JPH03115455A

JPH03115455A - 封止用樹脂組成物及び樹脂封止型半導体装置

Info

Publication number: JPH03115455A
Application number: JP25212489A
Authority: JP
Inventors: Min Tai Kao; カオ・ミン・タイ; Tsugio Sakamoto; 坂本　次雄; Michiya Azuma; 東　道也; Akira Yoshizumi; 善積　章
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-09-29
Filing date: 1989-09-29
Publication date: 1991-05-16

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は優れた耐熱衝撃性、耐半田クラック性を有する
硬化物が得られる封止用樹脂組成物及びこの封止用樹脂
組成物で封止された樹脂封止型半導体装置に関する。

（従来の技術）従来、半導体装置の封止用樹脂としては、フェノールノ
ボラック樹脂硬化のエポキシ樹脂組成物が用いられてお
り、その硬化物が耐湿性、高温電気特性、成形性などに
優れているため、封止樹脂の主流となっている。ところ
で、近年、半導体素子の高集積化と素子の高密度実装化
に伴って。

素子上の各機能単位の細密化、素子ペレットの大型化、
パッケージの小形化・薄形化が急速に進んでいる。これ
らの半導体素子とパッケージの変化により、従来の封止
用樹脂では、耐熱衝撃性などの要求が満足できなくなっ
てきた。

すなわち、この系統のエポキシ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ペレットを封止すると、
ボンディングワイヤーが破断したり、素子ペレット表面
のアルミニウム配線パターンを保護するための燐ケイ酸
ガラス（ＰＳＧ）膜や窒化ケイ素（Ｓｘ、　Ｎ４　）膜
に割れを生じたり封止樹脂にクラックを生じたりする。

特に、冷熱サイクル試験を実施した場合に、この傾向が
顕著に現れる。その結果、半導体装置の外観不良や信頼
性の低下を招いている。

また、半導体装置を表面実装する場合、基板に半田付け
をする際に装置全体が２００〜２６０℃の高温雰囲気中
に５〜９０秒程度さらされるという過酷な熱衝撃を受け
る。この際、パッケージ内部に取り込まれた水分が気化
し、その蒸気圧により封止樹脂のクラックを生じること
がある。

これらの対策として、内部封入物（インサート）に対する応力を小さくシ、かつ広い温度範囲で封止樹脂
自体を強靭化する必要がある。

このうち、封止樹脂の内部応力の低減には、従来からシ
リコーンオイルや天然ゴムなどを樹脂マトリクスに細か
く分散させた、いわゆる海−島構造をとることが有効と
されており、事実、この方法によりかなりの改善効果を
上げることができる。

しかしながら、この手法は必然的に樹脂自体の強度を低
下させるという欠点を有するうえ、高温下での樹脂のク
ラックに対してはほとんどその有効性は期待できない。

一方、高温下の強度を向上させる方法として、ガラス転
移温度の高い多官能エポキシ樹脂または硬化剤の使用が
考えられるがこれらの多官能性樹脂等は脆いという欠点
がある。

（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
、内部応力が小さく、かつ高温下での機械的特性が良好
で、優れた耐熱衝撃性及び耐半田クラック性を有する硬
化物が得られる封止用樹脂組成物、及びこの封止用樹脂
組成物で封止された樹脂封止型半導体装置を提供するこ
とを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段と作用）本発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究した結果
、粒径を考慮した球状充填材と、繊維状充填材とを所定
量混合した半導体封止樹脂が耐熱衝撃性、耐半田クラッ
ク性に優れ、かつ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、本発明の封止用樹脂組成物は、（Ａ）　　エ
ポキシ樹脂（Ｂ）　　硬化剤（Ｃ）　　平均粒子径５１１ｍ未満の球状充填材（Ｄ）
　　平均繊維径２０μｍ以下、平均繊維長１５０−以下
の繊維状充填材を必須成分とし、（Ｄ）成分の配合量が（Ｃ）、（Ｄ）成分の総量に対し
て２０〜８０容量％かつ、（Ｃ）、（Ｄ）成分の総配合
量−が、（Ａ）、（Ｂ）、ＣＣ）及び（Ｄ）の総量に対
して４０〜７５容量％であることを特徴とする。さらに
はこうした封止用樹脂組成物で素子を封止してなる半導
体装置である。

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、ビスフェノールＦ型
エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、指環型エポ
キシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂等が挙げ
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。

本発明の（Ｂ）成分である硬化剤は５通常、エポキシ樹
脂の硬化剤として公知のものであればいかなるものであ
ってもよい。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、無水フタル酸
、ヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル
酸などの酸無水物、トリエチレンテトラミン、メタフェ
ニレンジアミンなどのアミン類、イミダゾールなどが挙
げられる。これらは単独あるいは２種以上混合して使用
してもよい。

これら（Ａ）成分及びＣＢ）成分は各々２５℃において
１００００ポイズ以下のものを用いることが低粘度の組
成物を得るためには好ましい。

本発明に使用される（Ｃ）成分である球状充填材は平均
粒径５μｍ未満の球状のものであればいかなるものであ
ってもよく、たとえば、結晶シリカ粉、溶融シリカ粉、
アルミナ粉、水酸化アルミニウム粉、あるいはこれらの
混合物等が挙げられる。この平均粒径が５−以上の場合
、後の（Ｄ）成分である繊維状充填材と組み合わせると
き粘度の上昇が大きく流動性の低下を招く。一方位径の
下限としては平均粒径が０．０５ｐ、ｍ程度であり、こ
れより小さいとやはり粘度の上昇を招きやすい。

本発明に使用される（Ｄ）成分の繊維状充填材は平均繊
維径２０／ｆｆｉ以下、　平均繊維長１５０ｇｍ以下の
ガラス繊維等であればよく、たとえば長繊維を粉砕して
えられるミルドファイバー等が挙げられる。

また、ガラス繊維に含まれるナトリウムイオンの含有量
が１００ｐｐＩ１１以下、たとえば高純度の石英ガラス
繊維のものであればさらに耐湿信頼性が向上するのでよ
り望ましい。さらにはアルミナ繊維やチタン酸カリウム
繊維を用いても良い。また好ましい、アスペクト比（平
均長／平均直径）は２以上であり、さらには３〜１０で
あることがより好ましい。これをこえるとやはり粘度が
上昇する。

前記した（Ｄ）成分の配合量は、（Ｃ）と（Ｄ）成分の
総量に対して２０〜８０容量％、望ましくは４０〜７０
％である。その理由としては、この範囲内では粘度は低
く、流動性が優れているからである。

さらに、前記した（Ｃ）、（Ｄ）成分の総配合量は、前
記した（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の成分の総配合
量に対して４０〜７５容量％である。配合量が４０容量
％未満の場合には得られる硬化物が十分な耐熱画引性を
有することができず、７５容量％を越えると粘度が高く
成形性が低下する。

本発明の組成物は、上記の球状シリカ粉等のほか、破砕
状のシリカ粉、あるいは平均粒径５μｍ以上のシリカ粉
を流動性の大幅な低下をもたらさない範囲において適宜
添加して併用してもよい。

本発明の組成物は、上記の各成分を加熱ロールによる溶
融混練、ニーダ−による溶融混線、押出機による溶融混
線、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。ま
た、使用する樹脂または／及び硬化剤が常温で液状の場
合、プロペラミキサで加熱真空下で混合した方が充填材
のぬれがよく、機械的特性が向上する。

なお、本発明の組成物では、硬化剤としてフェノール樹
脂や酸無水物を使用した場合、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などのイミダゾ
ール等の化合物：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アミン化合物ニト
リフェニルホスフィン、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などを
、硬化促進剤として単独あるいは２種以上混合して使用
しても良い。またエポキシシラン等の界面処理剤、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により本発明をさらに詳述する。

なお、表の値はことわりのない限りは、すへて重量％を
表す。

（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。上記の組成物は、まず、ヘンシェルミキサー中で
、充填材を界面処理剤で処理した後、６０〜１１０℃の
加熱ロールで混線し、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３
０℃）、　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１〜３第１表に示す組成の各成分を実施例１〜３と同様に処理
し、比較例とした。

（以下余白）第表上記実施例１〜３、及び比較例１〜３により得られた組
成物について下記の実験を行った。

まず前記組成物の流動性を評価するため、硬化式フロー
テスターを用いて１７５℃における溶融粘度を測定した
。また、成形時のパリ長さを評価するため、パリ測定用
金型を用いて１０μｍの溝に生じるパリ長さを測定し、
同時に成形した試験片を用いて曲げ試験を行い、弾性率
及び強度を測定した６さらに同組成物の耐熱衝撃性及び
耐半田クラック性を以下のように評価した。

まず耐熱衝撃性（ＴＣＴ）は、８ｍｍ角の耐熱衝撃性評
価用テスト素子を低圧トランスファー成形により封止し
、各樹脂封止型半導体素子成形サンプル１２個づつを一
６５℃・３０分／室温・５分／１５０℃・３０分／室温
・５分を１サイクルとする冷熱サイクルにさらして、所
定試験サイクル毎に半導体素子の不良の発生を測定した
。

耐半田クラック性については、各樹脂封止型半導体素子
成形サンプル１２個づつを８５℃／８５％ＲＨの加速湿
度雰囲気中に７２時間放置し、　その後２１５℃で２分
間半田付けのためｖｐｓ　（フロロカーボン蒸気による
加熱）処理を行った。その後、内部と外部に達する樹脂
クラックの発生を顕微鏡で観察した。なお、耐半田クラ
ンク性試験はＴＣＴテストと同じ試験素子を用いた。こ
れらの結果を第２表に示す。

第２表実施例４〜６第３表に示す組成の各成分を使用、本発明の組成物を得
た。上記の組成物はまずヘンシェルミキサー中で、充填
材を界面処理剤で処理した後、万能混合撹拌（三栄製作
所製）により加熱真空下で混合して得られた。

なお、第３表中の各樹脂はビスフェノールド型エポキシ
樹脂（エポキシ当量１６９、粘度２５℃で３゜で１ポイ
ズ）を使用した。

（以下余白）第表次に前記組成物の流動性を評価するため、Ｂ型粘度計を
用いて４０℃における粘度を測定した。さらに同組成物
の耐熱衝撃性及び耐半田クラック性を以下のように評価
した。

まず８ＩＩｌ１１１角の耐熱衝撃性評価用テスト素子を
１２０℃に加熱した金型にセットした後、液状の樹脂を
注入、真空脱泡し、１２０℃×２時間＋１５０℃×１０
時間で条件で硬化した。かくして得られた封止型半導体
素子成形サンプル１２個づつを一６５℃・３０分／室温
・５分／１５０℃・３０分／室温・５分を１サイクルと
する冷熱サイクルにさらして、所定試験サイクル毎に半
導体素子の不良の発生を測定した。

耐半田クラック性については、各樹脂封止型半導体素子
成形サンプル１２個づつを８５℃／８５％ＲＨの加速湿
度雰囲気中に７２時間放置し、その後２１５°Ｃで２分
間半田付けのためのｖｐｓ　ｃフロロカーボン蒸気によ
る加熱）処理を行った。その後、内部と外部に達する樹
脂クラックの発生を顕微鏡で１１察した。なお、耐半田
クランク性試験はＴＣＴテストと同じ試験素子を用いた
。これらの結果を第４表に示す。

第表第２表及び第４表より明らかなとおり、本発明の封止用
樹脂組成物は、耐熱衝撃性及び耐半田クラック性におい
て優れており、又、適度な粘度を有するもので成形性も
良好である。

〔発明の効果〕

本発明の封止用樹脂組成物は、良好な成形性を有すると
ともに、優れた耐熱衝撃性、耐半田クラック性を有する
硬化物が得られるため、半導体電子部品のパッケージ材
料として有用であり、さらにその樹脂で封止してなる樹
脂封止型半導体装置ともにその工業的価値は極めて大で
ある。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）（Ａ）エポキシ樹脂（Ｂ）硬化剤（Ｃ）平均粒子径５μｍ未満の球状充填材（Ｄ）平均繊維径２０μｍ以下、平均繊維長１５０μｍ
以下の繊維状充填材を必須成分とし、（Ｄ）成分の配合
量が（Ｃ）、（Ｄ）成分の総量に対して２０〜８０容量
％であり、かつ、（Ｃ）、（Ｄ）成分の総配合量が、（
Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）の総量に対して４０〜
７５容量％であることを特徴とする封止用樹脂組成物。
（２）（Ｄ）成分がナトリウムイオン含有量１００ｐｐ
ｍ以下のガラス繊維であることを特徴とする請求項（１
）記載の封止用樹脂組成物。
（３）（Ａ）成分のエポキシ樹脂及び（Ｂ）成分の硬化
剤の少なくとも一方の粘度が２５℃において１００００
ポイズ以下であることを特徴とする請求項（１）または
（２）のいずれかに記載の封止用樹脂組成物。
（４）請求項（１）乃至（３）のいずれかに記載の封止
用樹脂組成物で半導体素子を封止したことを特徴とする
樹脂封止型半導体装置。