JP2591124B2 - 封止用エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

封止用エポキシ樹脂組成物

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JP2591124B2
JP2591124B2 JP30710388A JP30710388A JP2591124B2 JP 2591124 B2 JP2591124 B2 JP 2591124B2 JP 30710388 A JP30710388 A JP 30710388A JP 30710388 A JP30710388 A JP 30710388A JP 2591124 B2 JP2591124 B2 JP 2591124B2
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、信頼性を改良した半導体封止用エポキシ樹
脂組成物に関するものである。
<従来の技術> たとえば、半導体装置などの電子回路部品の封止方法
としては、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、シリコーン樹脂およびエ
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、生産性および物性のバランスのある点からエポキ
シ樹脂による樹脂封止が中心になっている。
しかるに、エポキシ樹脂は耐熱性、耐湿性、電気特性
および接着性などが優れており、さらには配合処方によ
り種々の特性を付与できるという特徴を有しているもの
の、剛直な網目構造を有するために熱応力が発生しやす
く、たとえば、半導体装置の封止に用いた場合、急激な
温度変化によりパシベーション膜や素子の表面にクラッ
クを生じたり、アルミ配線がスライドして電流がリーク
したり、さらには封止樹脂自体にクラックを生じたりす
るという好ましくない傾向があった。
このために、エポキシ樹脂に対する低応力剤としてゴ
ム類を配合する方法(特開昭58−219218号、特開昭59−
96122号広報)およびシリコーンオイル類を配合する方
法(特公昭61−48544号公報)などが提案されており、
なかでもシリコーンオイル類、すなわちオルガノポリシ
ロキサン誘導体を用いたエポキシ樹脂組成物は、高温安
定性および電気特性が改良されて、半導体封止用樹脂と
しての優れた性能を具備している。
<発明が解決しようとする課題> しかしながら、オルガノポリシロキサン誘導体は、エ
ポキシ樹脂との相溶性がよくないため、このものをその
まま添加した場合には、エポキシ樹脂中での分散が悪
く、成形時のバリを大幅に増加させると共に、オルガノ
ポリシロキサン誘導体自身が表面ににじみでてきて、捺
印性(インクマーク性)を阻害するなどの点で、信頼性
に劣るという問題があった。
そこで本発明の課題は、上述した従来の半導体封止用
エポキシ樹脂組成物が有する問題点を解消することにあ
る。
したがって本発明の目的は、クラックやバリの発生が
なく、しかも捺印性が優れ、信頼性が向上した半導体封
止用エポキシ樹脂組成物を提供することにある。
<課題を解決するための手段> 本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討し
た結果、低応力化剤として特定の変性オルガノポリシロ
キサンを使用することにより、上記目的に合致したエポ
キシ樹脂組成物が得られることを見出し、本発明に到達
した。
すなわち本発明は、A.エポキシ樹脂、B.硬化剤、C.
(C1)両末端にエポキシ基を含有するオルガノポリシロ
キサンとアミノシランとの反応物および(C2)側鎖にポ
リアルキレンオキサイド基を含有するオルガノポリシロ
キサンとアミノシランとの反応物から選ばれた変性オル
ガノポリシロキサンの少なくとも一種およびD.シリカか
らなることを特徴とするエポキシ樹脂組成物を提供する
ものである。
本発明で使用するA.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、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および複素環式エポキシ
樹脂などが挙げられるなかでもノボラック型エポキシ樹
脂が耐湿性の面から最も好適に使用できる。
なお、上記エポキシ樹脂Aは、それぞれ単独で、ある
いは二種以上を併用して使用することができるが、さら
に室温では固体であるが、高温では粘度の低い液体とな
る、下記一般式(I)で表わされる骨格を有するエポキ
シ樹脂A-を混合使用することにより、取扱作業性の向上
やシリカの添加量増加などを図ることができる。
(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。) これらエポキシ樹脂A-の具体例としては、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および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れ、これらの配合量は上記エポキ
シ樹脂Aに対して通常5重量%以上が好適である。
本発明で用いるB.硬化剤は、エポキシ樹脂Aと反応し
て硬化されるものであれば特に限定されるものではな
く、たとえば、フェノールノボラック樹脂、クレゾール
ノボラック樹脂、下記式一般式(II)で表わされるノボ
ラック樹脂、 (ただし、nは0以上の整数を示す。) ビスフェノールAやレゾルシンから合成される各種ノボ
ラック樹脂、各種多価フェノール化合物、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
などが挙げられる。なかでも、ノボラック型フェノール
樹脂が好適であり、ここでいうノボラック型フェノール
樹脂としては、フェノールおよびアルキルフェノールな
どのフェノール類とホルムアルデヒドとを反応させて得
られるノボラック型フェノール樹脂を特に制限なく使用
することができるが、望ましくは、軟化点が70〜95℃、
水酸基当量が95〜150のものがさらに好適である。
本発明のエポキシ樹脂組成物において、硬化剤Bの配
合量については特に制限はないが、通常は1〜20重量
%、好ましくは2〜15重量%である。
エポキシ樹脂Aと硬化剤Bの配合比は、機械的性質や
耐熱性など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0.5〜1.5、特に0.7〜1.3の範囲にあること
が好ましい。
次に、本発明で使用するC.変性オルガノポリシロキサ
ンは、両末端にエポキシ基基を含有するオルガノポリシ
ロキサンとアミノシランとの反応物(C1)および側鎖に
ポリアルキレンオキサイド基を含有するオルガノポリシ
ロキサンとアミノシランとの反応物から選ばれたもので
ある。
ここで、両末端にエポキシ基を含有するオルガノポリ
シロキサンとしては、たとえば下記一般式(III)で表
わされるものが挙げられる。
(式中、nは1以上の整数、Rは2価の有機基を示
す。) 上記式(III)におけるRは2価の有機基、たとえば
置換もしくは置換アルキレン基、非置換もしくは置換フ
ェニレン基および非置換もしくは置換アラルキレン基を
示し、その具体例としてはエチレン基、プロピレン基、
ブチレン基、テトラメチレン基、ヘキサメチレン基、ヘ
プタメチレン基、オクタメチレン基、ノナメチレン基、
デカメチレン基、フェニレン基、トリレン基およびキシ
リレン基などが挙げられるが、なかでもエチレン基が好
適である。また上記式(III)においてnは好ましくは
5〜200である。
また、側鎖にポリアルキレンオキサイド基を含有する
オルガノポリシロキサンとしては、たとえば下記一般式
(IV)で表わされるものが挙げられる。
(式中、x、y、z、i、jは0以上の整数、Rは2価
の有機基を示す。) 上記式(IV)におけるRとしては、上記式(III)の
Rで説明した2価の有機基と同様なものが挙げられる。
さらに、アミノシランとしては下記一般式(V)で表
わされるものが使用される。
NH2CH2CH2NHCH2CH2CH2Si(OCH3 ……(V) (式中Rはメチル基またはエチル基を示す。) 上記両末端にエポキシ基を含有するオルガノポリシロ
キサンまたは側鎖にポリアルキレングリコール基を含有
するオルガノポリシロキサンに対するアミノシランの反
応割合は、前者1当量に対し、後者が0.9〜0.2当量、特
に0.7〜0.5当量となる範囲が好適である。アミノシラン
の反応割合が上記の範囲よりも多いと、反応物がゲル化
すると共に、組成物の耐久寿命が低下し、また上記の範
囲よりも少ないと、組成物の成形時にバリを生じたり、
前者のオルガノポリシロキサン成分の滲み出しが生起す
るという好ましくない傾向が招かれることがある。
なお、上記オルガノポリシロキサン成分に対するアミ
ノシランの反応は、両者を窒素気流下で加熱撹拌するこ
とにより行われる。
なお、本発明における変性オルガノポリシロキサン成
分(C1)、(C2)は、上記オルガノポリシロキサン成分
とアミノシランが全て反応したものに限らず、未反応原
料を一部含有しているものも包含する。
これら変性オルガノポリシロキサンCの添加方法には
特に制限はないが、予めシリカDと混合しておくか、あ
るいはエポキシ樹脂Aと加熱混合する方法が望ましい。
次いで、本発明で用いるD.シリカについては、その種
類を特に限定しないが、好ましくは、平均粒径30μm以
下で、最大粒径100μm以下のものであれば粉砕品で
も、球状品でも、また両者の混合品でも使用することが
できる。
シリカDの混合割合は、エポキシ樹脂組成物に対して
65〜85重量%が好ましい。この範囲より多くなると流動
性が極端に低下し成形ができなくなり、またこの範囲よ
り少なくなると組成物の熱膨脹率が大きくなるなどの好
ましくない問題を生ずることがある。
本発明においては、上記4成分のほかに必要に応じて
硬化促進剤、離型剤、カップリング剤、難燃剤、着色剤
を用いることができる。硬化促進剤としては,エポキシ
樹脂をフェノールで硬化させる際の反応触媒となるもの
はすべて用いることができ、たとえば、2−メチルイミ
ダゾール、2−フェニルイミダゾールなどのイミダゾー
ル類、ベンジルジメチルアミン、1,8−ジアザビシクロ
(5,4,0)ウンデセン−7(DBUと略す)などのアミン
類、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスホニ
ウムテトラフェニルボレートなどの有機リン化合物など
が好ましく用いられる。
離型剤としては、天然ワックス類、合成ワックス類お
よび長鎖脂肪酸の金属塩類などを用いることができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、上記原料を用いて次
のようにして製造することもできる。すなわち、上記エ
ポキシ樹脂A、硬化剤B、変性オルガノポリシロキサン
C、シリカDおよびその他の添加剤とを適宜配合し、ミ
キサーなどで十分均一混合した後、熱ロールなどで溶融
混練し、室温に戻し粉砕し封止材料用組成物とすること
ができる。この組成物を用いて半導体素子を封止した場
合、得られる装置は、バリやクロックの発生が少なく、
極めて優れた低応力性および捺印性を発揮する。これは
変性オルガノポリシロキサンCのアミノシラン残基がシ
リカDと反応してC成分自体が微分散してその流出が防
止され、さらにはC成分がエポキシ樹脂の後硬化中にゲ
ル化して、その滲み出しが一層効果的に防止されること
によるものと考えられる。
<実施例> 以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
実験例1 (変性オルガノポリシロキサンCの合成) 撹拌機、温度計を備えたフラスコ中に、表1に示した
両末端にエポキシ基を含有するオルガノポリシロキサン
(C1)、(C1-)または側鎖にポリアルキレン基を含有
するオルガノポリシロキサン(C2)およびアミノシラン
(C3)を、夫々表2に示す割合で加え、窒素気流下、14
0℃で90分間撹拌して、5種の反応生成物a〜eを得
た。
なお、反応生成物aはゲル化していたため、使用に供
することができなかった。
実施例1〜6、比較例1〜3 実験例1によって得られた変性オルガノポリシロキサ
ンb〜eと他の原料を表3に示す割合で室温で混合した
のち、90〜95℃で混練し冷却して、粉砕し目的とする粉
末状のエポキシ樹脂組成物を得た。
この樹脂組成物を用い、低圧トランスファー成形法に
より175℃×4分の条件で成形して曲げ試験片(5″×1
/2′×1/4″)および模擬素子を封止した44pinQFPを得
たのち、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。
曲げ弾性率: 曲げ試験片を用いてASTM D−790規格にしたがい測定
した。
ガラス転移温度: 試料(1/2×1/4×1/4″)についてTMA(昇温速度:10℃
/分)で測定した。
バリ: バリ金型を用いて評価。
ヒートサイクル: 44pinQFP50個に150℃×30分〜−60℃×30分のサーマル
サイクルを500回与え、50個のうちクラックが発生する
個数を求めた。
捺印性: 得られたデバイスを後硬化したのちフロンで洗浄し乾燥
した。それに線幅のことなるスタンプを用い熱硬化性イ
ンクを捺印して、熱硬化した。このものをフロン洗浄
(3分)した後、豚毛のブラッシで10回擦った。この作
業を3回繰り返し、インクの付着状態を顕微鏡で観察し
た。
これらの結果を表4に示す。
表4の結果から明らかなように、本発明のエポキシ樹
脂組成物は、曲げ弾性率が低くて、良好な低応力性を有
しており、しかもクラックやバリの発生がなく、捺印性
も優れている。
<発明の効果> 本発明の封止用エポキシ樹脂組成物は、クラックやバ
リの発生がなく、しかも捺印性が優れており、信頼性が
向上した半導体装置を与えることができる。
───────────────────────────────────────────────────── 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 (C08L 63/00 83:04)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】A.エポキシ樹脂、B.硬化剤、C.(C1)両末
    端にエポキシ基を含有するオルガノポリシロキサンとア
    ミノシランとの反応物および(C2)側鎖にポリアルキレ
    ンオキサイド基を含有するオルガノポリシロキサンとア
    ミノシランと反応物から選ばれた変性オルガノポリシロ
    キサンの少なくとも一種およびD.シリカからなることを
    特徴とする封止用エポキシ樹脂組成物。
JP30710388A 1988-12-05 1988-12-05 封止用エポキシ樹脂組成物 Expired - Lifetime JP2591124B2 (ja)

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