JPH07118366A - エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 総エポキシ樹脂組成物中の無機充填材が８５
〜９２重量％で、総エポキシ樹脂量中の式（１）のエポ
キシ樹脂と式（２）のエポキシ樹脂の合計量が８０重量
％で、かつその重量比が式（１）／式（２）＝２／８〜
８／２であるエポキシ樹脂、総フェノール硬化剤量中の
パラキシリレン変性フェノール樹脂硬化剤が２０重量％
以上であるフェノール樹脂硬化剤及び硬化促進剤からな
る半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 【化１】 【化２】 【効果】 耐半田クラック性に非常に優れ、かつ耐湿性
に優れたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体デバイスの表面実
装化における耐半田ストレス性に優れた半導体封止用エ
ポキシ樹脂組成物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ダイオード、トランジスタ、集積
回路等の電子部品を熱硬化性樹脂で封止しているが、特
に集積回路では耐熱性、耐湿性に優れたオルソクレゾー
ルノボラックエポキシ樹脂をフェノールノボラック樹脂
で硬化させ、充填材として溶融シリカ、結晶シリカ等の
無機充填材を配合したエポキシ樹脂組成物が用いられて
いる。ところが近年、集積回路の高集積化に伴いチップ
がだんだん大型化し、かつパッケージは従来のＤＩＰタ
イプから、表面実装化された小型、薄型のＱＦＰ、ＳＯ
Ｐ、ＳＯＪ、ＴＳＯＰ、ＴＱＦＰ、ＰＬＣＣに変わって
きている。即ち大型チップを小型で薄いパッケージに封
入することになり、熱応力によりクラックが発生し、こ
れらのクラックによる耐湿性の低下等の問題が大きくク
ローズアップされている。特に半田付けの工程において
急激に２００℃以上の高温にさらされることにより、パ
ッケージの割れや樹脂とチップの剥離により耐湿性が劣
化してしまうといった問題点がでてきている。従って、
これらの大型チップを封止するのに適した信頼性の高い
半導体封止用樹脂組成物の開発が望まれている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、この様な問
題に対して、無機充填材を総エポキシ樹脂組成物中に８
５〜９２重量％含むことにより、成形物の低熱膨張化及
び低吸水化を図り、エポキシ樹脂として式（１）、式
（２）で示されるエポキシ樹脂及び硬化剤として式
（３）で示される硬化剤を所定量配合することにより、
低吸水化、リードフレーム及び半導体チップとの接着性
の向上、成形物の高温時における低弾性率化による低応
力化により、基板実装時における半導体パッケージの耐
半田ストレス性を著しく向上させた半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物を提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、（Ａ）総エポ
キシ樹脂組成物中の８５〜９２重量％が無機充填材で、
（Ｂ）総エポキシ樹脂量中の式（１）で示されるエポキ
シ樹脂と式（２）で示されるエポキシ樹脂の合計量が８
０重量％以上で、かつその重量比が式（１）／式（２）
＝２／８〜８／２であるエポキシ樹脂、

【０００５】

【化４】

【０００６】

【化５】

【０００７】（Ｃ）総フェノール樹脂硬化剤量中の式
（３）で示されるフェノール樹脂が２０重量％以上であ
る硬化剤 及び

【０００８】

【化６】

【０００９】（Ｄ）硬化促進剤を必須成分とする半導体
封止用エポキシ樹脂組成物で、従来の樹脂組成物に比べ
優れた耐半田クラック性を有するものである。

【００１０】本発明で用いる無機充填材としては、溶融
シリカ粉末、球状シリカ粉末、結晶シリカ粉末、２次凝
集シリカ粉末、多孔質シリカ粉末、アルミナ等が挙げら
れ、特に球状シリカ粉末、及び溶融シリカ粉末と球状シ
リカ粉末との混合物が好ましい。また無機充填材の配合
量としては、耐半田クラック性と成形性及び流動性のバ
ランスから総エポキシ樹脂組成物中に８５〜９２重量
％、更に望ましくは８７〜９０重量％であることが好ま
しい。無機充填材量が８５重量％未満だと低熱膨張化、
低吸水化が得られず耐半田クラック性が不充分である。
また、無機充填材量が９２重量％を越えると高粘度化に
よる半導体パッケージ中のダイパッド、金線ワイヤーの
ずれ等の不都合が生じる。

【００１１】式（１）の分子構造で示されるエポキシ樹
脂は、ジシクロペンタジエンとフェノールを付加反応に
より重合させたフェノール樹脂をグリシジルエーテル化
することによって得られるもので、従来のオルソクレゾ
ールノボラックエポキシ樹脂に比べ、非常に低吸水であ
り、ガラス転移温度を越えた高温時の弾性率が低く、リ
ードフレーム等の金属類との接着性に優れる。従って表
面実装の半田付け時における熱ストレスを低減させるこ
とができ、耐半田クラック性に優れるエポキシ樹脂組成
物を得ることができる。ｎの値は０〜６で、かつこれら
の混合物であり、６を越えると流動性が低下し、成形性
が悪くなる。式（２）の構造で示されるビフェニル型エ
ポキシ樹脂は１分子中に２個のエポキシ基を有する２官
能性エポキシ樹脂で、従来のオルソクレゾールノボラッ
クエポキシ樹脂に比べ溶融粘度が低く、トランスファー
成形時の流動性に優れる。従って組成物中に溶融シリカ
粉末を多く配合することができ、低熱膨張化及び低吸水
化が図られ、耐半田ストレス性に優れるエポキシ樹脂組
成物を得ることができる。エポキシ樹脂の使用量はこれ
を調節することにより耐半田クラック性を最大限に引き
出すことが出来る。式（１）と式（２）で示されるエポ
キシ樹脂の合計量が総エポキシ樹脂量中に８０重量％以
上、望ましくは９０重量％以上の使用が好ましい。８０
重量％未満では、低吸水性、接着性が十分に得られず、
耐半田クラック性が不十分である。次に、式（１）と式
（２）で示されるエポキシ樹脂は重量比で式（１）／式
（２）＝２／８〜８／２で、好ましくは式（１）／式
（２）＝３／７〜７／３である。式（１）の比率が２０
重量％未満であると、式（１）の利点である低吸水性、
低弾性、高接着性が十分に得られず、また式（１）の比
率が８０重量％を越えると式（２）の利点である低粘度
性が得られずトランスファー成形時の流動性に悪影響を
与える。式（１）、式（２）で示されるエポキシ樹脂以
外に他のものを併用する場合、用いるエポキシ樹脂はエ
ポキシ基を有するモノマー、オリゴマー、ポリマー、全
般を言う。例えば、ナフタレン型エポキシ化合物、ビス
フェノール型エポキシ化合物、フェノールノボラック型
エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、
トリフェノールメタン型エポキシ化合物、アルキル変性
トリフェノールメタン型エポキシ化合物及びトリアジン
核含有エポキシ樹脂等が挙げられる。

【００１２】式（３）で示されるフェノール樹脂硬化剤
は、フェノールとＰ−キシリレングリコールジメチルエ
ーテルの重縮合物であり、低吸水性及び可撓性に優れる
特徴を有する。特に半田付け時の高温時の可撓性に優れ
ており、２５０〜２６０℃での半田付け時の半田耐熱性
に著しい効果をもたらす。このフェノールとＰ−キシリ
レングリコールジメチルエーテルの重縮合フェノール樹
脂硬化剤の使用量は、これを調整することにより半田耐
熱性を最大限に引き出すことができる。半田耐熱性の効
果を引き出すには式（３）で示されるフェノール樹脂硬
化剤を総硬化剤の２０重量％以上、望ましく３０重量％
以上の使用が好ましい。２０重量％未満では可撓性が不
充分となり、半田付け時の半田耐熱性が充分に得られな
い。ｎの値は１〜６で、かつこれらの混合物であり、６
を越えると流動性が低下し、成形性が悪くなる。式
（３）で示されるフェノール樹脂硬化剤以外に他のもの
を併用する場合、用いるものとしては主にフェノール性
水酸基を有するポリマー全般をいう。例えば、フェノー
ルノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ジシク
ロペンタジエン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジ
エン変性フェノール樹脂とフェノールノボラック及びク
レゾールノボラック樹脂との共重合物、ナフタレン変性
フェノール樹脂等を用いることができる。また、これら
の硬化剤の配合量としては、エポキシ樹脂のエポキシ基
数と硬化剤の水酸基数の割合は、０．８〜１．２で、望
ましく当量が好ましい。

【００１３】本発明に使用される硬化促進剤は、エポキ
シ基と水酸基との硬化反応を促進させるものであれば良
く、一般に封止材料に使用されているものを広く使用す
ることができる。例えば、１，８−ジアザビシクロウン
デセン、トリフェニルホスフィン、ジメチルベンジルア
ミンや２−メチルイミダゾール等が単独もしくは２種類
以上混合して用いられる。本発明のエポキシ樹脂組成物
は無機充填材、エポキシ樹脂、硬化剤及び硬化促進剤を
必須成分とするが、これ以外に必要に応じてシランカッ
プリング剤、ブロム化エポキシ樹脂、三酸化アンチモ
ン、ヘキサブロムベンゼン等の難燃剤、カーボンブラッ
ク、ベンガラ等の着色剤、天然ワックス、合成ワックス
等の離型剤及びシリコーンオイル、ゴム等の低応力添加
剤等の種々の添加剤を適宜配合しても差し支えがない。
また、本発明の封止用エポキシ樹脂組成物を成形材料と
して製造するには、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進
剤、充填材、その他の添加剤をミキサー等によって充分
に均一に混合した後、更に熱ロールまたはニーダー等で
溶融混練し、冷却後粉砕して封止材料とすることができ
る。これらの成形材料は電気部品あるいは電子部品であ
るトランジスタ、集積回路等の被覆、絶縁、封止等に適
用することができる。

【００１４】以下、本発明を実施例で具体的説明する。 実施例１ 式（４）で示されるエポキシ樹脂（軟化点６５℃、エポキシ当量２５０ｇ／ｅ ｑ） ３．４重量部

【００１５】

【化７】 （ｎの値は０から２を示す混合物であり、その重量割合
はｎ＝０が１に対してｎ＝１が０．４、ｎ＝２が０．２
５である）

【００１６】 式（５）で示されるエポキシ樹脂（融点１１０℃、エポキシ当量１９０ｇ／ｅ ｑ） ３．４重量部

【００１７】

【化８】

【００１８】 式（６）で示されるフェノール樹脂硬化剤（軟化点８０℃、水酸基当量１７０ ｇ／ｅｑ） ２．１重量部

【００１９】

【化９】 （ｎの値は１から３を示す混合物であり、その重量割合
はｎ＝１が１に対してｎ＝２が３、ｎ＝３が１である）

【００２０】 フェノールノボラック樹脂硬化剤（軟化点１０５℃、水酸基当量１００ｇ／ｅ ｑ） ２．１重量部 溶融シリカ粉末（平均粒径１０μｍ、比表面積２．０ｍ²／ｇ） ８８重量部 トリフェニルホスフィン ０．２重量部 カーボンブラック ０．３重量部 カルナバワックス ０．５重量部 をミキサーで常温で混合し、７０〜１００℃で２軸ロー
ルにより混練し、冷却後粉砕して成形材料とした。粉砕
して得られた成形材料を１７５℃、７０ｋｇ／ｃｍ²、
１２０秒の条件でスパイラルフローを測定した。更に得
られた成形材料をタブレット化し、低圧トランスファー
成形機にて１７５℃、７０kg／ｃｍ²、１２０秒の条件
で半田クラック性試験用として６×６ｍｍのチップを５
２ｐＱＦＰに封止し、また半田耐湿性試験用として３×
６ｍｍのチップを１６ｐＳＯＰに封止した。封止したテ
スト用素子について下記の半田クラック性試験及び半田
耐湿性試験を行った。評価結果を表１に示す。

【００２１】半田クラック性試験：封止したテスト用素
子を８５℃、８５％ＲＨの環境下で４８時間及び７２時
間処理し、その後２６０℃の半田槽に１０秒間浸漬後顕
微鏡で外部クラックを観察した。 半田耐湿性試験：封止しテスト用素子を８５℃、８５％
ＲＨの環境下で７２時間処理し、その後２６０℃の半田
槽に１０秒間浸漬後、プレッシャークッカー試験（１２
５℃、１００％ＲＨ）を行い、回路のオープン不良を測
定した。 実施例２〜１０ 表１の処方に従って配合し、実施例１と同様にして成形
材料を得た。実施例１０に用いたオルソクレゾールノボ
ラックエポキシ樹脂（ＥＯＣＮという）の軟化点は６５
℃、エポキシ当量２００ｇ／ｅｑである。この成形材料
で試験用の封止した成形品を得、この成形品を用いて実
施例１と同様に半田クラック性試験及び半田耐湿性試験
を行った。評価結果を表１に示す。

【００２２】比較例１〜６ 表２の処方に従って配合し、実施例１と同様にして成形
材料を得た。この成形材料で試験用の封止した成形品を
得、この成形品を用いて実施例１と同様に半田クラック
性試験及び半田耐湿性試験を行った。評価結果を表２に
示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】

【発明の効果】本発明に従うと従来技術では得ることが
できなかった耐半田ストレス性を有するエポキシ樹脂組
成物を得ることができるので、半田付け工程による急激
な温度変化による熱ストレスを受けた時の耐クラック性
に非常に優れ、更に耐湿性が良好なことから電子、電気
部品の封止用、被覆用、絶縁用等に用いた場合、特に表
面実装パッケージに搭載された高集積大型チップＩＣに
おいて信頼性が非常に必要とする製品につい好適であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 23/29 23/31

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）総エポキシ樹脂組成物中の８５〜
   ９２重量％が無機充填材で、（Ｂ）総エポキシ樹脂量中
   の式（１）で示されるエポキシ樹脂と式（２）で示され
   るエポキシ樹脂の合計量が８０重量％以上で、かつその
   重量比が式（１）／式（２）＝２／８〜８／２であるエ
   ポキシ樹脂、 【化１】 【化２】 （Ｃ）総フェノール樹脂硬化剤量中の式（３）で示され
   るフェノール樹脂が２０重量％以上である硬化剤 及び 【化３】 （Ｄ）硬化促進剤を必須成分とする半導体封止用エポキ
   シ樹脂組成物。