JP3008981B2 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、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。
〔従来の技術〕
近年、ダイオード、トランジスタ、集積回路等の電子
部品は熱硬化性樹脂で封止されているが、特に集積回路
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大
型化し、かつパッケージは従来の挿入実装タイプのDIP
等から表面実装タイプのQFP、SOP、SOJ等、更に小型薄
型化されたVQFP、VSOP、TSOP等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
ことにより内部応力によりクラック発生及びこれらのク
ラック発生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。
このパッケージクラックや、樹脂とチップの剥離発生
の原因は、パッケージ中の樹脂とチップ及びリードフレ
ームとの線膨張係数の違いによる応力の発生と、パッケ
ージに吸湿された水分が実装時の加熱により急激に気化
膨張することによる応力集中で剥離及びパッケージクラ
ックが発生するものと考えられている。
これらの問題を解決するために低応力化による半田付
け時の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)、更にシリコーン変性(特開昭
62−136860号公報)など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生じてしまい信
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。
一方、半田付け時の熱衝撃に樹脂強度が耐えるという
狙いで耐熱性エポキシ樹脂組成物を得る目的で多官能性
エポキシ樹脂の使用(特開昭61−168620号公報)等が検
討されてきた。多官能エポキシ樹脂の使用により、ガラ
ス転移温度が上がり樹脂強度が向上するが、反面、内部
応力の増加と吸水率の増加により、耐半田ストレス性に
対して、やや不充分であった。
〔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、エポキシ樹脂組
成物の硬化剤に半田付け時における内部応力の低下とチ
ップ及びリードフレームとの密着性に効果の有る可撓性
構造の硬化剤を用い、無機充填材に樹脂強度向上のた
め、平均粒径で4〜7μm、比表面積が5〜10m2/gであ
る破砕シリカ粉末を用いることにより耐半田ストレス性
に著しく優れ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。
〔課題を解決するための手段〕
本発明のエポキシ樹脂組成物は硬化剤として、下記式
〔I〕及び〔II〕で示される可撓性構造を有する2種類
のフェノール樹脂硬化剤を (式中のR1〜R2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) (式中のR1、R2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)総硬化剤
量に対して30〜100重量%含む硬化剤と平均粒径が4〜
7μm、比表面積が5〜10m2/gである破砕シリカ粉末を
総充填材量に対して30〜100重量%含む無機充填材を併
用することを特徴とし、従来のエポキシ樹脂組成物に比
べて非常に優れた耐半田ストレス性を有するものであ
る。
式〔I〕及び〔II〕で示されるフェノール樹脂硬化剤
は骨格中のパラキシレン及びジシクロペンタジエンを変
性したものである。特徴としてはガラス転移温度以上で
の弾性率が低く、半田付け時の内部応力が低い。また、
チップ及びリードフレームとの密着性及び低吸水性に優
れるなどの特徴を有することから耐半田ストレス性に良
好な結果を示す。このフェノール樹脂硬化剤は式〔I〕
と式〔II〕が重量比1:1を中心に1:0.8〜1:1.2の範囲で
用いることが成形性のバランスの面で好ましく、その混
合物の使用量は、全硬化剤量に対して30重量%以上が好
ましく、更に好ましくは60重量%以上の使用が望まし
い。
30重量%未満だと、リードフレームとの密着性及び低
吸水性が向上せず、耐半田ストレス性が不十分である。
更に式〔I〕及び〔II〕中のR1、R2はそれぞれ水素原子
が好ましい。
式〔I〕及び〔II〕で示されるフェノール樹脂硬化剤
以外に他の硬化剤としてはエポキシ樹脂と反応するもの
であれば良く、一般にフェノールノボラック樹脂、クレ
ゾールノボラック樹脂、酸無水物、アミン系硬化剤等挙
げることができる。
本発明で用いるエポキシ樹脂としてエポキシ基を有す
るポリマー全般をいう。たとえばビスフェノール型エポ
キシ樹脂、テトラメチルビフェニル型エポキシ樹脂、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、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
脂及びトリアジン核含有エポキシ樹脂等を挙げることが
出来る。
無機充填材としては平均粒径が4〜7μm、比表面積
が5〜10m2/gである破砕シリカ粉末を総充填材量に対し
て30重量%以上の使用が好ましく、更に好ましくは50重
量%以上が望ましい。平均粒径が4μm未満だと成形時
の流動性が低下し、7μmより大きいと樹脂強度が向上
せず耐半田ストレス性への効果が少ない。また比表面積
が5m2/g未満だと樹脂強度が向上せず、10m2/gより大き
いと成形時の流動性が低下する。使用量は30重量%未満
だと樹脂強度が向上せず、耐半田ストレス性への効果が
少ない。
他の併用する無機充填材としては球状シリカ粉末、結
晶シリカ粉末、溶融破砕シリカ粉末、アルミナ等が挙げ
られる。
本発明で使用された硬化促進剤はエポキシ樹脂の硬化
反応を促進させるものであればよく、一般にエポキシ樹
脂組成物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(B
DMA)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。
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〕
実施例1 下記組成物 オルソクレゾールノボラックエポキシ樹脂 20重量部 式〔III〕及び〔IV〕で示されるフェノール樹脂硬化
剤の重量比で1:1の混合物 6重量部 (n=1、2であり、その重量割合がn=1が6に対し
てn=2が4である混合物)(OH当量175g/eq、軟化点7
5℃) (n=2、3であり、その重量割合がn=2が、7に対
してn=3が3である混合物)(OH当量185g/eq、軟化
点106℃) フェノールノボラック樹脂 4重量部 平均粒径が5μm、比表面積が8m2/gである破砕シリ
カ粉末 40重量部 溶融シリカ粉末 28.8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、冷却後粉砕して成形材料とした。
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3×6mmのチップを1
6pSOP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おこなった。
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および72Hr処理し、その後250℃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、85
%RHの環境下で72Hr処理し、その後250℃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。
試験結果を第1表に示す。
実施例2〜5 第1表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。この成形材料で試験用の封止した成形
品を得、この成形品を用いて実施例1と同様に半田クラ
ック試験及び半田耐湿性試験を行った。試験結果を第1
表に示す。
比較例1〜6 第1表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。この成形材料で試験用の封止した成形
品を得、この成形品を用いて実施例1と同様に半田クラ
ック試験及び半田耐湿性試験を行った。試験結果を第1
表に示す。
〔発明の効果〕 本発明に従うと従来技術では得ることのできなかった
リードフレームとの密着性、低吸水性及び耐熱衝撃性を
有するエポキシ樹脂組成物を得ることができるので、半
田付け工程により急激な温度変化による熱ストレスを受
けたときの耐クラック性に非常に優れる。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
た高集積大型パッケージICにおいて信頼性が非常に必要
とされる製品について好適である。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 59/62 C08L 63/00 - 63/10 C08K 3/36 H01L 23/29

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a)エポキシ樹脂 (b)下記式〔I〕及び〔II〕で示される2種類のフェ
    ノール樹脂硬化剤を (式中のR1、R2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) (式中のR1、R2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)重量比
    〔I〕:〔II〕=1:0.8〜1:1.2、総硬化剤量に対して30
    〜100重量%含む硬化剤 (c)平均粒径が4〜7μm、比表面積が5〜10m2/gで
    ある破砕シリカ粉末を総充填材量に対して30〜100重量
    %含む無機充填材 (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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