JPS61208856A - 半導体装置 - Google Patents

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） この発明は、内部応力が小さく、耐湿性および耐熱衝撃
性に優れた半導体装置に関する。

（発明の背景） 従来、一般に半導体装置の半導体素子を封止する手段は
金属やセラミックによる気密封止とエポキシ樹脂等の熱
硬化性樹脂を用いる樹脂封止に大別されるが、最近では
生産性およびコストの点から樹脂封止が主流になり、メ
モリ、マイクロコンピュータ−などのＶＬＳＩ（超高密
度集積回路）に至るまで樹脂封止が汎用されるようにな
っている。

しかしながら、半導体分野の技術革新によって集積度の
増加とともに素子サイズの大型化や配線の微細化が進み
、反面、パッケージは小型化、薄形化の傾向にある。

このような傾向に伴って封止材料に対して信頼性の向上
が要望され、特に半導体素子と封止材料間に発生する熱
応力がパッケージを損傷させる原因となりひいては半導
体装置の耐湿性および耐熱衝撃性に大きな影響を与える
ことから、この半導体素子と封止材料間の熱応力の低減
が重要課題となっている。

（従来技術） そこで、従来より封止材料に使用されるエポキシ樹脂の
低応力化が種々試みられており、現在その主流はゴム類
の粒子を添加する方法である。

すなわち、一般にゴム類とエポキシ樹脂が相溶しないこ
とを利用してエポキシ樹脂の連続相中にゴム類の粒子を
析出、分散させたいわゆる「海−島構造」を硬化樹脂中
でとらせることによりエポキシ樹脂の高い耐熱性を維持
させたままで、ゴム類の粒子にて熱応力を吸収、緩和さ
せようとする解決案である。

（従来技術の欠点） しかしながら、この解決案においても汎用のゴム類の粒
子をエポキシ樹脂に混合した場合、連続相であるエポキ
シ樹脂中にこれら成分が一部溶解する場合が有り、この
ような場合に最終的な封止用エポキシ樹脂組成物の硬化
物である樹脂の強度を低下させる等の欠点があり、従っ
てより完全にゴム粒子が連続相たるエポキシ性（布中で
完全に分肢した即ち、分散相が独立した「海−島構造」
となる封止用エポキシ樹脂組成物の創出が要望されてい
た。

（発明が解決しようとする問題点） この発明は、ゴム類の粒子を核とし、この核の外周にガ
ラス転移温度が７０℃以上となる不飽和二重結合を有す
る不飽和単量体からなる重合体を外層として被覆してな
る微粒子を分散相とすることによって、ゴム類の粒子を
エポキシ樹脂に混合する際にこれらのエポキシ樹脂（連
続相）中ヘゴム類の粒子の一部溶解を完全になくすこと
により最終的な硬化物の機械的強度等の物性の低下を防
ぎ、かつゴム類の粒子の分散性を確保しエポキシ樹脂組
成物の「海−島構造」を常に均一に調製しうる、内部応
力が小さく、耐湿性および耐熱衝撃性に優れた信頼性の
高い半導体装置を提供することを目的としている。

（問題点を解決するための手段） この発明者らは、上記目的のために鋭意検討を重ねた結
果、被覆されたゴム類の粒子を調製し、これをエポキシ
樹脂に混合、分散させることにより、従来の解決案のよ
うなエポキシ樹脂の強度を低下させることなく有効に熱
応力の吸収、緩和効果が得られ、しかも常に一定の物性
の硬化物が得られることを見いだし、この発明を完成し
た。

すなわちこの発明は、ゴム類の粒子を核としこの核の外
周にガラス転移温度が７０℃以上となる不飽和二重結合
を有する不飽和単量体からなる重合体）引布を外層とし
て被覆してなる微粒子を分散相とし、エポキシ樹脂を連
続相としてなる樹脂組成物により封止されてなる半導体
装置に係るものである。

（発明の構成） この発明において分散相として用いる微粒子は、核とこ
の核を被覆する外層とからなる。

この発明において核としてはゴム類粒子が使用され、特
に水媒体中で重合したゴム類の粒子が好適に使用できる
。この粒子径としては、０．０５〜１０μｍより望まし
くは０．０５〜５μｍのものが好適に使用できる。

ここで核としてゴム類粒子として水媒体重合体微粒子が
好適に使用できる理由は、この発明において分散相とし
て使用する微粒子の調製条件として、特に核の外層とし
て被覆する後記ガラス転移温度が７０℃以上の不飽和二
重結合を有する不飽和単量体の重合体を成膜する際に、
必要だからである。

この発明で用いられる水媒体重合法によって調製する粒
子の原料ゴム類としては、ポリブタジェンラテックス、
スチレン−ブタジェン共重合体ラテックス、アクリロニ
トリル−ブタジェン共重合体ラテックス等、およびゴム
内部で架橋点を形成する成分を含有するこれらゴム類を
例示することができる。

この発明においては、このようなゴム類のうちスチレン
−ブタジェン共重合体ラテックス、アクリロニトリル−
ブタジェン共重合体ラテックスが最も望ましく使用でき
る。

この発明において前記核を被覆する外層を構成するガラ
ス転移温度が７０℃以上となる重合体樹脂を構成する不
飽和二重結合を有する不飽和単量体としては、メタクリ
ル酸メチル、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、
ビニルカルバゾール、ビニルホルマール、ビニルピロリ
ドン、０−ビニルベンジルアルコール、スチレン、ｏ　
−１ｍ　　ｓｐ−メチルスチレン、２．４−ジメチルス
チレン、２．５−ジメチルスチレン、３，４−ジメチル
スチレン、ｐ−ｔｅｒｔブチルスチレン、ｐ−フェニル
スチレン、ｐ−フエノキシスチレン、ｐ−クロルスチレ
ン、２，５〜ジクロルスチレン、α〜メチルスチレン、
α−ビニルナフタレン等を例示することができる。

このような不飽和単量体のうち、この発明においては、
比較的親水性度が高く、かつエポキシ樹脂との親和性の
高いメタクリル酸メチル（分子量１００、ガラス転移温
度１０５°Ｃ）が最も望ましく使用できる。

ここで規定する（メタ）アクリル酸エステル樹脂のガラ
ス転移温度は示差熱量針等で測定され、個々の（メタ）
アクリル酸エステル樹脂について公知となっている値を
さす。

上記単量体の水媒体重合に用いる重合開始剤としては、
通常の水媒体重合に使用される水溶性、油溶性のいずれ
のものも使用可能で、具体例としては、過硫酸カリウム
、過硫酸アンモニウム、４゜４′−アゾビス−４−シア
ノバレリン酸、２．２’−アゾビス（２−アミジノプロ
パン）塩酸塩等を挙げることができる。

上記ゴム類及び単量体を用いてこの発明に係る微粒子を
調製するには、まずゴム類を水媒体中で重合して核であ
るゴム類の粒子を調製し、次いでこの水媒体中に不飽和
単量体を、分割或いは滴下もしくは一度に、添加して、
核であるゴム類水媒体微粒子の表面でガラス転移温度が
７０℃以上の重合体を形成する不飽和二重結合を有する
不飽和単量体を重合し、この重合体を核外周面上に積層
させて成膜する。

最後に、室温〜５０℃で乾燥して水を飛散させることに
より容易にこの発明で使用する分散相としての微粒子の
粉末が得られる。

尚、上記微粒子の調製に際し、この微粒子の乾燥、粉末
化を良好に行い粒子相互の融着を防いで粉末化を完全に
行うために、微粒子全量中の外層の組成重量％が３０〜
５０χであるのが望ましい。

その理由は、３０％以下では外層が充分成膜せず微粒子
のエポキシ樹脂中での分散性が悪くなり、５０χを超え
ると微粒子のエポキシ樹脂に対する熱応力吸収能が充分
機能せず、いずれの場合も好ましくないからである。

一方、この発明で使用する前記樹脂組成物中に連続相と
して含まれるエポキシ樹脂は、特に限定されたものでは
なくクレゾールノボラック型およびフェノールノボラッ
ク型やビスフェノールＡ型等の従来より半導体装置の封
止樹脂として用いられている各種エポキシ樹脂を使用可
能であるが、融点が室温以上であって室温下では固形状
もしくは高粘度状を呈するものが望ましい。

ノボラック型エポキシ樹脂としては通常エポキシ当量１
６０〜２５０、軟化点５０〜１３０　’Ｃのものが好適
に用いられる。

さらにクレゾールノボラック型エポキシ樹脂は、好適に
はエポキシ当量１８０〜２１０　、軟化点６０〜１１０
℃のものが望ましく使用される。

このようなエポキシ樹脂の硬化剤としては、酸無水物、
フェノール類、ポリアミド類を始め、公知の種々のエポ
キシ樹脂硬化剤をいずれも用いることができるが好まし
くは水酸基当量７０−１５０のノボラック樹脂（フェノ
ールノボラック、クレゾールノボラック等）が用いられ
る。また硬化剤と共にエポキシ樹脂用として知られる種
々の硬化促進剤を使用でき、例えば２　・４　・６−ド
リジメチルアミノメチルフエノール、２−メチルイミダ
ゾール等が特に好適なものとして挙げられる。

またこの発明における前記樹脂組成物には、石英ガラス
粉、珪石粉、タルク等の充填剤、その他の種々の添加剤
を必要に応じて配合してもよい。

この発明に係る半導体装置で使用する微粒子を分散相と
しエポキシ樹脂を連続相として含む樹脂組成物を調整す
るのにはエポキシ樹脂１００重量部に対して微粒子３〜
１２０重量部、特に好ましくは５〜６０重量部の割合で
、微粒子をエポキシ樹脂粉末と混合し、十分攪拌する。

さらに、硬化剤、充填剤等を加えて混練することにより
半導体装置封止用の樹脂組成物が調製される。

尚、ここで連続相たるエポキシ樹脂に対し、分散相たる
微粒子の配合割合を上記割合に限定する理由は、３重量
部未満では熱応力の低減効果が不十分であり、逆に１２
０重量部を超えるとエボキシ樹脂が不連続相となり、結
局いずれの場合もこの発明の所期目的を達成できず好ま
しくないからである。

以上のようにして、ゴム類粒子を核として外層が被覆さ
れてなる微粒子を分散層としエポキシ樹脂を連続相とし
てなる樹脂組成物を用いてトランスファー成形等で所要
の封止部を封止することにより、内部応力が小さく耐湿
性および耐熱衝撃性に優れたこの発明に係る各種半導体
装置が得られる。

尚、充虜剤成分を除いた樹脂組成物を硬化させた樹脂あ
断面を走査型電子顕微鏡にて観察すると、この分散状態
は上記微粒子が島状に存在する所謂「海−島」構造とし
て認められる。

（実施例） 以下、本発明の実施例をその効果とともに具体的に説明
するが、この発明はこれら実施例に限定されるものでは
ない。

（実施例１〜１２） 第１表に示す如く６種の微粒子を次の方法で調装した。

まず、攪拌機、温度計および冷却管を備えた反応容器内
に水、ゴム類及びラテックス状のゴムＱ　（Ａ）成分を
添加し、反応系雰囲気を７０℃に保ち、さらに反応容器
内に窒素ガスを送入する。

次いで反応容器内に（Ｂ）成分を加え、７０″Ｃで３時
間重合を行い、（八）粒子表面層が（Ｂ）成分で被覆さ
れた微粒子を得た。

（Ａ）　成分のみのエマルジョンの一部をガラス板上に
塗布し、室温で乾燥させると透明なフィルムが得られ、
これに対し、微粒子のエマルジョンは同様の乾燥を行っ
た場合白色粉末が得られた。

このことからも明らかなように微粒子は、（八）粒子の
表面が（Ｂ）成分で完全に被覆されている。

得られたエマルジョンは約５０℃の通風乾燥機中で２４
時間乾燥を行い、６種の微粒子粉末を得た。

これらの微粒子粉末は、第２表に示す割合でエポキシ樹
脂粉末と混合した後、硬化剤等の成分を更に加えミキシ
ングロール機にて１００℃で１０分間混練し、封止用樹
脂組成物（実施例１〜１２）を１，２通り得た。

この樹脂組成物を使用してトランスファー成形により半
導体装置の封止を行った。

（以下余白） （従来例１）および（比較例１） 第３表に従い各成分をミキシングロール機で１００″Ｃ
で１０分間混練し、得られた樹脂組成物を用い°　て実
施例１〜１２と同様にして半導体装置の封止を行った。

尚、第２，３表で示すエポキシ樹脂としてエポキシ当量
１９０、軟化点８０℃の樹脂を、フェノール樹脂として
フェノール当量１３０、軟化点８０℃のフェノールノボ
ラック樹脂を、また第４表で示す末端カルボン酸ブタジ
ェン−アクリロニトリル共重合体としてカルボキシル当
量１４００、ブタジェン：アクリロニトリルの共重合比
７：３の樹脂をそれぞれ使用した。

（以下余白） 第　　３　　表 １従来例　　　＋　１１２１ １　エポキシ樹脂　　　　　　＋１００１１００　１１
末端カルボン酸ブタジェン−Ｉｌ１ １アクリロニトリル共重合体　＋１１０１１　フェノー
ル樹脂　　　　　１５０１５０１１２−メチルイミダゾ
ール　　１０．５１０．５１１　ステアリン酸　　　　
　　１０．５　１０．５　１１　溶融シリカ粉　　　　
　　　１５００　　＋５００　１（単位二重量謁 次に上述した各実施例、比較例、従来例にて得られた半
導体装置について、ピエゾ抵抗による内部応力、曲げ弾
性率、プレッシャー釜による１０００時間の信頼性テス
ト（ＰＣＴと略記）　、−５０℃７３０分〜１５０℃７
３０分までの２０００回の温度サイクルテスト（ＴＣＴ
と略記）の測定、評価を行った。その結果を使用した樹
脂組成物のガラス転移点と共に後記第４表に示す。

上記第４表の結果から、この発明に係る各実施例にて得
られた半導体装置は、内部応力が比較例及び従来例にお
けるそれに比較して非常に低く、ＰＣＴ試験の不良率お
よびＴＣＴ試験のクランク発生率がほとんどＯに近く、
耐湿性及び耐熱衝撃性に優れ、高い信頼性を有すること
が明らかである。

（以下余白） （発明の効果） この発明に係る半導体装置は、ゴム類の粒子を核とし、
この核の外周にガラス転移温度が７０℃以上となる不飽
和二重結合を有する不飽和単量体からなる重合体樹脂を
外層として被覆してなる微粒子を分散相とし、エポキシ
樹脂を連続相として含む樹脂組成物により封止されたも
のであるから、封止部は完全にエポキシ樹脂の高い耐熱
性を有する状態で且つゴム類を核としてなる微粒子によ
って熱応力が吸収、緩和されて優れた耐湿性及び耐熱衝
撃性を示し、高い信頼性を備えたものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ゴム類の粒子を核とし、この核の外周にガラス転
   移温度が７０℃以上となる不飽和二重結合を有する不飽
   和単量体からなる重合体樹脂を外層として被覆してなる
   微粒子を分散相とし、エポキシ樹脂を連続相としてなる
   樹脂組成物により封止されてなる半導体装置。