JPH03285981A

JPH03285981A - 接着剤組成物及びこれを使用したセラミックパッケージ

Info

Publication number: JPH03285981A
Application number: JP8725490A
Authority: JP
Inventors: Michinobu Oomoto; 大本　陸伸
Original assignee: Narumi China Corp
Current assignee: Narumi China Corp
Priority date: 1990-03-31
Filing date: 1990-03-31
Publication date: 1991-12-17

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】イ１発明の目的［産業上の利用分野コ本発明はキャップを使用する半導体素子搭載用パッケー
ジに利用される接着剤組成物及びこれを用いた製品に関
する。

［従来の技術］パッケージの封止法として、樹脂で半導体素子を包む樹
脂封止法が使用されている６該樹脂として、熱硬化型エ
ポキシ樹脂が広く採用されている０例えば、特公昭６２
−５５２９６号公報では、多エポキシ化合物と、酸無水
物系化合物からなるエポキシ樹脂を用いる樹脂封止型半
導体装置が知られている。

また、実開昭６３−１５３５３９号公報の図面にキャッ
プの接着に接着剤が使用できることが記載されている９［発明が解決しようとする課題〕キャップ接着法として低融点ガラスを使用する方法があ
る。しかしながら処理温度が高く繁雑であり、素子の熱
劣化を起こす可能性がある。

樹脂封止法、樹脂を用いるキャップ接着法は、処理温度
が低いため取り扱いが簡便である。しかし、一般に耐水
性が低く耐水性を向上することが重要な課題となってい
る。

本発明の目的は、キャップを有する半導体素子パッケー
ジ接着剤として他の特性を優れた水準に保ちつつ耐水性
を向上し、封止温度を下げ、半導体素子の熱劣化防止が
可能なセラミックパッケージを提供することである８０、発明の構成［課題を解決するための手段］本願第１の発明の要旨は、キャップを使用する半導体素
子搭載用セラミックパッケージのキャップ用接着剤組成
物が、２ヶ以上のエポキシ基を有する多エポキシ化合物
と、該多エポキシ化合物のエポキシ基１．００当量に対
し、酸無水物にもとづく基０．２０〜０．６０当量に相
当する量の酸無水物系化合物と、該酸無水物化合物と該
多エポキシ化合物の合計重量に対し、０．７〜２．５重
量％のシアノ基を有するイミダゾール誘導体、シアノ基
を有するイミダゾリン誘導体から選ばれた少なくとも一
種を反応促進剤として有することを特徴とする熱硬化性
エポキシ接着剤組成物である。

本願第２の発明の要旨は、キャップを使用する半導体素
子パッケージにおいて、キャップ接着のための接着剤と
して前記本願第１の発明記載の樹脂組成物を用いたこと
を特徴とするセラミックパッケージである。

本発明で用いる多エポキシ化合物としては、ビスフェノ
ールＡ、ノボラック樹脂、グリセリン、エチレングリコ
ール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール等
の多価アルコールとエピクロルヒドリン等を原料として
製造される。

酸無水物系化合物としては、無水フタール酸、無水マレ
イン酸、無水ドデシルコハク酸、無水へキサヒドロフタ
ール酸、無水ピロメリット酸、無水ベンゾフェノンテト
ラカルボン酸等を挙げることができる。

酸無水物に基づく基とは、−ＣＤ−０−Ｃｏ−で表され
る基をいう。

本発明で使用する酸無水物系化合物は、多エポキシ化合
物のエポキシ基１．００当量に対し０．２０〜０．６０
当量に相当するの−ＣＯ〜０−ＣＯ−で表される基を有
する範囲で使用される。

酸無水物は多エポキシ化合物中に存在する一ＯＨ基と反
応してエステル結合形成と同時にカルボキシル基が生成
する。酸無水物は硬化処理中微量の水分と反応しカルボ
ン酸となり、このカルボン酸とエポキシ基、−０８基が
反応しエステル結合を形成すると解される。従って酸無
水物にもとづく基１モル当たり２当量として計算される
。

一方エボキシ基はカルボキシル基と反応して、エステル
結合を形成すると同時に一〇Ｈ基を形成するが、−０）
（基の反応性は低いので、１当量として計算される。

本発明で用いるシアノ基を有するイミダゾール誘導体と
しては、下記の化合物を挙げることができる。

ＣＲ，＝Ｃ１（し（但し、Ｒとして、水素、メチル基、エチル基、イソプ
ロピル基、ブチル基、アミル基、ヘキシル基、フェニル
基等炭素数１２以下の基、またＲ。

として、水素、炭素数１〜３の有機基）　即ち、１−シ
アンエチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−メチ
ルイミダゾール、１−シアンエチル−２−エチルイミダ
ゾール、１−シアノエチル−２−ブチルイミダゾール、
１−シアノエチル−２−アミルイミダゾール、１−シア
ノエチル−２−ヘキシルイミダゾール、１〜シアンエチ
ル−２−フェニルイミダゾール、１−シアノエチル−２
−メチル〜４−ヒドロキシエチルイミダゾール、１−シ
アノエチル−２−エチル−４−ヒドロキシエチルイミダ
ゾール等を挙げることができる。

また本願で用いるシアノ基を有するイミダゾリン誘導体
としては、下記化合物が用いられる。

ＣＨ，−ＣＨ。

（但し、Ｒとして、水素、メチル基、エチル基、イソプ
ロピル基、ブチル基、アミル基、ヘキシル基、フェニル
基等炭素数１２以下の基〉即ち、Ｎ−シアノエチルイミ
ダゾリン、Ｎ−シアノエチル−メチルイミダゾリン、Ｎ
−シアノエチル−イソプロビルイミダゾリン、Ｎ−シア
ノエチル−ブチルイミダゾリン、Ｎ−シアノエチル−ア
ミルイミダゾリン、Ｎ−シアノエチル−フェニルイミダ
ゾリン等をあげることができる。

本発明におけるキャップを有する半導体素子搭載用セラ
ミックパッケージとは、−主面に半導体を搭載するセラ
ミック基体と、キャップと、リードを備えた半導体を収
納するための容器をいう。

キャップは、セラミック基体基体上設置される半導体を
蔽う機能をなし、透明性を有するガラス、水晶、セラミ
ックスなどが用いられる。

セラミック基体は、一般にアルミナ系セラミックスから
形成される。その形成法は、プレス成形法、テープ積層
法、鋳込み成形法等である。半導体と、リードとの電気
的接合のためセラミック基体に導体が形成されることも
ある。

リードは、半導体を外部と電気的に接合するため用いら
れ、コバー合金等により形成される。

第１図（ａ）は、本発明で用いる固体撮像素子パッケー
ジの一例を示す断面図である。

（１）は、−主面に半導体素子を設置するための凹み（
５）を形成したセラミック基体である。

（２）は、リードである。

（３）は、キャップ（４）とセラミック基体を接合する
ための接着剤組成物である。

このパッケージを用い半導体装置とするには、セラミッ
ク基体の凹みに半導体素子を搭載し、セラミック基体に
形成した導体ないしフレームと半導体素子を結線後、キ
ャップを接着剤組成物により接合される。

第１図（ｂ）は、水晶振動子搭載用セラミックパッケー
ジの断面図である。

（１）は、セラミック基体であり、（３）は、接着剤組
成物であり、（６）は、セラミックキャップであり、（
７）は、水晶振動子搭載位置である。

このパッケージを用いて、半導体装置とするには、（７
）の位置に水晶振動子を搭載し、リード線で該水晶振動
子と導体を結線後キャップを接着剤組成物で接着するこ
とによって行われる。

［作用］本願発明では、エポキシ基１．００当量に対し酸無水物
系化合物にもとづ＜−ｃｏ−ｏ−ｃｏ−で表される基の
使用量を０．２０〜０６６０当量に制限している。

第２図は、縦軸に漏水不良率をとり、横軸に酸無水物に
もとず＜　、−ｃｏ−ｏ−ｃｏ−の量／エポキシ基の量
をとり、酸無水物系化合物の量と透湿性との関係を示し
た関係図である。エポキシ基１．００当量に対し、−Ｃ
ｏ−０−Ｃｏ−で表される基が０．６０当量を越えると
急激に漏水不良率が上昇する。−方、−ＣＯ−０−Ｃｏ
−の量が０゜２０当量以下では、エポキシ樹脂の熱硬化
が不十分となる。

上記のように酸無水物の使用量を限定することにより本
発明のセラミックパッケージの耐水性を向上することに
成功したのである。即ち、酸無水物がこの範囲であると
、酸無水物と反応しなかったエポキシ基が過剰に存在す
ることになる。過剰のエポキシ基は、多エポキシ化合物
中に存在する一ＯＨ基と反応して架橋結合を形成する反
応に使用され、耐水性が向上することになると解せられ
る。

本発明で使用する反応促進剤の種類及び量は、酸無水物
の使用量と関連する０本発明では、シアノ基を有するイ
ミダゾール誘導体、シアノ基を有するイミダゾリン誘導
体を用いることにより酸無水物、−ＯＨ基との反応性を
高め、エポキシ基に対する酸無水物に基づく基の使用量
を減することに成功したのである。

シアノ基を有するイミダゾール誘導体シアノ基を有する
イミダゾリン誘導体の使用量は、セラミックスパッケー
ジに対する接着性と密接に関連する。

第３図は、縦軸にセラミックスに対する接着力をとり、
横軸に反応促進剤の量をとり反応促進剤量と接着力との
関係を示した関係図である０反応促進剤量が０．５重量
％を越えると急激に接着力が上昇し、０．７重量％で満
足できる水準となり、２．５重量％を越えるとやや減少
し始める。

一般にエポキシ樹脂は予備重合をおこない使用される。

前記反応促進剤を２．５重量％より多く使用すると、こ
の予備重合の進行が一定せず甚だしい場合ゲル化傾向が
ある。よって反応促進剤の使用量は、０．７〜２．５重
量％が適当である。

本発明においては１反応促進剤としてシアノ基を有する
イミダゾール誘導体シアノ基を有するイミダゾリン誘導
体を使用する結果、従来広く使用されているＢＦ、系反
応促進剤より低温で接着性を向上させることが可能であ
る。

第４図は、縦軸にセラミックスに対する接着力をとり、
横軸に反応時間をとり、１２０℃及び１５０℃加熱を行
ったときの接着力と加熱時間との関係を示す関係図であ
る。

１２０℃、９０分加熱で、１５０℃加熱と同等の性能を
得ることが可能であり、撮像素子、水晶振動素子等の半
導体素子の性能劣化を来し易い１５０℃加熱による樹脂
封止を避けることが可能である。

本発明のキャップを有するパッケージは、透明キャップ
を使用するとき、半導体素子特に固体撮像素子、水晶振
動素子を収納するパッケージとして有用である。

固体撮像素子とは、該素子の半導体基板表面に光電変換
層が形成され、光電変換された電気信号は、電子管の電
子ビーム走査ではなく、光電変換層と並置して半導体基
板表面に一体化集積された走査回路、または、検出回路
により電気出力を取り比すデバイスをいう。

水晶振動素子とは、水晶の単結晶から、その使用目的に
よって精密切り出し加工されたものを振動体とし、その
固有機械振動と、水晶のもつ圧電効果、逆圧電効果を利
用して電気回路と組み合わせ、水晶単結晶の安定な機械
振動を電気的な基準周波数発生や周波数選択に利用する
電子部品をいう。

本発明では、キャップとセラミック基体との接合に本発
明の有機材料を使用している結果、半導体搭載後の接合
に際して温度゛を低下させることが可能であり生産性向
上、品質向上に有益である。

また、本発明では、樹脂組成及び反応促進剤を限定選択
し耐水性が向上しているので、信頼性向上に極めて有益
である。

［実施例］実施例１ビスフェノールＡとエピクロルヒドリン反応物に基ずく
多エポキシ化合物１００重量部、反応促進剤として、１
−シアノエチル−２〜イソプロピルイミダゾールを２．
１重量部、酸化亜鉛３．０重量部、５ｉ０２１８重量部
、酸無水物として、無水フタール酸を、エポキシ基１．
００当量に対する酸無水物に基ずく基の添加量０．２０
〜０．６０の範囲で添加し、８０℃×３０分加熱して予
・偏重合し、セラミック基体の凹み面の周辺部に、厚さ
５０μｍ印刷した。

このようにして作成された、キャップ接合前のセラミッ
クパッケージを第１図（ａ＞に示す。

（１）は、−主面に半導体素子を設置するための凹みを
形成したセラミック基体である。

（２）は、リードである。

（３）は、キャップとセラミック基体を接合するための
接着剤組成物である。

次に、透光キャップを接合後耐水性試験をおこなった。

その結果を第２図に示す。なお、比較のために、エポキ
シ基１当量に対し、酸無水物０．８０〜１．５０当量と
し試験した。その結果を第２図に示す。

酸無水物の使用量が０．８０〜１．５０当量となると漏
水不良率は上昇することが判明した。

実施例２ビスフェノールＡとエピクロルヒドリン反応物に基ずく
多エポキシ化合物１００重量部、酸化亜鉛３．０重量部
、５ｉＯｚ１８重量部、酸無水物として、無水フタール
酸を、エポキシ基１．００当量に対する酸無水物に基ず
く基の添加量として０．５０当量を添加し、反応促進剤
として、１−シアノエチル−２−イソプロピルイミダゾ
ールを酸無水物及びエポキシ化合物の合量に対し０．７
〜２，５重量部を加え、８０℃×２時間加熱した。実施
例１と同様のセラミック基体にスクリーン印刷し、１２
０℃×９０分加熱して、反応を完結した。セラミック基
体と接着剤との接着力を測定した。その結果を第３図に
示す。

添加量０．７〜２．０重量部で接着力は６００Ｋ　ｇ　
／　ｃ　ｍ　２である。

比較のために、上記反応促進剤を０．５重量％、２．８
重量％添加した場合について比較した。

０．５重量％では、接着力の向上効果が少なく、２．８
重量％では、添加料２．０重量％より減少傾向にあった
。

実施例３ビスフェノールＡとエピクロルヒドリン反応物に基ずく
多エポキシ化合物１００重量部、酸化亜鉛３．０重量部
、５ｉ０２１８重量部、酸無水物として、無水フタール
酸を、エポキシ基１．００肖量に対する酸無水物に基ず
く基の添加量として０．５０当量を添加し、反応促進剤
として、１−シアノエチル−２−イソプロピルイミダゾ
ールを酸無水物及びエポキシ化合物の含量に対し１．５
重量部を加え、８０℃×２時間加熱後、セラミック基体
にスクリーン印刷し、加熱温度１２０℃、１５０℃、加
熱時間３０．６０．９０分とし加熱温度の影響を試験し
た。その結果を第４図に示す、１２０℃加熱によっても
加熱時間を９０分とすれば、１５０℃加熱と同程度の接
着力を示すことが判明した。

実施例４実施例３の加熱促進剤として、１−シアノエチル−２−
イソプロピルイミダゾールの代わりに、Ｎ−シアノエチ
ル−フェニルイミダゾリンを用い同様に試験した。

ビスフェノールＡとエピクロルヒドリン反応物に基ずく
多エポキシ化合物１００重量部、反応促進剤として、Ｎ
−シアノエチル−イソプロビルイミダゾリンを２．１重
量部、酸化亜鉛３．０重量部、５ｉ０２１８重量部、酸
無水物として、無水フタール酸を、エポキシ基１．００
当量に対する酸無水物に基ずく基の添加量０．２０〜０
．６０を添加し、８０℃×３０分加熱して予備重合し、
セラミック基体の凹み面の周辺部に、厚さ５０μｍ印刷
した。

（２）は、リードである。

次に、透光キャップを接合後耐水性試験をおこなった。

その結果を第２図に示す、なお、比較のために、エポキ
シ基１当量に対し、酸無水物０．８０〜１．５０当量と
し試験した。その結果を第２図に示す。

実施例５ビスフェノールＡとエピクロルヒドリン反応物に基ずく
多エポキシ化合物１００重量部、酸化亜鉛３．０重量部
、５ｉ０２１８重量部、酸無水物として、無水フタール
酸を、エポキシ基１．ｏＯ当量に対する酸無水物に基ず
く基の添加量とじて０．５０当量を添加し、反応促進剤
として、Ｎ−シアノエチル−イソプロビルイミダゾリン
を酸無水物及びエポキシ化合物の合量に対し０．７〜２
．５重量部を加え、８０℃×２時間加熱した。

実施例１と同様のセラミック基体にスクリーン印刷し、
１２０℃×９０分加熱して、反応を完結した。セラミッ
ク基体と接着剤との接着力を測定した。その結果を第３
図に示す。

添加量０．７〜２．０重量部で接着力は６００Ｋ　ｇ　
／　ｃ　ｍ　”である。

比教のために、上記反応促進剤を０．５重量％、２，８
重量％添加した場合について比教した。

０．５重量％では、接着力の向上効果が少なく、２．８
重量％では、添加料２，０重量％より減少傾向にあった
。

実施例６実施例２の１−シアンエチル−２−イソプロピルイミダ
ゾールの代わりに、１−シアノエチル２−フェニルイミ
ダゾールを使用し同様に試験した。その結果を第３図に
示す、同様に効果があることが判明した。

実施例７実施例５のＮ−シアノエチル−イソプロビルイミダゾリ
ンの代わりに、Ｎ−シアノエチル−フェニルイミダゾリ
ンを使用し同様に試験した。その結果を第３図に示す、
同様に効果があることが判明した。

実施例８第１図（ｂ）（１）に示すアルミナ板をセラミック基体
とし、第１図（ｂ）（６）に示す鋳込み成形で作成した
アルミナセラミックスをセラミックキャップとし、接合
に実施例１の接着剤を使用した。良好な接合を示した。

ハ０発明の効果本発明は耐水性の向上と同時に、封止温度の低下による
素子の熱劣化防止に成功したのであり、その工業的意義
は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明によるキャップ接合前の固体撮
像素子パッケージの断面図である。第１図（ｂ）は、本発明によるキャップ接合前の水晶振
動子パッケージの断面図である。第２図は、酸無水物による基の量と、漏水不良率の関係
を示す関係図である。第３図は、促進剤量と接着力との関係を示す関係図であ
る。第４図は接着力と加熱時間との関係を示す関係図である
。１、セラミック基体、２．リード、３．接着剤組成物、
４．キャップ、５．セラミック基体−主面に形成された
凹み、６．セラミックキャップ、７、水晶振動子搭載位
置。第１図（ａ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）キャップを使用する半導体素子搭載用セラミック
パッケージのキャップ用接着剤組成物が、２ヶ以上のエ
ポキシ基を有する多エポキシ化合物と、該多エポキシ化
合物のエポキシ基１．００当量に対し、酸無水物に基づ
く基０．２０〜０．６０当量に相当する量の酸無水物系
化合物と、該酸無水物化合物と該多エポキシ化合物の合
計重量に対し、０．７〜２．５重量％のシアノ基を有す
るイミダゾール誘導体、シアノ基を有するイミダゾリン
誘導体から選ばれた少なくとも一種を反応促進剤として
有することを特徴とする熱硬化性エポキシ接着剤組成物
。
（２）キャップを使用する半導体素子パッケージにおい
て、キャップ接着のための接着剤として特許請求の範囲
第１項記載の樹脂組成物を用いたことを特徴とするセラ
ミックパッケージ。