JP2000336250A - エポキシ系樹脂組成物 - Google Patents

エポキシ系樹脂組成物

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JP2000336250A JP11149186A JP14918699A JP2000336250A JP 2000336250 A JP2000336250 A JP 2000336250A JP 11149186 A JP11149186 A JP 11149186A JP 14918699 A JP14918699 A JP 14918699A JP 2000336250 A JP2000336250 A JP 2000336250A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】銀メッキとの接着性が高く、また高い半田耐熱
性、良好な成形性を有するエポキシ樹脂組成物を提供す
る。 【解決手段】エポキシ樹脂(A)、硬化剤(B)、充填
材(C)及びシランカップリング剤(D)からなるエポ
キシ系樹脂組成物であって、前記充填材(C)の割合が
全体の85〜95重量%であり、前記シランカップリング剤
(D)が、アミノ基を含有し、かつ該アミノ基が全て二
級アミノ基であるシラン化合物(d′)と、特定の化学
式で表されるシラン化合物(d″)とを含有し、その混
合比(d′:d″)が重量比で85:15〜50:50
であることを特徴とする半導体封止用エポキシ系樹脂組
成物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、成形性、信頼性お
よび接着性に優れ、特に半導体封止用として好適なエポ
キシ系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
性および接着性などに優れており、さらに配合処方によ
り種々の特性が付加できるため、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。
【0003】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ッチ
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おり、一般にこ
のような封止に使用される樹脂を封止材樹脂と呼んでい
る。その中でも、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最も盛んに行われて
いる。そして、エポキシ樹脂による封止方法は、エポキ
シ樹脂に硬化剤、充填材などを添加した組成物を用い、
半導体素子を金型にセットしてトランスファー成型法な
どにより封止する方法が一般的に行われている。
【0004】半導体封止用エポキシ系樹脂組成物に要求
される特性としては、信頼性、成形性および接着性など
があり、信頼性としては耐湿性、半田耐熱性などが、成
形性としては流動性、熱時硬度、バリなどがあげられ
る。
【0005】ここでいう耐湿性とは、高温、高湿環境下
に樹脂封止半導体装置を放置した場合に、封止樹脂や封
止樹脂とリードフレームとの界面を通って水分が侵入す
ることにより、半導体装置が故障するのを防止すること
であり、近年半導体素子の集積度が向上するとともに、
より高度の耐湿性が要求されるようになった。
【0006】封止樹脂の耐湿性を向上するために、通常
はシランカップリング剤が添加されており、具体的には
エポキシシランを添加する方法(特公昭62-17640号公
報)、メルカプトシランを添加する方法(特開昭55-153
357号公報)および二級のアミノ基を有するアミノシラ
ンを添加する方法(特開平2-218736号公報)などが提案
されている。
【0007】また、エポキシ樹脂および硬化剤などの成
分が含有する不純物を低減し、封止樹脂を高純度化する
ことにより、耐湿性を改良すること(特開昭57-212224
号公報)も提案されている。
【0008】また、最近はプリント基板への半導体装置
パッケージの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
実装法式”に代わり、基板表面に半導体装置パッケージ
を半田付けする“表面実装方式”が盛んになってきた。
それに伴い、半導体装置パッケージも従来のDIP(デ
ュアル・インライン・パッケージ)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)に移行しつつある。
【0009】そのような“表面実装方式”に適したパッ
ケージの中でも最近では、微細加工技術の進歩により、
厚さ2mm以下のTSOP、TQFP、LQFPが主流
となりつつある。そのため湿度や温度など外部からの影
響をいっそう受けやすくなり、半田耐熱性、高温信頼
性、耐熱信頼性などの信頼性が今後ますます重要となっ
てくる。
【0010】表面実装においては、通常半田リフローに
よる実装が行われる。この方法では、基板の上に半導体
装置パッケージを乗せ、これらを200℃以上の高温に
さらし、基板にあらかじめつけられた半田を溶融させ半
導体装置パッケージを基板表面に接着させる。このよう
な実装方法では半導体装置パッケージ全体が高温にさら
されるために樹脂とリードフレームとの接着性が悪いと
剥離が生じ、その際にできた空間からクラックが生じる
という現象が起こる。従って半導体用封止樹脂において
フレームとして用いられる金属との接着性は非常に重要
となる。
【0011】また、剥離はフレームの銀メッキ部分から
より発生しやすい。これは42アロイや銅と比較して、
銀メッキ部分の方が樹脂との接着性に劣るからである。
従って剥離の発生要因である銀メッキ部分との接着性を
向上させることは非常に重要である。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、封止用
樹脂にシランカップリング剤を添加することは耐湿性を
向上するためには効果的であるが、現在は銀メッキとの
接着性を向上させ、半田耐熱性を持たせるという要求が
強く、これについては従来のシランカップリング剤では
不十分であるという問題が明らかになった。そこで本発
明の課題は、上述したエポキシ樹脂組成物が有する問題
を解決し、耐湿性などの信頼性および流動性、熱時硬
度、バリなどの成形性に加え、銀メッキとの接着性を向
上させ半田耐熱性に優れた樹脂組成物を提供することに
より、より薄型・高集積の樹脂封止半導体を可能にする
ことにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、特定構造
のシランカップリング剤を添加することにより、上記の
課題を達成することができ、目的に合致したエポキシ系
樹脂組成物が得られることを見いだし、本発明に到達し
た。
【0014】本発明は主として次の構成を有する。すな
わち、「エポキシ樹脂(A)、硬化剤(B)、充填材
(C)及びシランカップリング剤(D)からなるエポキ
シ系樹脂組成物であって、前記充填材(C)の割合が全
体の85〜95重量%であり、前記シランカップリング剤
(D)が、アミノ基を含有し、かつ該アミノ基が全て二
級アミノ基であるシラン化合物(d′)と、下記化学式
(I)で表されるシラン化合物(d″)とを含有し、そ
の混合比(d′:d″)が重量比で85:15〜50:
50であることを特徴とする半導体封止用エポキシ系樹
脂組成物。
【0015】
【化5】 (R2、R3は炭素数1〜30の一価の炭化水素基、
4、R5は炭素数1〜20の二価の炭化水素基、nは1
〜3の整数を各々示す。) 」である。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を詳述する。
【0017】本発明におけるエポキシ樹脂(A)は1分
子中にエポキシ基を2個以上有するものであれば特に限
定されず、これらの具体例としては、たとえばクレゾー
ルノボラック型エポキシ樹脂、ビスヒドロキシビフェニ
ル型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、
線状脂肪族型エポキシ樹脂、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およびスピ
ロ環含有エポキシ樹脂などがあげられる。用途によって
は2種以上のエポキシ樹脂を併用しても良いが、半導体
装置封止用としては耐熱性の点からクレゾールノボラッ
ク型エポキシ樹脂またはビスヒドロキシビフェニル型エ
ポキシ樹脂を含有することが好ましく、そのエポキシ当
量は500以下が好ましく、特に300以下が好まし
い。これらクレゾールノボラック型エポキシ樹脂または
ビスヒドロキシビフェニル型エポキシ樹脂の含有量は、
全エポキシ樹脂(A)中に50重量%以上含むことが好ま
しい。
【0018】本発明において、エポキシ樹脂(A)の配
合量は、通常エポキシ系樹脂組成物中に5〜25重量%
の範囲が好適である。かかる範囲内とすることにより成
形性や接着性が十分であり、線膨張係数が小さく、低応
力性に優れたエポキシ系樹脂組成物が得られる。
【0019】本発明における硬化剤(B)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
されず、それらの具体例としては、例えばフェノールノ
ボラック、クレゾールノボラックなどのノボラック樹
脂、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
香族アミンなどがあげられる。
【0020】なかでも、半導体装置封止用としては、耐
熱性、耐湿性および保存性の点から、フェノールノボラ
ック、クレゾールノボラックなどのノボラック樹脂が好
ましく用いられ、用途によっては2種以上の硬化剤を併
用しても良い。
【0021】本発明において、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性の点か
ら、エポキシ樹脂(A)に対する硬化剤(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。
【0022】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
いても良い。硬化触媒は硬化反応を促進するものであれ
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(F)があげら
れる。なかでも信頼性および成形性の点から有機ホスフ
ィン化合物(F)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。
【0023】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
が望ましい。
【0024】本発明における充填材(C)としては、溶
融シリカ、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、アスベスト、ガラス繊維な
どがあげられる。なかでも溶融シリカは線膨張係数を低
下させる効果が大きく、低応力化に有効なために好まし
く用いられる。
【0025】本発明においては、充填材(C)の割合を
全体の85〜95重量%とするものである。かかる充填
剤(C)の割合が85重量%に満たない場合には半田耐
熱性の点で問題があり、一方、95重量%を超える場合
には成形性の問題がある。
【0026】本発明におけるシランカップリング剤
(D)としては、アミノ基を含有し、かつ該アミノ基が
すべて二級アミノ基であるシラン化合物(d′)と下記
化学式(I)で表されるシラン化合物(d″)とを併用
することが重要である。これによって、耐湿性などの信
頼性および流動性、熱時硬度、バリなどの成形性を保ち
つつ、銀メッキとの接着性が向上する。
【0027】
【化6】 (R2、R3は炭素数1〜30の一価の炭化水素基、
4、R5は炭素数1〜20の二価の炭化水素基、nは1
〜3の整数を各々示す。)
【0028】アミノ基を含有し、かつ該アミノ基がすべ
て二級アミノ基であるシラン化合物(d′)の具体例と
しては、下記式(II)または(III)で表されるものが
あげられる。
【0029】
【化7】 (R1、R2、R3は炭素数1〜30の一価の炭化水素
基、R4、R5は炭素数1〜20の二価の炭化水素基、n
は1〜3の整数を各々示す。)
【0030】
【化8】 (R1、R2、R3は炭素数1〜30の一価の炭化水素
基、R4、R5は炭素数1〜20の二価の炭化水素基、n
は1〜3の整数を各々示す。)
【0031】なかでも、式(I)においてR1がフェニ
ル基、R2およびR3がメチル基またはエチル基、R4
プロピレン基でnは2または3のシラン化合物(d′)
が成形性および信頼性の改良効果が大きいため、好まし
く用いられる。
【0032】シラン化合物(d″)については、式
(I)中でR2およびR3がメチル基またはエチル基、R
4がプロピレン基でnは2または3のシラン化合物
(d″)が銀メッキへの接着性の改良の効果が大きいの
で好ましく用いられる。
【0033】本発明においてはシランカップリング剤
(D)中のシラン化合物(d′)と(d″)との混合比
(d′:d″)を重量比で85:15〜50:50の範
囲にするものである。かかる範囲内とすることにより成
形性および信頼性の改良効果を優れたものとすることが
できる。混合比(d′:d″)がかかる範囲外であると
成形性や信頼性の改良効果が不十分なものとなる。な
お、銀メッキへの接着性の改良効果を大きくする観点か
ら、混合比(d′:d″)は30:70〜50:50の
範囲にあることが更に好ましい。
【0034】このシランカップリング剤(D)の添加量
は、成形性と信頼性の点から、通常充填材100重量部
に対して0.1〜5重量部、好ましくは0.2〜3重量
部、更に好ましくは0.3〜1.5重量部である。本発
明において充填材(C)をシランカップリング剤(D)
であらかじめ表面処理することが、信頼性、接着性の向
上の点で好ましい。
【0035】本発明のエポキシ系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、ス
チレン系ブロック共重合体、オレフィン系重合体、変性
ニトリルゴム、変性ポリブタジエンゴムなどのエラスト
マー、ポリスチレンなどの熱可塑性樹脂、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
酸化物など架橋剤を任意に添加することができる。
【0036】本発明のエポキシ系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。
【0037】本発明のエポキシ系樹脂組成物は特に銀メ
ッキとの接着性が良好であり、リードフレーム部分を銀
メッキしたパッケージを成形するにあたって特に有用で
ある。
【0038】
【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。なお、本発明
で使用した原材料は以下の通りである。なお、組成物へ
の配合量は全組成物中の重量%で示し、硬化促進剤、着
色剤および離型剤以外配合量は表1に記載した。
【0039】〈エポキシ樹脂I〉エポキシ当量200の
オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂 〈エポキシ樹脂II〉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 〈硬化剤I〉水酸基当量107のフェノールノボラック
樹脂 〈硬化剤II〉下記式で示されるフェノール化合物
【化9】 (ただし、mが1〜3の成分を90重量%含む) 〈無機質充填材〉平均粒径23μmの非晶性溶融シリカ 〈シランカップリング剤I〉N−フェニルアミノプロピ
ルトリメトキシシラン 〈シランカップリング剤II〉γ−ウレイドプロピルトリ
エトキシシラン 〈シランカップリング剤III〉γ−グリシジロキシプロ
ピルトリメトキシシラン (シランカップリング剤は前もって無機充填材と混合し
ておいた。なおシランカップリング剤Iとシランカップ
リング剤IIを同時に使用する場合にはシランカップリン
グ剤同士を混合してから無機充填材と混合した。) 〈難燃剤〉エポキシ当量400、臭素含有量50重量%
のブロム化ビスフェノールA型エポキシ樹脂 〈難燃助剤〉三酸化アンチモン 〈硬化促進剤〉トリフェニルホスフィン(0.1重量
%) 〈着色剤〉カーボンブラック(0.2重量%) 〈離型剤〉カルナバワックス(0.3重量%)
【0040】各成分を、表1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、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、粉砕して半導体封止用のエポキシ系樹脂組成物を
製造した。
【0041】
【表1】
【0042】この樹脂組成物を用いて、低圧トランスフ
ァー成形法により175℃、キュアータイム2分間の条
件で成形し、180℃、5時間の条件でポストキュアー
して下記の物性測定法により各樹脂組成物の物性を評価
した。なお、特に示さない限り成形条件は175℃、キ
ュアタイム2分間であり、ポストキュアーは180℃、
5時間とした。
【0043】半田耐熱性:表面にAl蒸着した模擬素子を
搭載し、リードフレーム部分を銀メッキしたチップサイ
ズ12×12mmの160pinQFP(クアッドフラ
ットパッケージ)を20個成形し、85℃/85%RH
で168時間加湿後、最高温度245℃のIRリフロー
炉で加熱処理し、外部クラックの発生数を調べた。表2
には試験を行ったパッケージ20個の内、外部クラック
の発生したパッケージ数を示す。
【0044】接着性:半田耐熱性試験に用いたのと同様
の160pinQFPを85℃/85%RHで168時
間加湿後、最高温度245℃のIRリフロー炉で2分間
加熱処理したのち、リードフレームの銀メッキ部分の剥
離状況を超音波探傷器(日立建機株式会社製 mi−s
cope10)で観測し、剥離の発生数を調べた。表2
には試験を行ったパッケージ20個の内、剥離の発生し
たパッケージ数を示す。
【0045】吸水率:半田耐熱性試験に用いいたのと同
様の160pinQFPについて乾燥後の重量と85℃
/85%RHで168時間加湿後の重量の比較から樹脂
組成物の吸水率(%)を測定した。表2には20個の平
均値を示す。
【0046】PKG充填性:半田耐熱試験に用いたのと
同様の160pinQFPを成形後に目視および顕微鏡
を用いて観察し、未充填・ボイドの有無を調べた。表2
に結果を示す。未充填・ボイドのあるものを不良、未充
填・ボイドの見られないものを良好と判断した。
【0047】表2に評価結果を示す。
【0048】
【表2】
【0049】表2に見られるように本発明のエポキシ系
樹脂組成物は半田耐熱性、接着性、PKG充填性に優れ
ている。
【0050】これに対してシランカップリング剤Iを単
独で使用した場合は接着性が、シランカップリング剤II
を単独で使用した場合は半田耐熱性が、シランカップリ
ング剤IIIを単独で使用した場合は半田耐熱性と接着性
が劣っている。シランカップリング剤Iとシランカップ
リング剤IIの混合比が重量比で85:15〜50:50
の範囲を外れる場合は接着性および半田耐熱性が劣って
いる。
【0051】充填材の量が85重量%未満、あるいは9
5重量%を越える場合は接着性および半田耐熱性が劣っ
ている。
【0052】
【発明の効果】シランカップリング剤として特定の二種
のシランカップリング剤を特定の重量比で混合し、半導
体用封止樹脂に含有させることによって、銀メッキとの
接着性が向上し、また高い半田耐熱性、良好な成形性が
得られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 23/31 Fターム(参考) 4J002 CC042 CC052 CD011 CD021 CD051 CD061 CD121 DE077 DE137 DE147 DE237 DE267 DJ007 DJ017 DJ037 DJ047 DL007 EL136 EL146 EN076 EV216 EX078 FA047 FD017 FD142 FD146 4J036 AB07 AD07 AD08 AF06 AF07 AF08 AF10 DB15 DB17 DB20 DC03 DC10 DC41 DD04 FA02 FA05 FA13 FB07 FB08 JA07 4M109 AA01 BA01 CA21 EA03 EA06 EB03 EB04 EB06 EB07 EB08 EB09 EB12 EB13 EB19 EC01 EC04 EC05 EC09

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エポキシ樹脂(A)、硬化剤(B)、充填
    材(C)及びシランカップリング剤(D)からなるエポ
    キシ系樹脂組成物であって、前記充填材(C)の割合が
    全体の85〜95重量%であり、前記シランカップリング剤
    (D)が、アミノ基を含有し、かつ該アミノ基が全て二
    級アミノ基であるシラン化合物(d′)と、下記化学式
    (I)で表されるシラン化合物(d″)とを含有し、そ
    の混合比(d′:d″)が重量比で85:15〜50:
    50であることを特徴とする半導体封止用エポキシ系樹
    脂組成物。 【化1】 (R2、R3は炭素数1〜30の一価の炭化水素基、
    4、R5は炭素数1〜20の二価の炭化水素基、nは1
    〜3の整数を各々示す。)
  2. 【請求項2】アミノ基を含有し、かつ該アミノ基が全て
    二級アミノ基であるシラン化合物(d′)が下記化学式
    (II)または(III)で表されることを特徴とする請求
    項1記載の半導体封止用エポキシ系樹脂組成物。 【化2】 (R1、R2、R3は炭素数1〜30の一価の炭化水素
    基、R4、R5は炭素数1〜20の二価の炭化水素基、n
    は1〜3の整数を各々示す。) 【化3】 (R1、R2、R3は炭素数1〜30の一価の炭化水素
    基、R4、R5は炭素数1〜20の二価の炭化水素基、n
    は1〜3の整数を各々示す。)
  3. 【請求項3】硬化剤(B)が下記化学式(IV)で示され
    るフェノール化合物を含有する請求項1または2に記載
    の半導体封止用エポキシ系樹脂組成物。 【化4】 (式中、Rは同一でも異なっていてもよく、水素原子、
    ハロゲン原子、炭素数1〜4のアルキル基を示す。mは
    0以上の整数を示す。)
  4. 【請求項4】請求項1〜3いずれかに記載の半導体封止
    用エポキシ系樹脂組成物によって封止された半導体装
    置。
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