JP2691107B2 - エポキシ樹脂成形材料の製造方法 - Google Patents

エポキシ樹脂成形材料の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は成形性、硬化性に優れた
エポキシ樹脂成形材料の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体関連技術の進歩はめざまし
く、LSIの高集積化に伴ないチップサイズの大型化、
パッケージサイズの小型・薄型化及び配線の微細化が著
しいものになってきている。このため半導体チップを外
界からの種々のストレスから保護することを主目的とす
るエポキシ樹脂封止材料においても、低応力性の観点か
ら熱膨張係数を小さくするために無機充填材をますます
高充填化させる必要に迫られている。しかしながら、一
方無機質充填材の高充填化は、封止材料の高粘度化をも
たらし、半導体装置内のワイヤー変形やアイランド浮き
など成形性に対して不利となってしまう。このため、封
止材料の構成成分であるエポキシ樹脂やフェノール樹脂
硬化剤などの樹脂は、粘度の低いものが用いられる傾向
にある。このうよな低粘度樹脂を用いた封止材料は、確
かに成形時の粘度が低くなり、先に述べた成形性不良を
防ぐことができるが、逆に低粘度性であるが故のバリの
発生、金型汚れの発生、あるいは成形時間の長時間化等
の問題点をもたらす結果ともなる。
【0003】これらの欠点を解消すべく、封止材料の製
造時に熱や剪断力を過剰に加えて混練することで、低分
子樹脂成分を一部反応せしめ、バリの低減、金型汚れの
低減、成形時間の短縮化を図る試みがなされているが、
この方法によれば原料樹脂成分にせっかく低粘度樹脂を
用いたにもかかわらず、得られた封止材料の粘度は増大
してしまうという欠点がある。さらに、硬化促進剤の増
量により反応性を向上させて、バリ、金型汚れ、成形時
間の問題を改良せんとする方法も考えられるが、この場
合は促進剤の増量に伴なう成形品半導体装置の耐湿性の
低下、あるいは封止材料の保存安定性の低下など重大な
支障を来たしてしまう。以上のように、無機質充填材を
高充填化させながら、成形時の溶融粘度を低減し、尚か
つバリや金型汚れの発生のない、しかも短時間硬化が可
能な半導体封止用エポキシ樹脂成形材料の開発が望まれ
ていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は無機質充填材
を高充填させながら、なおかつ低粘度で、成形性、硬化
性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂成形材料の製造方
法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、(A)エポキ
シ樹脂、(B)フェノール樹脂硬化剤、(C)硬化促進
剤および(D)無機質充填材を必須とするエポキシ樹脂
成形材料に於て、(A)〜(C)成分を予め有機溶剤に
て溶解して均一な溶液とし、しかる後に温度100℃以
下で、減圧下にて有機溶剤を留去させ均一な樹脂組成物
とし、これに(D)成分の無機質充填材を混合してなる
ことを特徴とするエポキシ樹脂成形材料の製造方法であ
る。
【0006】以下に本発明を詳細に説明する。本発明に
用いられる(A)成分のエポキシ樹脂とは、1分子内に
エポキシ基を複数個有する硬化可能なエポキシ樹脂であ
り、例えばビスフェノールA型エポキシ樹脂、3,
3′,5,5′−テトラメチルビフェノール型エポキシ
樹脂、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、ハロゲン化エポキ
シ樹脂などが挙げられるが、これに限定するものではな
い。(B)成分のフェノール樹脂硬化剤は(A)成分の
エポキシ樹脂と硬化反応を行うことができるフェノール
性水酸基を1分子中に複数個有するフェノール樹脂のこ
とであり、フェノールノボラック樹脂、パラキシレン変
性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノー
ル樹脂、テルペン変性フェノール樹脂などが例示され
る。
【0007】(C)成分の硬化促進剤としては例えばイ
ミダゾール類、第三級アミン類、ホスフィン化合物類等
のエポキシ樹脂とフェノール樹脂硬化剤との架橋反応の
際に触媒となり得るものを挙げることができる。
【0008】本発明の最も重要な点は、(A)成分のエ
ポキシ樹脂、(B)成分のフェノール樹脂硬化剤、
(C)成分の硬化促進剤を予め均一な組成物とすること
であり、またその方法としては有機溶剤に(A)〜
(C)成分を均一に溶解、混合し、100℃以下の温度
にて短時間のうちに減圧下有機溶剤を留去させるもので
ある。均一な組成物を得るために有機溶剤を使用せず、
単に加熱・溶融によって混合させようとした場合、必然
的に樹脂の軟化温度以上に加熱する工程が必要であり、
しかもエポキシ樹脂、フェノール硬化剤、硬化促進剤を
均一に混合するために長時間の加熱時間が必要であるた
めに、反応の進行に伴なう粘度上昇やゲル化物の発生が
必然的に起こる。また、有機溶剤を使用して(A)〜
(C)成分の均一な溶液を得た後に溶剤成分を留去する
手段としては単に有機溶剤の沸点以上に加熱して有機溶
剤を蒸発させる方法も考えられるが、この方法もまた長
時間の加熱工程を必要とし、反応の進行及び高粘度化を
防ぐことができない。従って有機溶剤を留去する手段と
しては、加熱温度を100℃以下とし減圧雰囲気下にて
短時間のうちに行なうことが重要である。こためには、
樹脂組成物の溶液を薄膜状態にすることで表面積を大き
くして有機溶剤の蒸発を速めると共に、組成物が加熱雰
囲気に長時間滞留することを防がなければならない。そ
の工程の一例として、内部を減圧状態とした、加熱され
た反応釜の壁面に樹脂組成物溶液を夜滴として噴霧し、
加熱された壁面を流れ落ちる間に有機溶剤成分を気化、
留去し、反応釜下部の排出口から樹脂組成物を排出させ
る方法が挙げられる。
【0009】尚、言うまでもなく、均一な樹脂組成物と
は(A)成分のエポキシ樹脂、(B)成分のフェノール
樹脂硬化剤および(C)成分の硬化促進剤の三者の混合
物を示すのであり、(A)成分のエポキシ樹脂と(B)
成分のフェノール樹脂硬化剤だけの混合物を用いた成形
材料では硬化性の向上効果は著しいものでなく、また一
方(A)成分のエポキシ樹脂、或いは(B)成分のフェ
ノール樹脂硬化剤のどちらか一方の成分と(C)成分の
硬化促進剤との混合物を用いた成形材料では、硬化性の
向上効果のみではなく、均一性によるバリの減少や金型
汚れの減少の効果も得ることはでない。
【0010】(A)〜(C)成分を均一に溶解・混合す
る有機溶剤としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂硬
化剤、硬化促進剤を溶解可能ならば使用でき、例えばア
セトン、メチルエチルケトン、メタノール、エタノー
ル、セロソルブアセテート、トルエン、キシレン、テト
ラヒドロフランなどが挙げられる。これらは単独もしく
は併用して用いることが可能であり、さらにまた有機溶
剤の減圧下での蒸発、留去の際の蒸発速度の調整のため
に水などの非溶解性成分を添加しても差支えない。
【0011】(D)成分の無機質充填材としては通常使
用される例えば結晶シリカ、溶融シリカ、アルミナ、窒
化ケイ素、酸化チタン、炭酸カルシウム等をあげること
ができる。その他の成分としてシリコーンオイル、合成
ゴム、シランカップリング剤、離型剤としての例えばカ
ルナバワックス、ステアリン酸、ステアリン酸の金属塩
など、染顔料としてカーボンブラック、アゾ系金属化合
物の黒色有機染料、難燃剤として三酸化アンチモン、水
酸化アルミニウムなどが必要に応じて用いられる。
【0012】以上の成分を配合して成形材料化するに際
しては加熱、溶融、混練は熱ロールや加熱ニーダなどに
より行なうことができ、冷却、粉砕も成形材料の製造に
用いられる通常の装置を使用することができる。本発明
のエポキシ樹脂成形材料の製造方法によれば、低粘度の
エポキシ樹脂あるいはフェノール樹脂硬化剤を使用して
も、その両成分及び硬化促進剤成分が予め均一な組成物
として配合されていることから、成形時の溶融・流動状
態に於て低粘度性を維持しながら、硬化が速やかに進行
し、かつ不均一な低粘度樹脂成分の存在がないため成形
時未反応成分のプリードによるバリの発生や金型汚れの
発生を防止できるものと考えられる。
【0013】
【実施例】以下本発明を実施例で具体的に説明する。 実施例1 オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂(軟化温度55℃、) 13,000重量部 フェノールノボラック(軟化点85℃) 7,000重量部 トリフェニルホスフィン 300重量部 アセトン 30,000重量部 メタノール 10,000重量部 水 3,000重量部 を撹拌して均一な溶液とした。90℃に加熱され、内部
を10mmHgに減圧した20lの反応釜の内部で、この溶
液を1l/分の速度で反応釜上部の壁面に噴霧した。噴
霧された樹脂組成物が壁面を伝って反応釜下部の排出口
上に流れ落ちるのに要した時間は3分間であった。5分
間隔で1分間減圧を常圧に戻し、排出口上に溜まった樹
脂組成物を排出した。得られた樹脂組成物Aを150
℃、1時間加熱した後の重量減少率は0.1%であっ
た。次に表1に示す割合で配合し、80℃の加熱ロール
で5分混合した後、冷却して粉砕し、エポキシ樹脂成形
材料を得た。得られた形成材料の特性を表1に示す。
【0014】実施例2 3,3′,5,5′−テトラメチルビフェノール型エポキシ樹脂(融点103℃ ) 19,500重量部 フェノールノボラック(軟化点90℃) 10,500重量部 トリフェニルホスフィン 450重量部 トルエン 40,000重量部 メタノール 10,000重量部 水 2,000重量部 以上の組成物を実施例1と全く同様な方法により均一混
合及び溶剤成分の留去を行ない、樹脂組成物Dを得た。
得られた樹脂組成物Dを150℃、1時間加熱した後の
重量減少率は0.1%であった。表1に示す配合で実施
例1と同様な方法によりエポキシ樹脂成形材料を得た。
この材料の特性を表1に示す。
【0015】比較例1 実施例1樹脂組成物に於いて、トリフェニルホスフィン
300重量部を用いない以外は実施例1と全く同様な方
法により樹脂組成物Bを得た。表1に示す配合で実施例
1と同様な方法によりエポキシ樹脂成形材料を得た。こ
の材料の特性を表1に示す。 比較例2 フェノールノボラック700重量部を110℃に加熱下
撹拌し、トリフェニルホスフィン30重量部を添加し
た。そのまま10分間撹拌を続け、均一な樹脂組成物C
を得た。表1に示す配合で実施例1と同様な方法により
エポキシ樹脂成形材料を得た。この材料の特性を表1に
示す。 比較例3 表1に示す配合で実施例1と同様な方法により加熱ロー
ルで混合後冷却・粉砕してエポキシ樹脂成形材料を得
た。この材料の特性を表1に示す。 比較例4、5 表1に示す配合に従い、実施例1と同様な方法により加
熱ロールで混合後冷却・粉砕してエポキシ樹脂成形材料
を得た。特性を表1に示す。 比較例6 実施例1で用いたオルソクレゾールノボラック型エポキ
シ樹脂130重量部およびフェノールノボラック70重
量部とを100℃に加熱下撹拌し、均一な混合物とし
た。この混合物にトリフェニルホスフィン3重量部を添
加したところ、30秒後に混合物の粘度が増大し始め、
撹拌羽根の周囲にゲル状物の付着が認められた。
【0017】*1 スパイラルフロー:EMMI規格に
準じ、成形温度175℃、成形圧力70kg/cm2で測定。 *2 ゲルタイム:175℃熱盤上で測定。 *3 バコール硬度:16P DIP成形品を175℃で
2分間成形し、型開き10秒後の成形品の表 面硬度を
バコール硬度計#935により測定。 *4 バリ:16P DIP成形品のエアベント部のバリ
の長さを測定。 *5 金型曇り:16P DIPを175℃にて10ショ
ット連続成形した後の金型表面の汚れを目視により観
察。
【0018】
【表1】
【0019】
【発明の効果】本発明に従うとエポキシ樹脂成形材料中
の樹脂成分と硬化促進剤成分とを予め均一化できるため
に、成形時の硬化速度の向上した低分子樹脂成分のブリ
ードによるバリの発生や金型曇りの発生の少ない成形性
に優れたエポキシ樹脂成形材料得ることができる。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)エポキシ樹脂、(B)フェノール
    樹脂硬化剤、(C)硬化促進剤および(D)無機質充填
    材を必須とするエポキシ樹脂成形材料に於て、(A)〜
    (C)成分を予め有機溶剤にて溶解して均一な溶液と
    し、しかる後に温度100℃以下で、減圧下にて有機溶
    剤を留去させ均一な樹脂組成物とし、これに(D)成分
    の無機質充填材を混合してなることを特徴とするエポキ
    シ樹脂成形材料の製造方法。
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