JP2744500B2 - 樹脂組成物 - Google Patents

樹脂組成物

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高集積度IC封止用樹脂組成物に適する耐熱衝
撃性と半田耐熱性に優れ、しかも樹脂界面とシリコンチ
ップおよびリードフレームとの密着のよいエポキシ樹脂
組成物に関するものである。
〔従来技術〕
従来、ダイオード、トランジスタ、集積回路等の電子
部品を熱硬化性樹脂で封止しているが、特に集積回路で
は耐熱性、耐湿性に優れた0−クレゾールノボラックエ
ポキシ樹脂をノボラック型フェノール樹脂で硬化させた
エポキシ樹脂が用いられている。
ところが近年、集積回路の高集積化に伴いチップがだ
んだん大型化し、かつパッケージは従来のDIPタイプか
ら表面実装化された小型、薄型のフラットパッケージ、
SOP、SOJ、PLCCに変わってきている。
即ち大型チップを小型で薄いパッケージに封入するこ
とにより、応力によりクラック発生、これらのクラック
による耐湿性の低下等の問題が大きくクローズアップさ
れてきている。
特に耐熱衝撃性と半田耐熱性の2点をクリアーできる
封止樹脂が必要とされている。
耐熱衝撃性の向上に対しては、シリコーンオイル、シ
リコーンゴム等のシリコーン化合物や合成ゴム等の添加
が行われてきた。しかしこれらの添加は、成形時の型汚
れ、樹脂バリの発生等不都合な現象が生じるため、シリ
コーンとエポキシ樹脂又は硬化剤とを反応させたシリコ
ーン変性レジンが開発されてきた。(例えば特開昭58−
21417号公報)。現在の封止樹脂は、この活用によりか
なり耐熱衝撃性が向上している。しかしまだ十分ではな
く、しかも半田耐熱性が低下する傾向であり、問題とな
っている。
半田耐熱性の向上に対しては、ポリイミド樹脂やフィ
ラーの検討および3官能樹脂の活用(例えば特開昭61−
168620号公報)が有望とされているが、いずれも耐熱衝
撃性に劣り、しかも樹脂組成物粘度が増加することによ
るダイパッドシフト等の不良がおきやすく、これらの手
法の単独使用ではバランスのとれた樹脂組成物系を得る
ことは難しい。
〔発明が解決しようとする課題〕
耐熱衝撃性、半田耐熱性および成形性のいずれも優れ
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〕
本発明者らはこれらの問題を解決するために鋭意研究
を進め、つぎの組成を持つ樹脂組成物を見出した。耐熱
衝撃性向上に効果を有する下記式〔I〕で示される多官
能エポキシ樹脂と、 半田耐熱性および耐水性向上、脆性改良に効果を有する
下記式〔II〕で示されるナフタレン環エポキシ樹脂と 下記式〔III〕、〔IV〕で示されるシリコーン化合物と
フェノール樹脂との反応物である耐熱衝撃性を有するシ
リコーン変性フェノール樹脂硬化剤 を組合せ、硬化促進剤と無機充填剤とを必須成分にする
ことにより耐熱衝撃性、半田耐熱性、低粘度性、さらに
成形性にも優れた半導体封止用樹脂組成物が得られるこ
とを見い出して本願発明を完成するに至ったものであ
る。
〔作用〕
本発明において用いられる式〔I〕で示される構造の
多官能エポキシ樹脂の使用量は、これを調節することに
より、半田耐熱性を最大限に引き出すことができる。一
般に2官能以下のエポキシ樹脂では架橋密度が上らず耐
熱性が劣る。また分子中に撥水性を示すメチル基、t−
ブチル基を多分に含むため、耐湿性に優れる性質を有す
る。さらに式中のnは10以下が好ましい。10を越えると
粘性が上がり成形性を大きく損なう原因となる。式〔I
I〕で示される構造のナフタレン環エポキシ樹脂の使用
量は、これを調節することにより、半田耐熱性および耐
水性向上、さらには脆性改良を最大限に引き出すことが
できる。
一般に多官能のノボラックエポキシタイプは架橋密度
を高めるため耐熱性を向上させるが、一方では脆くなる
という欠点を有する。
二官能の特徴を活かし、疎水性の大きいナフタレン環
を骨格に導入することで耐熱性と耐水性を向上させ、硬
化物の脆性も改良することができた。
式〔I〕および〔II〕で示されるエポキシ樹脂と併用
するエポキシ樹脂とは、エポキシ基を有するもの全般を
いう。たとえばビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラ
ック型エポキシ樹脂、トリアジン核含有エポキシ樹脂等
のことをいう。
式〔I〕と式〔II〕のエポキシ樹脂の合計量は総エポ
キシ樹脂量に対し50〜100重量%である必要がある。
もし50重量%未満の場合、半田耐熱性あるいは流動性
のいづれか、又は両方の欠ける樹脂系となり性能が低下
する。
式〔I〕と式〔II〕のエポキシ樹脂の重量比は、
〔I〕/〔II〕=10/90〜90/10が望ましい。10/90以下
となると流動性や粘度が低下し、90/10以上となると半
田耐熱性が低下する傾向にあるためである。
本発明で(B)成分として用いるシリコーン変性フェ
ノール樹脂の原料としてのフェノール樹脂はフェノール
ノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂及びこれら
の変性樹脂等が挙げられ、これらは1種又は2種以上混
合して用いることも出来る。
これらのフェノール樹脂の中でも、水酸基当量が80〜
150、軟化点が60〜120℃でありNa+、Cl-等のイオン性不
純物を出来る限り除いたものが好ましい。
また、本発明のシリコーン変性フェノール樹脂の一方
の原料として用いられるオルガノポリシロキサンは、上
述のフェノール樹脂と反応し得る官能基を有するもの
で、官能基としては、たとえばカルボキシル基、シクロ
ヘキシル型エポキシ基、グリシジル型エポキシ基、ヒド
ロシル基等が挙げられる。
分子構造は下記式〔III〕、〔IV〕で示されるオルガ
ノポリシロキサンであり N(l+m+n+2)が10未満の時は、低弾性率性、
高強度性が低下し、しかもフェノールノボラック樹脂と
の反応性基(式〔II〕、〔III〕のA基)が1分子中に
1つも存在しないオルガノポリシロキサンが副生成物と
して存在する可能性が大きくなるためにシリコーン変性
フェノール樹脂硬化剤の合成が困難となり、メリットが
少ない。
また、Nが200より大きい場合、フェノールノボラッ
ク樹脂との混和性が低下し、十分に合成反応が進まない
ために、樹脂からシリコーンオイルがブリードし、成形
性を大きく損なう。
さらに、式〔III〕、〔IV〕のオルガノポリシロキサ
ンにおいて、m/Nは0〜0.1が望ましく、0.1を越えると
シロキサン鎖の熱運動が抑制され、シロキサン成分のTg
が高温側にシフトするためにより高温域からでないと低
応力効果が生じず、樹脂組成物の耐熱衝撃性が低下す
る。
また、0.1を越えるとオルガノポリシロキサン合成の
コストが高くなってしまう。
m/Nは0.1以下ならばどのような値であっても良いが、
0.05程度が望ましい。
シロキサンのTgの高温へのシフトもなく、しかも側鎖
官能基の存在のためフェノールノボラック樹脂との相溶
性が向上し、シリコーン変性フェノール樹脂の合成が容
易となるためである。
そして5≦N/n≦50であることが望ましい。N/nが50よ
り大きければオルガノポリシロキサンとフェノール樹脂
との反応性が悪いため、未反応のオルガノポリシロキサ
ンのブリードがあり、成形性が低下する。5より小さけ
れば、合成反応時にゲル化を起こし、満足出来るシリコ
ーン変性フェノール樹脂が得られない。
シリコーン変性フェノール樹脂中のシリコーン成分の
含有量は原料フェノール樹脂100重量部に対して10〜50
重量部となる範囲のものが好適に用いられる。
シリコーン成分が10重量部未満の場合は耐熱衝撃性が
不十分であり、50重量部を越えれば反応率が低下し、未
反応のオルガノポリシロキサンがブリードし成形性が低
下する。
尚、本発明においてシリコーン変性フェノール樹脂硬
化剤は単独もしくは従来からあるフェノール系樹脂硬化
剤と混合して用いても良いが、これらの混合系において
はランダム共重合シリコーン変性フェノール樹脂は硬化
剤系の内30重量%以上用いることが好ましく、30重量%
未満となると耐熱衝撃性が低下する。
総エポキシ成分と総フェノール成分は当量比でエポキ
シ基/フェノール性水酸基が70/100〜100/70の範囲が好
適である。当量比が70/100未満もしくは100/70より大き
いとTgの低下、熱時硬度の低下、耐湿性の低下等が生
じ、半導体封止用樹脂組成物として不適となってしま
う。
なお、通常のエポキシ樹脂−フェノール樹脂系組成物
に上記ナフタレン環エポキシ化合物を配合すればウスバ
リ特性が低下するが、本発明のようにシリコーン変性フ
ェノール樹脂系組成物にナフタレン環エポキシ化合物を
配合すれば、低分子のエポキシ化合物はシリコーン変性
による高重合度成分とも反応するため、ブリードしにく
くなり、ウスバリ特性は低下しない。
本発明で用いられる(C)成分としての無機充填材と
しては結晶性シリカ、溶融シリカ、アルミナ、炭酸カル
シウム、タルク、マイカ、ガラス繊維等が挙げられ、こ
れらは1種又は2種以上混合して使用される。これらの
中で特に結晶性シリカまたは溶融シリカが好適に用いら
れる。
また、本発明に使用される硬化促進剤はエポキシ基と
フェノール性水酸基との反応を促進するものであれば良
く、一般に封止用材料に使用されているものを広く使用
することができ、例えばBDMA等の第3級アミン類、イミ
ダゾール類、1、8−ジアザビシクロ〔5、4、0〕ウ
ンデセン−7、トリフェニルホスフィン等の有機リン化
合物等が単独もしくは2種以上混合して用いられる。
その他必要に応じてワックス類等の離型剤、ヘキサブ
ロムベンゼン、デカブロムビフェニルエーテル、三酸化
アンチモン等の難燃剤、カーボンブラック、ベンガラ等
の着色剤、シランカップリング剤その他熱可塑性樹脂等
を適宜添加配合することができる。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造する
には一般的な方法としては、所定の配合比の原料をミキ
サー等によって十分に混合した後、更にロールやニーダ
ー等により溶融混練処理し、次いで冷却固化させて適当
な大きさに粉砕することにより容易に製造することが出
来る。
〔実施例〕
フェノールノボラック樹脂(軟化点105℃、OH当量10
5)とオルガノポリシロキサンとを溶媒中で触媒存在下
で反応させ、第一表に示すシリコーン変性フェノール樹
脂(イ〜チ)を得た。
実施例1 多官能エポキシ樹脂A 40重量部 ナフタレン環エポキシ樹脂 50重量部 臭素化ビスフェノールA型エポキシ樹脂 (エポキシ当量370、軟化点65℃、臭素含有率37%) 10
重量部 シリコーン変性フェノールノボラック樹脂(イ)70重量
部 破砕状溶融シリカ 500重量部 三酸化アンチモン 10重量部 シランカップリング剤 2重量部 トリフェニルホスフィン 2重量部 カーボンブラック 3重量部 カルナバワックス 3重量部 を常温で十分に混合し、更に95〜100℃で2軸ロール
により混練し、冷却後粉砕して成形材料とし、これをタ
ブレット化して半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得
た。
この材料をトランスファー成形機(成形条件:金型温
度175℃、硬化時間2分)を用いて成形し、得られた成
形品を175℃、8時間で後硬化し評価した。結果を第2
表に示す。
実施例2 実施例1の多官能エポキシ樹脂Aを、多官能エポキシ
樹脂Bに変更し、さらにシリコーン変性フェノールノボ
ラック樹脂(イ)をシリコーン変性フェノールノボラッ
ク樹脂(ロ)に変更した以外は実施例1と同様にして半
導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。
この半導体封止用エポキシ樹脂組成物の評価結果を第
2表に示す。
実施例3 同様にして第2表に示す組成物の半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物を得た。
この半導体封止用エポキシ樹脂組成物の評価結果を第
2表に示す。
比較例1〜9 同様にして第2表に示す組成物の半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物を得た。
この半導体封止用エポキシ樹脂組成物の評価結果を第
2表に示す。
※1 下記式〔V〕で示されるオルガノポリシロキサン ※2 下記式〔VI〕で示されるオルガノポリシロキサン ※3 下記式〔VII〕で示されるオルガノポリシロキサ
※4 下記式〔VIII〕で示されるオルガノポリシロキサ
※5 下記式〔IX〕で示されるオルガノポリシロキサン ※6 下記式〔X〕で示されるオルガノポリシロキサン ※7 下記式〔XI〕で示されるオルガノポリシ ※8 下記式〔XII〕に示される多官能エポキシ樹脂A (n=1の化合物が7、n=2の化合物が3を割合で混
合されているもの) ※9 下記式〔XIII〕に示される多官能エポキシ樹脂B (n=2のときm=1の化合物が8 n=1のときm=0の化合物が2の割合で混合されて
いるもの) ※10 下記式〔XIV〕に示されるエポキシ樹脂 評価方法 *11 EMM−I−I−66に準じたスパイラルフロー測定
用金型を用い、試料を20g、成形温度175℃、成形圧力7.
0MPa、成形時間2分で成形した時の成形品の長さ。
*12 得られた16pDIP成形品のベントバリの長さ。
*13 成形1000ショット後の金型汚れの状態を目視で評
価。
*14 175℃時の高化式フロー粘度(ポイズ) *15 成形品(チップサイズ36mm2、パッケージ厚2.0m
m)20個の温度サイクルのテスト(+150〜−196℃)に
かけ、500サイクルのテストを行いクラックの発生した
個数を示す。
*16 成形品(チップサイズ36mm2、パッケージ厚2.0m
m)20個について85℃、85%RHの水蒸気下で72時間処理
後、215℃のVPS処理を90秒行い、クラックの発生した個
数を示す。
〔発明の効果〕
本発明のナフタレン環エポキシ樹脂、多官能エポキシ
樹脂、シリコーン変性フェノール樹脂硬化剤、無機充填
剤および硬化促進剤を必須成分とする半導体封止用樹脂
組成物は耐熱衝撃性と半田耐熱性に極めて優れ、このた
め金線変形性および充填性に優れ、さらに成形加工性
(樹脂バリ)にも優れ、極めてバランスのとれた樹脂組
成物であるため高集積度IC封止用樹脂組成物として非常
に信頼性の高いものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 23/31 (56)参考文献 特開 平3−195725(JP,A) 特開 平2−248422(JP,A) 特開 平2−175718(JP,A) 特開 平2−140227(JP,A) 特開 昭58−47014(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(A)下記式〔I〕で示される多官能エポ
    キシ樹脂と 下記式〔II〕で示されるナフタレン環エポキシの合計量
    総エポキシ量に対して50〜100重量%であるエポキシ樹
    脂組成物。 (B)下記式〔III〕および下記式〔IV〕の内の少なく
    とも1種以上のシリコーン化合物とフェノールノボラッ
    クとを反応させて得られるシリコーン変性フェノールノ
    ボラック樹脂硬化剤を総硬化剤量に対して30〜100重量
    %含有する硬化剤。 ここで10≦N=l+m+n+2≦200 0≦m/N≦0.1、5≦N/n≦50 ここで10≦N=l+m+n+2≦200 0≦m/N≦0.1、5≦N/n≦50 (C)硬化促進剤及び (D)無機充填材 を必須成分とする半導体封止用樹脂組成物。
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KR100364227B1 (ko) * 1997-11-27 2003-02-19 제일모직주식회사 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물
KR20000039847A (ko) * 1998-12-16 2000-07-05 유현식 반도체소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물

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