JPH0791364B2

JPH0791364B2 - 半導体封止用半田耐熱性エポキシ樹脂組成物

Info

Publication number: JPH0791364B2
Application number: JP63253583A
Authority: JP
Inventors: 啓司萱場; 志郎多久和; 正幸田中
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1988-10-06
Filing date: 1988-10-06
Publication date: 1995-10-04
Anticipated expiration: 2010-10-04
Also published as: JPH0299514A

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は半田耐熱性、信頼性および流動性に優れた半導
体封止用半田耐熱性エポキシ樹脂組成物に関するもので
ある。

〈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
に優れており、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
ールやフェノール樹脂、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が、経済性、生産
性、物性のバランスの点からクレゾールノボラック型エ
ポキシ樹脂による樹脂封止が中心になっている。

一方、最近は、プリント基板への部品実装においても高
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
面に部品を半田付けする“表面実装方式”がさかんにな
ってきている。それに伴い、パッケージも従来のDIP
（デュアル・インライン・パッケージ）型から高密度実
装、表面実装に適した薄型のFPP（フラット・プラスチ
ック・パッケージ）型に移行しつつある。

表面実装方式への移行に伴い、従来あまり問題とならな
かった半田付け工程が大きな問題となってきている。従
来のピン挿入実装方式では半田付け工程はリード部が部
分的に加熱されるだけであったが、表面実装方式ではパ
ッケージ全体が熱媒に浸され加熱される。表面実装方式
における半田付け方法としては半田浴浸漬、不活性ガス
の飽和蒸気による加熱（ベーパフェイズ法）や赤外線リ
フロー法などが用いられるが、いずれの方法でもパッケ
ージ全体が210〜270℃の高温に加熱されることになる。
そのため従来の封止用樹脂で封止したパッケージは半田
付け時に樹脂部分がクラックが発生し、信頼性が低下し
て製品として使用できないという問題がおきる。

半田付け工程におけるクラックに発生は、後硬化してか
ら実装工程の間までに吸湿された水分が半田付け加熱時
に爆発的に水蒸気化、膨脹することに起因するといわれ
ており、その対策として後硬化したパッケージを完全に
乾燥し密封した容器に収納して出荷する方法が用いられ
ている。

封止用樹脂の改良も種々検討されている。たとえば、封
止用樹脂にゴム成分を配合し内部応力を低下させる方法
（特開昭58−219218号公報、特開昭59−96122号公
報）、無機充填剤の品種を選択する方法（特開昭58−19
136号公報、特開昭60−202145号公報）、無機充填剤の
形状を球形化したり粒子径をコントロールすることによ
り応力、ひずみを均一化させる方法（特開昭60−171750
号公報、特開昭60−17937号公報、特開昭62−74924号公
報、特開昭62−124143号公報、特開昭62−209128号公
報、特公昭63−26128号公報）、撥水性の添加剤やワッ
クスにより吸水性を低下させ、半田浴での水分による応
力発生を下げる方法（特開昭60−65023号公報）などが
ある。

〈発明が解決しようとする課題〉しかるに乾燥パッケージを容器に封入する方法は製造工
程および製品の取扱作業が煩雑になるうえ、製品価格が
きわめて高価になる欠点がある。

また、種々の方法で改良された樹脂も、それぞれ少しづ
つ効果をあげてきているが、実装技術の進歩に伴うより
過酷な要請に答えるには十分でない。具体的にはこれら
従来方法で得られた樹脂により封止された半導体装置を
加湿処理後、たとえば、85℃/85％RH処理72時間、また
は121℃/2気圧PCT（プレッシャー・クッカー・テスト）
処理72時間後に半田浴に浸すと樹脂部分にはことごとく
膨れまたはクラックが発生し、信頼性が低下する。すな
わち、まだ半田付け加熱時のクラック発生を防止し、信
頼性の高い封止用樹脂は得られておらず、表面実装化技
術の進展に対応した半田耐熱性が優れた封止用樹脂の開
発が望まれているのが現状である。

さらに、従来より半導体封止用途に使用されていたグレ
ゾールノボラック型エポキシ樹脂は、比較的粘度が高
く、小粒径のシリカを添加したり、シリカの添加量を増
やすと流動性が低下して成形が困難になるという問題が
あった。

本発明の目的は、かかる半田付け工程に生じるクラック
の問題を解消し、信頼性が高く、半導体封止用半田耐熱
性および流動性に優れた半田耐熱性エポキシ樹脂組成物
を提供することにあり、表面実装ができる樹脂封止半導
体装置を可能にすることにある。

〈課題を解決するための手段〉すなわち、本発明は、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤
（Ｂ）および溶融シリカ（Ｃ）70〜85重量％からなる半
田耐熱性樹脂組成物において、前記エポキシ樹脂（Ａ）
が、下記式（Ｉ）（ただし、R¹〜R⁸は水素原子、C₁〜C₄の低級アルキル基
またはハロゲン原子を示す。）で表わされる骨格を有す
エポキシ樹脂（Ａ′）を必須成分として含有し、前記溶
融シリカ（Ｃ）の平均粒径が14μｍを越え20μｍ以下で
あって、さらに前記溶融シリカ（Ｃ）が平均粒径12μｍ
以下の破砕溶融シリカ（Ｃ′）と平均粒径40μｍ以下の
球状溶融シリカ（Ｃ″）をともに含み、かつ前記破砕溶
融シリカ（Ｃ′）を前記溶融シリカ（Ｃ）中で40重量％
以上とし、前記球状溶融シリカ（Ｃ″）を前記溶融シリ
カ（Ｃ）中で60重量％以下とすることを特徴とする半導
体封止用半田耐熱性エポキシ樹脂組成物である。

以下、本発明の構成を詳述する。

本発明において、エポキシ樹脂（Ａ）は下記式（Ｉ）（ただし、R¹〜R⁸は水素原子、C₁〜C₄の低級アルキル基
またはハロゲン原子を示す。）で表わされる骨格を有す
るエポキシ樹脂（Ａ′）を必須成分として含有すること
が重要である。エポキシ樹脂（Ａ′）を含有しない場合
は半田付け工程におけるクラックの発生防止効果は発揮
されない。

上記式（Ｉ）において、R¹〜R⁸の好ましい具体例として
は、水素原子、メチル基、エチル基、sec−ブチル基、t
ert−ブチル基、塩素原子、臭素原子などが挙げられ
る。

本発明におけるエポキシ樹脂（Ａ′）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る。

本発明において、エポキシ樹脂（Ａ）は上記のエポキシ
樹脂（Ａ′）とともに該エポキシ樹脂（Ａ′）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。併
用できる他のエポキシ樹脂としては、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、下記式（II）で表わされるノボラック
型エポキシ樹脂（ただし、ｎは０以上の整数を示す。）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、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などが挙げられる。

エポキシ樹脂（Ａ）中に含有されるエポキシ樹脂
（Ａ′）の割合に関しては特に制限がなく、必須成分と
してエポキシ樹脂（Ａ′）が含有されれば本発明の効果
は発揮されるが、より十分な効果を発揮させるために
は、エポキシ樹脂（Ａ′）をエポキシ樹脂（Ａ）中に通
常20重量％以上、好ましくは40重量％以上、特に好まし
くは60重量％以上含有せしめる必要がある。

本発明の樹脂組成物においてエポキシ樹脂（Ａ）の配合
量は通常３〜30重量％、好ましくは５〜25重量％であ
る。

本発明における硬化剤（Ｂ）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
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樹脂、テトラブロムビスフェノール
Ａ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、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。半導体装置封止用としては耐熱性、保存性の点か
らフェノールノボラック、クレゾールノボラックが好ま
しく用いられる。用途によっては二種以上の硬化剤を併
用してもよい。

本発明において硬化剤（Ｂ）の配合量は通常、２〜15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、耐湿性の点から（Ａ）に対する（Ｂ）
の化学当量比が0.5〜1.6、特に0.8〜1.3の範囲にあるこ
とが好ましい。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させるも
のならば特に限定されない。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類、トリエチルア
ミン、ベンジルメチルアミン、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）ウンデセンー７など
の３級アミン類、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類、トリフェニルホスフィ
ン、トリエチルホスフィン、トリブチルホスフィン、ト
リメチルホスフィン、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
ホスフィン類などが挙げられる。用途によっては二種以
上の硬化触媒を併用してもよい。硬化触媒の添加量はエ
ポキシ樹脂（Ａ）100重量部に対して0.1〜10重量部が好
ましい。

本発明における溶融シリカ（Ｃ）は、溶融シリカ（Ｃ）
の平均粒径が14μｍを越え20μｍ以下であって、さらに
前記溶融シリカ（Ｃ）が平均粒径12μｍ以下の破砕溶融
シリカ（Ｃ′）と平均粒径40μｍ以下の球状溶融シリカ
（Ｃ″）をともに含み、かつ前記破砕溶融シリカ
（Ｃ′）を前記溶融シリカ（Ｃ）中で40重量％以上と
し、前記球状溶融シリカ（Ｃ″）を前記溶融シリカ
（Ｃ）中で60重量％以下とするものである。溶融シリカ
（Ｃ）の平均粒径が20μｍを越えたり、破砕溶融シリカ
（Ｃ′）の平均粒径が12μｍを越えたり、球状溶融シリ
カの平均粒径が40μｍを越えると、半田耐熱性が低下す
る。好ましい平均粒径は溶融シリカ（Ｃ）は15μｍ以
下、破砕溶融シリカ（Ｃ′）は10μｍ以下、球状溶融シ
リカ（Ｃ″）は30μｍ以下である。ここで平均粒径は累
積重量が50％になる粒径（メジアン径）を意味する。

さらに、溶融シリカ（Ｃ）の組成で、破砕溶融シリカ
（Ｃ′）が40重量％未満で球状溶融シリカ（Ｃ″）が60
重量％を越えると半田耐熱性が低下する。好ましくは、
破砕溶融シリカ（Ｃ′）が60重量％以上、球状溶融シリ
カ（Ｃ″）が40重量％以下である。

本発明において溶融シリカ（Ｃ）の配合量は70〜85重量
％、好ましくは73〜83重量％である。70重量％未満では
半田耐熱性が不十分であり、85重量％を越えると流動性
が低下し、成形が困難になる。

本発明において、溶融シリカ（Ｃ）は、シランカップリ
ング剤、チタネートカップリング剤などのカップリング
剤で予め表面処理することが、耐湿性および機械的性質
の点で好ましい。

本発明のエポキシ樹脂組成物には結晶性シリカ、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、アス
ベスト、ガラス繊維などの充填剤、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、シリコーンオイル、変成ニトリル
ゴム、変成ポリブタジエンゴム、オレフィン系ゴム、ス
チレン系ゴムなどのエラストマー、シランカップリング
剤、チタネートカップリング剤などのカップリング剤、
長鎖脂肪族、長鎖脂肪族の金属塩、長鎖脂肪族のエステ
ル、長鎖脂肪族のアミド、パラフィンワックスなどの離
型剤、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。

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、溶融混練は公知の方法を用いることができる。た
とえば、バンバリーミキサー、ニーダー、ロール、一軸
もしくは二軸の押出機、コニーダーなどを用い、通常50
〜150℃の温度で樹脂組成物とすることができる。

〈実施例〉以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

実施例中の部数は重量部を意味する。

実施例１〜３、比較例１〜５表１、表２、表３に示す配合処方の組成比で試薬をミキ
サーによりドライブレンドした。これを、ロール表面温
度90℃のミキシングロールを用いて５分間加熱混練後、
冷却、粉砕して半田耐熱性エポキシ樹脂組成物を製造し
た。

この組成物を用い、低圧トランスファー成形法により、
スパイラルフローを測定した。また、175℃×４分の条
件で成形して、模擬素子を封止した44pinQFPを得た後、
175℃で５時間ポストキュアした。ポストキュア後、次
の物性測定法により、各組成物の物性を測定した。

半田耐熱性:44pinQFP24個を85℃、85％RHで72時間加湿
処理後、250℃の半田浴に10秒間浸漬し、クラックの発
生しないQFPの個数の割合を求めた。

信頼性：前記の半田耐熱性試験を行なった44pinQFPを用
い、121℃、100％RHで加湿処理し、ピン不良発生率50％
になる時間を求めた。

これらの結果を合せて表３に示す。

表３にみられるように、実施例１〜９の本発明の半田耐
熱性エポキシ樹脂組成物は、半田耐熱性、信頼性の値が
高く、スパイラスフローが長い。

これに対して、比較例１〜３にみられるように、エポキ
シ樹脂（Ａ′）であるエポキシ樹脂（Ｉ）を添加しない
とスパイラルフローが短くなり、成形時に未充填が発生
したり、成形可能な場合も半田耐熱性と信頼性が低くな
る。

また、比較例４〜７にみられるように、平均粒径12μｍ
以下の破砕溶融シリカ（Ｃ′）を40重量％以上添加しな
いと、半田耐熱性、信頼性が低下する。

〈考案の効果〉本発明によれば、特定構造のエポキシ樹脂、硬化剤およ
び特定組成の溶融シリカを添加することにより、半田耐
熱性、信頼性および流動性に優れた半導体封止用半田耐
熱性エポキシ樹脂組成物が得られる。

───────────────────────────────────────────────────── 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 23/31 (56)参考文献特開昭62−209128（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−74924（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−268750（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−41527（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−259552（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−98726（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−47725（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−138740（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）および
溶融シリカ（Ｃ）70〜85重量％からなる半田耐熱性樹脂
組成物において、前記エポキシ樹脂（Ａ）が、下記式
（Ｉ）（ただし、R¹〜R⁸は水素原子、C₁〜C₄の低級アルキル基
またはハロゲン原子を示す。）で表わされる骨格を有するエポキシ樹脂（Ａ′）を必須
成分として含有し、前記溶融シリカ（Ｃ）の平均粒径が
14μｍを越え20μｍ以下であって、さらに前記溶融シリ
カ（Ｃ）が平均粒径12μｍ以下の破砕溶融シリカ
（Ｃ′）と平均粒径40μｍ以下の球状溶融シリカ
（Ｃ″）をともに含み、かつ前記破砕溶融シリカ
（Ｃ′）を前記溶融シリカ（Ｃ）中で40重量％以上と
し、前記球状溶融シリカ（Ｃ″）を前記溶融シリカ
（Ｃ）中で60重量％以下とすることを特徴とする半導体
封止用半田耐熱性エポキシ樹脂組成物。