JP2823704B2 - 半導体封止用樹脂組成物 - Google Patents

半導体封止用樹脂組成物

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JP2823704B2
JP2823704B2 JP2419209A JP41920990A JP2823704B2 JP 2823704 B2 JP2823704 B2 JP 2823704B2 JP 2419209 A JP2419209 A JP 2419209A JP 41920990 A JP41920990 A JP 41920990A JP 2823704 B2 JP2823704 B2 JP 2823704B2
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博文 磯
信孝 高須
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  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Macromonomer-Based Addition Polymer (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、耐熱性、機械的強度な
どの物性に優れた半導体封止用樹脂組成物に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来IC、LSI等の半導体装置におい
ては、その半導体素子をエポキシ樹脂を用いて成形封止
されているものが広く用いられている。このエポキシ樹
脂組成物としては特に多官能エポキシ樹脂、フェノール
ノボラック樹脂、無機質充填材を主成分とした樹脂組成
物が、耐熱性、成形性、電気特性に優れているため封止
材料の主流となってきている。
【0003】しかしながら、半導体分野の技術革新によ
って集積度の向上とともに素子サイズの大型化、配線の
微細化が進み、パッケージも小形軽量化、薄形化する傾
向にある。さらに近年の半導体装置の基板への表面実装
化に伴ない、パッケージそのものが半田浴温度にさらさ
れるため、パッケージ内の水分が急激に膨張しパッケー
ジにクラックを発生させ、半導体の耐湿性を低下させ、
ひいては信頼性を低下させる原因となっている。これら
の結果、封止材料の耐熱性はますます重要な特性として
要求されてきている。
【0004】このような観点に立ち、従来より耐熱性に
改良を加えた骨格を有するエポキシ樹脂系の封止材料が
検討されてはいるが、高温時の機械特性、耐クラック
性、耐熱劣化性などの高度の耐熱性能は不充分であっ
た。また、さらに高い耐熱性を得るべく熱硬化性のポリ
イミド樹脂を用いた封止材料の開発が試みられている
が、得られた硬化物の耐熱性は高いにもかかわらず機械
的強度が低く、脆いものであり、耐クラック性に劣るも
のしか得られていない。さらにエポキシ樹脂に比べ金属
との密着性が低いため、成形時あるいは半田浴浸漬時に
素子やフレームと封止材料との界面で剥離を生じ、著し
く耐湿信頼性が劣るといった欠点を有している。
【0005】また、エポキシ樹脂と熱硬化性ポリイミド
樹脂両者の特徴を併せ持つ材料を得るべく、両樹脂を併
用した組成物による封止材料の開発が進められている。
具体的には多官能エポキシ樹脂とフェノール樹脂硬化剤
との硬化系にポリマレイミド化合物もしくはポリマレイ
ミド化合物とアリル化合物とを添加した組成物が例とし
てあげられる。しかしながら、エポキシ樹脂の硬化触媒
として用いられる有機ホスフィン化合物、3級アミン
類、イミダゾール化合物はマレイミド化合物の反応をも
促進し、しかもマレイミド化合物の反応の方がエポキシ
樹脂の反応よりも優先的に進行するために以下の問題点
が存在する。第一には、成形の際に反応の遅いエポキシ
樹脂成分がブリードし、成形品表面や金型を汚染するこ
と、第二には硬化物が不均一となるためボイドが発生し
たり、機械的強度が充分得られないなどの欠点であっ
た。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は耐熱性、耐ク
ラック性、金属との密着性に優れ、かつ良好な成形性を
有する半導体封止用樹脂組成物を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は(a)両末端に
エポキシ基を有する2官能エポキシ樹脂と、芳香環上に
直結したアリル基を有する2価フェノール化合物とを、
フェノール性水酸基に対するエポキシ基の当量比を1.
1〜3.5の範囲で反応させることにより得られるアリ
ル基含有両末端エポキシプレポリマー化合物、 (b)両末端にエポキシ基を有する2官能エポキシ樹脂
と芳香環上に直結したアリル基を有する2価フェノール
化合物とを、エポキシ基に対するフェノール性水酸基の
当量比を1.1〜5.0の範囲で反応させることにより
得られるアリル基含有両末端フェノールプレポリマー化
合物、 (c)ポリマレイミド化合物 (d)硬化促進剤 (e)無機質充填材 からなる樹脂組成物で成形の際にはマレイミド化合物と
エポキシ成分中及び硬化剤フェノール成分中のアリル基
との反応が優先し、ポストキュアー時に少量存在するエ
ポキシ基とフェノール性水酸基との反応が完結すること
で、均一で緻密な硬化網目の形成が可能な耐熱性、機械
強度、良好な成形性等の優れた物性を併せ持っている。
【0008】本発明の(a)及び(b)に使用される両
末端にエポキシ基を有する2官能エポキシ樹脂として
は、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノール
F型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、
3,3’,5,5’−テトラメチルビスフェノール型エ
ポキシ樹脂、また臭素化エポキシ樹脂として3,3’,
5,5’−テトラブロムビスフェノールA型エポキシ樹
脂等が好ましい例としてあげられる。なお、成形物の難
燃性を確保するためには、臭素化エポキシ樹脂を一定の
割合で併用することは必須である。
【0009】一方本発明の(a)及び(b)に使用され
るアリル基を有する2価フェノール化合物としては芳香
環上に直接結合したアリル基を有する2価フェノールの
ことで、具体的には3,3’−ジアリルビスフェノール
A、3,3’−ジアリルビスフェノールS、3,3’−
ジアリルビ フェノール、3,3’−ジアリルビスフェ
ノールF等があげられる。これらのアリル基を有する2
価フェノールの合成法は公知であり、2価フェノール化
合物とハロゲン化アリル化合物とをアルカリの存在下反
応させ、さらにクライゼン転位させることで芳香環上に
直接結合するアリル基を有する2価フェノール化合物が
得られる。ハロゲン化アリル化合物としては臭化アリ
ル、塩化アリル等が具体例としてあげられる。上記2価
フェノール化合物とハロゲン化アリル化合物とを反応さ
せる際の組成比により、通常1〜4個のアリル基がフェ
ノールの芳香環上に導入することが可能である。
【0010】2官能エポキシ樹脂とアリル基を有する2
価フェノール化合物とのプレポリマー化の反応に際して
は、無触媒でも加熱により反応が進行するが、好ましく
は触媒を使用する。触媒としてはイミダゾール系化合
物、第3級アミン有機リン系化合物等通常のエポキシ樹
脂とフェノール化合物の反応に用いられる公知の化合物
が適宜使用可能である。これら触媒を使用するとプレポ
リマー化反応は80〜180℃の加熱下、30分間〜1
2時間で完結させることが出来る。
【0011】2官能エポキシ樹脂とアリル基を有する2
価フェノール化合物とを反応させる際には、両者の組成
比を変えることで、エポキシ基を両末端に有するプレポ
リマーまたはフェノール性水酸基を両末端に有するプレ
ポリマーを得ることが出来る。この場合、組成物中のエ
ポキシ基数をX、フェノール性水酸基数をYとすると、
本発明の(a)のエポキシ末端プレポリマーでは1.1
≦X/Y≦3.5の範囲とすべきである。これよりX/
Yが小さいとプレポリマーの分子量が大きくなりすぎ、
成形材料とした場合の流動性が低下する。またX/Yが
大きいと、必然的にアリル基を含有しない未反応のエポ
キシ樹脂分子が低分子のフリー成分として残存するため
に、成形性や硬化性の低下の原因となる。一方、本発明
の(b)のフェノール性水酸基末端のプレポリマーの場
合には、両者の組成比を1.1≦Y/X≦5の範囲にす
べきである。Y/Xがこれより小さいとプレポリマー分
子量が大きくなりすぎ、逆にY/Xが大きすぎるとアリ
ル基含有2価フェノール化合物が低分子量未反応成分と
して残存し、硬化性や耐熱性が低下する。
【0012】本発明の組成物中の(a)成分と(b)成
分の配合割合は、(a)成分のプレポリマーのエポキシ
基に対し(b)成分のプレポリマーのフェノール性水酸
基の数が0.8〜1.2となることが好ましい。この範
囲外だと得られる硬化物の耐熱性や耐湿性が低下するこ
とになる。
【0013】本発明の(c)成分に用いられるポリマレ
イミド化合物とは分子中に2個以上のマレイミド基を含
有する化合物である。その具体例としてはN,N’−ジ
フェニルメタンビスマレイミド、N,N’−ジフェニル
エーテルビスマレイミド、N,N’−ジフェニルスルホ
ンビスマレイミド、N,N’−へキサメチレンビスマレ
イミド、アニリン・ホルマリン重縮合物のマレイミド化
合物等があげられる。また上記ポリマレイミド化合物に
N−フェニルマレイミド、N−(4−ヒドロキシフェニ
ル)マレイミド等モノマレイミド化合物を適宜併用する
ことも可能である。
【0014】本発明の(a)成分及び(b)成分のプレ
ポリマーと(c)成分のポリマレイミド化合物との量的
割合は用途、所望の耐熱性等に応じて適宜選択出来る。
一般的には上記(a)及び(b)成分と(c)成分との
重量比が3/7〜7/3の範囲となるよう選ぶことが好
ましい。これより(c)成分が少ないと耐熱性向上の効
果がなく、またこれより多いと硬化物が脆くなり、また
密着性が低下する。
【0015】また本発明の(a)成分および/または
(b)成分のプレポリマーと(c)成分のポリマレイミ
ド化合物とは予め予備反応させて、均一なレジンとする
ことも可能である。このようなマレイミド変性プレポリ
マーとすることで、相溶性や硬化性がさらに良好とな
り、本発明の特徴をさらに高めることが可能となる。
【0016】さらに本発明に用いられる(d)成分の硬
化促進剤について例示すると、トリフェニルホスフィ
ン、トリブチルホスフィン、トリ−4−メチルフェニル
ホスフィンなどの有機ホスフィン化合物、トリブチルア
ミン、トリエチルアミン、ベンジルジメチルアミン、ト
リスジメチルアミノメチルフェノール、1,8−ジアサ
ビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7などの三級アミ
ン、2−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾー
ル、2−エチル−4−メチルイミダゾールなどのイミダ
ゾール化合物、ベンゾイルパーオキシド、ジ−t−ブチ
ルパーオキシド、ジクミルパーオキシド、クメンハイド
ロパーオキシド、メチルエチルケトンパーオキシド、シ
クロヘキサノンパーオキシド、アゾビスイソブチロニト
リル等のラジカル重合開始剤等があげられる。これらを
単独で用いても、あるいはその2種以上を併用すること
も可能である。
【0017】本発明に用いられる(e)成分の無機質充
填材としては例えば結晶性シリカ、破砕シリカ、溶融シ
リカ、アルミナ、タルク、炭酸カルシウム、マイカ、ク
レー、炭化珪素、窒化ホウ素、亜鉛華等があげられる。
これら無機質充填材は全樹脂100重量部に対して、5
0〜800重量部の範囲で用いられる。また、無機質充
填材の粒度分布を適当に選択することにより、特性の向
上も可能である。
【0018】本発明の組成物は前述のもの以外、必要に
応じてカーボンブラック等の着色剤、カルナバワック
ス、合成ワックス等の離型剤、三酸化アンチモン等の難
燃剤、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等
のカップリング剤、シリコーンゴム、ポリブタジエン等
のゴム成分を添加することが出来る。本発明の半導体封
止樹脂組成物はロールあるいは押し出し機等の一般の混
練装置により熱溶融混練し、冷却、粉砕することにより
成形材料とすることが出来る。
【0019】
【実施例】以下本発明を実施例にて具体的に説明する。
【0020】〔参考例1〕 ビスフェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ当量19
0)510重量部、3,3’,5,5’−テトラブロモ
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ当量40
0)70重量部、3,3’−ジアリルビスフェノールA
(水酸基当量154)220重量部、トリフェニルホス
フィン1重量部を120℃で2時間反応させ、両エポキ
シ末端のプレポリマーA(エポキシ当量510)を得
た。さらにN,N’−ジフェニルメタンビスマレイミド
340重量部を130〜140℃にて溶解させ、マレイ
ミド変性プレポリマーAを得た。
【0021】〔参考例2〕 参考例1のビスフェノールA型エポキシ樹脂を220重
量部、3,3’−ジアリルビスフェノールAを510重
量部に変えた他は参考例1と同様にして、両水酸基末端
のマレイミド変性プレポリマーB(変性前の水酸基当量
400)を得た。
【0022】〔参考例3〕 3,3’,5,5’−テトラメチルビ フェノール型エ
ポキシ樹脂(エポキシ当量190)220重量部、
3,3’,5,5’−テトラブロモビスフェノールA型
エポキシ樹脂70重量部、3,3’−ジアリルビスフェ
ノールA220重量部、トリフェニルホスフィン1重量
部を120℃で2時間反応させ、両エポキシ末端のプレ
ポリマーC(エポキシ当量510)を得た。さらにN,
N’−ジフェニルメタンビスマレイミド800重量部を
130〜140℃にて溶解させ、マレイミド変性プレポ
リマーCを得た。
【0023】〔参考例4〕 参考例3の3,3’,5,5’−テトラメチルビクフェ
ノール型エポキシ樹脂210、 3,3’−ジアリルビ
スフェノールAを510重量部に変えた他は参考例3と
同様にして、両水酸基末端のマレイミド変性プレポリマ
ーD(変性前の水酸基当量400)を得た。
【0024】〔実施例1、2、比較例1、2〕 表1に示す原料をミキサーで混合し、更に80〜90℃
の2軸ロールで5分間溶融混練後、冷却粉砕して封止用
樹脂組成物を得た。次にこれを190℃で3分間の条件
でトランスファー成形し190℃8時間の後硬化を行な
った後、物性評価を行なった。各特性値を表1に示す。 *1 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15g、成形温度190℃、成形圧力
7.0MPa、成形時間3分で成形したときの成形品の
長さ。 *2 曲げ強度 テンシロン曲げ測定機、スパン100mm、負荷速度1
0mm/min、260℃における測定値。 *3 ガラス転移点 熱膨張係数測定機、サンプルサイズ15×3 *4 半田耐熱性試験 成形品(チップサイズ36mm、パッケージ厚み2m
m)20ヶについて85℃、85%RHの水蒸気下で7
2時間処理後、240℃の半田槽に10秒間浸漬し、ク
ラックの発生した個数を示す。 *5 金型汚れ 成形1000ショット後の金型汚れの状態を目視で判
断。
【0025】
【表1】
【0026】
【発明の効果】以上のように、本発明による半導体封止
用樹脂組成物によればポリマレイミド化合物成分の導入
により通常のエポキシ樹脂系に比ベガラス転移温度や熱
時強度が向上するために、半田浴に浸漬してもパッケー
ジにクラックの発生が起こらない。また一方、エポキシ
樹脂系にマレイミド化合物を添加した場合のように、硬
化の遅いエポキシ成分が成形時にブリードし、金型を汚
染することもない。これから明らかのように、本組成物
は耐熱性、耐クラック性、成形性、信頼性に優れた封止
材料として有用である。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 23/29 C08F 222/40 23/31 299/02 // C08F 222/40 H01L 23/30 R 299/02 (56)参考文献 特開 昭52−154896(JP,A) 特開 昭62−184014(JP,A) 特開 平4−4213(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08G 59/24 C08G 59/62 C08G 59/14 C08L 63/00 - 63/10 H01L 23/29

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)両末端にエポキシ基を有する2官
    能エポキシ樹脂と、芳香環上に直結したアリル基を有す
    る2価フェノール化合物とを、フェノール性水酸基に対
    するエポキシ基の当量比を1.1〜3.5の範囲で反応
    させることにより得られるアリル基含有両末端エポキシ
    プレポリマー化合物、 (b)両末端にエポキシ基を有する2官能エポキシ樹脂
    と芳香環上に直結したアリル基を有する2価フェノール
    化合物とを、エポキシ基に対するフェノール性水酸基の
    当量比を1.1〜5.0の範囲で反応させることにより
    得られるアリル基含有両末端フェノールプレポリマー化
    合物、 (c)ポリマレイミド化合物 (d)硬化促進剤 (e)無機質充填材 からなることを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。
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