JP2951089B2 - 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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイスの表面
実装化における耐半田ストレス性に優れた半導体封止用
エポキシ樹脂組成物に関するものである。
【0002】
【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、耐湿性に優れたオルソクレゾー
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組成物が用いられている。
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、薄型のQFP,SOP,S
OJ,PLCCに変わってきている。
【0003】つまり大型チップを、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が発生、
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。特に半田付けの工程に
おいて、急激に250℃以上の高温にさらされることに
より、前記の問題点が発生しており、これらの大型チッ
プを封止するのに適した、信頼性の高い封止用樹脂組成
物の開発が望まれてきている。
【0004】これらの問題点を解決するために、半田付
け時に熱衝撃を緩和する目的で、熱可塑性オリゴマーの
添加(特開昭62−115849号公報)や各種シリコ
ーン化合物の添加(特開昭62−115850号公報、
62−116654号公報、62−128162号公
報)、さらにはシリコーン変性(特開昭62−1368
60号公報)等の手法で対処しているが、いずれも半田
付け時にパッケージにクラックが生じてしまい、信頼性
の高い封止用エポキシ樹脂組成物を得るまでには至らな
かった。
【0005】一方、半田付け時の耐熱ストレス性、つま
り耐半田ストレス性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂
組成物を得る為に、樹脂系としてビフェニル型エポキシ
樹脂の使用(特開昭64−65116号公報)等が検討
されてきたが、ビフェニル型エポキシ樹脂の使用によ
り、リードフレームとの密着性及び、低吸水性が向上
し、耐半田ストレス性の向上、特にクラック発生が低減
するが、250℃以上の高温では、耐半田ストレス性が
不十分である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこの様な問題
に対して、式(1)で示されるエポキシ樹脂を用いて、
低吸水化、低線膨張化をはかり、また式(2)で示され
る硬化剤を用いて、低吸水化、可撓性付与をはかり、そ
の相乗効果により、基板実装時における半導体パッケー
ジの耐半田ストレス性を著しく向上させた、半導体封止
用エポキシ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】本発明のエポキシ樹脂組
成物は、(A)下記式(1)で示されるエポキシ樹脂を
総エポキシ樹脂量に対して30〜100重量%含むエポ
キシ樹脂、
【0008】
【化3】
【0009】(n=1〜6) (B)下記式(2)で示されフェノール樹脂硬化剤を総
フェノール樹脂硬化剤量に対して30〜100重量%含
むフェノール樹脂硬化剤、
【0010】
【化4】 (n=1〜6)
【0011】(C)無機質充填材及び (D)硬化促進剤 を必須成分とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物で、
従来のエポキシ樹脂組成物に比べ、非常に優れた半田耐
熱性を有するものである。
【0012】式(1)で示されるエポキシ樹脂は、パラ
クレゾールとαナフトールの共縮合ノボラックエポキシ
樹脂であり、低吸水性に優れ、線膨張係数が小さい、と
いう特徴を有し、半田付け時の半田耐熱性に良好な結果
を示す。このパラクレゾールとαナフトールの共縮合ノ
ボラックエポキシ樹脂の使用量は、これを調節すること
により半田耐熱性を最大限に引き出すことができる。半
田耐熱性の効果を出すためには、パラクレゾールとαナ
フトールの共縮合ノボラックエポキシ樹脂を総エポキシ
樹脂量の30重量%以上、好ましくは60重量%以上の
使用が望ましい。30重量%未満では低吸水性、低線膨
張係数が十分に得られず、半田耐熱性が不十分である。
nの値は1〜6であり、6を超えると流動性が低下し、
成形性が悪くなる。
【0013】パラクレゾールとαナフトール共縮合ノボ
ラックエポキシ樹脂以外の他のエポキシ樹脂を併用する
場合、用いるエポキシ樹脂とは、エポキシ基を有するポ
リマー全般をいう。例えばビスフェノール型エポキシ樹
脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル
型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹
脂、及びトリフェノールメタン型エポキシ樹脂、アルキ
ル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂等の3官能
型エポキシ樹脂、トリアジン環含有エポキシ樹脂等のこ
とをいう。
【0014】式(2)で示される硬化剤は、ジシクロペ
ンタジエン変性フェノール樹脂であり、低吸水性及び、
可撓性に優れる特徴を有する。特に半田付け時の高温時
の可撓性に優れており250〜260℃の半田付け時の
半田耐熱性に著しい効果をもたらす。このジシクロペン
タジエン変性フェノール樹脂の使用量は、これを調整す
ることにより半田耐熱性を最大限に引き出すことができ
る。半田耐熱性の効果を出すためには、式(2)で示さ
れるジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂を総フェ
ノール樹脂量の30重量%以上、好ましくは60重量%
以上の使用が望ましい。30重量%未満では可撓性が不
十分となり、半田付け時の半田耐熱性が十分に得られな
い。nの値は1〜6であり、6を超えると流動性が低下
し、成形性が悪くなる。
【0015】式(2)で示されるフェノール樹脂硬化剤
以外に他の物を併用する場合、用いるものとしては主に
フェノール性水酸基を有するポリマー全般をいう。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、ナフタレン変性フェノール樹脂等を用いることが
できる。本発明で用いる無機質充填材としては、溶融シ
リカ粉末、球状シリカ粉末、結晶シリカ粉末、二次凝集
シリカ粉末、多孔質シリカ粉末を粉砕したシリカ粉末、
アルミナ等が挙げられ、特に溶融シリカ粉末、球状シリ
カ粉末及び溶融シリカ粉末と球状シリカ粉末との混合物
が好ましい。また無機質充填材の配合量としては、耐半
田ストレス性と成形性のバランスから、総樹脂組成物に
対して70〜90重量%が望ましい。
【0016】更に本発明に用いる硬化促進剤はエポキシ
基とフェノール性水酸基の反応を促進するものであれば
良く、一般に封止材料に使用されているものを広く使用
することができる。例えばトリフェニルホスフィン(T
PP)、トリブチルホスフィン、トリ(4−メチルフェ
ニル)ホスフィン等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−
ジアザビシクロ[5,4,0]−7−ウンデセン(DB
U)等の3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
ール等のイミダゾール化合物等が挙げられる。これらを
単独で用いても、あるいはその2種以上の併用も可能で
ある。
【0017】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、ブロム化エポキシ、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、シリコーンオイ
ル、ゴム等の低応力成分を添加することができる。本発
明のエポキシ樹脂組成物はエポキシ樹脂、硬化剤、無機
質充填材、硬化促進剤、その他の添加剤をミキサー等で
均一に混合した後、ロール、押し出し機等の一般混練装
置により熱溶融混練し、冷却、粉砕することにより成形
材料とすることができる。
【0018】
【実施例】以下本発明を実施例で具体的に説明する。配
合割合は重量部である。
【0019】実施例1 下記式(1)で示されるエポキシ樹脂
【0020】
【化5】
【0021】 (n=1が40重量%、n=2が60重量%の混合物、エポキシ当量230、 軟化点80℃) 4.5重量部 オルソクレゾールノボラックエポキシ樹脂、(エポキシ当量200、 軟化点65℃) 10.5重量部 下記式(2)で示されるフェノール樹脂硬化剤
【0022】
【化6】
【0023】 (n=3が70重量%、n=4が30重量%の混合物、 水酸基当量190、軟化点100℃) 3重量部 フェノールノボラック樹脂(水酸基当量105、軟化点100℃) 6重量部 溶融シリカ粉末 75重量部 トリフェニルホスフィン 0.2重量部 カーボンブラック 0.3重量部 カルナバワックス 0.5重量部 をミキサーで常温で混合し、70〜100℃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た。得ら
れた成形材料をタブレット化し、低圧トランスファー成
形機にて175℃、70kg/cm2 、120秒の条件で半
田クラック試験用として6×6mmのチップを52pパッ
ケージに封入し、また半田耐湿試験用として3×6mmの
チップを16pSOPパッケージに封入した。封止した
テスト用素子について下記の半田クラック試験及び半田
耐湿性試験を行った。
【0024】半田クラック試験:封止したテスト用素子
を85℃、85%RHの環境下で48Hr及び72Hr
処理し、その後260℃の半田槽に10秒間浸漬後、顕
微鏡で外部クラックを観察した。 半田耐湿性試験:封止しテスト用素子を85℃、85%
RHの環境下で72Hr処理し、その後260℃の半田
槽に10秒間浸漬後、プレッシャークッカー試験(12
5℃、100%RH)を行い、回路のオープン不良を測
定した。試験結果を表1に示す。
【0025】実施例2〜5 表1の処方に従って配合し、実施例1と同様にして成形
材料を得た。この成形材料でテスト用素子を封止した成
形品を得、この成形品を用いて実施例1と同様に半田ク
ラック試験及び半田耐湿性試験を行った。試験結果を表
1に示す。
【0026】比較例1〜5 表1の処方に従って配合し、実施例1と同様にして成形
材料を得た。この成形材料でテスト用素子を封止した成
形品を得、この成形品を用いて実施例1と同様に半田ク
ラック試験及び半田耐湿性試験を行った。試験結果を表
1に示す。
【0027】
【表1】
【0028】
【発明の効果】本発明に従うと従来技術では得ることが
できなかった耐半田ストレス性を有するエポキシ樹脂組
成物を得ることができるので、半田付け工程時の耐クラ
ック性に非常に優れ、更に耐湿性が良好なことから表面
実装パッケージに搭載された高集積大型チップICにお
いて好適である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)下記式(1)で示されるエポキシ
    樹脂を総エポキシ樹脂量に対して30〜100重量%含
    むエポキシ樹脂、 【化1】 (n=1〜6) (B)下記式(2)で示されフェノール樹脂硬化剤を総
    フェノール樹脂硬化剤量に対して30〜100重量%含
    むフェノール樹脂硬化剤、 【化2】 (n=1〜6) (C)無機質充填材及び (D)硬化促進剤 を必須成分とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
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