JPH09176486A - 樹脂組成物および樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶融粘度を低減して成形性を改善し、さらに
は低熱膨張化、および樹脂強度の向上を図った樹脂組成
物を提供することを目的とする。 【解決手段】 １００重量部のポリアリ−レンスルフィ
ド樹脂と、２５〜５５０重量部の無機質充填剤と、１〜
２０重量部の、液晶相形成温度が９０℃〜２６０℃の範
囲にある、分子量１，０００以下の低分子棒状液晶性化
合物とを含有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂と無機質充填
剤とを含有する樹脂組成物、及びこの樹脂組成物を用い
て半導体チップを封止した樹脂封止型半導体装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の電子部品封止用樹脂として、エポ
キシ樹脂をマトリックス主成分とする熱硬化性樹脂が広
く用いられており、この樹脂を用いた封止方法として
は、トランスファモールド法が主として採用されてい
る。これに対し、高速成形、リサイクル化を含む材料収
率、及び室温保存安定性の観点から、熱可塑性樹脂によ
る封止が注目されてきた。

【０００３】また、更に近年、ハロゲン含有物や三酸化
アンチモン等の難燃性に寄与する化合物が有害物資とし
て規制の方向に進む中で、これらを含まずに、ＵＬ規格
のＵＬ−９４，Ｖ−０グレ−ドを達成できるような方法
が、エポキシ樹脂系において種々試みられている。そこ
で、熱可塑性樹脂において上記課題を満たす樹脂とし
て、耐熱性、耐薬品性及び電気的特性に優れたポリフェ
ニレンスルフィド樹脂が有望視され、半導体封止用にイ
オン性不純物を様々な方法で除去したグレードのものを
用いて電子部品を封止することが提案されている。

【０００４】また、高温での熱応力の低減を指向する傾
向から、無機質充填剤を高充填させるため、リニア構造
の低粘度化したグレ−ドのポリフェニレンスルフィド樹
脂も合成されている。しかしながら、低粘度化した場
合、成形時にボイドの発生が起こりやすい状況となるた
め、耐湿信頼性の低下や、金型からの離型性に起因する
成形加工性の悪化を引き起こす恐れがあり、低粘度化に
も限界がある。

【０００５】更に、ポリフェニレンスルフィド樹脂組成
物で封止を行った場合、この樹脂自体高結晶性であるた
め、延性に乏しく脆弱であり、電子部品の封止用樹脂に
望まれるような強度、靱性が出にくいという問題があっ
た。これを解決する手段として、充填剤組成中にガラス
繊維を使用して強度向上を図った提案が数多くなされて
いる。

【０００６】このような繊維状充填剤を用いると、上記
の問題の他に、上述したボイドの問題も解消されるが、
ＩＣ封止の場合において、素子内部での半導体チップの
クラックやＡｕボンディングワイヤーの断線を生じるな
どの問題が生ずることが懸念される。これに対する改善
策として、液晶ポリマー等を用いて溶融成形時の流動性
を低減化した方法が提案されている（特開昭６２−５４
９号、特開昭６２−１４１０６４号、特開昭６４−７４
２６５号）。

【０００７】しかし、この方法によると、溶融時の流動
性及び機械的強度については向上するが、材料自体の溶
融粘度は下がらず、無機質の充填剤を高充填することが
不可能なため、インサ−トとの熱応力差を低減するのに
十分とは言えない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記課題を
解決するためになされたものであり、溶融粘度を低減し
て成形性を改善し、さらには低熱膨張化、および樹脂強
度の向上を図った樹脂組成物を提供することを目的とす
る。

【０００９】本発明の他の目的は、この樹脂組成物を用
いて樹脂封止された半導体装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明（請求項１）は、１００重量部のポリアリ−
レンスルフィド樹脂と、２５〜５５０重量部の無機質充
填剤と、１〜２０重量部の、液晶相形成温度が９０℃〜
２６０℃の範囲にある、分子量１，０００以下の低分子
棒状液晶性化合物とを含有することを特徴とする樹脂組
成物を提供する。また、本発明（請求項２）は、１００
重量部のポリアリ−レンスルフィド樹脂と、２５〜５５
０重量部の無機質充填剤と、１〜２０重量部の、液晶相
形成温度が９０℃〜２６０℃の範囲にある、分子量１，
０００以下の低分子棒状液晶性化合物とを含有する樹脂
組成物であって、前記棒状液晶性化合物は、コア部分Ｃ
に末端基Ｘ，Ｙが結合した式Ｘ−Ｃ−Ｙ（Ｘ及びＹはそ
れぞれ独立に、炭素数１〜６のアルキル基又はアルコキ
シ基、シアノ基、メチルアミド基、ニトロ基、アミノ
基、ジメチルアミノ基、ハロゲン原子、水素原子を表
す）で示される構造を有し、このＸ−Ｃ−Ｙ構造中、コ
ア部分Ｃはベンゼン環、ヘテロ六員環、及びトランス置
換のシクロヘキサン環からなる群から選ばれた１種がパ
ラ配位で２〜６個結合した構造を含むことを特徴とする
樹脂組成物を提供する。

【００１１】更に、本発明（請求項３）は、半導体チッ
プを上記樹脂組成物（請求項１，２）を用いて封止した
ことを特徴とする樹脂封止型半導体装置を提供する。

【００１２】以下、本発明について、より詳細に説明す
る。

【００１３】本発明に係る樹脂組成物は、 （１）ポリアリ−レンスルフィド樹脂 （２）無機質充填剤 （３）低分子棒状液晶性化合物 を必須成分とすることを特徴とする。

【００１４】本発明の樹脂組成物の第１の必須成分であ
るポリアリ−レンスルフィド樹脂は、例えば下記一般式
に示すポリフェニレンスルフィド樹脂のような可塑性樹
脂であり、これには大きく分けてリニア型と架橋型があ
る。

【００１５】

【化１】

【００１６】（式中、ｎは、重合度を示す正の整数であ
る） 架橋型とは、良く知られているように、例えばジハロベ
ンゼンとアルカリ金属重硫化物とを触媒の存在下で重合
させて得た重合体を、酸素雰囲気下で加熱することによ
り架橋させ、高重合度化したものであり、下記一般式に
示す構造を有する。

【００１７】

【化２】

【００１８】（式中、ｎは、重合度を示す正の整数であ
る） 本発明の樹脂組成物には、上記いずれかのタイプのポリ
アリ−レンスルフィド樹脂を用いることが好ましいが、
その他、例えばメタ結合、エーテル結合、置換フェニル
スルフィド結合等の結合を構造中に有する、下記一般式
に示す構造を、ポリマー中の繰り返し単位内に３０モル
％未満であれば含んでもよい。ただし、３０モル％以上
含むと、ポリマーの結晶性に影響を及ぼし、耐熱性の低
下を招くため好ましくない。

【００１９】

【化３】

【００２０】（式中、Ｒ，Ｒ₁ ，Ｒ₂ はそれぞれ独立に
アルキル基、ニトロ基、カルボン酸基、アミノ基、カル
ボン酸の金属塩基、又はアルコキシ基を示す。） また、本発明で用いられるポリアリ−レンスルフィド樹
脂は、その３１０℃、せん断速度１０⁴ sec^-1における
溶融粘度が４〜１００Ｐａ・ｓとなる程度に高重合化し
たものであることが好ましい。この理由は、ポリアリ−
レンスルフィド樹脂の重合度が低過ぎると、樹脂組成物
の成形時にボイドが発生して、金型からの離型性や電子
部品を封止した際の耐湿信頼性の低下などを招く傾向が
あり、逆に重合度が高過ぎると、成形時の流動性が低下
して、ワイヤ−流れや断線を生ずるおそれがあるからで
ある。

【００２１】以上のようなポリアリ−レンスルフィド樹
脂を必須成分として含むことにより、樹脂組成物の吸水
性を下げることが可能である。

【００２２】本発明の樹脂組成物の第２の必須成分であ
る無機質充填剤の具体例としては、溶融シリカ粉末、結
晶性シリカ粉末、ガラス繊維、タルク、アルミナ粉末、
窒化ケイ素粉末、窒化アルミ粉末、ケイ酸カルシウム粉
末、炭酸カルシウム粉末、硫酸バリウム粉末、マグネシ
ア粉末などが挙げられる。これらのうち、溶融シリカ粉
末、結晶性シリカ粉末、及びガラス繊維を単独もしくは
混合して用いることが最も好ましい。なお、シリカ粉末
は、破砕状、球状、微細品のものを適宜組み合わせて用
いることが好ましい。

【００２３】無機質充填剤の配合量は、ポリフェニレン
スルフィド樹脂１００重量部に対して２５〜５５０重量
部、好ましくは、１５０〜４００重量部である。２５重
量部未満では、成形性が悪化し、耐熱衝撃性についても
十分な特性を得ることができない。一方、５５０重量部
を超えると、樹脂組成物の溶融粘度が著しく上昇し、こ
の樹脂組成物を用いて半導体チップを封止した場合、ワ
イヤ変形を招く恐れがある。

【００２４】また、本発明の樹脂組成物において、耐湿
性をより向上させるために、無機質充填剤の表面処理を
行うのが望ましい。この場合、表面処理剤としては、通
常表面処理に使用されるようなシランカップリング剤で
あればいかなるものでも良く、エポキシシラン、アミノ
シラン、メルカプトシラン、アクリルシラン等が挙げら
れる。シランカップリング剤の添加量は、無機質充填剤
１００重量部に対して０．０２〜１０重量部が好まし
い。これは、０．０２重量部未満であると、添加効果が
十分に得られず、１０重量部を越えると、シランカップ
リング剤が成形体の表面にブリ−ドして、外観の低下を
招くおそれがあるからである。

【００２５】本発明の第３の必須成分である低分子液晶
性化合物は、１，０００以下の分子量を有し、その基本
的構造としては、ディスコティック型のような板状構造
やらせん構造以外の棒状化合物であればいかなるもので
あっても良い。この化合物は、かなりの程度の剛直性を
有するコア部分を中央に持ち、通常はその両端に末端基
を持った構造を有している。

【００２６】コア部分は、例えば２個以上の六員環がパ
ラ配位で直結している構造か、または２個以上の六員環
が−Ａ−Ｂ−で表される結合子を介してやはりパラ配位
で結合しているものである。六員環構造としてはベンゼ
ン環、ヘテロ六員環、トランス置換のシクロヘキサン環
などがあり、コアの中に２個以上の六員環がパラ配位で
結合していることが必要である。なお、六員環同士を結
合する結合子−Ａ−Ｂ−としては、下記一般式に示す構
造が挙げられ、これら結合子の主鎖の原子数は、９０℃
〜２６０℃で液晶相を形成するためには、偶数であるこ
とが必要である。

【００２７】

【化４】

【００２８】液晶性化合物の分子量が１，０００を越え
ると、粘性が高くなり過ぎて、樹脂組成物の成形性が劣
り、無機質充填剤を所定量充填することが困難となる。
なお、あまりに低分子量の液晶性化合物を用いると、成
形に当り樹脂組成物を溶融させた際、この液晶性化合物
が分解してボイドの発生などを招くおそれがあり、液晶
性化合物のより好ましい分子量は、３００〜８００であ
る。

【００２９】棒状液晶性化合物の具体例としては、下記
に示すものが挙げられる。なおここでの例は、２個以上
の六員環がパラ配位で直結している例であるが、その代
わりに六員環同士が先に記載した結合子を介して結合し
たものであってもよい。

【００３０】

【化５】

【００３１】また、本発明においては、こうした液晶性
化合の液晶相形成温度が９０℃〜２６０℃であることが
必要である。これは液晶相形成温度がこの範囲を逸脱す
ると、成形時に液晶性化合物が一定方向に揃って配向せ
ず、ひいては本発明の効果が十分に発現されないからで
ある。さらに本発明で用いられる液晶性化合物は、その
澄明点が２００℃以上であることが好ましい。

【００３２】液晶性化合物の配合量は、ポリアリ−レン
スルフィド樹脂１００重量部に対して１〜２０重量部で
あり、好ましくは５〜２０重量部である。液晶性化合物
の配合量が１重量部未満では、本発明の効果が十分に発
現せず、２０重量部を越えると、選択した化合物によっ
ては難燃性、電気特性が低下してしまう。なお、液晶性
化合物は、樹脂組成物中に１種あるいは２種以上含んで
いても良いが、２種を混合して用いる場合は、コア部分
の構造が同一であるような同一系統の化合物のみの混合
が好ましい。

【００３３】本発明の樹脂組成物では、上述したような
液晶性化合物を配合することでその溶融粘度が著しく低
減され、成形時の流動性が向上する。また、こうした溶
融粘度の低減に基づき、無機質充填剤を高充填して樹脂
組成物の低熱膨張化を図ることも可能となる。さらに
は、樹脂中に液晶性化合物が一定方向に揃って配合した
状態で成形されるので、成形体の強度も格段に高められ
る。

【００３４】本発明の樹脂組成物には、以上説明した必
須成分の他に、必要に応じて、天然ワックス類、合成ワ
ックス類、直鎖脂肪酸又はその金属塩、酸アミド類、エ
ステル類、パラフィン類などの離型剤、カーボンブラッ
ク、二酸化チタンなどの顔料、および変性剤としてシリ
コーンオイル、シリコーンゲル、シリコーンゴム、各種
プラスチックス粉末、各種エンジニアリングプラスチッ
クス粉末、ＡＢＳ樹脂やＭＢＳ樹脂の粉末などを適宜添
加しても良い。

【００３５】本発明の樹脂組成物は、前述した各成分
を、加熱ロール、ニーダーあるいは押出機によって溶融
混練したり、微粉砕可能な特殊混合機によって混合した
り、これらの各方法の適当な組み合わせにより調製する
ことができるが、特に、各成分を混合機によりドライブ
レンドした後、押出機で溶融混合し、ペレタイズする方
法が一般的である。

【００３６】以上説明した本発明の樹脂組成物は、樹脂
と無機質充填剤とを含む複合樹脂材料の一般的な用途、
即ち、電気・電子部品の封止材、ギヤ、ベアリングなど
機械部品の構造材、自動車部品、各種ハウジング材など
に広く適用可能である。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例に基づいて
具体的に説明する。

【００３８】実施例１〜６ 溶融粘度が１０Ｐａ・ｓのポリフェニレンスルフィド
（東レ社製）、無機質充填剤（Ａ：溶融シリカ粉；マイ
クロン社製，平均粒径２２μｍ，Ｓ−ＣＯ、Ｂ：ガラス
繊維；日本板硝子社製，１３μｍ径，平均長５０〜６０
μｍ，ＲＥＶＸ−２０８）、表面処理剤（日本ユニカー
社製エポキシシランカップリング剤，Ａ−１８７）、顔
料（カ−ボンブラック）および液晶性化合物（ＴＢＢ
Ａ；Ｎ，Ｎ−テレフタリリデンビス（４−ブチルアニリ
ン）、ＤＢＱＰ；４，４″′−パラジブトキシクォータ
ーフェニルの各成分を下記表１に示す配合割合で含む６
種の樹脂組成物を、以下のようにして調製した（表中の
配合量は重量部を示す）。

【００３９】即ち、最初にヘンシェルミキサー中で無機
質充填剤を表面処理剤で処理し、次いで、他の成分を配
合して２８０〜３３０℃の二軸押出機で溶融混練し、ペ
レット化した。得られたペレットを樹脂温度３３０℃、
金型温度１５０℃に設定した射出成形機（ＩＳ−１００
ＦＢ：東芝機械（株）製）により成形し、物性測定用の
テストピースを作製した。このテストピ−スについて、
樹脂組成物の線熱膨張係数、曲げ強度（ＡＳＴＭ Ｄ−
７９０に準拠）を測定した。また、得られたペレットに
より１４ｐｉｎ ＤＩＰ構造のテスト用素子を封止成形
し、ワイヤの変形量をＸ線撮影装置にて観察した。更
に、樹脂封止されたテスト用素子を更に冷熱サイクル試
験（−６５℃〜１５０℃）に供し、素子の不良発生率を
調べた。

【００４０】また、溶融粘度測定は、高化式フローテス
タ（ダイス；穴径１．０ｍｍ，穴長２．０ｍｍ）により
３１０℃，１０ｋｇ荷重の条件下で測定した。

【００４１】なお、ここで用いた液晶性化合物は、いず
れも分子量が１，０００以下、液晶相形成温度が９０℃
〜２６０℃の範囲にあり、例えばＴＢＢＡの場合、分子
量３８６．５、液晶相形成温度１１３℃、澄明点２３
６．５℃である。

【００４２】比較例１〜３ 下記表１に示す配合組成の、低分子液晶性化合物を含ま
ない３種の樹脂組成物を、実施例１〜６と同様の方法で
作製し、評価した。

【００４３】比較例４ 下記表１に示す配合組成の、低分子液晶性化合物の代わ
りに液晶ポリマ−を含む樹脂組成物を、実施例１〜６と
同様の方法で作製し、評価した。使用した液晶ポリマ−
は、ポリエチレンテレフタレ−ト単位３０ｍｏｌ％と、
ｐ−ヒドロキシ安息香酸単位７０ｍｏｌ％とからなる、
分子量５０００のものである。

【００４４】以上の測定結果を下記表１にまとめて示
す。

【００４５】

【表１】

【００４６】ａ） ◎：変形度５％以下、 ○：変形度５〜１０％、 △：変形度１０％を越える ×：断線 上記表１に示すように、実施例１〜６の樹脂組成物は、
比較例１〜３の樹脂組成物に比べ、曲げ強度が高く、比
較例１，２，４の樹脂組成物に比べ、溶融粘度が低く、
また、比較例２〜４の樹脂組成物に比べ、線熱膨脹係数
が低い。更に、実施例１〜６の樹脂組成物により封止し
た半導体装置は、比較例１〜４の樹脂組成物に比べ、ワ
イヤーの断線、変形が解消され、素子の不良も発生しな
かった。また、冷熱サイクル試験の結果は、いずれも素
子の不良発生率は０であった。

【００４７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の樹脂組成
物は、低粘度であるため成形時の流動性が極めて良好
で、得られた成形体は高強度を示し、半導体チップの封
止用樹脂として、好適である。また、本発明の樹脂組成
物により半導体チップが封止された半導体装置は、ワイ
ヤーの断線、変形がなく、温度変化によっても不良が発
生せず、信頼性が非常に高い。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １００重量部のポリアリ−レンスルフィ
   ド樹脂と、２５〜５５０重量部の無機質充填剤と、１〜
   ２０重量部の、液晶相形成温度が９０℃〜２６０℃の範
   囲にある、分子量１，０００以下の低分子棒状液晶性化
   合物とを含有することを特徴とする樹脂組成物。
2. 【請求項２】 １００重量部のポリアリ−レンスルフィ
   ド樹脂と、２５〜５５０重量部の無機質充填剤と、１〜
   ２０重量部の、液晶相形成温度が９０℃〜２６０℃の範
   囲にある、分子量１，０００以下の低分子棒状液晶性化
   合物とを含有する樹脂組成物であって、前記棒状液晶性
   化合物は、コア部分Ｃに末端基Ｘ，Ｙが結合した式Ｘ−
   Ｃ−Ｙ（Ｘ及びＹはそれぞれ独立に、炭素数１〜６のア
   ルキル基又はアルコキシ基、シアノ基、メチルアミド
   基、ニトロ基、アミノ基、ジメチルアミノ基、ハロゲン
   原子、水素原子を表す）で示される構造を有し、このＸ
   −Ｃ−Ｙ構造中、コア部分Ｃはベンゼン環、ヘテロ六員
   環、及びトランス置換のシクロヘキサン環からなる群か
   ら選ばれた１種がパラ配位で２〜６個結合した構造を含
   むことを特徴とする樹脂組成物。
3. 【請求項３】 半導体チップを請求項１又は２に記載の
   樹脂組成物を用いて封止したことを特徴とする樹脂封止
   型半導体装置。