JP3434029B2 - エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、半導体チップを樹脂組
成物で封止する際、そのパッケージが超薄型であっても
その半田付け時の耐クラック性を著しく改善されたパッ
ケージを作製することのできる、流動性、充填性、成形
性に優れたエポキシ樹脂組成物に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、メモリカード、メモリモジュール
などの電子機器の小型化・薄型化・軽量化及びメモリの
増大が要求される中で、デバイスの複合化並びにパッケ
ージの薄型化が検討されている。例えば、デバイスの複
合化については、メモリーチップを背中合わせに重ねる
構造を採用した積層パッケージであり、１ｍｍ厚のＴＳ
ＯＰ（Ｔｈｉｎ Ｓｍａｌｌ Ｏｕｔｌｉｎｅ Ｐａｃ
ｋａｇｅ）タイプのものや２．５ｍｍ厚のＳＯＪ（Ｓｍ
ａｌｌ Ｏｕｔｌｉｎｅ Ｊ−Ｂｅｎｄ Ｐａｃｋａｇ
ｅ）タイプのものが発表されている。また、パッケージ
の薄型化については、両面実装や多段実装を可能にする
ため従来のＴＳＯＰよりも更に薄い超薄型パッケージ
（例えば０．５ｍｍ厚のｐａｐｅｒ Ｔｈｉｎ Ｐａｃ
ｋａｇｅ）の開発が検討されている。 【０００３】しかし、これらの積層パッケージや超薄型
パッケージの樹脂厚は、最も薄い箇所で５０μｍ程度で
あって、通常のＴＳＯＰの２３０μｍ程度に比べるとか
なり薄く、従来の封止樹脂を用いたのでは浸透成形（充
填）をすることができないという問題がある。また、パ
ッケージを回路基板に取り付ける際にはパッケージ全体
を２００℃以上の高温に加熱して半田付けされるが、そ
の際、保管時に吸湿した水分の爆発的な気化によってパ
ッケージ内部にクラックが発生し、ひどいものは外部に
まで到達することもあった。 【０００４】パッケージの吸水率を低減させて耐クラッ
ク性を改善するためにフィラーの充填率を高めることも
知られている。この技術を薄型パッケージに適用するに
はフィラー粒径を最大４５μｍ以下に調整する必要があ
るが、この場合、最大粒径を７０〜１５０μｍとした従
来のフィラーに比べて粒度分布が狭くなるので流動性と
成形性が低下し、逆にフィラーの充填率を下げることを
余儀なくされる。 【０００５】以上のように、従来の封止樹脂では超薄型
パッケージを作製することは困難であり、その技術の出
現が要望されていた。今後ますますチップの大型化とパ
ッケージの超薄型化が進む中、半田付け時の耐クラック
性の観点からフィラーの充填率を８５重量％以上更には
９０重量％以上に実現することが望まれるが、最大粒子
を４５μｍ程度以下にしなければならないという制約の
あるなかで、高充填を行っても封止時の充填性と成形性
を損なわせないフィラーはまだ報告されていない。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、パッ
ケージが超薄型であってもその半田付け時の耐クラック
性を著しく改善されたパッケージを作製することのでき
るエポキシ樹脂組成物を提供することにある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、（Ａ）
エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤及び（Ｃ）球状シリカ粉末
を含有してなるものであって、上記（Ｃ）球状シリカ粉
末が、ａは水篩法による値、ｂ〜ｄはレーザー回折法に
よる値であって、粒子径４５μｍ以上の粒子含有率をａ
重量％、粒子径２４μｍ以下の粒子含有率をｂ重量％、
粒子径８μｍ以下の粒子含有率をｃ重量％、粒子径３μ
ｍ以下の粒子含有率をｄ重量％としたとき、ａ≦０．
５、４０≦ｂ≦９０、３０≦ｃ≦７５、２０≦ｄ≦６０
の範囲であって、しかもｂ／ｄ＝１〜３であることを特
徴とするエポキシ樹脂組成物である。 【０００８】以下、さらに詳しく本発明について説明す
る。 【０００９】本発明において、球状シリカ粉末を用いる
理由は、封止樹脂に要求される低線膨張係数、耐湿性等
に応えるためであり、球状シリカ粉末以外の充填材例え
ばアルミナ粉末では線膨張係数が大きく、また炭酸カル
シウム、硫酸バリウム、窒化珪素等では加水分解を起こ
しやすくなり、半導体部品の耐湿性が悪くなる。また、
破砕状のシリカ粉末ではその粒度構成を考えられる範囲
内でどのように調整しても球状シリカ粉末を用いた場合
の流動性を上回ることができない。 【００１０】本発明の球状シリカ粉末は、珪石、珪砂、
水晶等を振動ミル等の適当な方法で粉砕し、ＬＰＧ／酸
素等の火炎中や高温プラズマ中に投入して球状化したも
の、四塩化珪素の気相加水分解により生成した合成シリ
カ超微粉を出発原料としスプレードライヤー等により球
状造粒し、焼成や火炎溶射処理を施して球状化したも
の、更には金属珪素やアルコキシシランを出発原料とし
て気相又は液層で合成し球状化したもの等、いかなる方
法で製造されたものであっても使用することができる。 【００１１】本発明の球状シリカ粉末の粒子形状は真球
に近い方がより良好な特性を発揮させることができるの
で好ましいが、必ずしも真球である必要はなく球形度が
極端に悪くなければ良い。粒子の長径／短径の比で球形
度を表示すれば１．０〜１．３のものが好適である。 【００１２】本発明の大きな特徴は、球状シリカ粉末の
粒度構成を上記のようにしたことであり、ａ値が０．５
重量％をこえると成形時の充填性不良（ヒケ、ウェルド
等）が起こりやすくなり、またｂ値、ｃ値、ｄ値及びｂ
／ｄ比がいずれも上記以外であるとスパイラルフロー値
つまり流動性が低下しバリ特性も悪くなる。 【００１３】上記粒度構成にあっても、５０≦ｂ≦８
０、４０≦ｃ≦６５、３０≦ｄ≦５０の範囲であって、
しかもｂ／ｄ＝１〜２．５である粒度分布を有するもの
が好ましく、さらに好ましくは５５≦ｂ≦７５、４５≦
ｃ≦６０、３０≦ｄ≦４５の範囲であって、しかもｂ／
ｄ＝１〜２を満たす粒度分布を有するものである。この
ような粒度構成の場合に、充填性と流動性が一層向上
し、成形性を損なうことなく高充填を達成することがで
きる。 【００１４】本発明において、ａ値を水篩法、ｂ値、ｃ
値及びｄ値をレーザー回折法とした理由は測定精度の点
からである。これらの測定の詳細については後述する。 【００１５】本発明で用いられる（Ａ）成分のエポキシ
樹脂としては、１分子中にエポキシ基を２個以上有する
ものであれば特に制限はなく、具体例を挙げれば、フェ
ノールノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾ−ルノ
ボラック型エポキシ樹脂、フェノール類とアルデヒド類
のノボラック樹脂をエポキシ化したもの、ビスフェノー
ルＡ、ビスフェノールＦ及びビスフェノールＳなどのグ
リシジルエーテル、フタル酸やダイマー酸などの多塩基
酸とエピクロルヒドリンの反応により得られるグリシジ
ルエステル酸エポキシ樹脂、その他、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、
アルキル変性多官能エポキシ樹脂、β−ナフトールノボ
ラック型エポキシ樹脂、１，６−ジヒドロキシナフタレ
ン型エポキシ樹脂、２，７−ジヒドロキシナフタレン型
エポキシ樹脂、ビスヒドロキシビフェニル型エポキシ樹
脂、更には難燃性を付与するために臭素等のハロゲンを
導入したエポキシ樹脂等があり、これらを１種又は２種
以上を用いる。特に半田耐熱性と耐湿信頼性の観点から
は、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビス
ヒドロキシビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン骨格
のエポキシ樹脂等が好適である。 【００１６】本発明で用いられる（Ｂ）成分の硬化剤と
しては、エポキシ樹脂（Ａ）と反応して硬化させるもの
であれば特に限定されず、例えば、フェノール、クレゾ
ール、キシレノール、レゾルシノール、クロロフェノー
ル、ｔ−ブチルフェノール、ノニルフェノール、イソプ
ロピルフェノール、オクチルフェノール等からなる群か
ら選ばれた少なくとも１種又は２種以上の混合物をホル
ムアルデヒド、パラホルムアルデヒド又はパラキシレン
とともに酸化触媒下で反応させて得られるノボラック型
樹脂、ポリパラヒドロキシスチレン樹脂、ビスフェノー
ルＡやビスフェノールＳ等のビスフェノール化合物、ピ
ロガロールやフロログルシノール等の３官能フェノール
類、無水マレイン酸、無水フタル酸や無水ピロメリット
酸等の酸無水物、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等の芳香
族アミンなどが挙げられる。 【００１７】本発明において、（Ａ）エポキシ樹脂、
（Ｂ）硬化剤及び（Ｃ）球状シリカ粉末を含有してなる
エポキシ樹脂組成物中、（Ｃ）成分の割合は、（Ａ）、
（Ｂ）及び（Ｃ）の合計量に対し８０〜９５重量％であ
ることが好ましい。（Ｃ）成分の割合が８０重量％より
も少なくなると、樹脂組成物の強度が小さくなったり吸
水率が上昇したりして半田付け時の耐クラック性が低下
する。一方、９５重量％よりも多くなると、最適粒度分
布や最適比表面積を選択してもスパイラルフロー値が小
さくなり、成形時に未充填を生じたりチップを搭載した
ダイパットが変動したりし、更には半導体素子とリード
とを結ぶボンディングワイヤを変形させたり切断させた
りする危険性が生じる。特にダイパットが変動した場
合、半田付け時にパッケージクラックが容易に発生する
ようになる。 【００１８】本発明のエポキシ樹脂組成物には、上記
（Ａ）〜（Ｃ）成分の他にも必要に応じて以下の成分を
配合することができる。すなわち、低応力化剤として、
シリコーンゴム、ポリサルファイドゴム、アクリル系ゴ
ム、ブタジエン系ゴム、スチレン系ブロックコポリマー
や飽和型エラストマー等のゴム状物質、各種熱可塑性樹
脂、シリコーン樹脂等の樹脂状物質、更にはエポキシ樹
脂、フェノール樹脂の一部又は全部をアミノシリコー
ン、エポキシシリコーン、アルコキシシリコーン等で変
性した樹脂等、シランカップリング剤として、γ−グリ
シドキシプロピルトリメトキシシラン、β−（３，４−
エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン等
のエポキシシラン、アミノプロピルトリエトキシシラ
ン、ウレイドプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニ
ルアミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノシラ
ン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリメトキシ
シラン、オクタデシルトリメトキシシラン等の疎水性シ
ラン化合物やメルカプトシラン等、表面処理剤として、
Ｚｒキレート、チタネートカップリング剤、アルミニウ
ム系カップリング剤等、難燃助剤として、Ｓｂ₂ Ｏ₃ 、
Ｓｂ₂ Ｏ₄ 、Ｓｂ₂ Ｏ₅ 等、難燃剤として、ハロゲン化
エポキシ樹脂やリン化合物等、着色剤として、カーボン
ブラック、酸化鉄、染料、顔料等である。 【００１９】特に高い耐湿信頼性や高温放置安定性が要
求される場合には、各種イオントラップ剤の添加が有効
である。イオントラップ剤の具体例としては、協和化学
社製商品名「ＤＨＦ−４Ａ」、「ＫＷ−２０００」、
「ＫＷ−２１００」や東亜合成社製商品名「ＩＸＥ−６
００」等が挙げられる。 【００２０】本発明のエポキシ樹脂組成物には、エポキ
シ樹脂と硬化剤との反応を促進させるために硬化促進剤
を配合することができる。その硬化促進剤としては、上
記したようなものが挙げられるが、耐熱性及び耐湿性の
面から有機ホスフィン化合物とシクロアミジン誘導体が
特に好ましい。また、耐熱性をさらに高めるためにビス
マレイミド類等のイミド化合物を配合することもでき
る。 【００２１】本発明のエポキシ樹脂組成物には、更に必
要に応じて、ワックス等の離型剤を添加することができ
る。その具体例を挙げれば、天然ワックス類、合成ワッ
クス類、直鎖脂肪酸の金属塩、酸アミド類、エステル
類、パラフィン等である。 【００２２】本発明のエポキシ樹脂組成物は、上記の諸
材料をブレンダー又はミキサーで混合した後、加熱ロー
ル、ニーダー、押出機、バンバリーミキサ−等の装置に
よって溶融混練し、冷却粉砕することによって製造する
ことができる。 【００２３】本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて半導
体チップを樹脂封止するには、トランスファーモール
ド、マルチプランジャー等の公知の成形法により硬化成
形すれば良く、これによって耐熱性、強度、耐湿性、熱
伝導率等の一般的特性を充足させることができるのみな
らず、フィラー充填率が高いにもかかわらず優れた成形
性を保持することができる。 【００２４】 【実施例】以下、本発明を実施例と比較例を挙げてさら
に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって
限定されるものではない。尚、以下の例における部及び
％はいずれも重量基準で示した。 【００２５】実施例１〜１０ 比較例１〜７ 表１（実施例１〜１０）及び表２（比較例１〜７）に示
した粒度構成を有する球状シリカ粉末を使用し、表３に
示す割合で各材料と共に配合しミキサーによりドライブ
レンドした。これをロール表面温度１００℃のミキシン
グロールを用いて５分間加熱混練した後、冷却・粉砕し
て異なる１７種類のエポキシ樹脂組成物を得た。ここで
使用した球状シリカ粉末は、珪石粉末をＬＰＧ／酸素の
火炎中に投入して製造されたものであり、その球形度
（長径／短径の比）の平均は１．２のものである。 【００２６】なお、粒度構成のａ値とｂ値、ｃ値及びｄ
値は以下のようにして測定した。 （ａ値） 水篩法：試料２００ｇを４５μｍ篩に入れシャワー水を
かけながら篩分けした後、篩上残分をアルミニウム製容
器に洗い流し上澄み液を捨ててから乾燥する。得られた
乾燥物を４５μｍ篩で篩い、その篩上残分の割合を算出
した。 （ｂ値、ｃ値及びｄ値） レーザー回折法：試料０．１〜０．５ｇを水に分散さ
せ、それをレーザー回折式粒度分布測定装置（シーラス
グラニュロメーター「モデル７１５」）で測定した。 【００２７】以上のようにして得られた１７種類のエポ
キシ樹脂組成物について、以下に従うゲルタイム、スパ
イラルフロー（ＳＦ）、バリ、充填性及び半田付け時の
耐クラック性を評価した。それらの結果について、表４
には実施例１〜１０の結果を、表５には比較例１〜７の
結果を示す。 【００２８】（１）ゲルタイム １７５℃に加熱した金属ブロック上で樹脂組成物が溶融
・硬化するまでの時間を測定した。 （２）スパイラルフロー（ＳＦ） スパイラルフロー金型を用いて、ＥＭＭＩ１−６６（Ｅ
ｐｏｘｙ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｉｎｓ
ｔｉｔｕｔｅ ； Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｐｌａｓｔ
ｉｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ）に準処して測定した。成形温
度は１７５℃である。 （３）バリ ２μｍ、５μｍ、１０μｍ及び３０μｍのスリットを有
するバリ金型を用いて成形しバリの長さを測定した。成
形温度は１７５℃である。 （４）充填性及び半田付け時の耐クラック性 チップ上下の樹指厚が５５μｍになるように試作した金
型を使用し、低圧トランスファー成型法により１７５℃
×２分の条件で模擬素子を封止した４８ｐｉｎＴＳＯＰ
成形体（パッケージ）を１８個作製した後、１７５℃×
５時間のポストキュアを行った。こらのパッケージの目
視検査を行い、充填不良（外観不良）が認められたパッ
ケージの個数を計測し、充填性の評価とした。また、こ
れらのパッケージの全てを温度４０℃、湿度８０％ＲＨ
の条件で３６時間放置後、２６０℃の半田に１０秒間浸
漬し、超音波探査映像装置により内部クラックが認めら
れたパッケージの個数を計測し、耐クラック性の評価と
した。 【００２９】 【表１】 （注）ａ値は全て０．５重量％以下である。 【００３０】 【表２】 【００３１】 【表３】 【００３２】 【表４】 【００３３】 【表５】【００３４】 【００３５】【発明の効果】 本発明のエポキシ樹脂組成物によれば、
表面実装の超薄型電子部品用途特に半導体等の封止材と
して好適であり、パッケージが超薄型であっても半田付
け時の耐クラック性に優れたパッケージの作製が可能と
なる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−261856（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−159422（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−136296（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−1208（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−265623（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−266152（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−263131（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−145416（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C01B 33/18 C08L 63/00 C08K 3/36

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤及び
   （Ｃ）球状シリカ粉末を含有してなるものであって、上
   記（Ｃ）球状シリカ粉末が、ａは水篩法による値、ｂ〜
   ｄはレーザー回折法による値であって、粒子径４５μｍ
   以上の粒子含有率をａ重量％、粒子径２４μｍ以下の粒
   子含有率をｂ重量％、粒子径８μｍ以下の粒子含有率を
   ｃ重量％、粒子径３μｍ以下の粒子含有率をｄ重量％と
   したとき、ａ≦０．５、４０≦ｂ≦９０、３０≦ｃ≦７
   ５、２０≦ｄ≦６０の範囲であって、しかもｂ／ｄ＝１
   〜３であることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。