JPS63286420A - 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するエポキシ樹
脂組成物において、必須成分である可撓性付与剤がブタ
ジェン系可撓性付与剤と環式脂肪族エポキシ樹脂との混
合物からなると共に、添加する無機質充填材の内の１〜
３０重量％が粒径１μ−以下の細粒からなる封止用樹脂
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に係り、特に
耐湿性を低下することなく応力低減を実現したエポキシ
樹脂組成物に関する。

ＩＣ，ＬＳＩなどの半導体素子を初めとし、コンデンサ
、インダクタンスなどの回路部品の外装として高信顛性
が必要な用途に対しては当初ハーメチックシールパッケ
ージが使用されていたが、素子に対するパッシベーショ
ン技術の向上と封止樹脂の改良とによって殆どの分野に
亙って安価で且つ量産性に優れている樹脂封止パッケー
ジが使用されるようになった。

さて、樹脂封止を行う回路部品のうち半導体部品はシリ
コン（Ｓｉ）などの半導体基板上にパターン形成されて
いる配線パターンの最少線幅が１μｍ程度と狭く、且つ
微少２間隔を隔て一複雑にパターン形成が行われており
、また半導体素子の電気的特性が湿気や不純物イオンに
より敏感に影響するので樹脂封止は最も問題が大きい。

本発明は応力や湿度の影響が著しい半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物の改良に関するものである。

〔従来の技術〕

ＩＣ，ＬＳＩなどの半導体素子はこれを構成する単位素
子の小形化とパターンの微細化によって集積化が進みＶ
ＬＳ　Ｉが実用化されている。

こ−で、大部分の集積回路はＳｉ基板上に形成されてお
り、この上に形成される二酸化硅素（Ｓｉ（ｈ）や窒化
硅素（５ｉＪｎ）からなるバッシベーシッン膜（不動態
膜）を介して直接に封止樹脂が接しているので次のよう
な問題が発生している。

■　応力によるＩＣ回路の破壊と劣化。

■　浸透する湿度や不純物イオンによる半導体素子の劣
化。

■　使用中に半導体素子が発生する熱による封止樹脂の
劣化。

こ−でエポキシ樹脂は耐熱性や耐湿性に優れていること
がら封止用樹脂として用いられているが、最も必要なこ
とは樹脂自体を低応力化してＩＣ回路の破壊や劣化を防
ぐことである。

すなわち、Ｓｉ基板の熱膨張係数が２．８　Ｘｌ０−６
／にであるのに対しエポキシ樹脂の熱膨張係数は１．８
Ｘ　１０−　’／にと異なっており、ＩＣ集積回路は使
用中に発生するジュール熱により数１０°Ｃの発熱があ
る。

そのため、使用に当たっては室温との温度サイクルが繰
り返されるため導体配線の変形や切断が起こって故障し
、またパッシベーションクラックを生じて耐湿性を低下
させると云う問題がある。

また、熱膨張係数の違いにより樹脂パッケージ自体にク
ラックを生ずることもある。

これらのことから半導体素子に加わる応力を低減するこ
とが必要である。

さて、半導体素子が封止樹脂から受ける応力（σ）は、 σ＃Ｋ・α・Ｅ−Ｔｇ　　　　　　・・・　（１）但し
、 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で近似される
。

こ−で、’ｒｇを下げると応力は減るもの〜、架橋密度
が減少するために耐湿性、耐熱性や機械的性質の低下を
来たして好ましくない。

そこで、αとＥの改良により低応力化する次のような方
法が行われてきた。

熱膨張係数減少方法： 無機質充填材を添加すると樹脂の熱膨張係数を下げるこ
とができる。

然し、多量に添加すると熱膨張係数は低下するもの一１
弾性率も増大するので応力σは殆ど変化しない。

また、添加量が多すぎると樹脂の溶融温度が上昇し、ボ
ンディングワイヤの変形、断線を生じ易く、また成形に
当たって樹脂が金型の隅々まで届かず、未充填部を生じ
易いなど成形性が著しく低下すると云う問題を生ずる。

弾性率減少方法： 可撓性付与剤を添加すると弾性率を低減することができ
る。

然し、可撓性付与剤の種類によってはガラス転移温度の
低下を来たし易く、ガラス転移温度を低下させずに弾性
率を低下できる可撓性付与剤としてシリコーン系とブタ
ジェン系が知られている。

然し、シリコーン系を多量に添加すると成形体が捺印用
インクをはじき易（なる。

また、ブタジェン系を多量に添加すると可撓性付与剤で
成形体から滲みだしを生じ（ブリードアウト）金型を汚
すと云う問題がある。

これらのことから充分に応力を減らすことは困難であっ
た。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上記したように低応力化する方法として熱膨張係数α
を減少する方法と弾性率Ｅを減少する方法とがあり、前
者は無機質充填材の添加により、また後者は可撓性付与
剤の添加により成る程度まで応力σを低減することがで
きるが、充分な値にまで低減できないことが問題である
。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題はノボラック型エポキシ樹脂を基材樹脂とし
、これに可撓性付与剤、硬化剤、硬化促進剤、カップリ
ング剤および無機質充填材を必須成分として構成するエ
ポキシ樹脂組成物において、基材樹脂１００重量部に対
し、可撓性付与剤がブタジェン系可撓性付与剤１〜２５
重量部と環式脂肪族エポキシ樹脂１〜２５重量部との混
合物からなると共に、全組成物の５０〜８５重量％を占
める無機質充填材の内の１〜３０重量％が粒径１ｕ１１
以下の細粒からなる半導体封止用エポキシ樹脂組成物の
使用により解決することができる。

〔作用〕

本発明は可撓性付与剤の改良により弾性率Ｅを低減し、
また無機質充填材の構成を工夫することにより添加量を
増し、これにより熱膨張係数を減らすことにより応力σ
を減少するものであり、また同時に作業性を向上するも
のである。

すなわち、弾性率Ｅの低減法として本発明においては可
撓性付与剤として従来使用されているブタジェン系可撓
性付与剤に環式エポキシ樹脂とを併用する。

ブタジェン系可撓性付与剤は可撓性付与機能が高いので
少量の添加でも応力が低減し、また離型性も向上すると
云う利点があるが、エポキシ樹脂との相溶性が悪いので
エポキシ樹脂１００部に対して２５部以上加えると滲み
だし、金型汚染が著しくなると云う問題がある。

また、環式脂肪族エポキシ樹脂は可撓性に優れているが
液状のため作業性の点から単独では使用することはでき
ない。

そこで、発明者等は研究の結果、両者を併用することに
より上記の問題を解決するもので、ブタジェン系可撓性
付与剤については滲みだしくブリードアウト）しない程
度の量、すなわちエポキシ樹脂１００部に対し２５部以
下を添加し、一方環式脂肪族エボキシ樹脂については作
業性を低下させない程度の量、すなわちエポキシ１００
部に対して２５部以下を添加することにより可撓性付与
剤がブリードアウトすると云う問題を起こすことなく応
力を効果的に低減するものである。

こ−で、ブタジェン系可撓性付与剤の種類は特に限定さ
れないが、イオン性不純物の少ないものであることが必
要である。

次に、無機質充填材の添加量は組成物全体の５０〜８５
重置％の範囲内にあることが必要で、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、パリの流出があり、作業性
が著しく低下する。

一方、８５重量％以上に添加すると成形の際の流れ性が
低下することからボンディングワイヤの変形や断線を生
じ易いからである。

ニーで、本発明は無機質充填材の１〜３０重量％を粒径
が１μ鋼以下のものを使用するもので、これにより、成
形に際して流動性を増し、またパリの発生を抑えるもの
であり、１μ−以下のもの一含量が１重量％以下である
とパリの発生が著しくなり、また３０重量％を増すと組
成物が溶融したときの流動性が著しく悪くなる。

本発明は基材としてノボラック型エポキシ樹脂特に耐湿
性、耐熱性および機械的強度の点からタレゾールノボラ
ック型のものを使用し、これに上記の可撓性付与剤、無
機質充填材以外に従来と同様に硬化剤、硬化促進剤、カ
ップリング剤、離型剤、難燃剤、顔料などを加えて組成
物を形成するものである。

〔実施例〕

実施例として無機質充填材として粒径１μ−以下の含量
が１０重量％のシリカ（龍森■製２番号ＶＬ−００２）
を使用し、また環式脂肪族エポキシ樹脂とブタジェン系
可撓性付与剤との組み合わせを変えて封止用樹脂組成物
をつくり、ニーダで充分に混練した後、篩により８メツ
シユ以下の粉末とし、これを２　ｔｏｎ／ｃｓ”の圧力
を加えて径３５ｍｍ＋のタブレットとし、これを１７５
°Ｃ＋６０Ｋｇ／ｃｍ”、　２分の条件でトランスファ
成形した後に１７５°Ｃ，８時間のアーフタキュアを行
い、得られた試験片について、次のような特性評価試験
を行った。

曲げ弾性率　：　ＪＩＳ　Ｋ　６９１１　　による。

吸水率　　　：プレッシャ・クツ力・テスト（１２１°
Ｃ９２気圧、相対湿度１００％、１６８時間）による試
験片の重量増加。

収縮応力　　：収縮応力測定法（特願昭６Ｏ−２５０２
５８）による。

捺印性　　　：目視による。

表面汚れ　　：目視による。

ここで使用した環式脂肪族エポキシ樹脂、ブタジェン系
可撓性付与剤と比較のために用いたシリコーン系可撓性
付与剤の名称と仮称は次のようである。

環式脂肪族エポキシ樹脂： １、エポキシエチル、３．４．エポキシシクロヘキサン
（添加剤Ａと仮称） ３．４．エポキシ６メチルシクロへキシルカルホキシー
ト（添加剤Ｂと仮称） ブタジェン系可撓性付与剤： ブタジェン−アクリロニトリル共重合体（添加剤Ｃと仮
称）平均分子量３５００　（宇部興産■　品名Ｈｙｃａ
ｒ　ＣＴＢＮ−１００８ＵＳＰ） シリコーン系可撓性付与剤： シリコーン（添加剤りと仮称）（東し　シリコーン■　
品名５Ｈ６０１８） 次に、実験に使用した基材樹脂と構成剤の品名と添加量
は５実施例とも共通で次のようである。

エポキシ樹脂：クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（
エポキシ当量２００．軟化点７２°Ｃ５日本化薬歌■Ｅ
ＯＣＮ−１０２５）　　・・・・・・１００部硬化剤：
フェノールノボラック（水酸基当１１０３、軟化点９３
°Ｃ）　　　　　　・・・・・・６０部硬化促進剤ニト
リフェニールホスフィン（ケイ・アイ化成■ＰＰ−３６
０）　　　・・・・・・２部充填材ニジリカ（龍森■ｖ
ｔ、−００２）・・・７２重量％カップリング剤：３−
グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（チッソ■Ｓ
−５１０）・・・・・・４．５部 離型剤、エステルワックス（ヘキストジャパン■　ヘキ
ストワックスＥ）・・・１．５部難燃剤：臭素化エポキ
シ樹脂　・・・・・・１０部難燃助剤：三酸化アンチモ
ン　・・パ・−・５部顔料　：カーボンブラック　　・
・・・・・１．５部充填剤ニジリカ（龍森■ＶＬ−００
２）・・・７２重量％次に、可撓性付与剤の組み合わせ
と添加量（部）は次のようにした。

第１表 添付の図はこの結果を示すものである。

注　充填材以外の数値の単位は総て重量部この結果から
、本発明を実施した実施例１と２は曲げ弾性率と収縮応
力が比較例に較べて優れており、また作業性が良い。

一方、可撓性付与剤として環式脂肪族エポキシ樹脂のみ
を用いたものは作業性が悪く、またシリコーン樹脂を用
いたものは捺印性が劣っている。

以上のように実施例は比較例に較べて他の特性を損なう
ことなく低応力化を実現できることが判る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、可撓性付与剤としてブタジェン系可撓
性付与剤に環式脂肪族エポキシ樹脂を併用することによ
り耐湿性を低下することなく応力を低減することが可能
となる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ノボラック型エポキシ樹脂を基材樹脂とし、これに可撓
   性付与剤、硬化剤、硬化促進剤、カップリング剤および
   無機質充填材を必須成分として構成するエポキシ樹脂組
   成物において、 基材樹脂１００重量部に対し、可撓性付与剤がブタジエ
   ン系可撓性付与剤１〜２５重量部と環式脂肪族エポキシ
   樹脂１〜２５重量部との混合物からなると共に、全組成
   物の５０〜８５重量％を占める無機質充填材の内の１〜
   ３０重量％が粒径１μｍ以下の細粒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。