JP2000248158A

JP2000248158A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法

Info

Publication number: JP2000248158A
Application number: JP11056718A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Mizushima; 英典水嶋
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1999-03-04
Filing date: 1999-03-04
Publication date: 2000-09-12

Abstract

(57)【要約】【解決手段】エポキシ樹脂、硬化剤、無機質充填剤、
離型剤及び硬化促進剤を加熱混練することからなる半導
体封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法において、予め
エポキシ樹脂、硬化剤及び無機質充填剤を予備加熱混練
しておき、その混練物に離型剤と硬化促進剤とを配合し
て更に加熱混練することを特徴とする半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物の製造方法。【効果】本発明によれば、従来の製造方法では半導体
装置の離型性が著しく悪くなる傾向にあった可撓性付与
剤の添加、無機質充填剤の増量が必須となるエポキシ樹
脂組成物において、流動性の低下及び信頼性の低下を招
くことなく離型性を向上できる。本発明の製造方法は、
特に無機質充填剤を高充填した場合（例えば、エポキシ
樹脂と硬化剤の合計１００重量部に対して２００〜１０
００重量部）に有効である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、離型特性及び流動
特性の良好な半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造す
る方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法としては、
エポキシ樹脂、硬化剤、無機質充填剤及びその他添加剤
をドライもしくは一部ウエットで常温又は加熱して混合
し、そのブレンド物を一回で加熱混練する製造方法が採
用されていた。

【０００３】ところで、ＩＣチップの高集積化、大型化
及びＩＣパッケージの小型薄肉化に伴い、半導体封止用
エポキシ樹脂組成物においては一層の低弾性率化、低膨
張率化が要求されている。その手段としては、可撓性付
与剤の添加、無機質充填剤量の増量が必須となるが、従
来の製造方法では、得られた半導体装置の離型性が著し
く悪くなる傾向がある。離型性を向上させる手法として
は、混練時におけるシェアを増加させ硬化性を上げる方
法、及び硬化促進剤種、硬化促進剤量及び離型剤種、離
型剤量を変更して硬化性、離型性を向上させる方法等の
手法があるが、前者の場合は流動性の低下、後者の場合
は流動性の低下及び信頼性の低下を招く欠点を有してい
る。

【０００４】従って、本発明の目的は、上記従来技術の
欠点をなくし、特にエポキシ樹脂組成物に無機質充填剤
を高充填した場合にも離型特性と流動特性のバランスの
とれた半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造する方法
を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】本
発明者らは、前記課題を解決するため鋭意検討を行った
結果、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の成分の加熱混
練の順序を適当に選択することにより、上記目的が達成
されることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成
するに至った。

【０００６】即ち、本発明は、エポキシ樹脂、硬化剤、
無機質充填剤、離型剤、硬化促進剤、更に必要に応じ
て、可撓性付与剤、カップリング剤、難燃剤及び熱可塑
性樹脂から選ばれる少なくとも１種の成分を加熱混練す
る半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法におい
て、エポキシ樹脂、硬化剤及び無機質充填剤を含有し、
更に、必要に応じて可撓性付与剤、カップリング剤、難
燃剤及び熱可塑性樹脂から選ばれる少なくとも１種の成
分を予備加熱混練しておき、その混練物に離型剤と硬化
促進剤とを配合して加熱混練することを特徴とする半導
体封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法を提供するもの
である。

【０００７】この点につき詳述すると、離型剤とシリカ
に代表される無機質充填剤は構造的に親和性が高いた
め、両者を同時に加熱混練すると、エポキシ樹脂、硬化
剤等の有機樹脂のマトリックスとシリカ等の無機質充填
剤との結合力が低下すると同時に、離型剤本来の目的で
ある離型性が低下する。このことより、離型力の改善方
法としては、有機樹脂マトリックスと無機質充填剤の親
和性向上が必要となる。そこで、予め離型剤を省いたそ
の他の組成物を予備加熱混練することで該マトリックス
と無機質充填剤の親和性を高め、その後、離型剤を加え
て加熱混練することで、マトリックスと無機質充填剤の
結合力の向上と離型性が両立する。この加熱混練方法と
しては１軸，２軸の押出機等があるが、いずれも蓄熱し
やすいため、２回以上の加熱混練を行うと、その熱によ
って流動性が低下する。そのため、予備加熱混練時には
硬化促進剤を省いて行うことが流動性確保のために必要
となることを知見したものである。

【０００８】本発明においては、このように離型剤と硬
化促進剤を２度目の加熱混練時に添加して加熱混練する
ことで最大の効果が得られることが確認されており、他
の添加物を同様の方法で２度目の加熱混練時に添加して
加熱混練しても期待する効果は得られない。

【０００９】以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明にかかるエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、
硬化剤、無機質充填剤、離型剤、硬化促進剤、その他必
要に応じて、例えば、可撓性付与剤、カップリング剤、
難燃剤及び熱可塑性樹脂などの公知の添加剤を用いて製
造される。

【００１０】このエポキシ樹脂組成物を構成するエポキ
シ樹脂としては、１分子中にエポキシ基を少なくとも２
個有するものであればいかなるものであってもよい。例
えば、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等の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、ビスフェノー
ルＦ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹
脂、トリフェノールアルカン型エポキシ樹脂、脂環式エ
ポキシ樹脂、ナフタレン環含有エポキシ樹脂、ビフェニ
ル型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹
脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、ビシクロペ
ンタジエン型エポキシ樹脂などの公知のエポキシ樹脂が
用いられる。これらエポキシ樹脂は、適宜組み合わせて
もよいが、中でも無機質充填剤を高充填するためには、
ビフェニル型エポキシ樹脂やナフタレン環含有エポキシ
樹脂が望ましい。これらエポキシ樹脂は、軟化点が５０
〜１００℃で、エポキシ当量が１００〜４００を有する
ものが望ましい。更に、難燃化のため、ブロム化エポキ
シ樹脂を使用することができる。

【００１１】また、硬化剤としては、このエポキシ樹脂
を硬化させる材料、例えばフェノール樹脂、脂肪族ある
いは芳香族ポリアミン、第２アミン、第３アミン等のア
ミン化合物、カルボン酸無水物、ポリアミノマレイミド
類などが用いられる。これら硬化剤も公知のものが用い
られ、例えばフェノール樹脂としては、フェノールノボ
ラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂等のノボラック
樹脂、ビスフェノール型樹脂、トリフェノールアルカン
型フェノール樹脂、ナフタレン環含有フェノール樹脂、
ビフェニル型フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹
脂、ビフェニルアラルキル型フェノール樹脂、ビシクロ
ペンタジエンフェノール樹脂、テルペン環含有フェノー
ル樹脂などのフェノール性水酸基を２個以上有するもの
が挙げられる。前記フェノール樹脂の中では、軟化点が
６０〜１２０℃を有するものが好ましい。水酸基当量と
しては９０〜１５０のものが好ましい。

【００１２】これらの硬化剤の配合量は、上記エポキシ
樹脂の硬化有効量であり、例えばフェノール樹脂の場
合、エポキシ樹脂１００重量部に対し、通常２５〜１０
０重量部である。また、フェノール樹脂の配合量は、エ
ポキシ樹脂中のエポキシ基のモル数に対するフェノール
樹脂中のフェノール性水酸基のモル数の比が０．５〜
２．０、特には０．８〜１．２程度となるように設定す
ることもできる。

【００１３】本発明に配合する無機質充填剤は、特に半
導体封止材として用いた場合に封止材の膨張係数を小さ
くし、半導体素子に加わる応力を低下させるものであ
る。この無機質充填剤としても公知のものを使用し得、
例えば、シリカフィラーとして結晶性シリカ、ゾル−ゲ
ル法で製造される球状シリカ、球状又は破砕状の溶融シ
リカ、溶融石英、非晶質シリカ、煙霧質シリカ、沈降シ
リカ等の１種又は２種以上を使用することができる。ま
た、アルミナ、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミ、
マグネシア、マグネシウムシリケートなどを使用するこ
ともできる。

【００１４】なお、その平均粒径（例えば、レーザ光回
折法等による重量平均（又はメジアン径）として）は１
〜５０μｍ、特に５〜３０μｍであることが通常である
が、必要により、これより平均粒径の小さい微細シリカ
などを併用、混合することもできる。また、上記充填剤
は、チタン系カップリング剤（例えば、チタン酸エステ
ルや有機チタン錯体）やシランカップリング剤（例え
ば、アミノ基、エポキシ基、メルカプト基、アルケニル
基等の官能性基を有するオルガノアルコキシシラン）な
どで予め表面処理したものを使用することができる。

【００１５】無機質充填剤の充填量は、樹脂成分（エポ
キシ樹脂及び硬化剤）の合計量１００重量部に対して２
００〜１０００重量部、好ましくは２８０〜９００重量
部、より好ましくは５００〜７００重量部である。２０
０重量部に満たないと膨張係数が大きくなって半導体素
子に加わる応力が増大し、素子特性が劣化する場合があ
り、１０００重量部を超えると成形時の粘度が高くなっ
て成形性が悪くなる場合がある。

【００１６】本発明では、上記成分の他に、カルナバワ
ックス、高級脂肪酸、合成ワックス類などの離型剤が用
いられる。その配合割合は、エポキシ樹脂及び硬化剤の
合計量１００重量部に対して０．１〜１０重量部、好ま
しくは０．３〜５重量部である。

【００１７】また、上記成分の他に、イミダゾールもし
くはその誘導体、トリフェニルフォスフィン、トリスｐ
−メトキシフェニルフォスフィン、トリシクロヘキシル
フォスフィンなどのフォスフィン誘導体、１，８−ジア
ザビシクロ（５．４．０）ウンデセン−７などのシクロ
アミジン誘導体等の硬化促進剤が用いられる。その配合
割合は、エポキシ樹脂及び硬化剤の合計量１００重量部
に対して０．１〜１０重量部、好ましくは０．３〜５重
量部である。

【００１８】更に、本発明では、上述した必須成分に加
え、低応力化のためにシリコーン系の可撓性付与剤を添
加することが好ましい。可撓性付与剤としては、例え
ば、シリコーンゴムパウダー、シリコーンゲル、有機樹
脂とシリコーンポリマーとのブロックポリマーなどが挙
げられる。なお、このような可撓性付与剤を添加する代
わりに、二液タイプのシリコーンゴムやシリコーンゲル
で無機質充填剤表面を処理してもよい。上記可撓性付与
剤の使用量は、組成物全体の０〜１０重量％、通常０．
５〜１０重量％、特に１〜５重量％とすることが好まし
く、使用量が０．５重量％未満では十分な耐衝撃性が得
られない場合があり、１０重量％を超えると機械的強度
が不十分になる場合がある。

【００１９】本発明のエポキシ樹脂組成物には、必要に
応じてその他の任意成分を本発明の効果を妨げない範囲
で配合することができる。このような任意成分として
は、ＭＢＳ樹脂等やその水素添加物などの熱可塑性樹
脂、シランカップリング剤、酸化アンチモン、リン化合
物等の難燃剤などが挙げられる。

【００２０】而して、本発明のエポキシ樹脂組成物の製
造方法は、上記成分からなるエポキシ樹脂組成物におい
て、予め、エポキシ樹脂、硬化剤及び無機質充填剤を予
備加熱混練しておき、その混練物に離型剤と硬化促進剤
とを配合して、更に加熱混練して得るものである。

【００２１】ここで、離型剤と硬化促進剤の配合方法に
ついては、エポキシ樹脂、硬化剤及び無機質充填剤を予
備加熱混練し、得られた混練物を冷却し、粉砕したもの
に配合する方法、あるいはエポキシ樹脂、硬化剤及び無
機質充填剤を予備加熱混練している途上で添加し、配合
する方法とが採用される。

【００２２】前者の方法は、図１に示したように、エポ
キシ樹脂Ａ、硬化剤Ｂ、無機質充填剤Ｃを混合機１にて
混合し、これを第１混練機２にて加熱混練し、得られた
予備混練物を冷却後、破砕機、粉砕機等の粉砕装置３に
より粉砕し、これに離型剤Ｄ、硬化促進剤Ｅを配合し
て、ヘンシェル混合機等の混合機４により混合し、これ
を更に第２混練機５により混練し、生成した最終混練物
を冷却し、粉砕装置６により粉砕する方法を採用するこ
とができる。

【００２３】一方、後者の方法としては、図２に示した
ように、エポキシ樹脂Ａ、硬化剤Ｂ、無機質充填剤Ｃを
混合機１にて混合し、これを混練機２にて混練すると共
に、その混練の途上において、離型剤Ｄ、硬化促進剤Ｅ
を定量フィーダー７などにより配合し、混練を続けるも
ので、生成した最終混練物を冷却後、粉砕装置３により
粉砕する方法を採用することができる。この場合、上記
離型剤Ｄ、硬化促進剤Ｅの途中配合は、混練機２の混練
エリア２ａ中において、その進行方向で５０％以降、好
ましくは６０〜８０％の間に行うことが好ましい。

【００２４】上記成分を予備加熱混練及び加熱混練する
混練機２，５としては、１軸押出機などいずれのもので
もよく、特に制限されない。２軸押出機の場合、スクリ
ュー回転軸方向も同方向／異方向いずれでもよい。ここ
で、混練機の混練エリアはＬ／Ｄ（スクリュー長／スク
リュー径）＝１〜１５、特にＬ／Ｄ＝２〜１０のものが
好適に使用される。混練機スクリューの周速は、適宜選
定されるが、周速５〜５０ｍ／分、好ましくは１０〜４
０ｍ／分とするのがよい。

【００２５】上記混練においては、組成物中の樹脂成分
の少なくとも一部が溶融する温度以上に加熱するもの
で、これにより良好な混練がなされる。この場合、樹脂
成分を溶融するには、４０〜１２０℃程度に加熱すれば
よい。なお、この４０〜１２０℃という温度は、混練機
の加熱温度であり、混練される組成物の摩擦等により、
それ自体でも発熱するため、組成物成分の溶融温度がこ
の加熱温度より高くても、この加熱温度で少なくとも一
部が溶融し得る。また、上記各混練機２，５における混
練時間は５〜６００秒、好ましくは１０〜２４０秒であ
ることがよい。

【００２６】なお、上記以外の成分、例えば可撓性付与
剤、カップリング剤、難燃剤、熱可塑性樹脂等の成分
は、上記いずれの段階で配合しても差し支えないが、通
常、エポキシ樹脂、硬化剤、無機質充填剤と共に、最初
の段階で混合、混練することができる。

【００２７】得られたエポキシ樹脂組成物は、流動性の
低下及び信頼性の低下を招くことなく、離型性を向上で
きるものである。

【００２８】本発明の製造方法で得られたエポキシ樹脂
組成物は、そのまま所望の用途に使用し得、特にＩＣ、
ＬＳＩ、トランジスタ、サイリスタ、ダイオード等の半
導体装置の封止用に好適に使用できるものであり、プリ
ント回路板の製造などにも有効に使用できる。ここで、
半導体装置の封止を行う場合、半導体封止用エポキシ樹
脂組成物の成形温度は１５０〜１８０℃、ポストキュア
は１５０〜１８０℃で２〜１６時間行うことが好まし
い。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、従来の製造方法では半
導体装置の離型性が著しく悪くなる傾向にあった可撓性
付与剤の添加、無機質充填剤の増量が必須となるエポキ
シ樹脂組成物において、流動性の低下及び信頼性の低下
を招くことなく離型性を向上できる。本発明の製造方法
は、特に無機質充填剤を高充填した場合（例えば、エポ
キシ樹脂と硬化剤の合計１００重量部に対して２００〜
１０００重量部）に有効である。

【００３０】

【実施例】以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体
的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるも
のではない。なお、下記例で部は重量部を示す。

【００３１】〔実施例，比較例〕下記成分のエポキシ樹
脂組成物を図１，２に示す工程で下記方法によって製造
した。エポキシ樹脂（オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂，住友化学製，ＥＳＣＮ−１９５）８５部硬化剤（ノボラック型フェノール樹脂，明和化成製，Ｈ−１）５０部可撓性付与剤（ジメチルシリコーンオイル，信越化学工業製，ＫＦ−９６）１０部硬化促進剤（四国化成製，イミダゾールＣ１７Ｚ）２部シランカップリング剤（信越化学工業製，γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン，ＫＢＭ−４０３）２部離型剤（ヘキスト製，ワックス，ＷＡＸ−Ｅ）２部難燃剤（住友金属鉱山製，酸化アンチモン）１５部充填剤（溶融シリカ，龍森製，ＲＤ−８（平均粒径８μｍ））４００部

【００３２】製造法（実施例１）図１において、離型剤と硬化促進剤を除く
各成分を混合、混練（９０℃，１分）、粉砕した後に、
この粉砕物に離型剤と硬化促進剤を添加して、更に混
合、混練（９０℃，１分）、粉砕した。

【００３３】（実施例２）図２において、離型剤と硬化
促進剤を除く各成分を混合、混練（９０℃，２分）する
際に、混練エリアの進行方向に対して６０％に位置する
定量フィーダーから離型剤と硬化促進剤を添加して、混
練、粉砕した。

【００３４】（比較例１）図１において、最初に全成分
を一括して混合し、混練（９０℃，１分）、粉砕した。

【００３５】（比較例２）図１において、離型剤を除く
各成分を混合、混練（９０℃，１分）、粉砕した後に、
この粉砕物に離型剤を添加して、更に混合、混練（９０
℃，１分）、粉砕した。

【００３６】得られたエポキシ樹脂組成物のスパイラル
フローを測定し、また１７５℃で成形し、６０秒後の硬
度を測定し、更に１８０℃で５時間ポストキュアを行
い、その離型性を測定した。結果を表１に示す。

【００３７】

【表１】スパイラルフロー：ＥＭＭＩ−６６に準じた方法で測定硬度：バーコール硬度計により測定離型性：Ｃｒ板に１０ｍｍ²の円状に封止し、プッシュ
プル・ゲージ６０ｍｍ／分での測定

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一方法を説明するフロー図である。

【図２】本発明の第二方法を説明するフロー図である。

【符号の説明】

１混合機２混練機３粉砕装置４混合機５混練機６粉砕装置７定量フィーダーＡエポキシ樹脂Ｂ硬化剤Ｃ無機質充填剤Ｄ離型剤Ｅ硬化促進剤

フロントページの続きＦターム(参考） 4J002 AA014 AE033 BN164 CC032 CC042 CC052 CC062 CD001 CD021 CD041 CD051 CD061 CD071 CE002 DE076 DE146 DF016 DJ006 DJ016 DK006 EF058 EU117 EU137 EW147 FD016 FD130 FD142 FD157 FD163 FD168 FD200 GQ05 4M109 AA01 EA02 EB02 EB04 EB06 EB07 EB09 EB12 EB17 EC20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エポキシ樹脂、硬化剤、無機質充填剤、
離型剤及び硬化促進剤を加熱混練することからなる半導
体封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法において、予め
エポキシ樹脂、硬化剤及び無機質充填剤を予備加熱混練
しておき、その混練物に離型剤と硬化促進剤とを配合し
て更に加熱混練することを特徴とする半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物の製造方法。
【請求項２】エポキシ樹脂、硬化剤及び無機質充填剤
を予備加熱混練した粉砕品に離型剤と硬化促進剤を配合
し、加熱混練することを特徴とする請求項１記載の製造
方法。
【請求項３】エポキシ樹脂、硬化剤及び無機質充填剤
を予備加熱混練する際、離型剤と硬化促進剤を混練工程
の途中から添加することを特徴とする請求項１記載の製
造方法。
【請求項４】更に、可撓性付与剤、カップリング剤、
難燃剤、熱可塑性樹脂から選ばれる少なくとも１種の成
分をいずれかの段階で配合することを特徴とする請求項
１乃至３のいずれか１項記載の製造方法。