JPH06248054A

JPH06248054A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物

Info

Publication number: JPH06248054A
Application number: JP3632793A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Shintani; 修一新谷; Shiro Honda; 史郎本田; Taiji Sawamura; 泰司澤村
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1993-02-25
Filing date: 1993-02-25
Publication date: 1994-09-06
Anticipated expiration: 2019-05-24
Also published as: JP3528925B2

Abstract

(57)【要約】【目的】表面実装化が進むにつれますます問題となる
パッケージクラックの発生を防止しうる、半田耐熱性、
成形性に優れるエポキシ樹脂組成物を提供する。【構成】エポキシ樹脂、硬化剤、充填剤を含んでなる
エポキシ樹脂組成物であって、前記エポキシ樹脂がビフ
ェニル骨格を有するエポキシ樹脂とナフタレ０骨格を有
するエポキシ樹脂の少なくともどちらか一つを必須成分
として含み、かつ硬化剤が繰返し数ｎが０または１で表
されるフェノール化合物とフェノールアラルキル樹脂を
ともに必須成分として含み、充填剤の割合が全体の８５
〜９５重量％であることを特徴とするエポキシ樹脂組成
物。【効果】半田耐熱性、成形性に優れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半田耐熱性および成形性
に優れる半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】エポキシ樹脂は耐熱性、耐湿性、電気特
性、接着性などに優れ、さらに配合処方により種々の特
性が付与できるため、塗料、接着剤、電気絶縁材料など
工業材料として広く利用されている。たとえば、半導体
装置などの電子回路部品の封止方法として従来より金属
やセラミックスによるハーメチックシールとフェノール
樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などによる樹脂封
止が提案されている。そのなかでも、経済性、生産性、
物性のバランスの点からエポキシ樹脂による樹脂封止が
中心になっている。

【０００３】近年、プリント基板への部品実装において
高密度化、自動化が進められており、従来のリードピン
を基板の穴に挿入する“挿入実装方式”に代わり、基板
表面にパッケージ等の部品を半田付けする“表面実装方
式”が盛んになってきた。その半田付け工程において、
従来のピン挿入実装方式ではリード部が部分的に加熱さ
れるだけであったが、表面実装方式ではパッケージ全体
が加熱（２１０〜２７０℃）されるので、パッケージ自
身が後硬化から実装までの保管中に吸湿した水分が爆発
的に水蒸気化、膨張することによりパッケージクラック
やチップと樹脂の間の剥離が生じ、信頼性が低下すると
いう問題がおきている。

【０００４】したがって、半田耐熱性に優れる封止樹脂
の出現が望まれている。

【０００５】封止樹脂の半田耐熱性の向上のために、ビ
フェニル骨格を有するエポキシ樹脂を含有し、平均粒径
１４μｍ以下の微粉末粒子を５０重量％以上配合する方
法（特開昭６４−８７６１６号公報）などが提案されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの方法
で改良された樹脂も、それぞれ半田耐熱性向上に多少効
果を挙げてきているが、まだ十分ではなかった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、特定の低
粘度エポキシ樹脂、硬化剤を組合せて用いることにより
充填剤を８５〜９５重量％添加することを可能にし、半
田耐熱性、さらには良好な成形性を合せ持つエポキシ樹
脂組成物を得、本発明に到達した。

【０００８】すなわち本発明は、エポキシ樹脂（Ａ）、
硬化剤（Ｂ）、充填剤（Ｃ）を必須成分として含むエポ
キシ樹脂組成物であって、前記エポキシ樹脂（Ａ）が式
（Ｉ）

【化５】（ただし、Ｒ¹〜Ｒ⁸は各々水素原子、炭素数１〜４の
アルキル基またはハロゲン原子から選ばれ、すべてが同
一である必要はない。）で表されるエポキシ樹脂
（ａ₁）と式（ＩＩ）

【化６】（式中、Ｒ⁹〜Ｒ¹⁶のうち２つは２，３−エポキシプロ
ポキシ基であり、残りは各々水素原子、炭素数１〜４の
アルキル基またはハロゲン原子から選ばれ、すべてが同
一である必要はない。）で表されるエポキシ樹脂
（ａ₂）の少なくともどちらか一方を必須成分として含
有し、かつ前記硬化剤（Ｂ）が式（ＩＩＩ）

【化７】（式中、Ｒ¹⁷〜Ｒ¹⁸は各々水素原子、炭素数１〜４のア
ルキル基またはハロゲン原子から選ばれ、ｎは０または
１である。）で表されるフェノール化合物（ｂ₁）と式
（ＩＶ）

【化８】（式中、Ｒ¹⁹〜Ｒ²⁰は水素原子、炭素数１〜４のアルキ
ル基またはハロゲン原子から選ばれ、ｍは０以上の整数
を示す。）で表されるフェノールアラルキル樹脂
（ｂ₂）をともに必須成分として含有し、前記充填剤
（Ｃ）の割合が全体の８５〜９５重量％であることを特
徴とするエポキシ樹脂組成物である。

【０００９】以下、本発明の構成を詳述する。

【００１０】本発明におけるエポキシ樹脂（Ａ）は、上
記式（Ｉ）で表されるエポキシ樹脂（ａ₁）と式（Ｉ
Ｉ）で表されるエポキシ樹脂（ａ₂）の一方または両方
を必須成分として含有することが重要である。これら
（ａ₁）、（ａ₂）のような低粘度エポキシ樹脂を用い
ることにより充填剤の高充填化が可能になり、硬化物の
吸水率を低くできる。さらに、これらは２官能で耐熱性
の高い骨格構造を持つので半田付け工程におけるクラッ
クの発生防止効果が一段と向上する。

【００１１】本発明におけるエポキシ樹脂（ａ₁）の好
ましい具体例としては、４，４´−ビス（２，３−エポ
キシプロポキシ）ビフェニル、４，４´−ビス（２，３
−エポキシプロポキシ）−３，３´，５，５´−テトラ
メチルビフェニル、４，４´−ビス（２，３−エポキシ
プロポキシ）−３，３´，５，５´−テトラメチル−２
−クロロビフェニル、４，４´−ビス（２，３−エポキ
シプロポキシ）−３，３´，５，５´−テトラメチル−
２−ブロモビフェニル、４，４´−ビス（２，３−エポ
キシプロポキシ）−３，３´，５，５´−テトラエチル
ビフェニル、４，４´−ビス（２，３−エポキシプロポ
キシ）−３，３´，５，５´−テトラブチルビフェニル
などが挙げられ、４，４´−ビス（２，３−エポキシプ
ロポキシ）ビフェニル、４，４´−ビス（２，３−エポ
キシプロポキシ）−３，３´，５，５´−テトラメチル
ビフェニルが特に好ましい。

【００１２】また、本発明におけるエポキシ樹脂
（ａ₂）の好ましい具体例としては、１，５−ジ（２，
３−エポキシプロポキシ）ナフタレン、１，５−ジ
（２，３−エポキシプロポキシ）−７−メチルナフタレ
ン、１，６−ジ（２，３−エポキシプロポキシ）ナフタ
レン、１，６−ジ（２，３−エポキシプロポキシ）−２
−メチルナフタレン、１，６−ジ（２，３−エポキシプ
ロポキシ）−８−メチルナフタレン、１，６−ジ（２，
３−エポキシプロポキシ）−４，８−ジメチルナフタレ
ン、２−ブロム−１，６−ジ（２，３−エポキシピロポ
キシ）ナフタレン、８−ブロム−１，６−ジ（２，３−
エポキシプロポキシ）ナフタレン、２，７−ジ（２，３
−エポキシプロポキシ）ナフタレンなどが挙げられ、
１，５−ジ（２，３−エポキシプロポキシ）ナフタレ
ン、１，６−ジ（２，３−エポキシプロポキシ）ナフタ
レン、２，７−ジ（２，３−エポキシプロポキシ）ナフ
タレンが特に好ましい。

【００１３】本発明におけるエポキシ樹脂（Ａ）は上記
のエポキシ樹脂（ａ₁）、（ａ₂）とともにこれら以外
の他のエポキシ樹脂をも併用して含有することができ
る。たとえば、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、
フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール
Ａやレゾルシンなどから合成される各種ノボラック型エ
ポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ナ
フトールアラルキル型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ
型エポキシ樹脂、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、ハロゲン化エポキシ
樹脂などが挙げられる。

【００１４】エポキシ樹脂（Ａ）中に含有されるエポキ
シ樹脂（ａ₁）、（ａ₂）の割合に関しては特に制限は
ないが、より十分な効果を発揮させるためには、エポキ
シ樹脂（ａ₁）、（ａ₂）をエポキシ樹脂（Ａ）中に通
常５０重量％以上、好ましくは７０重量％以上含有せし
めることが好ましい。

【００１５】本発明において、エポキシ樹脂（Ａ）の配
合量は通常組成物全体の１〜７重量％、好ましくは２〜
５重量％である。エポキシ樹脂（Ａ）の配合量が１重量
％未満では成形性が不十分な傾向になる。

【００１６】本発明における硬化剤（Ｂ）は上記式（Ｉ
ＩＩ）で表さるフェノール化合物（ｂ₁）と上記式（Ｉ
Ｖ）で表されるフェノールアラルキル樹脂（ｂ₂）を必
須成分として含有することが重要である。フェノール化
合物（ｂ₁）は溶融時の粘度が非常に低く、これを硬化
剤に用いることにより充填剤の高充填化が可能になり、
硬化物の吸水率を低くできる。さらに、フェノール化合
物（ｂ₂）を用いることにより一段と硬化物の吸水率を
低くでき、これら（ｂ₁）、（ｂ₂）の併用により半田
耐熱性が著しく向上する。

【００１７】硬化剤（Ｂ）中に含有されるフェノール化
合物（ｂ₁）、（ｂ₂）の割合に関しては特に制限はな
いが、より十分な効果を発揮させるためには、フェノー
ル化合物（ｂ₁）、（ｂ₂）を硬化剤（Ｂ）中に通常５
０重量％以上、好ましくは７０重量％以上含有せしめる
必要がある。

【００１８】上記式（ＩＩＩ）において、Ｒ¹⁷〜Ｒ¹⁸の
好ましい具体例としては、水素原子、メチル基、エチル
基、プロピル基、ｉ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅ
ｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、塩素原子、臭素原
子などが挙げられる。

【００１９】上記式（ＩＶ）において、Ｒ¹⁹〜Ｒ²⁰の好
ましい具体例としては、水素原子、メチル基、エチル
基、プロピル基、ｉ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅ
ｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、塩素原子、臭素原
子などが挙げられる。

【００２０】また、本発明におけるフェノール化合物
（ｂ₁）において、ｎが０の成分とｎが１の成分の比率
が重量比で７０／３０〜５／９５であることが好まし
い。この範囲をはずれてｎ＝０の成分が多くなると硬化
性が不十分なうえにガラス転移温度が低くなり、ｎ＝１
の成分が多くなると樹脂の粘度が高くなり充填剤の高充
填が困難になるうえに架橋密度が高くなり樹脂が脆くな
る傾向がある。

【００２１】さらに、本発明におけるフェノール化合物
（ｂ₁）とフェノールアラルキル樹脂（ｂ₂）の配合重
量比率は、通常１０／９０〜９０／１０であり、さらに
は３０／７０〜７０／３０であることが好ましい。

【００２２】本発明における硬化剤（Ｂ）は、上記式
（ＩＩＩ）で表されるフェノール化合物（ｂ₁）と上記
式（ＩＶ）で表されるフェノールアラルキル樹脂
（ｂ₂）以外の硬化剤を併用してもかまわない。たとえ
ば、フェノールノボラック、クレゾールノボラックなど
のノボラック型フェノール樹脂、ビスフェノールＡ、ビ
スフェノールＡＤ、４，４´−ジヒドロキシビフェニル
などのビスフェノール化合物、無水マレイン酸、無水フ
タル酸、無水ピロメリット酸などの酸無水物およびメタ
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などの芳香族アミンなどが挙げ
られる。

【００２３】本発明において、硬化剤（Ｂ）の配合量は
通常組成物全体の１〜７重量％、好ましくは２〜５重量
％である。さらには、エポキシ樹脂（Ａ）と硬化剤
（Ｂ）の配合比は、機械的性質および耐湿信頼性の点か
ら（Ａ）に対する（Ｂ）の化学当量比が０．５〜１．
５、特に０．８〜１．２の範囲にあることが好ましい。

【００２４】また、本発明においてエポキシ樹脂（Ａ）
と硬化剤（Ｂ）の硬化反応を促進するため硬化触媒を用
いてもよい。硬化触媒は硬化反応を促進するものならば
特に限定されず、たとえば２−メチルイミダゾール、
２，４−ジメチルイミダゾール、２−エチル−４−メチ
ルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−フェ
ニル−４−メチルイミダゾール、２−ヘプタデシルイミ
ダゾールなどのイミダゾール化合物、トリエチルアミ
ン、ベンジルジメチルアミン、α−メチルベンジルジメ
チルアミン、２−（ジメチルアミノメチル）フェノー
ル、２，４，６−トリス（ジメチルアミノメチル）フェ
ノール、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデ
セン−７などの３級アミン化合物、ジルコニウムテトラ
メトキシド、ジルコニウムテトラプロポキシド、テトラ
キス（アセチルアセトナト）ジルコニウム、トリ（アセ
チルアセトナト）アルミニウムなどの有機金属化合物お
よびトリフェニルホスフィン、トリメチルホスフィン、
トリエチルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリ
（ｐ−メチルフェニル）ホスフィン、トリ（ノニルフェ
ニル）ホスフィンなどの有機ホスフィン化合物が挙げら
れる。なかでも耐湿性の点から、有機ホスフィン化合物
が好ましく、トリフェニルホスフィンが特に好ましく用
いられる。これらの硬化触媒は、用途によっては二種以
上を併用してもよく、その添加量はエポキシ樹脂（Ａ）
１００重量部に対して０．１〜１０重量部の範囲が好ま
しい。

【００２５】本発明における充填剤（Ｃ）としては、非
晶性シリカ、結晶性シリカ、炭酸カルシウム、炭酸マグ
ネシウム、アルミナ、マグネシア、クレー、タルク、ケ
イ酸カルシウム、酸化チタン、酸化アンチモン、アスベ
スト、ガラス繊維などが挙げられるが、なかでも非晶性
シリカが線膨張係数を低下させる効果が大きく、好まし
く用いられる。

【００２６】充填剤（Ｃ）の形状は特に限定されない
が、球状非晶性シリカを充填剤（Ｃ）中に５０重量％以
上、好ましくは７０重量％以上含有することが成形性の
点から好ましい。

【００２７】本発明において、充填剤（Ｃ）の割合は、
半田耐熱性および成形性の点から全体の８５〜９５重量
％である。充填剤量が８５重量％未満では半田耐熱性に
劣り、９５重量％を越えると成形が困難になる。

【００２８】さらに、充填剤（Ｃ）を予めカップリング
剤で表面処理することが、信頼性、機械強度付与の点で
好ましい。その種類は特に限定されず、たとえば、シラ
ンカップリング剤、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を用いることができる。本発明
においてはシランカップリング剤が好ましく用いられ、
分子中に１〜３級アミノ基、グリシジル基、メルカプト
基、ウレイド基、メタクリロキシ基あるいはビニル基を
有するものが特に好ましく用いられ、場合によっては官
能基のないものも用いられる。本発明のエポキシ樹脂組
成物にはハロゲン化エポキシ樹脂などのハロゲン化合
物、リン化合物などの難燃剤、三酸化アンチモンなどの
難燃助剤、カーボンブラック、酸化鉄などの着色剤、シ
リコーンゴム、オレフィン系共重合体、変性ニトリルゴ
ム、変性ポリブタジエンゴム、変性シリコーンオイルな
どのエラストマー、ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂、
長鎖脂肪酸、長鎖脂肪酸の金属塩、長鎖脂肪酸のエステ
ル、長鎖脂肪酸のアミド、パラフィンワックスなどの離
型剤および有機過酸化物などの架橋剤を任意に添加する
ことができる。

【００２９】本発明のエポキシ樹脂組成物は溶融混練す
ることが好ましく、たとえばバンバリーミキサー、ニー
ダー、ロール、単軸もしくは二軸の押出機およびコニー
ダーなどの公知の混練方法を用いて溶融混練することに
より製造される。

【００３０】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。なお、実施例中の％は、重量％を示す。

【００３１】実施例１〜８、比較例１〜６表１に示した成分を、表２、３に示した組成比でミキサ
ーによりドライブレンドした。これを、バレル設定温度
９０℃の二軸の押出機を用いて溶融混練後、冷却・粉砕
してエポキシ樹脂組成物を製造した。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【００３４】

【表３】

【００３５】この組成物を用い、低圧トランスファー成
形機を用いて１７５℃×２分の条件で成形し、１８０℃
×５時間硬化させた。その後、以下の方法により各組成
物の物性を測定した。

【００３６】半田耐熱性：８０pin ＱＦＰデバイス（パ
ッケージサイズ：１７×１７×１．７mm、チップサイ
ズ：９×９×０．５mm）を成形し、テストデバイス１６
個を得た。後硬化後、これらを８５℃／８５％ＲＨで所
定の時間加湿させ、最高温度２４５℃のＩＲリフロー炉
で加熱処理し、外部クラック発生数を調べた。

【００３７】成形性（充填性）：半田耐熱性試験に用い
る８０pin ＱＦＰデバイスを、成形後に目視および顕微
鏡を用いて観察し、未充填の有無を調べた。

【００３８】これらの評価結果を表４に示す。

【００３９】

【表４】

【００４０】表４にみられるように、本発明のエポキシ
樹脂組成物（実施例１〜８）は半田耐熱性、成形性に優
れている。

【００４１】これに対して、硬化剤（Ｂ）に本発明のフ
ェノール化合物を使用しない比較例１〜３は半田耐熱
性、充填性が劣っている。また、エポキシ樹脂（Ａ）中
に本発明のエポキシ樹脂（ａ₁）、（ａ₂）を使用しな
いか、あるいは使用量が５０重量％未満である比較例
４、５も半田耐熱性、充填性が劣っている。さらに、比
較例６は本発明のエポキシ樹脂と硬化剤を用いているに
もかかわらず、充填剤の添加量が８５重量％未満なので
半田耐熱性に劣っている。

【００４２】

【発明の効果】本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキ
シ樹脂に特定の構造を持つ２官能エポキシ樹脂を、硬化
剤に特定の低粘度硬化剤を配合することによって硬化物
の吸水率が顕著に低下し、半田耐熱性および成形性に優
れている。

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【手続補正書】

【提出日】平成６年３月１４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３４】

【表３】

───────────────────────────────────────────────────── 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 23/31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、充
填剤（Ｃ）を必須成分として含むエポキシ樹脂組成物で
あって、前記エポキシ樹脂（Ａ）が式（Ｉ）【化１】（ただし、Ｒ¹〜Ｒ⁸は各々水素原子、炭素数１〜４の
アルキル基またはハロゲン原子から選ばれ、すべてが同
一である必要はない。）で表されるエポキシ樹脂
（ａ₁）と式（ＩＩ）【化２】（式中、Ｒ⁹〜Ｒ¹⁶のうち２つは２，３−エポキシプロ
ポキシ基であり、残りは各々水素原子、炭素数１〜４の
アルキル基またはハロゲン原子から選ばれ、すべてが同
一である必要はない。）で表されるエポキシ樹脂
（ａ₂）の少なくともどちらか一方を必須成分として含
有し、かつ前記硬化剤（Ｂ）が式（ＩＩＩ）【化３】（式中、Ｒ¹⁷〜Ｒ¹⁸は各々水素原子、炭素数１〜４のア
ルキル基またはハロゲン原子から選ばれ、ｎは０または
１である。）で表されるフェノール化合物（ｂ₁）と式
（ＩＶ）【化４】（式中、Ｒ¹⁹〜Ｒ²⁰は各々水素原子、炭素数１〜４のア
ルキル基またはハロゲン原子から選ばれ、ｍは０以上の
整数を示す。）で表されるフェノールアラルキル樹脂
（ｂ₂）をともに必須成分として含有し、前記充填剤
（Ｃ）の割合が全体の８５〜９５重量％であることを特
徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。