JPS6377930A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物 - 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】 〔概要〕 本発明は半導体対土用エポキシ樹脂組成物に係り、荷に
耐湿性に優れ、アルミ配線変形やバッフベージ冒ンクラ
ック、パッケージクラックなどの原因となる応力を低く
抑えた半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関する。

〔産業上の利用分野〕

ＩＣ，ＬＳＩの電子部品を刺止する方法としては熱硬化
性樹脂を用いて封止する方法が主流である。

これは、樹脂を用いて封止する方法がガラス、金属、セ
ラミックを用いたハーメチックシール方式に比べて安価
でｉ産性罠優れているためである。

半導体封止用樹脂組成物の基材樹脂としては、成形性、
耐湿性、電気特性に優れ、安価なエポキシ樹脂が最も一
般的に用いられている。

しかし、ＬＳＩの集積度増大に伴うチップの大型化およ
びパターンの微細化、高密度実装に伴５パッケージの小
型化により、従来の半導体封止用エポキシ樹脂組成物で
は対応できない問題が生じ工きた。すなわち、樹脂封止
ＬＳＩは、＆脂とＳ１チツプとい５熱膨張係数の異なる
材料でできているために、この材料間に応力が働きＬＳ
Ｉが損傷するという問題である。この応力はチップが大
型になるほど大きくなり、パターンの微細化が進むほど
損傷を受けやすくなる。応力による樹脂封止ＬＳＩ０損
傷モードとしては、アルミ配線の変形９Ｍ線、　パッジ
ベージ宵ンクラック、パッケージクラックなどがある。

このことから、チップに加わる応力を低く抑えることの
できる半導体封止用樹脂の開発が必要となってぎだ。

〔従来の技術及び問題点〕

Ｓ１チツプ封止樹脂（硬化物）から受ける応力（σ）は
、荒い近似により次式で表されろ。

σ＝に・α・Ｅ＠Ｔｇ　　　・・・・・・・・・・・・
°°・・・・（１）ｋ：比例定数 α：封止樹脂の熱膨張係数 Ｅ：封止樹脂の弾性率 Ｔｇ：封止樹脂のガラス転移温度 応力が（１）式で近似できろことから、従来、半導体制
止用樹脂の応力を低減する方法として次の方法が考えら
れる。すなわち。

（＆）熱膨張併数を下げる。

（ｂｌ　　弾性率を下げろ。

（ｃｌ　　ガラス転移温度を下げろ。

の３種類であシ１゜しかし、このうちで封止樹脂のガラ
ス転移温度を下げると応力は減少するものの、耐湿性、
耐熱性２機械特性などの劣化を来すことから２本質的に
低応力化の手段としては、（ａ）および（ｂｌが考えら
れる。

硬化した樹脂の熱膨張係数を下げろ有効な手段としては
、無機質充填材全多量に添加することが考えられろ。し
かし、無機質充填材を多量に添加すると、熱膨張係数は
低下するものの９弾性率も大きくなるので結局のところ
応力にはほとんど変化がない。また、添加量が多すぎる
と樹脂の溶融粘度が上昇し、ボンディングワイヤーの変
形・断線や樹脂が金製内の隅々まで行き届かない未充填
を生ずるなど、成形時の作業性が著しく劣化する。

また、封止樹脂の弾性率を低下させろ手段としては、可
撓性付与剤を添加する方法が提案されている。しかしこ
の方法では、硬化した樹脂のガラス転移温度が低下し、
耐湿性、耐熱性２機械特性および高温電気特性が劣化す
るという欠点がある。

また、ガラス転移温度を低下させずに弾性率を低減させ
ろ方法としてシリコーンの添加があるが。

シリコーンは透湿性が大きいのでこれを多量に添加する
と耐湿性が劣化したり、捺印用インクをはじ（などの不
良が生じろ。

すなわち、従来技術で条工応力を低減しようとすると、
ｉ４湿性などが劣化するなど、他の特性全劣化させろこ
となく応力を低減させることは極めて困難であった。

〔問題を解決するための手段〕

本発明は、ノボラック型エポキシ帖脂を基材樹脂とし無
機質充填材を組成物全体の５０〜８５ｗｔ％含む半導体
刺止用エポキシ樹脂組成物において。

基材樹脂１００重ｆｔＭＫ対し。

（１）　　フェノールノボラック２５〜７５重量部（２
）　　ホスフィン系硬化促進剤０．５〜５１を部（３）
　　カブプリング剤０．１〜１５重ｉ８含むことを必須
とする半導体エポキシ樹脂組成物により達成されろ。さ
らに上記フェノールノボラックが軟化点の異なる２２１
類以上の７エノールノボラツクの混合物であること′ｌ
ｔ！！＃徴とする半導体対土用エポキシ樹脂組成物によ
り達成されろ。

〔作用〕

本発明において最も大きな特徴は、硬化剤として軟化点
の異なる２種類以上の７エノールノボラツクを併用する
ことである。本発明は、可撓性付与剤を添加することな
く応力を低減することができるので他の特性（耐湿性、
成形性等）を損なうことがないとい５！＃微を有する。

従来、＆化剤として用いるフェノールノボラックとして
は軟化点８０〜１００℃のものを単独で用いてきた。し
かし、フェノールノボラックは分子量が小さく９分子量
分布も狭いので、これ全単独で用いろと色々な問題が生
じ℃くろ。たとえば、比較的軟化点が低い（８０℃前後
）フェノールノボラックを単独で用いると、レジンの弾
性率およびガラス転移温度は低下するものの、熱膨張係
数は増大し、また耐湿性が劣化するという欠点があった
。また、比較的軟化点の高い（１００℃前後）の７エノ
ールノボラツクを単独で用いると、熱膨張係数は低下し
、耐湿性も向上するが２弾性率、ガラス転移温度が増大
し、さらにレジンの流動性が劣化するという問題がある
。しかし、軟化点が低いものと高いものを併用すること
Ｋより上記の問題が解決することを著者らは見いだした
。すなわち、ｌｓ類のフェノールノボラックを単独で用
いた場合に比べて、軟化点の異なる２１１類全併用した
ほうがレジンの収縮応力が小さい。さら忙、たとえば軟
化点が８０，１００℃と異なる２ｆｉ類のフェノールノ
ボラックを併用した場合、１００℃の７エノールノボラ
ツクを単独で用いた場合に比べて耐湿性も向上するとい
うグラスαの効果があることを見いだした。この理由は
明らかではないが、おそらく硬化剤の分子量分布がブロ
ードになったことで未反応のフェノールノボラックが減
少したためと考えられろ。

フェノールノボラックの添加量はトータルでエポキシ樹
脂１００部に対し２５〜７５！ｔＩＩ添加される。また
、軟化点の異なるフェノールノボラックを同量添加する
とよい。たとえば、軟化点８ｏ。

１００℃の７エノールノボラツクをトータルで５０部添
加する場合には、８０℃のフェノールノボラックｔ−２
５Ｂ、１００℃のフェノールノボラックを２５部添加し
た場合が応力が最も低減できろ。

また１本発明において使用されるエポキシ樹脂としては
、ノボラック型エポキシ樹脂であれば。

その他特Ｋ１１ｌｉｌ限はないが、耐湿性、耐熱性およ
び機械的強度の点からクレゾールノボクック型のものが
好ましい。

また、エポキシ樹脂と硬化剤との反応を促進させるため
にホスフィン系硬化促進剤を用いることが必須である。

エポキシ樹脂とフェノール系硬化剤との反応における硬
化促進剤としては、トリエタノールアミン、ナト２メチ
ルベンクンジアミン等の第３級アミン、セチルトリメチ
ルアンモニウムブロマイド、セチルトリメチルアンモニ
ウムクロライド、トリメチルアンモニウムクロライド等
の第４級アンモニクム塩、２−メチルイミダゾール、２
−ウンデシルイミダゾール、２−メチル−４−エチルイ
ミダゾール、２，４−ジアミノ−６−〔２′−メチルイ
ミダゾリル−（１’）　）エチル−Ｓ−トリアジン等の
イミダゾール化合物、あるいはトリフェニルホスフィン
、メチルジフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン
、フェニルホスフィン等のホスフィン化合物、トリフェ
ニルホスフィンテトラフェニルボレート、トリエチルア
ミンテトラフェニルボレート等のテトラフェニルボレー
ト塩などが挙げられる。以上の硬化促進剤は。

いずれも親水基を有し、封止脂組の耐湿性を劣化させる
ことが考えられるが、この中で、ホスフィン系硬化促進
剤を用いたときが最も耐湿性に優れていることがわかる
。

本発ＦＩＡにおいて使用されるホスフィン系硬化促進剤
は、上記に示したもの、すなわち、トリフェニルホスフ
ィン、メチルジフェニルホスフィン。

トリブチルホスフィン、フェニルホスフィン、トリ７エ
＝ｋｙｔ＜スフィンテトラフェニルボレートなどがある
が、耐湿性２作業性の点からトリフェニルホスフィンが
好ましい。しかし１本発Ｆ！ＡｉＣおいては、ホスフィ
ン類であって、エポキシ樹脂と硬化剤との反応管促進さ
せる作用がある物質であれば特に限定しない。

本発ｆＪｉ４において用いられるホスフィン系硬化促進
剤の添加量は０．５〜５部である。この理由は。

０．５部以下では硬化を促進させろ作用が弱く、硬化時
間が長くなる。また、５部以上では刺止樹脂の硬化時間
が短くなりすぎる。すなわち、ホスフィン系硬化促進剤
の添加量が上記範囲外であると作業性が劣化してしまう
おそれがあるからである。

本発明において、無機質充填材の使用が必須である。無
機質充填材としては、シリカ、アルミナ。

炭酸カルシウムなどが用いられるが、熱膨張係数を低減
するためにはシリカ粉末が好まし−・。また。

無機質充填材の添加ｆ［は組成物全体の５０〜８５ｗｔ
５　の範囲内にあることが好ましい。この理由は、無機
質充填材の添加量が５０ｗｔチより少ないと熱伝導性や
機械特性が低下するばかりか、パリの流出など作業性の
低下も著しく、８５ｗｔ％以上添加すると流れ性の低下
から、ボンディングワイヤーの変形・断＃ｉ！？引き起
こす可能性が生じるからである。

また、レジンの耐湿性を向上させるたぬに、カップリン
グ剤として３−グリシドキシプロビルトリメトキシシラ
ン等のシラン系カップリング剤あるいはテトラオクチル
ビス（ホスファイト）チタネート等のチタン系カップリ
ング剤を添加することが必須となる。

カップリング剤の添加量は使用する無機質充填材の量お
よび比表面積およびカップリング剤の最小被覆面積にも
よるが１本発明においては０．１〜１５部が使用される
。

さらに離型剤としてカルナバワックス、ステアリン酸お
よびその金属環、モンクンワックス等を。

難燃剤として臭素化エポキシ樹脂や、二酸化アンチモン
等を、顔料としてカーボンブラックなどを。

添加するも差支えない。また可撓性付与剤とじてシリコ
ーン等を少量添加しても差支えな（・。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は。

上記の成分を、ロール、ニーダ−、エクストル−グー等
の常用の手段音用いて調整することができる。

〔実施例〕

以下、実施の詳細を記す。なお使用した原料は。

・エポキシ樹層、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂 エポキシ当ｉ１２００．軟化点 ７０℃ 大日本インキ化学工業（株） エビクロン　Ｎ−６６５ ・硬化剤　Ａ：フェノールノボラック 軟化点８１℃ 大日本インキ化学工業（株） バーカム　ＴＤ−２１３１ 一硬化剤　Ｂニアエノールノボラック＃≠軟化点１０２
°Ｃ 大日本インキ化学工業Ｃ株） バーカム　ＴＤ−２０９３ ・硬化剤　Ｃ：フェノールノボラックや眸軟化点７４℃ 群栄化学（株）ＰＳＦ−４２２４ ・Ｎ化促進剤Ａ　：　）リフェニルホスフィン和光純薬
工業（株） ・硬化促進剤Ｂ：２「４−ジアミノ−６−（２’−メチ
ルイミダゾリル−（１’　）　）エチル−８−トリアジ
ン 四国化成（株）２ＭＺ−ＡＺＩＮＥ ・充　填　材ニジリカ 鷺 １森（株）ＤＥＰ−００２ ｅカップリング剤二３−グリシドキシプロビルトリメト
キシシラン チッソ（株’）　　Ｓ−５１０ ・離　温　剤：エステルワックス ヘキストジャバン（株）へキス トワックスＥ ・難　燃　剤：臭素化エボ午シ樹脂 ・難燃助剤：三酸化アンチそン ・顔　　料　　：カーボンプラック である。

実施例および比較例に示される組成物はいずれも加圧双
腕ニーダで混練することＫより調整したものである。ま
た試験片の作製は以下のように行った。

まず、混練により得られた組成物を８メツシ。

バスのパウダーとし２次に２ｔｏｎ／ｃｍ”で１３５ｎ
のタブレットとした。このタブレットをトランスファー
成形（１７５℃ｖ　６０ｋｇ／３”＊　２．５ｍ１ｎ）
　したものを１７５℃、８ｈの条件でアフターキュアし
たＯ 十蝶。

このようＫして得られた組成物について、　％拝評価を
以セのごとく行った ・曲げ弾性率・・・・・・ＪＩＳ　　Ｋ　　６９１１　
Ｋ従った。

・熱膨張係数・・・・・・ＴＭＡ　（熱機械試験機）法
により測定した。

・ガラス転移温度・・・・・・ＴＭＡ　（熱機械試験機
）法により測定じた。

・吸水基・・・・・・ＰＣＴ（プレッシャークツカーテ
スト：１２１℃、２ａｔｍ、１００％ＲＨ，１６８ｈ）
Ｋよる試験片の重量増加。

・パイプ応力・・・・・・％　８８昭で示される半島体
封止用樹脂の応力測定方法に従った。

＃溶融粘度・・・・・・高化式フローテスタにより測定
した。

本発明における実施例および比較例の結果を第−炙に示
す。

第１９によればいずれの実施例にお（・℃も、比較例と
比べて低応力化と耐湿性を共に満足していることがわか
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、軟化点の異なる２種類以上の７エノー
ルノボラツクを併用することにより耐湿性を向上させ、
応力を低減することができる。

手続補正書（方式）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ノボラック型エポキシ樹脂を基材樹脂として、無機
   質充填材を組成物全体の５０〜８５ｗｔ％含む半導体封
   止用エポキシ樹脂組成物において、基材樹脂１００重量
   部に対し、 （１）フェノールノボラック２５〜７５重量部（２）ホ
   スフィン系硬化促進剤０．５〜５重量部（３）カップリ
   ング剤０．１〜１５重量部 含むことを必須とするエポキシ樹脂組成物。 ２、フェノールノボラックが軟化点の異なる２種類似上
   のフェノールノボラックの混合物である、特許請求の範
   囲第１項記載の組成物。