JPH0651786B2

JPH0651786B2 - 半導体装置封止用エポキシ樹脂組成物

Info

Publication number: JPH0651786B2
Application number: JP60214622A
Authority: JP
Inventors: 健内田; 章善積; 一高松本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-09-30
Filing date: 1985-09-30
Publication date: 1994-07-06
Anticipated expiration: 2009-07-06
Also published as: JPS6274924A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の技術分野］本発明は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関し、更
に詳しくは、優れた耐熱衝撃性及び成形性を有する硬化
物を与える半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］近年、半導体装置の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細
密化、素子ペレット自体の大型化が急速に進んでいる。
これらの素子ペレットの変化により封止用樹脂も従来の
封止用樹脂では耐熱衝撃性等の要求が満足できなくなっ
てきた。従来、半導体装置の封止用樹脂として用いられ
ている、フェノールノボラック樹脂で硬化させたエポキ
シ樹脂組成物は吸湿性、高温電気特性、成形性などがす
ぐれ、モールド用樹脂の主流となっている。

しかし、この系統の樹脂組成物を用いて大型でかつ微細
な表面構造を有する素子ペレットを封止すると、素子ペ
レット表面のアルミニウム（Al）パターンを保護するた
めの被覆材であるリンケイ酸ガラス（PSG）膜や窒化ケ
イ素（SIN）膜に割れを生じたり、素子ペレットに割れ
を生じたりする。特に冷熱サイクル試験を実施した場合
に、その傾向が非常に大きい。その結果、ペレット割れ
による素子特性の不良や該膜の割れに起因するAlパター
ンの腐食による不良などを生じる。

その対策としては、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膜やSiN膜など
がガラス膜との密着性を大きくする必要がある。

例えば、封止樹脂の内部封入物に対する応力を小さくす
るため、充填剤量を増加させることにより、樹脂の熱膨
張率を低下させる方法がとられている。しかし、この場
合、多量の充填剤使用により、溶融時における粘度の著
しい上昇を招くため樹脂の成形性を損なうという問題が
あった。

さらにこれらの素子ペレットの変化と共に、チップに及
ぼす樹脂及びフィラーの局部応力が原因と思われる信頼
性の低下が問題となってきており、これの回避には、破
砕状フィラーの粗粒をカットすることが有効でると考え
られる。また、パッケージが小型，薄形である場合、成
形金型のゲートは通常のものよりせまいため、この場合
も、大きな破砕状フィラー粒子の存在は好ましくない。
しかしながら、これらの目的で、フィラーの平均粒径を
小さくした場合にも樹脂の溶融粘度が増して、未充填や
ボンディングワイヤの変形を生ずる可能性がある。そこ
で、素子へのダメージが小さく、良好な流動性を持つ球
状のフィラーが注目されているが、単一の粒度分布を持
つ球状フィラーを使った場合、成形時に生ずるバリが著
しく長くなるとともに強度が低下するという欠点があっ
た。

［発明の目的］本発明の目的は、上記した問題点を解消し、優れた耐熱
衝撃性及び成形性を有する硬化物を与える半導体封止用
エポキシ樹脂組成物を提供することにある。

［発明の概要］本発明者らは、上記目的を達成するため、鋭意研究の結
果、通常、充填剤として用いられる破砕状のシリカ粉
に、粒径を考慮した特定の球状シリカ粉を所定量混合し
た半導体封止樹脂が、耐熱衝撃性に優れ、良好な成形性
を持つことを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の半導体装置封止用エポキシ樹脂組成
物は、（Ａ）エポキシ樹脂；（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤；（Ｃ）硬化促進剤；（Ｄ）平均粒子径３〜100μｍを有する破砕状シリカ
粉；（Ｅ）平均粒子径１〜50μｍを有する球状シリカ粉；及
び（Ｆ）エポキシシランと純水からなり、その重量比が9:
1〜9.95:0.05である界面処理剤を、（Ｄ）及び（Ｅ）成
分の合計量に対して0.1〜1.5重量％を含み、（Ｅ）成分の配合量が（Ｄ）及び（Ｅ）成分の
総配合量に対して５〜90容量％であり、かつ（Ｄ）及び
（Ｅ）成分の合計量が（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）
及び（Ｅ）の合計量に対して50〜75容量％であることを
特徴とするものである。

本発明の（Ａ）成分であるエポキシ樹脂は、１分子中に
エポキシ基を少なくとも２個含有するものであれば、い
かなるものであってもよく、例えば、ビスフェノールＡ
型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、脂環型エ
ポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂が挙げ
られ、これらは単独あるいは２種以上の混合糸で使用さ
れる。

本発明の（Ｂ）成分であるフェノール樹脂硬化剤は、一
般にエポキシ樹脂の硬化剤として知られているものであ
ればいかなるものであってもよく、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などのフェ
ノール性水酸基２個以上を有するノボラック型フェノー
ル樹脂が挙げられる。

この（Ｂ）成分の配合量は、（Ａ）成分100重量部に対
し、通常、30〜150重量部である。30重量部未満の場合
は、硬化が不充分であり、150重量部を超えると耐湿性
に劣る。好ましくは、50〜100重量部である。

本発明の（Ｃ）成分である硬化促進剤は、フェノール樹
脂を用いてエポキシ樹脂を硬化する際に、硬化促進剤と
して使用されることが知られているものであればいかな
るものであってもよい。この（Ｃ）成分の具体例として
は、2-メチルイミダゾール,2-エチル‐4-メチルイミダ
ゾール,1-シアノエチル‐2-エチル‐メチルイミダゾー
ル等のイミダゾール化合物；ベンジルジメチルアミン，
トリスジメチルアミノメチルフェノール等の第３アミン
化合物；トリフェニルホスフィン，トリシクロヘキシル
ホスフィン，トリブチルホスフィン，メチルジフェニル
ホスフィン等の有機ホスフィン化合物が挙げられ、これ
らは単独あるいは２種以上の混合系で使用される。

この（Ｃ）成分の配合量は（Ａ）成分100重量部に対し
て、通常、0.01重量部〜10重量部である。0.01重量部未
満の場合には硬化性に劣り、10重量部を超えると耐湿性
が低下する。

本発明の（Ｄ）成分である破砕状シリカ粉は、平均粒子
径が３〜100μｍの範囲内のものであればいかなるもの
であってもよく、例えば、結晶性シリカ粉、溶融性シリ
カ粉、あるいはこれらの混合物が挙げられる。平均粒子
径が３μｍの場合には、流動性が劣り、100μｍを超え
ると成形時にゲートづまりを始めとする種々の作業上の
難点を生じるのみならず、樹脂封止型半導体素子の場合
には素子の誤動作の原因ともなり望ましくない。

本発明の（Ｅ）成分である球状シリカ粉は、平均粒子径
が１〜50μｍの範囲内のものであって、粒子の球状のも
のであればいかなるものであってもよく、例えば、結晶
性シリカ粉、溶融シリカ粉、あるいはこれらの混合物が
挙げられる。平均粒子径が上記範囲外である場合、成形
時における流動性の改善効果が少ない。

さらに、本発明の（Ｄ）及び（Ｅ）成分が、最大粒径50
μｍ以下の（Ｄ）成分と平均粒子径５〜50μｍの（Ｅ）
成分とからなり、（Ｄ）成分が（Ｄ）及び（Ｅ）成分の
合計量に対して10〜90容量％で配合される場合には、本
発明の組成物が極めて良好な成形性を示すとともに、得
られた硬化物が優れた耐熱衝撃性を有するものとなり好
ましい。また、本発明の（Ｄ）及び（Ｅ）成分が、平均
粒子径５〜100μｍの（Ｄ）成分と平均粒子径１〜30μ
ｍの（Ｅ）成分とからなり、（Ｅ）成分が（Ｄ）及び
（Ｅ）成分の合計量に対して５〜60容量％で配合される
場合には、得られる硬化物が優れた耐熱衝撃性を有する
ものとなり好ましい。なお、この（Ｄ）成分と（Ｅ）成
分との粒径の比は、後者が１に対し、前者が３以上であ
ることが好ましい。この範囲を外れる場合には、流動性
の改善効果が十分に得られない。

前記した（Ｅ）成分の配合量は（Ｄ）及び（Ｅ）成分の
合計量に対して、５〜90容量％である。この配合量が上
記した範囲を外れる場合には流動性の十分な改善効果が
得られない。また、前記した（Ｄ）及び（Ｅ）成分の合
計量は前記した（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）及び
（Ｅ）成分の総配合量に対して、50〜75容量％である。
配合量が50容量％未満の場合には得られる硬化物が十分
な耐熱衝撃性を有することができず、75容量％を超える
と溶融粘度の上昇を招き成形性が低下する。

本発明の（Ｆ）成分である界面処理剤は、エポキシシラ
ンと純水との混合物であり、本発明の効果を更に向上さ
せるための成分である。エポキシシランは一般式:YSi
（OR_１）_３（式中Ｙはエポキシ基を有する１価の有機
基、Ｒ_１炭素数１〜５のアルキル基を表わす。）で示さ
れる化合物であり、例えば、γ‐グリシドキシプロピル
トリメトキシシランなどであり、純水とは、例えば蒸留
水、脱イオン水などの純水な水、特に無機もしくは有機
性イオンないしはイオン発生物質を含有しないか、それ
らの含有量がきわめて小さい水をいう。

本発明に用いられる界面処理剤は、上記エポキシシラン
と、純水を9:1〜9.95:0.05の割合で混合したものであ
る。この範囲外であると、耐湿性が劣る。

本発明の組成物は、上記した各成分を加熱ロールによる
溶融混練、ニーダーによる溶融混練、押出機による溶融
混練、微粉砕等の特殊混合機による混合及びこれらの各
方法の適宜な組合せによって製造することができる。

なお、本発明の組成物は、必要に応じて高級脂肪酸、ワ
ックス類などの離型剤；アンチモン、リン化合物、臭素
や塩素を含む公知の難燃化剤が配合されてもよく、また
ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリ酢酸ビニ
ル、あるいはこれらの共重合体などの各種熱可塑性樹脂
やシリコーンオイル、シリコーンゴムなどを添加しても
よい。

以下本発明の実施例を掲げ本発明を更に詳述する。な
お、表中の配合比は、特にことわらない限りは、すべて
重量％を表わす。

［発明の実施例］実施例１〜３第１表に示す組成の各成分を使用し、本発明の組成物を
得た。上記組成物を、まず、ヘンシェルミキサー中で、
充填剤を界面処理剤で処理した後、残りの成分をミキサ
ー中に投入混合した後、60〜110℃の加熱ロールで混練
し、冷却後、粉砕して得られた。

なお、第１表中の各樹脂はオルトクレゾールノボラック
型エポキシ樹脂（エポキシ当量196、軟化点76℃）、難
燃性エポキシ樹脂（エポキシ当量270、軟化点30℃）、
フェノールノボラック樹脂（フェノール当量106、軟化
点97℃）を使用した。

比較例１〜６第２表に示す組成の各成分を実施例と同様に処理し、比
較例とした。

上記実施例１〜３及び比較例１〜６により得られた組成
分について下記の実験を行った。結果を第３表〜第５表
に示す。

前記組成物の流動性を評価するため、高化式フローテス
ターを用いて173℃における溶融粘度を測定した。

さらに同組成物を用いて表面にPSG層を有する大型ペレ
ット評価用素子を低圧トランスファー成形により封止し
た。

得られた試料素子について耐熱衝撃性を評価するため
に、熱衝撃試験（−65℃〜150℃の冷熱サイクルテス
ト）を行い、特性不良を測定した。

また、前記組成物を用いて低圧トランスファー成形法に
よりMOS型IC素子を樹脂封止し、得られた樹脂封止半導
体装置についてプレッシャークッカーテスト（2.5気圧
中でのテスト）を行ない、アルミ電極の腐食による耐湿
性を評価した。

第３表〜第５表より明らかなとおり、実施例の本発明品
は比較品と比べて、耐熱衝撃性及び耐湿性において優れ
ており、又、溶融時における適度な粘度を有するもので
ある。

［発明の効果］本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、良好な成
形性を有するとともに、優れた耐熱衝撃性及び耐湿性を
有する硬化物を与えるため、半導体電子部品のパッケー
ジ材料として有用であり、その工業的価値は極めて大で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例，比較例で使用したシリカ粉の粒度分
布曲線を示す図である。Ａ……破砕状溶融シリカ粉、平均粒径20μｍＢ……破砕状溶融シリカ粉、平均粒径３μｍ（325meshパス、最大粒径44μｍ）Ｃ……球状溶融シリカ粉、平均粒径35μｍＤ……球状溶融シリカ粉、平均粒径３μｍ

───────────────────────────────────────────────────── 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 (56)参考文献特開昭61−85432（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−97322（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−268750（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）エポキシ樹脂；（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤；（Ｃ）硬化促進剤；（Ｄ）平均粒子径３〜100μｍを有する破砕状シリカ
粉；（Ｅ）平均粒子径１〜50μｍを有する球状シリカ粉；及
び（Ｆ）エポキシシランと純水からなり、その重量比が9:
1〜9.95:0.05である界面処理剤を、（Ｄ）及び（Ｅ）成
分の合計量に対して0.1〜1.5重量％を含み、（Ｅ）成分の配合量が（Ｄ）及び（Ｅ）成分の
合計量に対して５〜90容量％であり、かつ（Ｄ）及び
（Ｅ）成分の合計量が（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）
及び（Ｅ）の総配合量に対して50〜75容量％であること
を特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。