JP3080276B2 - 半導体封止用樹脂組成物 - Google Patents
半導体封止用樹脂組成物Info
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- epoxy resin
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、耐半田ストレス性及び
耐湿性に優れた半導体封止用樹脂組成物に関するもので
ある。
耐湿性に優れた半導体封止用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Ｏ−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きた。し
かし近年の電子機器の小型・軽量化・高性能化の市場動
向において、半導体の高集積化も年々進み、パッケージ
においては小型・薄型の表面実装タイプが主流と成りつ
つあり、また半導体の高集積化に伴うチップの大型化か
ら封止樹脂への要求は益々厳しいものとなり従来の樹脂
組成物では信頼性の確保が困難になってきている。これ
は半導体の実装方法が従来のピン挿入型から表面実装型
（ＶＰＳリフロー型、ＩＲリフロー型、半田浸漬法等）
に変わる事により、半田浸漬の工程において急激に２０
０℃以上の高温にさらされることになりパッケージが割
れたり、チップと封止樹脂の界面剥離が生じ、耐湿性が
劣化し信頼性が低くなるといった問題が起きる為であ
り、小型・薄型パッケージでは一層影響が大きくなる為
である。 この様な状況から、半田浸漬等の厳しい条件
においても耐クラック性、耐湿性に優れた高信頼性の樹
脂の開発が急がれている。
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Ｏ−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きた。し
かし近年の電子機器の小型・軽量化・高性能化の市場動
向において、半導体の高集積化も年々進み、パッケージ
においては小型・薄型の表面実装タイプが主流と成りつ
つあり、また半導体の高集積化に伴うチップの大型化か
ら封止樹脂への要求は益々厳しいものとなり従来の樹脂
組成物では信頼性の確保が困難になってきている。これ
は半導体の実装方法が従来のピン挿入型から表面実装型
（ＶＰＳリフロー型、ＩＲリフロー型、半田浸漬法等）
に変わる事により、半田浸漬の工程において急激に２０
０℃以上の高温にさらされることになりパッケージが割
れたり、チップと封止樹脂の界面剥離が生じ、耐湿性が
劣化し信頼性が低くなるといった問題が起きる為であ
り、小型・薄型パッケージでは一層影響が大きくなる為
である。 この様な状況から、半田浸漬等の厳しい条件
においても耐クラック性、耐湿性に優れた高信頼性の樹
脂の開発が急がれている。
【０００３】これらの問題を解決するために半田付け時
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）、さ
らにはシリコーン変性（特開昭６２−１３６８６０号公
報）などの手法で対応しているがいずれも半田浸漬時に
パッケージにクラックが発生し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、半田浸漬時の耐半田クラック性に優れた半導体封
止用エポキシ樹脂組成物を得るために、硬化剤としてフ
ェノールアラルキル樹脂の使用（特開昭５９−６７６６
０号公報）等が検討されてきたがフェノールアラルキル
樹脂の使用によりリードフレームとの密着性及び低吸水
性が向上し、クラック発生が低減するが、フェノールア
ラルキル硬化剤系では硬化物のガラス転移温度が、従来
のフェノールノボラック硬化剤系に比べ著しく低くな
り、長期耐熱性が劣るという欠点がある。
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）、さ
らにはシリコーン変性（特開昭６２−１３６８６０号公
報）などの手法で対応しているがいずれも半田浸漬時に
パッケージにクラックが発生し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、半田浸漬時の耐半田クラック性に優れた半導体封
止用エポキシ樹脂組成物を得るために、硬化剤としてフ
ェノールアラルキル樹脂の使用（特開昭５９−６７６６
０号公報）等が検討されてきたがフェノールアラルキル
樹脂の使用によりリードフレームとの密着性及び低吸水
性が向上し、クラック発生が低減するが、フェノールア
ラルキル硬化剤系では硬化物のガラス転移温度が、従来
のフェノールノボラック硬化剤系に比べ著しく低くな
り、長期耐熱性が劣るという欠点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題に対して耐半田クラック性、耐湿性及び耐熱性が著
しく優れた半導体封止用樹脂組成物を提供するものであ
る。
問題に対して耐半田クラック性、耐湿性及び耐熱性が著
しく優れた半導体封止用樹脂組成物を提供するものであ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、これらの
問題を解決するために鋭意研究を進め、次の組成を持つ
樹脂組成物を見いだした。すなわち本発明は、（Ａ）エ
ポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤として、式（１）の化学構造
式で示される変性フェノール樹脂化合物を総硬化剤量に
対して５０〜１００重量％含む硬化剤および
問題を解決するために鋭意研究を進め、次の組成を持つ
樹脂組成物を見いだした。すなわち本発明は、（Ａ）エ
ポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤として、式（１）の化学構造
式で示される変性フェノール樹脂化合物を総硬化剤量に
対して５０〜１００重量％含む硬化剤および
【０００６】
【化３】
【０００７】（Ｃ）無機充填材を必須成分とし、（Ｃ）
無機充填材が全組成物中７５〜９０重量％である半導体
封止用樹脂組成物である。本発明に用いられる（Ａ）エ
ポキシ樹脂はビスフェノール型、フェノールノボラック
型、オルソクレゾールノボラック型、トリスフェニルメ
タン型、ナフタレン骨格含有型等各種のエポキシ樹脂が
適用可能であり、２種以上併用しても差し支えないが、
特に式（２）に示したビフェニル型エポキシを用いると
エポキシ樹脂自体の溶融粘度が低いため流動性を損なう
ことなく、無機充填材を多量に配合でき、延いては高強
度で吸湿量の少ない耐半田ストレス性に優れた樹脂組成
物が得られる。
無機充填材が全組成物中７５〜９０重量％である半導体
封止用樹脂組成物である。本発明に用いられる（Ａ）エ
ポキシ樹脂はビスフェノール型、フェノールノボラック
型、オルソクレゾールノボラック型、トリスフェニルメ
タン型、ナフタレン骨格含有型等各種のエポキシ樹脂が
適用可能であり、２種以上併用しても差し支えないが、
特に式（２）に示したビフェニル型エポキシを用いると
エポキシ樹脂自体の溶融粘度が低いため流動性を損なう
ことなく、無機充填材を多量に配合でき、延いては高強
度で吸湿量の少ない耐半田ストレス性に優れた樹脂組成
物が得られる。
【０００８】
【化４】 （Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4はＨまたはＣＨ3）
【０００９】ビフェニル型エポキシを用いる場合には総
エポキシ量に対し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％未満では樹脂の低
粘度化がはかれず目的とする無機充填材の多量配合が困
難である。
エポキシ量に対し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％未満では樹脂の低
粘度化がはかれず目的とする無機充填材の多量配合が困
難である。
【００１０】式（１）で示される構造の変性フェノール
樹脂硬化剤は分子側鎖中に芳香族環を有する化合物であ
る。側鎖中のＲ1〜Ｒ3の構造により若干性状は異なる
が、その特徴は従来のフェノールノボラック硬化剤と異
なり、吸湿性が低くまた熱時可撓性に優れることであ
る。この様な可撓構造を分子内に取り入れると、ともす
ればガラス転移温度の低下が生じるが、直鎖状のフェノ
ールアラルキル樹脂と異なり側鎖に大きな分子を有して
いる為、標準的なＲ1〜Ｒ3がＨの場合でも比較的高いガ
ラス転移温度を示す。さらにＲ1〜Ｒ3に反応性ＯＨ基を
導入することにより硬化物の架橋密度を調整することが
可能であり、従ってさらにガラス転移温度の向上が可能
である。またＲ1がＣＨ3基の場合ではより低吸湿性の性
質となる。これら側鎖中のＲ1〜Ｒ3の構造は同じであっ
ても異なっていてもよく、目的とする特性に従って適宜
選択できる。式（１）のｌ、ｍ、ｎのいずれかが１０を
越えると、成形時の流動性が悪化する。この変性フェノ
ール樹脂硬化剤の使用量は、これを調節することにより
耐半田クラック性を最大限に引き出すことができる。耐
半田クラック性の効果を出すためには式（１）で示され
る変性フェノール樹脂硬化剤を総フェノール樹脂硬化剤
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、低吸湿と熱時可撓性が
得られず、耐半田クラック特性が不充分である。
樹脂硬化剤は分子側鎖中に芳香族環を有する化合物であ
る。側鎖中のＲ1〜Ｒ3の構造により若干性状は異なる
が、その特徴は従来のフェノールノボラック硬化剤と異
なり、吸湿性が低くまた熱時可撓性に優れることであ
る。この様な可撓構造を分子内に取り入れると、ともす
ればガラス転移温度の低下が生じるが、直鎖状のフェノ
ールアラルキル樹脂と異なり側鎖に大きな分子を有して
いる為、標準的なＲ1〜Ｒ3がＨの場合でも比較的高いガ
ラス転移温度を示す。さらにＲ1〜Ｒ3に反応性ＯＨ基を
導入することにより硬化物の架橋密度を調整することが
可能であり、従ってさらにガラス転移温度の向上が可能
である。またＲ1がＣＨ3基の場合ではより低吸湿性の性
質となる。これら側鎖中のＲ1〜Ｒ3の構造は同じであっ
ても異なっていてもよく、目的とする特性に従って適宜
選択できる。式（１）のｌ、ｍ、ｎのいずれかが１０を
越えると、成形時の流動性が悪化する。この変性フェノ
ール樹脂硬化剤の使用量は、これを調節することにより
耐半田クラック性を最大限に引き出すことができる。耐
半田クラック性の効果を出すためには式（１）で示され
る変性フェノール樹脂硬化剤を総フェノール樹脂硬化剤
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、低吸湿と熱時可撓性が
得られず、耐半田クラック特性が不充分である。
【００１１】式（１）で示される変性フェノール樹脂硬
化剤以外に他のフェノール樹脂系硬化剤を併用する場
合、用いるフェノール樹脂系硬化剤とはフェノール性水
酸基を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、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
樹脂との共縮合物、フェノールアラルキル樹脂等を用い
ることができる。これら併用されるフェノール樹脂は、
硬化性の調整、可撓性の付与等の目的で適宜使用される
が流動性の調整ではビスフェノールＦや狭低分子量フェ
ノールノボラック樹脂等の低分子化合物が好適である。
化剤以外に他のフェノール樹脂系硬化剤を併用する場
合、用いるフェノール樹脂系硬化剤とはフェノール性水
酸基を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、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
樹脂との共縮合物、フェノールアラルキル樹脂等を用い
ることができる。これら併用されるフェノール樹脂は、
硬化性の調整、可撓性の付与等の目的で適宜使用される
が流動性の調整ではビスフェノールＦや狭低分子量フェ
ノールノボラック樹脂等の低分子化合物が好適である。
【００１２】本発明に用いる無機充填材としては、溶融
シリカ粉末、結晶シリカ粉末、アルミナ粉末、水和アル
ミナ粉末、窒化珪素粉末、炭酸カルシウム粉末等が挙げ
られ、特に溶融シリカ粉末が好ましい。無機充填材の配
合量は７５〜９０重量％の範囲が好ましい。７５重量％
以下の場合は吸湿量が多くなり、また熱膨張係数も大き
く実装時の熱ストレスに耐えられない。また９０重量％
以上になると流動特性が劣化し実用不可となる。
シリカ粉末、結晶シリカ粉末、アルミナ粉末、水和アル
ミナ粉末、窒化珪素粉末、炭酸カルシウム粉末等が挙げ
られ、特に溶融シリカ粉末が好ましい。無機充填材の配
合量は７５〜９０重量％の範囲が好ましい。７５重量％
以下の場合は吸湿量が多くなり、また熱膨張係数も大き
く実装時の熱ストレスに耐えられない。また９０重量％
以上になると流動特性が劣化し実用不可となる。
【００１３】本発明の封止用エポキシ樹脂組成物はエポ
キシ樹脂、硬化剤及び無機充填材を必須成分とするが、
これ以外に必要に応じて硬化促進剤、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
剤およ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り十分に均一混合した
後、さらに熱ロールまたはニーダー等で溶融混合し、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。
キシ樹脂、硬化剤及び無機充填材を必須成分とするが、
これ以外に必要に応じて硬化促進剤、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
剤およ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り十分に均一混合した
後、さらに熱ロールまたはニーダー等で溶融混合し、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。
【００１４】
【実施例】以下に本発明を実施例で示す。配合割合は重
量部とする。 実施例１〜４、比較例１〜３ （Ａ）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（エポ
キシ当量２００、軟化点６５℃） ビフェニル型エポキシ樹脂：３，３’，５，５’−
テトラメチル−４，４’−ジヒドロキシビフェニルグリ
シジルエーテル （Ｂ）フェノール樹脂硬化剤 式（１）で示される変性フェノール樹脂（水酸基当
量２１２、軟化点８０℃、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3はＨ） フェノールノボラック樹脂（水酸基当量１０４、軟
化点９５℃） フェノールアラルキル樹脂（水酸基当量１８０、軟
化点８０℃） （Ｃ）無機充填材 溶融シリカ粉末（平均粒子径１４μｍ） （Ｄ）その他原料 硬化促進剤：トリフェニルホスフィン 離型剤：カルナバワックス を表１に示したそれぞれの割合で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。この組成物を低圧トラ
ンスファー成形機（成形条件：１７５℃、７０kg／c
m2、１２０秒）を用いて成形し、得られた成形品を１７
５℃、８時間で後硬化し評価した。結果を表１に示す。
量部とする。 実施例１〜４、比較例１〜３ （Ａ）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（エポ
キシ当量２００、軟化点６５℃） ビフェニル型エポキシ樹脂：３，３’，５，５’−
テトラメチル−４，４’−ジヒドロキシビフェニルグリ
シジルエーテル （Ｂ）フェノール樹脂硬化剤 式（１）で示される変性フェノール樹脂（水酸基当
量２１２、軟化点８０℃、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3はＨ） フェノールノボラック樹脂（水酸基当量１０４、軟
化点９５℃） フェノールアラルキル樹脂（水酸基当量１８０、軟
化点８０℃） （Ｃ）無機充填材 溶融シリカ粉末（平均粒子径１４μｍ） （Ｄ）その他原料 硬化促進剤：トリフェニルホスフィン 離型剤：カルナバワックス を表１に示したそれぞれの割合で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。この組成物を低圧トラ
ンスファー成形機（成形条件：１７５℃、７０kg／c
m2、１２０秒）を用いて成形し、得られた成形品を１７
５℃、８時間で後硬化し評価した。結果を表１に示す。
【００１５】評価方法 ＊１ スパイラルフロー ＥＭＭＩ−Ｉ−６６に準じたスパイラルフロー観測用金
型を用い、金型温度１７５℃、注入圧力７０kg／cm2、
硬化時間２分で測定。 ＊２ 耐熱性 １７５℃２分の条件で成形し、１７５℃８時間後硬化さ
せた試験片にて熱膨張特性を測定し硬化物のガラス転移
温度を求めた。 ＊３ 半田クラック性試験 １：成形品（チップサイズ３６mm2、パッケージ厚２．
０５mm）１０個につき８５℃、８５％ＲＨの水蒸気下で
７２Ｈｒ処理後、ＶＰＳ式半田処理装置に２１５℃、９
０秒間保持し、外部クラックの有無を観察した。 ２：成形品（チップサイズ３６mm2、パッケージ厚２．
０５mm）１０個につき８５℃、８５％ＲＨの水蒸気下で
７２Ｈｒ処理後、赤外線リフロー式半田処理装置に２４
０℃、１０秒間保持し、外部クラックの有無を観察し
た。 ＊４ 半田耐湿性試験 模擬素子を搭載した１６ｐＳＯＰパッケージを成形硬化
させ８５℃、８５％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）をおこない、
回路のオープン不良数を測定した。
型を用い、金型温度１７５℃、注入圧力７０kg／cm2、
硬化時間２分で測定。 ＊２ 耐熱性 １７５℃２分の条件で成形し、１７５℃８時間後硬化さ
せた試験片にて熱膨張特性を測定し硬化物のガラス転移
温度を求めた。 ＊３ 半田クラック性試験 １：成形品（チップサイズ３６mm2、パッケージ厚２．
０５mm）１０個につき８５℃、８５％ＲＨの水蒸気下で
７２Ｈｒ処理後、ＶＰＳ式半田処理装置に２１５℃、９
０秒間保持し、外部クラックの有無を観察した。 ２：成形品（チップサイズ３６mm2、パッケージ厚２．
０５mm）１０個につき８５℃、８５％ＲＨの水蒸気下で
７２Ｈｒ処理後、赤外線リフロー式半田処理装置に２４
０℃、１０秒間保持し、外部クラックの有無を観察し
た。 ＊４ 半田耐湿性試験 模擬素子を搭載した１６ｐＳＯＰパッケージを成形硬化
させ８５℃、８５％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）をおこない、
回路のオープン不良数を測定した。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【発明の効果】本発明による半導体封止用樹脂組成物
は、半田クラック性、耐湿性及び耐熱性に顕著に優れて
いることにより表面実装封止用樹脂組成物として工業的
価値は極めて高い。
は、半田クラック性、耐湿性及び耐熱性に顕著に優れて
いることにより表面実装封止用樹脂組成物として工業的
価値は極めて高い。
Claims (2)
- 【請求項１】 （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤とし
て、式（１）の化学構造式で示される変性フェノール樹
脂化合物を総硬化剤量に対して５０〜１００重量％含む
硬化剤および 【化１】 （Ｃ）無機充填材を必須成分とし、（Ｃ）無機充填材が
全組成物中７５〜９０重量％であることを特徴とする半
導体封止用樹脂組成物。 - 【請求項２】 （Ａ）エポキシ樹脂が式（２）で示され
るビフェニル系エポキシ樹脂で、総エポキシ樹脂量に対
して５０〜１００重量％であることを特徴とする請求項
１記載の半導体封止用樹脂組成物。 【化２】 （Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4はＨまたはＣＨ3）
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04254472A JP3080276B2 (ja) | 1992-09-24 | 1992-09-24 | 半導体封止用樹脂組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04254472A JP3080276B2 (ja) | 1992-09-24 | 1992-09-24 | 半導体封止用樹脂組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06112366A JPH06112366A (ja) | 1994-04-22 |
| JP3080276B2 true JP3080276B2 (ja) | 2000-08-21 |
Family
ID=17265520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04254472A Expired - Fee Related JP3080276B2 (ja) | 1992-09-24 | 1992-09-24 | 半導体封止用樹脂組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3080276B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69722106T2 (de) * | 1996-08-29 | 2004-04-01 | Mitsubishi Denki K.K. | Epoxidharzzusammensetzung und damit eingekapselte Halbleiteranordnungen |
| SG115578A1 (en) * | 2003-10-28 | 2005-10-28 | Sumitomo Bakelite Singapore Pt | Epoxy resin composition |
| SG115579A1 (en) * | 2003-10-28 | 2005-10-28 | Sumitomo Bakelite Singapore Pt | Epoxy resin composition |
-
1992
- 1992-09-24 JP JP04254472A patent/JP3080276B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06112366A (ja) | 1994-04-22 |
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