JP2823658B2 - 樹脂組成物 - Google Patents

樹脂組成物

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【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
撃性と半田耐熱性及び耐湿性に優れたエポキシ樹脂組成
物に関するものである。
(従来の技術) 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、薄膜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
とになり、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号広報)。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
ないし、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
ラーの検討及び3官能樹脂の活用(例えば特願昭61−16
8620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り
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、耐湿性及び成形性のいずれ
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、次の組成を持つ樹脂組成物を見い出した。
エポキシ樹脂に下記式〔I〕又は〔II〕で示される反
応性ポリシロキサンの内の少なくとも1種以上とフェノ
ールノボラック系樹脂との反応物を配合し、 さらに硬化促進剤と無機充填剤を配合し、上記問題点
を改良しうる半導体封止用樹脂組成物が得られることを
見いだ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(A)成分としてのエポキ
シ樹脂とは、1分子中に2ケ以上のエポキシ基を有する
もの全般をいう。例えばビスフェノール型エポキシ樹
脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ
樹脂あるいはこれらの変性物を示す。これらのエポキシ
樹脂において、Na+,Cl-1等のイオン性不純物ができるだ
け少ないものが望ましい。
本発明で用いられる(B)成分としてのシリコーン変
性フェノールノボラック系樹脂は、低弾性化、強じん
化、高密着化等の性能向上を可能とする硬化剤として機
能する。これらの性能向上に最も大切なものは、変性硬
化剤の原料の1つであるところの反応性ポリシロキサン
である。式〔I〕,〔II〕で示される反応性ポリシロキ
サンにはA,B2種の官能基が有る。官能基Aは、フェノー
ルノボラック系樹脂と反応しうる官能基であり、この基
を介して反応性ポリシロキサンはフェノールノボラック
系樹脂と反応し、シリコーン変性フェノールノボラック
系樹脂となる。又、官能基Bは、B同志又は官能基Aと
反応しうる基であり、反応性ポリシロキサンの架橋を促
進させる。さらにこの官能基Bは、各種無機フィラーや
金属と親和性が高く、反応することも可能である。
このような反応性ポリシロキサンを用いたシリコーン
変性フェノールノボラック系樹脂硬化剤は、2つの有効
な性能を有する。
1つは破断強度、破断伸度及び衝撃強度等のタフネス
の向上であり、もう1つはICパッケージ内でのシリコン
チップやリードフレームとの接着性の向上である。タフ
ネスの向上は、シリコーンドメイン内部の架橋に起因す
る。官能基B同志又はBとAの架橋により、シリコーン
ドメインは硬くなり、クラックの進展が妨げられる、
ドメインに応力が集中しやすくなり、クレースが多数
発生する等のメカニズムにより、系のタフネスは向上す
る。タフネスの向上はTg(ガラス転移点)以下でもTg以
上でも観測されるため、樹脂組成物としたとき、低温特
性と高温特性のいずれもが向上するので、耐熱衝撃性と
半田耐熱性が向上する。
又、接着性の向上は、官能基Bの個体表面への反応の
し易さに起因する。シリコンチップやリードフレームに
容易に化学反応し、いわば接着剤として機能するために
樹脂組成物が金属と強力に接着することに加えて、必須
成分である無機充填剤との接着力が向上することによ
り、複合材料としての樹脂組成物のタフネスも向上す
る。このため、IC封止用樹脂組成物として、耐湿性や半
田耐熱性が向上する。反応性ポリシロキサンは、式
〔I〕,〔II〕のいずれにおいても、1分子中に官能基
AとBがそれぞれ1ケ以上含有されている必要がある。
官能基Aが無いとシリコーン変性硬化剤とならないし、
官能基Bが無いとタフネスの向上や接着性の向上が見ら
れないからである。
式〔I〕〔II〕のいずれにおいてもl+m+n+2は
300未満が好ましい。l+m+n+2が300以上となると
反応性ポリシロキサンのフェノールノボラック系樹脂に
対する反応性が低下するために成形性が低下する。
さらに、必要に応じてシランカップリング剤やチタネ
ートカップリング剤を架橋剤として添加又は予め反応さ
せることも可能である。
シランカップリング剤やチタネートカップリング剤に
は、複数個のアルコキシ基が存在しているが、これは反
応性シリコーンの官能基Bとエステル化反応/架橋をお
こしやすく、先に述べた接着性も向上するために有効で
ある。
又官能基B同志は単独でも反応し易いものであるが、
反応促進剤があげればよりいっそう効果的である。イミ
ダゾール類、アンモニア、1,8−ジアザビシクロ〔5,4,
0〕ウンデセン−7等のアミン類や、ステアリン酸亜鉛
等の亜鉛化合物や、各種チタン系化合物及びこれらの複
合触媒が反応促進剤として用いられることも可能であ
る。
シリコーン変性フェノールノボラック系樹脂のもう一
方の原料として用いられるフェノールノボラック系樹脂
は、1分子中に2ケ以上のフェノール性水酸基を有する
樹脂全般を示し、例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、及びそれらの変性樹脂があげ
られる。むろん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。
尚、本発明においてシリコーン変性フェノール系樹脂
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
てはシリコーン変性フェノール系樹脂は硬化系の内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の範囲か好
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。
本発明の(C)成分としての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(DBU)、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。
本発明の(D)成分としての無機充填剤としては結晶
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
晶性シリカ又は溶融シリカが好適に用いられる。
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 以下本発明を実施例で示す。なお、配合割合は重量部
とする。
製造例 フェニルノボラック樹脂(軟化点105℃、水酸基当量1
05)と反応性ポリシロキサンとを溶媒中で触媒存在下で
反応させ第1表に示すシリコーン変性ノボラック樹脂
(イ〜ト)を得た。
実施例1 0−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂 (軟化点75℃、エポキシ当量200) 90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℃、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) 65重量部 粉砕状溶融シリカ 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3〜5 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。
のこ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1〜3 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。
*1 下記式〔III〕で示されるポリシロキサン 評価方法 *9 EMMII−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。
*10 得られた16pDIP成形品のベントバリの長さ。
*11 成形1000ショット後の金型汚れの状態を目視で評
価。
*12 テンシロン曲げ強さ測定機を用い、長さ100mm、
厚み4mm、幅10mmの樹脂組成物成形品を、スパン64mmの
3点曲げで測定。室温、負荷速度10mm/min。
*13 成形品(チップサイズ36mm2、パッケージ厚2mm)
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。
*14 成形品(チップサイズ36mm2、パッケージ厚2mm)
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秒間行い、クラックの発生した
個数を示す。
*15 成形品(チップサイズ36mm2、パッケージ厚2mm)
20個について、85℃、85%RHの水蒸気下で24時間処理
後、215℃のVPS処理を90秒間行った後、125℃、100%RH
の水蒸気下で500時間処理を行い、ICチップの故障が生
じた個数を示す。
(発明の効果) 本発明の自己架橋性を有する反応性ポリシロキサンを
用いたシリコーン変性フェノールノボラック系樹脂硬化
剤と、エポキシ樹脂、硬化促進剤、無機充填剤を必須成
分とする半導体封止用樹脂組成物は耐熱衝撃性、半田耐
熱性及び耐湿性に極めて優れ、さらに成形加工性にも優
れており極めてバランスのとれた樹脂組成物であるため
に、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 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08L 63/00 - 63/10 C08L 83/04 - 83/06 C08G 59/62 H01L 23/29

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(A)エポキシ樹脂 (B)下記式〔I〕又は〔II〕で示される反応性ポリシ
    ロキサンの内の少なくとも1種以上とフェノールノボラ
    ック系樹脂との反応物 (C)硬化促進剤 (D)無機充填剤 を必須成分とする半導体封止樹脂組成物。
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