JPS6251973B2

JPS6251973B2 -

Info

Publication number: JPS6251973B2
Application number: JP59200444A
Authority: JP
Inventors: Akira Yoshizumi; Shinetsu Fujeda; Kazutaka Matsumoto; Hisashi Hirai
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-09-27
Filing date: 1984-09-27
Publication date: 1987-11-02
Also published as: JPS6178823A

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の技術分野〕本発明は半導体装置封止用エポキシ樹脂組成物
に関し、さらに詳しくは、半導体装置封止用材料
として極めて良好な耐湿性及び耐熱衝撃性を有す
る半導体装置封止用エポキシ樹脂組成物に関す
る。〔発明の技術的背景とその問題点〕エポキシ樹脂組成物は、集積回路（IC）、大規
模集積回路（LSI）、トランジスター、ダイオー
ドなどの半導体素子や電子回路、あるいはその他
の部品を封止する用途に多用されている。このような電子部品の封止に使用されるエポキ
シ樹脂組成物には、半導体装置などの大型化ある
いは高密度化に伴い、高い信頼性が要求されてい
る。特に、信頼性の中でも耐湿性及び耐熱衝撃性
の改良が強く望まれている。そこで、樹脂封止型半導体装置の耐湿性及び耐
熱衝撃性を改良するために、エポキシ樹脂組成物
について様々な研究・開発が進められた結果、次
のようないくつかの提案がなされている。第１に、エポキシ樹脂組成物としては、装置内
部の金属、特にアルミニウム配線の腐食を防止す
るために、キノン化合物などの防食剤を配合して
成るものが提案さている。しかしながら、この提
案の組成物では、耐湿性の向上が十分でなく、最
近の高度に微細化された素子に対しては、要求さ
れる耐湿性を十分満足できない。第２に、耐熱衝撃性能を向上させるため、フイ
ラーを高充填化することなどが検討されている
が、成形性、特に成形時の溶融粘度を高めるため
に、封止用途には好ましくない。〔発明の目的〕本発明の目的は、上記した欠点の解消にあり、
樹脂封止された半導体装置が極めて良好な耐湿性
及び耐熱衝撃性を有する半導体装置封止用エポキ
シ樹脂組成物を提供することにある。〔発明の概要〕本発明者らは、エポキシ樹脂組成物を用いて封
止された樹脂封止型半導体装置の耐湿性及び耐熱
衝撃性を改善すべく鋭意研究を重ねた結果、アル
コキシシランで処理された酸化アンチモンとハロ
ゲン化エポキシ樹脂を配合して成るエポキシ樹脂
組成物が半導体装置の封止用樹脂として従来のも
のの有する難燃性を損なうことなく、極めて良好
な耐湿性及び耐熱衝撃性を与えることを見い出
し、本発明を完成するに到つた。すなわち、本発明の半導体装置封止用エポキシ
樹脂組成物は、 (a) １分子中に少なくとも２個のエポキシ基を有
するエポキシ樹脂８〜25重量％ (b) １分子中に少なくとも２個のエポキシ基を有
するハロゲン化エポキシ樹脂１〜８重量％ (c) フエノールノボラツク樹５〜15重量％ (d) アルコキシシランで処理された酸化アンチモ
ン 0.2〜５重量％ (e) シリカ粉末 60〜85重量％から成ることを特徴とするものである。本発明の(a)の成分としてのエポキシ樹脂は１分
子中に２個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹
脂であればいかなるものであつてもよく、例えば
ビスフエノールＡ型エポキシ樹脂、フエノールノ
ボラツク型エポキシ樹脂、クレゾールノボラツク
型のエポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂が挙げら
れる。これらのエポキシ樹脂の中でも、エポキシ
当量が220以下でかつ軟化点が100℃以下のもので
好適にはNa，Clその他の不純物をできうる限り
除いたものが好ましい。エポキシ当量が220を超
えると架橋密度が小さくなり充分な耐熱性や強度
が得られず、また軟化点が100℃より高くなると
流れ性が悪くなつて成形性が劣り、これら欠点は
結果的に半導体装置の耐湿性の低下にもつながる
ものである。この(a)成分の配合割合が８重量％未満の場合に
は、十分な耐湿性が得られない。また、25重量％
を超える場合には十分な成形性が得られない。好
ましくは13〜20重量％である。本発明の(b)成分としてのハロゲン化エポキシ樹
脂は１分子中に少なくとも２個のエポキシ基を有
するものであればいかなるものであつてもよく、
例えば、ブロム化ビスフエノールＡ型エポキシ樹
脂、ブロム化フエノールノボラツクエポキシ樹脂
などがあり、ビスフエノールタイプはブロムの含
有量が14〜48、またフエノールノボラツクエポキ
シでは、35〜37％程度のBrを含有している難燃
樹脂が入手でき、これらの中から最良の材料を選
べばよい。これらの樹脂の中でも、ブロム化エポ
キシノボラツク樹脂とブロム化ビスフエノールＡ
タイプの樹脂が反応性が良好なため好適である。この(b)成分の配合割合が１重量％未満の場合に
は難燃性が得られず、８重量％を超える場合には
成形性が劣化する。好ましくは３〜６重量％であ
る。本発明の(c)成分としてのフエノールノボラツク
樹脂は(a)成分のエポキシ樹脂の硬化剤として作用
するものであり、例えば、フエノール、クレゾー
ル、キシレノール、クロルフエノール、フエニル
フエノール、ビスフエノールなどの一種または二
種以上の混合物とホルムアルデヒドないしパラホ
ルムアルデヒドとを酸、塩基または中性塩などを
触媒として反応させて得られるものである。この
反応物は半導体素子に悪影響を与える未反応のモ
ノマーやClイオンができるだけ除かれているこ
とが望ましい。この(c)成分の配合割合が５重量％未満の場合に
は十分な成形性が得られず、15重量％を超える場
合には素子を封止した場合に耐湿性が劣化する。
好ましくは７〜12重量％である。本発明の(d)成分としてのアルコキシシラン処理
された酸化アンチモンは、表面が疎水性の有機分
子でおおわれているため、エポキシ樹脂組成物に
適用した場合、封止樹脂に水分が侵入して、封止
用樹脂が素子の発熱などによつて温度が上昇して
も、ハロゲン化エポキシ樹脂のハロゲン原子との
反応や、他の不純物との接触を防止する作用をす
るものと予想し、本発明に至つたものである。アルコキシシランは少なくとも１個の疎水性基
を有するものであればいかなるものであつてもよ
く、例えば、メチルトリメトキシシラン、メチル
トリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラ
ン、ジメチルジエトキシシラン、トリメチルメト
キシシラン、ブチルトリメトキシシラン、ヘキシ
ルトリメトキシシラン、フエニルジメチルエトキ
シシラン、フエニルジエチルメトキシシラン、ト
リフエニルメトキシシラン、フエニルトリペント
キシシランが挙げられる。これらの中でも、フエ
ニルトリエトキシシランまたはメチルトリメトキ
シシランが好ましい。酸化アンチモンは普通に知られているものであ
つて、粉末状のものであればいかなるものであつ
てもよく、例えば、三酸化二アンチモン、四酸化
二アンチモン、五酸化二アンチモンや以上三種の
アンチモンを組み合わせて得られる13酸化６アン
チモンなども使用できる。これらの中でも、三酸
化二アンチモン粉末や四酸化二アンチモン粉末が
好ましい。この処理に使用されるアルコキシシランは酸化
アンチモン100重量部に対して、通常、0.01〜10
重量部で、好ましくは0.1〜5.0重量部で使用され
る。この処理に使用されるアルコキシシランの割
合が0.01重量％未満の場合には充分な耐湿性、耐
熱衝撃性能を発揮できず、10重量％を超える場合
には成形品表面ににじみなどが発生することがあ
る。かかるアルコキシシランによる酸化アンチモン
の処理は、通常、水の存在下で酸化アンチモンと
アルコキシシランとを接触せしめ、乾燥させれば
良く、例えば(a)Ｖ型ブレンダーに酸化アンチモン
を入れて撹拌し乍らアルコキシシラン水溶液（又
は水―有機溶媒溶液）を空気もしくはN₂ガス等
で噴霧させながら処理したあと乾燥させる方法；
(b)酸化アンチモンを水に又は有機溶剤に分散さ
せ、スラリー状態にしたあとアルコキシシランの
水溶液及び／又は有機溶剤を添加して撹拌後静止
し酸化アンチモンを沈降分離して乾燥させる方
法；(c)加熱炉からでてきた高温の酸化アンチモン
にアルコキシシラン水溶液及び／又は有機溶剤液
をスプレー処理する方法等があげられるが、必ず
しもこれらの方法に限定されるものではない。この(d)成分の配合割合が0.2重量％未満の場合
には多量の難燃エポキシ樹脂を加えないと十分な
難燃性が得られないため、エポキシ樹脂組成物に
高い耐湿性を付与できない。５重量％を超える場
合にも上記同様耐湿性が不十分となる。好ましく
は1.5〜３重量％である。本発明の(e)の成分としてのシリカ粉末は、封止
材料の熱膨張係数を小さくして封止樹脂とリドフ
レームなどとの剥がれ現象を防止し以つて耐湿性
を向上させるためのものである。この具体例とし
ては、溶融シリカ粉末、結晶性シリカ粉末が挙げ
られるが、粒径が大き過ぎれば配線などに悪影響
を及ぼすために、通常、平均粒径が２〜10μのも
のが使用され、好ましくは溶融シリカ粉末であ
る。この(e)成分の配合割合が60重量％未満の場合に
は成形品の熱膨張係数が大きくなり耐熱衝撃性能
が劣化する。また85重量％を超える場合には成形
時の十分な流れが得られない。好ましくは68〜76
重量％である。この発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物に
は、以上の(a)〜(e)成分のほか、一般に各種アミ
ン、トリフエニルフオスフインやその誘導体、イ
ミダゾール類などの硬化促進剤やカルナバワツク
ス、モンタンワツクス、ステアリン酸などの離型
剤が用いられる。硬化促進剤および離型剤の使用
量はそれぞれ組成物全体の0.1〜1.0重量％程度で
ある。また、必要に応じて顔料、シランカツプリ
ング剤、変性剤などの公知の添加剤を配合しても
差支えない。この発明においては、上述の如き各種の成分を
加熱ロールもしくは押出機によつて溶融混練する
か、あるいは各成分微粉砕したのち混合するなど
の任意の手段で混練ないし混合することにより、
目的とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物とす
るが、この組成物は一般的には粉末状又はタブレ
ツトとして使用に供される。以下において、実施例及び比較例を掲げ、本発
明をさらに詳しく説明する。実施例１〜５、比較例１及び２エポキシ当量205、軟化点74℃のオルトクレゾ
ールノボラツク型エポキシ樹脂（（EOCN―102S
日本化薬製）以下、エポキシ樹脂Ａという）、
エポキシ当量270で臭素を30重量％含むノボラツ
ク型エポキシ樹脂（（BREN―Ｓ日本化薬製）
以下、エポキシ樹脂Ｂという）、エポキシ当量450
で臭素を20重量％含むビスフエノールＡ型エポキ
シ樹脂（（アラルダイト8011 チバ社製）以下、
エポキシ樹脂Ｃという）、フエノール当量105のフ
エノールノボラツク樹脂、（OTM―008 昭和ユ
ニオン合成製）フエニルトリメトキシシラン（処
理剤Ａ）、メチルトリエトキシシラン（処理剤
Ｂ）、三酸化二アンチモン（粉末、難燃助剤Ａ）、
五酸化二アンチモン（粉末、難燃助剤Ｂ）、溶融
シリカ粉末、さらに、２―メチルイミダゾール
（促進剤Ａ）、トリフエニルホスフイン（促進剤
Ｂ）、カルナウバワツクス（離型剤）、シランカツ
プリング剤（Ａ―187 UCC社製）カーボンブラ
ツクを用いて、下記の第１表に示される配合割合
（重量％）で比較例を含め７種の半導体封止用エ
ポキシ樹脂組成物を得た。なお、酸化アンチモンのアルコキシシラン処理
は、前記Ｖ型ブレンダー法(a)を採用した。上記組成物の調製は、まず充てん剤、難燃剤、
（アルコキシシラン処理した酸化アンチモンで、
表面処理量については、、重量の測定や分析等で
測定ずみ。なお第１表の処理剤の量は最終の全組
成中に配合されるアルコキシシランの重量％を表
示した。）カーボンブラツクおよび硬化促進剤を
混合したのちカツプリング剤を加えて混合し、さ
らに残りの成分（粉砕したもの）を加え、70〜90
℃の加熱ロールで混練し、冷却後粉砕する方法で
行なつた。

【表】上記の各組成物を用いて低圧トランスフアー成
形法によりMOS型IC素子を樹脂封止し、得られ
た樹脂封止半導体装置についてプレツシヤークツ
カーテスト（2.5気圧の水蒸気中でのテスト）を
行ない、アルミ電極の腐食による耐湿性を評価し
た。結果、つぎの第２表に示されるとおりであつ
た。なお、表中の数値は、試験個数48個中の腐食
が生じたものの不良個数である。また、米国アンダーライターズ・ラボラトリー
ズの規格サブジエクト94（UL―94）に準拠し、
試験片として厚み１mmのサンプルを用いて難燃性
を評価した。結果を第２表に併せて示す。さらにまた、金ワイヤーでボンデイングされた
MOSIC素子をモールドしてテストサンプルを作
成し、−65℃〜200℃の熱サイクルを加えてボンデ
イングワイヤーの切断を測定し、耐熱衝撃性を評
価した。結果を第２表に併せて示す。

〔発明の効果〕

以上に詳述したとおり、本発明の半導体装置封
止用エポキシ樹脂組成物を用いて封止した半導体
装置は従来のものに比べ、極めて良好な耐湿性及
び耐熱衝撃性を有するものであり、その工業的価
値は大である。

Claims

【特許請求の範囲】１ (a) １分子中に少なくとも２個のエポキシ基
を有するエポキシ樹脂８〜25重量％ (b) １分子中に少なくとも２個のエポキシ基を有
するハロゲン化エポキシ樹脂１〜８重量％ (c) フエノールノボラツク樹脂５〜15重量％ (d) アルコキシシランで処理された酸化アンチモ
ン 0.2〜５重量％ (e) シリカ粉末 60〜85重量％から成ることを特徴とする半導体装置封止用エポ
キシ樹脂組成物。