JP2964753B2

JP2964753B2 - 電子部品封止用エポキシ樹脂成形材料及びこれを用いたパッケージ

Info

Publication number: JP2964753B2
Application number: JP34332291A
Authority: JP
Inventors: 伸介萩原; 清一赤城
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 1991-12-25
Filing date: 1991-12-25
Publication date: 1999-10-18
Anticipated expiration: 2014-10-18
Also published as: JPH05175371A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は冷熱サイクル時にクラッ
クが発生しにくい、耐クラック性の優れたエポキシ樹脂
成形材料及びこれを用いたパッケージに関するもので、
とくに、素子サイズの大きなＬＳＩなどの電子部品封止
用エポキシ樹脂成形材料及びこれを用いたパッケージに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、コイル、コンデンサ、トランジス
タ、ＩＣなど電子部品封止用の分野ではエポキシ樹脂成
形材料が広く用いられている。この理由としては、エポ
キシ樹脂が電気特性、耐熱性、機械強度、インサート品
との接着性などの諸特性にバランスが取れているためで
ある。しかし、エポキシ樹脂は上記の様な特長を有する
が、その反面、熱硬化性樹脂の欠点である堅くて脆い性
質があり、耐衝撃性、耐熱衝撃性の面で問題がある。

【０００３】電子部品のパッケージはＩＣに代表される
ように、小形、薄形化の傾向にあり、冷熱サイクル時に
パッケージがクラックするという問題を生じる。このパ
ッケージに発生したクラックは水分の浸入を容易にし、
インサート品の腐食を引き起こす。このようにパッケー
ジが小形、薄形化した電子部品や、インサート品が大形
化したものを成形するにあたっては、従来のエポキシ樹
脂成形材料では種々問題が生じるため、耐熱衝撃性が優
れ、パッケージにクラックが発生しにくいものが強く望
まれている。その改善策として従来、エポキシ樹脂系を
シリコーン重合体で変性する方法がある。しかし、シリ
コーン重合体は、エポキシ樹脂に非相溶であるために、
成形材料の耐熱衝撃性は向上するものの、成形時にしみ
出し、バリ（金型クリアランスからのしみ出し）や成形
品外観の悪化をひき起こしやすい。また、これらの変性
はシリコーンの表面張力が一般に、小さいため、成形品
表面へのマーキング性や、プリント配線板への仮止め性
が悪くなる。これらの問題点については、エポキシ樹脂
系と比較的相溶性が良く、表面張力も大きい熱可塑性エ
ラストマを添加する方法が特開平３−６６７４３等に紹
介されているが、この方法も、熱可塑性エラストマの溶
融粘度が高いため、封止用成形材料の流動性低下を引き
起こしてしまう。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は耐熱衝撃性に
優れ、成形時の流動性、マーキング性、プリント配線板
ヘの実装作業性に優れた電子部品封止用エポキシ樹脂成
形材料及びこれを用いたパッケージを提供するものであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の電子部品封止用
エポキシ樹脂成形材料は、（Ａ）構造式が

【化１】で示されるエポキシ樹脂、（Ｂ）１分子中に２個以上のフェノール性水酸基を有す
る化合物および（Ｃ）エポキシ樹脂と相溶する部分と非相溶なエラスト
マ部分とを有する熱可塑性エラストマを必須成分とする
ことを特徴とするものであり、これにより、成形性、マ
ーキング性が良好で、フラットパッケージ型のＩＣにお
ける耐パッケージクラック性も格段に向上できる。

【０００６】本発明における（Ａ）のエポキシ樹脂はビ
フェニル骨格を有するものであり、エポキシ樹脂の純
度、特に加水分解性塩素はＩＣなど素子上のアルミ配線
板腐食に係わるため少ない方がよく、耐湿性の優れた電
子部品封止用エポキシ樹脂成形材料を得るためには加水
分解性塩素量が５００ｐｐｍ以下であることが好ましい
が、特に限定するものではない。ここで、加水分解性塩
素量とは試料のエポキシ樹脂１ｇをジオキサン３０ｍｌ
に溶解し、１Ｎ−ＫＯＨメタノール溶液５ｍｌを添加し
て３０分間、リフラックス後、電位差滴定により求めた
値を尺度としたものである。

【０００７】（Ａ）のエポキシ樹脂は、４，４’−ビス
ヒドロキシ−３，３’，５，５’−テトラメチルビフェ
ニルをエピクロルヒドリンを用いてエポキシ化すること
で得ることができる。本発明において用いられるエポキ
シ樹脂としては上記（Ａ）の構造式で示されるものの他
に、電子部品封止用エポキシ樹脂成形材料で一般に使用
されているものと組合せて使用してもよい。それを例示
すればフェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルソク
レゾールノボラック型エポキシ樹脂をはじめとするフェ
ノール類とアルデヒド類のノボラック樹脂をエポキシ化
したもの、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、及び脂環
族エポキシ樹脂などがあり、これらを適宜何種類でも併
用することができる。

【０００８】これらのエポキシ樹脂を併用する場合、特
に限定するものではないが本発明の（Ａ）エポキシ樹脂
の配合比は、エポキシ樹脂全体の３０重量％以上が好ま
しく、さらには５０重量％以上が好ましい。この理由と
しては、３０重量％未満では（Ａ）エポキシ樹脂の特徴
である、流動性向上の効果が少なく、特に有効な効果を
発揮するためには５０重量％以上が必要となるためであ
る。本発明において用いられる（Ｂ）成分の１分子中に
２個以上のフェノール性水酸基を有する化合物（以下、
フェノール化合物とする）としては、フェノール、クレ
ゾール、ビスフェノールＡ、ナフトールなどのフェノー
ル類とアルデヒド類とを酸性触媒下で縮合反応させて得
られるノボラック型フェノール樹脂などがあり、これら
は単独で又は２種類以上を組み合わせて用いられる。ま
た、（Ａ）のエポキシ樹脂との当量比［（Ｂ）の水酸基
数／（Ａ）のエポキシ基数］は、特に限定はされない
が、０．５〜１．５が好ましい。

【０００９】また、エポキシ樹脂とフェノール化合物の
硬化反応を促進する硬化促進剤を使用することができ
る。この硬化促進剤としては、例えば、１，８−ジアザ
ビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、トリエチレン
ジアミン、べンジルジメチルアミン、トリエタノールア
ミン、ジメチルアミノエタノール、トリス（ジメチルア
ミノメチル）フェノールなどの三級アミン類、２−メチ
ルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−フェ
ニル−４−メチルイミダゾール、２−へプタデシルイミ
ダゾールなどのイミダゾール類、トリブチルホスフィ
ン、メチルジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフ
ィン、ジフェニルホスフィン、フェニルホスフィンなど
の有機ホスフィン類、テトラフェニルホスホニウム・テ
トラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウム・
エチルトリフェニルボレート、テトラブチルホスホニウ
ム・テトラブチルボレートなどのテトラ置換ホスホニウ
ム・テトラ置換ボレート、２−エチル−４−メチルイミ
ダゾール・テトラフェニルボレート、Ｎ−メチルモルホ
リン・テトラフェニルボレートなどのテトラフェニルボ
ロン塩などがある。

【００１０】また、充填剤としては線膨張係数低減及び
強度向上の観点から無機充填剤を用いることが必要であ
る。無機充填剤としては結晶シリカ、溶融シリカ、アル
ミナ、ジルコン、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭
化珪素、窒化珪素、窒化ホウ素、ジルコンなどの粉体、
またはこれらを球形化したビーズなどが上げられ、１種
類以上用いることができる。充填剤の配合量としては同
様の理由から、電子部品封止用エポキシ樹脂成形材料の
全配合成分の合計量に対して６０容量％以上が必要であ
り、さらには、成形材料の流動性に支障のない範囲で６
５容量％以上が好ましい。

【００１１】その他の添加剤として高級脂肪酸、高級脂
肪酸金属塩、エステル系ワックスなどの離型剤、カーボ
ンブラックなどの着色剤、エポキシシラン、アミノシラ
ン、ウレイドシラン、ビニルシラン、アルキルシラン、
有機チタネート、アルミニウムアルコレートなどのカッ
プリング剤、難燃剤などを用いることができる。本発明
は上記エポキシ樹脂組成物を（Ｃ）熱可塑性エラストマ
で変性したことを特徴とするものである。（Ｃ）成分の
熱可塑性エラストマは、エポキシ樹脂と相溶する部分
と、非相溶なエラストマ部分を有することが必要であ
る。これは、エラストマ部分の相溶性が高くなると、耐
熱性の指標であるガラス転移温度が低下するためであ
る。この観点から、熱可塑性エラストマとしてはポリブ
チレンテレフタレートとポリテトラメチレングリコール
の共重合体、ナイロンとポリテトラメチレングリコール
の共重合体等が好ましい。ポリブチレンテレフタレート
とポリテトラメチレングリコールの共重合体については
重合度、共重合比については特に限定するものではない
が、ポリブチレンテレフタレートの分子量は数百〜数
千、ポリテトラメチレングリコールの分子量は約１００
０〜３０００、トータル分子量が数万のブロック共重合
体が好ましい。さらに、ハードセグメントのポリブチレ
ンテレフタレートとソフトセグメントのポリテトラメチ
レングリコールの比率はソフトセグメントが３０〜７０
重量％の範囲が好ましく、耐熱衝撃性を十分発揮するた
めには、ソフトセグメントが５０〜７０重量％の範囲が
より好ましい。ナイロンとポリテトラメチレングリコー
ルの共重合体については、ナイロン−１２とポリテトラ
メチレングリコールの共重合体が好ましい。この理由と
しては、一般にナイロン−６、ナイロン−６６などのポ
リアミド樹脂は吸水率が大きく、ＩＣ封止用成形材料な
どに用いた場合、耐湿性の点で問題になりやすいが、ナ
イロン−１２をハードセグメントとして用いることでこ
の部分がエポキシ樹脂との相溶性に優れ、なお且つ吸水
率の問題が生じないためである。ナイロン−１２とポリ
テトラメチレングリコールの共重合体については、特に
限定するものではないが、全体の分子量が数万以下のマ
ルチブロック共重合体が好ましい。また、共重合体中の
ポリテトラメチレングリコールの比率としては、３０〜
７０重量％が好ましい。この理由としては、３０重量％
未満では耐熱衝撃性の向上効果が少なく、７０重量％を
超えると耐熱性が低下しやすいためである。

【００１２】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）成分の量比として
は（Ａ）成分と（Ｂ）成分の総和に対する（Ｃ）成分の
重量比を０．０２〜０．３５とする。（Ｃ）成分の重量
比が０．０２未満では、耐衝撃性に対し効果が少なく、
また０．３５を超えると耐熱性が悪くなるためである。
さらに、上記（Ｃ）成分を用いるにあたって、分散性を
高め、耐クラック性に対する効果を高めるため、（Ｃ）
成分をあらかじめ（Ａ）エポキシ樹脂および（Ｂ）フェ
ノール化合物と均一に溶融混合する必要がある。ここ
で、均一とは目視的に透明な状態である。溶融混合の条
件としては、特に限定するものではないが（Ａ）エポキ
シ樹脂および（Ｂ）フェノール化合物が溶融し、無触媒
下で反応が促進しない条件が望ましい。したがって、
（Ａ）または（Ｂ）の軟化点の２０℃以上から１７０℃
以下の範囲が望ましい。通常の成形材料の製造工程、す
なわちロール、押出機などの混練工程ではべースエポキ
シ樹脂と（Ｃ）成分が均一には混合できないため、上記
の様に、あらかじめ溶融混合する工程が必要である。そ
の後、得られた変性樹脂と充填剤、硬化促進剤、充填剤
などの添加剤を添加して、さらに混練を行い成形材料と
する。

【００１３】

【作用】冷熱サイクル時に発生するパッケージクラック
の原因は、温度差によりインサート品と封止用成形材料
間に発生する熱応力によるものである。（Ｃ）成分であ
る熱可塑性エラストマは、封止用成形材料の堅くて脆い
性質を改質し、材料に可とう性を付与するため、これに
より耐パッケージクラック性が向上する。また、熱可塑
性エラストマ（Ｃ）をあらかじめ樹脂に混融して用いる
と、熱可塑性エラストマの分散性が向上し、材料が均一
になるため、耐パッケージクラック性はさらに向上す
る。さらに、溶融して用いた効果として、（Ｃ）成分が
成形時にしみ出し、成形性を悪くすることもない。

【００１４】一方、冷熱サイクル時に発生する熱応力に
対しては、熱可塑性エラストマ（Ｃ）でエポキシ樹脂を
変性することで、成形材料の弾性率を低減することがで
きるため、これにより発生熱応力を低減でき、この効果
も耐熱衝撃性を向上できた要因と考える。また、ビフェ
ニル骨格型の低分子エポキシ樹脂（Ａ）を使用したこと
で、溶融粘度の高い熱可塑性エラストマ（Ｃ）を添加し
ても成形時の流動性も良好となる。本発明になる電子部
品封止用エポキシ樹脂成形材料を用いて、公知の方法で
電子部品を封止してパッケージを得ることができる。

【００１５】

【実施例】以下実施例により本発明を説明するが、本発
明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例（１）〜（４）、比較例（１）〜（４）エポキシ当量１９０、メチル置換ビフェニル骨格型エポ
キシ樹脂（ＹＸ−４０００Ｈ、油化シェルエポキシ株式
会社製商品名）１００重量部、水酸基当量１０６、軟化
点８３℃のフェノールノボラック樹脂５６重量部に対
し、（Ｃ）成分の熱可塑性エラストマとしてペルプレン
Ｐ−４０Ｈ（ポリブチレンテレフタレートとポリテトラ
メチレングリコールの共重合体であるポリエステルエラ
ストマ、東洋紡績株式会社製商品名）１０重量部（実施
例（１））、２０重量部（実施例（２））の比率で溶融
混合した樹脂を作製した。樹脂作製は無溶剤下、１５０
℃で６０分撹拌することで行った。得られた樹脂はいず
れも黄〜橙色透明な均一物であった。

【００１６】これらの樹脂系にトリフェニルホスフィン
（１重量部）、カルナバワックス（２重量部）、カーボ
ンブラック（１重量部）、γ−グリシドキシプロピルト
リメトキシシラン（２重量部）、石英ガラス粉（全配合
成分の合計量に対して７０重量％）を配合し、１０イン
チ径の加熱ロールを使用して、混練温度８０〜９０℃、
混練時間７〜１０分の条件で、実施例（１）（２）のエ
ポキシ樹脂成形材料を作製した。実施例（３）（４）は
実施例（１）（２）のペルプレンＰ−４０Ｈをポリアミ
ドエラストマＰＡＥグレードＥ４０（ナイロンとポリテ
トラメチレングリコールの共重合体、ダイセル・ヒュル
ス株式会社製商品名）に置き換えた以外は、実施例
（１）（２）と同様に作製した。また、比較としてペル
プレンＰ−４０Ｈ及びポリアミドエラストマＰＡＥグレ
ードＥ４０を１００μｍ以下に粉砕したものを溶融混合
せずに１０重量部配合し、それ以外は実施例と同様に作
製したものを比較例（１）（２）とした。さらに、実施
例（１）（３）のエポキシ樹脂ＹＸ−４０００Ｈをエポ
キシ当量２００、軟化点６８℃のオルソクレゾールノボ
ラック型エポキシ樹脂１００重量部に、フェノールノボ
ラック樹脂の配合量を５３重量部に置き換えた以外は実
施例（１）（３）と同様に作製したものを比較例（３）
（４）とした。

【００１７】実施例（１）〜（４）及び比較例（１）〜
（４）の成形時の流動性及び耐熱衝撃性の結果を表１に
示す。流動性の指標としてはＥＭＭ１−１−６６に準拠
したスパイラルフロー試験を，１８０℃、６．９ＭＰａ
の条件で行った。また、耐熱衝撃試験はＦＰ（フラット
パッケージ）型ＩＣを作製して行った。本評価に用いた
ＦＰのサイズは１９×１４×２．０ｔ（ｍｍ）であり、
６×６（ｍｍ）の素子を搭載した５４ｐｉｎ、４２アロ
イリードのものである。試験条件は１５０℃のシリコー
ンオイルと−１９６℃の液体窒素に各２分づつ浸漬させ
るもので、その行程を１サイクルとした。評価は外観を
顕微鏡観察し、パッケージクラックの発生個数により評
価を行った。なお、ＦＰの成形は１８０℃、９０秒、
６．９ＭＰａの条件で行い、成形後１８０℃、５時間の
後硬化を行った。

【００１８】表１から実施例（１）〜（４）に示すよう
に、熱可塑性ポリエステルエラストマをあらかじめビフ
ェニル骨格型エポキシ樹脂およびフェノールノボラック
樹脂に混融して用いることにより、成形時の流動性を損
なうことなく、耐パッケージクラック性を大幅に改善で
きる。また、比較例（１）（２）と実施例（１）（３）
を比較すると、あらかじめ溶融混合した効果が明確であ
る。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【発明の効果】本発明になる電子部品封止用エポキシ樹
脂成形材料は耐クラック性が従来のものと比べ大きく改
善できる。電子部品の分野、とくにＦＰ（フラットパッ
ケージ）、ＳＯＰ（スモールアウトラインパッケージ）
などのＩＣではパッケージが薄形、小形になり、素子の
大形化と相俟って耐パッケージクラック性が強く要求さ
れており、これらの製品ヘ広く適用でき、その工業的価
値は大きい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平３−177416（ＪＰ，Ａ) 特開平３−66743（ＪＰ，Ａ) 特開平２−277816（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−124048（ＪＰ，Ａ) 特開平３−212423（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 23/29,23/31 C08G 59/24

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）構造式が【化１】で示されるエポキシ樹脂（Ｂ）１分子中に２個以上のフェノール性水酸基を有す
る化合物および（Ｃ）エポキシ樹脂と相溶する部分と非相溶なエラスト
マ部分とを有する熱可塑性エラストマを必須成分とし、
あらかじめ（Ａ）、（Ｂ）、および（Ｃ）を（Ｃ）／
［（Ａ）＋（Ｂ）］が０．０２〜０．３５の重量比で均
一に溶解混合し、その後、充填剤、硬化促進剤などを添
加して混練してなる電子部品封止用エポキシ樹脂脂成形
材料。
【請求項２】（Ｃ）の熱可塑性エラストマがポリブチ
レンテレフタレートとポリテトラメチレングリコールの
コポリマである請求項１に記載の電子部品封止用エポキ
シ樹脂成形材料。
【請求項３】（Ｃ）の熱可塑性エラストマがナイロン
とポリテトラメチレングリコールのコポリマである請求
項１に記載の電子部品封止用エポキシ樹脂成形材料。
【請求項４】請求項１〜３に記載のいずれかの電子部
品封止用エポキシ樹脂成形材料を用いて電子部品を封止
したパッケージ。