JP3235798B2 - 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】
【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
で硬化させたエポキシ樹脂が用いられている。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QFP,SOP,SOJ,TS
OP,TQFP,PLCC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。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
【0003】
【化3】
【0004】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。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこの様な問題
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、弾性率の低下による応力低下を達成せし
めるために硬化剤して式(2)で示されるクレゾール樹
脂硬化剤を用いることにより、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。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、(A)下記式
(1)で示されるエポキシ樹脂
【0007】
【化4】
【0008】を総エポキシ樹脂に対して30〜100重
量%含むエポキシ樹脂、(B)下記式(2)で示される
クレゾール樹脂硬化剤
【0009】
【化5】
【0010】を総硬化剤に対して30〜100重量%含
む硬化剤、(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
る。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。
【0011】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つ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ることができ
る。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出すためには
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30重量%以上、好ましくは50重量%以
上使用するのが望ましい。30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〜R8は水素
原子が好ましい。
【0012】式(1)で示されるビフェニル型エポキシ
樹脂以外に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及びオリゴ
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。
【0013】式(2)の分子構造で示される硬化剤はオ
ルソクレゾールとシクロヘキサンを用い、縮合反応によ
り得た2官能硬化剤である。この使用は従来のフェノー
ルノボラック樹脂硬化剤等の使用と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、また低吸水化を得ること
ができる。従って半田付時の熱衝撃に対し発生応力の低
下とそれに伴なう半導体チップ及びリードフレーム等と
の剥離不良の防止に有効である。この様なクレゾール樹
脂硬化剤の使用量はこれを調節することにより、耐半田
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
クレゾール樹脂硬化剤を総硬化剤量に対して30重量%
以上、更に好ましくは50重量%以上使用するのが望ま
しい。使用が30重量%未満だと低弾性、低吸水性等及
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ない。
【0014】式(2)で示されるクレゾール樹脂硬化剤
以外に他のものを併用する場合、用いるものとは主にフ
ェノール性水酸基を有するポリマー及びオリゴマー全般
をいう。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、トリフェノ
ールメタン樹脂、フェノール及びクレゾールとサリチル
アルデヒドとの縮合物等を用いることができる。
【0015】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。
【0016】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。
【0017】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、さらに熱ロール又はニー
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。
【0018】
【実施例】以下本発明を実施例で具体的に説明する。 実施例1 式(3)で示されるエポキシ樹脂(軟化点110℃、エポキシ当量190g/ eq) 9.3重量部
【0019】
【化6】
【0020】 オルソクレゾールノボラックエポキシ樹脂(軟化点65℃、エポキシ当量20 0g/eq) 2.3重量部 式(2)で示されるクレゾール樹脂硬化剤(軟化点203℃、水酸基当量14 8g/eq) 6.7重量部 フェノールノボラック樹脂硬化剤(軟化点90℃、水酸基当量105g/eq ) 1.7重量部 溶融シリカ粉末 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
3×6mm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。 半田クラック試験:封止したテスト用素子を85℃、8
5%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。
【0021】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。試験結果を表1に示
す。
【0022】比較例1〜4 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。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。試験結果を表1に示
す。
【0023】
【表1】
【0024】
【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
おいて信頼性が非常に必要とする製品について好適であ
る。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 23/31

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 【化1】 を総エポキシ樹脂に対して30〜100重量%含むエポ
    キシ樹脂、(B)下記式(2)で示されるクレゾール樹
    脂硬化剤 【化2】 を総硬化剤に対して30〜100重量%含む硬化剤、
    (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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