JPH0321647A - 樹脂組成物および該組成物を用いた樹脂封止型電子装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、球形無機充填材入り樹脂組成物および該樹脂
組成物により封止した電子装置、特に樹脂封止型半導体
装置に関する。

［従来の技術コ エボキシ樹脂等の熱硬化樹脂を用いて封止した樹脂封止
型電子装置は、大量生産に適していることから、ＩＣ，
ＬＳＩ等の半導体装置に広く利用されている。特に、半
導体素子，封止用樹脂材料およびその製造技術等のの進
歩により、製品の信頼性が著しく向上して、最近では半
導体製品の八割以上が樹脂封止型になっている。

半導体素子は，集積度が年々向上し、それに伴ってチッ
プサイズの大型化、配線の微細化並びに多層化が進んで
いる。一方，パッケージは実装の高密度化のため小型化
の方向にあり、パッケージの形状も従来のＤ　Ｉ　Ｐ　
（Ｄｕａｌ　Ｉｎｌｉｎｅ　ｌ’ａｃｋａｇｅ）で代表
されるビン挿入型から，　Ｑ　Ｆ　Ｐ　（Ｑｕａｄ　Ｆ
ｌａｔＰａｃｋａｇｅ）　，　Ｓ　Ｏ　Ｐ　（Ｓｍａｌ
ｌ　Ｏｕｔｌｉｎｅ　Ｊ−ｂｅｎｄｅｄＰａｃｋａｇｅ
），　Ｉ’　Ｌ　Ｃ　Ｃ　（Ｉ’ｌａｓｔｉｃ　Ｌｅａ
ｄｅｄ　ＣｈｉｐＣａｒｒｉｅｒ）等の表面実装型パッ
ケージに移行してきている． こうした半導体チップの集積度の向上やパッケージ形状
の変化に伴い，チップはますます微細になり、封止樹脂
層は著しく薄肉化している。また、パッケージも実装時
にこれまでよりも高温（例えば２００℃）に曝されるよ
うになって、構或している半導体チップ、フレーム、封
止欄脂等の熱膨張係数の差によって生ずる熱応力により
、チップやチップ表面に形成されているバッシベーショ
ン膜、あるいは封止樹脂にクラックが発生したり、チッ
プの配線の切断、短絡、位置ずれ等を生じ、半導体装置
の信頼性の低下が問題となっている。

こうした各構戊材料の熱膨張係数の差によって生ずる熱
応力に基づくトラブルの解消は、封止樹脂の熱膨張係数
を小さくすることによって、大幅に低減することができ
る。

一般に、封止用樹脂には熱膨張係数の低減を目的として
、樹脂よりも熱膨張係数が小さい無機充填材（以下単に
充填材と云う）が配合されている。

熱膨張係数を小さくするためには、充填材の配合量を多
くすればよいが、配合量を増やすと樹脂組成物の粘度が
上昇するために流動性が低下し、封止作業が困難になる
という問題がある。その対策として、特定の粒度分布を
有する無機質充填材を用い、樹脂組成物の粘度上昇をあ
まり起こさずに充填材の配合量を増やす方法が提案され
ている（特公昭５０−１８５２０号，同５１−２０５４
ｌＺ）。

［発明が解決しようとする課題］ しかし，樹脂封止型半導体装置に最も広く用いられてい
るフェノール硬化型エポキシ樹脂は、粘度が高いために
充填材の配合量をあまり増やすことができなかった。

その理由は、こうした用途に用いられている充填材には
、原石を機械的に粉砕した角ばった形状の充填材が使用
されているために、最密充填率が低いことにある． 一般に充填材粒子の形状を球形にすれば、該充填材を配
合した樹脂組成物は，流動性の低下が比較的少ないこと
が知られている． そして，最近、特開昭５９−５９７３７５号、同５２−
１４９３４８号に開示されているように、溶融シリカの
ような各種の無機質充填材を工業的に球形化する方法が
開発された， しかし、こうした球形の充填材を用いた樹脂成形品の機
械的特性は予想外に低く、面実装時のはんだリフローに
よりパッケージの耐クラツク性が低下するという問題が
生じた。

その対策として、カップリング剤による充填材の表面処
理が有効であることが分かった。しかし，従来の方法で
充填材の表面を処理すると、充填材が凝集して樹脂組成
物の流動性が著しく低下し、球形充填材を用いたメリッ
トが得られないことが分かった。

本発明の目的は、こうした充填材による樹脂の流動性を
改善した封止用樹脂組成物および該樹脂組成物を用いた
熱膨張係数が小さく、かつ耐クラック性の優れた樹脂封
止型電子装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段］ 上記課題を解決する本発明の要旨は下記のとおりである
。

シラン系カップリング剤、該溶剤および球形無機充填材
を含むスラリーが、前記溶剤の沸点以上に加熱，減圧さ
れた雰囲気中に噴射されることにより前記シラン系カッ
プリング剤が被覆された球形無機充填材が、少なくとも
７０重量％配合されていることを特徴とする樹脂組成物
、並びに該樹脂組成物を用いて電子部品を一体に成形し
た樹脂封止型電子装置にある． 本発明が用いるカップリング剤処理方法は、一般に行な
われていたインテグラルブレンド法（カップリング剤お
よび樹脂素材を一度に配合するブレンド法）ではブレン
ドできなかったマトリックス樹脂との反応性が高い官能
基（アミノ基等）を持つカップリング剤でも、処理後に
樹脂とブレンドするので該樹脂に対する硬化促進作用の
影響が少ない．従ってどのようなカップリン剤でも適用
することができる。

本発明の樹脂組成物に用いるカップリンッグ剤としては
，ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラ
ン、ビニルトリス（β−メトキシエトキシ）シラン，γ
−メタクリ口キシプロビルトリメトキシシラン、β−（
３．４−エボキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシ
シラン、γ一グリシドキシプ口ビルトリメトキシシラン
、γーメルカプトプロビルトリメトキシシラン、γ−ア
ミノプロビルトリエトキシシラン、Ｎ一β（アミノエチ
ル）一γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ一β
（アミノエチル）γ−アミノプロビルメチルジメトキシ
シラン、Ｎ−フェニルーγ−アミノプロビルトリメトキ
シシラン、アミノエチルアミノメチル７エネチルトリメ
トキシシラン、３一アミノプロピルメチルジエトキシシ
ラン、ビス（３−（｝−リエトキシシリル）プロビル〕
アミン、Ｎ，Ｎ−ジエチル−３−アミノプロピルトリメ
トキシシラン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノフェニルトリエ
トキシシラン、１−トリメトキシシリルー２，１−（ｐ
−アミノメチル）フェニルエタン、１−トリメトキシシ
リルー２．１−（ｍ−アミノメチル）フェニルエタン、
Ｎ−メチルアミノプロビルトリエトキシシラン、トリメ
トキシシリルプロピルジエチレントリアミン、ｐ−アミ
ノフェニルトリメトキシシラン、γ−ウレイドプロピル
トリエトキシシラン等がある． 特に、アミノシラン系カップリング剤は、球形溶融シリ
カとマトリックス樹脂間の接着力向上に、優れた効果が
ある。

また、前記カップリング剤は、単独で用いた場合よりも
二種類以上を併用した場合に著しい効果を示すことがあ
る。

前記カップリング剤の配合量は、充填材１００重量部に
対し０．１〜３重量部が好ましい。０．１重量部未満で
は充填材とマトリックス樹脂間の強固な結合が十分得ら
れず、また，３重量部より多く配合してもそれ以上の効
果は得られない．前記、カップリング剤の溶媒としては
、有機溶剤、水または水を含む有機溶媒等、カップリン
グ剤の種類，目的に応じて選択することができる。

また、カップリング剤処理後、１２０℃以上で加熱処理
することが好ましい．ｌ２０℃より低い温度では十分強
固な結合が得られないばかりか、カップリング剤の種類
によっては、充填材表面から離脱してマトリックス樹脂
の硬化性に影響を与えるものがある．上記の加熱温度の
上限は、カップリング剤が揮発、分解等を起こさない温
度であれば特に限定されないが．３００℃以下が好まし
い． 前記球形の無機質充填材の素材としては、シリカ、アル
ミナ、水酸化アルミナ、ケイ酸ジルコニウム、ケイ酸カ
ルシウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム，マイ
力、タルク、クレー等がある．これらのうち溶融できる
ものは微粉末化した後、融点以上に加熱した炉中に噴射
し、溶融させることによって得られる．特に、原石を粉
砕した角状のシリカ、あるいは人工的に合成したシリカ
の微粉末を溶融して得た球形シリカが好ましい。

また、溶融困難なものは、微粉末化した後メカノケミカ
ル的手法によりバインダを加えて球形化することによっ
て得られる。

このような充填材の粒径は、９５重量％以上が０．５〜
１００μｍが望ましい。

０．５μｍ未満の充填材が多くなると、配合量が多い場
合に樹脂組成物の粘度が急激に上昇し、１００μｍを超
える充填材が多くなると、半導体素子等を封止した際に
、充填材によるボンデイングワイヤの変形や切断等が発
生し易くなる．封止樹脂の熱膨張係数を充分小さくする
ためには、充填材は樹脂組成物全体に対し７０重量％以
上配合することが必要である。充填材をこのように多量
に配合しても樹脂組成物の粘度の上昇をなるべく少なく
するためには、使用する充填材が取りうる最大充填率を
できるだけ大きくなるようにすることが必要である．そ
のためには粒度分布の広い充填材を用いることが重要で
ある．次に、マトリックス樹脂としては、現在エポキシ
樹脂が樹脂封止型半導体装置に広く用いられている。該
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、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、０−クレゾ
ールノボラック型エポキシ樹脂等がある． なお、該樹脂の硬化剤としては、フェノールノボラック
樹脂、酸無水物、ポリアミン，硬化促進剤としてイミダ
ゾール、アミン、オルガノホスフィンなどが用いられる
。

前記の樹脂組成物には、必要に応じて可撓化剤、着色剤
、難燃剤，離形剤などを配合して用いることができる。

特に可撓化剤は、充填材の増量により生じる戊形品の弾
性率の上昇を小さくする効果がある。例えば、特開昭５
　８　　６　９　２　４　４　９　，同５７−５６９５
４号，同５８−４７０１３８・公報あるいは工ＥＥＥ　
トランザクションズオンザコンポネンツハイブリッドア
ンドマヌファクチュアリングテクノロジイＣＩＩＭＴ−
８巻＋　Ｎｏ−　４　＋第４８６〜４８９頁，１９８５
年１２月（ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ
　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，Ｈｙｂｒｉｄｓ，ａｎｄ　Ｍ
ａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＴｓｃｈｎｏｌｏｇｙ，　　
ｖｏｌ　ＣＨＭＴ−８，Ｎｏ．４，　ｐ４８６−４８９
，　Ｄｅｃ．，　１　９　８　５　）および第６回アニ
ュアルプロシーディングオブザインターナショナルエレ
クトロニクスパツケイジングコンフェランス，第２９４
〜３１２頁，　１９８６年（６ｔｈ　Ａｎｎｕａｌ　Ｐ
ｒｏｃｅｅｄｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎａｔ
ｉｏｎａｌＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳＰａｃｋａｇｉｎｇ
　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ｐ２９４−３１２，１９８６
）等に開示されているように、封止樹脂中にシリコーン
ゴムやポリブタジエンゴムのようなゴム或分を配合し、
マトリックス樹脂とゴム或分とで，いわゆる海鳥構造と
して硬化物の弾性率を小さくする方法が知られている。

特に、分子量１，０００〜２００，０００のポリジメチ
ルシリコーンまたはその誘導体は、戊形材料の弾性率上
昇を抑える効果だけではなく、撥水性向上効果を有する
ので、封止品の耐湿性の向上にも有効である。

本発明の封止材料は、従来の封止材料と全く同様の方法
で作或することができ，封止作業も同様に行うことがで
きる。

各素材は、予め７０〜１００℃に加熱された二軸ロール
や押出し機で混練することができる．また、トランスフ
ァ或形機を用いて金型温度１６０〜２００℃，成形圧力
３０−１００ｋｇｆ／ｃｍ”硬化時間１〜３分で封止戊
形を行うことができる．［作用］ 前記球形充填材（溶融シリカ）の粒子同志の凝集が起こ
りにくいのは、充填材粒子の全面に均一に吸着されたカ
ップリング剤が，互いに粒子を反発させる効果があるた
めと考えられる．上記充填材が均一に分散された本発明
の樹脂組成物の、戊形後の破面を調べてみると、破壊が
起こっているのは球形充填剤とマトリックス樹脂の界面
ではなく、マトリックス樹脂の凝集破壊によって起こっ
ている．これは、前記充填剤と樹脂との接着力が極めて
優れていることを証明するものである． また、該樹脂組成物による戊形品の、引張り強さ，曲げ
強さ，破断時の伸び率が向上するのは、表面処理された
球形充填材とマトリックス樹脂との濡れ性がよいため、
界面に微小ボイド等の欠陥の発生が少なくなり、応力集
中が少なくなったものと考える． 次に、本発明を実施例により具体的に説明する．［実施
例　ｌ］ 本発明の樹脂組成物に用いる充填剤を第２図に示すよう
な処理装置により作或した。

平均粒径約１７μｍの球形熔融シリカ８００ｇ、カップ
リング剤としてγ−アミノプロビルトリエトキシシラン
Ｌｏｇ、イソプロビルアルコール４００ｇと、水Ｌｏｇ
からなる混合溶剤とでスラリーを作威した。

これを第２図のスラリータンクｌに入れ、スラリーボン
プ２によって、ヒータ３で１２０℃に加熱された乾燥管
４内に噴射し、球形熔融シリカの表面にカップリング剤
を処理した．なお、前記乾燥管４内は減圧ポンプ７によ
り予め１　０　０　ｔｏｒｒ以下に減圧されている． 乾燥管４内で処理された球形熔融シリカは、捕集筒５で
捕集される。また、乾燥管４内で加熱されて揮発した溶
剤は、コンデンサー６で冷却し溶剤回収タンク８に回収
される． カップリング剤処理された球形熔融シリカ１０は、捕集
筒５の底部に設けたコック９から取り出し、次いで、２
００℃で１時間加熱処理を行なった後、室温まで冷却し
た．これによって、粒子凝集のない球形熔融シリカ粉末
が得られた．上記によりカップリング剤で表面処理され
た球形溶融シリカの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による
粒子構造を第３図に示す。比較のためカップリング剤処
理を施さない球形溶融シリカのＳＥＭによる粒子構造を
第４図に示す． 第３図から明らかなように、得られた球形溶融シリカは
、粒子相互の凝集がなく分散していることが分かる．こ
れに比べて処理していない第４図のものは粒子同士が凝
集してい． 前記の球形溶融シリカとマトリックス樹脂等の素材とを
、第１表に示す割合で配合し、約８０℃に加熱した二軸
ロールで約１０分間混練し、冷却後約２〜３ｍｍφのチ
ップとし、本発明の樹脂組成物を得た． 上記樹脂組成物について、高化式フローテスターを用い
、１８０℃における最低溶融粘度ηおよび流動性を、Ｅ
ＭＭＩ−１−６６に準じ、金型温度１８０℃，成形圧力
７０ｋｇｆ／ａｍ”、戊形時間９０秒でスパイラルフロ
ーＳＦを測定した。

また金型温度１８０℃、戊形圧力７０ｋｇｆ／ａｍ”、
成形時間９０秒で５．２ｍｍＸ１３ｍｍＸ１　０　０　
ｍ　ｍ試験片を成形し，１８０℃，６時間のアフタキュ
アを行った後、２５℃と２５０℃における曲げ強さを測
定した． 結果を第２表に示す。

次に、前記樹脂組成物を用い第１図に示すような樹脂封
止型半導体装置を作威した。

６　ｍ　ｍ　Ｘ　６　ｍ　ｍのシリコンチップ７１から
成るメモリー素子がチップ支持体７２に固着され，外部
リード７３とメモリー素子の電極パッド７７とはボンデ
ィングワイヤ７４で接続されている．上記メモリー素子
の表面にはポリイミド保護層７６を設けた． これを前記樹脂組成物を用いて１８０℃，或形圧力７０
ｋｇｆ／ａｍ’、成形時間９０秒でトランスファ或形し
パッケージ７８を形成した。なお、アブタキュアは１８
０℃，６時間行なった．上記半導体装置を、６５℃／９
５％ＲＩＩで所定時間吸湿させた後、２１５℃，９０秒
のペーパーリフローを行ないパッケージのクラック試験
を、４０ｇの半導体装置について行った。クラックの判
定は、目視によって行なった． 結果を第２表に示す． 第　　１　　表 ［実施例　２〜４］ カップリング剤としてγ−グリシドキシプロビルトリメ
トキシシラン，γ−メルカプトプロビルトリメトキシシ
ラン、またはγ−ウレイドプロビルトリエトキシシラン
をそれぞれ用いて、実施例１と同様の処理、試験を行っ
た． ［実施例　５］ カップリング剤としてγ−アミノプロピルトリエトキシ
シランを用い，処理後の加熱温度を３００℃で行った他
は実施例１と同様の処理、試験を行った． ［実施例　６］ カップリング剤としてγ−アミノプロピルトリエトキシ
シランを用い，カップリング剤処理後の加熱処理を行な
わず、他は実施例１と同様の処理、試験を行った． ［比較例　１および２］ カップリング剤としてγ−アミノプロピルトリエトキシ
シラン、またはγ−グリシドキシプロビルトリメトキシ
シランをインテグラルブレンドで配合して樹脂組成物を
それぞれ作威し、実施例１と同様の試験を行った． ［比較例　３］ 実施例１で用いた球形溶融シリカ、カップリング剤、溶
剤からなるスラリーを、減圧加熱された乾燥管内に噴射
することなく、単に減圧加熱だけ行なって溶剤を乾燥除
去し、次いで１２０℃で加熱処理を行なう方法で、球形
溶融シリカ粒子の表面にカップリング剤処理を行なった
． 上記球形溶融シリカの走査型電子顕微ｆｌｔ（ＳＥＭ）
による粒子構造を第４図に示す． 第４図から明らかなように、溶融シリカ粒子同士が凝集
していることが分かる．また、この凝集した粒子は、乳
鉢およびらいかい機によって分離を試みたが，第３図の
充填材のように分離することはできなかった． また、上記溶融シリカを用いて実施例１と同様に樹脂組
成物を作威し，試験を行った．前記実施例２〜６および
比較例１〜３の樹脂組成物の溶融粘度η，スパイラルフ
ローＳＦ，曲げ強度および該樹脂組成物を用いた樹脂封
止型半導体装置のパッケージのクラック発生状況を第２
表にそれぞれ示す． 第２表から明らかなように、実施例の樹脂組成物は，比
較例のものよりも流動性（溶融粘度，スパイラルフロー
）および硬化後の高温の曲げ強度が優れている． また、上記実施例の樹脂組成物により封止した半導体装
置のパッケージの耐クラック性が優れている． ［発明の効果］ 本発明によれば、球形充填材の表面処理時における凝集
が起こりにくいと云う効果により、球形充填材を用いた
樹脂組成物の成形性を向上させるとともに、充填材とマ
トリックス樹脂との接着性を向上し、戊形品の高温強度
を向上させる効果がある． また、該樹脂組成物を用いた樹脂封止型半導体装置の耐
クラック性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の樹脂封止型半導体装置の構造を示す断
面斜視図、第２図は本発明が用いる球形充填材のカップ
リング剤処理装置の系統図、第３図は実施例で用いた球
形充填材の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による粒子構造
の写真、第４図は比較例で用いた球形充填材の走査型電
子＊＊［（ＳＥＭ）による粒子構造の写真である．

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シラン系カップリング剤、該溶剤および球形無機充
   填材を含むスラリーが、前記溶剤の沸点以上に加熱、減
   圧された雰囲気中に噴射されることにより前記シラン系
   カップリング剤が被覆された球形無機充填材が少なくと
   も７０重量％配合されていることを特徴とする樹脂組成
   物。 ２、シラン系カップリング剤、該溶剤および球形無機充
   填材を含むスラリーが、前記溶剤の沸点以上に加熱、減
   圧された雰囲気中に噴射され、１２０℃以上で加熱処理
   された球形無機充填材が少なくとも７０重量％配合され
   ていることを特徴とする樹脂組成物。 ３、電子部品が樹脂組成物で一体に封止された樹脂封止
   型電子装置において、該封止樹脂が、シラン系カップリ
   ング剤、該溶剤および球形無機充填材を含むスラリーを
   、前記溶剤の沸点以上に加熱、減圧された雰囲気中に噴
   射されることにより前記シラン系カップリング剤が被覆
   された球形無機充填材が、少なくとも７０重量％以上配
   合された樹脂組成物で封止されていることを特徴とする
   樹脂封止型電子装置。 ４、半導体素子が樹脂組成物で一体に封止された樹脂封
   止型半導体装置において、該樹脂組成物が、シラン系カ
   ップリング剤、該溶剤および球形無機充填材を含むスラ
   リーを、前記溶剤の沸点以上に加熱、減圧された雰囲気
   中に噴射されることにより前記シラン系カップリング剤
   を被覆した球形無機充填材が、少なくとも７０重量％以
   上配合された樹脂組成物で封止されていることを特徴と
   する樹脂封止型半導体装置。