JP2823682B2 - 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超低応
力、高強度、低粘度のエポキシ樹脂組成物に関するもの
である。
〔従来技術〕
エポキシ樹脂は耐熱性、電気特性、機械強度や接着性
に優れた樹脂であり、塗料、接着剤、電子部品封止用樹
脂、積層板用樹脂やその他多方面にわたて広く用いられ
ている樹脂である。
例えばIC、LSI、トランジスター、ダイオードなどの
半導体素子や電子回路等の樹脂封止には特性、コストの
両面からエポキシ樹脂組成物が一般に用いられている。
しかし近年ICサイズの増大、パッケージサイズの小型
化・薄肉化により、温度サイクルによるパッケージク
ラックの増大、表面実装時の半田熱衝撃によるパッケ
ージクラックの増大が生じやすくなり、これらを改善す
る効果的な手法が強く求められている。
これらを改善するため、低弾性率化、低熱膨張係
数化、高衝撃強度化、低吸水率化が検討されてい
る。
低弾性率化については、シリコーン変性エポキシ樹脂
化合物を利用する方法(特開昭61−73725号公報、特開
昭62−174222号公報)が効果があると言われているが、
単に低弾性化するだけでは強度も低下するため半田耐熱
性が低下し、良好な半導体封止用樹脂組成物を得られな
かった。
低熱膨張係数化については、樹脂組成物中のシリカ充
填材量を増加させることが効果的といわれるが、充填材
量増加にともなう樹脂組成物の粘度の上昇が問題とな
り、成形性の著しい低下をクリアする必要があった。
高衝撃強度化については、ビフェニル型エポキシ樹脂
や3官能エポキシ樹脂の使用(特開昭61−168620号公
報)が効果あるといわれているが、いずれも成形性、特
にウスバリ特性や金型汚れ性の低下がみられる。
低吸水率化については、シリコーン変性樹脂の使用や
充填材量の増加が効果あるといわれているが、いずれも
上記に示す欠点があり、実用化にまでは至っていない。
〔発明が解決しようとする課題〕
本願発明の目的とするところは成形性、流動性、電気
特性および他の諸特性を劣化されることなく耐熱衝撃
性、半田耐熱性に非常に優れた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、つぎの組成をもつ組成物を見出した。衝撃強度
向上、低粘度化に効果を有する下記式〔I〕で示される
ナフタレン型エポキシ化合物と、式〔II〕で示される、
ビフェニル型エポキシ化合物 またこれらの化合物とエポキシ樹脂との混合物と、低弾
性率化、低吸水率化に効果を有するシリコーン変性フェ
ノール樹脂硬化剤(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) を組み合わせ、さらに全樹脂組成物中の無機充填材の含
有量を70〜90重量%とし、硬化促進剤を必須成分とする
ことにより、低弾性、低熱膨張係数、高強度、低吸水率
の極めてバランスのとれた優れた半導体封止用樹脂組成
物がえられることを見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
ナフタレン型エポキシ樹脂や、式〔II〕で示されるビフ
ェニル型エポキシ樹脂は成形温度(165〜185℃)におい
て数センチポイズという低粘度を有するために樹脂組成
物の粘度を著しく低下させることが可能のため、樹脂組
成物中の充填材含有量を通常量より大幅にアップさせる
ことが出来る。
そしてこれらの平面構造を有するエポキシ化合物は分
子同士のパッキングが良好のために樹脂組成物の衝撃強
度を向上させ、耐熱衝撃性、半田耐湿性、半田後の耐湿
性等に優れるという特徴を有している。
しかしながら、これらの樹脂を30重量%以上含むエポ
キシ樹脂は、他の樹脂との反応性、相溶性が悪く、しか
も粘度か低いために成形性、特にウスバリ特性、金型汚
れ性が低下するという問題を有していた。
しかし、この問題は後述するシリコーン変性フェノー
ル樹脂との組み合わせでクリアすることが可能である。
式〔I〕で示されるナフタレン型エポキシ化合物と
〔II〕で示されるビフェニル型エポキシ化合物は、他の
エポキシ樹脂と混合して用いても良いが、総量が総エポ
キシ樹脂量中の30重量%以上とすることが必要である。
30重量%未満の場合は低粘度、低吸水、高衝撃強度の
いずれも得られず、半田耐熱性や流動性の悪い樹脂組成
物となる。
式〔I〕で示されるナフタレン型エポキシ樹脂と、式
〔II〕で示されるビフェニル型エポキシ樹脂とは重量比
10/90〜90/10の割合内で併用する。
ナフタレン型エポキシ化合物は反応性が高く、しかも
強度向上に効果有るため半田耐熱性は良くなるが、耐熱
衝撃性は十分でない。また液状のために取扱いが困難で
ある。
一方、ビフェニル型エポキシ化合物は半田耐熱性と耐
熱衝撃性にすぐれ、結晶性のために取扱いに不便さはな
いが、多少反応性が低い傾向にある。
両者を併用して使用することにより、お互いの欠点を
おぎなう樹脂組成物を得ることができる。
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、活性水
素等が挙げられる。
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〔III〕、〔IV〕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〔II〕、〔III〕な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適当となってしま
う。
なお、通常のエポキシ樹脂−フェノール樹脂系組成物
に上記ナフタレン型エポキシ化合物およびビフェニル型
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、本発明のようにエポキシ樹脂−シリコーン変性フェ
ノール樹脂系組成物にナフタレン型エポキシ化合物およ
びビフェニル型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)成分としては
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。
いずれの場合も、無機充填材の量は総樹脂組成物中の
70〜90重量%を占めることが必要である。70重量%未満
の場合は、熱膨張係数が増大し、低応力効果が十分でな
いために耐熱衝撃性が低下し、また吸水率が上昇するこ
とにより半田耐熱性が低下し、さらに低粘度になりすぎ
るためウスバリが発生し成形性が低下する。
90重量%より大きい場合は高粘度になりすぎ成形でき
なくなる。
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
な大きな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 ナフタレン型エポキシ化合物 50重量部 ビフェニル型エポキシ化合物A 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 800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2〜4 実施例1と同様にして第1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1〜11 実施例1と同様にして第1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〔IΧ〕で示されるオルガノポリシロキサ
※6 下記式〔Χ〕で示されるオルガノポリシロキサン ※7 下記式〔ΧI〕で示されるオルガノポリシロキサ
※8 下記式〔ΧII〕で示すナフタレン型エポキシ化合
物(エポキシ当量151) ※9 下記式〔ΧIII〕で示されるビフェニル型エポキ
シ化合物A(エポキシ当量185) ※10 下記式B〔ΧIV〕で示されるビフェニル型エポキ
シ化合物(エポキシ当量155) ※11 下記式〔ΧV〕に示すエポキシ樹脂 ※12 下記式〔ΧVI〕に示すフェノール樹脂 評価方法 スパイラルフロー EMMI−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分で成型した時の成形品の長さ。
ウスバリ長さ 得られた16pDIP成形品のベントバリの長さ。
曲げ強度、弾性率 テンシロン曲げ強さ測定機、スパン100mm、負荷速度1
0mm/min、室温における測定値。
熱膨張係数 熱膨張係数測定機、サンプルサイズ15×3×4mm、25
℃時の熱膨張係数。
Tg(ガラス転移温度) 熱膨張係数測定機、サンプルサイズ15×3×4mm 耐熱衝撃試験 成形品(チップサイズ36mm2、パッケージ厚2.0mm)20
個の温度サイクルのテスト(+150〜−196℃)にかけ、
1000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。
半田耐熱性試験 成形品(チップサイズ36mm2、パッケージ厚2.0mm)20
個について85℃、85%RHの水蒸気下で72時間処理後、24
0℃のIRリフロー処理を行い、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型エポキシ化合物及びビフェニル
型エポキシ化合物、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に極めて優れ、低粘度
であり、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)や半田耐熱性にも優れ、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 23/29 H01L 23/30 R 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 59/22 C08G 59/62 H01L 23/29

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(A)下記式〔I〕で示されるナフタレン
    型のエポキシ化合物と下記式〔II〕で示されるビフェニ
    ル型エポキシ化合物を重量比で10/90〜90/10の割合で混
    合した混合物を総エポキシ量に対し30〜100重量%含有
    するエポキシ樹脂。 (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
    ク樹脂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 (C)総樹脂組成物量に対し70〜90重量%を占める無機
    充填材。 (D)硬化促進剤 を必須成分とする半導体封止用の樹脂組成物。
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