JP2991849B2 - エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

エポキシ樹脂組成物

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  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Epoxy Resins (AREA)

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
脂で硬化させる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、薄型のフラットパッケージ、
SOP、SOJ、PLCCに変わっていている。
【0003】即ち大型チップを小型で薄いパッケージに
封入することになり、応力によりクラック発生、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 200℃以上の高温にさらされることによりパッケ
ージの割れや樹脂とチップの剥離により耐湿性が劣化し
てしまうといった問題点がでてきている。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】これらの問題を解決するためにエポキシ樹
脂として下記式(1)で示されるエポキシ樹脂の使用
(特開昭64−65116号公報)が
【0005】
【化3】
【0006】(式中のR1 〜R8 は、水素、ハロゲン、
アルキル基の中から選択される同一もしくは異なる原子
または基)検討されてきた。式(1)で示されるエポキ
シ樹脂の使用によりレジン系の低粘度化が図られ、従っ
て溶融シリカ粉末を更に多く配合することにより組成物
の成形後の低熱膨張化及び低吸水化により、耐半田スト
レス性の向上が図られた。ただし溶融シリカ粉末を多く
配合することによる弾性率の増加も一方の弊害であり、
更なる耐半田ストレス性の向上が必要である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題に対してエポキシ樹脂として式(1)で示されるエポ
キシ樹脂を用い、成形品の弾性率、吸水量、熱膨張係数
を低下せしめるために、式(2)で示される多官能フェ
ノール樹脂と2官能フェノール類の溶融混合物からなる
硬化剤を併用することにより、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ところにあ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】即ち、 本発明は(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50〜100 重量%含むエポキシ樹脂
【0009】
【化4】
【0010】(式中のR1 〜R8 は水素、ハロゲン、ア
ルキル基の中から選択される同一もしくは異なる原子ま
たは基)、(B)下記式(2)で示される多官能フェノ
ール樹脂100重量部に対して2官能フェノール類を1
5〜 100重量部溶融混合した硬化剤、
【0011】
【化5】
【0012】(n=1〜6)(C)無機充填材および
(D)硬化促進剤を必須成分とする半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物であり、従来のエポキシ樹脂組成物に比
べ、優れた耐半田ストレス性を有するものである。
【0013】式(1)の構造で示されるビフェニル型エ
ポキシ樹脂は1分子中に2個のエポキシ基を有する2官
能性エポキシ樹脂で、従来の多官能性エポキシ樹脂に比
べ溶融粘度が低くトランスファー成形時の流動性に優れ
る。従って組成物の溶融シリカ粉末を多く配合すること
ができ、低熱膨張化及び低吸水化が図られ、耐半田スト
レス性に優れるエポキシ樹脂組成物を得られることがで
きる。
【0014】このビフェニル型エポキシ樹脂の使用量は
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。耐半田ストレス性の効果をだす
ためには式(1)で示されるビフェニル型エポキシ樹脂
を総エポキシ樹脂量の50重量%以上、好ましくは70
重量%以上の使用が望ましい。50重量%未満だと低熱
膨張化及び低吸水性が得られず耐半田ストレス性が不充
分である。更に式中のR1 〜R4 はメチル基、R5 〜R
8 は水素原子が好ましい。
【0015】式(1)で示されるビフェニル型エポキシ
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、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、トリアジン核含有エポキシ
樹脂等のことをいう。
【0016】式(2)の分子構造で示される多官能フェ
ノール樹脂と2官能フェノール類とを溶融混合した硬化
剤を使用すると、従来のフェノールノボラック樹脂硬化
剤等の使用に比べると半田処理温度近辺での弾性率の低
下とリードフレーム及び半導体チップとの密着力を向上
せしめ、また分子内に3官能構造が導入されていること
から高い耐熱性を得ることができる。従って半田付け時
の熱衝撃に対し、発生応力の低下とそれに伴う半導体チ
ップ等との剥離不良の防止に有効である。
【0017】このような樹脂硬化剤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。耐半田ストレス性の効果を引き出すため
には式(2)で示される多官能フェノール樹脂と2官能
フェノール類との溶融混合比率は多官能フェノール樹脂
100重量部に対して2官能フェノール類を15〜10
0重量部、好ましくは25〜70重量部である。2官能
フェノール類の混合量が100重量部を超えると、高耐
熱性、低弾性等のバランス及びリードフレーム、半導体
チップとの密着力が不充分で耐半田ストレス性の向上が
望めず、15重量部未満だと溶融混合物の粘度が高くな
りミキサー及び2軸ロール等を用いる混練作業時の分散
性が不充分で、かつ該硬化剤を用いた組成物をトランス
ファー成形する際の流動性が低下して成形性が低下す
る。
【0018】更に式(2)中のnの値は1から6の範囲
であることが望ましくnの値が6を超えるとトランスフ
ァー成形時の流動性が低下し、成形性が低下する傾向が
ある。式(2)で示される多官能フェノール樹脂硬化剤
に溶融混合される2官能フェノール類としてはフェノー
ル性水酸基を2個有する化合物全般をいう。例えばビス
フェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールZ、
4、4’−ジビフェノール、シクロヘキシリデンビスフ
ェノールA等が挙げられる。式(2)の多官能フェノー
ル樹脂と2官能フェノール類の溶融混合条件は両者が均
一に混合分散されるならば特には限定しない。式(2)
の多官能フェノール樹脂と2官能フェノール類の溶融混
合物は単独で用いても、他の硬化剤と併用してもよい。
併用する硬化剤にはフェノール性水酸基を有するポリマ
ー全般を用いることができる。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。これらは単独もしく
は2種以上混合して用いてもよい。
【0019】本発明で用いる無機充填材としては、溶融
シリカ粉末、球状シリカ粉末、結晶シリカ粉末、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、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組成物量に対して70〜9
0重量%が好ましい。
【0020】本発明に使用される硬化促進剤はエポキシ
基と水酸基との反応を促進するものであればよく、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、例えばジアザビシクロウンデセン(DBU)、
トリフェニルホスフィン(TPP)、ジメチルベンジル
アミン(BDMA)や2メチルイミダゾール(2MZ)
等が単独もしくは2種類以上混合して用いられる。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、無機充填材及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シランカップリング剤、ブロム化
エポキシ樹脂、三酸化アンチモン、ヘキサブロムベンゼ
ン等の難燃剤、カーボンブラック、ベンガラ等の着色
剤、天然ワックス、合成ワックス等の離型剤及びシリコ
ーンオイル、ゴム等の低応力添加剤等の種々の添加剤を
適宜配合しても差し支えがない。
【0021】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、
充填材、硬化促進剤、その他の添加剤をミキサー等によ
って十分に均一に混合した後、さらに熱ロールまたはニ
ーダー等で溶融混練し、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。
【実施例】以下本発明を実施例で具体的に説明する。
【0022】実施例1 下記組成物 式(3)で示されるエポキシ樹脂 13重量部
【0023】
【化6】
【0024】 式(4)で示される多官能フェノール樹脂硬化剤(イ)(nは1〜6の混合物 で、水酸基当量106、軟化点145℃)とビスフェノールA(ロ)の重量比( イ)/(ロ)が2/1である溶融混合物 7重量部
【0025】
【化7】
【0026】 溶融シリカ 78.8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 0.5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、冷却後粉砕した成形材料とした。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
パッケージに封止し、又半田耐湿性試験用として3×6
mmのチップを16pSOPパッケージに封止した。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。
【0027】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:封止したテスト用素子を85℃で、8
5%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
(125℃、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。
【0028】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、同様に評価した。試験結果を表1に示す。
【0029】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。比較例1、3においてはビスフェノールA
を用いないため、樹脂の溶融工程は適用しない。実施例
1と同様に評価した。試験結果を表1に示す。
【0030】
【表1】
【0031】
【発明の効果】本発明に従うと、通常法では均一分散が
困難なために適用不可能であった樹脂を容易に均一分散
化することが可能となり、従来技術では得ることのでき
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、半田付け工程による急激な温
度変化による熱ストレスを受けた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電子、電気部品
の封止用、被覆用、絶縁用等に用いた場合、特に表面実
装パッケージに搭載された高集積大型チップICにおい
て信頼性を特に必要とする製品について好適である。

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50〜100 重量%
    含むエポキシ樹脂 【化1】 (式中のR1 〜R8 は水素、ハロゲン、アルキル基の中
    から選択される同一もしくは異なる原子または基)、 (B)下記式(2)で示される多官能フェノール樹脂1
    00重量部に対して2官能フェノール類を15〜 10
    0重量部溶融混合した硬化剤、 【化2】 (n=1〜6) (C)無機充填材および (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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TW459016B (en) * 1998-03-13 2001-10-11 Sumitomo Chemical Co Epoxy resin composition and resin-encapsulated semiconductor device
JP2003003080A (ja) * 2002-04-26 2003-01-08 Sumitomo Chem Co Ltd 成形用樹脂組成物
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