JP2953661B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂成形材料 - Google Patents

半導体封止用エポキシ樹脂成形材料

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JP2953661B2 JP63076595A JP7659588A JP2953661B2 JP 2953661 B2 JP2953661 B2 JP 2953661B2 JP 63076595 A JP63076595 A JP 63076595A JP 7659588 A JP7659588 A JP 7659588A JP 2953661 B2 JP2953661 B2 JP 2953661B2
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【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は半導体封止用エポキシ樹脂成形材料に関し、
特に低応力性で耐熱性に優れたものである。
(従来の技術) エポキシ樹脂成形材料は、コンデンサ、ダイオード、
トランジスタ、サイリスタ等の個別半導体及びIC、LSI
等の集積回路等を、機械的・電気的な外部環境から保護
する封止材料として大量に用いられている。
ところで、近年、電子部品の小型化や薄型化に対応し
て表面実装が採用されるようになってきており、それに
伴って封止樹脂にはハンダ耐熱性が要求されている。ま
た、半導体素子と封止樹脂との熱膨張差に起因して発生
する内部応力によって、素子表面のアルミ配線のズレ、
リンケイ酸ガラス(PSG)や窒化ケイ素(SiN)等の保護
膜の割れ、素子ペレット自体の割れが生じるため、封止
樹脂には内部応力の低減が強く要求されている。
従来、半導体装置の封止用成形材料には、耐熱性エポ
キシ樹脂として例えば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、メチレン
ジアミンのテトラエポキシ化物、トリ又はテトラ(ヒド
ロキシフェニル)アルカンのエポキシ化物、及び硬化剤
として上記樹脂のフェノール類を成分とするものが使用
され、特にトリ又はテトラ(ヒドロキシフェニル)アル
カンのエポキシ化物を用いたものでは高いガラス転移点
が得られている。
しかし、上記のような耐熱性エポキシ樹脂を用いた成
形材料の硬化物は、弾性率が高いため内部応力も大き
い。そこで、内部応力を小さくするため、可撓性付与剤
を添加して弾性率を下げることが行われている。ただ
し、このような可撓性付与剤を添加した場合、架橋密度
の低下に伴ない、ガラス転移点の低下、線膨張率の増
加、耐湿性の低下などの問題が発生していた。
(発明が解決しようとする課題) 本発明は上記課題を解決するためになされたものであ
り、低応力性でかつ耐湿性及び耐熱性に優れた硬化物を
与える半導体封止用エポキシ樹脂成形材料を提供するこ
とを目的とする。
[発明の構成] (課題を解決するための手段と作用) 本発明の半導体封止用エポキシ樹脂成形材料は、
(a)1分子当りのエポキシ基数が3以上のエポキシ樹
脂、(b)一般式(I) (式中、R1、R2は水素原子又は炭素数1〜20のアルキル
基、R3は単結合又はメチレン、エチレン等のアルキレン
基を示す)で表わされるトリス(ヒドロキシフェニル)
アルカンからなる硬化剤、(c)メチルメタクリレート
・ブタジエン・スチレン共重合体、(d)硬化促進剤、
(e)充填剤を含有することを特徴とするものである。
以下、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂成形材料の
各構成成分について詳細に説明する。
本発明において、(a)成分である1分子当りのエポ
キシ基数が3以上のエポキシ樹脂としては、例えば一般
式(II) (R2〜R3は上記と同意義、R1′は水素原子又は炭素数1
〜20のアルキル基を示す) で表わされるトリス(ヒドロキシフェニル)アルカンの
エポキシ化物、一般式(III) (R1、R2は上記と同意義) で表わされるテトラ(ヒドロキシフェニル)アルカンの
エポキシ化物、2,2′,4,4′−テトラグリシドキシベン
ゾフェノン、パラアミノフェノールのトリグリシジルエ
ーテル、ポリアリルグリシジルエーテル、1,3,5−トリ
グリシジルエーテルベンゼン、2,2′,4,4′−テトラグ
リシドキシビフェニル、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、ナフト
ールのノボラック型エポキシ樹脂、ハロゲン化フェノー
ルノボラック型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらは
単独あるいは2種以上混合して使用される。
本発明においては、本発明の効果を失わない限度で、
例えばビスフェノールAのグリシジルエーテル、ビスフ
ェノールFのグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノー
ルAのグリシジルエーテル等のエポキシ樹脂を併用して
もよい。
本発明において、(b)成分である一般式(I)で表
わされるトリ(ヒドロキシフェニル)アルカンからなる
硬化剤としては、例えばトリス(ヒドロキシフェニル)
メタン、トリス(ヒドロキシメチルフェニル)メタン、
トリス(ヒドロキシフェニル)エタン、トリス(ヒドロ
キシフェニル)プロパン、トリス(ヒドロキシフェニ
ル)メチルメタン等が挙げられる。これらは単独又は2
種以上混合して用いられる。
本発明においては、本発明の効果を失わない限度で、
フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹
脂、フェノールアラルキル樹脂等のフェノール樹脂を併
用することができる。
これら(a)成分のエポキシ樹脂と(b)成分の硬化
剤との配合比については、硬化剤のフェノール性水酸基
数とエポキシ樹脂のエポキシ基数との比(フェノール性
水酸基数/エポキシ基数)が0.5〜1.5の範囲となるよう
に配合することが望ましい。これは、上記値が0.5未満
では硬化反応が充分に起りにくくなり、一方上記値が1.
5を超えると硬化物の特性、特に耐湿性が劣化しやすく
なるためである。
本発明において、(c)成分は内部応力の低減に寄与
する成分、いわゆる低応力化剤である。(c)成分であ
るメチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン共重合
体としては、例えばスチレン・ブタジエンのラテックス
にスチレン及びメチルメタクリレートのモノマーをグラ
フト重合して得られるものが挙げられる。
本発明においては、本発明の効果を失わない範囲で、
ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーン
オイル等のシリコーンオイル、アルキル変成シリコーン
オイル、脂肪族変成シリコーンオイル、エポキシ変成シ
リコーンオイル、ポリエーテル変成シリコーンオイル、
アミノ変成シリコーンオイル、ヒドロキシ変成シリコー
ンオイル等の変成シリコーンオイル、又は付加型シリコ
ーンゴムあるいはゲル、縮合型シリコーンゴムあるいは
ゲル等を併用することができる。
この(c)成分の配合量は、エポキシ樹脂成形材料全
体の0.3〜10重量%の範囲が望ましく、更に好ましくは
0.5〜5重量%である。これは、配合量が0.3重量%未満
では低応力化が不充分となり、一方10重量%を超えると
耐熱性、耐湿性、成形性が低下しやすいためである。な
お、メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン共重
合体の場合、粒子の大きさは平均粒子径が0.1〜300μm
が望ましく、更に好ましくは1〜100μmである。ま
た、メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン共重
合体は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂が加熱溶融する
温度で予備混合した後、粉砕してエポキシ樹脂成形材料
に配合することもできる。
本発明において、(d)成分である硬化促進剤として
は、一般に知られている硬化促進剤を使用することがで
きる。例えば第3アミン類、イミダゾール類、ジアザビ
シクロアルケン類やその塩類、有機ホスフィン類、有機
金属化合物などが挙げられる。このうち、耐湿性及び電
気特性の面からは有機ホスフィン類が好ましい。また、
耐熱性の面からはイミダゾール類が好ましく、特に高い
ガラス転移点が得られる2−メチルイミダゾールが好ま
しい。
この(d)成分の配合割合は、エポキシ樹脂と硬化剤
の総量に対して0.01〜5重量%であることが望ましい。
これは、配合割合が0.01重量%未満では硬化が遅く、一
方5重量%を超えると硬化物の特性が劣化するためであ
る。
本発明において、(e)成分である充填剤としては、
石英ガラス、結晶性シリカ、ジルコン、アルミナ、ケイ
酸カルシウム、マグネサイト、クレーカオリン、タル
ク、マイカ、アスベスト、ガラス繊維、セラミック繊
維、炭化珪素、窒化ホウ素、窒化ケイ素、窒化アルミニ
ウム、チタン白、炭酸カルシウム、石コウ等を挙げるこ
とができる。
この(e)成分の配合割合は、エポキシ樹脂成形材料
中の50〜85重量%であることが望ましい。これは、50重
量%未満では熱膨張率が大きくなり、一方85重量%を超
えると流動性が低下するためである。
なお、本発明においては、上記の各成分のほかにも、
必要に応じて天然ワックス類、合成ワックス類、直鎖脂
肪酸の金属塩、酸アミド類、エステル類、パラフィン類
等の離型剤;シラン系化合物、ボラン系化合物、アルコ
キシチタネート系化合物、アルミキレート系化合物等の
カップリング剤;アンチモンやリンの化合物、ハロゲン
含有化合物等の難燃剤等を配合してもよい。
本発明のエポキシ樹脂成形材料は、上述した各成分を
所定の組成比で例えばミキサーによって充分混合した
後、熱ロールによる溶融混合処理やニーダー等による混
合処理を施すことにより、容易に調製することができ
る。
本発明のエポキシ樹脂成形材料を用いて半導体装置を
樹脂封止するには常用の方法を用いることができる。こ
の封止の最も一般的な方法は低圧トランスファー成形法
であるが、インジェクション成形、圧縮成形、注型など
による封止も可能である。この封止の際に加熱してエポ
キシ樹脂成形材料を硬化させることにより樹脂封止型半
導体装置を製造することができる。硬化に際しては、15
0℃以上で加熱することが特に望ましい。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂成形材料では、1
分子当りのエポキシ基数が3以上のエポキシ樹脂、トリ
ス(ヒドロキシフェニル)アルカン及び低応力化剤とし
てメチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン共重合
体が共存しているので、その硬化物は耐熱性・低応力性
及び耐湿性に優れたものとなる。
(実施例) 以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明す
る。
実施例1〜8及び比較例1、2 原料としては、以下に示す各成分を用いた。
エポキシ樹脂A:トリス(ヒドロキシフェニル)メタンの
エポキシ樹脂(YL−932SH、エポキシ当量171) エポキシ樹脂B:テトラグリシドキシテトラフェニルエタ
ン(E−1031S、エポキシ当量196) エポキシ樹脂C:クレゾールノボラック型エポキシ樹脂
(ESCN−195XL、エポキシ当量197) エポキシ樹脂D:臭素化フェノールノボラック型エポキシ
樹脂(BREN−S、エポキシ当量283) 硬化剤A:トリス(ヒドロキシフェニル)メタン 硬化剤B:トリス(ヒドロキシフェニル)メチルメタン 硬化剤C:トリス(ヒドロキシフェニル)プロパン 硬化剤D:フェノールノボラック樹脂 硬化促進剤A:トリフェニルホスフィン 硬化促進剤B:2−メチルイミダゾール メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン共重合
体:平均粒径20μm シリコーンオイル:ジメチル型シリコーンオイル(20℃
粘度100ps) 充填剤:溶融石英ガラス粉(平均粒径20μm) カップリング剤:エポキシシランA−187 離型剤:カルナバワックス 顔料:カーボンブラック 難燃剤:三酸化アンチモン これらの成分を第1表に示す配合割合(重量部)で配
合し、2本ロールで混練してシート状に取出し、粗粉砕
して半導体封止用エポキシ樹脂成形材材料を調製した。
なお、いずれの場合も、(フェノール性水酸基数/エポ
キシ基数)=1.0である。
これらの実施例1〜8及び比較例1、2のエポキシ樹
脂成形材料について下記のような試験を行った。
各エポキシ樹脂成形材料を用い、トランスファー成形
機により180℃、80kg/cm2、180秒の条件で成形し、180
℃で8時間の硬化を行い、試験片を得た。これらの試験
片について、曲げ弾性率及びガラス転移点を測定した なお、曲げ弾性率はJIS K−6911に準じて測定した。
また、ガラス転移点は真空理工社製の熱膨張計を用い、
熱膨張カーブの変曲点より求めた。
各エポキシ樹脂成形材料を用い、6mm×6mmの評価用素
子を搭載した金型をセットしたトランスファー成形機に
より180℃、80kg/cm2、180秒の条件で成形し、180℃で
8時間の後硬化を行い、樹脂封止型半導体装置を製造し
た。
得られた樹脂封止型半導体装置を260℃の半田槽に10
秒間浸漬した後、観察により樹脂のクラックの発生率を
調べた。
更に、半田浸漬後の樹脂封止型半導体装置をプレッシ
ャークッカーに投入し、121℃、2気圧の過飽和水蒸気
雰囲気中に50〜200時間放置した後取出し、評価用素子
の電気的特性をチェックして不良品の発生率を調べた。
これらの結果を第2表に示す。
[発明の効果] 以上詳述したように本発明の半導体封止用エポキシ樹
脂成形材料は、優れた耐熱性、低応力性及び耐湿性を有
する硬化物を与えるため、その工業的価値は極めて大で
ある。
フロントページの続き (72)発明者 藤枝 新悦 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−184012(JP,A) 特開 昭62−22825(JP,A) 特開 昭58−198526(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a)1分子当りのエポキシ基数が3以上
    のエポキシ樹脂、 (b)一般式(I) (式中、R1、R2は水素原子又は炭素数1〜20のアルキル
    基、R3は単結合又はメチレン、エチレン等のアルキレン
    基を示す) で表わされるトリス(ヒドロキシフェニル)アルカンか
    らなる硬化剤、 (c)メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン共
    重合体、 (d)硬化促進剤、 (e)充填剤 を含有することを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂
    成形材料。
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