JP2756342B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、樹脂封止型半導体装置を実装する時の半
田付け工程において封止樹脂にクラックが発生するのが
防止され、さらに、耐湿性および耐熱性に優れた半導体
封止用エポキシ樹脂組成物に関する。

〔従来の技術〕

従来より半導体等の電子部品を熱硬化性樹脂を用いて
封止する方法がよく行われてきた。熱硬化性樹脂として
は、エポキシ樹脂組成物が最も一般的に用いられてい
る。

このエポキシ樹脂組成物は、たとえば、クレゾールノ
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、脂肪族環状エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂；フ
ェノールノボラックなどの硬化剤；三級アミンやイミダ
ゾールなどの硬化促進剤；シリカやアルミナなどの無機
微粉末からなる無機質充填材；シランカップリング剤な
どのカップリング剤；カルナウバワックスやステアリン
酸などの離型剤；カーボンブラックなどの着色剤などか
ら構成されている。

最近では、電子部品の小型化、薄型化のため、半導体
の実装方式が従来のピン挿入方式（DIP:デュアル・イン
ライン・パッケージ等）から表面実装方式（SOP:スモー
ル・アウトライン・パッケージ、QFP:クォッド・フラッ
ト・パッケージ等）へと移行しつつある。これらの表面
実装方式の場合、半導体パッケージは、実装の際に半田
浴に浸漬されるなど高温（たとえば210〜270℃）で処理
され、その際パッケージ全体に高温の熱が加わる。この
工程で従来の封止用樹脂で封止したパッケージは、樹脂
成分にクラックが発生したり、大幅に耐湿性が低下した
りするなどの問題を生じ、製品として使用できない。

半田付け工程におけるクラックの発生は、後硬化して
から実装工程の間までに吸湿された水分が半田付け加熱
時に爆発的に水蒸気化し、膨張することに起因するとい
われている。その対策として、後硬化したパッケージを
完全に乾燥し、密封した容器に収納して出荷する方法が
用いられている。

また、封止用樹脂の改良も種々検討されている。たと
えば、特開昭64-87616号公報、特開平1-108256号公報な
どには、エポキシ樹脂としてビフェニル型エポキシ樹脂
を用い、硬化剤として一般の硬化剤を用いた封止樹脂が
提案されている。また、特開昭62-184020号公報、特開
昭62-104830号公報などには、硬化剤としてジシクロペ
ンタジエン・フェノール重合体を用い、一般のエポキシ
樹脂を用いた封止樹脂が提案されている。しかし、これ
らの公報で提案されている封止樹脂では未だ充分な効果
が得られておらず、改良の余地があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述の、乾燥パッケージを容器に封入する方法は、製
造工程および製品の取扱作業が煩雑になるという欠点が
ある。従って、表面実装化技術の進展に対応した封止用
樹脂の開発が望まれているのが現状である。

この発明は、上述の半田付け工程など高温にさらされ
たときにクラックが発生しにくく、さらに耐湿信頼性に
優れ、表面実装ができる樹脂封止半導体装置を可能にす
るような半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供するこ
とを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、この発明にかかる半導体
封止用エポキシ樹脂組成物は、下記一般式で表される
ビフェニル型エポキシ樹脂（以下、「エポキシ樹脂
（Ａ）」と言う）および下記一般式で表されるジシク
ロペンタジエン・フェノール重合体（以下、「硬化剤
（Ｂ）」と言う）を必須成分とする半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物であって、硬化促進剤として、下記の構造
式で表される1,6−ジアザ−ビシクロ−ノネン−５
（以下、「DBN」と言う）を必須成分とすることを特徴
とする。

この発明にかかる半導体封止用エポキシ樹脂組成物
は、上記エポキシ樹脂（Ａ）および硬化剤（Ｂ）を必須
成分として含有するので、吸湿率を低減することがで
き、実装時の温度で高強度を維持することができ、さら
に、半導体装置（たとえば、半導体チップなど）および
リードフレームとの密着強度を向上できる。このため、
実装時の半田付け工程などにおける耐クラック性を大幅
に向上させることが可能になった。

この発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の必須成
分の１つである上記エポキシ樹脂（Ａ）は、剛直なビフ
ェニル骨格を持つため、低弾性率であって、熱時強度に
優れている。さらに、フェニル骨格に疎水性のメチル基
を有するために、吸湿性が小さくなるという特徴を持
つ。上記一般式（構造式）中の繰り返し単位数ｍが０
〜1.0の範囲でで有効な耐熱性を示す。望ましくはｍは
０が良い。ｍが大きくなると、耐熱性の指標であるTg
（ガラス転移温度）が低下し、高温時強度も低下する。

もう一方の必須成分である上記硬化剤（Ｂ）は、上記
一般式で表される、ジシクロペンタジエンとフェノー
ルの重合体である。このような硬化剤を必須成分とする
ことにより、硬化物の吸湿性が極めて小さくなり、その
上一般のフェノールノボラック硬化剤と同等の耐熱性を
持つ。一般式中の繰り返し単位数ｌは、０以上の整数
であればよく、有効な耐熱性および／または吸湿性を示
すと言う点からは、０〜15の範囲が好ましく、０〜5.0
がさらに好ましい。また、一般式中のＲは、Ｈまたは
１価の炭化水素基（C_nH_2n+1）であり、同炭化水素基の
炭素数は特に限定されない。

さらに、この発明では、硬化促進剤として、DBNを必
須成分として用いる。DBNはサンアプロ社などからの市
販品を利用できる。硬化促進剤としては、DBNのみを用
いるようにしてもよいが、他の硬化促進剤をDBNと併用
することがある。すなわち、DBNと他の硬化促進剤の合
計100重量部に対して、DBNが30〜100重量部となるよう
にして用いるのが好ましい。この範囲を下回ると、耐湿
信頼性が悪化したり、吸湿後の耐半田クラック性が悪化
したりするおそれがある。DBNと併用されうる硬化促進
剤としては、特に限定されないが、たとえば、1,8−ジ
アザ−ビシクロ（5,4,0）ウンデセン−７、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）フェノール等の三級アミン類;2−メチル
イミダゾール、２−エチル−４−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、２−ヘプタデシ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、メチルジフェニル
ホスフィン、トリフェニルホスフィン、ジフェニルホス
フィン、フェニルホスフィン等の有機ホスフィン類（リ
ン系硬化促進剤）；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、２−エチル−４−メチルイミダゾールテ
トラフェニルボレート、Ｎ−メチルモルホリンテトラフ
ェニルボレート等のテトラフェニルボロン塩等がある。

以上のエポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、および、
硬化促進剤としてDBNを必須成分として含んだエポキシ
樹脂組成物を封止材用の樹脂として用い、無機充填材、
カップリング剤、離型剤、着色剤などを加えた封止材料
に限り、実装時の半田付け工程などにおける耐クラック
性および耐湿信頼性を大幅に向上することができる。

また、エポキシ樹脂（Ａ）および硬化剤（Ｂ）のいず
れかを必須成分として欠いた場合、半田付け時の耐クラ
ック性は大幅な向上を期待できない。

この発明において、エポキシ樹脂（Ａ）を必須成分と
して含んでいれば、エポキシ樹脂（Ａ）以外のエポキシ
樹脂を併用しても良い。たとえば、一般に使用されてい
るフェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾ
ールノボラック型エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂を、
この発明の効果を阻害しない範囲で適宜何種類でもエポ
キシ樹脂（Ａ）と併用することができる。エポキシ樹脂
（Ａ）とその他のエポキシ樹脂とは、これら両者の合計
100重量部に対してエポキシ樹脂（Ａ）が30〜100重量部
の割合となるようにするのが好ましい。この範囲を下回
ると、吸湿後の耐半田クラック性が大幅に悪くなるおそ
れがある。

また、硬化剤についても、硬化剤（Ｂ）を必須成分と
して含んでいれば、（Ｂ）以外の硬化剤を併用しても良
い。このような（Ｂ）以外の硬化剤としては、たとえ
ば、一般に使用されているフェノールノボラック、クレ
ゾールノボラック等がある。硬化剤（Ｂ）とその他の硬
化剤とは、これら両者の合計100重量部に対して硬化剤
（Ｂ）が30〜100重量部の割合となるようにするのが好
ましい。この範囲を下回ると、吸湿後の耐半田クラック
性が大幅に悪くなるおそれがある。

なお、これらのエポキシ樹脂（Ａ）と硬化剤（Ｂ）と
の当量比は、特に限定はないが、（Ｂ）の水酸基数／
（Ａ）のエポキシ基数＝0.7〜1.3が望ましく、さらに、
0.9〜1.1が望ましい。また、他のエポキシ樹脂や硬化剤
を併用する時は、硬化剤の全水酸基数／エポキシ樹脂の
全エポキシ基数＝0.7〜1.3が望ましく、0.9〜1.1がさら
に望ましい。硬化促進剤の量は、エポキシ樹脂全体に対
して0.1〜５重量％が好ましく、0.1重量％未満であれば
硬化速度が遅く、実用上成形サイクルがのびる等の問題
が生じ、５重量％を越えると耐湿信頼性が劣り、アルミ
断線によるオープン不良率が高くなり、実用上使用する
のに問題が生じる。

〔作用〕

この発明によれば耐リフロー性（半田付け時の耐クラ
ック性）の良好な耐湿性・耐熱性の優れた半導体封止用
エポキシ樹脂組成物が得られる理由は、エポキシ樹脂
（Ａ）と硬化剤（Ｂ）の各々の構造による。

エポキシ樹脂（Ａ）は、疎水性のメチル基を有する剛
直なビフェニル骨格により、低吸湿、高耐熱さらに低弾
性率の特徴を発揮する。

また、硬化剤（Ｂ）は、その構造中にジシクロペンタ
ジエン骨格を有するため、極めて低吸湿で、さらにリー
ドフレームや半導体装置（または半導体チップなど）等
との密着性を高めるものと推察される。

エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）およびDBNを必須
成分として用いたこの発明の半導体封止用エポキシ樹脂
組成物で封止したパッケージは、半田付け時に発生する
パッケージクラック等の原因の１つである水分の侵入を
少なくし、さらに低弾性率かつ高密着性であるため、リ
ードフレームや半導体装置と封止樹脂の界面剥離をおさ
え、また、高温時の強度が高いため、実装時の水蒸気圧
に耐えるものと推察される。

〔実施例〕

以下に、この発明の具体的な実施例および比較例を示
すが、この発明は下記実施例に限定されない。

−実施例１− エポキシ樹脂（Ａ）として次の構造式； で示され、エポキシ当量190、融点105℃のエポキシ樹脂
「YX4000H」（油化シェルエポキシ株式会社の商品名）
を用いた。硬化剤（Ｂ）として次の構造式； で示され、平均分子量550、OH当量177、融点110℃のフ
ェノール系硬化剤「DC100LL」（山陽国策パルプ株式会
社の商品名）を用いた。

エポキシ樹脂（Ａ）85重量部、硬化剤（Ｂ）75重量
部、DBN1.5重量部、モンタン酸離型剤2.5重量部、カー
ボンブラック2.5重量部、γ−グリシドキシプロピルト
リメトキシシランおよびγ−アミノプロピルトリエトキ
シシランを各2.5重量部、溶融シリカ微粉末830重量部を
配合し、加熱ロールを使用して混練温度70〜120℃で約
８分の条件で混練した。その後、約5mmφに粉砕し、エ
ポキシ樹脂組成物（エポキシ樹脂成形材料）を作製し
た。

−実施例２〜６および比較例１〜４− 第１表に示した原材料を同表に示す重量部で実施例１
と同様に配合して混練を行い、粉砕してエポキシ樹脂組
成物（エポキシ樹脂成形材料）を作製した。

実施例６では、硬化剤（Ｂ）として、上記（Ｂ）式に
おいてＲ＝CH₂で示され、平均分子量520、OH当量186、
融点72℃のフェノール系硬化剤「DC200LL」（山陽国策
パルプ株式会社の商品名）を用いた。

（Ａ）以外のエポキシ樹脂として、エポキシ当量19
6、融点70℃のクレゾールノボラック型エポキシ樹脂「E
SCN195XL」（住友化学工業株式会社の商品名）を用い
た。

（Ｂ）以外の硬化剤として、OH当量104、融点82℃の
フェノールノボラック樹脂「タマノール752」（荒川化
学工業株式会社の商品名）を用いた。

上記実施例および比較例で得られた成形材料をトラン
スファー成形機にて170〜175℃で90秒間成形し、175℃
で６時間後硬化し、下記の吸湿率、耐半田クラック性お
よび耐湿信頼性の各評価用サンプルを得た。リードフレ
ーム密着強度の評価用サンプルは、下記のやり方で得
た。各種特性は、次に示す方法により測定、評価し、こ
れらの結果を第１表に示した。

（１） 吸湿率 60mmφ、2.0mm厚の円板を成形し、85℃、85％RHで72
時間吸湿させ、重量変化より吸湿率を求めた。

（２） リードフレーム密着強度 第１図に示す治具を用いて低圧（５〜6kg/cm²）で175
℃で成形し、175℃で６時間後硬化し、円柱（ａ＝φ12m
m、ｂ＝7mm厚み）の成形品３を42アロイ板２上に得た。
第１図中、１は、ポリテトラフロロエチレン樹脂製スペ
ーサである。第２図に示す万能引張試験器を用いて、前
記42アロイ板２と成形品３との引張剪断強度を測定し
た。第２図中、第１図と同じものには同じ番号を付して
おり、４は上部引張治具、５は下部チャックである。42
アロイ板２と成形品３の接触面積は、（0.6cm）²π≒1.
13cm²であった。

（３） 吸湿後の耐半田クラック性 7.6mm×7.6mm×0.4mm厚の半導体素子をダイパッド寸
法8.2mm×8.2mmの42アロイリードフレームに銀ペースト
で実装し、外形寸法19mm×15mm×厚み1.8mmの60ピンフ
ラットパッケージ型IC金型にて成形し、その後85℃、85
％RHで72時間吸湿した後、260℃の半田槽に浸漬した際
のパッケージクラック発生秒数を求めた。

（４） 耐湿信頼性（USPCBT） 上記（３）で述べた評価用半導体素子（TEG:Test Ele
ment Group.0.5μｍのクシ形アルミ配線回路が加工さ
れ、ガラス系保護膜付きのもの）を使用して、85℃、85
％RHで72時間吸湿した後、260℃の半田槽に10秒間浸漬
した後、138.5℃、85％RH、20Vの条件下で耐湿信頼性を
測定した。300時間経過後の不良率を求めた。

第１表にみるように、実施例のものは、比較例３およ
び４のものに比べて、吸湿率が低く、かつ、リードフレ
ーム密着強度が高いため、吸湿後の耐半田クラック性が
格段に優れている。しかも、実施例のものは、比較例１
および２のものに比べて、耐湿信頼性が非常に良い。

〔発明の効果〕

この発明にかかる半導体封止用エポキシ樹脂組成物
は、以上に述べたように、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤
（Ｂ）およびDBNを必須成分として含有するので、従来
の封止樹脂に比較して低吸湿性かつ高密着性を有する。
このため、吸湿後の耐半田クラック性に優れており、さ
らに、耐湿信頼性にも優れ、その工業的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】 第１図は、密着強度の評価に用いた治具の斜視図、第２
図は、密着強度の評価方法を表す側面図である。 ３……半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物である
成形品

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−108256（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−98726（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−104830（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−105562（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−167251（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−166220（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−16243（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C08G 59/18 C08G 59/66

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下記一般式で表されるビフェニル型エポ
   キシ樹脂および下記一般式で表されるジシクロペンタ
   ジエン・フェノール重合体を必須成分とする半導体封止
   用エポキシ樹脂組成物であって、硬化促進剤として、下
   記の構造式で表される1,6−ジアザ−ビシクロ−ノネ
   ン−５を必須成分とすることを特徴とする半導体封止用
   エポキシ樹脂組成物。