JPH0744242B2

JPH0744242B2 - 半導体装置封止用エポキシ樹脂組成物

Info

Publication number: JPH0744242B2
Application number: JP28497093A
Authority: JP
Inventors: 健内田; 章善積; 一高松本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-11-15
Filing date: 1993-11-15
Publication date: 1995-05-15
Anticipated expiration: 2010-05-15
Also published as: JPH06204361A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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。

【０００２】

【従来の技術】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、成形性などが優れ、モールド用樹脂の主流とな
っている。

【０００３】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。

【０００４】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ＰＳ
Ｇ膜やＳｉＮ膜などの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、多量の充填剤を使用することによ
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。

【０００５】更にこれらの素子ペレットの変化ととも
に、チップに及ぼす樹脂及び充填剤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、破砕状充填剤の粗粒をカットすることが有効
であると考えられる。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狭いた
め、この場合も、大きな破砕状充填剤粒子の存在は好ま
しくない。しかしながら、これらの目的で、充填剤の平
均粒径を小さくした場合にも、樹脂の溶融粘度が増し
て、充填不良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
流動性を有する球状充填剤が注目されているが、単一の
粒度分布を有する球状充填剤を使った場合、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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】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、良好な成形性を有することを見出し、本発
明を完成するに至った。

【０００８】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；及び（Ｅ）平
均粒子径１〜５０μm を有する球状シリカ粉からなり、
（Ｅ）成分の配合量が（Ｄ）及び（Ｅ）成分の合計量に
対して５〜３０容量％であり、（Ｄ）成分と（Ｅ）成分
との粒径の比が、後者が１に対し、前者が３以上であ
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。

【０００９】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
混合系で使用される。

【００１０】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。

【００１１】この（Ｂ）成分の配合量は、（Ａ）成分１
００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、５０〜１
００重量部である。

【００１２】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−メチルイミダジ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
ェノール等の第三級アミン化合物；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。

【００１３】この（Ｃ）成分の配合量は、（Ａ）成分１
００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が劣
り、１０重量部を超えると耐湿性が低下する。

【００１４】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はじめと
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。

【００１５】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、粒子が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。

【００１６】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
〜３０μm 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５〜３０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。

【００１７】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、５〜３０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。

【００１８】本発明の半導体装置封止用エポキシ樹脂組
成物において、前記した（Ａ）〜（Ｅ）成分に加えて界
面処理剤を配合することが、本発明の効果をさらに向上
せしめるために望ましい。この界面処理剤は、エポキシ
シランと純水との混合物であるが、エポキシシランは一
般式：ＹＳｉ（ＯＲ₁)₃ （式中、Ｙはエポキシ基を有す
る１価の有機基、Ｒ₁ は炭素数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粋な水、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。

【００１９】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
を用いることが好ましい。この範囲外であると、耐湿性
が劣る。

【００２０】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。

【００２１】なお、本発明の組成物には、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を配合して
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。

【００２２】

【実施例】以下、実施例によって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、す
べて重量部を表わす。

【００２３】実施例１〜３表１に示す組成の各成分を使用し、本発明の組成物を得
た。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、上記組成物を得た。

【００２４】なお、表１中の各樹脂としては、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１９
６、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。

【００２５】

【表１】

【００２６】比較例１〜８表２に示す組成の各成分を、実施例と同様に混合し、比
較例の組成物を得た。

【００２７】

【表２】

【００２８】試験例上記実施例１〜３及び比較例１〜８によって得られた組
成物について、下記の実験を行った。

【００２９】すなわち、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。

【００３０】更に、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℃〜１５
０℃の冷熱サイクルテスト）を行い、特性を測定した。

【００３１】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）を行い、アルミ電
極の腐食による耐湿性を評価した。

【００３２】これらの結果を表３〜表５に示す。

【００３３】

【表３】

【００３４】

【表４】

【００３５】

【表５】

【００３６】表３〜表５に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、また、溶融時における適度な粘度
を有している。

【００３７】

【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
値は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】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。

【符号の説明】

Ａ…破砕状溶融シリカ粉、平均粒径２０μm Ｂ…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３５μm Ｄ…球状溶融シリカ粉、平均粒径３μｍ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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；及び（Ｅ）平均粒子径１〜５０μm を有する球状シリカ粉からなり、（Ｅ）成分の配合量が（Ｄ）及び（Ｅ）成分
の合計量に対して５〜３０容量％であり、（Ｄ）成分と
（Ｅ）成分との粒径の比が、後者が１に対して前者が３
以上であり、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
体装置封止用エポキシ樹脂組成物。