JPS6337127B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明はエポキシ樹脂組成物、特には半導体素
子などに処理したときのチツプ上での機械的スト
レス、パツシベーシヨンクラツクの発生を抑えて
耐湿特性を改良することのできるエポキシ樹脂組
成物に関するものである。 （従来の技術） 半導体素子を外部環境や機械的衝撃から保護す
るために、この表面をセラミツクスや樹脂などで
封止することはすでによく知られたことであり、
信頼性、価格、生産性の面からエポキシ樹脂が汎
用されている。 しかし、この半導体素子の樹脂封止は近年IC
の集積度の増大に伴つてチツプサイズが大きくな
つてチツプと樹脂間の応力が無視できなくなつて
きており、特に温度サイクルによる応力が大きく
なると樹脂クロツクやチツプクロツクが発生し、
さらにはチツプのパツシベーシヨンクラツクの発
生によつて半導体素子の耐湿性がわるくなるとい
う問題が生じ、これに対処するための抵応力エポ
キシ樹脂組成物も提案されているが、パツシベー
シヨンクラツクの発生、耐湿性は未だ十分に解決
されてはおらず、今後におけるチツプサイズの増
加につれてこの問題はさらにクローズアツプされ
るものと予想されている。 そのため、樹脂封止のチツプ表面を予めポリイ
ミドなどでアンダーコートし、エポキシ樹脂で封
止する方法も提案されているが、これには生産
性、価格面で不利があるほか金線切断が生じ易い
不利があり、この対策が検討されている。 （発明の構成） 本発明はこのような不利を解決した樹脂封止用
のエポキシ樹脂組成物に関するものであり、これ
は(1)エポキシ樹脂組成物100部、(2)90重量％以上
が粒径20μｍ以下のものであり、85重量％以上が
粒径1μｍ以上のものである溶融石英粉末150〜
350重量部、(3)平均粒径が、10μｍ以下で、抽出
水電導度が10μ／cm以下、抽出クロルイオン量
が5ppm以下の三酸化アンチモン１〜50重量部と
からなることを特徴とするものである。 これと説明すると、本発明者らは半導体素子を
樹脂封止したときにチツプ上のパツシベーシヨン
クラツクの発生がなく、したがつて耐湿の改善さ
れるエポキシ樹脂組成物の取得について種々検討
した結果、エポキシ樹性に配合される充填剤とし
て90重量％以上が粒径20μｍ以下で85重量％以上
が粒径1μｍ以下である溶融石英粉末を選択する
と共に、これに平均粒子径が10μｍ以下で抽出水
電導度が10μ／cm、抽出クロルイオン量が
5ppm以下の三酸化アンチモンを添加すると、す
ぐれた電気特性、機械特性、低応力性を示し、こ
れで封止した半導体装置はアルミニム腐食も少な
くなり、耐久性のすぐれたものになるということ
を見出し、この溶融石英粉末、三酸化アンチモン
の種類、添加量などについての研究を進めて本発
明を完成させた。 本発明の組成物を構成する(1)成分としてのフエ
ノール硬化性エポキシ樹脂組成物は、１分子中に
２個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂とフ
エノール系硬化剤とからなる硬化可能なエポキシ
樹脂であつて、このエポキシ樹脂には後述するよ
うなフエノール系硬化剤によつて硬化させること
が可能な限り、分子構造、分子量等に特に制限は
なく従来から知られている種々のものを使用する
ことができ、これには例えばエピクロルヒドリン
とビスフエノールをはじめとする各種ノボラツク
樹脂から合成されるエポキシ樹脂、脂環式エポキ
シ樹脂あるいは塩素や臭素原子等のハロゲン原子
を導入したエポキシ樹脂等をあげることができ
る。 なお、上記した(1)成分の使用にあつて、モノエ
ポキシ化合物を適宜併用することは差し支えな
く、このモノエポキシ化合物としてはスチレンオ
キシド、シクロヘキセンオキシド、プロピレンオ
キシド、メチルグリシジルエーテル、エチルグリ
シジルエーテル、フエニルグリシジルエーテル、
アリルグリシジルエーテル、オクチレンオキシ
ド、ドデセンオキシドなどが例示される。 この(1)成分はその使用にあつては必ずしも１種
のみに限定されるものではなく２種もしくはそれ
以上を混合して使用してもよい。 また、フエノール系硬化剤としては従来公知の
種々のものを使用することができ、これには例え
ばフエノールノボラツク、クノゾールノボラツク
等の１分子中に２個以上の水酸基を有するものを
あげることができる。さらに本発明においては、
上記した硬化剤とエポキシ樹脂との反応を促進さ
せる目的で各種硬化促進剤、例えばイミダゾール
あるいはその誘導体、第三級アミン系誘導体、ホ
スフイン系誘導体、シクロアミジン誘導体等を使
用することは有効である。 つぎにこの組成物を構成する(2)成分としての溶
融石英粉末は上記したエポキシ樹脂組成物に対す
る充填剤とされるものであり、これは非結晶性、
結晶性のいずれであつても、またはこれらの混合
物であつてもよく、したがつて天然、合成のいず
れであつてもよいが、粒径が20μｍを越えるもの
が多くなるとこれがチツプのパツシベーシヨン膜
を傷つけるためにエポキシ樹脂封止をした半導体
素子が耐湿性のわるいものとなるし、1μｍ以上
の粒径のものが少ないと樹脂クラツクが発生し易
くなるので、その90重量％以上、好ましくは98重
量％以上が粒径20μｍ以下であり、粒径1μｍ以上
のものが85重量％以上の粒度分布をもつものとす
る必要がある。 このような粒度分布をもつ溶融石英粉末は石英
塊を粉砕し、分級することによつて得ることがで
きるが、このもののエポキシ樹脂に対する配合量
はエポキシ樹脂100重量部に対し150重量部未満で
は得られる組成物が線膨張系数の大きいものとな
つて耐クラツク性などの物性がわるくなり、350
重量部以上とするとエポキシ樹脂への分散が困難
となるし流動性の低下によつて加工性がわるくな
り、金線変形も大きくなるので、150〜350重量部
の範囲、好ましくは200〜300重量部の範囲とする
必要がある。なお、この溶融石英粉末は天然石英
粉末、合成石英粉末のいずれであつてもよいが、
VLSIメモリ用の半導体装置についてのα線対策
を行なう場合にはウラン、トリウムなどの含有量
の少ない合成石英粉末を使う必要がある。 また、本発明の組成物における(3)成分としての
三酸化アンチモンは難燃助剤として必須の成分と
されるものであるがこれは平均粒度が10μｍを越
えるものであると前記とした(1)成分のところで述
べたようにチツプのパツシベーシヨン膜を傷つけ
るおそれがあり、抽出水イオンの多いものとする
と長期耐湿テストを行なつたときにアルミニウム
配線が腐食し易くなるという欠点が生じるので、
平均粒径が10μｍ以下で抽出水導電度が10μ／
cm、抽出クロルイオン量が5ppm以下のものとす
る必要がある。なお、この三酸化アンチモンの添
加量は(1)成分としてのエポキシ樹脂組成物100重
量部に対し１重量部以下では難燃助剤としての効
化がなく、50重量部以上とするとこの組成物の流
動性が低下するので１〜50重量部の範囲とされ
る。 本発明の組成物は上記した(1)〜(3)成分の所定量
を均一に撹拌、混合することによつて得られる
が、この組成物は成形硬化後の成形品の室温での
曲げ弾性率が１，500Kg／mm²以上になると温度サ
イクルによる応力が大きくなつて樹脂クラツクや
チツプクラツクなどが発生し易くなるので、この
組成物については各種の可撓性付与剤を配合した
り、あるいはエポキシ樹脂やこの硬化剤としての
フエノール樹脂の一部または全部を可撓性のある
化合物で変成することがよく、この可撓性付与剤
としてはシリコーンゴム、ポリサルフアイドゴ
ム、ブタジエンゴム、ブタジエン変成ゴム、熱可
撓性エラストマーなどのゴム状物質、シリコーン
オイルなどのオイル状物、各種熱可塑性樹脂、シ
リコーンレジンなどのレジン状物質、あるいはエ
ポキシ樹脂、フエノール樹脂の一部または全部を
アミノシリコーン、エポキシシリコーン、アルコ
キシシリコーンなどで変成したものなどが例示さ
れる。 また、本発明の組成物にはその目的、用途に応
じて本発明の目的を阻害しない範囲で各種の添加
剤を配合してもよく、これにはカーボンブラツク
などの顔料、脂肪酸などの離型剤などが例示され
る。 つぎに本発明の実施例、比較例を上げるが、例
中の部は重量部を示したものである。 実施例１〜５、比較例１〜３ クレゾールノボラツク型エポキシ樹脂・EOCN
−1270（チバ社製商品名）450部、ブロム化フエノ
ールノボラツク型エポキシ樹脂100部、フエノー
ルノボラツク樹脂・TD−2093（大日本インキ社
製商品名）300部に、第１表に示した種類、量の
溶融石英粉末と三酸化アンチモン100部、エポキ
シ変性シリコーンオイル（エポキシ当量1500）
100部、トリフエニルホスフイン10部、カルナバ
ワツクス10部、エポキシシラン10部およびカーボ
ンブラツク10部を配合し、ヘンシエルミキサーで
予備撹拌してから押出し機で混練りし、冷却後粉
砕してフエノール硬化性エポキシ樹脂組成物９種
（実施例１〜５、比較例１〜４）を作つた。 ついで、この組成物を成形し、175℃で５時間
ポストキユアーし、アルミニウム配線（膜厚1μ、
線巾5μ、線間隔5μ、パツシベーシヨンなし）を
施した４mm×６mm×0.4mmのテスト用シリコンチ
ツプを18ピンDIP用ICフレームにマウントしたの
ち、これを上記で得た組成物で封止し、175℃で
５時間ポストキユアーしたものを300サイクルの
温度サイクル（１サイクル：−65℃／30分間←→
150℃／30分間）にかけてその樹脂クラツクの発
生率をしらべたところ、これは第２表に併記した
とおりの結果を示した。 また、表面に厚さ1μのSiO₂パツシベーシヨン
膜を施した４mm×６mm×0.4mmの耐湿試験用シリ
コンチツプを18ピンDIP用ICフレームにマウント
してワイヤーボンド後、上記の試験でクラツクの
発生しなかつた樹脂組成物で成形し、175℃で５
時間ポストキユアーしたものについて、上記と同
じ条件での温度サイクルを300サイクルかけ、つ
いでこれを130℃のプレツシヤークツカー中に放
置し、放置時間とアルミニウム配線の断線不良を
測定したところ、第２表に併記したとうりの結果
が得られた。 なお、上記の試験を終了した実施例３および比
較例１のものについて、その封止したエポキシ樹
脂を除いたあとのチツプ上に施したアルミニウム
配線を電子顕微鏡で観察したところ、エポキシ樹
脂で封止する前のシリコンチツプについては第１
図に示した結果が得られたが、実施例３、比較例
１のものについては第２図、第３図に示したよう
な結果がえられ、この結果から粒径20μｍを越え
た石英粉末粒子の割合の多いものを添加したエポ
キシ樹脂組成物で封止したものはアルミニウム配
線のダメージの大きいことが確認された。

【表】

【表】 実施例６〜10、比較例５〜８ クレゾールノボラツク型エポキシ樹脂・EOCN
−102（日本化薬社製商品名）600部、フエノール
ノボラツク樹脂・PS−４，300（群栄化学社製商
品名）200部、ブロム化フエノールノボラツク型
エポキシ樹脂100部、シリコーンオイル変性フエ
ノール樹脂（フエノール当量250）100部、第３表
に示した種類と量の溶融石英粉末と三酸化アンチ
モン、実施例１と同じ種類および量の硬化触媒、
離型剤、シランカツプリング剤および顔料を混合
して組成物９種（実施例６〜10、比較例５〜８）
を作つた。 つぎにこれらの組成物についての室温での曲げ
弾性率と実施例１と同じ方法による温度サイクル
試験後の樹脂クラツク発生率およびプレツシヤー
クツカー試験後のアルミニウム配線断線による不
良率、EMMI金型を用いたスパイラルフロー
（175℃／75Kg）、UL−94による難燃性を測定した
ところ、第４表に示したとおりの結果が得られ
た。

【表】

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図はエポキシ樹脂を封止する前、第２図お
よび第３図はそれぞれ実施例３および比較例１の
エポキシ樹脂封止後に温度サイクル試験をしたの
ち、封止樹脂を取り除いたシリコンチツプの電子
顕微鏡写真を示したものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (1) フエノール硬化性エポキシ樹脂組成物
   100重量部 (2) 90重量％以上が粒度20μｍ以下のものであ
   り、85重量％以上が粒径1μｍ以上のものであ
   る溶融石英粉末 150〜350重量部 (3) 平均粒径が10μｍ以下で、抽出水電導度が
   10μ／cm以下、抽出クロルイオン量が5ppm
   以下の三酸化アンチモン １〜50重量部 とからなることを特徴とするエポキシ樹脂組成
   物。 ２ 溶融石英粉末が合成石英である特許請求の範
   囲第１項記載のエポキシ樹脂組成物。