JPS6274924A - 半導体装置封止用エポキシ樹脂組成物 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関し、更
に詳しくは、優れた＃熱衝撃性泣び成形性を有する硬化
物を墜える半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関する。

［発明の技術的ずν景とその問題点］ 近年、半導体装置の封正に関する分野においては、゛ｈ
導体素子の高集積化に伴って、素子上の６種機能中位の
ｍｌｌｌ他害素子ペレント自体の大型化が急速に進んで
いる。これらの素子ペレットの変化により封止用樹脂も
従来の封１に用樹脂では耐熱衝撃性等の要・求が満足で
きなくなってきた。従来、半導体装置の封止用樹脂とし
て用いられている・　フェノールノポラ・ンク樹脂で硬
化させたエポキシ樹脂組成物は吸湿性、高温電気特性、
成形性などがすぐれ、モールド用樹脂の主流となってい
る。

しかし、この系統の樹脂組成物を用いて大型でかつ微細
な表面構造を有する素子ペレットを封止すると、素子ペ
レット表面のアルミニウム（Ａｎ　）パターンを保護す
るための被覆材であるリンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）膜や
窒化ケイ素（Ｓｉｎ）膜に割れを生じたり、素子ペレッ
トに割れを生じたりする。

特に冷熱サイクル試験を実施した場合に、その傾向が非
常に大きい、その結果、ペレット割れによる素子特性の
不良や該膜の割れに起因するＡｎパターンの腐食による
不良などを生じる。

その対策としては、封止樹脂の内部封入物に対する応力
を小さくし、かつ封止樹脂と素子上のＰＳＧ膜やＳｉＮ
膜などのガラス膜との密着性を大きくする必要がある。

例えば、封止樹脂の内部封入物に対する応力を小さくす
るため、充填剤量を増加させることにより、樹脂の熱膨
張率を低下させる方法がとられている。しかし、この場
合、多量の充填剤使用により、溶融時における粘度の著
しい上昇を招くため樹脂の成形性を損なうという問題が
あった。

さらにこれらの素子ペレットの変化と共に、チップに及
ぼす樹脂及びフィラーの局部応力が原因と思われる信頼
性の低下が問題となってきており、これの回避には、破
砕状フィラーの粗粒を力・ン卜することが有効でると考
えられる。また、パッケージが小型、薄形である場合、
成形金型のゲートは通常のものよりせまいため、この場
合も、大きな破砕状フィラー粒子の存在は好ましくない
。し力）しながら、これらの目的で、フィラーの平均粒
径を小さくした場合にも樹脂の溶融粘度が増して、未充
填やポンディングワイヤの変形を生ずる可能性がある。

そこで、素子へのダメージが小さく、良好な流動性を持
つ球状のフィラーが注目されているが、単一の粒度分布
を持つ球状フィラーを使った場合、成形時に生ずるパリ
が著しく長くなるとともに強度が低下するという欠点が
あった。

［発明の目的］ 本発明の目的は、上記した問題点を解消し、優れた耐熱
衝撃性及び成形性を有する硬化物を与える半導体封止用
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、上記目的を達成するため、鋭意研究の結
果、通常、充填剤として用いられる破砕状のシリカ粉に
、粒径を考慮した特定の球状シリカ粉を所定量混合した
半導体封止樹脂が、耐熱衝撃性に優れ、良好な成形性を
持つことを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち１本発明の半導体装置封止用エポキシ樹脂組成
物は、 （Ａ）エポキシ樹脂 （Ｂ）フェノール樹脂硬化剤 （Ｃ）硬化促進剤 （Ｄ）平均粒子径３〜１００μｍを有する破砕状シリカ
粉 （Ｅ）平均粒子径　１〜５０μｍを有する球状シリカ粉
から成り、　（Ｅ）成分の配合量が（Ｄ）及び（Ｅ）成
分の総配合量に対して５〜９０容量％であり、かつ（Ｄ
）及び（Ｅ）成分の総配合量が（Ａ）　、　（Ｂ）　、
　（Ｃ）　、　（Ｄ）及び（Ｅ）の総配合量に対して５
０〜７５容量％であることを特徴とするものである。

本発明の（Ａ）成分であるエポキシ樹脂は、　１分子中
にエポキシ基を少なくとも２個含有するものであれば、
いかなるものであってもよく、例えば、ビスフェノール
Ａ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、脂環型
エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂が挙
げられ、これらは単独あるいは２種以上の混合系で使用
される。

本発明の　（Ｂ）成分であるフェノール樹脂硬化剤は、
　３１（ｉにエポキシ樹脂の硬化剤として知られている
ものであればいかなるものであってもよく、例えば、フ
ェノールノボラック樹脂、タレゾールノボラック樹脂な
どのフェノール性水＃基２個以上を有するノボランク型
フェノール樹脂が挙げられる。

この　（Ｂ）成分の配合量は　（Ａ）成分　１００重量
部に対し、通常、３０〜１５０重量部である。３０重量
部未満の場合は、硬化が不充分であり、　１５０重量部
を超えると耐温性に劣る。好ましくは、５０〜１００重
量部である。

本発明の　（Ｃ）成分である硬化促進剤は、フェノール
樹脂を用いてエポキシ樹脂を硬化する際に、硬化促進剤
として使用されることが知られているものであればいか
なるものであってもよい。

この　（Ｃ）成分の具体例としては、２−メチルイミダ
ゾール、２−エチルイー４−メチルイミダゾール、１〜
シアンエチル−２−エチル−メチルイミダゾール等のイ
ミダゾール化合物；ベンジルジメチルアミン、トリスジ
メチルアミノメチルフェノール等の第３アミン化合物；
トリフェニルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィ
ン、トリブチルホスフィン、メチルジフェニルホスフィ
ン等の有機ホスフィン化合物が挙げられ、これらは単独
あるいは２種以上の混合系で使用される。

この　（Ｃ）成分の配合量は　（Ａ）成分　１００重量
部に対して、通常、０，０１市量部〜ｌＯ刊量部である
。

０．０１重量部未満の場合には硬化性に劣り、１０爪硅
部を超えると耐温性が低下する。

本発明の（Ｄ）成分である破砕状シリカ粉は、平均粒子
径が３〜１００　ｕの範囲内のものであればいかなるも
のであってもよく、例えば、結晶性シリカ粉、溶融性シ
リカ粉、あるいはこれらの混合物が挙げられる。平均粒
子径が３−の場合には、流動性が劣り、１００Ｑを超え
ると成形時にゲートづまりを始めとする種々の作業上の
難点を生じるのみならず、樹脂封止型半導体素子の場合
には素子の誤動作の原因ともなり望ましくない。

本発明の　（Ｅ）成分である球状シリカ粉は、平均粒子
径が１〜５０Ｑの範囲内のものであって１粒子が球状の
ものであればいかなるものであってもよく、例えば、結
晶性シリカ粉、溶融シリカ粉、あるｌ、％はこれらの混
合物が挙げられる。平均粒子径が上記範囲外である場合
、成形時における流動性の改善効果が少ない。

さらに、本発明の（Ｄ）及び（Ｅ）成分が、最大粒径５
０戸以下の　（Ｄ）成分と平均粒子径５〜５０−の（Ｅ
）成分とからなり、　（Ｄ）成分が（Ｄ）及び（Ｅ）成
分の総配合量に対して１０〜８０容量％で配合される場
合には１本発明の組成物が極めて良好な成形性を示すと
ともに、得られた硬化物が優れた耐熱衝撃性を有するも
のとなり好ましい、また、本発明の（Ｄ）及び（Ｅ）成
分が、平均粒子径５〜１００戸の（Ｄ）成分と平均粒子
径　１〜３０−の　（Ｅ）成分とからなり、　（Ｅ）成
分が（Ｄ）及び（Ｅ）成分の総配合賃に対して５〜６０
容量％で配合される場合には、得られる硬化物が優れた
耐８衝撃性を有するものとなり好ましい、なお、この　
（Ｄ）成分と　（Ｅ）成分との粒径の比は、前者が１に
対し、後者が３以ヒであることが好ましい。この範囲を
外れる場合には。

流動性の改善効果が十分に得られない。

前記した（Ｅ）成分の配合量は　（Ｄ）及び（Ｅ）成分
の総配合量に対して、　５〜９０容縫％である。この配
合量が上記した範囲を外れる場合には流動性の十分な数
片効果が得られない、また、前記した（Ｄ）及び（Ｅ）
成分の総配合量は前記した（Ａ）、（Ｂ）。

（Ｃ）　、　（Ｄ）及び（Ｅ）成分の総配合晴に対して
、５０〜７５容量％である。配合量が５０容量％未層の
場合には得られる硬化物が十分な耐熱衝撃性を有するこ
とができず、７５容量％を超えると溶融粘度の上昇を招
き成形性が低下する。

本発明の半導体装置封止用エポキシ樹脂組成物　　□【 にお°゛て・前記した　（Ａ）〜（Ｅ）成分番°加えて
界面　　［。

処理剤を配合することは、本発明の効果をさらに　　ｊ
向上せしめるために望ましい。この界面処理剤　　′は
、エポキシシランと純水との混合物でるが、工　　１ボ
キシシランは一般式：ＹＳｉ（ＯＲ１）３（式中Ｙはエ
ボ　　−キシ基を有する　１価の有機基、　Ｒ１は炭素
数　１〜５　　“のアルキル基を表わす、）で示される
化合物であ　　：さ り１例えば、γ−グリシドキシプロピルトリメト　　□
キシシランなどであり、純水とは、例えば蒸留　　！水
、脱イオン水などの純水な水、特に無機もしく）杉 は有機性イオンないしはイオン発生物質を含有し　　。

ないか、それらの含有驕がきわめて小さい水をい　　′
う。

本発明に係る界面処理剤は、上記エポキシシランと、純
水を　８＝１〜９．９５：０．０５の割合で混合したも
のである。この範囲外であると、耐湿性が劣る。

本発明の組成物は、上記した各成分を加熱ロールによる
溶融混練、ニーダ−による溶融混練、押出機による溶融
混練、微粉砕等の特殊混合機による混合及びこれらの各
方法の適宜な組合せによって製造することができる。

なお、本発明の組成物は、必要に応じて高級脂肪酸、ワ
ックス類などの離型剤；アンチモン、リン化合物、臭素
や塩素を含む公知の難燃化剤が配合されてもよく、また
ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリ酢酸ビニ
ル、あるいはこれらの共重合体などの各種熱可塑性樹脂
やシリコーンオイル、シリコーンゴムなどを添加しても
よい。

以下本発明の実施例を掲げ本発明を更に詳述する。なお
、表の値は特にことわらない限りは、すべて料量％を表
わす。

［発明の実施例］ １１握↓二二 第１表に示す組成の各成分を使用し、本発明の組成物を
得た。−上記組成物は、まず、ヘンシェルミキサー中で
、充填剤を界面処理剤で処理した後、残りの成分をミキ
サー中に投入混合した後、６０〜１１０℃の加熱ロール
で混練し、冷却後、粉砕して得られた。

なお、第１表中の各樹脂はオルトクレゾールノボラック
型エポキシ樹脂（エポキシ当量１９６、軟化点７６℃）
、難燃性エポキシ樹脂（エポキシ当量２７０、軟化点３
０℃）、フェノールノボラック樹脂（フェノール当量１
０６、軟化点９７℃）を使用した。

ル］し匹」ニーＪ 第２表に示す組成の各成分を実施例と同様に処理し、比
較例とした。

上記実施例１〜７、及び比較例１〜９により得られた組
成物について下記の実験を行った。結果を第３表〜第５
表に示す。

前記組成物の流動性を評価するため、高化式フローテス
ターを用いて　１７３℃における溶融粘度を測定した。

また、一部については、成形時のパリ長さを評価するた
め、パリ測定用金型を用いてｌＯ−の溝に生じるパリ長
さを測定し、同時に成形した試験片を用いて曲げ試験を
行い、弾性率及び強度を測定した。

さらに同組成物を用いて表面にＰＳＧ層を有する大型ペ
レット評価用素子を低圧トランスファー成形により封止
した。

得られた試料素子について耐熱衝撃性を評価するために
、熱衝撃試験（−８５℃〜１５０℃の冷熱サイクルテス
ト）を行い、特性不良を測定した。

また、前記組成物を用いて低圧トランスファー成形法に
より　ＭＯＳ型ＩＣ素子を樹脂封止し、得られた樹脂材
ｌ二半導体装置についてプレッシャークツカーテスト（
２，５気圧中でのテスト）を行ない、アルミ電極の腐食
による耐湿性を評価した。

第３表〜第５表より明らかなとおり、実施例の本発明品
は比較品と比べて、耐熱衝撃性及び耐湿性において優れ
ており、又、溶融時における適度な粘度を有するもので
ある。

第５表 ［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、良好な成
形性を有するとともに、優れた耐熱衝撃性及び耐湿性を
有する硬化物を与えるため、半導体電子部品のパッケー
ジ材料として有用であり、その工業的価値は極めて大で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例、比較例で使用したシリカ粉の粒度分
布曲線を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（Ａ）エポキシ樹脂 （Ｂ）フェノール樹脂硬化剤 （Ｃ）硬化促進剤 （Ｄ）平均粒子径３〜１００μｍを有する破砕状シリカ
   粉 （Ｅ）平均粒子径１〜５０μｍを有する球状シリカ粉 から成り、（Ｅ）成分の配合量が（Ｄ）及び（Ｅ）成分
   の総配合量に対して５〜９０容量％であり、かつ（Ｄ）
   及び（Ｅ）成分の総配合量が（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、
   （Ｄ）及び（Ｅ）の総配合量に対して５０〜７５容量％
   であ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。 ２、更に、エポキシシランと純水との重量比で９：１〜
   ９．９５：０．０５から成る界面処理剤を（Ｄ）及び（
   Ｅ）成分の総配合量に対して０．１〜１．５重量％含有
   して成る特許請求の範囲第１項記載の組成物。 ３、（Ｄ）成分の最大粒径が５０μｍ以下であり、（Ｅ
   ）成分の平均粒子径が５〜５０μｍであり、かつ（Ｄ）
   成分が（Ｄ）及び（Ｅ）成分の総配合量に対し１０〜９
   ０容量％で配合される特許請求の範囲第１項記載の組成
   物。