JPS63189421A - 半導体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】 〔概　要〕 ノボラック型エポキシ樹脂を基材樹脂とし、組成物全量
に対して無機質充填材を５０〜８５重量％含む半導体封
止用エポキシ樹脂組成物において、基材樹脂１００重盪
部（以下部と言う）に対して、（１）フェノール系硬化
剤２５〜７５部（２）ホスフィン系硬化促進剤０．５〜
５部および（３）カップリング剤０．１〜１５部 を含み、かつ無機質充填材全量に対して、粒径０、１〜
２．０μｍの球状無機質充填材を１０重量％以上含むこ
とを特徴とする、エポキシ樹脂組成物。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体封止用エポキシ樹脂組成物、特にアルミ
ニウム配線の変形、パッシベーションクラック、パッケ
ージクランクなどの原因となる応力を低く抑え、かつ耐
湿性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関する
。

〔従来の技術〕

ＩＣ５ＬＳＩの電子部品を封止する方法としては熱硬化
性樹脂を用いて封止する方法が主流である。この方法が
ガラス、金属、セラミックスのカバーを用いるハーメチ
ックシール方式に比べて安価で量産性に優れているため
である。半導体装置用樹脂組成物の基材樹脂としては、
成形性、耐湿性および電気特性に優れ、安価なエポキシ
樹脂が最も一殴的に用いられている。

しかし、ＬＳＩの集積度増大に伴うチップの大型化およ
びパターンの微細化、高密度実装に伴うパッケージの小
型化により、従来の半導体封止用エポキシ樹脂組成物で
は対応できない問題が生じてきた。すなわち、樹脂封止
ＬＳＩは、樹脂とＳｉチップという熱膨張係数の異なる
材料でできているために、これらの材料間に応力が働き
ＬＳＩが損傷するという問題である。この応力はチップ
が大型になるほど大きくなり、パターンの微細化が進む
ほど損傷を受けやすくなる。応力による樹脂封止ＬＳＩ
の損傷モードとしては、アルミニウム配線の変形や断線
、パフシベーションクラソク、パッケージタラワクなど
がある。

このことから、チップに加わる応力を低く抑えることの
できる半導体封止用樹脂の開発が必要となってきた。

Ｓｉチップが封止樹脂（硬化物）から受ける応力（σ）
は、粗い近似により次式で表される。

σ＝ｋ・α・Ｅ−Ｔｇ・・・（１） ｋ：比例定数 α：封止樹脂の熱膨張係数 Ｅ：封止樹脂の弾性率 Ｔｇ：封止樹脂のガラス転移温度 これより、半導体封止用樹脂の応力を低減する方法とし
て、 （ａ）熱膨張係数を下げる。

（ｂ）弾性率を下げる。

（ｃ）ガラス転移温度を下げる。

の３種類の方法が考えられる。しかし、このうちで封止
樹脂のガラス転移温度を下げると応力は減少するものの
、耐湿性、耐熱性および機械特性などの劣化を来すこと
から、本質的に低応力化の手段としては、（ａ）および
（ｂ）が考えられる。

たとえば、硬化した樹脂の熱膨張係数を下げる有効な手
段として、無機質充填材を多量に添加することが考えら
れるが、無機質充填材を多量に添加すると、熱膨張係数
は低下するものの、樹脂の溶融粘度が上昇し、ボンディ
ングワイヤの変形・断線や、樹脂が金型内の隅々まで行
き届かない未充填を生ずるなど、成形時の作業性が著し
く劣化する。

また、封止樹脂の弾性率を低下させる手段としては、ゴ
ｌ、のような可撓性付与剤を添加する方法が提案されて
いる。しかしこの方法では、硬化した樹脂のガラス転移
温度を低下させるが、耐湿性、耐熱性、機械特性および
高温電気特性が劣化するという欠点がある。また、ガラ
ス転移温度を低下させずに弾性率を低減させる方法とし
てシリコーンの添加があるが、シリコーンは透湿性が大
きいので耐湿性が劣化したり、捺印用インクをはじくな
どの不良が生じる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

封止樹脂組成物と半ｍ体チップとの間の応力を低減しよ
うとすると、耐湿性などが劣化するなどの欠点を伴ない
、他の特性を劣化させることなく応力を低減させること
は極めて困難である。

〔問題を解決するためのＬ段〕

上記問題点は、ノボラック型エポキシ（二１孔を基材樹
脂とし、組成物全量に対して無機質光１：ｉ　＋４を５
０〜８５重量％含む半導体封止用エポキシ樹脂組成物に
おいて、基材樹脂１００ｆｆｉｉ部（以下部と言う）に
対して、 （１）フェノール系硬化剤２５〜７５部（２）ホスフィ
ン系硬化促進剤０．５〜５部および（３）カップリング
剤０．１〜１５部 を含み、かつ無機質充填材全量に対して、粒径０．１〜
２．０μｍの球状無機質充填材を１０重置部以上含むこ
とを特徴とする、エポキシ樹脂組成物によって解決する
ことができる。

〔作　用〕

本発明において最大の特徴は、球状でしかも粒径が０．
１〜２μｍと小さい無機質充填材を、無機質充填材全量
に対して１０重量％以上含むことにある。粒径が上記範
囲内にあるとき組成物の溶融粘度が最も低下するからで
ある。この粒径の球状無機質充填材の添加量が、無機質
充填材全体に対し、１０重量％より少ないと、組成物の
溶融粘度は低下するが、１０重量％以上添加したものに
比べて応力が高いからである。また、無機質充填材の添
加量は組成物全体の５０〜８５重量％の範囲内とする。

この理由は、無機質充填材の添加量が５０重量％より少
ないと、熱伝導性や機械特性が低下するばかりか、パリ
の流出など作業性の低下も著しく、８５重量％より多い
と溶融粘度が増大し、゛　ボンディングワイヤの変形・
断線を引き起こす可能性が生じるからである。

従来の技術でも述べた通り熱膨張係数を下げるために無
機質充填材を多量に加えると組成物の溶融粘度が増加す
るという問題があった。この問題について検討を重ねた
結果、用いる無機質充填材として球状で粒径が小さい無
機質充填材を添加すると溶融粘度が低下することが判明
した。球状無機質充填材微粉を添加することにより、溶
融粘度を上げずに充填材を増量することができるので、
応力を低減できるばかりでなく、組成物全体の樹脂量が
減るので、吸湿性が小さくなり耐湿性が向上するという
一石二鳥の利点がある。

・　無機質充填材としては、シリカ、アルミナ、炭酸カ
ルシウムなどが用いられるが、熱膨張係数を低減するた
めにはシリカ粉末が好ましい。

基材樹脂としては、ノボラック型エポキシ樹脂であれば
、特に制限はないが、耐湿性、耐熱性および機械的強度
の点からタレゾールノボラック型のものが好ましい。

硬化剤としては、耐湿性、機械特性、耐熱性などの面か
らエポキシ樹脂１００部に対し、２５〜７５部のフェノ
ール系樹脂を使用する。フェノール系硬化剤には、フェ
ノールノボラック、タレゾールノボラック、ノニルフェ
ノールノボラソクなどに代表されるノボラック型フェノ
ール樹脂の他に、ビスフェノールＡなどが挙げられるが
、耐湿性の面からノボラック型フェノール樹脂が好まし
い。

また、エポキシ樹脂と硬化剤との反応を促進させるため
にホスフィン系硬化促進剤を０６５〜５部用いることが
必須である。０．５部より少ないと、硬化を促進させる
作用が弱くて、硬化時間が長くなる。また、５部より多
いと、封止樹脂の硬化時間が短くなりすぎる。エポキシ
樹脂とフェノール系硬化剤との反応における硬化促進剤
としては、トリフェニルホスフィン、メチルジフェニル
ホスフィン、トリブチルホスフィン、フェニルホスフィ
ン等のホスフィンの化合物の他に、トリエタノールアミ
ン、テトラメチルペンタンジアミン等の第３級アミン、
セチルトリメチルアンモニウムブロマイド、セチルトリ
メチルアンモニウムクロライド、トリメチルアンモニウ
ムクロライド等の第４級アンモニウム塩；２−メチルイ
ミダゾール、２−ウンデシルイミダゾール、２−メチル
−４−エチルイミダゾール、２．４−ジアミノ−６−〔
２′−メチルイミダゾリル−（１’））エチル−８−ト
リアジン等のイミダゾール化合物；あるいはトリフェニ
ルホスフィンテトラフェニルボレート、トリエチルアミ
ンテトラフェニルボレート等のテトラフェニルボレート
塩などが挙げられる。

これらの硬化促進剤は、いずれも親水基を有し、封止樹
脂の耐湿性を劣化させることが考えられるが、この中で
、ホスフィン系硬化促進剤を用いたときが最も耐湿性に
優れていることがわかった。

ホスフィン系硬化促進剤は、上記に示したもの、すなわ
ち、トリフェニルホスフィン・メチルジフェニルホスフ
ィン、トリブチルホスフィン、フェニルホスフィン、ト
リフェニルホスフィンテトラフェニルボレートなどであ
るが、耐湿性、作業性の点からトリフェニルホスフィン
が好ましい。しかし、本発明においては、エポキシ樹脂
と硬化剤との反応を促進させる作用があるホスフィン系
物質であれば特に限定しない。

また、樹脂の耐湿性を向上させるために、カップリング
剤として３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
等のシラン系カップリング剤あるいはテトラオクチルビ
ス（ジトリデシルホスファイト）チタネート等のチタン
系カップリング剤を添加することが必須となる。カップ
リング剤□の添加量は使用する無機質充填材の量および
比表面積およびカップリング剤の最小被覆面積にもよる
が、０．１〜１５部を使用する。０．１部より少ないと
耐湿性が向上せず、１５部より多くしても耐湿性は変ら
ない。

なお、離型剤としてカルナバワックス、ステアリン酸お
よびその金属塩、モンタンワックス等を、難燃剤として
臭素化エポキシ樹脂や、三酸化アンチモン等を、顔料と
してカーボンブラックなどを、添加するも差支えない。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、上記の成
分を、ロール、ニーダ−、エクストルーダー等の常用の
手段を用いて調製することができる。

〔実施例〕

使用した原材料は、次の通りである。

・エポキシ樹脂；エポキシ当量２０２、軟化点７０℃の
クレゾールノボクツ ク型エポキシ樹脂（大日本イ ンキ化学工業側、エピクロン Ｎ−６６５−ＥＸＰ） ・硬化剤：水酸基当量１０３、軟化点８１℃のフェノー
ルノボラック（大日本イン キ化学工業■、バーカムＴＤ−２１３１）・硬化促進剤
Ａニトリフェニルホスフィン（和光純薬工業側） ・硬化促進剤Ｂｌ、４−ジアミノ−６−〔２′−メチル
イミダゾリル −（１’））エチル−８−ト リアジン（四国化成Ｈ２ＮＺ− ＡＺｒＮＥ） ゛・充填材Ａニジリカ（平均粒径０．５μｍの球状微粉
１０ｗｔ％） ・充填材Ｂニジリカ（平均粒径０．５μｍの球状微粉１
５鍔ｔ％） ・充填材Ｃニジリカ（平均粒径０．５μｍの球状微粉２
０−ｔ％） ・充填材Ｄニジリカ（平均粒径０．５μｍの球状微粉５
ｅｅｔ％） ・充填材Ｅニジリカ（球状微粉Ｏｗｔ％）・カップリン
グ剤：３−グリシドキシプロビルトリメトキシシラン（
チッ ソｌｌＳ−５１０） ・離型剤：エステルワックス（ヘキストジャパン■へキ
ストワックスＥ） ・難燃剤：臭素化エポキシ樹脂 ・難燃助剤：三酸化アンチモン ・顔料：カーボンブラ・ツク これらの成分を加圧双腕ニーダで混練することにより調
製し、試験片の作製は以下のように行った。

まず、混純により得られた組成物を８メツシユバスの粉
末とし、次に２Ｌｏｎ／ｃ＋＋１でφ３５闘のタブレッ
トとした。このタブレットをトランスファー成形（１７
５℃、６０　ｋｇ　／　ｃｄ、２．５　ｍ１ｎ）　シた
ものを１７５℃、８ｈの条件でアフターキエアした。

このようにして得られた組成物の試験片について、特性
評価を以下の方法で行った。

曲げ弾性率：　　ＪＩＳ　Ｋ　６９１１熱膨張係数：Ｔ
ＭＡ（熱機械試験ａ）法ガラス転移温度：ＴＭＡ（熱機
械試験機）法吸水率：ＰＣＴ（プレッシャークツカーテ
スト＝１２１’Ｃｌ２ａｔ＋ｎ　、　　１００％ＲＨ，
１６８ｈ　）による試験片の重量増加 パイプ応カニ特願昭６０−２５０２５８号で示される半
導体封止用樹脂の応力測定方法で あって、パイプの周りに樹脂のデ ィスクを成形し硬化させた後、パ イブの内部に歪みゲージを取付け、 樹脂を取り外し、その前後の歪み を比較する。

本発明における実施例および比較例の結果を第１表に示
す。

第１表によればいずれの実施例においても、比較例と比
べて低応力化と耐湿性を共に満足していることがわかる
。

以下余白 〔発明の効果〕 本発明によれば、低応力で耐湿性に優れた半導体封止用
エポキシ樹脂組成物を提供することができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ノボラック型エポキシ樹脂を基材樹脂とし、組成物
   全量に対して無機質充填材を５０〜８５重量％含む半導
   体封止用エポキシ樹脂組成物において、基材樹脂１００
   重量部（以下部と言う）に対して、（１）フェノール系
   硬化剤２５〜７５部（２）ホスフィン系硬化促進剤０．
   ５〜５部および（３）カップリング剤０．１〜１５部を
   含み、かつ無機質充填材全量に対して、粒径０．１〜２
   ．０μｍの球状無機質充填材を１０重量％以上含むこと
   を特徴とする、エポキシ樹脂組成物。