充填材とを主成分とする半
   導体封止用樹脂組成物において、下記式（Ｉ） （ただし、R¹〜R⁸は水素原子、C₁〜C₄の低級アルキル基
   またはハロゲン原子を示す。） で表される骨格を有するエポキシ樹脂とスチレン系ブロ
   ック共重合体のゴムおよび／またはシリコーンゴムを必
   須成分として含むことを特徴とする半導体封止用樹脂組
   成物。