JPH03181547A - 半導体封止用樹脂組成物 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体の表面を保護する樹脂に関するものであ
り、更に詳しくはセラミック基板上の半導体素子を樹脂
により封止をし、素子表面のアルミニウム配線が外部か
らの水分の侵入で生じる腐食を防止することを目的とす
る半導体封止用液状樹ｒｒｒＪ岨ＩＩｉ、物に関するも
のである。

〔従来の技術〕

半導体素子を封止するための液状樹脂としては、半導体
素子を搭載する基板の種類により有８１基板用とセラミ
ック基板用に分けることができる。

両タイプとも耐熱性、耐湿性、耐熱衝撃性などの信頼性
特性が要求されるが、特にセラ果ツク基板用の場合は通
常基板の熱膨張係数が７Ｘ１０−’／°Ｃと小さく、封
止用樹脂と基板との熱膨張係数の差から生じる熱応力を
小、さくする必要がある。

熱応力が大きくなると樹脂硬化物にクラックが入ったり
、基板から樹脂硬化物が剥離したりして半導体素子の信
頼性を著しく低下させる。

そこで熱応力を小さくするために弾性率の小さいシリコ
ーン樹脂が用いられたりするが、密着性か弱いこと、吸
湿率が大きいこと、また硬化物が軟らかいため外部から
カが加わった時に内部の金線が切断されたりするなどの
欠点があり、信頼性の面で問題がある。

一方密着性、吸湿率、硬化物の硬度が良好で信頼性にも
優れている樹脂としてエポキシ樹脂が挙げられるが、弾
性率が大きいため熱応力が大きくなりセラくツク基板用
４Ｍ脂として使用することができない。

そこでエポキシ樹脂に無機充填材を添加し熱膨張係数を
小さくすることが考えられているが、充填材の添加量の
増加とともに液状樹脂の粘度が上昇し、作業性が極めて
悪くなるという欠点が生じる。

Ｃ発明が解決しようとすう課題〕 本発明の目的とするところは、エポキシ樹脂と無機充填
材からなる液状樹脂において無機充填材状 の添加量及び粘度分布、有機溶剤の添加量を調整するこ
とによって熱応力特性、信頼性に優れ且つ作業性の優れ
た半導体封止用液状樹脂＆ｌｌＩ或物を提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは従来技術では克服できなかったこれらの問
題を解決するため鋭意検討した結果以下の粒子数が２５
％以下であり５０ｕｍ以上の粒子数がＩ５〜５０％であ
る無機充填材及び（Ｄ）沸点が異なる二種以上の溶剤混
合物で一種類の溶剤の割合が全溶剤中の９０容積％以下
である有機溶剤からなる液状樹脂組成物であり、その組
成比が（Ｃ）　／　（（Ａ）　＋　（Ｂ）　＋（Ｃ）　
’）　−５０〜８０容積％であり、かつ（Ｄ）／　（（
Ａ）＋　（Ｂ）＋（Ｃ）＋　（Ｄ））−２０〜４０容積
％である半導体封止用液状樹脂組成物を用いると熱応力
特性、信頼性に優れ且つ作業性を高度に改良できるとの
知見を得て、本発明を完成するに至った。

本発明で用いる容積とは容積（ｃｃ）−重１（ｇ）／真
比重（ｃｃ／ｇ）である。

〔作　用〕

本発明において用いられるエポキシ樹脂としては通常の
もので良いが、好ましくは加水分解性ハロゲン基の含有
量としてｓｏｏｐｐｍ以下であるものが望ましい。

またそのタイプとしては次のものが挙げられる。

フロログルシノールトリグリシジールエーテル、トリヒ
ドロオキシビフェニルのトリグリシシールエーテル、テ
トラヒドロキシビフェニルのテトラグリシシールエーテ
ル、テトラヒドロキシビスフェノールＦのテトラグリシ
シールエーテル、テトラヒドロキシベンゾフェノンのテ
トラグリシシールエーテル、エポキシ化ノボラック、エ
ポキシ化ポリビニルフェノール、トリグリシシールイソ
シアヌレート、トリグリシシールシアヌレート、トリグ
リシシールＳ−）リアジン、トリグリシシールアミノフ
ェノール、テトラグリシシールジアミノジフェニルメタ
ン、テトラグリシジールビロメリット酸、トリグリシシ
ールトリメリット酸、ジグリシジルアニリン、ジグリシ
ジールビスフェノールＡ１ジグリシジールビスフェノー
ルＳ、ジヒドロキシベンゾフェノンのジグリシジルアニ
リン、ジグリシジールオキシ安息香酸、ジグリシジール
フタル！（ｏ、ｍ、ｐ）、ジグリシジールヒダイントイ
ン、ジグリシジルアニリン、ジグリシジルアニリン等が
あり、これら単独もしくは２種以上を併用して用いるこ
とができる。

また上記のエポキシ樹脂に、一般に反応性希釈剤と呼ば
れる低粘度のエポキシ樹脂を併用しても良い０例えばビ
ニルシクロヘキセンオキサイドの脂環式エポキシ化合物
、ジグリシジルフェニルグリシジルエーテルやジビニル
ベンゼンエポキシなどのポリオレフィンエポキシド類、
ジグリシジルアニリンやジグリシジルトルイジンなどの
グリシジルアミン類、ブチルグリシジルエーテル、フヱ
ニルグシジルエーテル、タレジルグリシジルエーテルな
どのグリシジルエーテル類、その他グリシジルエステル
類などである。

フェノールノボラック樹脂系硬化剤としてはフェノール
類とアルデヒド類との初期縮合物でのフリーのフェノー
ルを出来るだけ含まない無定形の樹脂状物質が好ましい
。例えばフェノール、クレゾール、キシレノール等の１
価フェノール類とホルムアルデヒドとを希薄水溶液中強
酸性下で反応させることによって得られる２および３核
体を主体とする低分子の液状ノボラックや、１価フェノ
ール類とアクロレイン、グリオキザール等の多官能アル
デヒド類との酸性下の初期縮合物や、レゾルシン、カテ
コール、ハイドロキノン等の多価フェノール類とホルム
アルデヒドとの酸性下の初期縮合物などである。

これらの硬化剤は必要に応じ２種以上を併用しても良い
。

本発明に用いられる無機充填材としてはシリカ、アル砒
す、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム、水酸化マグネ
シウム、チッ化ホウ素等がありこれらを単独もしくは２
種以上を併用して用いることが出来る。

これらの無機充填材の粒度分布は１０μｍ以下の粒子数
が２５％以下で５０μｍ以上の粒子数が１５〜５０％で
あることが必要であり、これらの粒度分布の無機充填材
を用いることによって無機充填材を多量に配合し、硬化
物の熱膨張係数を小さくし、しかも液状樹脂の作業性を
良好に保つことができた。

無機充填材のね炭分布においてＩＯμｍ以下の力１１ 粒子数を２５％を越えると無機充填材の比表面積が大き
くなり粘度が上昇し作業性が著しく悪くなる。また５０
μｍ以上の粒子数が１５％未満になっても比表面積が大
きくなり粘度が上昇し作業性が悪くなる。一方５０μｍ
以上の粒子数が５０％を越えると無機充填材とエポキシ
樹脂、硬化剤、溶剤とが分離し易くなり、無機充填材の
沈降が起こり作業性が悪くなると共に均一な硬化物が得
られなくなり信頼性が低下してしまう。

液状樹脂においてその硬化物の熱膨張係数を小さくする
には、無機充填材の配合量を多くすれば良い、この時熱
膨張係数を決定する因子は硬化物の樹脂成分と無機充填
材との容積比であり適正な容積比率によってコントロー
ルする必要が有る。

重量比でコントロールすると無機充填材の種類によって
比重が異なるため、同じ重量比でもそれぞれの無機充填
材により容積比が異なり熱膨張係数も異なってしまう。

又、無機充填材と樹脂成分の容積比率の適正範囲として
は硬化物の熱膨張係数をできるだけセラミック基板の熱
膨張係数に近づけて、しかも液状樹脂の粘度上昇を防ぎ
作業性を良好に保つことが重要なポイントである。

これらの無機充填材の配合割合は、 （無機充填材）／（（エポキシ樹脂）＋（フェノールノ
ボラック樹脂系硬化剤）＋（無機充填材））−５０〜８
０容積％である事が必須である。

この範囲内の割合に配合することによって液状樹脂の作
業性が非常に良好で、かつ硬化物の熱膨張係数も小さく
なり、熱応力が小さくなりクランクの発生やセラミック
基板からの剥離等の発生を防ぐことが出来る。

この無機充填材の配合割合が５０容積％以下では樹脂硬
化物中の無機充填材の量が少なく熱膨張係数が大きくな
り、その結果熱応力が大きくなってクランクの発生やセ
ラミック基板からの剥離が発生し半導体の信頼性を著し
く低下させる。又配合割合が８０容積％以上になれば液
状樹脂中の無機充填材量が多くなり過ぎ粘度が高くなり
作業性が悪くなる。

又、本発明で用いる有８１溶剤は沸点が異なる二種以上
の有機溶剤の混合物である。これらの溶剤としては、ケ
トン系、アルコール系、エステル系、芳香族炭化水素系
等を用いることができ、具体的にはアセトン、メチルエ
チルケトン、メチルイソブチルケトン、メタノール、エ
タノール、イソプロパツール、ブタノール、イソブタノ
ール、メチＩｔ／ ルセロソルブ、エチルセロソせブ、メチルセロソｒ〆 プチルセロソａブアセテート、メチルカルピトール、エ
チルカルピトール、ブチルカルピトール、ヘキサン、ベ
ンゼン、トルエン、キシレン等力する。

これらの溶剤を二種以上混合した混合溶剤を用いる必要
があり、それらの沸点が異なり０、好ましくは５°Ｃ以
上異なるもので、しかも、混合溶剤のうちのどの一種の
溶剤もその割合が全溶剤中の９０容積％以下である必要
がある。

これらの理由について次に述べる。

本樹脂は熱膨張係数を小さくするために無機充填材の割
合を限定しているが、この割合で、エポキシ樹脂、フェ
ノールノボラック系硬化剤と混合した場合、粘度が非常
に高くなり、実用的な作業ができない、そのため、作業
性が良好になる粘度にするため有機溶剤を混合する必要
がある。しかし、有機溶剤を混合すると液状樹脂組成物
を加熱硬化させる際に、有Ｉ！溶剤の蒸発した抜は跡が
でき、硬化物中にボイドが残り易くなる。この様なボイ
ドが多くなると半導体素子の信頼性低下を招き好ましく
ない。

本発明者は、このボイド発生を防ぐため鋭意検討した結
果、ボイド発生が硬化加熱時の溶剤の急激な蒸発による
もので、沸点の異なる２種以上の溶剤を混合することで
溶剤の蒸発が穏やかになりボイドを防止できることが判
った。

またこの際、混合溶剤中の一種の溶剤の割合が９０容積
％より大きいと溶剤の蒸発が単独溶剤の場合と変わらず
穏やかな蒸発が得られず硬化物中にボイドが発生する。

ここで用いられる有機溶剤の配合量としては（有機溶剤
）／（（エポキシ樹脂）＋（フェノールボラック樹脂系
硬化剤）＋（無機充填材）＋（有機溶剤））−２０〜４
０容積％である事が必須である。

２０容積％未満では液状樹脂の粘度が高くなり過ぎ作業
性が著しく悪くなる。また４０容積％を越えれば無機充
填材とエポキシ樹脂、硬化剤、溶剤とが分離し易くなり
、無機充填材の沈降が起こり作業性が悪くなると共に均
一な硬化物が得られなくなり信頼性が低下してしまう。

本発明における液状樹脂組成物は必要に応じて硬化促進
剤、消泡剤、分散安定剤、難燃剤や着色剤を添加する事
も出来る。

〔実施例〕

次に実施例により本発明の詳細な説明する。

実施例１ フェノールノボラックエポキシ樹脂 （加水分解性塩素含有量３５０ｐｐｍ、数平均分子量３
００．エポキシ当１１８０）１０容積％ フェノールノボランク樹脂 （数平均分子量５３０　、ＯＨ当量１０５）５容積％ トリス（ジメチルアミノメチル） フェノール　−硬化促進剤　　　　０，０５容積％５０
μｍ以上の粒子数が３０％）　　　　　５０容積％メチ
ルエチルケトン（沸点ｅｏ’ｃ）　　　２５容積％トル
エン（沸点１１１°Ｃ）　　　　　１０容積％をライカ
イ機で混練し均質な液状樹脂組成物を得た。得られた液
状樹脂組成物は作業性が良好でセラミック基板上の半導
体素子を封止した場合、樹脂硬化物のボイド、クランク
、剥離はなかった。

また模擬素子を用いて８０℃１時間予備加熱後１５０　
’Ｃ１３時間で本硬化を行い封止した後温度サイクルテ
スト（ＴＣ）１００サイクル及びプレッシャータンカー
テスト１００時間を行ったところ回路のアルミ腐食や、
金線切れによる不良の発生はなく優れた信頼性を有して
いた。

表に示した。

実施例２ 結果を第１ ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂 （加水分解性塩素含有量４００ｐｐｍ、数平均分子量３
８０、エポキシ当量１９０）１１容積％ フェノールノボラック樹脂 （数平均分子量３７０　、Ｏ）Ｉ当量１０５）６容積％ トリス（ジメチルアミノメチル） フェノール−硬化促進剤　　　　　０．０６容積％５０
μｍ以上の粒子数が２０％）５３容積％メチルエチルケ
トン（沸点８０°Ｃ）　　　　２容積％トルエン（沸点
１１１’Ｃ）　　　　　　　４容積％メチルイソブチル
ケトン（沸点１１６°ｃ）２４容積％を配合し実施例１
と同様にして液状樹脂を得た。

得られたものについて実施例工と同様にして作業性、硬
化物外観、信頼性とも良好であった。結果を第工表に示
す。

比較例１〜５ 実施例１と同様にして第１表に示した配合で液状樹脂を
作成したがいずれも粘度が不適で作業性が悪かった。

また比較例４は無機充填材量が少ないため硬化物外観が
不良であった。結果を第１表に示す。

比較例６〜８ 実施例１と同様にして第１表に示した配合で液状樹脂を
作成したが、いずれも硬化物の外観が不良であった。結
果を第１表に示す。

比較例９．１０ 実施例２と同様にして第１表に示した配合で液状樹脂を
作成したがいずれも粘度が不適で作業性が悪かった。結
果を第１表に示す。

評価法 熱膨張係数 デュラトメーターを用いて２°Ｃ／分で室温より２４０
　’Ｃまで硬化物を加熱し温度−伸び曲線のチャートか
ら室温〜ガラス転移温度縁域の熱膨張係数を求めた。

Ｃ ３０分／−５５°Ｃ１０分／室温　３０分／１２５°Ｃ
を１００サイクル行なった後、硬化物の外観及び模擬素
子の金線切れによる不良の発生の有無を調べた。

〔発明の効果〕

本発明による半導体封止用液状樹脂組成物は適正な粘度
であるため作業性が極めて良好であり、且つ溶剤の急激
な蒸発を防ぐことができるので硬化物の外観が優れてい
る。更に硬化物は熱膨張係数が小さく熱応力を小さくす
ることができる。この組成物で半導体を封止するとクラ
ンクの発生や剥離が発生しなくなる。

このことによりエポキシ樹脂の密着性、低吸湿率、硬化
物の硬度が優れている点を生かすことができ、セラミッ
ク基板上に搭載された半導体素子を封止する液状樹脂と
して要求される耐湿性、耐熱衝撃性等の信頼性特性に答
え得る半導体封止用液状樹脂組成物である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）（Ａ）エポキシ樹脂 （Ｂ）フェノールノボラック樹脂系硬化剤 （Ｃ）粒度分布において１０μｍ以下の粒子数が２５％
   以下であり、５０μｍ以上の 粒子数が１５〜５０％である無機充填材 （Ｄ）沸点が異なる二種以上の混合物で一種類の溶剤の
   割合が全溶剤中の９０容積％ 以下である有機溶剤 からなる液状樹脂組成物であり、その組成比が（Ｃ）／
   （（Ａ）＋（Ｂ）＋（Ｃ））＝５０〜８０容積％であり
   、かつ（Ｄ）／（（Ａ）＋（Ｂ）＋（Ｃ）＋（Ｄ））＝
   ２０〜４０容積％であることを特徴とする半導体封止用
   樹脂組成物。