JP2869077B2 - エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

エポキシ樹脂組成物

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JP2869077B2 JP63331413A JP33141388A JP2869077B2 JP 2869077 B2 JP2869077 B2 JP 2869077B2 JP 63331413 A JP63331413 A JP 63331413A JP 33141388 A JP33141388 A JP 33141388A JP 2869077 B2 JP2869077 B2 JP 2869077B2
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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、信頼性を改良した半導体封止用エポキシ樹
脂組成物に関するものである。
〈従来の技術〉 たとえば、半導体装置などの電子回路部品の封止方法
としては、従来より金属やセラミックスによるハーメチ
ックシールやフェノール樹脂、シリコーン樹脂およびエ
ポキシ樹脂などによる樹脂封止が提案されているが、経
済性、生産性および物性のバランスの点からエポキシ樹
脂による樹脂封止が中心になっている。
しかるに、エポキシ樹脂は耐熱性、耐湿性、電気特性
および接着性などが優れており、さらには配合処方によ
り種々の特性を付与できるという特徴を有しているもの
の、剛直な網目構造を有するために熱応力が発生しやす
く、たとえば、半導体装置の封止に用いた場合、急激な
温度変化によりパシベーション膜や素子の表面にクラッ
クを生じたり、アルミ配線がスライドして電流がリーク
したり、さらには封止樹脂自体にクラックを生じたりす
るという好ましくない傾向があった。
このために、エポキシ樹脂に対する低応力剤としてゴ
ム類を配合する方法(特開昭58−219218号、特開昭59−
96122号公報)およびシリコーンオイル類を配合する方
法(特開昭61−48544号公報)などが提案されており、
なかでもシリコーンオイル類、すなわちオルガノポリシ
ロキサン誘導体を用いたエポキシ樹脂組成物は、高温安
定性および電気特性が改良されて、半導体封止用樹脂と
しての優れた性能を具備している。
〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、オルガノポリシロキサン誘導体は、エ
ポキシ樹脂との相溶性がよくないため、このものをその
まま添加した場合には、エポキシ樹脂中での分散が悪
く、成形時のバリを大幅に増加させると共に、オルガノ
ポリシロキサン誘導体自身が表面ににじみでてきて、捺
印性(インクマーク性)を阻害するなどの点で、信頼性
に劣るという問題があった。
そこで本発明の課題は、上述した従来の半導体封止エ
ポキシ樹脂組成物が有する問題点を解消することにあ
る。
したがって本発明の目的は、クラックやバリの発生が
なく、しかも捺印性が優れ、信頼性が向上した半導体封
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、上記目的を達成するために鋭意検討し
た結果、両末端にエポキシ基を含有するオルガノポリシ
ロキサンと、特定のフェノール化合物との反応生成物を
低応力化剤として使用することにより、上記目的に合致
したエポキシ樹脂組成物が得られることを見出し、本発
明に到達した。
すなわち本発明は、エポキシ樹脂(A)、硬化剤
(B)、両末端にエポキシ基を含有するオルガノポリシ
ロキサンと、下記一般式(I)で表されるフェノール化
合物との反応生成物(C)(以下、変性オルガノポリシ
ロキサン(C)と呼ぶ)およびシリカ粉末(D)からな
り、該エポキシ樹脂(A)は少なくとも下記一般式(I
I)で表される骨格を有するエポキシ樹脂を必須成分と
して含有することを特徴とする印刷された半導体の封止
用エポキシ樹脂組成物を提供するものである。
(ただし、式中のR1は水素原子、メチル基またはエチル
基を、R2は水素原子またはメチル基を示す。) (ただし、式中のR1〜R8は水素原子、C1〜C4の低級アル
キル基またはハロゲン原子を示す。) 本発明で使用するエポキシ樹脂(A)としては、たと
えば、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノー
ルノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールAやレゾ
ルシンなどから合成される各種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、線状脂肪族エポ
キシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂および複素環式エポキシ
樹脂などが挙げられるなかでもノボラック型エポキシ樹
脂が耐湿性の面から最も好適に使用できる。
なお、上記エポキシ樹脂(A)は、それぞれ単独で、
あるいは二種以上を併用して使用することができるが、
さらに室温では固体であるが、高温では粘度の低い液体
となる、下記一般式(II)で表わされる骨格を有するエ
ポキシ樹脂(A-)を混合使用することにより、取扱作業
性の向上やシリカの添加量増加などを図ることができ
る。
(ただし、R1〜R8は水素原子、C1〜C4の低級アルキル基
またはハロゲン原子を示す。) これらエポキシ樹脂(A-)の具体例としては、4,4′
−ビス(2,3−エポキシプロポキシ)ビフェニル、4,4′
−ビス(2,3−エポキシプロポキシ)−3,3′,5,5′−テ
トラメチルビフェニル、4−4′−ビス(2,3−エポキ
シプロポキシ)−3,3′,5−5′−テトメラチル−2−
クロロビフェニル、4,4′−ビス(2,3−エポキシプロポ
キシ)−3,3′,5,5′−テトラメチル−2−ブロモビフ
ェニル、4,4′−ビス(2,3−エポキシプロポキシ)−3,
3′,5,5′−テトラエチルビフェニルおよび4,4′−ビス
(2,3−エポキシプロポキシ)−3,3′,5,5′−テトメブ
チルビフェニルなどが挙げられれ、これらの配合量は上
記エポキシ樹脂(A)に対して通常5重量%以上が好適
である。
本発明で用いる硬化剤(B)は、エポキシ樹脂(A)
と反応して硬化されるものであれば特に限定されるもの
ではなく、たとえば、フェノールノボラック樹脂、クレ
ゾールノボラック樹脂、下記式一般式(III)で表わさ
れるノボラック樹脂、 (ただし、nは0以上の整数を示す。) ビスフェノールAやレゾルシンから合成される各種ノ
ボラック樹脂、各種多価フェノール化合物、無水マレイ
ン酸、無水フタル酸、無水ピロメリット酸などの酸無水
物およびメタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニル
メタン、ジアミノジフェニルスルホンなどの芳香族アミ
ンなどが挙げられる。なかでも、ノボラック型フェノー
ル樹脂が好適であり、ここでいうノボラック型フェノー
ル樹脂としては、フェノールおよびアルキルフェノール
などのフェノール類とホルムアルデヒドとを反応させて
得られるノボラック樹脂型フェノール樹脂を特に制限な
く使用することができるが、望ましくは、軟化点が70〜
95℃、水酸基当量が95〜150のもがさらに好適である。
本発明のエポキシ樹脂組成物において、硬化剤(B)
の配合量については特に制限はないが、通常は1〜20重
量%、好ましくは2〜15重量%である。
エポキシ樹脂(A)と硬化剤(B)の配合比は、機械
的性質や耐熱性などの点からエポキシ樹脂(A)に対す
る硬化剤(B)の化学当量比が0.5〜1.5、特に0.7〜1.3
の範囲にあることが好ましい。
次に、本発明の変性オルガノポリシロキサン(C)を
形成する両末端にエポキシ基を含有するオルガノポリシ
ロキサン(C1)とは、次の一般式(IV)で示される化合
物である。
(式中、nは1以上の整数、Rは2価の有機基を示
す。) 上記式(IV)におけるRは2価の有機基、たとえば置
換もしくは置換アルキレン基、非置換もしくは置換フェ
ニレン基および非置換もしくは置換アラルキレン基を示
し、その具体例としてはエチレン基、プロピレン基、ブ
チレン基、テトラメチレン基、ヘキサメチレン基、ヘプ
タメチレン基、オクタメチレン基、ノナメチレン基、デ
カメチレン基、フェニレン基、トリレン基およびキシリ
レン基などが挙げられるが、なかでもエチレン基が好適
である。また上記式(III)においてnは好ましくは5
〜200である。
また、上記一般式(I)で表されるフェノール化合物
(C2)としては、たとえばビスフェノールA、ビスフェ
ノールF、テトメラメチルビスフェノールA、テトラメ
チルビスフェノールF、テトラエチルビスフェノールA
およびテトラエチルビスフェノールFなどが挙げられ
る。
上記両末端にエポキシ基を含有するオルガノポリシロ
キサン(C1)に対する上記フェノール化合物(C2)の反
応割合は、前者1当量に対し、後者が0.5〜2.0当量、特
に0.7〜当量となる範囲が好適である。フェノール化合
物(C2)の反応割合が上記の範囲よりも多いと、得られ
るエポキシ樹脂組成物の耐熱性が低下し、、また上記の
範囲よりも少ないと、組成物の成形時にバリを生じた
り、前者のオルガノポリシロキサン成分の滲み出しが生
起するという好ましくない傾向が招かれることがある。
なお、上記オルガノポリシロキサン(C1)と、フェノ
ール化合物(C2)の反応は、たとえば両者を加熱混合し
た後、触媒としてトリフェニルホスフィンを添加して反
応を生起せしめ、次いで冷却することにより行われる。
ここで、触媒の添加量が少ない場合には反応生成物の粘
度が増大し、逆に少ない場合には反応中にゲル化を生じ
るため注意を要する。
なお、本発明における変性オルガノポリシロキサン
(C)は、上記オルガノポリシロキサン(C1)とフェノ
ール化合物(C2)が全て反応したものに限らず、未反応
原料を一部含有しているものも包含するが、望ましくは
全てが反応したものが好適である。
これら変性オルガノポリシロキサン(C)の添加方法
には特に制限はないが、予めシリカ粉末(D)と混合し
ておくか、あるいはエポキシ樹脂(A)と加熱混合する
方法が望ましい。
次いで、本発明で用いるシリカ粉末(D)について
は、その種類を特に限定しないが、好ましくは、平均粒
径30μm以下で、最大粒径100μm以下のものであれば
粉砕品でも、球状品でも、また両者の混合品でも使用す
ることができる。
シリカ(D)の配合割合は、エポキシ樹脂組成物に対
して65〜85重量%が好ましい。この範囲より多くなると
流動性が極端に低下し形成ができなくなり、またこの範
囲より少なくなると組成物の熱膨張率が大きくなるなど
の好ましくない問題を生ずることがある。
本発明においては、上記4成分のほかに必要に応じて
硬化促進剤、離型剤、カップリング剤、難燃剤、着色剤
を用いることができる。硬化促進剤としては,エポキシ
樹脂をフェノールで硬化させる際の反応触媒となるもの
はすべて用いることができ、たとえば、2−メチルイミ
ダゾール、2−フェニルイミダゾールなどのイミダゾー
ル類、ベンジルジメチルアミン、1,8−ジアザビシクロ
(5,4,0)ウンデセン−7(DBUと略す)などのアミン
類、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスホニ
ウムテトラフェニルボレートなどの有機リン化合物など
が好ましく用いられる。
離型剤としては、天然ワックス類、合成ワックス類お
よび長鎖脂肪酸の金属塩類などを用いることができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、上記原料を用いて次
のようにして製造することもできる。すなわち、上記エ
ポキシ樹脂(A)、硬化剤(B)、変性オルガノポリシ
ロキサン(C)、シリカ(D)およびその他の添加剤と
を適宜配合し、ミキサーなどで十分均一混合した後、熱
ロールなどで溶融混練し、室温に戻し粉砕し封止材料用
組成物とすることができる。この組成物を用いて半導体
素子を封止した場合、得られる装置は、バリやクラック
の発生が少なく、極めて優れた低応力性および捺印性を
発揮する。これは変性オルガノポリシロキサン(C)の
フェノール性水酸基がシリカ(D)と反応して(C)成
分自体が微分散してその流出が防止され、さらには
(C)成分がエポキシ樹脂(A)中に微分散して、その
滲み出しが一層効果的に防止されることによるものと考
えられる。
〈実施例〉 以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
実験例1 (変性オルガノポリシロキサン(C)の合成) 攪拌機、温度計を具えたフラスコ中に、表1に示した
構造式からなるエポキシ基を含有するアルガノポリシロ
キサン(C1)およびフェノール化合物(C2b)を、夫々
表2に示す割合(重量比)で加え、窒素気流下、160℃
で5分間攪拌した後、トリフェニルホスフィンを1.5g加
えることにより、反応生成物(変性オルガノポリシロキ
サン)bを得た。
実施例1、比較例1〜5 実験例1によって得られた変性オルガノポリシロキサ
ンbと他の原料を表3に示す割合で室温で混合したの
ち、90〜95℃で混練し冷却して、粉砕し目的とする粉末
状のエポキシ樹脂組成物を得た。
この樹脂組成物を用い、低圧トランスファー成形法に
より175℃×4分の条件で成形して曲げ試験片(5″×1
/2″×1/4″)および模擬素子を封止した44pinQFPを得
たのち、175℃で5時間ポストキュアした。ポストキュ
ア後、次の物性測定法により、各組成物の物性を測定し
た。
曲げ弾性率:曲げ試験片を用いてASTM D−790規格にし
たがい測定した。
ガラス転移温度:試験(1/2″×1/4″×1/4″)につい
てTMA(昇温速度:10℃/分)で測定した。
バリ:バリ金型を用いて評価。レジンフラッシュが3mm
以下を○、3mm超を×と判定した。
ヒートサイクル:44pinQFP50個に150℃×30分〜−60℃×
30分のサーマルサイクルを500回与え、50個のうちクラ
ックが発生する個数を求めた。
捺印性:得られたデバイスを後硬化した後、フロンで洗
浄し乾燥した。それに 線幅のことなるスタンプを用い熱硬化性インクを捺印し
て、熱硬化した。このものをフロン洗浄(3分)した
後、豚毛のブラッシで10回擦った。この作業を3回繰り
返し、インクの付着状態を顕微鏡で観察した。インクの
剥離が見られたものを×、そうでないものを○と判定し
た。
これらの結果を表4に示す。
表4の結果から明らかなように、本発明のエポキシ樹
脂組成物は、曲げ弾性率が低くて、良好な低応力性を有
しており、しかもクラックのバリの発生がなく、捺印性
も優れている。
〈発明の効果〉 本発明の封止用エポキシ樹脂組成物は、クラックやバ
リの発生がなく、しかも捺印性が優れており、信頼性が
向上した半導体装置を与えることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−50324(JP,A) 特開 昭62−254454(JP,A) 特開 昭61−98726(JP,A) 特開 平1−217030(JP,A) 特開 平1−153713(JP,A) 特開 昭59−172541(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エポキシ樹脂(A)、硬化剤(B)、両末
    端にエポキシ基を含有するオルガノポリシロキサンと、
    下記一般式(I)で表されるフェノール化合物との反応
    生成物(C)およびシリカ粉末(D)からなり、該エポ
    キシ樹脂(A)は少なくとも下記一般式(II)で表され
    る骨格を有するエポキシ樹脂を必須成分として含有する
    ことを特徴とする捺印された半導体の封止用エポキシ組
    成物。 (ただし、式中のR1は水素原子、メチル基またはエチル
    基を、R2は水素原子またはメチル基を示す。) (ただし、式中のR1〜R8は水素原子、C1〜C4の低級アル
    キル基またはハロゲン原子を示す。)
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