JP2986900B2 - 樹脂組成物 - Google Patents

樹脂組成物

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明の高集積度IC封止用樹脂組成物に適する耐熱衝
撃性と半田耐熱性および低粘度性に優れたエポキシ樹脂
組成物に関するものである。
〔従来技術〕
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0−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、薄型のフラットパッケージ、
SOP、SOJ、PLCCに変わってきている。
即ち大型チップを小型で薄いパッケージに封入するこ
とにより、応力によりクラック発生、これらのクラック
により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。
特に耐熱衝撃性と半田耐熱性の2点クリアーできる封
止樹脂が必要とされている。
耐熱衝撃性の向上に対しては、シリコーンオイル、シ
リコーンゴム等のシリコーン化合物や合成ゴム等の添加
が行われてきた。しかしこれらの添加は、成形時の型汚
れ、樹脂バリの発生等不都合な現象が生じるため、シリ
コーンとエポキシ樹脂又は硬化剤とを反応させたシリコ
ーン変性レジンが開発されてきた。(例えば特開昭58−
21417号公報)。現在の封止樹脂は、この活用によりか
なり耐熱衝撃性が向上している。しかしまだ十分ではな
いし、しかも半田耐熱性が低下する傾向であり、問題と
なっている。
半田耐熱性の向上に対しては、ポリイミド樹脂はフィ
ラーの検討および3官能樹脂の活用(例えば特開昭61−
168620号公報)が有望とされているが、いずれも耐熱衝
撃性に劣り、しかも樹脂組成物粘度が増加することによ
るダイパッドシフト等の不良がおきやすく、これらの手
法の単独使用ではバランスのとれた樹脂組成物系を得る
ことは難しい。
〔発明が解決しようとする課題〕
耐熱衝撃性、半田耐熱性、低粘度性および成形性のい
ずれも優れ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〕
本発明者らはこれらの問題を解決するために鋭意研究
を進め、つぎの組成を持つ樹脂組成物を見出した。耐熱
性衝撃性向上と低粘度化に効果を有する下記式〔I〕で
示されるビフェニル型エポキシ樹脂と、 半田耐熱性向上に効果を有する下記式〔II〕で示される
3官能エポキシ樹脂と、 (式中R1〜R11は、水素、ハロゲン、アルキル基の中か
ら選択される原子または原子団) 下記式〔III〕、〔IV〕で示されるシリコーン化合物と
フェノール樹脂との反応物である耐熱衝撃性を有するシ
リコーン変性フェノール樹脂硬化剤 を組合せ、硬化促進剤と無機充填剤とを必須成分にする
ことにより耐熱衝撃性、半田耐熱性、低粘度性、さらに
成形性にも優れた半導体封止用樹脂組成物が得られるこ
とを見い出して本願発明を完成するに至ったものであ
る。
〔作用〕
本発明において用いられる式〔I〕で示される構造の
ビフェニル型エポキシ樹脂は、成形温度(165〜185℃)
において数センチポイズという低粘度を有するため、樹
脂組成物の粘度を著しく低下させることが可能である。
又、ビフェニル型の様に平面的な構造を有する樹脂は、
分子間のパッキングが良好なために樹脂組成物の強度を
向上させるために耐熱衝撃性を向上させうるという特徴
を有する。しかしながら、この樹脂は他の樹脂との反応
性、相溶性が悪く、しかも粘度が低いために成形性、特
にウスバリ特性、金型汚れ性が低下するという問題を有
していた。
しかし、この問題は後述するシリコーン変性フェノー
ル樹脂との組み合わせでクリアすることが可能である。
式〔II〕で示される構造の3官能エポキシ樹脂の使用
量は、これを調整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。式中のR1、R2、R4〜R7
R10、R11は水素原子R3、R8、R9はメチル基が好ましい。
通常のフェノールノボラックタイプのエポキシ等に比
べ、主鎖の運動が制限される構造をしているため、Tgが
高く、優れた耐熱性を有している。
式〔I〕およびR〔II〕で示されるエポキシ樹脂と併
用するエポキシ樹脂とは、エポキシ基を有するもの全般
をいう。たとえばビスフェノール型エポキシ樹脂ノボラ
ック型エポキシ樹脂、トリアジン核含有エポキシ樹脂等
のことをいう。
式〔I〕と式〔II〕のエポキシ樹脂の合計量は総エポ
キシ樹脂量に対し50〜100重量%である必要がある。50
重量%未満の場合、半田熱性と流動性のいずれか又は両
方の欠けた樹脂系となり性能が低下する。
式〔I〕と式〔II〕のエポキシ樹脂の重量比は、
〔I〕/〔II〕=10/90〜90/10が望ましい。10/90以下
となると流動性や低粘度性が低下し、90/10以上になる
と半田耐熱性が低下する傾向にあるためである。
本発明で(B)成分として用いるシリコーン変性フェ
ノール樹脂の原料としてのフェノール樹脂はフェノール
ノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂及びこれら
の変性樹脂等が挙げられ、これらは1種又は2種以上混
合して用いることも出来る。
これらのフェノール樹脂の中でも、水酸基当量が80〜
150、軟化点が60〜120℃でありNa+、Cl-等のイオン性不
純物を出来る限り除いたものが好ましい。
また、本発明のシリコーン変性フェノール樹脂の一方
の原料として用いられるオルガノポリシロキサンは、上
述のフェノール樹脂と反応し得る官能基を有するもの
で、官能基としては、たとえばカルボキシル基、シクロ
ヘキシル型エポキシ基、グリシジル型エポキシ基、活性
水素等が挙げられる。
分子構造は下記式〔III〕、〔IV〕で示されるオルガ
ノシロキサンであり N(+m+n+2)が10未満の時は、低弾性率性、
高強度性が低下し、しかもフェノールノボラック樹脂と
の反応性基(式〔II〕、〔III〕のA基)が1分子中に
1つも存在しないオルガノポリシロキサンが副生成物と
して存在する可能性が大きくなるためにシリコーン変性
フェノール樹脂硬化剤の合成が困難となり、メリットが
少ない。
また、Nが200より大きい場合、フェノールノボラッ
ク樹脂との混和性が低下し、十分に合成反応が進まない
ために、樹脂からシリコーンオイルがフリードし、成形
性を大きく損なう。
さらに、式〔III〕、〔IV〕のオルガノポリシロキサ
ンにおいて、m/Nは0〜0.1が望ましく、0.1を越えると
シロキサン鎖の熱運動が抑制され、シロキサン成分のTg
が高温側にシフトするためにより高温域からでないと低
応力効果が生じず、樹脂組成物の耐熱衝撃性が低下す
る。
また、0.1を越えるとオルガノポリシロキサン合成の
コストが高くなってしまう。
m/Nは0.1以下ならばどのような値であっても良いが、
0.05程度が望ましい。
シロキサンのTgの高温へのシフトもなく、しかも側鎖
官能基の存在のためフェノールノボラック樹脂との相溶
性が向上し、シリコーン変性フェノール樹脂の合成が容
易となるためである。
そして、5≦N/n≦50であることが望ましい。N/nが50
より大きければオルガノポリシロキサンとフェノール樹
脂との反応性が悪いため、未反応のオルガノポリシロキ
サンのブリードかあり、成形性が低下する。5より小さ
ければ、合成反応時にゲル化を起こし、満足出来るシリ
コーン変性フェノール樹脂が得られない。
シリコーン変性フェノール樹脂中のシリコーン成分の
含有量は原料フェノール樹脂100重量部に対して10〜50
重量部となる範囲のものが好適に用いられる。
シリコーン成分が10重量部未満の場合は耐熱衝撃性が
不十分であり、50重量部を越えれば反応率が低下し、未
反応のオルガノポリシロキサンがブリードし成形性が低
下する。
尚、本発明においてシリコーン変性フェノール樹脂硬
化剤は単独もしくは従来からあるフェノール系樹脂硬化
剤と混合して用いても良いが、これらの混合系において
はランダム共重合シリコーン変性フェノール樹脂は硬化
剤系の内30重量%以上用いることが好ましく、30重量%
未満となると耐熱衝撃性が低下する。
総エポキシ成分と総フェノール成分は当量比でエポキ
シ基/フェノール性水酸基が70/100〜100/70の範囲が好
適である。当量比が70/100未満もしくは100/70より大き
いとTgの低下、熱時硬度の低下、耐湿性の低下等が生
じ、半導体封止用樹脂組成物として不適となってしま
う。
なお、通常のエポキシ樹脂−フェノール樹脂系組成物
に上記ビフェニル型エポキシ化合物を配合すればウスバ
リ特性が低下するが、本発明のようにエポキシ樹脂−シ
リコーン変性フェノール樹脂系組成物にビフェニル型エ
ポキシ化合物を配合すれば、低分子のエポキシ化合物は
シリコーン変性による高重合度成分とも反応するため、
ブリードしにくくなり、ウスバリ特性は低下しない。
本発明で用いられる(C)成分としての無機充填材と
しては結晶性シリカ、溶融シリカ、アルミナ、炭酸カル
シウム、タルク、マイカ、ガラス繊維等が挙げられ、こ
れらは1種又は2種以上混合して使用される。これらの
中で特に結晶性シリカまたは溶融シリカが好適に用いら
れる。
また、本発明に使用される硬化促進剤はエポキシ基と
フェノール性水酸との反応を促進するものであれば良
く、一般に封止用材料に使用されているものを広く使用
することができ、例えばBDMA等の第3級アミン類、イミ
ダゾール類、1、8−ジアザビシクロ〔5、4、0〕ウ
ンデセン−7、トリフェニルホスフィン等の結城リン化
合物等が単独もしくは2種以上混合して用いられる。
その他必要に応じてワックス類等の離型剤、ヘキサブ
ロムベンゼン、デカブロムビフェニルエーテル、三酸化
アンチモン等の難燃剤、カーボンブラック、ベンガラ等
の着色剤、シランカップリング剤その他熱可塑性樹脂等
を適宜添加配合することができる。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造する
には一般的な方法としては、所定の配合比の原料をミキ
サー等によって十分に混合した後、更にロールやニーダ
ーにより溶融混練処理し、次いて冷却固化させて適当な
大きさに粉砕することにより容易に製造することが出来
る。
〔実施例〕
フェノールノボラック樹脂(軟化点105℃、OH当量10
5)とオルガノシロキサンとを溶媒中で触媒存在下で反
応させ、第一表に示すシリコーン変性フェノール樹脂
(イ〜チ)を得た。
実施例1 ビフェニル型エポキシ樹脂A 40重量部 3官能エポキシ樹脂 50重量部 臭素化ビスフェノールA型エポキシ樹脂 (エポキシ当量370、軟化点65℃、臭素含有率37%) 10重量部 シリコーン変性フェノールノボラック樹脂(イ) 70重量部 破砕状態溶融シリカ 500重量部 三酸化アンチモン 10重量部 シランカップリング剤 2重量部 トリフェニルホスフィン 2重量部 カーボンブラック 3重量部 カルナバワックス 3重量部 を常温で十分に混合し、更に95〜100℃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、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。
この材料をトランスファー成形機(成形条件:金型今
度175℃、硬化時間2分)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。結果を第2
表に示す。
実施例2 実施例1のビフェニル型エポキシ樹脂Aを、ビフェニ
ル型エポキシ樹脂Bに変更し、さらにシリコーン変性フ
ェノールノボラック樹脂(イ)をシリコーン変性フェノ
ールノボラック樹脂(ロ)に変更した以外は実施例1と
同様にして半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。
この半導体封止用エポキシ樹脂組成物の評価結果を第
2表に示す。
実施例3 同様にして第2表に示す組成物の半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物を得た。
この半導体封止用エポキシ樹脂組成物の評価結果を第
2表に示す。
比較例1〜9 同様にして第2表に示す組成物の半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物を得た。
この半導体封止用エポキシ樹脂組成物の評価結果を第
2表に示す。
評価方法 *11 EMMI−I−66に準じたスパイラルフロー測定用金
型を用い、試料を20g、成形温度175℃、成形圧力7.0MP
a、成形時間2分で成形した時の成形品の長さ。
*12 得られた16pDIP成形品のベントバリの長さ。
*13 成形1000ショット後の金型汚れの状態を目視で評
価。
*14 175℃時の高化式フロー粘度(ポイズ) *15 成形品(チップサイズ36mm2、パッケージ厚2.0m
m)20個の温度サイクルのテスト(+150〜−196℃)に
かけ、500サイクルのテストを行いクラックの発生した
個数を示す。
*16 成形品(チップサイズ36mm2、パッケージ厚2.0m
m)20個について85℃、85%RHの水蒸気下で72時間処理
後、215℃のVPS処理を90秒行い、クラックの発生した個
数を示す。
〔発明の効果〕 本発明のビフェニル型エポキシ樹脂、3官能エポキシ
樹脂、シリコーン変性フェノール樹脂硬化剤、無機充填
剤および硬化促進剤を必須成分とする半導体封止用樹脂
組成物は耐熱衝撃性と半田耐熱性に極めて優れ、低粘度
であり、このため金線変形性および充填性に優れ、さら
に成形加工性(樹脂バリ)にも優れ、極めてバランスの
とれた樹脂組成物であるため高集積度IC封止用樹脂組成
物として非常に信頼性の高いものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 23/31 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08G 59/38 C08G 59/62 C08L 63/00 - 63/10 C08K 3/00 H01L 23/29

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(A)下記式〔I〕で示されるビフェニル
    型のエポキシ樹脂と 下記式〔II〕で示される3官能エポキシ樹脂の合計量が (R1〜R11:水素、ハロゲン、アルキル基の中から選択さ
    れる原子または原子団)総エポキシ量に対して50〜100
    重量%であり、式〔I〕と式〔II〕のエポキシ樹脂の重
    量比が〔I〕/〔II〕=10/90〜90/10であるエポキシ樹
    脂。 (B)下記式〔III〕および下記式〔IV〕の内の少なく
    とも1種以上のシリコーン化合物とフェノールノボラッ
    クとを反応させて得られるシリコーン変性フェノールノ
    ボラック樹脂硬化剤を総硬化剤量に対して30〜100重量
    %含有する硬化剤。 ここで10≦N=+m+n+2≦200 0≦m/N≦0.1、5≦N/n≦50 ここで10≦N=+m+n+2≦200 0≦m/N≦0.1、5≦N/n≦50 (C)硬化促進剤および (D)無機充填材 を必須成分とする半導体封止用樹脂組成物。
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