JPH03192114A - マレイミド樹脂組成物及び樹脂封止形半導体装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は優れた耐熱衝撃性を有する硬化物を与えるマレ
イミド樹脂組成物、及びこの樹脂組成物で封止された樹
脂封止形半導体装置に関する。

（従来の技術） 近年、半導体装置の樹脂封止に関する分野においては、
半導体素子の高集積化に伴って素子上の各種機能単位の
微細化、素子自体の大型化が急速に進んでいる。また、
Ａ　Ｓ　Ｉ　Ｃ（ＡＰｐｌｌｃａｔｌｏｎＳｐｅｃｌｒ
ｉｃ　ＩＣ）といわれるゲートアレイやスタンダードセ
ル方式Ｌｌｌに代表される表面実装型パッケージが急成
長している。これら表面実装型パッケージを実装する際
には、ペーパーフェーズＩＪ　７０−、赤外線リフロー
、半田浸漬などの工程が採用されている。これらの工程
ではパッケージが高温（２１５〜２６０℃）にさらされ
るため、封止樹脂として従来のエポキシ樹脂を用いた場
合には、パッケージに外部に達するクラックが入り、そ
の結果耐湿信頼性が保証できないという大きな問題点が
ある。特に、パッケージ内部の水分の急激な気化に伴っ
てパッケージにクラックが生じると、耐湿信頼性が保証
できない。また、樹脂のふくれが生じて実装できないと
いう現象も発生する。更に、アルミニウムなどの配線層
のパッシベーション膜として用いられているＰＳＧ　（
リンケイ酸ガラス）や５ｉＮ（窒化ケイ素）のクラック
やポリイミド膜の剥離が生じたり、素子のクラックが生
じたり、Ａｕボンディングワイヤの断線が生じるなどの
問題が多発している。

これらの対策として、■封止樹脂の内部封入物に対する
応力を小さくし、かつ封止樹脂と素子上のＰＳＧ、Ｓｉ
Ｎ、ポリイミド膜及びリードフレームとの密着性を上げ
る；■実装温度に対応した高温強度及び吸湿高温強度を
付与し、かつ吸湿量を低減する；など、大型パッケージ
用の封止樹脂に対する要求が高くなってきた。

これらの観点から、封止樹脂として、例えばマレイミド
樹脂系をはじめ、ＰＰＳ　（ポリフェニレンサルファイ
ド）系やＰＰＯ（ポリヒドロキシフェニレンエーテル）
系、また液晶ポリマーの実用化が検討されている。更に
、最近では、封止樹脂として、マレイミド樹脂とエポキ
シ樹脂とを組合わせた樹脂、又はビスマレイミド樹脂と
４．４−ジアミノジフェニルメタンとを組合わせたアミ
ノビスマレイミド樹脂が提案されている。

これらの樹脂は、従来の封止用エポキシ樹脂と比較して
、その硬化物の耐熱性は優れている。しかしながら、こ
れらの樹脂は、成形層・度が高く、成形に長時間を要す
る、金型からの離型性が悪い、素子のボンディングワイ
ヤ流れを起こすなどの欠点をもっている。また、これら
の樹脂の硬化物は、耐湿性及び耐湿信頼性が悪い、表面
実装時に内部クラックを生じそれが外部にまで達してし
まう、硬化物と素子及びリードフレームとの間に剥離を
生じふくれを生じる、表面実装処理後の耐湿信頼性試験
でボンディングワイヤの断線を生じる、などの欠点をも
っている。以上のように、従来は、表面実装用大型パッ
ケージに適用できる満足すべき性能を有する耐熱性樹脂
は見出されていない。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、これからの半導体封止樹脂に要求される、成
形性、硬化物の耐湿信頼性に優れ、表面実装用大型パッ
ケージに充分対応できる半導体封止用マレイミド樹脂組
成物、及びこのマレイミド樹脂組成物で封止され、表面
実装後の耐湿信頼性に優れた樹脂封止形半導体装置を提
供することを目的とするものである。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明のマレイミド樹脂組成物は、（ａ）　２．２−ビ
ス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］プロパン
と無水マレイン酸とから合成されるビスマレイミド、（
ｂ）アリルフェノール樹脂、及び（Ｃ）エポキシ樹脂を
必須成分として含有することを特徴とするものである。

本発明のマレイミド樹脂組成物には、硬化触媒として有
機ホスフィン及びパーオキサイドを添加することが望ま
しい。

また、本発明の樹脂封止形半導体装置は、半導体ペレッ
トを前記マレイミド樹脂組成物に無機質充填剤５０〜８
５重量％を添加した組成物で封止したことを特徴とする
ものである。

以下、本発明を更に詳細に説明する。

本発明において、（ａ）成分であるビスマレイミドは、
２．２−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル
］プロパンと無水マレイン酸とを反応させることにより
合成されるものである。ビスマレイミドの製造方法は特
に限定されるものではなく、例えば反応溶媒中でマレイ
ンアミック酸を合成し、次いでマレインアミック酸を無
水酢酸を用いて脱水閉環し、マレイミドとしてから精製
する方法、反応溶媒中でマレインアミック酸から直接脱
水閉環した後、精製する方法がある。このうち、ビスマ
レイミド中の残存有機酸量を極力減らす製造方法として
は、後者の方が好ましい。ビスマレイミド中の有機酸の
含有量は、硬化物の耐湿信頼性を大きく左右するので、
ビスマレイミドとしては残存有機酸量が０．１％以下の
ものを用いることが好ましい。ビスマレイミドの精製が
不充分で、有機酸が大量に残存する場合には、硬化物の
耐湿信頼性が低下し、半導体チップ上のＡｌｌ配線層の
腐食が進行する。

本発明において、（ｂ）成分であるアリルフェノール樹
脂は、以下に示すような一般式で示される。

（式中Ｒは−ＣＨ２ＣＨ−ＣＨ２、ｍＳｎは正の整数） 本発明の樹脂組成物が溶融した時に揮発する成分を少な
くするためには、アリルフェノール樹脂中に存在するア
リルフェノールモノマーが１０００ｐｐｌ以下であるこ
とが好ましい。アリルフェノール樹脂の好ましい具体例
としては、５Ｈ−１４０Ａ（三菱油化）　、５Ｈ−１５
ＯＡ（三菱油化）　、ＸＰＳＦ−４４８８（群栄化学）
などがある。

本発明において、（ａ）成分のビスマレイミドと、（ｂ
）成分のアリルフェノール樹脂とは、粉体混合、加熱溶
融混合などにより均一化することが好ましい。特に、作
業性、貯蔵安定性、及び機械的特性の点から、加熱溶融
混合してプレポリマー化することが好ましい。この場合
、万能混合機を用い、予めビスマレイミドを１５０〜１
６０℃で完全に溶融させ、１１０℃以上、１２５℃未満
まで降温した後、アリルフェノール樹脂を混合して完全
に溶融させ、１０〜１５分撹拌することが好ましい。

アリルフェノール樹脂の配合割合は、ビスマレイミドに
対して１０〜５０重量％であることが好ましく、２５〜
４５重量％であることがより好ましい。１０重量％未満
では樹脂組成物の溶融粘度が増加し、成形時に未充填や
ワイヤ流れを生じやすい。５０重量％を超えると樹脂組
成物の硬化性及び硬化物の耐熱性が低下する。

本発明において、（Ｃ）成分であるエポキシ樹脂として
は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノール
Ｆ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、脂環式
エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、耐
熱構造を有するトリス（ヒドロキシフェニル）アルカン
のエポキシ樹脂、ハロゲンを含むエポキシ化合物などが
挙げられる。

エポキシ樹脂の好ましい具体例としては、ＥＳＣＮ−１
９５ＸＬ（住人化学）　、ＥＳＣＮ−１９５ＨＨ（住人
化学）、ＥＯＣＮ−１０２（日本化薬）　、ＥＯＣＮ−
１０４（日本化薬）、ＥＳＸ−２２０（住人化学）　、
Ｂ５ｌ４Ｎ−２２０（住人化学）、ＥＰＰＮ−５０２Ｎ
（日本化薬）　、ＥＰＰＮ−２０２（日本化薬）、ＹＬ
−９３３（油化シェルエポキシ）　、ＹＬ−９３２）１
（油化シェルエポキシ）などがある。

（Ｃ）成分のエポキシ樹脂の配合割合は、（ａ）成分の
ビスマレイミド及び（ｂ）成分のアリルフェノール樹脂
に総量に対して５〜４０重量％であることが好ましい。

５重量％未満では樹脂組成物の成形性の低下を招く。４
０重量％を超えると樹脂組成物の硬化性及び硬化物の耐
熱性が低下する。

本発明においては、硬化触媒として有機ホスフィン及び
パーオキサイドのうち少なくとも１種を配合することが
好ましい。

有機ホスフィンとしては、例えばトリメチルホスフィン
、トリエチルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリ
フェニルホスフィン、トリ（ｐ−メチルフェニル）ホス
フィン、トリ（ノニルフェニル）ホスフィン、メチルジ
フェニルホスフィン、ジブチルフェニルホスフィン、ト
リシクロヘキシルホスフィン、■、２−ビス（ジフェニ
ルホスフィン）エタン、ビス（ジフェニルホスフィン）
メタンなどが挙げられる。有機ホスフィンとしては、こ
れらのうち１種又は２種以上が使用される。

有機ホスフィンの添加量は、（ａ）成分のビスマレイミ
ド及び（ｂ）成分のアリルフェノール樹脂の総量に対し
て０．１−１０重量％であることが好ましく、０．５〜
５重量％であることがより好ましい。

０．１ｆｆｉｆｆｉ％未満では樹脂組成物の硬化性が低
下し、かつ成形性が劣る。１０重量％を超えると硬化物
の耐熱性、耐湿性、電気特性が著しく低下する。

パーオキサイドとしては、ジアリルパーオキサイド類、
例えばジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオ
キサイド、ｔ−ブチルクミルパーオキサイド、２．５−
ジメチル−２，５−ジ−ｔ−ブチルパーオキシヘキサン
など；パーオキシエステル類、例えばｔ−ブチルパーオ
キシアセテート、ｔ−ブチルパーオキシフタレート、ｔ
−ブチルパーオキシベンゾエート、２．５−ジメチル−
２，５−ジベンゾイルパーオキシヘキサン、ｔ−ブチル
パーオキシ−２−エチルヘキサノエイトなど；ジアシル
パーオキサイド類、例えばアセチルパーオキサイド、イ
ソブチリルパーオキサイド、デカノイルパーオキサイド
、ラウロイルパーオキサイド、３．５．５−）リメチル
ヘキサノイルバーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイ
ド、ジー２−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート
など；ハイドロパーオキサイド類：例えばｔ−ブチルハ
イドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド
、バラメタンハイドロパーオキサイドなど；ケトンパー
オキサイド類、例えばメチルエチルケトンパーオキサイ
ド、シクロヘキサノンパーオキサイドなど；パーオキシ
ケタール類、例えば１．１−ビス（ｔ−ブチルパーオキ
シ）シクロヘキサン、１．１−ビス（ｔ−ブチルパーオ
キシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサンなどが
挙げられる。パーオキサイドとしては、これらのうちＩ
ＦＩｆ又は２種以上が使用される。

パーオキサイドの添加量は、（ａ）成分のビスマレイミ
ド及び（ｂ）成分のアリルフェノール樹脂の総量に対し
て０．１〜５重量％であることが好ましく、０．２〜２
重量％であることがより好ましい。

ｏ、ｔ重量％未満では（ａ）成分のビスマレイミドの重
合が充分促進されず耐熱性の向上が望めない。

５重量％を超えると硬化物の耐熱性、耐湿性、電気特性
が著しく低下する。

特に、硬化触媒として有機ホスフィン化合物及びパーオ
キサイドを併用することにより、耐熱性、特に高温機械
特性が向上し、耐湿信頼性にも優れた樹脂組成物を得る
ことができる。

本発明の樹脂組成物には、硬化物と半導体チップ表面の
ポリイミド膜、ＳｉＯ２、ＳｉＮなどの絶縁膜との密着
性を向上させる目的でオルガノシロキサンビスマレイミ
ドを配合してもよい。また、低応力性を付与するために
、シリコーンゴム又はシリコーンゲルからなる添加剤や
、ＭＢＳ又はＡＢＳからなる添加剤を配合してもよい。

本発明の樹脂組成物には、必要に応じて、無機質充填剤
、離型剤、カップリング剤、難燃剤、着色剤などを配合
してもよい。

無機質充填剤としては、石英ガラス粉末、結晶性シリカ
粉末、ガラス繊維、タルク、アルミナ粉、ケイ酸カルシ
ウム粉、炭酸カルシウム粉、硫酸バリウム粉、マグネシ
ア粉などが挙げられる。これらのうち、石英ガラス粉や
、結晶性シリカ粉が最も好ましい。これらのシリカ粉末
は、破砕状、球状、微細晶のものを適宜組合わせて、マ
レイミド樹脂組成物（（ａ）〜（ｅ）の総量）５０〜１
５重量％に対して５０〜８５重量％の範囲で使用される
。５０重量％未満では、硬化物の熱膨張率が大きくなり
、耐熱衝撃性が充分でなくなる。８５重量％を超えると
、樹脂組成物の流れ性が不充分となり、ワイヤ流れ、ベ
ツド移動などが発生する原因となる。

難燃剤としては、ハロゲン化エポキシ樹脂、二酸化アン
チモンなどが挙げられる。

本発明のマレイミド樹脂組成物は、加熱ロールによる溶
融混練、ニーダ−による溶融混練、押出機による溶融混
練、粉砕後の特殊混合機による混合、及びこれらの各方
法の適宜な組合わせによって容易に調製することができ
る。

本発明の樹脂封止形半導体装置は、前述したマレイミド
樹脂組成物（無機質充填剤含有）を用い、常法によって
容易に製造することができる。樹脂封止の最も一般的な
方法は、低圧トランスファー成形であるが、インジェク
ション成形、圧縮成形、注型などによる樹脂封止も可能
である。また、１７５℃以上で後硬化することが望まし
い。

本発明のマレイミド樹脂組成物は、封止樹脂のほか、耐
熱積層板として使用したり、希釈溶媒を添加して耐熱接
着剤や耐熱塗料として使用することもできる。

（実施例） 以下、実施例及び比較例により、本発明を更に詳細に説
明する。なお、以下の実施例及び比較例の各成分の配合
割合はすべて重量％を示す。

プレポリマーＡ−Ｈの調製 第１表に示す配合割合に従って、溶融混合によりプレポ
リマーＡ−Ｅを調製した。なお、プレポリマーＡ−Ｃは
（ａ）成分であるＢＡＰＰビスマレイミド（三菱油化製
）と（ｂ）成分であるアリルフェノール樹脂（ＸＰＳＰ
−４４８８Ｄ、群栄化学製）との溶融混合物、プレポリ
マー〇は（ａ）成分であるＢＡＰＰビスマレイミドと０
−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（ＥＳＣＮ−１
９５ＸＬ、住友化学製）との溶融混合物、プレポリマー
Ｅは本発明に含まれないジフェニルメタンビスマレイミ
ド（三井東圧製）と（ｂ）成分であるアリルフェノール
樹脂との溶融混合物である。

このうち、プレポリマーＡ−Ｃに関しては、万能混合機
中で（ａ）成分のビスマレイミドを１５０〜１６０℃で
完全に溶融し、１１０℃以上１２５℃未満まで降温した
後、（ｂ）成分のアリルフェノール樹脂を混合して完全
に溶融し、更に１０〜１５分撹拌して、プレポリマーを
調製した。

実施例１〜４及び比較例１〜５ 第２表に示す配合割合に従って、プレポリマーＡ−Ｅ、
７リルフエノール樹脂（ＸＰＳＦ−４４８８Ｄ、群栄化
学製）、Ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（Ｅ
ＳＣＮ−１９５ＸＬ、　、Ｚボキシ当ｊｌ１９８．軟化
点８５℃、住友化学製）、臭素化エポキシ樹脂（ＢＲＥ
Ｎ−３，日本化薬製）、硬化触媒としてトリフェニルホ
スフィン、硬化触媒としてジクミルパーオキサイド、離
型剤としてポリエチレンワックス（ＨＷ−４２５２Ｅ。

三井石油化学製）、充填剤として溶融シリカ粉（ＧＲ−
１１０７，東芝セラミックス製）、充填剤と樹脂とのカ
ップリング剤としてエポキシシランカップリング剤（Ａ
−１８７，日本ユニカー製）、着色剤としてカーボンブ
ラック（ＣＢ＄３０、三菱化成工業製）を配合した。

これらの成分をヘンシェルミキサーで５分間混合処理し
、８０〜１２０℃のロールで混練した後、冷却し、粉砕
し、更にタブレット化して樹脂組成物を調製した。なお
、比較例１は（ｅ）成分のエポキシ樹脂を含まない樹脂
組成物、比較例２．３は（ａ）成分のＢＡＰＰマレイミ
ドを含まない樹脂組成物、比較例４は（ｂ）成分のアリ
ルフェノール樹脂を含まない樹脂組成物、比較例５は（
ａ）成分のＢＡＰＰマレイミドを含まず、その他のビス
マレイミドを含んでいる樹脂組成物である。

得られた実施例１〜４及び比較例１〜５の樹脂組成物を
用い、それぞれ低圧トランスファー成形機により１７５
℃、３分の条件で成形し、２００℃で８時間アフターキ
ュアして試験片を作製した。各試験片について、ガラス
転移点、熱膨張率、高温曲げ弾性率［２１５℃］　高温
曲げ強度［２１５℃］１３５℃、８５％ＲＨ，２０時間
の条件で吸湿処理したときの吸水率を測定した。

また、実施例１〜４及び比較例１〜５の樹脂組成物を用
い、チップサイズ１０ｍｍの半導体チップ、８４ピンの
ＰＬＣＣ（プラスチックリーデツドチップキャリア）を
樹脂封止した。各樹脂封止形半導体装置について、１３
５℃、８５％ＲＨ，２０時間の条件で吸湿処理した後、
２１５℃でＶＰＳ　（ペーパーフェイズリフロー処理）
を行った。ｖＰＳ直後に、パッケージを観察し、外部に
達するクラックの発生率を調べた。更に、各樹脂封止形
半導体装置について、１２１℃、２気圧のプレッシャー
クツカー内で耐湿信頼性試験を行い、不良品の発生率を
調べた。

これらの結果を第３表に示す。

第３表から明らかなように、実施例１〜４のマレイミド
樹脂組成物の硬化物は、高温強度が高く、表面実装時の
ｖＰＳ処理によってもパッケージのクラックの発生率は
少なく、その後の耐湿信頼性試験においても優れた性能
を示す。

［発明の効果コ 以上詳述したように本発明のマレイミド樹脂組成物は、
その硬化物が耐熱性、耐湿信頼性ともに優れており、半
導体素子の高集積化、素子自体の大型化によって要請さ
れる表面実装用大型パッケージに対応して好適に使用で
きるものであり、このマレイミド樹脂組成物を用いて封
止された樹脂封止形半導体装置は極めて信頼性が高くな
るなど、その工業的価値は極めて大きい。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）（ａ）２、２−ビス［４−（４−アミノフェノキ
   シ）フェニル］プロパンと無水マレイン酸とから合成さ
   れるビスマレイミド、 （ｂ）アリルフェノール樹脂、及び （ｃ）エポキシ樹脂 を必須成分として含有することを特徴とするマレイミド
   樹脂組成物。
2. （２）硬化触媒として有機ホスフィン及びパーオキサイ
   ドを含有することを特徴とする請求項（１）記載のマレ
   イミド樹脂組成物。
3. （３）半導体ペレットを請求項（１）記載のマレイミド
   樹脂組成物に無機質充填剤５０〜８５重量％を添加した
   組成物で封止したことを特徴とする樹脂封止形半導体装
   置。