JP3104252B2 - 電子部品封止用エポキシ樹脂成形材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電子部品封止用エポキシ樹脂成形材料に関す
るもので、特に、表面実装用プラスチックパッケージIC
の封止に好適に用いられる電子部品封止用エポキシ樹脂
成形材料に関する。

［従来の技術］ 従来から、トランジスタ、ICなどの電子部品封止の分
野ではエポキシ樹脂成形材料が広く用いられている。こ
の理由としては、エポキシ樹脂が電気特性、耐湿性、耐
熱性、機械特性、インサート品との接着性などの諸特性
にバランスがとれているためである。特に、オルソクレ
ゾールノボラック型エポキシ樹脂とフェノールノボラッ
ク硬化剤の組み合わせはこれらのバランスに優れてお
り、IC封止用成形材料のベース樹脂として主流になって
いる。

［発明が解決しようとする課題］ 近年、電子部品のプリント配線板への高密度実装化が
進んでいる。これに伴い、電子部品は従来のピン挿入型
のパッケージから、表面実装型のパッケージが主流にな
っている。IC、LSIなどの表面実装型ICは実装密度を高
くし、実装高さを低くするために薄型、小型のパッケー
ジになっており、素子のパッケージに対する占有体積が
大きくなり、パッケージの肉厚は非常に薄くなってき
た。更に、これらのパッケージは従来のピン挿入型のも
のと実装方法が異なっている。すなわち、ピン挿入型パ
ッケージはピンを配線板に挿入した後、配線板裏面から
はんだ付けを行うため、パッケージが直接高温にさらさ
れることがなかった。しかし、表面実装型ICは配線板表
面に仮止めを行い、はんだバスやリフロー装置などで処
理されるため、直接はんだ付け温度にさらされる。この
結果、ICパッケージが吸湿した場合、はんだ付け時に吸
湿水分が急激に膨張し、パッケージをクラックさせてし
まう。現在、この現象が表面実装型ICに係わる大きな問
題となっている。

現行のベース樹脂組成で封止したICパッケージでは、
上記の問題が避けられないため、ICを吸湿梱包して出荷
したり、配線板へ実装する前に予めICを十分乾燥して使
用するなどの方法がとられている。しかし、これらの方
法は手間がかかり、コストも高くなる。

本発明はかかる状況に鑑みなされたもので、配線板へ
の実装の際、特定の前処理をすることなく、はんだ付け
を行うことができるICパケージを得ることができる電子
部品封止用樹脂成形材料を提供しようとするものであ
る。

［課題を解決するための手段］ 発明者らは上記の課題を解決するために鋭意検討を重
ねた結果、ベース樹脂としてナフタレン骨格を有する特
定の樹脂を配合することにより上記の目的を達成しうる
ことを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに
至った。

すなわち、本発明はエポキシ樹脂と多価フェノール化
合物と55体積％以上の無機充填剤を含有する電子部品封
止用エポキシ樹脂成形材料において、エポキシ樹脂及び
／又は多価フェノール化合物として構造式が （式中、Ｒは水素又はメチル基、tert−ブチル基などの
炭素数１〜５のアルキル基を表し、ｎ及びｍは繰り返し
単位の数を表し、n/（ｎ＋ｍ）は0.1以上0.5以下であ
る。）で示されるフェノール樹脂（Ａ）及び／又は構造
式が （式中、Ｒは水素又はメチル基、tert−ブチル基などの
炭素数１〜５のアルキル基を表し、ｎ及びｍは繰り返し
単位の数を表し、n/（ｎ＋ｍ）は0.1以上0.5以下であ
る。）で示されるエポキシ樹脂（Ｂ）を必須成分とする
ことを特徴とする電子部品封止用エポキシ樹脂成形材料
を提供するものである。

本発明のエポキシ樹脂成形材料はエポキシ樹脂成分及
び／又は多価フェノール化合物成分として骨格中にナフ
タレン環を有するものを用いることをによりリフロー時
の耐クラック性及びリフロー後の耐湿性を大幅に改善す
ることができる。

本発明におけるフェノール樹脂（Ａ）は骨格中にナフ
タレン環を有するものであり、ナフトールと１価のフェ
ノール類をホルムアルデヒドを用いて共縮合した化合物
などがある。例えば、ナフトール成分としてはα−ナフ
トール、β−ナフトールがあり、１価のフェノール類と
しては、フェノール、クレゾール、キシレノール、ブチ
ルフェノールなどがあり、これらを適宜組み合わせた組
成で共縮合したノボラック樹脂などがある。

この場合、フェノール類では耐湿性、硬化性などを考
慮すればクレゾールが好ましいが、特に限定するもので
はない。またフェノール樹脂（Ａ）のナフトールとフェ
ノール類の共縮合比［ナフトールのモル数／（ナフトー
ル＋フェノール類のモル数）］、すなわち、n/（ｎ＋
ｍ）は、0.1〜0.5の範囲であることが必要である。この
理由としては、共縮合比0.1未満ではナフタレン環の比
率が少なく、本の目的である耐リフロー性に対し効果が
少ない。また、0.5を超えると樹脂の溶融粘度が高くな
り成形時に支障が生じる。両者のバランスをとるために
は、共縮合比は0.3〜0.5の範囲が更に好ましい。

本発明においては多価フェノール化合物成分としてフ
ェノール樹脂（Ａ）のほかに、電子部品封止用エポキシ
樹脂成形材料で一般に使用されているものと組み合わせ
て使用してもよい。例えば、フェノール、クレゾール、
キシレノール、レゾルシン、カテコール、ビスフェノー
ルＡ、ビスフェノールＦなどのフェノール類とホルムア
ルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、
ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒドとを酸性触媒下
で縮合反応させて得られるノボラック型フェノール樹
脂、ビスフェノールＡ、ビスフェノーレＦ、ポリパラビ
ニルフェノール樹脂、レゾルシン、カテコール、ハイド
ロキノンなどの多価フェノールなどがあり、これらは単
独又は２種類以上併用してもよい。

本発明のエポキシ樹脂（Ｂ）としては、上記フェノー
ル樹脂（Ａ）をエピクロルヒドリンを用いてエポキシ化
した樹脂などが用いられ、構造上の特徴はフェノール樹
脂（Ａ）の化合物と同様である。

本発明のエポキシ樹脂（Ｂ）の純度、特に加水分解性
塩素量はICなど素子上のアルミ配線腐食に係わるため少
ない方がよく、耐湿性の優れた電子部品封止用エポキシ
樹脂成形材料を得るためには500ppm以下であることが好
ましいが、特に限定するものではない。ここで、加水分
解性塩素量とは試料のエポキシ樹脂1gをジオキサン30ml
に溶解し、1N−KOHメタノール溶液5mlを添加して30分間
リフラックス後、電位差滴定により求めた値を尺度とし
たものである。

本発明において用いられるエポキシ樹脂成分としては
上記エポキシ樹脂（Ｂ）のほかに、電子部品封止用エポ
キシ樹脂成形材料で一般に使用されているものを使用す
ることができる。例えば、フェノールノボラック型エポ
キシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂
をはじめとするフェノール類とアルデヒド類のノボラッ
ク樹脂をエポキシ化したもの、ビスフェノールＡ、ビス
フェノールＢ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳな
どのジグリシジルエーテル、フタル酸、ダイマー酸など
の多塩基酸とエピクロルヒドリンの反応により得られる
グリシジルエステル型エポキシ樹脂、ジアミノジフェニ
ルメタン、イソシアヌル酸などのポリアミンとエピクロ
ルヒドリンの反応により得られるグリシジルアミン型エ
ポキシ樹脂、オレフィン結合を過酢酸などの過酸で酸化
して得られる線状脂肪族エポキシ樹脂及び脂環族エポキ
シ樹脂などがあり、これらを適宜何種類でも併用するこ
とができる。

また、エポキシ樹脂と多価フェノール化合物との当量
比（水酸基数／エポキシ基数）は、特に限定はされない
が、0.5〜1.5が好ましい。エポキシ樹脂と多価フェノー
ル化合物の合計、すなわち、ベースレジンの量が成形材
料全体の25〜45容量％とすることが好ましい。

本発明においてフェノール樹脂（Ａ）とエポキシ樹脂
（Ｂ）の合計の配合比は、ベース樹脂全体の30重量％以
上が好ましく、更には50重量％以上が好ましい。この理
由としては、30重量％未満では本発明の目的である耐リ
フロー性に対して効果が少なく、特に有効な効果を発揮
するためには50重量％以上が必要となるためである。

また、エポキシ樹脂とフェノール性水酸基を有する化
合物の硬化反応を促進する硬化促進剤を使用することが
できる。この硬化促進剤としては、例えば、1,8−ジア
ザ−ビシクロ（5,4,0）ウンデセン−７、トリエチレン
ジアミン、ベンジルジメチルアミン、トリエタノールア
ミン、ジメチルアミノエタノール、トリス（ジメチルア
ミノメチル）フェノールなどの三級アミン類、２−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類、トリブチルホスフィ
ン、メチルジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフ
ィン、ジフェニルホスフィン、フェニルホスフィンなど
の有機ホスフィン類、テトラフェニルホスホニウム・テ
トラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウム・
エチルトリフェニルボレート、テトラブチルホスホニウ
ム・テトラブチルボレートなどのテトラ置換ホスホニウ
ム・テトラ置換ボレート、２−エチル−４−メチルイミ
ダゾール・テトラフェニルボレート、Ｎ−メチルモルホ
リン・テトラフェニルボレートなどのテトラフェニルボ
ロン塩などがある。

ここで、本発明の目的であるリフロー時のクラックに
対し鋭意検討した結果、1,8−ジアザ−ビシクロ（5,4,
0）ウンデセン−７及びそのフェノール類の誘導体又は
テトラ置換ホスホニウム・テトラ置換ボレート類を硬化
促進剤として使用することが特に有効であることを見出
した。更に、テトラ置換ホスホニウム・テトラ置換ボレ
ートとしては、テトラフェニルホスホニウム・テトラフ
ェニルボレートが好ましい。この理由としては、硬化促
進剤が硬化物特性に及ぼす影響は大きなものであり、1,
8−ジアザ−ビシクロ（5,4,0）ウンデセン−７及びその
フェノール類の誘導体又はテトラ置換ホスホニウム・テ
トラ置換ボレート類を用いた場合、耐熱性の指標である
Tg（ガラス転移温度）が比較的高く、吸水率が小さくな
るため、一定時間加湿したICパッケージをはんだ処理し
てもクラックが発生しなくなったと推察できる。したが
って、本発明の樹脂系の効果を有効に発現するために
は、上記硬化促進剤との組み合わせが好ましいが、特に
限定するものではない。配合比はベースレジンに対して
0.5〜10重量％とすることが好ましい。

また、充填剤としては吸湿性低減及び強度向上の観点
から無機充填剤を用いることが必要である。無機充填剤
としては結晶シリカ、溶融シリカ、アルミナ、ジルコ
ン、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭化珪素、窒化
珪素、窒化ホウ素、ベリリア、マグネシア、ジルコニ
ア、ジルコン、フォステライト、ステアタイト、スピネ
ル、ムライト、チタニアなどの粉体又はこれらを球形化
したビーズなどが挙げられ、１種類以上用いることがで
きる。充填剤の配合量としては同様の理由から、55容量
％以上が必要であり、更には60容量％以上が好ましい。

その他の添加剤として液状又は固形のシリコーン化合
物、テレキリックゴム、熱可塑性エラストマなどの可撓
剤、高級脂肪酸、高級脂酸金属塩、エステル系ワックス
などの離型剤、カーボンブラックなどの着色剤、エポキ
シシラン、アミノシラン、ウレイドシラン、ビニルシラ
ン、アルキルシラン、有機チタネート、アルミニウムア
ルコレートなどのカップリング剤及び難燃剤などを用い
ることができる。

以上のような原材料を用いて成形材料を作製する一般
的な方法としては、所定の配合量の原材料をミキサー等
によって十分混合した後、ミキシングロール、押出機な
どによって混練し、冷却、粉砕することによって、成形
材料を得ることができる。

本発明で得られる成形材料を用いて、電子部品を封止
する方法としては、低圧トランスファー成形法が最も一
般的であるが、インジェクション成形法、圧縮成形法に
よっても可能である。

［作用］ ICパッケージがリフロー時に受けるダメージは、ICの
保管時に吸湿した水分がリフロー時に急激に膨張するこ
とが原因であり、この結果、パッケージのクラック及び
素子やリードフレームと樹脂界面の剥離を生じる。した
がって、リフローに強い樹脂としては、吸水率が低いこ
と、及び高温で強度が高いことが要求される。

本発明の主成分となるエポキシ樹脂（Ｂ）は骨格にナ
フタレン環を有するため、従来のクレゾールノボラック
型エポキシ樹脂と比較して、官能基濃度が小さくなる
（エポキシ当量が大きくなる）。すなわち、極性の高い
官能基が少なくなることで、吸水率を低減できたと推察
できる。一般に、エポキシ当量が大きくなると耐熱性が
低下するが、本発明のエポキシ樹脂（Ｂ）は剛直なナフ
タレン環を有するために、高温強度も良好なレベルを維
持できたと推察できる。

本発明のフェノール樹脂（Ａ）を用いた場合の上記と
同様なことがいえる。

［実施例］ 以下実施例により本発明を説明するが、本発明の範囲
はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１ 構造式 を主成分とするエポキシ当量233、軟化点87℃のエポキ
シ樹脂（Ｂ）80重量部、臭素比率50重量％、エポキシ当
量375の臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂20重量
部、水酸基当量106、軟化点83℃のフェノールノボラッ
ク樹脂42重量部、1,8−ジアザビシクロ（5,4,0）ウンデ
セン−７（1.5重量部）、カルナバワックス（２重量
部）、カーボンブラック（１重量部）、γ−グリシドキ
シプロピルトリメトキシシラン（２重量部）、石英ガラ
ス粉（70重量％）を配合し、10インチ径の加熱ロールを
使用して、混練温度80〜90℃、混練時間７〜10分の条件
でエポキシ樹脂成形材料を作製した。

実施例２ フェノールノボラック樹脂42重量部を構造式 で示される水酸基当量127、軟化点110℃のフェノール樹
脂（Ａ）50重量部に変更した以外は実施例１と同様にエ
ポキシ樹脂成形材料を作製した。

実施例３ 実施例２のエポキシ樹脂（Ｂ）をエポキシ当量220、
軟化点78℃のクレゾールノボラック型エポキシ樹脂80重
量部に変更した以外は実施例２と同様にエポキシ樹脂成
形材料を作製した。

比較例１ エポキシ当量220、軟化点78℃のクレゾールノボラッ
ク型エポキシ樹脂（80重量部）をベース樹脂とした以外
は実施例１と同様に作製した。

実施例１〜３及び比較例１の特性を第１表に、試験法
の詳細を第２表に示す。実施例は比較例と比べ、吸水率
が小さく、高温強度、Tg（ガラス転移温度）が高く、耐
熱性に優れることがわかる。

本発明の効果を明確にするために、評価用ICを用いた
リフロー時の耐クラック性及びリフロー後の耐湿性の結
果を示す。耐クラック性評価に用いたICは外形が19×14
×2.0（mm）のフラットパッケージであり、８×10×0.4
（mm）の素子を搭載した80ピン、42アロイリードのもの
である。試験条件は85℃、85％RHで所定時間加湿した
後、215℃のベーパーフェーズリフロー炉で90秒加熱す
るものである。評価は外観を顕微鏡観察し、パッケージ
クラックの有無を判定することにより行った。

また、耐湿性の評価に用いたICは350mil幅、28ピンの
スモールアウトラインパッケージであり、10μｍ幅のア
ルミ配線を施した５×10×0.4（mm）テスト素子を搭載
し、25μｍの金線を用いてワイヤボンディングしたもの
である。試験条件は85℃、85％RHで72時間加湿し、215
℃のベーパーフェーズリフロー炉で90秒加熱した後、２
気圧、121℃、100％RHの条件で所定時間加湿し、アルミ
配線腐食による断線不良を調べたものである。

なお、ICパッケージの成形は180℃、90秒、70kgf/cm²
の条件で行い、成形後180℃、５時間の後硬化を行っ
た。

第３表にリフロー時の耐クラック性及びリフロー後の
耐湿性の結果を示す。第３表から実施例１〜３に示すよ
うに、本発明のエポキシ樹脂を用いることにより、従来
樹脂系と比較してリフロー時の耐クラック性及びリフロ
ー後の耐湿性を大幅に改善できる。

［発明の効果］ 本発明によって得られたエポキシ樹脂成形材料はリフ
ロー時の耐クラック性及びリフロー後の耐湿性が従来の
ものと比べ大きく改善できる。電子部品の分野、特にEP
（フラットパッケージ）、SOP（スモールアウトライン
パッケージ）などのICではパッケージが薄形、小形にな
り、素子の大形化と相俟って耐パッケージクラック性が
強く要求されており、これらの製品へ広く適用でき、そ
の工業的価値は大きい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 23/31 (56)参考文献 特開 平４−96929（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−50223（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−189326（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−164917（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C08G 59/62 C08G 59/20 - 59/32 C08L 63/00 - 63/10 H01L 23/29

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エポキシ樹脂と多価フェノール化合物と55
   体積％以上の無機充填剤を含有する電子部品封止用エポ
   キシ樹脂成形材料において、エポキシ樹脂及び／又は多
   価フェノール化合物として構造式が （式中、Ｒは水素又は炭素数１〜５のアルキル基を表
   し、ｎ及びｍは繰り返し単位の数を表し、n/（ｎ＋ｍ）
   は0.1以上0.5以下である。）で示され、両末端がナフト
   ールでないフェノール樹脂（Ａ）及び／又は構造式が （式中、Ｒは水素又は炭素数１〜５のアルキル基を表
   し、ｎ及びｍは繰り返し単位の数を表し、n/（ｎ＋ｍ）
   は0.1以上0.5以下である。）で示され、両末端がグリシ
   ジルナフチルエーテルでないエポキシ樹脂（Ｂ）を必須
   成分とすることを特徴とする電子部品封止用エポキシ樹
   脂成形材料。