JP2834460B2 - エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

エポキシ樹脂組成物

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Description

【発明の詳細な説明】 (発明の利用分野) 本発明は成形加工性(型汚れ、樹脂バリ、成形ボイ
ド、離型性)、捺印性、耐湿性、耐熱衝撃性、半田耐熱
性に優れた半導体封止用のエポキシ樹脂組成物に関する
ものである。
(従来の技術) 近年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、コスト等の
点からエポキシ樹脂組成物が多量に、かつ最も一般的に
用いられている。
しかし電子部品の量産性指向、軽薄短小化、集積度の
増大等に伴い封止樹脂に対する要求は厳しくなってきて
おり、成形加工性、捺印性、耐湿性、耐熱衝撃性、半田
耐熱性の改良が強く望まれており、特に成形加工性、捺
印性の工場と耐湿性、耐熱衝撃性、半田耐熱性とのバラ
ンスのとれたエポキシ樹脂組成物が強く要求されてい
る。
しかしながら耐湿性や耐衝撃性を改良するための添加
剤を配合しない、通常のエポキシ樹脂組成物においても
離型剤等の添加物の影響により型汚れ、樹脂バリ、ボイ
ドの発生や捺印性不良が発生し易い傾向に有るが、耐湿
性や耐熱衝撃性の改良のため、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、合成ゴム、熱過可塑
性樹脂等の添加剤を使用せざるを得ず、これらの添加剤
の使用により型汚れ、樹脂バリの発生、成形ボイド発
生、捺印性不良は更に悪化する傾向にある。
型汚れ、捺印性が悪くなるのは成形加工時にこららの
添加剤成分が成形品表面に浮き出すためであり、樹脂バ
リ、成形ボイドが増大するのはこれらの成分がエポキシ
樹脂等との相溶性が悪いためである。
このような問題点を改良すべく従来種々の添加剤につ
いて検討が行われてきており、芳香族系重合体とオルガ
ノポリシロキサンとからなるブロック重合体が提案され
ている(特開昭58−21417号公報)が成形加工性、捺印
性、耐熱衝撃性は向上が見られるものの、ブロック共重
合体であるためシリコーン部分の濃度にむらが生じ、他
の成分との相溶性が悪く不満足なものであり、半田耐熱
性についてはほとんど効果が見られないものであった。
又、成形加工性、捺印性等に効果のあるものとしては
エポキシ樹脂と一般硬化剤系に単にシリコーンとポリア
ルキレンオキサイドの共重合体からなるシリコーンオイ
ルを添加することがすてに提案されている(特開昭60−
13841号公報、特公昭62−61215号公報)が、これらは成
形加工性、捺印性の向上に硬化は認められるものの、耐
熱衝撃性、半田耐熱性には効果がなく、更には耐湿性に
ついては逆に若干低下するものであった。
耐熱性(高Tg)、耐熱衝撃性や半田耐熱性(耐クラッ
ク性)を改良するものとしてエポキシ樹脂、フェノール
性水酸基を有する化合物、これらに非相溶のオルガノポ
リシロキサン重合体およびフェノール性水酸基を有する
化合物とフェノール性水酸基と反応する官能基を有する
オルガノシロキサン重合体との反応物からなる組成物
(特開昭62−174222号公報)が提案されている。
しかしながらこれらの組成物は、耐熱性については効
果が見られるものの、耐熱衝撃性や成形加工性について
は不十分なものであった。
(発明の目的) 本発明の目的とするところは、成形加工性(型汚れ、
樹脂バリ、成形ボイド、離型性)、捺印性、耐湿性、耐
熱衝撃性、半田耐熱性のいずれもが良好な半導体封止用
のエポキシ樹脂組成物を提供することにある。
(発明の構成) 本発明者らは従来技術では克服できなかったバランス
のとれた優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得ん
と鋭意検討を進めた結果、エポキシ樹脂との相溶性が良
好で且つ反応性が良好なフェノール性水酸基含有オルガ
ノポリシロキサンとエポキシ樹脂とを触媒存在下で反応
して得られるシリコーン変性エポキシ樹脂が半導体封止
用エポキシ樹脂として最適であ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) 本願発明で用いるシリコーン変性エポキシ樹脂の原料
として用いられるフェノール性水酸基含有オルガノポリ
シロキサンは1分子中にエポキシ基を3〜10個有し、且
つシロキサン重合度が10〜200のオルガノポリシロキサ
ンとビスフェノール系化合物、例えばビスフェノールA
やビスフェノールFとを有機溶媒中でイミダゾール類、
有機ホスフィン類および第3級アミン類から選ばれた1
種又は2種以上の触媒の存在下で開環付加反応させる方
法等によってフェノール性水酸基の数が1分子当たり3
〜10個有するフェノール性水酸基含有オルガノポリシロ
キサンを得ることができる。
フェノール性水酸基含有オルガノポリシロキサンのフ
ェノール性水酸基の数が1分子当たり3個を下回ると官
能基の数が少ないためエポキシ樹脂との反応が十分起こ
らず、又10個を上回ればゲル化しやすくなってしまうた
めフェノール性水酸基の数は3〜10個とすることが必要
である。
又、フェノール性水酸基含有オルガノポリシロキサン
のシロキサン重合度が10を下回ればシリコーンドメイン
の分散が細かくなり過ぎ反応吸収能が低下し、それに伴
い耐熱衝撃性が低下し、又シロキサン重合度が200を上
回ればエポキシ樹脂との相溶性が低下し反応が十分起こ
らなくなるためシロキサン重合度としては10〜200の範
囲内にあることが必要である。
尚フェノール性水酸基の位置は側鎖、末端いずれでも
良く、分子構造は直鎖状、分枝鎖状いずれであっても良
い。
又もう一方の原料としてのエポキシ樹脂としては1分
子中に2個以上のエポキシ基を有するものであればいか
なるものでも良く、例えばビスフェノールA型エポキシ
樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、フェノールノ
ボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポ
キシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂及びこれらの変性樹脂等
が挙げられ、これらのエポキシ樹脂は1種又は2種以上
混合して用いることも出来る。
これらのエポキシ樹脂の中ではエポキシ当量が150〜2
50、軟化点が60〜130℃であり、かつNa+,Cl-等のイオン
性不純物が出来る限り少ないものが好ましい。
これらのフェノール性水酸基含有オルガノポリシロキ
サンとエポキシ樹脂との反応は有機溶媒中でイミダゾー
ル類、有ホスフィン類及び第3級アミン類から選ばれた
1種又は2種以上の触媒を用い反応温度100〜180℃で1
時間以上開環付加反応させることによって得ることがで
きる。反応温度が100℃を下回れば反応が不十分とな
り、180℃を上回ればゲル化してしまう傾向がある。
又、反応時間としては1時間以上必要であり反応時間
が1時間を下回れば反応が不十分となってしまう。
配合量はエポキシ樹脂100重量部に対してフェノール
性水酸基含有オルガノポリシロキサンを5〜60重量部、
好ましくは15〜30重量部となるようにし反応させる。
エポキシ樹脂100重量部に対するフェノール性水酸基
含有オルガノポリシロキサンの配合量が5重量部を下回
れば可撓性が不十分となる傾向にあり、60重量部を上回
れば未反応のオルガノポリシロキサンが残存し、成形加
工性が低下する傾向がある。
反応の際用いる有機溶剤としては常圧における沸点が
80〜180℃のアルコール類、ケトン類及びエステル類か
ら選ばれた1種または2種以上含有していれば他の溶媒
が混在していても差し支えがない。
これらの有機溶媒の中でもエポキシ樹脂とフェノール
性水酸基含有オルガノポリシロキサンの両方に適度の相
溶性を有するアルコール類が最も好ましい。
本発明の(A)成分としてのシリコーン変性エポキシ
樹脂は封止材の成形加工性、捺印性の低下をまねくこと
なく耐湿性、耐衝撃性や半田耐熱性を大幅に改善するこ
とを可能とする重要な成分であり、単独もしくは他のエ
ポキシ樹脂と混合して用いても良いが、これらの混合系
においては該シリコーン変性エポキシ樹脂は総エポキシ
樹脂の50重量%以上用いることが望ましい。
本発明で用いられる(B)成分としてのフェノール樹
脂は上記のエポキシ樹脂の硬化剤としての働きをするも
のであり、フェノールノボラック、クレゾールノボラッ
ク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。
用いられるフェノール樹脂は水酸基当量が80〜150、
軟化点が60〜120℃であり、Na+,Cl-等のイオン性不純物
ができるだけ少ないものが好ましい。
本発明で用いられる(C)成分としての無機充填剤と
しては結晶シリカ、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
特に結晶シリカ又は溶融シリカが好適に用いられる。
又、これら以外の成分として必要に応じて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の硬化促進剤、天然ワックス類、合
成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
ことが出来る。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造する
場合の一般的な方法としては、所定の組成比の原料をミ
キサー等によって十分均一に混合した後、更にロールや
ニーダー等により溶融混合処理し、次いで冷却固化させ
適当な大きさに粉砕することにより、容易に行うことが
できる。
(実施例) エポキシ樹脂100重量部とフェノール性水酸基含有オ
ルガノポリシロキサン(a〜c)25重量部とを第1表に
示す反応条件で反応させ3種のシリコーン変性エポキシ
樹脂(イ〜ハ)を得た。
*1式(I)で示されるオルガノポリシロキサンとビス
フェノールAとを反応させたもの *2式(II)で示されるオルガノポリシロキサンとビス
フェノールFとを反応させたもの *3式(III)で示されるオルガノポリシロキサンとビ
スフェノールAとを反応させたもの *41,8−ジアザビシクロ〔5,4,0〕ウンデセン−7 実施例1 シリコン変性エポキシ樹脂(イ) 90重量部 臭素化フェノールノボラックエポキシ樹脂 (エポキシ当量270、軟化点71℃、臭素含有量30wt%) 10重量部 フェノールノボラック樹脂 (OH当量106、軟化点100℃) 40重量部 溶融シリカ 470重量部 三酸化アンチモン 25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 3重量部 カルナバワックス 3重量部 カーボンブラック 3重量部 を常温で十分に混合し、さらに95〜100℃で混練し、冷
却した後粉砕してタブレット化して本願発明の半導体封
止用エポキシ樹脂組成物を得た。この材料の型汚れ性、
樹脂バリ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)を用いて判定すると共に、得ら
れた成形品を175℃、8時間で後硬化しパッケージ内部
のボイド、捺印性、耐熱衝撃性、耐湿性および半田耐熱
性を評価した。
その結果を第2表に示す。
比較例1,2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。
*5型曇りが発生するまでの成形ショツト数にて判定。*6 得られた成形品のベント部の樹脂バリの長さを測
定。*7 10ショツト目の成形品を使用し、捺印後セロテープ
をはり、このセロテープをはがした時、捺印が取られた
数で判定。表中には成形品50個中の捺印のはがれた個数
を示す。*8 成形品20個(後硬化175℃、8Hrs)を温度サイクル
テスト(150℃〜−65℃)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で判定。表中には成形品
20個中のクラックの発生した個数を示す。*9 成形品100個(後硬化175℃、8Hrs)を120℃の高圧
水蒸気中で1000時間の耐湿テストを行い発生した不良個
数で判定。表中には成形品100個中の不良の発生した個
数を示す。*10 成形品16個(後硬化175℃、8Hrs)を85℃、85%の
水蒸気中で72時間処理後、260℃の半田浴に10秒浸漬し
クラックの発生した個数で判定。表中には成形品16個中
のクラックの発生した個数を示す。
(発明の効果) エポキシ樹脂との相溶性、反応性が良好なフェノール
性水酸基含有オルガノポリシロキサンとエポキシ樹脂と
を触媒の存在下で反応して得られるシリコーン変性エポ
キシ樹脂を用いることにより従来に比べて成形加工性、
捺印性の低下をまねくことなく耐湿性、耐熱衝撃性や半
田耐熱性が著しく向上した半導体封止用エポキシ樹脂組
成物が得られる。
この半導体封止用エポキシ樹脂組成物は耐衝撃性に優
れることから大きなチップを封止することが可能で、且
つ半田耐熱性にも非常に優れることから薄いパッケージ
に用いても従来は得ることのできなかった非常に信頼性
の高いものである。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08G 59/00 - 59/72 C08L 63/00 - 63/10

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(A)オルガノポリシロキサンとビスフェ
    ノール系化合物とを反応させて得られるフェノール性水
    酸基を1分子中に3〜10個有し、且つシロキサン重合度
    が10〜200であるフェノール性水酸基含有オルガノポリ
    シロキサンとエポキシ樹脂とを触媒存在下で反応して得
    られるシリコーン変性エポキシ樹脂、 (B)フェノール樹脂、(C)無機充填剤を必須成分と
    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。
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