JPH0625511A

JPH0625511A - 半導体封止用エポキシ組成物

Info

Publication number: JPH0625511A
Application number: JP4180143A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Tsutsumi; 康章堤; Keiji Kayaba; 啓司萱場; Masayuki Tanaka; 正幸田中
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1992-07-07
Filing date: 1992-07-07
Publication date: 1994-02-01

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体装置の半田付け工程において樹脂とチ
ップの界面剥離および樹脂パッケージのクラック発生を
抑えて信頼性の向上を得、なおかつ成形性に優れた半導
体封止用エポキシ組成物を提供することにある。【構成】エポキシ樹脂、硬化剤、溶融シリカおよび変
性スチレン系ブロック共重合体を必須成分として含有し
てなる組成物であって、前記溶融シリカの平均粒子径が
１５μｍ以下の破砕溶融シリカ９９〜５０重量％と、平
均粒子径が４μｍ以下の球状溶融シリカ１〜５０重量％
からなり、かつ溶融シリカの割合が全体の５０〜９５重
量％であり、変性スチレン系ブロック共重合体がスチレ
ン系ブロック共重合体に不飽和カルボン酸またはその誘
導体を共重合またはグラフト反応させたものであること
を特徴とする半導体封止用エポキシ組成物。【効果】成形性に優れ、半田耐熱性にも優れることか
ら工業的に有用である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、成形性、半田耐熱性に
優れる半導体封止用エポキシ組成物に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体などの電子部品の封止方法として
従来より金属やセラミックを用いたハーメチックシール
と、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂な
どを用いた樹脂封止が行われている。しかし、生産性の
向上、製造コストの低減などのために樹脂封止が中心と
なっている。

【０００３】エポキシ樹脂は、機械的特性（強度）、電
気的特性（絶縁性）、耐熱性、接着性などに優れてい
る。さらに価格の点においても他の樹脂に比べ有利であ
るために封止用樹脂として広く用いられている。

【０００４】一方、最近では電子機器の小型化、高速
化、低コスト化に伴い電子部品のプリント配線基板への
表面実装が行われている。表面実装方式では、半田付け
工程において電子部品全体が２１０〜２６０℃もの高温
に加熱される。加熱されると、樹脂と半導体（チップ）
の線膨脹係数が異なるために熱応力が発生する。熱応力
によってチップがダメージを受けたり、チップと樹脂の
界面の剥離が生じる。このときに半導体の樹脂パッケー
ジが吸湿していると、樹脂内部の水分が爆発的に蒸発し
て剥離部分に供給され樹脂にクラックが走る。このよう
な状態の半導体部品は信頼性が得られないために不良品
となる。

【０００５】この対策のためには後硬化した後のパッケ
ージを乾燥し、気密容器に収納して出荷する方法が取ら
れている。

【０００６】また、エポキシ樹脂で半導体を封止した場
合、両者の線膨脹係数が異なることから温度変化により
半導体素子に熱応力が加わりアルミ配線がスライドして
電流がリークしたり、パッシベーション膜や封止樹脂自
体にクラックが生じ信頼性が低下するという問題があっ
た。

【０００７】これらを解決するために封止樹脂の低応力
化が有効である。封止樹脂を低応力化するためには、次
の２つの方法が考えられる。１つには、充填剤の種類を
選択するか、充填剤を高密度に充填して封止材の線膨脹
係数を下げる方法がある。２つ目には、可とう剤である
エラストマー成分を添加して封止材の弾性率を下げる方
法がある。これには例えば、スチレン系ブロック共重合
体を添加する方法（特開昭６３−２５１４１９号公
報）、変性シリコーン重合体を添加する方法（特開昭６
２−２５４４５４号公報）などが提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】作業性、成形性の点
で、パッケージを気密容器に収納することは作業性が悪
く、また製品価格が高価になる欠点があり、充填剤を高
密度に充填すると封止材の粘度が上昇し、成形品にボイ
ドが発生するなど成形性が悪化する問題がある。

【０００９】また、未変性のスチレン系ブロック共重合
体を使用した封止材ではチップとの応力の緩和が十分で
なく半田耐熱性に問題があり、成形時にばりが発生して
いた。

【００１０】本発明の目的は、半田付け工程において樹
脂とチップとの熱応力を緩和し、樹脂とチップの界面剥
離および樹脂パッケージのクラック発生を抑えて信頼性
の向上を得、なおかつ成形性に優れた半導体封止用エポ
キシ組成物を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、変性スチ
レン系ブロック共重合体および特定粒子径の破砕溶融シ
リカと球状溶融シリカを添加することにより、上記の課
題を達成し、目的の半導体封止用エポキシ組成物が得ら
れることを見出し、本発明に到達した。

【００１２】すなわち本発明は、エポキシ樹脂（Ａ）、
硬化剤（Ｂ）、溶融シリカ（Ｃ）および変性スチレン系
ブロック共重合体（Ｄ）を必須成分として含有してなる
樹脂組成物であって、前記溶融シリカ（Ｃ）の平均粒子
径が１５μｍ以下の破砕溶融シリカ９９〜５０重量％
と、平均粒子径が４μｍ以下の球状溶融シリカ１〜５０
重量％からなり、かつ前記溶融シリカ（Ｃ）の割合が全
体の５０〜９５重量％であり、前記変性スチレン系ブロ
ック共重合体（Ｄ）がスチレン系ブロック共重合体に不
飽和カルボン酸またはその誘導体を共重合またはグラフ
ト反応させたものであることを特徴とする半導体封止用
エポキシ組成物を提供するものである。

【００１３】以下、本発明の構成を詳述する。

【００１４】本発明におけるエポキシ樹脂（Ａ）は、１
分子中にエポキシ基を２個以上有するものであれば特に
限定されない。

【００１５】例えば、クレゾールノボラック型エポキシ
樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニ
ル型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡやレゾルシンなど
から合成される各種ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフ
ェノールＡ型エポキシ樹脂、線状脂肪族エポキシ樹脂、
脂環式エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂、ハロゲン
化エポキシ樹脂、スピロ環含有エポキシ樹脂などが挙げ
られる。

【００１６】用途によっては２種以上のエポキシ樹脂を
併用してもよいが、耐熱性および耐湿性の点から、クレ
ゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキ
シ樹脂などのエポキシ樹脂当量が５００以下、特に３０
０以下のエポキシ樹脂を全エポキシ樹脂中に５０重量％
以上含むことが好ましい。

【００１７】本発明において、エポキシ樹脂（Ａ）の配
合量は通常４〜３０重量％、好ましくは６〜１８重量％
である。

【００１８】本発明における硬化剤（Ｂ）は、エポキシ
樹脂（Ａ）と反応して硬化させるものであれば特に限定
されず、それらの具体例としては、例えばフェノールノ
ボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノ
ールＡやレゾルシンから合成される各種ノボラック樹
脂、各種多価フェノール化合物などのフェノール系硬化
剤、無水マレイン酸、無水フタル酸、無水ピロメリット
酸などの酸無水物およびメタフェニレンジアミン、ジア
ミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホンな
どの芳香族アミンなどが挙げられる。半導体封止用とし
ては、耐熱性、耐湿性および保存性の点から、フェノー
ル系硬化剤が好ましく用いられ、用途によっては２種以
上の硬化剤を併用してもよい。

【００１９】本発明において、硬化剤（Ｂ）の配合量は
通常１〜２０重量％、好ましくは３〜１０重量％であ
る。さらには、エポキシ樹脂（Ａ）と硬化剤（Ｂ）の配
合比は機械的性質および耐湿性の点から（Ａ）に対する
（Ｂ）の化学当量比が０．７〜１．３、特に０．８〜
１．２の範囲にあることが好ましい。

【００２０】また、本発明においてエポキシ樹脂（Ａ）
と硬化剤（Ｂ）の硬化反応を促進するために硬化触媒を
用いてもよい。硬化触媒は硬化反応を促進するものなら
ば特に限定されず、例えば２−メチルイミダゾール、
２，４−ジメチルイミダゾール、２−エチル−４−メチ
ルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−フェ
ニル−４−メチルイミダゾール、２−ヘプタデシルイミ
ダゾールなどのイミダゾール化合物、トリエチルアミ
ン、ベンジルジメチルアミン、α−メチルベンジルジメ
チルアミン、２−（ジメチルアミノメチル）フェノー
ル、２，４，６−トリス（ジメチルアミノメチル）フェ
ノール、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデ
セン−７などの３級アミン化合物、ジルコニウムテトラ
メトキシド、ジルコニウムテトラプロポキシド、テトラ
キス（アセチルアセトナト）ジルコニウム、トリ（アセ
チルアセトナト）アルミニウムなどの有機金属化合物お
よびトリフェニルホスフィン、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
（ｐ−メチルフェニル）ホスフィン、トリ（ノニルフェ
ニル）ホスフィンなどの有機ホスフィン化合物が挙げら
れる。なかでも耐湿性の点から、有機ホスフィン化合物
が好ましく、トリフェニルホスフィンが特に好ましく用
いられる。これらの硬化触媒は、用途によっては２種以
上を併用してもよく、その添加量はエポキシ樹脂（Ａ）
１００重量部に対して０．５〜５重量部の範囲が好まし
い。

【００２１】本発明における溶融シリカ（Ｃ）は、真比
重２．３以下の非晶性シリカを意味する。その製造は必
ずしも溶融状態を経る必要はなく、任意の製造法を用い
ることができる。例えば結晶性シリカを溶融する方法、
各種原料から合成する方法などが挙げられる。

【００２２】破砕溶融シリカの平均粒子径は１５μｍ以
下、好ましくは１０〜３μｍである。球状溶融シリカの
平均粒子径は４μｍ以下、好ましくは３〜０．１μｍが
用いられる。

【００２３】溶融シリカ（Ｃ）の配合量は成形性および
低応力性の点から全体の５０〜９５重量％であり，好ま
しくは７０〜９０重量％である。溶融シリカ（Ｃ）中に
おける破砕溶融シリカは９９〜５０重量％、好ましくは
９７〜６０重量％である。球状溶融シリカは１〜５０重
量％であり、好ましくは３〜４０重量％である。

【００２４】本発明において、溶融シリカ（Ｃ）をシラ
ンカップリング剤、チタネートカップリング剤などのカ
ップリング剤であらかじめ表面処理することが、信頼性
の点で好ましい。カップリング剤としてエポキシシラ
ン、アミノシラン、メルカプトシランなどのシランカッ
プリング剤が好ましく用いられる。

【００２５】本発明における変性スチレン系ブロック共
重合体（Ｄ）は、スチレン系ブロック共重合体に不飽和
カルボン酸またはその誘導体を共重合またはグラフト反
応させて得られる。スチレン系ブロック共重合体は、ガ
ラス転移温度が通常２５℃以上、好ましくは５０℃以上
の芳香族ビニル炭化水素重合体ブロックとガラス転移温
度が０℃以下、好ましくは−２５℃以下の共役ジエン重
合体ブロックからなる線状、放射状、分岐状のブロック
共重合体が含まれる。前記の芳香族ビニル炭化水素とし
ては、スチレン、α−メチルスチレン、ｏ−メチルスチ
レン、ｐ−メチルスチレン、１，３−ジメチルスチレ
ン、ビニルナフタレンなどがあり、なかでもスチレンが
好ましく使用できる。

【００２６】前記の共役ジエンとしては、ブタジエン
（１，３−ブタジエン）、イソプレン（２−メチル−
１，３−ブタジエン）、メチルイソプレン（２，３−ジ
メチル−１，３−ブタジエン）、１，３−ペンタジエン
などがありなかでもブタジエン、イソプレンが好ましく
使用できる。スチレン系ブロック共重合体に占めるガラ
ス相ブロックである芳香族ビニル炭化水素重合体ブロッ
クの割合は１０〜５０重量％、ゴム相ブロックである共
役ジエン重合体ブロックの割合は９０〜５０重量％が好
ましい。ガラス相ブロックとゴム相ブロックの組合せは
多数ありそのいずれでもよいが、中間のゴム相ブロック
の両端にガラス相ブロックが結合したトリブロック共重
合体が好ましい。この場合のガラス相ブロックの数平均
分子量は好ましくは３，０００〜１５０，０００、特に
好ましくは５，０００〜６０，０００である。また、ゴ
ム相ブロックの数平均分子量は好ましくは５，０００〜
３００，０００、特に好ましくは１０，０００〜１５
０，０００である。

【００２７】スチレン系ブロック共重合体は公知のリビ
ングアニオン重合法を用いて製造できるが、特にこれに
限定されることなく、カチオン重合法、ラジカル重合法
によっても製造することができる。スチレン系ブロック
共重合体には、上記に説明したブロック共重合体の不飽
和結合の一部が水素添加により還元された、水添ブロッ
ク共重合体も含まれる。ここで、芳香族ビニル炭化水素
重合体ブロックの芳香族二重結合の２５％以下および共
役ジエン重合体ブロックの脂肪族二重結合の８０％以上
が水添されていることが好ましい。スチレン系ブロック
共重合体の好ましい具体例としては、ポリスチレン／ポ
リブタジエン／ポリスチレントリブロック共重合体（Ｓ
ＢＳ）、ポリスチレン／ポリイソプレン／ポリスチレン
トリブロック共重合体（ＳＩＳ）、ＳＢＳの水添共重合
体（ＳＥＢＳ）およびＳＩＳの水添共重合体が挙げられ
る。なかでも耐熱性の点からＳＢＳの水添共重合体（Ｓ
ＥＢＳ）およびＳＩＳの水添共重合体が特に好ましく用
いられる。

【００２８】本発明における変性スチレン系ブロック共
重合体（Ｄ）はスチレン系ブロック共重合体に不飽和カ
ルボン酸またはその誘導体を共重合またはグラフト反応
させて得られるが、通常グラフト反応により製造され
る。ここで不飽和カルボン酸としては、アクリル酸、メ
タクリル酸、エタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、
フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、ブテンジカルボ
ン酸が好ましく用いられる。また、その誘導体としては
アルキルエステル、グリシジルエステル、酸無水物、イ
ミドなどが好ましく用いられる。好ましい具体例として
は、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸
プロピル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸メチル、メ
タクリル酸エチル、アクリル酸グリシジル、メタクリル
酸グリシジル、エタクリル酸グリシジル、イタコン酸ジ
グリシジルエステル、シトラコン酸ジグリシジルエステ
ル、ブテンジカルボン酸ジグリシジルエステル、ブテン
ジカルボン酸モノグリシジルエステル、無水マレイン
酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸、マレイン酸イ
ミド、Ｎ−フェニルマレイン酸イミド、イタコン酸イミ
ド、シトラコン酸イミドなどが挙げられ、なかでもメタ
クリ酸グリシジル、無水マレイン酸、Ｎ−フェニルマレ
イン酸イミド、マレイン酸イミドが好ましく用いられ
る。これらの不飽和カルボン酸またはその誘導体は、用
途によっては２種以上を併用してもよい。

【００２９】不飽和カルボン酸またはその誘導体のグラ
フト反応量は、半田耐熱性の改良の点で０．０１〜１０
重量％が好ましく、０．０５〜５重量％が特に好まし
い。なおここでいうグラフト反応とは、不飽和カルボン
酸またはその誘導体がスチレン系ブロック共重合体と化
学的に結合することを意味する。

【００３０】変性スチレン系ブロック共重合体（Ｄ）は
公知の方法、例えば、スチレン系ブロック共重合体と不
飽和カルボン酸またはその誘導体を、溶融状態または溶
液状態において、ラジカル開始剤の存在下または不存在
下においてグラフト反応させることにより得られる。好
ましくは単軸もしくは二軸の押出機、バンバリーミキサ
ー、ニーダー、ロールなどの溶融混練装置を用い、１０
０〜３５０℃で溶融混練して製造できる。また、溶融混
練の際にラジカル開始剤として有機過酸化物を添加すれ
ばより効果的にグラフト反応させることができる。有機
過酸化物としては、ベンゾイルパーオキサイド、１，１
−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシ）−３，３，５−
トリメチルシクロヘキサン、ｎ−ブチル−４，４（ビス
−ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシ）バレイト、ｔｅｒｔ−
ブチルクミルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイ
ド、ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシベンゾエート、ビス
（ｔｅｒｔ−ブチルパーオキサイド）、ビス（ｔｅｒｔ
−ブチルパーオキシ）ジイソプロピルベンゼン、２，５
−ジメチル−２，５−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルパーオキ
シ）ヘキサン、２，５−ジメチル−２，５−ビス（ｔｅ
ｒｔ−ブチルパーオキシ）ヘキシン−３、ｔｅｒｔ−ブ
チルパーオキシクメンなどが挙げられる。有機過酸化物
の添加量は、スチレン系ブロック共重合体１００重量部
に対して０．００１〜１重量部が好ましい。

【００３１】変性スチレン系ブロック共重合体（Ｄ）の
添加量は半田耐熱性の改良効果から半導体封止用エポキ
シ組成物中０．１〜１０重量％が好ましく、１〜６重量
％が特に好ましい。

【００３２】また、本発明の半導体封止用エポキシ組成
物にはスチレン系ブロック共重合体を添加することがで
きる。その添加量は１０重量％以下が好ましい。また、
変性スチレン系ブロック共重合体（Ｄ）およびスチレン
系ブロック共重合体はあらかじめ粉砕、架橋その他の方
法により粉末化して用いてもよい。変性スチレン系ブロ
ック共重合体（Ｄ）およびスチレン系ブロック共重合体
の配合は任意の手順を用いることができる。例えば、あ
らかじめエポキシ樹脂（Ａ）または硬化剤（Ｂ）と溶融
混合した後その他の成分を配合する方法、エポキシ樹脂
（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、溶融シリカ（Ｃ）およびその他
の成分と同時に配合する方法などが挙げられる。

【００３３】本発明の半導体封止用エポキシ組成物には
充填剤として、結晶性シリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ
素、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、アルミナ、マ
グネシア、クレー、タルク、ケイ酸カルシウム、酸化チ
タン、アスベスト、ガラス繊維などを添加することがで
きる。他に、ハロゲン化エポキシ樹脂などのハロゲン化
合物またはリン化合物などの難燃化剤、三酸化アンチモ
ンなどの難燃助剤、カーボンブラック、酸化鉄などの着
色剤、シリコーンゴム、変性ニトリルゴム、変性ポリブ
タジエンゴム、ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂、長鎖
脂肪酸、長鎖脂肪酸の金属塩、長鎖脂肪酸のエステル、
長鎖脂肪酸のアミド、パラフィンワックス、シリコーン
オイルなどの離型剤および有機化酸化物などの架橋剤を
任意に添加することができる。

【００３４】本発明の半導体封止用エポキシ組成物は溶
融混練することが好ましく、例えばバンバリーミキサ
ー、ニーダー、ロール、単軸もしくは２軸の押出機およ
びコニーダーなどの公知の混練方法を用いて溶融混練す
ることにより製造される。

【００３５】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。

【００３６】実施例１〜７、比較例１〜５表１および表２に示した配合成分原料を表３に示す組成
でミキサーによってドライブレンドした。これを、バレ
ル温度９０℃の２軸押出機を用いて溶融混練後、冷却、
粉砕してエポキシ組成物を製造した。この組成物の物性
を次の方法によって測定した。

【００３７】成形は、低圧トランスファー成形法により
１７５℃×２分の条件で成形し、１８０℃×５時間の条
件でポストキュアーした。

【００３８】半田耐熱性：４４ｐｉｎＱＦＰを成形し、
８５℃８５％ＲＨで加湿後２６０℃に加熱した半田浴に
１０秒間浸漬し、超音波探傷機を用いてチップと樹脂の
界面の剥離の有無を調べ、故障率として、剥離の発生し
たＱＦＰの割合を求めた。

【００３９】これらの評価結果を表４に示した。

【００４０】

【表１】

【００４１】

【表２】

【００４２】

【表３】

【００４３】

【表４】

【００４４】表４より球状および破砕シリカと変性スチ
レン系ブロックコポリマーを含んだ実施例１〜８は、成
形性（レジンフラッシュ）と半田耐熱性に優れることが
解る。

【００４５】

【発明の効果】本発明による半導体封止用エポキシ組成
物は、成形性に優れ、半田耐熱性にも優れることから工
業的に有用である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 23/31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、溶
融シリカ（Ｃ）および変性スチレン系ブロック共重合体
（Ｄ）を必須成分として含有してなる組成物であって、
前記溶融シリカ（Ｃ）の平均粒子径が１５μｍ以下の破
砕溶融シリカ９９〜５０重量％と、平均粒子径が４μｍ
以下の球状溶融シリカ１〜５０重量％からなり、かつ前
記溶融シリカ（Ｃ）の割合が全体の５０〜９５重量％で
あり、前記変性スチレン系ブロック共重合体（Ｄ）がス
チレン系ブロック共重合体に不飽和カルボン酸またはそ
の誘導体を共重合またはグラフト反応させたものである
ことを特徴とする半導体封止用エポキシ組成物。