JPS63275624A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び樹脂封止型半導体装置 - Google Patents
半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び樹脂封止型半導体装置Info
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- JPS63275624A JPS63275624A JP11057687A JP11057687A JPS63275624A JP S63275624 A JPS63275624 A JP S63275624A JP 11057687 A JP11057687 A JP 11057687A JP 11057687 A JP11057687 A JP 11057687A JP S63275624 A JPS63275624 A JP S63275624A
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Landscapes
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、弾性率、線膨張係数が小さく、発生する熱応
力の低い半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関する。
力の低い半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関する。
半導体封止用エポキシ樹脂組成物の熱応力を低くするに
は、線膨張係数の小さい充填材を添加し パて線膨張係
数を小さくする方法と、特開昭６１−４７２１号公報に
記載のように、ゴム成分を添加することによって弾性率
を小さくする方法が知られている。しかし、線膨張係数
を小さくするために充填材の添加量を増していくと、弾
性率が高くなるという欠点があり、充填材の添加量にも
限界があった。また、後者のように、ゴム成分を添加す
ることによって弾性率を小さくすることはできるが。
は、線膨張係数の小さい充填材を添加し パて線膨張係
数を小さくする方法と、特開昭６１−４７２１号公報に
記載のように、ゴム成分を添加することによって弾性率
を小さくする方法が知られている。しかし、線膨張係数
を小さくするために充填材の添加量を増していくと、弾
性率が高くなるという欠点があり、充填材の添加量にも
限界があった。また、後者のように、ゴム成分を添加す
ることによって弾性率を小さくすることはできるが。
同時に線膨張係数も小さくするという手法はなく、熱応
力を低くすることは、まだ不十分であった。
力を低くすることは、まだ不十分であった。
エポキシ樹脂組成物は、一般に、誘電特性、体積抵抗率
等の電気特性、曲げ強度、衝撃強度等の機械特性に優れ
ているため、現在半導体封止用として広く使用されてい
る。しがし、エポキシ樹脂は、一般に、堅い樹脂である
ため、半導体素子を封止に使用した場合、素子に大きな
機械的ストレスを与える。このため、素子が正常に機能
しなかったり、素子の一部が破壊されたり、素子表面に
形成されているパッシベーション膜にクラックが生じた
り、あるいは、素子上の配線の切断、ずれ等が生じたり
、封止樹脂に割れが発生し、信頼性を低下させる原因と
なっている。このような機械的ストレスが生じる原因の
一つに、半導体素子と封止材料の線膨張係数や成形後の
収縮率の違いが揚げられる。半導体素子は、線膨張係数
や収縮率が非常に小さいが樹脂のそれは大きな値を示す
。
等の電気特性、曲げ強度、衝撃強度等の機械特性に優れ
ているため、現在半導体封止用として広く使用されてい
る。しがし、エポキシ樹脂は、一般に、堅い樹脂である
ため、半導体素子を封止に使用した場合、素子に大きな
機械的ストレスを与える。このため、素子が正常に機能
しなかったり、素子の一部が破壊されたり、素子表面に
形成されているパッシベーション膜にクラックが生じた
り、あるいは、素子上の配線の切断、ずれ等が生じたり
、封止樹脂に割れが発生し、信頼性を低下させる原因と
なっている。このような機械的ストレスが生じる原因の
一つに、半導体素子と封止材料の線膨張係数や成形後の
収縮率の違いが揚げられる。半導体素子は、線膨張係数
や収縮率が非常に小さいが樹脂のそれは大きな値を示す
。
両者のこの大きな違いが、封止、アフタキュア、あるい
は、その後の様々な熱履歴を経ることにより、半導体素
子、および、その他の構成材料に大きな熱応力を与える
原因となってぃ°る。さらに、半導体素子は、集積度の
向上に伴い素子の大型化、配線の微細化、多層化が進ん
でいる。また、パッケージは、今後さらに小型・薄型化
の傾向にあり、封止樹脂層は益々薄肉化が進んでおり、
熱応力を低下させることが強く望まれている。
は、その後の様々な熱履歴を経ることにより、半導体素
子、および、その他の構成材料に大きな熱応力を与える
原因となってぃ°る。さらに、半導体素子は、集積度の
向上に伴い素子の大型化、配線の微細化、多層化が進ん
でいる。また、パッケージは、今後さらに小型・薄型化
の傾向にあり、封止樹脂層は益々薄肉化が進んでおり、
熱応力を低下させることが強く望まれている。
樹脂によって封止された半導体素子に加わる熱応力は、
下式によって求められる。
下式によって求められる。
ただし、σ ：素子に加わる応力
ｋ ：定数
αｒ ：封止材料の線膨張係数
αＳ 二半導体素子の線膨張係数
Ｔｓ ：封止材料のガラス転移温度
ＴＲＴ：室温
Ｅｒ ：封止材料の弾性率
従って、熱応力を低下させるには、（ｉ）封止材料のガ
ラス転移温度Ｔｇを下げる、（ｉｔ）封止材料の線膨張
係数α、を小さくする、（ｉｉｉ）封止材料の弾性率Ｅ
ｒを小さくすることが考えられる。
ラス転移温度Ｔｇを下げる、（ｉｔ）封止材料の線膨張
係数α、を小さくする、（ｉｉｉ）封止材料の弾性率Ｅ
ｒを小さくすることが考えられる。
しかし、（ｉ）封止材料のガラス転移温度を下げると、
耐熱性、耐湿性が低下し、半導体の信頼性を損うため半
導体素子封止用材料には適していない、また、（…）の
場合、線膨張係数の小さい無機質充填材を添加する方法
が良く知られているが、更に、線膨張係数を小さくしよ
うとして、充填材を多量に添加すると、半導体素子表面
を損傷させたり、封止材料の粘度上昇が起こり作業性を
低下させたり、弾性率が上昇するいう問題が生じ、充填
材の添加量にも限界がある。さらに、（ｉｉｉ）の方法
としては、末端にカルボキシル基をもつブタジェン−ア
クリロニトリル共重合物などの可撓性付与剤を添加して
、弾性率を低下させる方法等が知られている。今後、半
導体素子の集積度の向上に伴い、さらに熱応力を小さく
するには、弾性率の低°下だけでは不十分である。そこ
で、耐熱性などを低下させずに熱応力を小さくするには
、封止材料のガラス転移温度を下げずに、弾性率と線膨
張係数の両方を小さくする必要がある。
耐熱性、耐湿性が低下し、半導体の信頼性を損うため半
導体素子封止用材料には適していない、また、（…）の
場合、線膨張係数の小さい無機質充填材を添加する方法
が良く知られているが、更に、線膨張係数を小さくしよ
うとして、充填材を多量に添加すると、半導体素子表面
を損傷させたり、封止材料の粘度上昇が起こり作業性を
低下させたり、弾性率が上昇するいう問題が生じ、充填
材の添加量にも限界がある。さらに、（ｉｉｉ）の方法
としては、末端にカルボキシル基をもつブタジェン−ア
クリロニトリル共重合物などの可撓性付与剤を添加して
、弾性率を低下させる方法等が知られている。今後、半
導体素子の集積度の向上に伴い、さらに熱応力を小さく
するには、弾性率の低°下だけでは不十分である。そこ
で、耐熱性などを低下させずに熱応力を小さくするには
、封止材料のガラス転移温度を下げずに、弾性率と線膨
張係数の両方を小さくする必要がある。
本発明の目的は、半導体封止用として有用なエポキシ樹
脂組成物で、ガラス転移温度は従来のエポキシ樹脂硬化
物と同等であり、弾性率と線膨張係数の両方を、同時に
小さくすることによって、従来のエポキシ樹脂硬化物よ
りも熱応力の小さい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。
脂組成物で、ガラス転移温度は従来のエポキシ樹脂硬化
物と同等であり、弾性率と線膨張係数の両方を、同時に
小さくすることによって、従来のエポキシ樹脂硬化物よ
りも熱応力の小さい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。
上記目的は、樹脂そのものの線膨張係数と弾性率の両方
を、同時に低下することが出来れば達成可能であると思
われる。そこで、本発明者らは、半導体封止用エポキシ
樹脂に各種変性剤を添加した場合における、変性剤の化
学構造や添加量と硬化物のの諸特性との関係について検
討を行った。
を、同時に低下することが出来れば達成可能であると思
われる。そこで、本発明者らは、半導体封止用エポキシ
樹脂に各種変性剤を添加した場合における、変性剤の化
学構造や添加量と硬化物のの諸特性との関係について検
討を行った。
その結果、エポキシ樹脂に各種官能基を持つシリコーン
重合体を添加することによって、硬化物の線膨張係数や
弾性率は大きく変化し、特に官能基の当量が２０００以
上のシリコーン重合体を変性剤として添加することによ
って、硬化物の線膨張係数と弾性率の両方を同時に小さ
くすることができることを見出した。
重合体を添加することによって、硬化物の線膨張係数や
弾性率は大きく変化し、特に官能基の当量が２０００以
上のシリコーン重合体を変性剤として添加することによ
って、硬化物の線膨張係数と弾性率の両方を同時に小さ
くすることができることを見出した。
本発明に用いる官能基をもつシリコーン重合体は、官能
基としてアミノ基、カルボキシル基、エポキシ基、水素
基などをもつポリジメチルシロキサンを使用することが
できる。そのながでもアミノ基をもつポリジメチルシロ
キサンは線膨張係数および弾性率の低下が大きく、熱応
力を大きく低減させる効果がある。
基としてアミノ基、カルボキシル基、エポキシ基、水素
基などをもつポリジメチルシロキサンを使用することが
できる。そのながでもアミノ基をもつポリジメチルシロ
キサンは線膨張係数および弾性率の低下が大きく、熱応
力を大きく低減させる効果がある。
さらに、官能基の当量は、２０００以上が好ましく、当
量が２０００より小さいシリコーン重合体を添加した場
合には、硬化物の弾性率は小さくなるが、線膨張係数は
シリコーン重合体を添加しないものに比べて大きな値と
なり、大きく熱応力を低下させることができない。
量が２０００より小さいシリコーン重合体を添加した場
合には、硬化物の弾性率は小さくなるが、線膨張係数は
シリコーン重合体を添加しないものに比べて大きな値と
なり、大きく熱応力を低下させることができない。
これらシリコーン重合体は、エポキシ樹脂１００重量部
に対し、２〜６０重量部添加することができるが、特に
、耐熱性、耐湿性、機械的性質が良好な範囲は、５〜５
０重量部添加するのが好ましい。
に対し、２〜６０重量部添加することができるが、特に
、耐熱性、耐湿性、機械的性質が良好な範囲は、５〜５
０重量部添加するのが好ましい。
本発明におけるエポキシ樹脂とは、現在半導体封止用成
形材料として一般に用いられているクレゾールノボラッ
ク型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹
脂、ビスフェノールＡ型エポキシ４６を脂等に、硬化剤
としてフェノールノボラックやクレゾールノボラック等
のノボラック樹脂、無水ピロメリット酸や無水ベンゾフ
ェノン等の酸無水物等を用い、さらに、硬化促進剤、充
填材、カップリング剤１着色剤、難燃化剤、離型剤等を
配合した組成物である。このエポキシ樹脂組成物は、従
来の半導体封止用成形材料と全く同様な方法で作製する
ことができ、さらに、半導体の封止作業も全く同様に行
なうことができる。すなわち、各素材は７０〜１００℃
に加熱した二軸ロールや押出機で混練し、トランスファ
プレスで金型温度１６０〜１９０℃、成ｍ圧力３０〜１
００ｋｇ、ｃｓ＋−”、硬化時間１〜３ｍｉ ｎで成形
することができる。
形材料として一般に用いられているクレゾールノボラッ
ク型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹
脂、ビスフェノールＡ型エポキシ４６を脂等に、硬化剤
としてフェノールノボラックやクレゾールノボラック等
のノボラック樹脂、無水ピロメリット酸や無水ベンゾフ
ェノン等の酸無水物等を用い、さらに、硬化促進剤、充
填材、カップリング剤１着色剤、難燃化剤、離型剤等を
配合した組成物である。このエポキシ樹脂組成物は、従
来の半導体封止用成形材料と全く同様な方法で作製する
ことができ、さらに、半導体の封止作業も全く同様に行
なうことができる。すなわち、各素材は７０〜１００℃
に加熱した二軸ロールや押出機で混練し、トランスファ
プレスで金型温度１６０〜１９０℃、成ｍ圧力３０〜１
００ｋｇ、ｃｓ＋−”、硬化時間１〜３ｍｉ ｎで成形
することができる。
エポキシ樹脂に変性剤として、官能基の当量が２０００
以上のシリコーン重合体を添加することによって、硬化
物の線膨張゛係数と弾性率の両方を同時に小さくするこ
とができる。ここで、官能基を持つシリコーン重合体は
、マトリックスの樹脂と相互作用を及ぼし合って樹脂の
硬化状態を変えることによって線膨張係数を小さくする
と同時に、マトリックス樹脂中で柔がいゴム状弾性体と
して存在するため、硬化物の弾性率を小さくしている。
以上のシリコーン重合体を添加することによって、硬化
物の線膨張゛係数と弾性率の両方を同時に小さくするこ
とができる。ここで、官能基を持つシリコーン重合体は
、マトリックスの樹脂と相互作用を及ぼし合って樹脂の
硬化状態を変えることによって線膨張係数を小さくする
と同時に、マトリックス樹脂中で柔がいゴム状弾性体と
して存在するため、硬化物の弾性率を小さくしている。
それによって、封止、アフタキュア、あるいは、その後
の様々な熱履歴を経ることによって生じる熱応力を低減
させ、耐温度サイクル性、耐熱性、耐湿性等の信頼性を
向上させることができる。
の様々な熱履歴を経ることによって生じる熱応力を低減
させ、耐温度サイクル性、耐熱性、耐湿性等の信頼性を
向上させることができる。
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
〔実施例１〜４及び比較例１〜５〕
変性剤として第１表に示す各種シリコーン重合体を用い
、第２表に示す組成のエポキシ樹脂組成物を、約８０℃
に加熱した二軸ロールで約１ｏ分間混棟した。
、第２表に示す組成のエポキシ樹脂組成物を、約８０℃
に加熱した二軸ロールで約１ｏ分間混棟した。
第 １ 表
得られた組成物を用いてトランスファ成形し、１８０℃
／ ６ ｈ ｒのアフタキュアを行った後、線膨張係数
、曲げ弾性率、ガラス転移温度を測定した。その結果、
得られた硬化物の曲げ弾性率は、第１図に示すように変
性剤を添加することによって、添加しない系よりも小さ
くなり、いずれも変性剤を添加することにより低弾性率
化の効果がある。さらに、第２図に示すように、添加す
る変性剤の官能基当量が２０００以上になると、線膨張
係数は、変性剤を添加しない系に比べて小さくなり低線
膨張率化の効果がある。また、第３図よりこれらの変性
剤を添加しても、硬化物のガラス転移温度は、はとんど
変化しないことがわかる。
／ ６ ｈ ｒのアフタキュアを行った後、線膨張係数
、曲げ弾性率、ガラス転移温度を測定した。その結果、
得られた硬化物の曲げ弾性率は、第１図に示すように変
性剤を添加することによって、添加しない系よりも小さ
くなり、いずれも変性剤を添加することにより低弾性率
化の効果がある。さらに、第２図に示すように、添加す
る変性剤の官能基当量が２０００以上になると、線膨張
係数は、変性剤を添加しない系に比べて小さくなり低線
膨張率化の効果がある。また、第３図よりこれらの変性
剤を添加しても、硬化物のガラス転移温度は、はとんど
変化しないことがわかる。
よって、低応力化の効果の大きい変性剤としては、硬化
物の弾性率と線膨張係数の両方を小さくするものが有効
であり、官能基当量２０００以上の変性剤が低応力効果
の大きいことがわかる。
物の弾性率と線膨張係数の両方を小さくするものが有効
であり、官能基当量２０００以上の変性剤が低応力効果
の大きいことがわかる。
さらに、これらの樹脂組成物を用いて、表面にアルミニ
ウムのジグザク配線を有する半導体素子を封止し、−５
５℃／ ３０１１ｉｎ Ｈｌ ５０℃／３０ｍ１ｎの冷
熱サイクル試験における封止層の耐クラツク性、リード
・金線・アルミニウム配線間の接続信頼性（抵抗値が５
０％以上変化した場合を不良と判定）を評価した。耐り
ラク性の試験の結果を第３表に、接続信頼性試験の結果
を第４表に示す。
ウムのジグザク配線を有する半導体素子を封止し、−５
５℃／ ３０１１ｉｎ Ｈｌ ５０℃／３０ｍ１ｎの冷
熱サイクル試験における封止層の耐クラツク性、リード
・金線・アルミニウム配線間の接続信頼性（抵抗値が５
０％以上変化した場合を不良と判定）を評価した。耐り
ラク性の試験の結果を第３表に、接続信頼性試験の結果
を第４表に示す。
第 ３ 表
第 ４ 表
これより、弾性率、線膨張係数の小さい樹脂組成物を用
いて封止した半導体装置は、冷熱サイクル試験のような
熱衝撃と加えた場合の耐クラツク性や、配線の接続信頼
性が極めて良いことがわかる。
いて封止した半導体装置は、冷熱サイクル試験のような
熱衝撃と加えた場合の耐クラツク性や、配線の接続信頼
性が極めて良いことがわかる。
本発明によれば、半導体封止用樹脂組成物の線膨張係数
と、弾性率の両方を小さくすることができるので、半導
体装置の各構成材の線膨張係数の差によって生じる熱応
力を小さくすることができる。
と、弾性率の両方を小さくすることができるので、半導
体装置の各構成材の線膨張係数の差によって生じる熱応
力を小さくすることができる。
第１図は本発明の一実施例の変性剤の曲げ弾性率特性図
、第２図は同じく線膨張係数特性図、第３図は同じくガ
ラス転移温度特性図である。
、第２図は同じく線膨張係数特性図、第３図は同じくガ
ラス転移温度特性図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、エポキシ樹脂に変性剤として２０００以上の官能基
当量を持つシリコーン重合像を配合したことを特徴とす
る半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 ２、前記シリコーン重合体がアミン変性シリコーン重合
体であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 ３、前記シリコーン重合体の添加量がエポキシ樹脂１０
０重量部に対して５〜５０重量部であることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の半導体封止用エポキシ樹
脂組成物。４、変性剤として官能基当量が２０００以上
のシリコーン重合体を配合したエポキシ樹脂で封止され
ていることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11057687A JPS63275624A (ja) | 1987-05-08 | 1987-05-08 | 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び樹脂封止型半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11057687A JPS63275624A (ja) | 1987-05-08 | 1987-05-08 | 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び樹脂封止型半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63275624A true JPS63275624A (ja) | 1988-11-14 |
Family
ID=14539336
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11057687A Pending JPS63275624A (ja) | 1987-05-08 | 1987-05-08 | 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び樹脂封止型半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63275624A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01215820A (ja) * | 1988-02-24 | 1989-08-29 | Hitachi Ltd | 半導体封止用エポキシ樹脂組成物および樹脂封止型半導体装置 |
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-
1987
- 1987-05-08 JP JP11057687A patent/JPS63275624A/ja active Pending
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