JPS63295622A - 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半導体封止
樹脂の可撓性付与剤として、末端をアルキル基で封止し
たブタジエン−アクリロニトリル共重合体を用いたエポ
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顧性
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、素子に対するパフシベーシッ
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４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
微少間隔を隔て＼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Ｓｔ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（ＳｉＯ□）や窒化
硅素（５ｉＪｎ）からなるパッシベーション膜（不動Ｌ
ｉｄ）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か、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−”
／にであるのに対しエポキシ樹脂の熱膨張係数は１．８
ｘ　ＩＱ−’／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℃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
ラン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、封止樹脂に発生する応力（σ）は、σ吻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の式で近似さ
せることができる。

こ＼で、Ｔｇ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＼、
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が
低下し、耐湿性、耐熱性２機械特性および高温における
電気的特性が低下すると云う問題がある。

こ＼で、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、シリコーンは透湿性が大きいので耐湿性が低下し
、また多量に添加すると成形体が捺印用インクをはじき
易くなり捺印不良を生じ易い。

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

これらのことから応力の低減は充分には行われていない
。

〔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、硬化促進剤および無機
質充填材を必須成分として構成され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、可撓性付与剤として末端
をアルキル基で封止したブタジエン−アクリロニトリル
共重合体を１〜２５重量部加えて構成する半導体封止用
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を減らし、
これにより応力を低減するものである。

すなわち、本発明においては、第１図の（１）で表わさ
れ、末端にカルボキシル基を有するブタジエン−アクリ
ロニトリル共重合体と、同図の（２）で表されるメタノ
ール、エタノール、プロピルアルコール、イソプロピル
アルコール、フチルアルコール、イソブチルアルコール
、ペンチルアルコール、ヘキシルアルコール、２−エチ
ルヘキシルアルコールなどのアルキルアルコールと反応
させてなり、同図の（３）式で表されアルコールで末端
をエステル化したブタジヱンーアクリロニトリル共重合
体を可撓性付与剤として用いるものである。

こ−で、可撓性付与剤としてカルボシル基を末端にもつ
ブタジエン−アクリロニトリル共重合体を用いる場合と
の違いは後者の場合、末端のカルボシル基が基材樹脂の
エポキシ樹脂や硬化剤と成形前に常温で徐々に反応して
ゲル化するために保存安定性が悪いのに対し、アルコー
ルで末端をエステル化した前者は反応性が抑えられるた
めに保存安定性が優れており、またシリコーンなどと異
なり捺印用インクをはじくこともない。

本発明においては、この可撓性付与剤を基材のエポキシ
樹脂１００重量部（以下略して部）に対して１〜３′Ｏ
部添加するものである。

この理由は添加量が１部未満の場合は添加効果が現れず
、また３０部を越すと機械的特性が低下するだけでなく
、エポキシ樹脂との相溶性が悪くなるからで、好ましい
添加量は５〜２０部である。

次に、エポキシ樹脂組成物においては硬化剤。

硬化促進剤、無機質充填材などの添加が必須であるが、
これについて説明すると次のようになる。

先ず、　硬化剤として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ックなどのノ
ボラック型フェノール樹脂やビスフェノールＡなどがあ
るが、耐湿性の面からノボラック型フェノール樹脂が良
く、耐湿性２機械的特性、耐熱性などの面からエポキシ
樹脂１００部に対し２５〜７５部の添加がよい。

次に、硬化促進剤としてはホスフィン化合物。

第３級アミン、第４級アンモニウム塩、イミダゾール化
合物、テトラフェニルボーレート塩などが挙げられるが
、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などのホスフィン系硬化促進剤を用
いた場合が最も耐湿性に優れており、特に耐湿性と作業
性の点からトリフェニルホスフィンが適し、その添加量
は０．５〜５部がよい。

この理由は０．５部以下の添加では硬化を促進させる作
用が弱くて硬化時間が長（なり、一方、５部を超えると
硬化時間が短くなり過ぎて作業性が低下することによる
。

次に、無機質充填剤としてはシリカ、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目
的にはシリカ粉末がよ（、添加量は組成物全体の５０〜
８５重量％がよい。

この理由は添加量が５０重量％より少ないと熱伝導性や
機械的特性が低下するばかりか、パリを生じて作業性が
低下し、一方、添加量が８５重景％を超えると樹脂の流
れ性が低下してポンディグワイヤの変形や断線が起こり
易くなるがらである。

次に、半導体素子の耐湿性を向上させるために加えるカ
ンプリング剤としては３−グリシドキシプロピルトリメ
トキシシランなどのシラン系カップリング剤或いはテト
ラオクチルビスチタネートなどのチタン系カップリング
剤があるが使用量としては０．１−１５部がよい。

また、離型剤としてはカルナバワックス、ステアリン酸
およびその金属塩、モンタンワックスなどが用いられる
。

また、難燃剤として臭素化エポキシ樹脂や二酸化アンチ
モンなどが、また顔料としてカーボンブラックなどが用
いられる。

〔実施例〕

実施例として、次の構成剤からなる封止樹脂組成物につ
いて試験片を作り、これについて曲げ弾性率、熱膨張係
数、ガラス転移温度、吸水率、パイプ応力などを測定し
た。

こ＼では可撓性付与剤の効果をｖａ認するのが目的であ
り、 本発明に係る可撓性付与剤としてはブタジエン−アクリ
ロニトリル共重合体の末端カルボキシル基ヲ２−エチル
ヘキシルアルコールでエステル化したものを添加剤Ａと
し、比較として第１図の（１）に構造式を示すブタジエ
ン−アクリロニトリル共重合体をＢとし、また従来使用
されているシリコーンを添加剤Ｃとし、実施例との組み
合わせを次表のようにした。

ここで、数字は基材樹脂１００部に対する添加量（部）
である。

表 次に、上記の可撓性付与剤を除くエポキシ樹脂組成物の
構成剤と添加量の関係は次のようである。

エポキシ樹脂（基材）　： タレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２
００．軟化点７２℃）　　　　　　・・・　１００部硬
化剤： フェノールノボラック樹脂（水酸基当量１０３．軟化点
９３℃）　　　　　　　　　　　・・・　５５部硬化促
進剤：　トリフェニルホスフィン・・・１．５部離型剤
：　エステルワックス　　　　・・・　１．５部難燃剤
：　臭素化エポキシ樹脂　　　・・・　１０部難燃助剤
二三酸化アンチモン　　　　・・・　　５部顔料　：　
カーボンブラック　　　　・・・　１．５部カップリン
グ剤：γ−グリシドキシプロビルトリメトキシシラン　
　　　　・・・　４．５部充填材：　シリカ　　　　　
　　　・・・７２重量％可撓性付与剤の種類と添加量の
みを変えた５種類の組成物は何れも加圧双腕リーグで混
練した後、篩により８メツシユ以下の粉末とし、これを
２ｔｏｎ／ｃｍ”の圧力を加えて径３５鰭のタブレット
とし、これを１７５℃、６０　Ｋｇ／　ｃｍ”、２．５
分の条件でトランスファ成形した後に１７５℃、８時間
の条件でアフタキエアした。

次に、成形した試験片についての特性評価試験の項目と
試験法は次のようである。

曲げ弾性率　　：　ＪＩＳ　Ｋ　６９１１による。

熱膨張係数　　：熱機械試験機法（ＴＭＡ）による。

ガラス転移温度：　　　　同上 吸水率　　　　：プレッシャ・クツ力・テスト（１２１
℃、２気圧、相対湿度１００ ％、１６８時間）による試験片の重 量増加。

パイプ応力　　：収縮応力測定法（特願昭６Ｏ−２５０
２５８）による。

第２図はこの評価結果であって、実施例は比較例に比較
して応力は顕著に減少しており、また保存安定性も優れ
ていることが判る。

このように実施例は比較例に較べ、他の特性を損なうこ
となく低応力化が実現できることを示している。

〔発明の効果〕

本発明によれば、可撓性付与剤として末端をアルキル基
で封止したブタジエン−アクリロニトリル共重合体を使
用することにより耐湿性や機械的性質を添加することな
く応力の低減と保存安定性の向上を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明において使用するブタジエン−アクリロ
ニトリル共重合体の構造式、 第２図は特性評価結果、 を示すものである。 を 代理人　弁理士　井桁　貞−：′： 但し　　１４７４ｚ。 ｚ＝５〜２θ 木島明（ｊいてイ大用する７゛９ジ１ン一７７゛川ニト
リル跳！合イ本め楕龜１氏循　１　図

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、硬化促進剤および無機質充填材を必
   須成分として構成されるエポキシ樹脂組成物において、 可撓性付与剤として末端をアルキル基で封止したブタジ
   エン−アクリロニトリル共重合体を基材樹脂１００重量
   部に対し、１〜２５重量部含んで構成されることを特徴
   とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。