JPS63186724A

JPS63186724A - エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた樹脂封止型半導体装置

Info

Publication number: JPS63186724A
Application number: JP1603487A
Authority: JP
Inventors: Michiya Azuma; 東　道也; Akira Yoshizumi; 善積　章
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-01-28
Filing date: 1987-01-28
Publication date: 1988-08-02

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明はエポキシ樹脂組成物およびそれを用いた樹脂封
止型半導体装置に関し、熱放散性と耐熱衝撃に優れた高
信頼性のエポキシ樹脂組成物およびそれを用いた樹脂封
止型半導体装置に関する。

（従来技術）エポキシ樹脂組成物は、ＩＣ，ＬＳＩ、トランジスタ等
の半導体素子や電子回路およびその他の部品を封止する
用途に大量に用いられている。近年、半導体素子の高集
積化に伴って、素子上の各種機能単位の細密化、素子ペ
レッ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、耐熱ｆｒ＠性に加
え、素子から発生する熱の増加に対し、より高い熱放散
性（熱伝導性）を持つ封止樹脂への要求が高くなってい
る。従来、半導体装置の封止用樹脂として用いられてい
るフェノールノボラック樹脂で硬化させるエポキシ樹脂
組成物は、吸湿性、高温電気特性、成形性、などが優れ
、モールド用樹脂の主流となっている。

（発明が解決しようとする問題点）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
、素子ベレット表面のアルミニウム（Ａ４）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
、ベレット割れによる素子特性の不良や保護膜の割れに
起因するＡＱパターンの腐食による不良などを生じる。

また、発熱の多い素子に対しては、封止樹脂に、高熱伝
導性が要求される。高熱伝導性の封止樹脂としては、結
晶性シリカを充填剤とする封止樹脂が主流になっている
が、結晶性シリカを用いた場合には、熱膨張率が大きく
、樹脂の曲げ弾性率も大きいため。

上記の問題を誘発しやすい欠点がある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段と作用）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。しかも、硬化物
については、素子表面のＡＩｌパターンの腐食を極力防
止するために、加水分解性のハロゲン化合物、特に塩素
濃度を低くおさえ、かつ吸湿時や高温時の電気絶縁性能
を高レベルに保つ必要がある。

本発明は、かかる問題に対して、以下のエポキシ樹脂組
成物を用いることにより高信頼性の樹脂封止型半導体装
置が得られる。

（ａ）　　エポキシ樹脂（ｂ）　１分子中に少くとも２個のフェノール性水酸基
を有する硬化剤（ｃ）　　フェノールアラルキル樹脂（ｄ）　　メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレ
ン共重合体（ｅ）　　硬化促進剤（ｆ）　　結晶性シリカ本発明において用いられるエポキシ樹脂は通常知られて
いるものであり、特に限定されない。例えば、ビスフェ
ノールＡ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポ
キシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂などグ
リシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリシジルエステル
型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、線
状脂肪族エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環型
エポキシ樹脂、ハロゲン化エポキシ樹脂など一分子中に
エポキシ基を２個以上有するエポキシ樹脂が挙げられる
。しかしてこれらエポキシ樹脂は１種もしくは２種以上
の混合系で用いてもよい。

本発明において用いられる更に好ましいエポキシ樹脂は
、エポキシ当量１７０〜３００のノボラック型エポキシ
樹脂であって、たとえばフェノールノボラック型エポキ
シ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ハロゲ
ン化フェノールノボラック型エポキシ樹脂、などである
、これらエポキシ樹脂は、塩素イオンの含有量が１０ｐ
ｐｍ以下、加水分解性塩素の含有量が０．１重量％以下
のものが望ましい、その理由は１０ｐｐｍを超える塩素
イオンあるいは０．１重量％を超える加水分解性塩素が
含まれると、封止された半導体素子のアルミニウム電極
が腐食されやすくなるためである。

本発明において用いられる１分子中に２個以上のフェノ
ール性水酸基を有する硬化剤（ｂ）とは、フェノール樹
脂、ポリオキシスチレン、および多価フェノール化合物
であって、具体的に例示すると、フェノールノボラック
樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ｔｅｒｔ−ブチルフ
ェノールノボラック樹脂、ノニルフェノールノボラック
樹脂などのノボラック型フェノール樹脂、クレゾール型
フェノール樹脂、ポリパラオキシスチレンなどのポリオ
キシスチレン、ビスフェノールＡ等およびこれらの化合
物のハロゲン化物等である。これらの中でもノボラック
型フェノール樹脂及びポリオキシスチレンが最も好まし
い。また、これらの硬化剤は１種もしくは２種以上の混
合系で使用することができる。

本発明に係るフェノールアラルキル樹脂（ｃ）はアラル
キルエーテルとフェノールとをフリーデルクラフッ触媒
で反応させた樹脂で、フリーデルクラフッ型樹脂とも呼
ばれる。α、α′−ジメトキシーＰ−キシレンとフェノ
ールの縮合重合化合物が良く知られている（プラスチッ
クス３４巻、２号、８５頁）。

具体的には、ＸＬ−２２５（三井東圧化学■、軟化点：
８５〜１０５℃）、ＸＹＬＯＫ−２２５（７／Ｌ／ブラ
イトアンドウィルソン■、軟化点：８５℃〜１０５℃）
などが挙げられる。これらフェノールアラルキル樹脂の
中でも軟化点８０℃〜１２０℃を有するものが好ましく
、特に好ましくは８５℃〜１０５℃を有するものであり
、水酸基当量は１９５〜２３５を有するものが好ましい
。

上記（ｂ）、（ｃ）の添加量は、（ｂ）＋（ｃ）のフェ
ノール性水酸基の合計がエポキシ樹脂のエポキシ基との
当量比でフェノール性水酸基当量／エポキシ当量＝０．
５〜１．５の割合で配合されることが好ましい、この配
合割合が当量比０．５未満の場合には。

樹脂硬化物の強度が弱くなり好ましくなく、一方当量比
１．５を超える場合には、封止樹脂の耐湿性が低下し、
好ましくない。

また成分（ｃ）の配合割合は、成分（ｂ）十戒分（ｃ）
に対して５〜５０重量％が好ましい。

配合割合が５重量％未満の場合には、充分な耐熱衝撃性
が得られず、５０重量％を超える場合には、粘度が高く
なり成形性が劣る。

本発明において用いられるメチルメタクリレート・ブタ
ジエン・スチレン共重合体（ｂ）としては、スチレン・
ブタジェンゴムのラテックスに、スチレンとメチルメタ
クリレートのモノマーをグラフト重合して、得られるも
のでありこのメチルメタクリレート・ブタジエン・スチ
レン共重合体（ｄ）の添加量は、エポキシ樹脂組成物に
対して、０．３〜１０．０重量％が好ましく、さらに好
ましくは。

０．５〜５．０重量％である。添加量が０．３重量％以
下では、低応力化が不充分であり、１０．０重量％以上
では、成形性、耐湿性が低下しやすいためである。

また粒子の大きさとしては、平均粒子径が０．１〜３０
０μｓが好ましく、更に好ましくは、１〜１００μｍで
ある。

本発明において用いられる硬化促進剤（ｅ）としては、
一般に知られている硬化促進剤を使用することができる
。例えば、第３アミン類、イミダゾール類、ジアザビシ
クロアルケン類、有機オスフィン類であり、特に、本発
明においては、高信頼性の封止用エポキシ樹脂、および
樹脂封止型半導体装置を得るためには、有機ホスフィン
化合物を用いることが望ましい。有機ホスフィン化合物
は。

一般式二Ｒ工Ｒ，−ＰＲ１（式中、Ｒ１−Ｒ３は同一であっても異なっていてもよ
く、それぞれ、水ｓｙＫ子、脂肪族基、置換脂肪族基、
芳香族基、Ｉ！換芳香族基を表わす、ただし、Ｒ□〜Ｒ
３が同時にすべて水素原子である場合を除く、）で示されるものである。この有機ホスフィン化合物とし
ては、例えば、トリフェニルホスフィン、トリブチルホ
スフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、メチルジフ
ェニルホスフィン、ブチルフェニルホスフィン、ジフェ
ニルホスフィン、フェニルホスフィン、オクチルホスフ
ィン、トリス（Ｐ−メチルフェニル）ホスフィン、トリ
ス（１１１−メチルフェニル）ホスフィン、Ｐ−ブロム
フェニルジフェニルホスフィン、トリス（シアノエチル
）ホスフィンが挙げられる。また、上記したＲ１−Ｒ８
のいずれか１つが有機ホスフィンを含む有機基であって
もよく、例えば、１，２−ビス（ジフェニルホスフィノ
）エタン、ビス（ジフェニルホスフィノ）メタンが挙げ
られる。これらの中でもアリールホスフィン化合物が好
ましく、特に、トリフェニルホスフィン、１，２−ビス
（ジフェニルホスフィノ）エタン。

ビス（ジフェニルホスフィノ）メタンなどが最も好まし
い、さらに、又、これらの有機ホスフィン化合物は１種
もしくは２種以上の混合系で用いてもよい。

この有機ホスフィン化合物（ｅ）の割合配合は、通常、
０．０１〜２０重量部で、好ましくは０．０１〜５重量
部である。この配合割合が０．０１重量部未満では硬化
速度が遅く、２０重量部を超える場合は硬化物の特性が
劣化するため好ましくない。

本発明において用いられる結晶性シリカ（ｆ）としては
、不純物の少ない例えば、　Ｎａ、Ｏなどのアルカリ全
翼酸化物の含有量が０．０１％以下で、煮沸抽出後の電
気伝導度が１０μゲ／ｌ以下のものが好ましい。この結
晶性シリカ（ｆ）の配合割合は、エポキシ樹脂組成物に
対して通常６０〜８５重量％が好ましい。さらに好まし
くは、６５〜８０重量％である。

配合割合が６０重量％以下の場合には、熱伝導性が、不
充分でかつ熱膨張率が大きくなるためであり、また８５
重量％以上の場合には、成形性が悪くなる。

無機質充填剤の粒度分布については、粗い粒子と細い粒
子を組み合せて、分布を均一にすることによって、熱伝
導性と、成形性を改善することができる。

本発明のエポキシ樹脂組成物には、シリコーンオイルを
配合することが好ましい。シリコーンオイルは、樹脂の
弾性率を下げるなど、硬化物の特性向上のために有用で
ある。

シリコーンオイルは、（−３ｉ−０）の繰り返し単量位を有する常温で液状の化合物であればいかなるもので
あってもよく、例えば、ジメチルシリコーンオイル、メ
チルフェニルシリコーンオイルが挙げられる。また、こ
れらのシリコーンオイルを変性したものであってもよく
、例えば、メチルハイドロジエンシリコーンオイル、ポ
リジオルガノシロキサンオイル、フロロシリコーンオイ
ル、シリコーン−ポリエーテル共重合オイル、アルキル
変性シリコーンオイル、脂肪酸変性シリコーンオイル、
アミノ変性シリコーンオイル、エポキシ変性シリコーン
オイルが挙げられる。前記シリコーンオイルの中でも、
粘度（２０℃）　５００〜１００００００ｃｐｓを有す
るものが好ましく、特に好ましくは５ｏｏｏｏ〜５００
０００ｃｐｓを有するものである。

シリコーンオイルの配合割合は、０．０５〜５．０重量
％が好ましい。

本発明のエポキシ樹脂組成物には、カーボンブラックを
配合することが好ましい。また前記金属錯塩染料とカー
ボンブラックを併用して用いることができる。カーボン
ブラックは、硬化物の顔料として、さらに、耐熱性向上
のために有用である。

カーボンブラックは、黒色か帯灰黒色の粉末で、有機物
（炭化水素）の不完全燃焼あるいは熱分解により生じた
煤であり主成分は炭素からなる。具体例としては、ファ
ーネスブラック、チャンネルブラック、ガスブラック、
オイルブラック、アセチレンブラック等をあげることが
できる。カーボンブラックの添加量は、エポキシ樹脂組
成物の０．０５〜５重量％の範囲内で配合することが好
ましい。

０．０５重量％未満では添加の効果がすくなく、５重量
％を越えると、樹脂組成物の特性が劣化しやすいためで
ある。

本発明のエポキシ樹脂組成物には、金属錯塩染料を配合
することが好ましい。金属錯塩染料は、硬化物のレーザ
ーマーキング特性向上のため有用である。金属錯塩染料
は、分子内錯塩の形で金属を含んでいる染料である。具
体例としては酸性染料系と直接染料系のものが代表的な
ものである。

酸性染料系としてはたとえば金属としておもにクロムを
含む０．０′−ジオキシアゾ染料があり、染料分子とク
ロム原子との結合比により１：１タイプ２：１タイプな
どがある。この形の染料は含金属染料とも呼ばれている
。直接染料系としては０．０′−ジオキシアゾ形、０−
オキシ−０′−カルボキシアゾ形の直接アゾ染料の銅錯
塩などがある。

上記例以外にも各種金属錯塩染料があり、たとえば金属
を含むフタロシアニン染料も含まれる。

金属錯塩染料はエポキシ樹脂組成物の０．０１〜１０重
量％の範囲内で添加配合することが好ましい。

０．０１重量％未満では添加の効果が認められず、１０
重量％を越えると樹脂組成物の特性が劣化しやすくなる
ためである。

本発明のエポキシ樹脂組成物には、更に必要に応じて、
他の添加剤、例えば天然ワックス類、合成ワックス類、
直鎖脂肪酸の金属塩、酸アミド類、エステル類もしくは
、パラフィン類などの離型剤；エポキシシラン、ビニル
シラン、アミノシラン、ボラン系化合物、アルコキシチ
タネート系化合物、アルミキレート系化合物などのカッ
プリング剤；酸化アンチモン、リン化合物等の難燃助剤
が配合されてもよい。上記したエポキシ樹脂組成物を成
形材料として調製する場合の一般的な方法は、所定の組
成比に選んだ原料組成分を例えばミキサーによって充分
混合後、さらに熱ロールによる溶融混合処理、またはニ
ーダ−などによる混合処理を加えることにより容易にエ
ポキシ樹脂成形材料を得ることができる。

本発明の樹脂封止型半導体装置は、上記エポキシ樹脂組
成物を用いて半導体装置を封止することにより容易に製
造することができる。封止の最も一般的な方法としては
低圧トランスファ成形法があるが、インジェクション成
形、圧縮成形、注型などによる封止も可能である。エポ
キシ樹脂組成物は封止の際に、加熱して硬化させ、最終
的には、この組成物の硬化物によって封止された樹脂封
止型半導体装置を得ることができる。硬化に際しては、
１５０℃以上に加熱することが特に望ましい。

（実施例）実施例１〜６エポキシ当量２２０のクレゾールノボラック型エポキシ
樹脂（エポキシ樹脂Ａ）、エポキシ当量２９０の臭素化
フェノールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ樹脂Ｂ
）、ＯＨ当量１０５で分子量８００のフェノールノボラ
ック樹脂硬化剤、ＯＨ当量１９６のフェノールアラルキ
ル樹脂、平均粒子径３０．のメチルメタクリレート・ブ
タジエン・スチレン共重合体（共重合体Ａ）平均粒子径
５虜のメチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン共
重合体（共重合体Ｂ）　　トリフェニルホスフィン硬化
促進剤、ＤＢＵ（１，８−ジアザビシクロ（５，４，０
）ウンデセンーク硬化促進剤、平均粒径２０虜の結晶シ
リカ粉（無機質充填剤Ａ）、平均粒径２−の結晶シリカ
粉（無機質充填剤Ｂ）、黒色の金属錯塩染料（ｏ、ｏ’
−ジオキシアゾ染料のクロム錯塩）、カーボンブラック
顔料粘度（２０℃）　１０００００ｃｐｓのジメチル型
シリコーンオイル、カルナバワックス、二酸化アンチモ
ン難燃剤シランカップリング剤（γ−グリシドキシプロ
ピルトリメトキシシラン）を、第１表、第２表に示す組
成に選び、比較例も含め９種類の組成物を調整した。各
組成物をミキサーにより混合し、加熱ロールにより混練
してトランスファ成形用の樹脂組成物を得た。

上記組成物を用いて低圧トランスファ成形機により１７
５℃、８０ｋｇ／ａ＃１２０秒の条件で、表面にＰＳＧ
層を有する大型ペレット評価用試験素子（６ａｎ　Ｘ６
１１１１１）とＭＯ３型集積回路を封止し、１８０℃で
８時間のアフターキュアを実施した。耐熱衝撃性；得ら
れた試験素子２０個を用いて、−６５℃〜２００℃の範
囲で６０サイクル後のクラック発生個数により耐熱衝撃
性を試験した。クラック発生の有無は、発煙硝酸を用い
て成形用樹脂を溶かし去り、顕微鏡で確認した。耐湿信
頼性；上記で得られたＭＯ３型集積回路を用いて１２７
℃、２．５気圧、１００％ＲＨのプレッシャクツカー中
で、電圧１５Ｖを印加して、放置し、各時間ごとに、取
り出し、半導体装置のアルミニウム配線の腐食による断
線不良を調べた。

その結果を表−３に示した。試験個数は、各１００個で
ある。曲げ弾性率：　ＪＩＳ　Ｋ−６９１１に準じて測
定した。ガラス転移点は、真空理工製の熱膨張計を用い
熱膨張カーブの変曲点より求めた。熱膨張係数は、真空
理工製の熱膨張計を用いて測定した。

内部応力；ピエゾ抵抗素子（応力により抵抗値の変化す
るピエゾ抵抗を半導体チップに成形したもの）を１６ｐ
ｉｎ　Ｄ　Ｉ　Ｐ型ＩＣのクレームにセットし、１７５
℃、８０１ｃｇ／ａＪ、２分の成形条件で各組成物をト
ランスファー成形し、１８０℃×８時間、後硬化し冷却
後上記の素子により内部応力を測定した。その結果を表
−２に示した。マーキング試験；炭酸ガスレーザーを用
いてレーザーマーキングを行い。

マーキング特性を評価した。その結果を表−２に示した
。評価は、マーキングした部分としない部分（すなわち
地の部分）のコントラストで表わした。

コントラストが良好であるとマーキングは鮮明で読みや
すく、コントラストが悪いとマーキングは不鮮明で読み
にくい。

（以下余白）〔発明の効果〕以上詳述したように、本発明によって熱放散性と耐熱ｉ
’ｌＪ性に優れ、かつ高信頼性のエポキシ樹脂組成物お
よびそれを用いた樹脂封止型半導体装置を提供すること
ができ、その工業的価値は大である。

代理人　弁理士　則　近　憲　佑同　　　　竹　花　喜久男

Claims

【特許請求の範囲】

（１）（ａ）エポキシ樹脂（ｂ）１分子中に少なくとも２個以上のフェノール性水
酸基を有する硬化剤（ｃ）フェノールアラルキル樹脂（ｄ）メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン共
重合体（ｅ）硬化促進剤（ｆ）結晶性シリカ粉からなることを特徴とするエポキシ樹脂組成物
（２）該エポキシ樹脂組成物中の成分（ｃ）のフェノー
ルアラルキル樹脂の添加量が成分（ｂ）＋（ｃ）に対し
て５重量％〜５０重量％の割合で含むことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載のエポキシ樹脂組成物
（３）該エポキシ樹脂組成物中のメチルメタクリレート
・ブタジエン・スチレン共重合体の含有量が０．３〜１
０．０重量％の範囲内にある特許請求の範囲第１項記載
のエポキシ樹脂組成物
（４）該エポキシ樹脂組成物中の硬化促進剤が有機ホス
フィン化合物である特許請求の範囲第１項記載のエポキ
シ樹脂組成物
（５）該エポキシ樹脂組成物がシリコーンオイルを含む
特許請求の範囲第１項記載のエポキシ樹脂組成物
（６）該エポキシ樹脂組成物か、金属錯塩染料および／
または、カーボンブラックを含む特許請求の範囲第１項
記載のエポキシ樹脂組成物
（７）半導体素子と該半導体素子を封止する樹脂封止体
とを具備した樹脂封止型半導体装置において、該樹脂封
止体が（ａ）エポキシ樹脂（ｂ）１分子中に少くとも２個のフェノール性水酸基を
有する硬化剤（ｃ）フェノールアラルキル樹脂（ｄ）メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン共
重合体（ｅ）硬化促進剤（ｆ）結晶性シリカ粉を含むエポキシ樹脂組成物の硬化物であることを特徴と
する樹脂封止型半導体装置
（８）該エポキシ樹脂組成物中の成分（ｃ）のフェノー
ルアラルキル樹脂の含有量が成分（ｂ）＋（ｃ）に対し
て５重量％〜５０重量％の割合で含むことを特徴とする
特許請求の範囲第７項記載の樹脂封止型半導体装置
（９）該エポキシ樹脂組成物中のメチルメタクリレート
・ブタジエン・スチレン共重合体の含有量が０．３〜１
０．０重量％の範囲内にある特許請求の範囲第７項記載
の樹脂封止型半導体装置
（１０）該エポキシ樹脂組成物中の硬化促進剤が有機ホ
スフィン化合物である特許請求の範囲第７項記載の樹脂
封止型半導体装置
（１１）該エポキシ樹脂組成物がシリコーンオイルを含
む特許請求の範囲第７項記載の樹脂封止型半導体装置
（１２）該エポキシ樹脂組成物が、金属錯塩染料および
／または、カーボンブラックを含む特許請求の範囲第７
項記載の樹脂封止型半導体装置