JPS60124647A - Low-radiation epoxy resin composition - Google Patents

Abstract

PURPOSE:The titled compositions exhibiting extremely low radiation of alpha-rays, etc., and excellent thermal shock resistance, made by incorporating spherical fillers containing very small amounts of radioactive impurities into epoxy resins. CONSTITUTION:The titled compounds made by incorporating a spherical filler containing radioactive impurities of 0.005CPH/cm<2> or less in terms of alpha-ray dose (e.g. silica, alumina, calcium carbonate, mica, clay, or glass) and a flame-retardant of 0.10CPH/cm<2> or less (e.g. antimony trioxide or boric acid) into an epoxy resin (e.g. a bisphenol-A epoxy resin or a novolak epoxy resin). Especially, a compound containing 50-90wt% high-purity fused silica of high-purity alumina as a spherical filler and 0.5-5wt% Sb2O3 as a flame-retardant is useful as a molding material for VLSI.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、α線等の放射線発生の極めて少なく、且つ耐
熱衝撃性にすぐれたエポキシ樹脂組成物に係わシ、その
特徴は放射線不純物の含有量が極めて少なく、且つ球状
の充填材及び難燃剤を使用するところにある。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an epoxy resin composition that emits extremely little radiation such as alpha rays and has excellent thermal shock resistance. This involves the use of spherical fillers and flame retardants.

最近コンピュータの汎用化には目を見張るものがある。Recently, the general-purpose use of computers has been remarkable.

特にパソコンやマイコンといった軽便で安価な小型コン
ピュータは小学生から老人まで幅広く使用されるように
なってきた。又オフィスコンピュータも小型化や低コス
ト化の動きは著しい。In particular, small, convenient and inexpensive computers such as personal computers and microcomputers have come to be widely used by everyone from elementary school students to the elderly. Furthermore, office computers are also becoming more compact and lower in cost.

これら小型コンピュータは機能上からは数年前の大型コ
ンピータに匹適するが、価格はイ０〜鴇と逆に下がって
いる。こういった流れを支えてきているのは一半導体の
低コスト化、即ちコンピュータ関係企業の合理化努力で
ある。この半導体コストダウンの要因の中で見逃すこと
ができないものの一つにパッケージのプラスチック化が
ある。These small computers are functionally comparable to the large computers of several years ago, but their prices have fallen dramatically. What has supported this trend is the cost reduction of semiconductors, in other words the rationalization efforts of computer-related companies. One of the factors that cannot be overlooked in reducing semiconductor costs is the shift to plastic packaging.

昔からコンピュータは長期に渡って故障しないこと、即
ち信頼性が要求されている。このため昔のパッケージは
高価なハーメチックかセラミックのみであった。しかし
、プラスチックパッケージにも信頼性の非常に高いもの
が開発され急激に切換っている。現在、民生用のＩＣや
トランジスターの大部分及び産業用のＩＣ，ＬＳＩの一
部が安価なプラスチックパッケージとなっている。動き
としては信頼性要求レベルの比較的低い民生用よりパッ
ケージのプラスチック化が進み高信頼性を要求される産
業用もプラスチック化がかなシ進んできている状態にあ
る。今後も産業用半導体のプラスチックパッケージ化は
ますます進んでいくと予想されるが、現時点で問題とし
て表面化してきたものの一つはソフト毛う一対策である
。半導体が高集積化多機能化する例えはメモリー用途で
は、メそリー容量がＩＫ→４に→１６に→６４Ｋ・・・
・・・・・・と進むに従って放射線（α線）による誤動
作＝ソフトエラーを受けやすくなる。そこでパッケージ
ング材も放射線発生量の少々いものにしなければならな
い。Since ancient times, computers have been required to be reliable and not break down over a long period of time. For this reason, older packages were limited to expensive hermetic or ceramic packaging. However, extremely reliable plastic packages have been developed and are rapidly being replaced. Currently, most consumer ICs and transistors and some industrial ICs and LSIs are packaged in inexpensive plastic packages. In terms of trends, the use of plastic packaging is progressing more than for consumer products, which require a relatively low level of reliability, and the use of plastic packaging is also rapidly progressing for industrial applications, which require high reliability. It is expected that the use of plastic packaging for industrial semiconductors will continue to advance, but one of the issues that has come to the fore at the moment is countermeasures against soft lint. As an example of semiconductors becoming highly integrated and multifunctional, in memory applications, memory capacity increases from IK to 4 to 16 to 64K...
As the process progresses, it becomes more susceptible to malfunctions (soft errors) caused by radiation (α rays). Therefore, packaging materials must also be made of materials that emit less radiation.

既に６４にはプラスチック化の過渡期であｊ？　２５６
　Ｋプラスチックパック−２品も発表されようとしてい
る。これらＬＳＩ・超ＬＳＩで誤動作が問題となる放射
線量を放射性不純物量（ウラン・トリウム等）及びα線
量で示すと次のようになる。By 1964, we were already in the transition period of plasticization. 256
K Plastic Pack - 2 products are also about to be announced. The amount of radiation that causes malfunctions in these LSIs and VLSIs is expressed in terms of the amount of radioactive impurities (uranium, thorium, etc.) and the amount of α-rays as follows.

このための対策としては、昭和５８年特許願第９４８４
７号に記載されているように、エポキシ樹脂に放射性不
純物（ウラン・トリウム等）がα線量で０．００５　Ｃ
ＰＨ／ｆｆｌ以下の充填材及び０．１０　ＣＰＨ／Ｃ＃
！以下の難燃剤を配合してなることを特徴とするエポキ
シ樹脂組成物が、産業上極めて有用である。As a countermeasure for this, 1984 patent application No. 9484
As stated in No. 7, epoxy resin contains radioactive impurities (uranium, thorium, etc.) at an alpha dose of 0.005 C.
Filler below PH/ffl and 0.10 CPH/C#
! Epoxy resin compositions containing the following flame retardants are extremely useful industrially.

６４に、　２５６になどいわゆる超ＬＳＩにおける今一
つの問題点は耐熱衝撃性である。超ＬＳＩにおいては、
半導体の高集積化に伴ない半導体チップの面積を大きく
せざるを得ない。したがって、メモリー容量がＩＫ→４
に→１６に→６４Ｋ・曲間と進むに従って、パッケージ
寸法に占めるチップ面積の比率が大きくなシ、同じパッ
ケージング材で封止した場合には、耐熱衝撃性が悪くな
る傾向となる。とこに言う耐熱衝撃性とは、温度サイク
ル試験を実施した場合に、パッケージあるいは半導体チ
ップにクラックが生じるまでのサイクル数で評価する事
が出来る。Another problem with so-called VLSIs such as 64 and 256 is thermal shock resistance. In VLSI,
As semiconductors become more highly integrated, the area of semiconductor chips has to be increased. Therefore, the memory capacity is IK → 4
As the chip size increases from 16 to 64K, the ratio of the chip area to the package size increases, and when sealed with the same packaging material, the thermal shock resistance tends to deteriorate. Thermal shock resistance mentioned here can be evaluated by the number of cycles until cracks occur in the package or semiconductor chip when a temperature cycle test is performed.

パッケージング材の耐熱衝撃性を向上する方法としては
、可撓性付与成分を添加してパッケージング材を割れに
くくする方法、レジンを変性して可撓性を付与する方法
、パッケージング材の熱膨張係数を小さくして熱衝撃時
の歪みを小さくする方法などが有効であるが、他の特性
、すなわち成形性、耐湿性との両立といった点で、工業
性に乏しい。Methods for improving the thermal shock resistance of packaging materials include adding flexibility-imparting ingredients to make the packaging material less likely to break, modifying resin to make it more flexible, and increasing the thermal shock resistance of packaging materials. Although methods such as reducing the coefficient of expansion to reduce distortion during thermal shock are effective, they are not industrially viable in terms of compatibility with other properties, ie, moldability and moisture resistance.

本発明は、これら他の特性を損う事なく、耐熱衝撃性に
優れかつ低放射線性を満足させるエポキシ樹脂組成物を
提供する産業上極めて有益なものである。The present invention is extremely useful in industry because it provides an epoxy resin composition that has excellent thermal shock resistance and satisfies low radiation properties without impairing these other properties.

又、エポキシ樹脂とはエポキシ基を有するもの全般をい
い、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（シェル
８２８．１００１等）、ノボラック型エポキシ樹脂（日
本化薬ＥＰＰＮ　−２０１、大日本インキ化学工業エピ
クロンＮ　−６７３等）等を挙げることができる。In addition, epoxy resin refers to all substances having an epoxy group, such as bisphenol A type epoxy resin (Shell 828.1001, etc.), novolac type epoxy resin (Nippon Kayaku EPPN-201, Dainippon Ink Chemical Industry Epicron N- 673 etc.).

硬化剤としては、エポキシ樹脂と反応するも−の全般を
いい、例えば、フェノールノボラック類（日本化薬ＰＮ
−８０、ＯＣＮ　−１００等）、酸無水物類（ＴＣＰＡ
、　ＨＨＰＡ等）、アミン類（ＤＤＡ　、　ＤＤＭ　）
等をいう。The curing agent refers to all materials that react with epoxy resins, such as phenol novolacs (Nippon Kayaku PN).
-80, OCN -100, etc.), acid anhydrides (TCPA
, HHPA, etc.), amines (DDA, DDM)
etc.

充填材としては、例えばシリカ、アルミナ１．炭酸カル
シウム、マイカ、クレー、ガラス、アスベスト、水酸化
アルミニウム等を挙げることができる。Examples of fillers include silica and alumina. Examples include calcium carbonate, mica, clay, glass, asbestos, and aluminum hydroxide.

特に次表のような特徴をもつ高純度溶融・シリカ：高純
度アルミナが本発明の目的を達成するのに有用である。In particular, high-purity fused silica:high-purity alumina having the characteristics shown in the following table is useful in achieving the objectives of the present invention.

難燃剤としては、例えばアンチモン類（三酸化アンチモ
ン・四・三酸化アンチモン）、ホウ素化金物（ホウ酸・
ホウ酸亜鉛）を挙げることができる。中でも、次表のよ
うな特徴をもつ高純度三酸化アンチモンが特に望ましい
難燃剤である。Examples of flame retardants include antimony (antimony trioxide, antimony tetraoxide, antimony trioxide), boronated metals (boric acid, antimony trioxide),
Zinc borate). Among these, high-purity antimony trioxide, which has the characteristics shown in the table below, is a particularly desirable flame retardant.

又、無機質充填材及び無機質難燃剤の使用量としては各
々５０〜９０重量％、０．５〜５重量−の範囲とするの
が望ましい。これら重量範囲外で拡流動性や熱膨張特性
や耐熱性やインサート腐食性等で欠点を示す場合もある
。Further, the amounts of the inorganic filler and the inorganic flame retardant used are preferably in the range of 50 to 90% by weight and 0.5 to 5% by weight, respectively. Outside these weight ranges, there may be defects in flowability, thermal expansion characteristics, heat resistance, insert corrosion, etc.

特に、半導体封止用の成形材料用途では充填材として無
機質充填材の中でも溶融シリカを５０〜９０重量−１又
難燃剤として無機質充填材の中でも三酸化アンチモンを
α５〜５重量％使用するのが好ましい。In particular, in the application of molding materials for semiconductor encapsulation, among inorganic fillers, fused silica is used as a filler at 50 to 90% by weight, and as a flame retardant, antimony trioxide is used at α5 to 5% by weight among inorganic fillers. preferable.

又、エポキシ樹脂としては、オルトクレゾールノボラッ
ク型エポキシ樹脂特に軟化点が８０℃以下、エポキシ当
量が２２０以下、全塩素量が１゜ｏ　ｏ　ｐｐｍ以下、
プレッシャークツカー抽出水の電気伝導度が５００μｆ
ｐ／ｃｒＩＬ以下のものが好ましく、硬化剤としてはフ
ェノールノボラック特に軟化点が１０５℃以下、プレッ
シャークツカー抽出水の電気伝導度が１００μ？／　ｏ
ｒ（以下且っ蟻酸量が５０ｐｐｍ以下のものが好ましｂ
ｏ （注） 全塩素量：ナトリウムアマルガム法によって測定 プレッシャークツカー抽出条件 レジン５ｆを蒸留水４０ｆで １８０℃２０ｈｒ抽出 以下、本発明の詳細な説明を半導体封止用成形材用での
実施例で説明する。以下に示す使用量は全て重量部であ
シ「部」と略して用いている。In addition, as the epoxy resin, ortho-cresol novolac type epoxy resins, especially those having a softening point of 80°C or less, an epoxy equivalent of 220 or less, and a total chlorine content of 1°o o ppm or less,
The electrical conductivity of pressure extractor water is 500 μf.
A curing agent of p/crIL or less is preferable, and as a curing agent, a phenol novolac is particularly used, the softening point of which is 105°C or less, and the electrical conductivity of the pressure cutter extracted water is 100μ? /o
r (preferably, the amount of formic acid is 50 ppm or less b)
o (Note) Total chlorine amount: Measured by the sodium amalgam method Pressure Kutskar extraction conditions Resin 5F was extracted with 40F of distilled water at 180°C for 20 hours Below, a detailed explanation of the present invention will be given in Examples for molding materials for semiconductor encapsulation. explain. All amounts shown below are parts by weight and are abbreviated as "parts".

実施例 オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂（住友化学
ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ）　２０部、７ｘ／　ｋノボラッ
ク（日本化系ＰＮ−１００’）　１０部、溶融シリカＸ
部、三酸化アンチモンｙ部、シランカップリング剤（チ
ッソＥＥＳ　−Ｍ）　０．５部、触媒（ケイ・アイ化成
ＰＰ−３６０＞　０．５部、カーボン（三菱化成）０．
５部、離型剤（野田ワックス）０．５部を１００℃の加
熱ロールで３分間混合し成形材料を試作した。この時溶
融シリカ及び三酸化アンチモンの種類と量に水準を取シ
第１表のように数種類の成形材料を得た。これら成形材
料の特性、ンフトエラー率及び耐熱衝撃性を調べた結果
、第１表のように超ＬＳＩ用の成形材料としては充填材
と難燃剤の両者を放射性不純物の少ないもの各々放射性
不純物がα線量で０．００５　ＣＰＨ／　ｃｄｉ以下と
０．１０　ＣＰＨ／−以下のものを使用することが必須
条件であシ、かつ耐熱衝撃にすぐれた材料としては、球
状の充填材を使用する事が極めて有効であることが判る
。Examples Ortho-cresol novolac type epoxy resin (Sumitomo Chemical ESCN-195XL) 20 parts, 7x/k novolak (Nipponka system PN-100') 10 parts, fused silica
part, antimony trioxide y part, silane coupling agent (Chisso EES-M) 0.5 part, catalyst (K-I Kasei PP-360> 0.5 part, carbon (Mitsubishi Kasei) 0.
A molding material was prepared by mixing 5 parts of mold release agent (Noda wax) and 0.5 parts of a mold release agent (Noda wax) for 3 minutes using a heated roll at 100°C. At this time, several types of molding materials as shown in Table 1 were obtained by adjusting the types and amounts of fused silica and antimony trioxide. As a result of investigating the characteristics, foot error rate, and thermal shock resistance of these molding materials, as shown in Table 1, we recommend molding materials for VLSIs that contain both filler and flame retardant, and those that contain less radioactive impurities. It is essential to use 0.005 CPH/cdi or less and 0.10 CPH/- or less, and it is extremely effective to use a spherical filler as a material with excellent thermal shock resistance. It turns out that.

又、成形材料としては充填材量を５０〜９０重量％難燃
剤量を０．５〜５重量％とする仁とが好ましいことが判
った。It has also been found that the molding material preferably contains filler in an amount of 50 to 90% by weight and flame retardant in an amount of 0.5 to 5% by weight.

・放射性不純物ｆ：中性子放射化分析で測定・α線ｉ：
α線カウンター（サイエンス・スペクトラム社製）で測
定 ・ソフトエラー率：単位（Ｔｏ　／　１０００　ｄｅｖ
ｉｃｅ　−ｈｒ）・高温特性：夏Ｃ封止成形品を２００
℃５００ｈｒ保管し、特性変動（リーク不良）が出 るか否かで判定 ・耐熱衝撃性：ＩＣ封止成形品を一６５℃〜１５０℃の
温度サイクル試験に供し、パック ージクラックが発生するまでのサ イクル数で判定。・Radioactive impurity f: Measured by neutron activation analysis ・α ray i:
Measured with an α-ray counter (manufactured by Science Spectrum) Soft error rate: Unit (To / 1000 dev)
ice -hr)・High temperature characteristics: Summer C sealed molded product 200
Stored for 500 hours at ℃, judged by whether or not characteristic changes (leak defects) occur. ・Thermal shock resistance: IC encapsulated molded products are subjected to temperature cycle tests from -65 ℃ to 150 ℃ until package cracks occur. Determined by the number of cycles.

特許出願人 住友ベークライト株式会社patent applicant Sumitomo Bakelite Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] エポキシ樹脂に放射性不純物がα線量で０．Ｏｏ　５　
ＣＰＵ　／　ｃｒｌ以下の球状充填材及び０．１０　Ｃ
ＰＨ／ｄ以下の難燃剤を配合してなることを特徴とする
低放射線性エポキシ樹脂組成物。The amount of radioactive impurities in the epoxy resin is 0. Oo 5
Spherical filler below CPU/crl and 0.10 C
A low radiation epoxy resin composition comprising a flame retardant having a pH/d or lower.