JP2004083720A - 封止用樹脂組成物および電子部品封止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成形性、耐リフロークラック性に優れた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の提供。
【解決手段】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）トリフェニル骨格を有するシラン化合物および（Ｄ）無機充填剤を必須成分として含有する封止用樹脂組成物であって、前記封止用樹脂組成物全体に対する前記（Ｃ）トリフェニル骨格を有するシラン化合物の含有量が０．０５〜５．０重量％、かつ前記（Ｄ）無機充填剤の含有量が７０〜９５重量％であるもの。
【選択図】　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は成形性、耐リフロークラック性に優れた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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体等の電子部品を封止する封止用樹脂組成物として、フェノールノボラック樹脂硬化のエポキシ樹脂組成物が用いられている。このエポキシ樹脂組成物は、硬化物の耐湿性、高温電気特性、成形性等に優れていることから、封止用樹脂組成物として多用されている。
【０００３】
ところで、電子機器の高密度実装化及び組立工程の自動化等の要求から、実装方法は従来のピン挿入法から表面実装法へと移行してきている。一般に、表面実装法による基板へのパッケージの実装は、基板上のクリームはんだを赤外線やフルオロカーボン蒸気で加熱し、この部分にパッケージのリードを接続することにより行われている。
【０００４】
しかし、表面実装法では、はんだを加熱する際にパッケージも２１５〜２６０℃まで加熱されてしまい、急激な温度変化によりパッケージにクラックが発生し、電子部品の信頼性が極端に低下するという問題が発生している。
【０００５】
このようなクラックの発生機構は、パッケージが高温に曝ることにより、パッケージの樹脂中に含まれていた水分が気化膨張し、パッケージの樹脂部分を膨張させ、樹脂に内部応力が生じパッケージが破壊すると考えられている。
【０００６】
このような表面実装時に発生する問題を樹脂の側から解決する場合、次のような解決策が考えられる。
（ａ）水蒸気圧の発生を抑制するために、樹脂の吸湿性を低減させる。
（ｂ）生じる水蒸気圧に耐えられるだけの強度を樹脂に持たせる。
【０００７】
上記したような特性を有する樹脂組成物として、例えば柔軟疎水骨格の構造を有するエポキシ樹脂やフェノール樹脂硬化剤に充填剤を多量に配合させた樹脂組成物が提案されている。しかし、このような樹脂組成物は、従来の樹脂組成物に比べて高価であり、成形作業性にも劣るという課題がある。
【０００８】
また、近年、環境についての関心の高まりから、鉛を含まないはんだを使用することが求められている。しかし、鉛を含まず、かつ表面実装法に用いることのできるはんだの多くは、従来のはんだに比較して融点が高いため、表面実装時の加熱温度も高くしなければならない。このため、上記したような樹脂組成物内に発生する水蒸気圧も一層増大する傾向にあり、樹脂組成物には従来よりも優れた耐リフロークラック性が要求されている。さらに、パッケージの薄型化、多ピン化に伴い、コプラナリティも問題となっており、封止用樹脂組成物の反りの改善も求められている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記したような課題を解決するためになされたもので、高温のリフローに耐え得る封止用樹脂組成物を提供すること、およびこの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ことを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行った結果、封止用樹脂組成物にトリフェニル骨格を有するシラン化合物を配合することにより、成形性、耐リフロークラック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するに到ったものである。
【００１１】
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、（Ｃ）トリフェニル骨格を有するシラン化合物および（Ｄ）無機充填剤を必須成分として含有する封止用樹脂組成物であって、前記封止用樹脂組成物全体に対する前記（Ｃ）トリフェニル骨格を有するシラン化合物の含有量が０．０５〜５．０重量％、かつ前記（Ｄ）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ものである。前記（Ｃ）トリフェニル骨格を有するシラン化合物の含有量は、前記封止用樹脂組成物全体に対して、０．１〜１．５重量％であればより好ましい。
【００１２】
本発明の電子部品封止装置は、前記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ものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１４】
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、（Ｃ）トリフェニル骨格を有するシラン化合物および（Ｄ）無機充填剤を必須成分として含有するものである。
【００１５】
本発明に用いられる（Ａ）エポキシ樹脂は、１分子中に２個以上のエポキシ基を有するものである限り、分子構造、分子量等、特に限定されるものではなく、一般に電子部品の封止用として用いられるものを広く使用することができる。具体的には、フェノールノボラック型、クレゾールノボラック型、ビフェニル型、ビスフェノールＡ型あるいはビスフェノールＦ型等の芳香族系エポキシ樹脂、またはシクロヘキサン誘導体等の脂肪族系エポキシ樹脂等が挙げられ、これらは単独あるいは２種以上を混合して用いることができる。
【００１６】
本発明に用いられる（Ｂ）フェノール樹脂は硬化剤として配合されるものであり、（Ａ）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ものではなく、単独あるいは２種以上混合して用いることができる。（Ｂ）フェノール樹脂は水酸基当量が１３０以上のものを用いることが好ましい。これは十分な難燃性・低吸湿性が得られるためである。また信頼性を確保するため、封止用樹脂組成物中に含まれるフリーのフェノール類の濃度を１重量％以下とすることが好ましい。
【００１７】
これらフェノール樹脂の具体例としては、ビフェノールノボラック型フェノール樹脂（明和化成（株）ＭＥＨ−７８５１シリーズ）、フェノールアラルキル樹脂（三井化学（株）ＸＬ、ＸＬＣシリーズ）、多官芳香族フェノール樹脂（鹿島工業（株）ＦＰＩシリーズ）、テルペンフェノール樹脂等が挙げられる。
【００１８】
これらのエポキシ樹脂とフェノール樹脂との配合は、硬化剤であるフェノール樹脂のフェノール性水酸基数とエポキシ樹脂のエポキシ基数の比（フェノール性水酸基数／エポキシ基数）が０．５〜１．５の範囲となるように配合することが望ましい。上記値が０．５未満では硬化反応が充分に起こりにくくなり、一方、上記値が１．５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ためである。
【００１９】
本発明に用いられる（Ｃ）トリフェニル骨格を有するシラン化合物は、成形性、耐リフロークラック性を向上させるために配合されるものであり、以下の化学式［１］で示されるものである。
【００２０】
Ｓｉ（Ｃ_６Ｈ_５）_３−Ｘ　　……［１］
【００２１】
上記化学式において、Ｘは、水素原子、低級アルコキシル基、アミノ基、ヒドロキシル基等である。低級アルコキシル基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基等である。
【００２２】
このような（Ｃ）トリフェニル骨格を有するシラン化合物の具体例としては、例えばトリフェニルシラン、トリフェニルエトキシシラン、トリフェニルアミノシランおよびトリフェニルシラノール等が挙げられ、これらは単独あるいは２種以上を混合して使用することができる。また、これらのトリフェニル骨格を有するシラン化合物は、単に添加しただけでもよいし、あるいは予め他の樹脂成分と予備反応させてもよく、その製造上の取扱いについては特に制限されるものではない。
【００２３】
（Ｃ）トリフェニル骨格を有するシラン化合物は、封止用樹脂組成物全体に対して、その含有量が０．０５〜５．０重量％の範囲となるように含有させる。含有量が０．０５重量％未満である場合、充分な成形性、耐リフロークラック性を得ることができず、また５．０重量％を超える場合にも、充分な成形性、耐リフロークラック性を得ることができない。（Ｃ）トリフェニル骨格を有するシラン化合物のより好ましい含有量は、封止用樹脂組成物全体に対して０．１〜１．５重量％である。
【００２４】
本発明に用いられる（Ｄ）無機充填剤としては、例えば溶融シリカ、結晶性シリカ、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、炭化ケイ素、窒化ホウ素、窒化ケイ素および窒化アルミニウム等の粉末、これらを球形化したビーズ、単結晶繊維等が挙げられる。これらの中でも、コストや特性の点から溶融シリカを用いるのが最適である。
【００２５】
封止用樹脂組成物全体に対する無機充填剤の配合割合は、シリカとして７０〜９５重量％である。７０重量％未満では成形性、耐リフロークラック性等に劣り、また９５重量％を超える場合には、流動性が低下するため成形性が悪くなる。
【００２６】
本発明の封止用樹脂組成物には前述した（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）トリフェニル骨格を有するシラン化合物および（Ｄ）無機充填剤の他に、必要に応じて、また本発明の目的に反しない限度において、硬化促進剤、無機充填剤の表面処理剤、離型剤、着色剤、低応力化剤等を適宣添加しても良い。
【００２７】
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等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。
【００２８】
また、無機充填剤の表面処理剤としては、シランカップリング剤等、離型剤としては、天然ワックス類、合成ワックス類、直鎖脂肪酸やその金層塩、酸アミド類、エステル類およびパラフィン類等、着色剤としては、カーボンブラック、コバルトブルーおよび二酸化チタン等、低応力化剤としては、シリコーンゴム、シリコーンオイル、各種プラスチックス粉末、各種エンジニアリングプラスチックス粉末、ＡＢＳ樹脂およびＭＢＳ樹脂の粉末等が挙げられる。
【００２９】
本発明の封止用樹脂組成物を成形材料として調整する方法としては、例えば上記原料成分（Ａ）〜（Ｄ）を配合したものをヘンシェルミキサー等のミキサーによって充分混合し、さらに熱ロールによる溶融処理または二軸の押し出し機等による溶融混合処理を加えた後、冷却、適当な大きさに粉砕することにより、成形材料とする方法が挙げられる。
【００３０】
本発明の電子部品封止装置は、例えば上記したような成形材料を用いて半導体チップ等の電子部品を封止することによって製造されるものである。具体的には、封止の際に成形材料を加熱して硬化させることにより、最終的にこの硬化物によって電子部品を封止することができる。この際の加熱温度は、１５０℃以上とすることが好ましい。封止方法としては、最も一般的には低圧トランスファ成形が挙げられるが、射出成形、圧縮成形、注形等の封止方法も用いることができる。
【００３１】
封止の対象となる電子部品としては、例えば集積回路、大規模集積回路、トランジスタ、サイリスタおよびダイオード等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。このような本発明の電子部品封止装置は、成形性、耐リフロークラック性に優れた封止用樹脂組成物により封止されているため、優れた特性と信頼性とを維持することができる。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明する。
【００３３】
（実施例１）
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２００）９．４重量％、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当量１０５）４．７重量％、トリフェニル骨格を有するシラン化合物（チッソ製　トリフェニルアミノシラン）０．５重量％、臭素化エポキシ樹脂（日本化薬製　ＢＲＥＮ−Ｓ）２重量％、溶融シリカ（龍森製　ＲＤ−８）８０重量％、三酸化アンチモン２重量％およびエステル系ワックス（クラリアントジャパン製　リコワークス）１．０重量％を配合し、室温で混合し、さらに９０〜９５℃で混練、冷却した後、粉砕して封止用樹脂組成物（成形材料）を作製した。
【００３４】
（実施例２）
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２００）１３．０重量％、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当量１０５）６．５重量％、トリフェニル骨格を有するシラン化合物（チッソ製　トリフェニルアミノシラン）０．５重量％、臭素化エポキシ樹脂（日本化薬製　ＢＲＥＮ−Ｓ）２重量％、溶融シリカ（龍森製　ＲＤ−８）７５重量％、三酸化アンチモン２重量％およびエステル系ワックス（クラリアントジャパン製　リコワークス）１．０重量％を配合し、実施例１と同様にして封止用樹脂組成物を作製した。
【００３５】
（実施例３）
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２００）８．０重量％、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当量１０５）４．０重量％、トリフェニル骨格を有するシラン化合物（チッソ製　トリフェニルアミノシラン）３重量％、臭素化エポキシ樹脂（日本化薬製　ＢＲＥＮ−Ｓ）２重量％、溶融シリカ（龍森製　ＲＤ−８）８０重量％、三酸化アンチモン２重量％およびエステル系ワックス（クラリアントジャパン製　リコワークス）１．０重量％を配合し、実施例１と同様にして封止用樹脂組成物を作製した。
【００３６】
（実施例４）
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２００）８．０重量％、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当量１０５）４．０重量％、トリフェニル骨格を有するシラン化合物（チッソ製　トリフェニルシラノール）３重量％、臭素化エポキシ樹脂（日本化薬製　ＢＲＥＮ−Ｓ）２重量％、溶融シリカ（龍森製　ＲＤ−８）８０重量％、三酸化アンチモン２重量％およびエステル系ワックス（クラリアントジャパン製　リコワークス）１．０重量％を配合し、実施例１と同様にして封止用樹脂組成物を作製した。
【００３７】
（比較例１）
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２００）９．５重量％、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当量１０５）５．５重量％、臭素化エポキシ樹脂（日本化薬製　ＢＲＥＮ−Ｓ）２重量％、溶融シリカ（龍森製　ＲＤ−８）８０重量％、三酸化アンチモン２重量％およびエステル系ワックス（クラリアントジャパン製　リコワークス）１．０重量％を配合し、実施例１と同様にして封止用樹脂組成物を作製した。
【００３８】
（比較例２）
ビフェニル型エポキシ樹脂（エポキシ当量１８０）８．５重量％、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当量１０５）６．５重量％、臭素化エポキシ樹脂（日本化薬　ＢＲＥＮＳ）２％、溶融シリカ（龍森製　ＲＤ−８）８０重量％、三酸化アンチモン２重量％およびエステル系ワックス（クラリアントジャパン製リコワークス）１．０重量％を配合し、実施例１と同様にして封止用樹脂組成物を作製した。
【００３９】
こうして作製した封止用樹脂組成物について、次のような耐湿信頼性試験を行った。まず、上記封止用樹脂組成物を用いて試験用デバイスを封止した後、１８０℃、４時間のアフターキュアを行い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、ＭＡＸ温度２６０℃のＩＲリフロー炉に３回通し、この時点でのパッケージのクラック発生率を調べた。
【００４０】
さらにパッケージを１２７℃の飽和水蒸気雰囲気中に放置し、プレッシャクッカ試験を行い、不良（リーク不良、オープン不良）発生率を調べた。結果を表１に示す。なお、表１における不良発生率は、（不良発生数／試料数）で示した。
【００４１】
【表１】

【００４２】
表１からも明らかなように、本発明の封止用樹脂組成物は耐リフロークラック性に優れ、電子部品封止装置の信頼性を向上できることが認められた。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では封止用樹脂組成物にトリフェニル骨格を有するシラン化合物を配合させることにより、封止用樹脂組成物の成形性、耐リフロークラック性を向上させることができる。また、この封止用樹脂組成物を用いて電子部品を封止することにより、電子部品封止装置の信頼性を向上させることができる。

Claims (3)

1. （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）トリフェニル骨格を有するシラン化合物および（Ｄ）無機充填剤を必須成分として含有する封止用樹脂組成物であって、
   前記封止用樹脂組成物全体に対する前記（Ｃ）トリフェニル骨格を有するシラン化合物の含有量が０．０５〜５．０重量％、かつ前記（Ｄ）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封止用樹脂組成物。
2. 前記樹脂組成物全体に対する前記（Ｃ）ポリエチレングリコール系化合物の含有量が０．１〜１．５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。
3. 請求項１または２記載の前記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。