JPS63251419A - 半導体封止用樹脂組成物 - Google Patents

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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は低応力で耐熱衝撃性に優れ、半導体装時のはん
だ付は工程における半田耐熱性にも優れる半導体封止用
樹脂組成物に関する。

〈従来の技術〉 半導体素子の封止方法としてはセラミックなどを用いる
気密封止や熱硬化性樹脂による封止が知られているが、
量産性に優れ、また安価であることから樹脂封止が主流
となっている。

この半導体封止用樹脂組成物は、たとえばクレゾールノ
ボラヅク型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ
樹脂、脂肪族環状エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂；フ
ェノールノボラッり樹脂などの硬化剤；三級アミンやイ
ミダゾール類などの硬化促進剤ニジリカやアルミナなど
の無機微粉末からなる無機質充填剤；シランカップリン
グ剤などのカップリング剤；カルナウバワックスやステ
アリン酸なとの離型剤；カーボンブラックなどの着色剤
などから構成されている。

近年、半導体装置の高集積化が著しく進み、素子サイズ
は大きくなり配線は微細化している。

このような半導体素子を熱硬化性樹脂で封止した場合、
半導体素子に直接樹脂が接触するため硬化時の硬化収縮
および冷却時の熱収縮によりひずみ応力か発生し、アル
ミ配線のずれやボンゲイングワイヤーの切断、素子のク
ラックなどの障害が見られた。

また、最近では電子部品の小型、薄型化のため、半導体
の実装方式が従来のピン挿入方式から表面実装方式へと
移行しつつある。この場合、半導体は実装の際にはんだ
浴に浸漬されるなど高温で処理されるが、封止樹脂にク
ラックか生じて耐湿性が低下するなどの問題か指摘され
ていた。

このようなりラック発生の問題に対しては、従来種々の
検討がなされ、例えば、無機充填剤の品種を選択する方
法（特開昭５８−１９１３６号公報、特開昭６０−２０
２１４５号公報）、無機充填剤の形状を球形化したり、
粒子径をコントロールすることにより応力、ひずみを均
一化させる方法（特開昭６０−１７１７５０号公報、特
開昭６０−１７９３７号公報）、抗水性の添加剤やワッ
クスにより吸水性を低下させ、ハンダ浴での水分による
応力発生を下げる方法（特開昭６０−６５０２３号公報
）などがある。

〈発明が解決しようとする問題点〉 一方、この問題に関して、半導体装置を高温高湿下に放
置した後に、はんだ浴に浸してクラックの有無を調べる
テスト（半田耐熱性テスト）が提案されているが、この
テストは、ひずみ応力をはじめとして耐熱性や耐湿性な
ど多くの物性の影響を同時に受けるため、従来のクラッ
ク発生防止手段のみでは対応できなかっな。

〈発明が解決しようとする問題点〉 以上記したように半導体装置の高集積化と実装方式の変
化により、従来の封止樹脂よりもさらに熱応力が小さく
、実装時の半田耐熱性にも優れた樹脂組成物の実現が望
まれていた。

く問題点を解決するための手段〉 上記の問題は、下記式（Ｉ）で表わされるＲ３　　　Ｒ
６Ｒ７）ｊ４ （ただし、Ｒ１−Ｒ８は水素原子、０１〜Ｃ４の低級ア
ルキル基またはハロゲン原子を示す。）で表わされる骨
格を有するエポキシ樹脂とゴムとを必須成分として含む
ことを特徴とする半導体封止用樹脂組成物により解決す
ることができる。

以下、本発明の構成を詳述する。

本発明におけるエポキシ樹脂は下記式（Ｉ）Ｒ’　　　
　　Ｒ’　　　　Ｒ７Ｒ’ （ただし、Ｒ１−Ｒ８は水素原子、Ｃ＋〜Ｃ４の低級ア
ルキル基またはハロゲン原子を示す。）で表わされる骨
格を有するエポキシ樹脂を使用することが重要である。

上記式＜Ｉ）で表わされるエポキシ樹脂において、Ｒ１
−Ｒ８の好ましい具体例としては、水素原子、メチル基
、エチル基、プロピル基、ｉ−プロピル酸、ブチル基、
５ｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、塩素原子、臭
素原子などが挙げられる。

本発明におけるエポキシ樹脂の好ましい具体例としては
、４．４−一ビス（２，３−エポキシプロポキシ）ビフ
ェニル、４，４−−ビス（２，３−エポキシプロポキシ
ｉ３，３−。

５．５−−テトラメチルビフェニル、４，４−−ビス（
２，３−エポキシプロポキシ）−３゜３−．５．５−−
テトラメチル−２−クロロビフェニル、４．４”−ビス
（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３−，５，５−
−テトラメチル−２−ブロモビフェニル、４．４−一ビ
ス（２，３−エポキシ１０ポキシ）−３，３−。

５．５−−テトラエチルビフェニル、４，４−−ヒスく
２．３−エポキシプロポキシ）−３゜３−．５．５−−
テトラブチルビフェニルなどが挙げられる。

上記式（Ｉ）で表わされるエポキシ樹脂は他のエポキシ
樹脂と併用して使用できる。併用できるエポキシ樹脂と
しては、たとえは、クレゾールノボラヅク型エポキシ樹
脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、下記式（ｎ
）で表わされるノホラ・ｙり型エポキシ樹脂 ＣＨｘ　　　　　　　　　　ＣＨｔ　　　　　　　　　
　ＣＨ２（ただし、ｎは０以上の整数を示す。）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
環式エポキシ樹脂などが挙げられる。

上記式（Ｉ）で表わされるエポキシ樹脂は、全エポキシ
樹脂中に、通常１０ｗｔ％以上、好ましくは２５　ｗ　
ｔ％以上含有せしめる必要があり、これ以下の量では効
果が充分でない。

本発明において、組成物中での全エポキシ樹脂の配合量
は、通常５〜２５ｗｔ％である。

本発明の組成物は、通常、硬化剤を含有する。

硬化剤としてはエポキシ樹脂と反応して硬化させるもの
であれば特に限定されない。たとえば、フェノールノボ
ラック樹脂、クレゾールノホラック樹脂、下記式（Ｉ）
で表わされるノボラック樹脂、 （ただし、ｎは０以上の整数を示す。）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樹脂
、各種多価フェノール化合物、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、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
るが、特に限定されるものではない。

本発明において、組成物中での硬化剤の配合量は、通常
２〜１５ｗｔ％である。

本発明で使用するエポキシ樹脂および硬化剤は耐湿性の
点からナトリウムイオン、塩素イオン、遊離の酸、アル
カリやそれらを生成する可能性のある不純物はできるだ
け除去したものを用いることが好ましい。

エポキシ樹脂と硬化剤の配合比は、機械的性質や耐熱性
などの点からエポキシ樹脂に対する硬化剤の化学当量比
が０．５〜１．５、特に０．７〜１．２の範囲にあるこ
とが好ましい。

−８一 本発明においては、前記式（Ｉ）で表わされるエポキシ
樹脂とともにゴムを使用することが重要である。

本発明におけるゴムは、天然ゴム、合成ゴム、重合系ま
たは共重合系の柔軟樹脂を意味し、これらは架橋されて
いてもよく、官能基で変性されていてもよい。合成ゴム
としては、たとえばスチレンブタジェンゴム、ブタジェ
ンゴム、イソルンゴム、エチレンプロピレンゴム（ＥＰ
Ｍ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ニ
トリルゴム、クロロルンゴム、ブチルゴム、ウレタンゴ
ム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、四フッ化エチレンプ
ロピレンゴム、アクリルゴム、クロロスルホン化ポリエ
チレン、エビクロロヒドリンゴム、プロピレンオキサイ
ドゴム、エチレンアクリルゴム、ノルボルネンゴムや各
種液状ゴムなどが挙げられる。重合系または共重合系の
柔軟樹脂としては、ボリスヂレン／ポリブタジェン／ポ
リスチレントリブロック共重合体（ＳＢＳ）、ポリスチ
レン／ボリイソプレン／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の水添共重合体などのポリスチレン系ブロ
ック共重合体、オレフィン系ブロック共重合体、塩化ビ
ニル系ブロック共重合体、ウレタン系ブロック共重合体
、ポリエステル系ブロック共重合体、ポリアミド系ブロ
ック共重合体、フッ素系ブロック共重合体などの熱可塑
性エラストマーなどが挙げられ、またポリエチレン、エ
チレン／酢酸ビニル共重合体、エチレン／アクリル酸共
重合体、エチレン／アクリル酸エチル共重合体、エチレ
ン／メタクリル酸共重合体、エチレン／メタクリル酸メ
チル共重合体、エチレン／グリシジルメタクリレート共
重合体などのエチレン系ブロック共重合体が挙げられる
。なかでも、シリコーンゴム架橋物、スチレン系ブロッ
ク共重合体、ＥＰＭ、ＥＰＤＭが好ましく用いられる。

特にＥＰＭ、ＥＰＤＭ、５ＥＢＳが好ましく用いられる
。

上述したゴムは二種以上併用することが可能であり、特
に、ＥＰＤＭや５ＲＢＳは、シリコーンゴム架橋物と併
用した場合の半田耐熱性の効果をさらに発揮することが
できる。

ゴムの配合量は、組成物全体に対して通常０゜５〜１５
ｗｔ％、好ましくは１〜１０ｗｔ％で、量が少ないと効
果が小さく、量が多いと機械的強度の低下が著しい。

本発明における充填材としてはたとえば溶融シリカ、結
晶シリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、炭酸マグネシウム
、炭酸カルシウム、アルミナ、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、炭
素繊維、アラミド繊維などを用いることができ、これら
は二種以上併用することができる。なかでも、溶融シリ
カは、線膨張係数を低下させる効果が大きく、低応力化
に有効なため好ましく用いられる。

溶融シリカは、破砕状でも球状でも使用できるが、充填
剤として溶融シリカを用い、その４０ｗｔ％以上を破砕
状シリカとするのが、半田耐熱性向上のために有効なた
め、特に好ましい。

ここで充填材の量は組成物全体に対して５０〜９０　ｗ
　ｔ％、好ましくは６０〜８０　ｗ　ｔ％であり、量か
少ないと信顆性が低下し、量が多いと成形性が低下する
。

また、本発明において、エポキシ樹脂と硬化剤の硬化反
応を促進するために硬化促進剤を用いてもよい。硬化促
進剤としては硬化反応を促進させるものならば特に限定
されない。たとえば、２−メチルイミダゾール、２−フ
ェニルイミダゾールなどのイミダゾール類、ベンジルジ
メチルアミン、１，８−ジアザビシクロ（５゜４．０）
ウンデセン−７（Ｉ）ＢＵと略す）などのアミン類、ト
リフェニルホスフィン、テトラフェニルホルホニウム、
テトラフェニルボレートなどの有機リン化合物などが好
ましく用いられる。

本発明の樹脂組成物には、離型剤、着色剤、カップリン
グ剤、難燃剤などを必要に応じて用いることかできる。

本発明の樹脂組成物は溶融混練することが好ましく、溶
融混練は公知の方法を用いることができる。たとえばバ
ンバリーミキサ−、ニーダ−、ロール、−軸もしくは二
軸の押出機、コニーダーなどを用い、溶融混練すること
ができる。

く作用〉 本発明者らの検討によれば、下記式（Ｉ）Ｒ３Ｒ６Ｒ７
Ｒ４ （ただし、Ｒ１−Ｒ８は水素または０１〜Ｃ１の低級ア
ルキル基またはハロゲン原子を示す。）で表わされる骨
格を有するエポキシ樹脂とゴムとを必須成分として含む
樹脂組成物を用いることによって、低応力で耐熱衝撃性
や実装時の半田耐熱性にも優れた半導体封止用樹脂組成
物を実現できる。

本発明の樹脂組成物が上記のような優れた特性を示す理
由は定かではないが、ゴムによってひずみ応力と正比例
する弾性率が低下したこと、ビフェニル骨格をもつエポ
キシ樹脂が、硬化物の架橋密度を低下させ、靭性と耐湿
性を向上゛させたこと、ビフェニル骨格が耐熱性である
ことなどの相乗効果によるものと考えられる。

〈実施例〉 以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

実施例１〜１０、比較例１〜３ 第１表に示す試薬を用いて、第２表に示す配合処方の組
成比で試薬をミキサーによりトライブレンドした。これ
をロール表面温度１１０℃のミキシングロールを用いて
５分間加熱混練後、冷却、粉砕して樹脂組成物を得た。

この樹脂組成物を用い、低圧トランスファー成形法によ
り１７５℃×４分の条件で成形して曲げ試験片（５″Ｘ
　１／２”　Ｘ　１／４”　）および模擬素子を封止し
た１６ｐｉｎＤＩＰ＜デエアルインラインパッケージ）
と４４ｐｉｎＦＰＰ（フラットプラスチックパッケージ
）を得、１７５℃で５時間ポストキュアーした。ポスト
キュアー後、次の物性測定法により各樹脂組成物の物性
を測定した。

曲げ強度、弾性率：曲げ試験片を用いてＡＳＴＭ　　Ｄ
−７９０規格に従い 測定した。

サーマルショック：　１６ｐｉｎＤ　Ｉ　Ｐ２Ｏ個に２
６０℃Ｘ３０秒＃−１９６ ℃×３０秒のサーマルサイ クルを与え、１０個にクラ ツクが発生ずるサイクル数 を求めた。

半田耐熱性：４４ｐｉｎＦＰＰ１６個を８５℃、８５％
ｐ　Ｈで１６８ 時間処理後、ペーパーフェ ーズリフロー２１５℃で、 ９０秒処理し、クラックの 発生したＰＰＰの個数の割 合を求めた。

これらの結果を第２表に示す。

実施例１〜１０にみられるようにビフェニル骨格をもつ
エポキシ樹脂とゴムを必須成分とする本発明の樹脂組成
物は、曲げ弾性率が低く、低応力化されており、サーマ
ルショックのサイクル数が多く耐熱衝撃性に優れ、半田
耐熱性もクラック発生率が小さく優れている。

比較例１〜２にみられるようにゴムを含まない系では、
ビフェニル骨格をもつエポキシ樹脂の有無にかかわらず
、曲げ弾性率が高く低応力化されておらず、耐熱衝撃性
が非常に悪く、耐はんだ性も劣っている。

比較例３にみられるようにゴムの添加だけでは、曲げ弾
性率が低く低応力化はされるものの耐熱衝撃性、半田耐
熱性はいずれも劣っており、特に半田耐熱性ではクラッ
ク発生率が非常に高い。

〈発明の効果〉 本発明によれば、低応力で耐熱衝撃性や半田耐熱性に優
れた樹脂組成物が得られ、熱応力によるアルミ配線ずれ
や実装時のはんだ付は工程における樹脂クラックの問題
などを解消した優れた半導体封止用樹脂組成物を提供す
ることができる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）エポキシ樹脂と充填材とを主成分とする半導体封
   止用樹脂組成物において、下記式（ I ）▲数式、化学
   式、表等があります▼・・・・・・（ I ） （ただし、Ｒ＾１〜Ｒ＾８は水素原子、Ｃ＿１〜Ｃ＿４
   の低級アルキル基またはハロゲン原子を示す。） で表わされる骨格を有するエポキシ樹脂とゴムとを必須
   成分として含むことを特徴とする半導体封止用樹脂組成
   物。
2. （２）ゴムがエチレンプロピレンゴムまたはエチレンプ
   ロピレンジエンゴムである特許請求の範囲第１項記載の
   半導体封止用樹脂組成物。
3. （３）ゴムがスチレン系ブロック共重合体である特許請
   求の範囲第１項記載の半導体封止用樹脂組成物。
4. （４）ゴムがシリコーンゴム架橋物である特許請求の範
   囲第１項記載の半導体封止用樹脂組成物。