JPH05230170A - エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 吸湿後、半田浸漬された際にパッケ−ジクラ
ックが発生しない耐吸湿半田クラック性に優れた半導体
封止用のエポキシ樹脂組成物を得る。 【構成】 エポキシ樹脂、ナフタレン骨格を有する
フェノ−ル性ＯＨ基を官能基に持つ下記の一般式〔１〕
のクレゾール化合物の硬化剤、無機充填材を含有して
なるエポキシ樹脂組成物。なお、前記クレゾール化合物
の硬化剤が硬化剤中３０重量％以上、前記エポキシ樹脂
がビフェニルノボラック型エポキシ樹脂を５０重量％以
上含むのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、封止用エポキシ樹脂組
成物に関するものである。特に耐吸湿半田クラック性に
優れたエポキシ樹脂組成物に関するものである。

【０００２】

【従来技術】近年、ダイオ−ド、トランジスタ−、Ｉ
Ｃ，ＬＳＩなどの半導体や電子部品の封止方法として、
たとえばエポキシ樹脂やシリコン樹脂などの低圧トラン
スファ−成形による樹脂封止法が信頼性の向上とともに
大量生産や価格面で有利性から主流を占めている。中で
もエポキシ樹脂を用いた樹脂封止法においては、オルソ
クレゾ−ルノボラック型エポキシ樹脂を樹脂成分とし、
フェノ−ルノボラック樹脂を硬化剤成分とするエポキシ
樹脂組成物からなる成形材料が最も多く使用されてい
る。しかしながら、最近ＩＣ，ＬＳＩ、ＶＬＳＩなどの
半導体や電子部品の集積度が高密度化されるとともに、
半導体装置の成形品の薄肉化のために、前記のエポキシ
樹脂組成物では必ずしも十分に対応することができなく
なっている。

【０００３】たとえば、表面実装用半導体装置において
は、実装時に、半導体装置自身が、半田に直接浸漬され
るなど、急激に高温の環境下にさらされるため、成形品
の半導体装置にパッケ−ジクラックが発生するという問
題が生じている。この現象は、成形品になった後、半導
体装置が保管中に吸湿した水分が、高温の半田に浸漬さ
れた際に、急激に気化膨張し、封止樹脂がそれに耐えき
れず、パッケ−ジクラックを生じると考えらる。この対
応としてエポキシ樹脂組成物について耐熱性、吸湿性の
向上などの検討からこれら特性の改良が特開平3-39323
号公報に開示され、なされてきているが、上記の耐吸湿
半田クラック性の向上については今だ十分に満足できる
状況にはない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、吸湿後、半
田浸漬された際に、パッケ−ジクラックが発生すること
のない耐吸湿半田クラック性に優れた半導体封止用のエ
ポキシ樹脂組成物を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされたもので、エポキシ樹脂、ナフ
タレン骨格を有し、フェノ−ル性ＯＨ基を官能基に持つ
下記の一般式〔１〕のクレゾール化合物の硬化剤、無
機充填材を含有してなるエポキシ樹脂組成物を提供する
ことにある。

【０００６】

【化３】

【０００７】以下、この発明を詳しく説明する。エポキ
シ樹脂としては、ビフェニルノボラック型エポキシ樹脂
（以下ビフェニル型エポキシ樹脂と記載する）、フェノ
−ルノボラック型エポキシ樹脂、クレゾ−ルノボラック
型エポキシ樹脂、ビスフェノ−ルＡ型エポキシ樹脂、ビ
スフェノ−ルＦ型エポキシ樹脂または、これらのハロゲ
ン化エポキシ樹脂などがあげられ例えば、その中でも１
分子中に２個以上のエポキシ基をもつエポキシ樹脂であ
り、エポキシ当量１８０〜２２０、軟化点６０〜１００
℃のものを単独、もしくは組み合わせ、その配合量がエ
ポキシ樹脂組成物の５〜３５重量％の範囲で用いると成
形材料として混合、加熱、溶融、混練するのに均一性が
確保でき、良好に取扱うことができる。

【０００８】特に、エポキシ樹脂中５０重量％以上を次
の一般式〔２〕（式〔２〕中のＲは水素原子又はメチル
基を示し、ｎは０〜６の整数を示す）のビフェニル型エ
ポキシ樹脂の配合量にあてるのが好ましい。５０重量％
以上の使用では吸湿率が小さく、吸湿した後の半田浸漬
での耐クラック性に優れるが、５０重量％未満の使用で
は、吸湿率が大きく、半導体チップとの密着性も低下す
る。

【０００９】

【化４】

【００１０】ナフタレン骨格を有し、フェノ−ル性ＯＨ
基を官能基に持つ前記の一般式〔１〕のクレゾール化合
物の硬化剤を用いる必要があり、硬化剤としてその配合
量は硬化剤中に占める割合で３０重量％以上で用いるの
が好ましい。３０重量％未満では低吸湿化が進まず、耐
吸湿半田クラック性の改善が認められない。なお、他に
硬化剤としてフェノ−ルノボラック樹脂、クレゾ−ルノ
ボラック樹脂、レゾ−ル樹脂などを併用することができ
る。その中でも１分子中に２個以上の水酸基をもつフェ
ノ−ル樹脂であり、水酸基当量８０〜１２０、軟化点６
０〜１２０℃のものを単独、もしくは組み合わせ、これ
ら硬化剤の配合量がエポキシ樹脂組成物の２〜２５重量
％の範囲で用いると成形材料として混合、加熱、溶融、
混練するのに均一性が確保でき、良好に取扱うことがで
きる。

【００１１】無機充填材としては、例えば、溶融シリ
カ、結晶シリカ、タルク、アルミナ、珪酸カルシュウ
ム、炭酸カルシュウム、窒化硅素などの粉末があげら
れ、単独、もしくは組み合わせて用いることができる。
しかし、半導体、電子部品の封止に供するものであるた
め、無機質充填材５ｇを純水４５ｇで９５℃、２０時間
抽出したときの抽出水の電気伝導度が１００μs ／cm以
下の高純度な無機質充填材が好ましい。特にシリカが好
適である。無機充填材の配合量はエポキシ樹脂組成物の
６５〜９５重量％の範囲で用いると成形材料として混
合、加熱、溶融、混練するのに均一性が確保でき、良好
に取扱うことができる。

【００１２】なお、本発明の半導体封止用のエポキシ樹
脂組成物の配合成分としては、以上の他に、適当な添加
剤、硬化促進剤、難燃剤、離型剤、着色剤などを適用す
ることができる。

【００１３】また、以上の配合成分からなる半導体封止
用のエポキシ樹脂組成物を成形材料とするには、配合成
分を均一に混合し、加熱溶融、冷却、粉砕の通常のプロ
セスで製造することができ、この際に使用される装置た
とえば、ミキサー、ブレンダー、ニーダー、ロールなど
通常使用されるものをそのまま適用することができる。

【００１４】次に本発明を実施例と比較例によって具体
的に説明する。

【００１５】

【実施例】

実施例 １〜３と比較例１ のエポキシ樹脂としては、エポキシ当量１９５、軟化
点６５℃のオルソ−クレゾ−ルノボラックエポキシ樹脂
（表には、Ｏ・Ｃ・Ｎエポキシ樹脂と記載する）を用い
た。の硬化剤としては、一般式〔１〕のＯＨ基当量１
４０のクレゾール化合物（日本化薬社製 OCN-7000)又
は、及び、水酸基当量１０４、軟化点８０℃のノボラッ
ク型フェノ−ル樹脂を用いた。との各配合量は表１
の上段の示した。単位は重量部である。これ以外の配合
材料とその配合量は共通で次のものを用いた。単位はい
ずれも重量部であり、以下「部」と省記する。

【００１６】の無機充填材としては、平均粒子径１４
μm 、抽出水の電気伝導度３μs ／cmの溶融シリカを７
５４部、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を５部、硬化促進剤として２−フ
ェニルイミダゾールを１．５部、難燃剤として三酸化ア
ンチモンを２１部、エポキシ当量４００、軟化点６５℃
のブロム化エポキシ樹脂、着色剤としてカ−ボンブラッ
クを２．５部、離型剤としてカルナバワックスを３部そ
れぞれ用いた。

【００１７】以上の配合成分の配合量を各例ごとに均一
に混合し、ロ−ル温度100 ℃のミキシングロ−ルで加
熱、溶融、混練した後、冷却し、粉砕して各半導体封止
用のエポキシ樹脂組成物の成形材料を得た。

【００１８】以上で得た各半導体封止用のエポキシ樹脂
組成物の成形材料を用いて７５トントランスファー成形
機に所定の金型を取付け、それぞれ金型温度１８０℃、
成形時間６０秒で成形した。

【００１９】吸湿率は、径50mm、厚み３mmの試験片を、
８５℃、８５％相対湿度で７２時間処理する前後の試験
片の重量変化率で求めた。結果は表１下段に示した。

【００２０】吸湿半田クラックは、櫛形状のアルミニウ
ム配線回路をシリコンチップ表面に配設した評価用素子
を４２アロイ製の 60QFPリードフレームに搭載したもの
を使って封止成形した60QFP 成形品１２個を試験片と
し、吸湿半田クラック（Ａ）は、８５℃、８５％相対湿
度で７２時間処理後、２５０℃の半田槽に１０秒間浸漬
し、外観クラック発生の有無で検査した。吸湿半田クラ
ック（Ｂ）は、８５℃、８５％相対湿度で４８時間処理
後、２５０℃の半田槽に１０秒間浸漬し、外観クラック
発生の有無で検査した。これらの結果は、クラック発生
個数／全試料数で表１下段に示した。

【００２１】表１下段の結果から、ナフタレン骨格を有
するフェノ−ル性ＯＨ基を官能基に持つクレゾール化合
物の硬化剤を用いた実施例では、これを用いない比較例
１に比べ、吸湿率が小さく、吸湿半田クラックの発生が
著しく少ないことが確認できた。

【００２２】実施例 ４〜８と比較例２〜３ のエポキシ樹脂としては、ビフェニル型エポキシ樹脂
（油化シェル社製YX-4000H、エポキシ当量１８５、一般
式〔２〕でＲがメチル基、ｎ＝０のもの）の単独また
は、および、エポキシ当量１９５、軟化点６５℃のオル
ソ−クレゾ−ルノボラックエポキシ樹脂（表には、Ｏ・
Ｃ・Ｎエポキシ樹脂と記載する）の硬化剤として、一
般式〔１〕のＯＨ基当量１４０のクレゾール化合物（日
本化薬社製OCN-7000)又は、及び、水酸基当量１０４、
軟化点８０℃のノボラック型フェノ−ル樹脂を用いた。
との各配合量は表２の上段の示した。単位は重量部
である。これ以外の配合材料とその配合量は共通で次の
ものを用いた。単位はいずれも重量部であり、以下
「部」と省記する。

【００２３】の無機充填材としては、平均粒子径１４
μm 、抽出水の電気伝導度３μs ／cmの溶融シリカを７
５４部、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を５部、硬化促進剤として２−フ
ェニルイミダゾールを１．５部、難燃剤として三酸化ア
ンチモンを２１部、エポキシ当量４００、軟化点６５℃
のブロム化エポキシ樹脂を１４部、着色剤としてカ−ボ
ンブラックを２．５部、離型剤としてカルナバワックス
を３部それぞれ用いた。

【００２４】以上の配合成分の配合量を各例ごとに実施
例１と同様にして各半導体封止用のエポキシ樹脂組成物
の成形材料を得た。

【００２５】以上で得た各成形材料を用いて実施例１と
同様に各試験片を得、同様の試験をおこなった。これら
の結果を表２下段に示した。

【００２６】なお、成形材料と半導体チップとの密着性
は、吸湿半田クラックの試験片の60QFP 成形品を１２個
用い、吸湿半田クラック（Ａ）試験と同じ８５℃、８５
％相対湿度で７２時間処理後、２５０℃の半田槽に１０
秒間浸漬して処理した後、半導体チップ面を超音波画像
処理にて判定し、剥離の発生したものを不良とし、その
不良個数／全試料数で結果を表２下段に示した。

【００２７】表２下段の結果から、硬化剤としてナフタ
レン骨格を有するフェノ−ル性ＯＨ基を官能基に持つク
レゾール化合物の硬化剤を用い、かつエポキシ樹脂成分
としてビフェニル型エポキシ樹脂を５０重量％以上用い
たものは特に半導体チップの密着性に優れていることが
確認できた。

【００２８】

【発明の効果】本発明のエポキシ樹脂組成物によって耐
吸湿半田クラック性に優れた半導体装置、電子部品を得
ることができる。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 23/29 23/31 (72)発明者 鳥井 宗朝 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エポキシ樹脂、ナフタレン骨格を有
   し、フェノ−ル性ＯＨ基を官能基に持つ下記の一般式
   〔１〕のクレゾール化合物の硬化剤、無機充填材を含
   有してなることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。 【化１】
2. 【請求項２】 前記エポキシ樹脂がビフェニル骨格を有
   する下記の一般式〔２〕（式〔２〕中のＲは水素原子又
   はメチル基を示し、ｎは０〜６の整数を示す）のエポキ
   シ樹脂でエポキシ樹脂中５０重量％以上含まれることを
   特徴とする請求項１記載のエポキシ樹脂組成物。 【化２】
3. 【請求項３】 前記クレゾール化合物の硬化剤が硬化剤
   中３０重量％以上含まれることを特徴とする請求項１記
   載のエポキシ樹脂組成物。