JP2595854B2 - エポキシ樹脂組成物及びその硬化物 - Google Patents

エポキシ樹脂組成物及びその硬化物

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JP2595854B2 JP3343893A JP34389391A JP2595854B2 JP 2595854 B2 JP2595854 B2 JP 2595854B2 JP 3343893 A JP3343893 A JP 3343893A JP 34389391 A JP34389391 A JP 34389391A JP 2595854 B2 JP2595854 B2 JP 2595854B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は成形時の流動性が良好で
ある上、吸湿後の半田耐熱性、耐クラック性に優れた半
導体封止用として好適なエポキシ樹脂組成物及びその硬
化物に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】エポキ
シ樹脂及びこれに無機質充填剤を配合したエポキシ樹脂
組成物は、一般に他の熱硬化性樹脂組成物に比べて、成
形性、接着性、電気特性、機械特性、耐湿性等に優れて
いるため、各種成形材料、電気絶縁材料などとして広く
利用され、特に最近では半導体の封止材として注目され
ている。
【0003】最近、このエポキシ樹脂組成物に低応力性
を付与することを目的としてシリコーン系改質剤、ポリ
ブタジエン系改質剤を添加したり、更には膨張係数を下
げるために無機質充填剤添加量を増量することが検討さ
れている。
【0004】しかしながら、このような方法では、組成
物の応力性は低くなるものの、無機質充填剤添加量を増
量すると成形時の流動性が悪くなり、低応力性と流動性
といった封止材にとって重要な性能を両立させることが
難しいという重大な欠点がある。
【0005】また、最近ではパッケージが益々小型化、
薄型化されると共に、基板への実装方法も表面実装方式
が主流となり、従来のエポキシ樹脂組成物では十分な信
頼性を維持できなくなっている。例えばパッケージが吸
湿した状態で半田付けすると、パッケージにクラックが
発生する問題や、クラックが発生しないまでも耐湿性が
低下してしまうといった不具合が生じている。これらの
不具合の原因はパッケージ材料が吸湿することである。
このため吸湿性の少ないエポキシ樹脂、硬化剤等を見い
出すべく検討されているが、実用に供するものはまだ殆
んど開発されていない現状にある。
【0006】このため、硬化物が低応力で、しかも半田
特性、特に吸湿後の耐湿性、耐クラック性に優れ、かつ
成形時の流動性が良好なエポキシ樹脂組成物の開発が望
まれていた。
【0007】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、硬化物が低応力で、しかも半田特性、特に吸湿後の
耐湿性、耐クラック性に優れ、かつ成形時の流動性が良
好なエポキシ樹脂組成物及びその硬化物を提供すること
を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明者らは上
記目的を達成するため、半導体封止用として好適なエポ
キシ樹脂組成物の無機質充填剤について鋭意検討した結
果、エポキシ樹脂と硬化剤と無機質充填剤とを含有して
なるエポキシ樹脂組成物において、無機質充填剤として
塊状石英を粉砕する際に微細球状シリカを加えて粉砕す
ることにより得られた粉体を使用すること、また好まし
くはこれに平均粒径5〜35μmの球状シリカを併用す
ることにより、得られた硬化物が低応力で、しかも半田
特性、特に吸湿後の耐湿性、耐クラック性に優れ、かつ
成形時の流動性が良好であることを見い出し、本発明を
完成したものである。
【0009】以下、本発明を詳細に説明すると、本発明
に使用されるエポキシ樹脂は1分子中に2個以上のエポ
キシ基を有するものであれば特に制限はなく、例えばオ
ルソ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、脂環式エポキシ樹脂、ビス
フェノール型エポキシ樹脂、置換又は非置換のナフタレ
ン型エポキシ樹脂、置換又は非置換のビフェニル型エポ
キシ樹脂、置換又は非置換のトリフェノールアルカン型
エポキシ樹脂、上記エポキシ樹脂のハロゲン化物などを
挙げることができ、これらの1種又は2種以上が適宜選
択して使用される。
【0010】また、硬化剤はエポキシ樹脂に応じたもの
が使用され、例えばアミン系硬化剤、酸無水物系硬化
剤、フェノール系硬化剤等を用いることができるが、中
でもフェノール系硬化剤が組成物の成形性、耐湿性とい
った面でより望ましい。なお、フェノール系硬化剤とし
て、具体的に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、ナフタレン型樹脂、トリフェノールア
ルカン型樹脂が例示される。
【0011】ここで、硬化剤の配合量は別に制限されな
いが、フェノールノボラック型硬化剤を使用する場合
は、エポキシ樹脂中のエポキシ基と硬化剤中のフェノー
ル性水酸基とのモル比を0.5〜1.5の範囲にするこ
とが好適である。
【0012】更に本発明の組成物には、エポキシ樹脂と
硬化剤との反応を促進させるために硬化促進剤を配合す
ることが好ましい。硬化促進剤としてはイミダゾール化
合物、1,8−ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセ
ン(DBU)等のシクロアミジン誘導体、トリフェニル
ホスフィン等のホスフィン誘導体、三級アミン類などの
1種又は2種以上が用いられる。なお、硬化促進剤の使
用量は特に制限されないが、通常エポキシ樹脂とフェノ
ール樹脂の合計量に対し0.01〜5重量部、望ましく
は0.2〜3重量部である。
【0013】本発明のエポキシ樹脂組成物には、上記成
分に加え、無機質充填剤として塊状石英を微細球状シリ
カと共に粉砕することにより得られた粉体を使用する。
【0014】ここで、粉砕すべき塊状石英の平均粒径
は、通常約0.1〜100mm、特に1〜50mmであ
ることが好ましく、またこれに添加される微細球状シリ
カの平均粒径は0.1〜4μm、特に0.5〜2μmで
あることが好ましい。この微細球状シリカの添加量は、
塊状石英100重量部に対し1〜50重量部、特に5〜
40重量部であり、全充填剤100重量部に対し2〜2
5重量部、特に4〜17重量部であることが流動性向上
の点から好ましい。
【0015】上記塊状石英と微細球状シリカとの混合物
の粉砕は、ボールミル等により通常30分〜5時間行う
ことができるが、粉砕後の粉体は平均粒径が5〜35μ
m、特に7〜30μmであることが好ましい。ここで、
このように塊状石英と微細球状シリカとの混合物を粉砕
せず、塊状石英のみを粉砕して得られた破砕シリカを微
細球状シリカとヘンシェルミキサー、V−ブレンダー等
の混合装置で混合する方法では、微細球状シリカの分散
が不十分であり、また微細球状シリカの二次凝集物が発
生し易いといった欠点がある。
【0016】これに対し、塊状石英と微細球状シリカと
の混合物を粉砕することにより、微細球状シリカの分散
が十分であり、二次凝集物がなく、エポキシ樹脂組成物
の流動性に優れたものになる。なお、粉砕時に水又はシ
ランカップリング剤をの0.05〜2重量%添加すると
微細シリカが破砕シリカの表面にくっつき、より分散性
が良くなる。
【0017】本発明においては、上記粉体に加え、平均
粒径が5〜35μmの球状シリカを併用することが好ま
しく、これにより更に流動性が向上する。
【0018】ここで、上記粉体及び平均粒径が5〜35
μmの球状シリカの配合量は、エポキシ樹脂と硬化剤と
の合計量100重量部に対し、上記粉体が250〜80
0重量部、特に300〜700重量部であり、球状シリ
カが0〜600重量部、特に50〜150重量部であ
り、かつ両者の合計量が250〜850重量部、特に3
00〜650重量部であることが好ましい。配合量が2
50重量部より少ないと内部応力を十分に低下させるこ
とができず、また850重量部より多いと樹脂の流動性
が著しく低下し、成形困難になる場合がある。
【0019】なお、上記充填剤はその使用に際し予めそ
の表面を有機珪素化合物、チタネート類、有機アルミニ
ウム類等の表面処理剤で表面処理して使用することが好
ましい。これらの中でもシランカップリング剤と呼ばれ
るものが特に望ましい。
【0020】本発明の組成物には更に上記した無機質充
填剤の他に、他の充填剤を添加しても良い。これら充填
剤としては、結晶シリカ、アルミナ、タルク、カオリ
ン、窒化珪素、窒化アルミニウム、ボロンナイトライ
ド、ガラス繊維等が代表的なものである。
【0021】更に、本発明では、エポキシ樹脂組成物に
応力を低下させる目的でシリコーン系ポリマーや熱可塑
性ポリマーを配合することが好ましく、これらのポリマ
ーの添加により、熱衝撃テストにおけるパッケージクラ
ックの発生を著しく低下させることができる。
【0022】シリコーン系ポリマーとしては、例えばエ
ポキシ基、アミノ基、カルボキシル基、水酸基、ヒドロ
シリル基、ビニル基等を有するシリコーンオイル、シリ
コーンレジン又はシリコーンゴム、更にはこれらシリコ
ーンポリマーとフェノールノボラック樹脂、エポキシ化
フェノールノボラック樹脂等の有機重合体との共重合体
を用いることができる。またシリコーンゴムやゲルの微
粉末も使用可能である。
【0023】熱可塑性樹脂としてはMBS樹脂、ブチラ
ール樹脂、芳香族ポリエステル樹脂などが代表的なもの
である。
【0024】なお、これら樹脂の配合量は、エポキシ樹
脂と硬化剤の合計量100重量部に対し1〜50重量部
とすることが好ましい。
【0025】また、本発明組成物には、カップリング
剤、着色剤、離型剤、ハロゲントラップ剤などを適宜配
合しても良い。
【0026】本発明の組成物は、上記成分を混練するこ
とにより得ることができるが、混練方法としては、通常
ニーダー、ロールミル、連続混練機を用いれば良い。
【0027】本発明のエポキシ樹脂組成物は、IC,L
SI,トランジスタ等の半導体装置の封止用に好適に使
用される。ここで、半導体装置の封止を行う場合は、従
来より採用されている成形法、例えばトランスファー成
形法、インジェクション成形法、注型法などが使用され
る。この場合成形温度は150〜180℃で行うことが
望ましい。
【0028】
【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。
【0029】〔実施例1〜4,比較例1〕エポキシ当量
200、軟化点65℃のエポキシ化クレゾールノボラッ
ク樹脂58部、エポキシ当量280の臭素化エポキシ化
フェノールノボラック樹脂6部、フェノール当量11
0,軟化点80℃のフェノールノボラック樹脂36部、
トリフェニルホスフィン0.7部、三酸化アンチモン1
0部、カルナバワックス1.5部、γ−グリシドキシプ
ロピルトリメトキシシラン1.6部、カーボンブラック
1部をベースとして使用し、このベースにシリカを所定
量配合し、80℃のミキシングロールで5分間溶融混合
した後、シート状に取り出して冷却し、粉砕してエポキ
シ樹脂組成物を作成した。
【0030】得られた組成物について、以下の諸試験を
行った。結果を表1に示す。 (1)スパイラルフロー EMMI規格に準じた金型を使用して175℃,70k
g/cm2の条件で測定した。 (2)膨張係数、ガラス転移温度 175℃,70kg/cm2、成形時間2分で成形後、
180℃/4Hrのポストキュアーの条件で作成した5
×5×15mmの試験片を用い、アグネ(真空理工社
製)を使用して測定した。 (3)曲げ強さ (3−1)室温測定 JIS−K6911に準じて175℃,70kg/cm
2、成形時間2分の条件で試験片を作成し、180℃/
4Hrポストキュアーしたものについて測定した。 (3−2)吸湿処理後 3−1で作成、ポストキュアーした試験片をPCT(プ
レッシャークッカ)中に100時間放置した後測定し
た。 (4)吸湿後の半田クラック 175℃,70kg/cm2、成形時間2分の条件で厚
さ2.7mmのQFPを成形し、180℃/4Hrポス
トキュアーした。このパッケージを35℃/85%RH
の雰囲気に24Hr放置して吸湿処理を行った後、これ
を260℃の半田浴に10秒浸漬した。この時に発生す
るパッケージのクラック発生不良率を調べた。
【0031】
【表1】
【0032】シリカNo.1:塊状石英(粒径約20〜
30mm)1000g、平均粒径1μmの微細球状シリ
カ200gをボールミルに仕込み、60分粉砕した。得
られたシリカの平均粒径は12μmであり、200メッ
シュのふるい上に残った二次凝集物は0.1%以下であ
った。この粉体300重量部と平均粒径30μmの球状
シリカ(三菱マテリアル製BF100)200重量部と
を配合した。
【0033】シリカNo.2:塊状石英(粒径約20〜
30mm)1000g、平均粒径1μmの微細球状シリ
カ200gをボールミルに仕込み、60分粉砕した。得
られたシリカの平均粒径は12μmであり、200メッ
シュのふるい上に残った二次凝集物は0.1%以下であ
った。この粉体300重量部と平均粒径30μmの球状
シリカ(三菱マテリアル製BF100)200重量部と
をカップリング剤(信越化学製KBM403)3重量部
で表面処理したものを配合した。
【0034】シリカNo.3:塊状石英(粒径約20〜
30mm)1000g、平均粒径1μmの微細球状シリ
カ400gをボールミルに仕込み、60分粉砕した。得
られたシリカの平均粒径は10μmであり、200メッ
シュのふるい上に残った二次凝集物は0.1%以下であ
った。この粉体150重量部と平均粒径15μmの球状
シリカ(三菱マテリアル製BF015)350重量部と
をカップリング剤(信越化学製KBM403)3重量部
で表面処理したものを配合した。
【0035】シリカNo.4:塊状石英(粒径約20〜
30mm)1000g、平均粒径1μmの微細球状シリ
カ400gをボールミルに仕込み、60分粉砕した。得
られたシリカの平均粒径は10μmであり、200メッ
シュのふるい上に残った二次凝集物は0.1%以下であ
った。この粉体200重量部と平均粒径15μmの球状
シリカ(三菱マテリアル製BF015)400重量部と
をカップリング剤(信越化学製KBM403)3重量部
で表面処理したものを配合した。
【0036】シリカNo.5:平均粒径15μmの破砕
シリカ1000g、平均粒径1μmの微細球状シリカ2
00gをヘンシェルミキサーに仕込み、10分間混合し
た。200メッシュのふるい上に残った二次凝集物は2
%であった。この粉体300重量部と平均粒径30μm
の球状シリカ(三菱マテリアル製BF100)200重
量部とを配合した。
【0037】〔実施例5〜7〕エポキシ当量200、軟
化点70℃のエポキシ化クレゾールノボラック樹脂58
部、エポキシ当量280の臭素化エポキシ化フェノール
ノボラック樹脂6部、フェノール当量110,軟化点8
0℃のフェノールノボラック樹脂36部、トリフェニル
ホスフィン0.7部、三酸化アンチモン10部、カルナ
バワックス1.5部、γ−グリシドキシプロピルトリメ
トキシシラン1.6部、カーボンブラック1部をベース
として使用し、このベースにシリカを所定量配合し、8
0℃のミキシングロールで5分間溶融混合した後、シー
ト状に取り出して冷却し、粉砕してエポキシ樹脂組成物
を作成した。
【0038】得られた組成物について、上記(1)〜
(4)に加え、下記(5)の諸試験を行った。結果を表
2に示す。 (5)バリ特性 180℃/70kg/cm2の条件でバリ金型を用い成
形し、厚み30μmのスリットに出たバリの長さを測定
した。
【0039】
【表2】
【0040】シリカNo.6:塊状石英(粒径約20〜
30mm)1000g、平均粒径0.5μmの微細球状
シリカ300gをボールミルに仕込み、60分粉砕し
た。得られたシリカの平均粒径は12μmであり、20
0メッシュのふるい上に残った二次凝集物は0.1%以
下であった。この粉体250重量部と平均粒径30μm
の球状シリカ(三菱マテリアル製BF100)250重
量部とを配合した。
【0041】シリカNo.7:塊状石英(粒径約20〜
30mm)1000g、平均粒径1μmの微細球状シリ
カ300gをボールミルに仕込み、60分粉砕した。得
られたシリカの平均粒径は12μmであり、200メッ
シュのふるい上に残った二次凝集物は0.1%以下であ
った。この粉体250重量部と平均粒径30μmの球状
シリカ(三菱マテリアル製BF100)250重量部と
を配合した。
【0042】シリカNo.8:塊状石英(粒径約20〜
30mm)1000g、平均粒径3μmの微細球状シリ
カ300gをボールミルに仕込み、60分粉砕した。得
られたシリカの平均粒径は13μmであり、200メッ
シュのふるい上に残った二次凝集物は0.1%以下であ
った。この粉体250重量部と平均粒径30μmの球状
シリカ(三菱マテリアル製BF100)250重量部と
を配合した。
【0043】
【発明の効果】本発明のエポキシ樹脂組成物は、成形後
の流動性に優れ、また低応力で、半田特性、特に吸湿後
の耐湿性、耐クラック性に優れた硬化物を与える。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エポキシ樹脂と硬化剤と無機質充填剤と
    を含有してなるエポキシ樹脂組成物において、無機質充
    填剤として塊状石英を微細球状シリカとともに粉砕する
    ことにより得られる粉体を用いたことを特徴とするエポ
    キシ樹脂組成物。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の組成物の硬化物。
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