JPS6325608B2

JPS6325608B2 -

Info

Publication number: JPS6325608B2
Application number: JP60060949A
Authority: JP
Inventors: Shinetsu Fujeda; Hisashi Hirai; Akira Yoshizumi; Micha Azuma
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-03-27
Filing date: 1985-03-27
Publication date: 1988-05-26
Also published as: JPS61221223A

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、更に詳しくは、すぐれた耐熱衝撃性及
び耐湿性を有する半導体封止用エポキシ樹脂組成
物に関するものである。〔発明の技術的背景とその問題点〕近年、半導体装置の封止に関する分野において
は、半導体素子の高集積化に伴つて、素子上の各
種機能単位の細密化、素子ペレツト自体の大型化
が急速に進んでいる。これらの素子ペレツトの変
化により封止用樹脂も従来の封止用樹脂では耐熱
衝撃性等の要求が満足できなくなつてきた。従
来、半導体装置の封止用樹脂として用いられてい
る、フエノールノボラツ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つてい
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ツトを封止
すると、素子ペレツト表面のアルミニウム（Al）
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、素子ペレツ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、ペレツト割れ
による素子特性の不良や保護膜の割れに起因する
Al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、かつ封入樹脂と素子上の
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Al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。より、具体的
な対策としては、封止樹脂の弾性率の低下、熱膨
張率の低下、ガラス転移点の上昇及び成型収縮率
の低下等が考えられる。例えば、特開昭59−
75922には、スチレン系ブロツク共重合体を使用
することにより樹脂のひずみ応力を低下させる方
法が記載されている。〔発明の目的〕本発明の目的は前記した問題点を解消し優れた
耐熱衝撃性及び耐湿性を有する半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物を提供することである。〔発明の概要〕本発明者らは、上記の目的を達成するために、
鋭意研究の結果、１分子中にエポキシ基を少なく
とも２個有するエポキシ樹脂に硬化剤として、ノ
ボラツク型フエノール樹脂を更にポリスチレン又
は、スチレンとビニル化合物の共重合体及び硬化
促進剤として有機ホスフイン化合物を配合したエ
ポキシ樹脂組成物が耐熱衝撃性及び耐湿性におい
てすぐれており、半導体素子の封止材料として、
良好であることを見出し、本発明を完成するに至
つたのである。すなわち本発明は、下記成分からなることを特
徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関す
るものである。 (A) 一分子中にエポキシ基を少なくとも２個有す
るエポキシ樹脂 100重量部 (B) ノボラツク型フエノール樹脂 40〜65重量部 (C) ポリスチレン又はスチレンとビニル化合物の
共重合体１〜20重量部 (D) 有機ホスフイン化合物 0.01〜20重量部本発明に係るエポキシ樹脂(A)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、ビスフエ
ノールＡのジグリシジルエーテル、ブタジエンジ
エポキシド、３，４−エポキシシクロヘキシルメ
チル−（３，４−エポキシ）シクロヘキサンカル
ボキシレート、ビニルシクロヘキサンジオキシ
ド、４，4′−ジ（１，２−エポキシエチル）ジフ
エニルエーテル、４，4′−（１，２−エポキシエ
チル）ビフエニル、２，２−ビス（３，４−エポ
キシシクロヘキシル）プロパン、レゾルシンのグ
リシジルエーテル、フロログルシンのジグリシジ
ルエーテル、メチルフロログルシンのジグリシジ
ルエーテル、ビス−（２，３−エポキシシクロペ
ンチル）エーテル、２−（３，４−エポキシ）シ
クロヘキサン−５，５−スピロ（３，４−エポキ
シ）−シクロヘキサン−ｍ−ジオキサン、ビス−
（３，４−エポキシ−６−メチルシクロヘキシル）
アジベート、Ｎ，N′−ｍ−フエニレンビス（４，
５−エポキシ−１，２−シクロヘキサン）ジカル
ボキシイミドなどの２官能性のエポキシ化合物、
パラアミノフエノールのトリグリシジルエーテ
ル、ポリアリルグリシジルエーテル、１，３，５
−トリ（１，２−エポキシエチル）ベンゼン、
２，2′，４，4′−テトラグリシドキシベンゾフエ
ノン、フエノールホルムアルデヒドノボラツクの
ポリグリシジルエーテル、グリセリンのトリグリ
シジルエーテル、トリメチロールプロパンのトリ
グリシジルエーテルなど３官能性以上のエポキシ
化合物が用いられる。上記化合物は、用途、目的
に応じて、２種以上併用して使用することも出来
る。この(A)成分の配合割合は、100重量部であつて、
エポキシ樹脂100重量部に対し25重量部までの難
燃性エポキシ樹脂を配合することが好ましい。こ
の場合の樹脂としては、ブロム化エポキシノボラ
ツク型樹脂、ブロム化ビスフエノールＡ型樹脂等
が挙げられる。本発明に係る(B)成分のノボラツク型フエノール
樹脂は、１分子中に少なくとも２個のフエノール
性水酸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、フエノールノボラツク樹
脂、オルソクレゾールノボラツク樹脂及びメタク
レゾールノボラツク樹脂が挙げられ、これらは１
種もしくは２種以上の混合系で使用される。上記ノボラツク型フエノール樹脂の中でも軟化
点60〜120℃を有するものが好ましく、特に好ま
しくは80〜100℃を有するものであり、水酸基当
量100〜150を有するものが好ましく、特に好まし
くは100〜110を有するものである。この(B)成分の配合割合は通常40〜65重量部で、
好ましくは45〜55重量部である。この配合割合が
40重量部未満の場合には樹脂硬化物の強度が弱く
なり好ましくない、一方65重量部を超える場合に
は封止樹脂の耐湿性が低下し好ましくない。本発明に係る(C)成分のスチレンとビニル化合物
の共重合体としては、例えば、スチレンと、α−
メチルスチレン、ビニルトルエン、ジビニルベン
ゼン、ｔ−ブチルスチレン、ブタジエンイソプレ
ン、エチレン、ブチレン及びアクリロニトリルの
１種以上のビニル化合物との共重合体が挙げられ
る。具体例としては、ハイマーＳ（三洋化成社
（製））、フアインパール3000sp又はフアインパー
ル3000F（いずれも住友化学社（製））などがあ
る。 (C)成分は、成型性の点から平均粒径0.2〜30μｍ
のものがよく、好ましくは1.0〜1.2μｍのもので
ある。また(C)成分の配合割合は、１〜20重量部であ
り、好ましくは、３〜15重量部である。１重量部
未満であると、十分な耐熱衝撃性が得られず、20
重量部を超えると、著しい粘度の上昇を招く。本発明に係る(D)成分の有機ホスフイン化合物
は、フエノール樹脂を用いた硬化性エポキシ樹脂
系の硬化促進剤である。このような有機ホスフイ
ン化合物としては、通常、硬化促進剤として使用
されているものであればいかなるものでもよく、
例えば、トリメチルホスフイン、トリエチルホス
フイン、トリブチルホスフイン、トリフエニルホ
スフイン、トリ（ｐ−メチルフエニル）ホスフイ
ン、トリ（ノニルフエニル）ホスフイン、メチル
ジフエニルホスフイン、ジブチルフエニルホスフ
イン、トリシクロヘキシルホスフイン、１，２−
ビス（ジフエニルホスフイン）エタン、ビス（ジ
フエニルホスフイン）メタン等が挙げられ、これ
らから成る群より選ばれた１種もしくは２種以上
のものが使用される。上記した有機ホスフイン化合物の配合量は、エ
ポキシ樹脂100重量部に対して、0.01〜20重量部
であることが好ましく、更に好ましくは0.1〜５
重量部である。配合量が0.01重量部未満である
と、硬化速度が低下し、一方、20重量部を超える
と、耐熱性、耐湿性、電気特性が悪化する。次に本発明の半導体封止用エポキシ樹脂の製造
方法について述べる。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、ニーダーによる溶融混練、
押出機による溶融混練、微粉砕後の特殊混合機に
よる混合及びこれらの各方法の適宜な組合せによ
つて容易に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、イミ
ダゾールもしくはその誘導体、第三級アミン系誘
導体、ホスフイン誘導体、シクロアミジン誘導体
などの硬化促進剤；ジルコン、シリカ、溶融石英
ガラス、アルミナ、水酸化アルミニウム、ガラ
ス、石英ガラス、ケイ酸カルシウム、石コウ、炭
酸カルシウム、マグネサイト、クレー、カオリ
ン、タルク、鉄粉、銅粉、マイカ、アスベスト、
炭化珪素、窒化ホウ素、二酸化モリブデン、鉛化
合物、鉛酸化物、亜鉛華、チタン白、カーボンブ
ラツクなどの充填剤；高級脂肪酸、ワツクス類な
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
ツプリング剤：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い。〔発明の効果〕本発明の半導体装置封止用エポキシ樹脂組成物
は、耐熱衝撃性及び耐湿性が優れており、高集積
度の半導体装置等の用途における実用的価値は、
極めて大きいものである。以下において、実施例及び比較例を掲げ、本発
明を更に詳述する。なお、実施例及び比較例中、
「部」は、すべて「重量部」を示す。〔発明の実施例〕実施例１〜６オルトクレゾールノボラツク型エポキシ樹脂
（軟化点70℃、エポキシ当量：216）100部、ブロ
ム化フエノールノボラツクエポキシ樹脂（臭素含
有量30％、軟化点：87℃、エポキシ当量：285）
14部、フエノールノボラツク樹脂（軟化点90℃、
水酸基当量：104）50部、硬化促進剤トリフエニ
ルホスフイン1.5部、離型剤としてカルナバワツ
クス1.2部、着色剤カーボン粉末1.8部、充填剤と
して溶融シリカ粉405部、難燃助剤として三酸化
アンチモン粉末11部、充填剤と樹脂とのカツプリ
ング剤としてエポキシシラン系カツプリング剤
2.4部を配合し、更に表１の配合表に従つて、ポ
リスチレン及びポリスチレン共重合体を添加配合
した。次いで65〜110℃の二軸ロールで混合し、
冷却後粉砕し、タブレツト化して本発明の半導体
封止用エポキシ樹脂組成物を得た。比較例１〜３実施例の硬化促進剤トリフエニルホスフイン
1.5部に代えて、２−ウンデシルイミダゾール2.0
部を使用した以外は、実施例と同一の組成で更に
表１の配合表の各成分を配合し、実施例と同一の
製造方法により半導体封止用エポキシ樹脂組成物
を得た。実施例１〜６及び比較例１〜３により得られた
組成物を用いて、低圧トランスフアー成形機
（175℃、80Kg／cm²180秒）により表面にPSG層を
有する大型ペレツト評価用試料素子（８mm×８
mm）を封止した。また合わせてパツシベーシヨン
層が無い表面にAl配線層が出た、同一ペレツト
サイズの素子を用いて封止を行なつた。得られた試料素子について耐熱衝撃性及び耐湿
性を評価するために下記の各試験を行つた。耐熱衝撃性試験：試料を−65℃〜150℃の冷熱サ
イクルにかけ、特性不良を測定した。測定後
PSG層を有する素子及び表面Al配線層素子成
形品を発煙硝酸を用いて成形した樹脂を溶かし
去り、それぞれPSG層のクラツクの有無及び
Al配線層のAl移動量を顕微鏡で観察した。耐湿劣化試験：Al配線腐食測定用素子の封止品
を2.5気圧の飽和水蒸気中に各試験時間さらし、
Al腐食による断線不良にて良否を判定した。又、その他樹脂の諸特性として、体積抵抗
率、ガラス転移点及び曲げ弾性率の試験を行つ
た。体積抵抗率：JIS Ｋ−6911に準じて175℃×３分
のトランスフアー成形後アフターキユアー175
℃×８時間処理サンプルを用いて行つた。測定
条件は、DC500V印加、１分値で測定温度150
℃での体積抵抗率の値を示した。ガラス転移点：前記した同様の成形〜処理を行つ
たサンプルを５mm×20mmの角柱を切り出し、熱
膨張測定器を用いて、昇温５℃でガラス転移点
の測定を行つた。曲げ弾性率：JIS Ｋ−6911に準じて、前記した同
様の成形〜処理サンプルを用いて行つた。〔発明の結果〕表２の結果より明らかなとおり実施例の本発明
品は、比較品と比べて明らかに優れていた。例え
ば耐熱衝撃性試験においては、不良品の発生個数
は、非常に少なくPSGクラツクの発生も最低60
サイクルと遅く、さらにAl配線移動もほとんど
なかつた。耐湿性試験においても、不良品発生個数は、非
常に少なかつた。又、体積抵抗率、ガラス転移点及び曲げ弾性率
においても、半導体封止用材料として、良好な値
を示した。

【表】

【表】＊表中、分母は供試試料数を示し、分子は不良
個数を示す。
＊表中、○印はPSGクラツク発生を示す。

Claims

【特許請求の範囲】１ (A) 一分子中にエポキシ基を少なくとも２個
有するエポキシ樹脂 100重量部 (B) ノボラツク型フエノール樹脂 40〜65重量部 (C) ポリスチレン又はスチレンとビニル化合物の
共重合体１〜20重量部及び(D)有機ホスフイン化合物 0.01〜20重量部からなることを特徴とする半導体封止用エポキシ
樹脂組成物。