JP3064636B2

JP3064636B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物

Info

Publication number: JP3064636B2
Application number: JP4041407A
Authority: JP
Inventors: 修一新谷; 啓司萱場; 正幸田中
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1992-02-27
Filing date: 1992-02-27
Publication date: 2000-07-12
Anticipated expiration: 2015-07-12
Also published as: JPH05243426A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半田耐熱性、難燃性お
よび高温信頼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】半導体素子は外部環境や機械的衝撃から
保護するため、あるいは電気的に絶縁するため各種封止
材料で封止される。

【０００３】その封止材料、封止方法として従来より金
属やセラミックスによるハーメチックシールとフェノー
ル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などによる樹脂
封止が提案されている。なかでも、経済性、生産性、物
性のバランスの点からエポキシ樹脂による樹脂封止が中
心になっている。

【０００４】近年、電子部品の小型化、薄型化が進み、
半導体の実装方式は従来のピン挿入方式に代って表面実
装方式が盛んになってきている。この場合、半導体は実
装の際に半田浴浸漬されるなど高温で処理されるが、か
かる高温条件においては、封止樹脂にクラックが生じた
り、耐湿性が低下するなどの問題が指摘されていた。し
たがって、従来の封止樹脂よりもさらに半田耐熱性の優
れた樹脂組成物の実現が望まれている。

【０００５】封止樹脂自体の改良による半田耐熱性向上
も種々検討されており、たとえば、ビフェニル骨格を有
するエポキシ樹脂を配合する方法（特開昭６３−２５１
４１９号公報）などが提案されている。

【０００６】一方、電子部品の難燃性は、アメリカの火
災保険業界により設立されたUnderwriters Laboratorie
s Inc.により設定された規格（ＵＬ規格）により義務づ
けられている。半導体封止樹脂には一般的に臭素化エポ
キシ樹脂と三酸化アンチモン（Ｓｂ₂Ｏ₃）などのアン
チモン酸化物の併用系が用いられている。りん系難燃剤
など非ハロゲン系難燃剤の検討もなされてきたが、耐湿
性や成形性が劣るといった問題があり、実用化されてい
ない。

【０００７】また、自動車のアンダーフードなど耐熱性
の要求される用途では、たとえば、１５０℃以上の高温
にさらされることになる。この際、難燃剤として用いて
いる臭素化エポキシ樹脂が分解してＨＢｒなどが生じ、
これが最終的に素子の導通不良を引き起こし、信頼性低
下を招く。このような問題も指摘されているため、より
一層の高温信頼性が要求されている。

【０００８】上述したように、難燃性を満足するために
は現段階では臭素化エポキシ樹脂は不可欠だが、高温信
頼性を悪化させるという弊害が生じるため、これら二つ
の特性を同時に満足する技術の開発が強く望まれてい
る。

【０００９】したがって、添加剤による信頼性向上も検
討されており、たとえば、無機イオン交換体を配合する
ことによる耐湿性の向上（特開昭６２−２１２４２２号
公報）などが提案されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ビフェ
ニル骨格を有するエポキシ樹脂を用いると、従来から用
いられてきたオルソクレゾールノボラック型エポキシ樹
脂に比べ高温信頼性が劣るといった問題があった。

【００１１】また、無機イオン交換体を添加する方法
は、従来のエポキシ樹脂系において半田耐熱性を悪化さ
せるといった問題があった。

【００１２】したがって、本発明の課題は、上述したエ
ポキシ樹脂組成物が有する問題を解決し、半田耐熱性、
難燃性、高温信頼性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂
組成物を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するために鋭意検討した結果、ビフェニル骨格を
有するエポキシ樹脂を必須成分として用いるとともに、
３〜５価の遷移金属を含む無機イオン交換体を使用する
ことにより、上記目的に合致したエポキシ樹脂組成物が
得られることを見出し、本発明に到達した。

【００１４】すなわち本発明は、下記一般式（Ｉ）

【化２】（ただし、Ｒ¹〜Ｒ⁸は水素原子、炭素数１〜４の低級ア
ルキル基またはハロゲン原子を示す。）で表される骨格
を有するエポキシ樹脂（ａ）を必須成分として含有する
エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、充填剤（Ｃ）、下
記一般式（ＩＩ）ＭｘＯｙ（ＮＯ₃）ｚ（ＯＨ）ｗ・ｎＨ₂Ｏ・・・
（ＩＩ）（Ｍは１種あるいは２種以上の３〜５価の遷移金属、ｘ
＝１〜５、ｙ＝１〜１０、ｚ＝０．２〜４、ｗ＝０．２
〜４、ｎ＝０〜５を示す。）で表される無機イオン交換
体（Ｄ）および難燃剤（Ｅ）を含有し、前記無機イオン
交換体を０．０２〜３０重量％含むことを特徴とする半
導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供するものである。

【００１５】本発明におけるエポキシ樹脂(A）は、上記
式(I) で表されるエポキシ樹脂(a）を必須成分として含
有する。エポキシ樹脂(a）を含有しない場合は、半田付
け工程時におけるクラックの発生防止効果が不十分であ
る。

【００１６】上記式（Ｉ）において、Ｒ¹〜Ｒ⁸の好ま
しい具体例としては、水素原子、メチル基、エチル基、
プロピル基、ｉ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−
ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、塩素原子および臭素原
子などが挙げられる。

【００１７】本発明におけるエポキシ樹脂(a）の好まし
い具体例としては、４，４´−ビス（２，３−エポキシ
プロポキシ）ビフェニル、４，４´−ビス（２，３−エ
ポキシプロポキシ）−３，３´，５，５´−テトラメチ
ルビフェニル、４，４´−ビス（２，３−エポキシプロ
ポキシ）−３，３´，５，５´−テトラメチル−２−ク
ロロビフェニル、４，４´−ビス（２，３−エポキシプ
ロポキシ）−３，３´，５，５´−テトラメチル−２−
ブロモビフェニル、４，４´−ビス（２，３−エポキシ
プロポキシ）−３，３´，５，５´−テトラエチルビフ
ェニルおよび４，４´−ビス（２，３−エポキシプロポ
キシ）−３，３´，５，５´−テトラブチルビフェニル
などが挙げられる。

【００１８】本発明におけるエポキシ樹脂(A）は上記の
エポキシ樹脂(a）とともに、該エポキシ樹脂(a）以外の
他のエポキシ樹脂をも併用して含有することができる。
併用できる他のエポキシ樹脂としては、一分子中にエポ
キシ基を２個以上有するものであれば特に限定されず、
たとえば、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、ビスフェノールＡや
レゾルシンなどから合成される各種ノボラック型エポキ
シ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、線状脂肪族
エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂、脂環式エポキシ
樹脂およびハロゲン化エポキシ樹脂などが挙げられる。

【００１９】エポキシ樹脂(A）中に含有されるエポキシ
樹脂(a）の割合に関しては特に制限はなく、必須成分と
してエポキシ樹脂(a）が含有されれば本発明の効果は発
揮できるが、より十分な効果を発揮させるためには、エ
ポキシ樹脂(a）をエポキシ樹脂(A）中に通常３０重量％
以上、好ましくは５０重量％以上含有せしめる必要があ
る。

【００２０】なお、用途によってはエポキシ樹脂(a）以
外に２種以上のエポキシ樹脂を併用してもよいが、半導
体装置封止用としては耐熱性、耐湿性の点からクレゾー
ルノボラック型エポキシ樹脂が好ましい。

【００２１】本発明において、エポキシ樹脂(A）の配合
量は５〜２５重量％の範囲が好ましい。

【００２２】本発明における硬化剤(B）は、エポキシ樹
脂(A）と反応して硬化させるものであれば特に限定され
ず、それらの具体例としては、たとえばフェノールノボ
ラック、クレゾールノボラックなどのノボラック型フェ
ノール樹脂、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビ
スフェノールＡＤなどのビスフェノール化合物、無水マ
レイン酸、無水フタル酸、無水ピロメリット酸などの酸
無水物およびメタフェニレンジアミン、ジアミノジフェ
ニルメタン、ジアミノジフェニルスルホンなどの芳香族
アミンなどが挙げられる。半導体装置封止用としては、
耐熱性、耐湿性および保存性の点から、フェノールノボ
ラック、クレゾールノボラックなどのノボラック型フェ
ノール樹脂が好ましく用いられ、用途によっては２種以
上の硬化剤を併用してもよい。

【００２３】本発明において、硬化剤(B）の配合量は通
常２〜１５重量％である。さらには、エポキシ樹脂(A）
と硬化剤(B）の配合比は、機械的性質および耐熱性の点
から(A）に対する(B）の化学当量比が０．６〜１．５、
特に０．８〜１．３の範囲にあることが好ましい。

【００２４】また、本発明においてエポキシ樹脂(A）と
硬化剤(B）の硬化反応を促進するため硬化触媒を用いて
もよい。硬化触媒は硬化反応を促進するものならば特に
限定されず、たとえば２−メチルイミダゾール、２，４
−ジメチルイミダゾール、２−エチル−４−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−ヘプタデシルイミダゾー
ルなどのイミダゾール化合物、トリエチルアミン、ベン
ジルジメチルアミン、α−メチルベンジルジメチルアミ
ン、２−（ジメチルアミノメチル）フェノール、２，
４，６−トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール、
１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７
などの３級アミン化合物、ジルコニウムテトラメトキシ
ド、ジルコニウムテトラプロポキシド、テトラキス（ア
セチルアセトナト）ジルコニウム、トリス（アセチルア
セトナト）アルミニウムなどの有機金属化合物およびト
リフェニルホスフィン、トリメチルホスフィン、トリエ
チルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリ（ｐ−メ
チルフェニル）ホスフィン、トリ（ノニルフェニル）ホ
スフィンなどの有機ホスフィン化合物が挙げられる。な
かでも信頼性および成形性の点から、有機ホスフィン化
合物が好ましく、トリフェニルホスフィンが特に好まし
く用いられる。

【００２５】これらの硬化触媒は、用途によっては２種
以上を併用してもよく、その配合量はエポキシ樹脂(A）
１００重量部に対して０．１〜１０重量部の範囲が好ま
しい。

【００２６】本発明における充填剤(C）としては、非晶
シリカ、結晶性シリカ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシ
ウム、アルミナ、マグネシア、クレー、タルク、ケイ酸
カルシウム、酸化チタン、アスベスト、ガラス繊維など
が挙げられる。なかでも非晶シリカは線膨脹係数を低下
させる効果が大きく、低応力化に有効なため好ましく用
いられる。

【００２７】これら充填剤(C）の添加量は、全体の７０
〜９０重量％が、成形性、低応力の点で好ましい。

【００２８】本発明における無機イオン交換体(D）は、
下記式(II)で表されるものである。

【００２９】ＭｘＯｙ（ＮＯ₃）ｚ（ＯＨ）ｗ・ｎＨ₂Ｏ……（ＩＩ）ここで式（ＩＩ）中、Ｍは３〜５価の遷移金属であり、
１種単独であるいは２種以上を併用することができる。
また式（ＩＩ）中ｘは１〜５、ｙは１〜１０、ｚは０．
２〜４、ｗは０．２〜４、ｎは０〜５である。ここで遷
移金属としてはたとえば、リン、ひ素、アンチモン、ビ
スマス、アルミニウム、ガリウム、インジウムなどを挙
げることができ、特に好ましいのはアンチモンとビスマ
スの組合せである。

【００３０】本発明で使用する無機イオン交換体(D）の
好ましい具体例としては、Ｓｂ₂Ｂｉ_1.4Ｏ_6.4（ＮＯ
₃）_0.4（ＯＨ）_0.95・０．５Ｈ₂Ｏ、Ｓｂ₂Ｂｉ_1.2
Ｏ_6. ₂（ＮＯ₃）_0.4（ＯＨ）_0.8・２Ｈ₂Ｏ、Ｓｂ₂
Ｂｉ_0.4Ｏ₆（ＮＯ₃）_0.4（ＯＨ）_0.8・２Ｈ₂Ｏ、
Ｓｂ₂Ｂｉ_3.0Ｏ₆（ＮＯ₃）_0.4（ＯＨ）_0.8・２Ｈ
₂Ｏ、Ｓｂ₂Ｂｉ_1.2Ｏ₁₀（ＮＯ₃）_0.4（ＯＨ）_0.8
・２Ｈ₂Ｏ、Ｓｂ₂Ｂｉ_1.2Ｏ₆（ＮＯ₃）_0.4（Ｏ
Ｈ）_4.0・２Ｈ₂Ｏ、Ｓｂ₂Ｂｉ_1.2Ｏ₆（ＮＯ₃）
_4.0（ＯＨ）_0.8・２Ｈ₂Ｏ、Ｓｂ₂Ｂｉ_1.2Ｏ₆（Ｎ
Ｏ₃）_0.8（ＯＨ）_0.8・４Ｈ₂Ｏなどが挙げられる。

【００３１】この無機イオン交換体の配合量は０．０２
〜３０重量％の範囲が好ましく、さらに好ましくは０．
０５〜５重量％の範囲である。

【００３２】無機イオン交換体の配合量が０．０２重量
％未満では、高温信頼性が低下し、一方、３０重量％を
越えると半田耐熱性に悪影響を与えるため、好ましくな
い。また、イオン交換能力を高めるうえで無機イオン交
換体をあらかじめエポキシ樹脂に混練しておいてもよ
い、すなわち、８０〜１６０℃、好ましくは１２０〜１
５０℃であらかじめ溶融しておいたエポキシ樹脂に無機
イオン交換体を添加し、０．５〜３時間程度混練したの
ち、取り出して冷却、固化させて粉砕する。粉砕品の粒
子径は２００μｍ以下が好ましい。

【００３３】その他、本発明のエポキシ樹脂組成物には
離型剤、カップリング剤、難燃剤及び着色剤を用いるこ
とができる。離型剤としては、天然ワックス類、合成ワ
ックス類及び長鎖脂肪酸の金属塩類などを用いることが
できる。本発明における難燃剤（Ｅ）としては樹脂組成
物に難燃性を付与することができるものであれば特に限
定されない。半導体封止用としては一般的にブロム化合
物とアンチモン化合物が用いられる。ブロム化合物の好
ましい具体例としてはブロム化ビスフェノールＡ型エポ
キシ樹脂、ブロム化フェノールノボラック型エポキシ樹
脂などのブロム化エポキシ樹脂、ブロム化ポリカーボネ
ート樹脂、ブロム化ポリスチレン樹脂、ブロム化ポリフ
ェニレンオキサイド樹脂、テトラブロモビスフェノール
Ａ、デカブロモジフェニルエーテルなどがあげられ、な
かでも、ブロム化エポキシ樹脂が成形性の点等から好ま
しい。また、アンチモン化合物の好ましい具体例として
は、三酸化アンチモン、四酸化アンチモン、五酸化アン
チモンなどが挙げられる。これら難燃剤（Ｅ）の添加量
は、ブロム化合物、アンチモン化合物ともに各々全体の
０．０５〜５重量％が難燃性、信頼性の点から好まし
い。

【００３４】本発明のエポキシ樹脂組成物は溶融混練す
ることが好ましく、たとえばバンバリーミキサー、ニー
ダー、ロール、単軸もしくは二軸の押出機およびコニー
ダーなどの公知の混練方法を用いて溶融混練することに
より製造される。

【００３５】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。

【００３６】実施例１〜４、比較例１〜５原料を表１に示した組成比で室温で混合した後、９０〜
９５℃で混練し、冷却、粉砕してエポキシ樹脂組成物を
得た。

【００３７】この樹脂組成物を用い、低圧トランスファ
ー成形法により、１７５℃×４分間の条件で成形し、４
４ｐｉｎＱＦＰ，ＴＥＧを搭載した１６ｐｉｎＤＩＰお
よび難燃性試験片（５”×１／２”×１／１６”）を得
た。その後、１７５℃×５時間ポストキュアした。

【００３８】ポストキュア後、次の測定法により、各組
成物の物性を測定した。

【００３９】半田耐熱性：４４ｐｉｎＱＦＰ３２個を、
８５℃／８５％ＲＨの加湿器に７２時間放置後、２１５
℃のＶＰＳ（ベーパー・フェーズ・ソルダリング）で９
０秒、または２６０℃の半田浴で１０秒加熱し、クラッ
クの発生しないＱＦＰの個数の割合を求めた。

【００４０】高温信頼性：１６ｐｉｎＤＩＰを用い、２
１０℃の高温下放置試験を行い、抵抗値が１Ωを越えた
ものを故障として扱い、その累積故障率が５０％になる
時間を求めた。

【００４１】難燃性：難燃性試験片１０本を用い、ＵＬ
−９４規格にしたがい測定した。

【００４２】これらの結果を表２に示す。

【００４３】

【表１】

【表２】表２から明らかなように、本発明のビフェニル骨格を有
するエポキシ樹脂と無機イオン交換体を用いた樹脂組成
物（実施例１から４）は半田耐熱性、難燃性および高温
信頼性に優れている。

【００４４】

【発明の効果】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成
物は、半田耐熱性、難燃性および高温信頼性に優れた半
導体装置を与えることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 23/29 C08G 59/20 C08L 63/00 H01L 23/31

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】下記一般式（Ｉ）【化１】（ただし、Ｒ¹〜Ｒ⁸は水素原子、炭素数１〜４の低級ア
ルキル基またはハロゲン原子を示す。）で表される骨格
を有するエポキシ樹脂（ａ）を必須成分として含有する
エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、充填剤（Ｃ）、下
記一般式（ＩＩ）ＭｘＯｙ（ＮＯ₃）ｚ（ＯＨ）ｗ・ｎＨ₂Ｏ・・・
（ＩＩ）（Ｍは１種あるいは２種以上の３〜５価の遷移金属、ｘ
＝１〜５、ｙ＝１〜１０、ｚ＝０．２〜４、ｗ＝０．２
〜４、ｎ＝０〜５を示す。）で表される無機イオン交換
体（Ｄ）および難燃剤（Ｅ）を含有し、前記無機イオン
交換体を０．０２〜３０重量％含むことを特徴とする半
導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項２】無機イオン交換体（Ｄ）におけるＭがアン
チモンおよびビスマスであることを特徴とする請求項１
記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。