JP2003292739A

JP2003292739A - 封止用樹脂組成物および電子部品封止装置

Info

Publication number: JP2003292739A
Application number: JP2002105656A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Sawai; 和弘澤井; Yuichi Takizawa; 雄一瀧澤
Original assignee: Kyocera Chemical Corp
Current assignee: Kyocera Chemical Corp
Priority date: 2002-04-08
Filing date: 2002-04-08
Publication date: 2003-10-15

Abstract

(57)【要約】【課題】耐リフロー性、成形性、パッケージの反り特
性に優れた封止用樹脂組成物、およびそのような封止用
樹脂組成物により封止された信頼性の高い電子部品封止
装置を提供する。【解決手段】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール
樹脂硬化剤、（Ｃ）次式［Ｉ］【化４】（式中、ｎおよびxはそれぞれ1以上の整数を表す）で示
されるポリジメチルシロキサン系化合物および（Ｄ）無
機充填剤を含有する封止用樹脂組成物、およびこれを用
いて封止した電子部品封止装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体等の電子部
品の封止樹脂材料として使用される封止用樹脂組成物、
およびこれを用いた電子部品封止装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体等の電子部品の封止用
樹脂組成物として、ノボラック型フェノール樹脂を硬化
剤とするエポキシ樹脂組成物が、耐湿性や高温電気特
性、成形性等に優れることから広く用いられている。

【０００３】ところで、電子機器の高密度実装化および
組立工程の自動化等に対応するため、半導体装置の実装
方法は、従来のピン挿入方式から表面実装方式へと移行
してきている。

【０００４】この表面実装方式では、基板に半導体パッ
ケージのリード部分を半田付けする際、基板上のクリー
ム半田を赤外線やフルオロカーボン蒸気で加熱し、リー
ドと接続する方法が採られている。この場合、半田を加
熱する際にパッケージ自体も加熱され、その温度は215
〜260℃程度にも達する。

【０００５】このため、表面実装方式では、パッケージ
の急激な高温化により、パッケージの封止樹脂部分にク
ラックが発生し、装置の信頼性が低下するという問題が
生じている。

【０００６】上記クラックの発生は、パッケージの封止
樹脂中に含まれる微量の吸湿による水分が加熱されて気
化膨張することによる内部応力の発生が原因と考えられ
ている。したがって、この問題を封止樹脂の組成によっ
て解決するためには、封止樹脂の吸湿性を低減させる
か、あるいは、封止樹脂に水の膨張圧に耐え得るだけの
強度を持たせることが有効である。そこで、このような
特性を有するものとして、柔軟疎水骨格の構造を持つエ
ポキシ樹脂およびフェノール樹脂硬化剤に充填剤を多量
に配合した樹脂組成物が提案されている。しかしなが
ら、これらのエポキシ樹脂組成物は、従来の封止樹脂に
比べて高価なうえに成形作業性に劣るという問題があっ
た。

【０００７】一方、最近の環境に対する関心の高まりか
ら、半導体のパッケージ分野においても、外装や接合に
使用する半田からの鉛の除去が求められている。現在、
鉛を使用しない半田のうち、半導体のパッケージ分野で
使用可能な半田の多くは、従来の鉛を含む半田に比較し
て融点が高く、前述したリフロー温度は相当高くなる。
リフロー温度の上昇は、加熱により発生する封止樹脂内
の水蒸気圧がいっそう増大し、封止樹脂に一段と厳しい
耐リフロー性が要求されることを意味する。

【０００８】さらに、このような問題とともに、最近の
パッケージの薄型化、多ピン化に伴い、コプラナリティ
が問題となってきており、封止樹脂にはパッケージの反
りについてもより厳しい特性が要求されてきている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、実装
方式のピン挿入型から表面実装型への変更、さらには、
半田リフロー温度が上昇する傾向にあるなか、このよう
な変更に十分対応しうる優れた耐リフロー性を備え、し
かも、価格の上昇や成形性の低下を招くことのない封止
用樹脂組成物の開発が求められている。また、最近のパ
ッケージの薄型化、多ピン化に伴い、このような封止用
樹脂組成物において、パッケージの反りについての特性
改善も求められている。

【００１０】本発明はこのような従来の事情に鑑みてな
されたもので、優れた耐リフロー性を備え、しかも、価
格の上昇や成形性の低下を招くことがなく、さらには、
パッケージの反り特性を改善し得る封止用樹脂組成物お
よびそれを用いた電子部品封止装置を提供することを目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の目
的を達成するため鋭意研究を重ねた結果、特定の構造を
持つポリジメチルシロキサン系化合物を配合することに
よって、耐リフロー性、成形性、パッケージの反り特性
に優れた封止用樹脂組成物が得られることを見出し、本
発明を完成したものである。

【００１２】すなわち、本発明の封止用樹脂組成物は、
（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤、
（Ｃ）次式［Ｉ］

【化２】（式中、ｎおよびｘはそれぞれ1以上の整数を表す）で
示されるポリジメチルシロキサン系化合物および（Ｄ）
無機充填剤を含有することを特徴としている。

【００１３】ここで、（Ｃ）のポリジメチルシロキサン
系化合物の含有量が0.1〜5重量％であり、（Ｄ）の無機
充填剤の含有量が70〜95重量％であってもよい。

【００１４】上記構成の封止用樹脂組成物においては、
特定の構造を持つポリジメチルシロキサン系化合物を含
有させたことにより、従来よりも融点の高い鉛を含まな
い半田を使用しての表面実装方式にも十分対応可能な優
れた耐リフロー性を備えることができ、しかも、成形性
やパッケージの反り特性にも優れたものとなる。

【００１５】また、本発明の電子部品封止装置は、本発
明の封止用樹脂組成物の硬化物によって、電子部品が封
止されてなることを特徴としている。

【００１６】また、本発明の電子部品封止装置において
は、耐リフロー性、成形性、パッケージの反り特性に優
れた封止用樹脂組成物の硬化物によって電子部品が封止
されているので、いかなる実装方式であっても信頼性の
高い実装が可能となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。本発明の封止用樹脂組成物は、（Ａ）エポ
キシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤、（Ｃ）下記一
般式［Ｉ］で示されるポリジメチルシロキサン系化合物
および（Ｄ）無機充填剤を必須成分とするものである。

【００１８】

【化３】（式中、ｎおよびｘはそれぞれ1以上の整数を表す）

【００１９】（Ａ）のエポキシ樹脂としては、1分子中
に2個以上のエポキシ樹脂を有するものである限り、分
子構造、分子量等に制限されることなく一般に使用され
ているものを広く用いることができる。その具体例とし
ては、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、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、ビフェニ
ル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂等の芳香
族系、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、シクロヘ
キサン型エポキシ樹脂等の脂環族系等が挙げられる。こ
れらのエポキシ樹脂は、1種を単独で使用してもよく、2
種以上を混合して使用してもよい。本発明においては、
なかでもクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェ
ニル型エポキシ樹脂の使用が好ましく、特にクレゾール
ノボラック型エポキシ樹脂の使用が好ましい。

【００２０】（Ｂ）のフェノール樹脂硬化剤としては、
（Ａ）のエポキシ樹脂のエポキシ基と反応し得るフェノ
ール性水酸基を分子中に2個以上有するものであれば、
特に制限されることなく使用される。これらのフェノー
ル樹脂硬化剤は、1種を単独で使用してもよく、2種以上
を混合して使用してもよい。十分な低吸湿性および難燃
性を得るためには、このフェノール樹脂硬化剤の水酸基
当量は、130以上であることが好ましい。

【００２１】このようなフェノール樹脂硬化剤の好まし
い具体例としては、ビスフェノールノボラック型フェノ
ール樹脂（例えば、明和化成社製のＭＥＨ−７８５１シ
リーズ（商品名）等）、アラルキル型フェノール樹脂
（例えば、三井化学社製のＸＬ、ＸＬＣシリーズ（商品
名）等）、多官芳香族フェノール樹脂（例えば、鹿島工
業社製のＦＰＩシリーズ（商品名）等）、テルペンフェ
ノール樹脂等が挙げられる。

【００２２】本発明による効果を十分に得るためには、
この（Ｂ）のフェノール樹脂硬化剤は、未反応成分の
量、すなわち（Ａ）のエポキシ樹脂と反応せずフリーの
状態で残る量が、組成物全体の1重量％を超えないよう
に配合することが好ましい。また、（Ａ）のエポキシ樹
脂と（Ｂ）のフェノール樹脂硬化剤の配合比は、（Ｂ）
のフェノール樹脂硬化剤が有するフェノール性水酸基数
と（Ａ）のエポキシ樹脂が有するエポキシ基数の比（フ
ェノール性水酸基数／エポキシ基数）が0.5〜1.5となる
範囲が好ましく、0.7〜1.2となる範囲であるとより好ま
しい。フェノール性水酸基数／エポキシ基数が0.5未満
では、硬化反応が十分に起こりにくくなり、逆に15を超
えると、硬化物の特性、特に耐湿性が劣化しやすくな
る。

【００２３】（Ｃ）の一般式［Ｉ］で示されるポリジメ
チルシロキサン系化合物としては、特に、一般式［Ｉ］
において、ｎが3〜20で、ｘが60〜140の範囲の数である
ものが好ましく、ｎが5〜15で、ｘが80〜100の範囲の数
であるものがより好ましく使用される。

【００２４】この（Ｃ）のポリジメチルシロキサン系化
合物の配合量は、組成物全体の0.1〜5重量％の範囲が好
ましく、0.3〜2重量％の範囲であるとさらに好ましい。
配合量が0.1重量％未満では、耐リフロー性やパッケー
ジの反り特性を改善、向上させる効果が小さく、逆に配
合量が5重量％を越えると、成形性、特に離型性が低下
する。

【００２５】（Ｄ）の無機充填剤としては、溶融シリ
カ、結晶シリカ、アルミナ、タルク、炭酸カルシウム、
チタンホワイト、ベンガラ、炭化珪素、窒化ホウ素等の
粉末、これらを球形化したビーズ、単結晶繊維、ガラス
繊維等が挙げられる。これらは単独または2種以上混合
して使用することができる。本発明においては、これら
のなかでも、溶融シリカの使用が好ましい。

【００２６】この（Ｃ）の無機充填剤の配合量は、組成
物全体の70〜95重量％の範囲が好ましい。配合量が70重
量％未満では、耐リフロー性を改善、向上させる効果が
小さく、逆に配合量が95重量％を越えると、組成物の流
動性が低下し、成形性が不良となって実用が困難にな
る。

【００２７】本発明のエポキシ樹脂組成物には、以上の
各成分の他、本発明の効果を阻害しない範囲で、この種
の組成物に一般に配合される、硬化促進剤、三酸化アン
チモン、リン化合物、ブロム化エポキシ化合物等の難燃
剤、カーボンブラック、コバルトブルー等の着色剤、エ
ポキシシラン、アミノシラン、アルキルシラン、ビニル
シラン等のシランカップリング剤、合成ワックス、天然
ワックス、エステル類等の離型剤、ハロゲントラップ
剤、シリコーンオイルやシリコーンゴム等の低応力化
剤、高級脂肪酸系の金属腐食防止剤等を必要に応じて配
合することができる。

【００２８】硬化促進剤としては、1,8-ジアザビシクロ
[5,4,0]ウンデセン-7（ＤＢＵ）、トリエチレンジアミ
ン、ベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、
ジメチルアミノエタノール、トリス（ジメチルアミノメ
チル）フェノール等の3級アミン類、2-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
イミダゾール等のイミダゾール類、トリブチルホスフィ
ン、ジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン等
の有機ホスフィン類、テトラフェニルホスホニウムテト
ラフェニルボレート、トリフェニルホスフィンテトラフ
ェニルボレートなどのテトラフェニルボロン塩等が挙げ
られる。これらは単独または2種以上混合して使用する
ことができる。

【００２９】本発明のエポキシ樹脂組成物を封止材料と
して調製するにあたっては、上記各成分をミキサー等に
よって十分に混合（ドライブレンド）した後、熱ロール
やニーダ等により溶融混練し、冷却後粉砕するようにす
ればよい。

【００３０】本発明の電子部品封止装置は、上記の封止
用樹脂組成物を用いて各種の電子部品を封止することに
より製造することができる。封止を行う電子部品として
は、集積回路、大規模集積回路、トランジスタ、サイリ
スタ、ダイオード、コンデンサ等が例示される。また、
封止方法としては、低圧トランスファー法が一般的であ
るが、射出成形、圧縮成形、注型等による封止も可能で
ある。封止用樹脂組成物で封止後は、加熱して硬化さ
せ、最終的にその硬化物によって封止された電子部品封
止装置が得られる。後硬化させる際の加熱温度は、150
℃以上とすることが好ましい。

【００３１】

【実施例】次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。

【００３２】実施例１〜４、比較例１、２以下に示す各成分を表１に示すような割合で配合した封
止用樹脂組成物を常法により製造した。すなわち、まず
各成分を常温で混合し、次いで、樹脂温度90〜95℃で加
熱混練し、冷却した後に適当な大きさに粉砕して封止用
樹脂組成物を製造した。 o-クレゾールノボラック型エポキシ樹脂：（住友化学社
製商品名ＥＳＣＮ−１９５、エポキシ当量198）ビフェニル型エポキシ樹脂：（ジャパンエポキシ社製
商品名ＹＸ−４０００、エポキシ当量180）臭素化エポキシ樹脂：（日本化薬社製商品名ＢＲＥ
Ｎ−Ｓ、エポキシ当量285）ノボラック型フェノール樹脂：（昭和高分子社製商品
名ＢＧＲ−５５８、水酸基当量105）ポリジメチルシロキサン系化合物：一般式［Ｉ］で示さ
れる化合物（和光純薬社製商品名ＶＰＳ−１００
１、数平均分子量約9万）無機充填剤：溶融シリカ（龍森化学社製商品名ＲＤ
−８）難燃剤：三酸化アンチモン離型剤：エステル系ワックス（クラリアートジャパン社
製商品名リコワックス）

【００３３】上記各実施例および各比較例で得られた封
止用樹脂組成物について下記に示す方法で特性を評価し
た。

【００３４】［耐クラック性・耐湿信頼性］封止用樹脂
組成物を用いて175℃、90秒間のトランスファー成形お
よび180℃で4時間の後硬化により試験用パッケージを作
製した。このパッケージを85℃、相対湿度60％の雰囲気
中に168時間放置して吸湿処理を行った後、最高温度260
℃のＩＲリフローを3回行い、この時点で、パッケージ
のクラック発生率を調べた。さらに、このパッケージを
127℃の飽和水蒸気中に放置し、100時間、200時間、300
時間、400時間および500時間後の不良（リーク不良、オ
ープン不良）発生率を調べた。

【００３５】［パッケージ反り量］各封止用樹脂組成物
を用いて175℃、90秒間のトランスファー成形および180
℃で4時間の後硬化によりＢＧＡパッケージ（30mm×30m
m×1.2mm、チップサイズ：10mm×10mm）を作製し、非接
触式レーザ測定機により測定した。これらの結果を表１
に併せ示す。

【００３６】

【表１】

【００３７】表１からも明らかなように、各実施例の封
止用樹脂組成物は、いずれも各比較例のものに比べ、吸
湿後リフロー時の耐クラック性、その後の耐湿信頼性お
よびパッケージの反り特性が良好であった。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来よりも融点の高い鉛を含まない半田を使用しての表
面実装方式にも十分対応可能な優れた耐リフロー性を備
えるとともに、成形性やパッケージ反り特性にも優れた
封止用樹脂組成物、およびそのような封止用樹脂組成物
により封止された信頼性の高い電子部品封止装置を得る
ことができる。

───────────────────────────────────────────────────── 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） //(Ｃ０８Ｌ 63/00 83:14）Ｆターム(参考） 4J002 CC062 CD021 CD041 CD051 CD061 CE002 CP193 DE116 DE136 DE146 DE236 DJ006 DJ016 DJ046 DK006 FA046 FA086 FD016 GQ05 4J036 AA01 AA05 AD07 AF08 FA01 FA05 FB07 FB16 JA07 4M109 AA01 CA21 EB18 EC05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール
樹脂硬化剤、（Ｃ）次式［Ｉ］【化１】（式中、ｎおよびxはそれぞれ1以上の整数を表す）で示
されるポリジメチルシロキサン系化合物および（Ｄ）無
機充填剤を含有することを特徴とする封止用樹脂組成
物。
【請求項２】（Ｃ）のポリジメチルシロキサン系化合
物の含有量が0.1〜5重量％であり、（Ｄ）の無機充填剤
の含有量が70〜95重量％であることを特徴とする請求項
１記載の封止用樹脂組成物。
【請求項３】請求項１または２記載の封止用樹脂組成
物の硬化物によって、電子部品が封止されてなることを
特徴とする電子部品封止装置。