JP2954413B2 - 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、高集積ICデバイスの
表面実装時における半田耐熱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】高集積ICデバイスは、そのほとんどが
信頼性、コスト及び量産性に優れるエポキシ樹脂封止材
料による樹脂封止方式により封止されている。エポキシ
樹脂封止材料としては、耐熱性、耐湿性、成形性に優れ
たO−クレゾールノボラックエポキシ樹脂とノボラック
型フェノール樹脂で構成される樹脂組成物が用いられて
いる。
【0003】しかし、近年の半導体デバイスの高集積
化、多機能化、合理化に伴うチップの大型化、パッケー
ジの小型化・薄型化の傾向は著しく、また実装合理化が
進み、従来のDIPタイプから表面実装型のパッケージ
であるSOJ,SOP,QFP等の比率が急速に高まっ
ている。大型チップを小型で薄いパッケージへ封入した
表面実装型パッケージは、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、大きな応力を受け、
パッケージが割れたり、チップと封止樹脂の界面が剥離
するといった現象が発生し、半導体デバイスの信頼性に
致命的な問題となっている。そのため、これらの表面実
装型パッケージを封止するたのに適した信頼性の高い封
止用樹脂組成物の開発が急がれている。
【0004】これらの問題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62−11585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62−136860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発生し信頼性の優れた半導体封
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
成物を得るために、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、クラッ
ク発生が低減するが、耐熱性が劣るため特に250℃以
上の高温では、まだ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、基板実装時
における半田耐熱性に優れ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】本発明は、(A)エポキ
シ樹脂として、下記式(1)で示されるエポキシ樹脂を
総エポキシ樹脂に対して30〜100重量%含むエポキ
シ樹脂、
【化3】 (B)フェノール樹脂硬化剤として、下記式(2)で示
されるフェノール樹脂硬化剤、
【化4】 (R=低級アルキル基、n=1〜6)を総フェノール樹
脂硬化剤に対して30〜100重量%含むフェノール樹
脂硬化剤、 (C)無機充填材及び (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に比べ、非常に優れた耐半田ストレ
ス性を有するものである。
【0012】本発明に用いる式(1)で示されるエポキ
シ樹脂は、1,6−ビス(2,3−エポキシプロポキ
シ)ナフタレンであり、常温で半固形の性状を示し、成
形温度(175℃)において非常に低粘度であることか
ら、充填材の添加量を大幅に増加させることが可能とな
る。このことより、低吸水性に優れ、樹脂の線膨張係数
が小さく、成形時の離型性に優れるという樹脂本体の特
徴に加え、充填材の高充填された樹脂組成物は、吸水率
及び線膨張係数がさらに小さく、かつ衝撃強度に優れる
という特徴を有し、半田付け時の耐半田ストレス性に良
好の結果を示す。この1,6−ビス(2,3−エポキシ
プロポキシ)ナフタレンの使用量は、これを調節するこ
とにより耐半田ストレス性を最大限に引き出すことがで
きる。
【0013】耐半田ストレス性の効果をだすためには、
1,6−ビス(2,3−エポキシプロポキシ)ナフタレ
ンを総エポキシ樹脂の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、低線熱膨張係数が十分に得られず、耐半田スト
レス性が不十分である。1,6−ビス(2,3−エポキ
シプロポキシ)ナフタレン以外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)で示される構造のフェノール樹脂
硬化剤は、パラアルキルフェノールとαナフトールの共
縮合ノボラック樹脂であり低吸水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著し
い効果をもたらす。本発明の組成物が半田耐熱性に優れ
る特徴の一つとなっている式(2)で示されるフェノー
ル樹脂硬化剤の使用量は、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
の効果を引き出すには式(2)で示されるフェノール樹
脂硬化剤を総フェノール樹脂硬化剤の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。更に式中のRは低級アルキル
基で、炭素数は1〜4を表し、これらの中ではメチル基
が好ましい。炭素数が5以上になると流動性が低下し、
成形性が劣る。nは1〜6であり、6を超えると流動性
が低下し、成形性が劣る。
【0015】式(2)で示されるフェノール樹脂硬化剤
以外に他のフェノール樹脂硬化剤を併用する場合、用い
るフェノール樹脂硬化剤とは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、ジシクロペンタジエン
変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノ
ール樹脂とフェノールノボラック及びクレゾールノボラ
ック樹脂との共重合物、パラキシレン変性フェノール樹
脂等を用いることができる。
【0016】本発明に用いる無機充填材剤としては、溶
融シリカ粉末、球状シリカ粉末、結晶シリカ粉末、2次
凝集シリカ粉末、多孔質シリカ粉末、2次凝集シリカ粉
末または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が好ましい。ま
た、無機充填材は、耐半田ストレス性と成形性のバラン
スから、総樹脂組成物中に70〜90重量%含まれるこ
とが望ましい。
【0017】本発明に使用される硬化促進剤はエポキシ
樹脂とフェノール性水酸基との反応を促進させるもので
あれば良く、一般に封止用材料に使用されているものを
ひろ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(TPP)、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、ジアザビシクロウンデセン(DBU)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
ール化合物が挙げられる。これらを単独で用いても、あ
るいは2種以上を併用することも可能である。
【0018】本発明の封止用エポキシ樹脂組成物はエポ
キシ樹脂、硬化剤、無機充填材および硬化促進剤を必須
成分とするが、これ以外に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−グリシドキシブ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
低応力剤などの種々の添加剤を適宜配合しても差し支え
ない。
【0019】又、本発明の封止用エポキシ樹脂組成物を
成形材料として製造するには、エポキシ樹脂、硬化剤、
硬化促進剤、充填剤、その他の添加剤をミキサー等によ
り十分に均一混合した後さらに熱ロールまたはニーダー
等で溶融混合し、冷却後粉砕して成形材料とすることが
できる。これらの成形材料は電子部品あるいは電気部品
の封止、被覆、絶縁等に適用することができる。
【0020】
【実施例】以下に本発明を実施例で具体的に示す。配合
割合は重量部とする。
【0021】実施例1 下記組成物 1,6−ビス(2,3−エポキシプロポキシ)ナフタレン (エポキシ当量150) 9.4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℃) 4.1重量部 式(3)で示されるフェノール樹脂硬化剤 (水酸基当量140、軟化点105℃) 7.4重量部
【0022】
【化5】
【0023】(n=1,2,3,4が各々10重量%,
30重量%,50重量%,10重量%である混合物) フェノールノボラック樹脂(水酸基当量105、軟化点100℃) 3.2重量部 溶融シリカ粉末 74.8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 0.6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、冷却後粉砕し成形材料とし、これをタ
ブレット化して半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得
た。この組成物を低圧トランスファー成形機(成形条
件:175℃、70kg/cm2、120秒)を用いて成形
し、得られた成形品を175℃、8時間で後硬化し評価
した。 試験結果を表1に示す。
【0024】評価方法 半田クラック試験:成形品(52p−QFPパッケー
ジ、チップサイズ36mm2 )20個について85℃85
%RHの雰囲気中で48、72時間処理後、 260
℃の半田槽に10秒間浸漬し、クラックの発生した成形
品の個数を示 す。 半田耐湿性試験: 成形品(16P−SOPパッケー
ジ、チップザイズ18mm2 )10個について85℃85
%RHの雰囲気中で72時間処理後、260℃の半田槽
に10秒間浸漬し、プレッシャクッカー試験(125
℃、100%RH)を行い、回路のオープン不良を測定
した。
【0025】実施例2〜5 表1に従って配合し、実施例1と同様にしてエポキシ樹
脂組成物を得た。この組成物を用いて、実施例1と同様
の試験を行った。試験結果を表1に示す。
【0026】比較例1〜4 表2に従って配合し、実施例1と同様にしてエポキシ樹
脂組成物を得た。この組成物を用いて、実施例1と同様
の試験を行った。試験結果を表2に示す。
【0027】
【表1】
【0028】
【表2】
【0029】
【発明の効果】本発明による半導体封止用エポキシ樹脂
組成物は、耐半田ストレス性に極めて優れていることに
より、表面実装化された高集積ICパッケージ封止用樹
脂組成物として好適である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)エポキシ樹脂として、下記式
    (1)で示されるエポキシ樹脂を総エポキシ樹脂に対し
    て30〜100重量%含むエポキシ樹脂、 【化1】 (B)フェノール樹脂硬化剤として、下記式(2)で示
    されるフェノール樹脂硬化剤、 【化2】 (R=低級アルキル基、n=1〜6)を総フェノール樹
    脂硬化剤に対して30〜100重量%含むフェノール樹
    脂硬化剤、 (C)無機充填材及び (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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