JP3247368B2 - 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、とくに、表面実装用プラスチックパッケージ
ICが対象となる。

〔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。とくに、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。さらに、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。即ち、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を防湿梱包して出荷
するしたり、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電子部品封止用エポキシ樹脂成形材
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、ベース樹脂としてビフェニル骨格を有する特
定のエポキシ樹脂を配合することにより上記の目的を達
成しうることを見いだし、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の電子部品封止用エポキシ樹脂成形
材料は主成分として （Ａ）構造式が で示されるエポキシ樹脂、 （Ｂ）骨格中にナフタレン環を20重量％以上含み、なお
かつ１分子中に２個以上のフェノール性水酸基を有する
化合物および （Ｃ）60体積％以上の無機充填剤からなることを特徴と
する。

本発明における（Ａ）のエポキシ樹脂は骨格中にビフ
ェニル骨格を有するものであり、エポキシ樹脂の純度、
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。（Ａ）のエポキシ樹脂
は、4,4'−ビスヒドロキシ3,3',5,5'−テトラメチルビ
フェニルをエピクロルヒドリンを用いてエポキシ化する
ことで得ることができる。

本発明においてもちいられるエポキシ樹脂としては上
記（Ａ）の構造式で示されるものの他に、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
組合せて使用してもよい。それを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。

これらのエポキシ樹脂を併用する場合、特に限定する
ものではないが本発明の（Ａ）エポキシ樹脂の配合比
は、エポキシ樹脂全体の30重量％以上が好ましく、さら
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。

さらに、本発明の（Ｂ）の化合物としては、ナフトー
ルとアルデヒドの縮合により得られる樹脂や、ナフトー
ル類とフェノール類のアルデヒド類を用いた共縮合樹
脂、さらにはナフトールとジメトキシパラキシレンから
合成されるキシリレン基を有するナフトール・アラルキ
ル樹脂などがあるが、特に限定するものではない。ここ
で、ナフタレン環を骨格に有する樹脂を用いる場合、ナ
フタレン環の比率が耐リフロー性に及ぼす影響が大き
く、本発明の効果を発揮するためには、（Ｂ）の化合物
に対し、（Ｂ）の化合物に含まれるナフタレン環の比率
は20重量％以上であることが必要である。

また、（Ａ）のエポキシ樹脂は結晶性であるため、単
独では常温固形であるが、硬化剤など他の化合物と相溶
すると低粘度化するため、得られた成形材料が半固形状
態であったり、ブロッキングしやすいといった問題が生
じ易い。そこで、このような不都合を生じないためには
軟化点の高い（Ｂ）の化合物を使用することが好まし
い。この場合、軟化点は100℃以上が好ましいが、高す
ぎると成形時の流動性に支障が生じるため、上限は150
℃以下が適当である。さらに、これらの軟化点の高い
（Ｂ）の化合物と（Ａ）のエポキシ樹脂を配合して混練
した場合、混練装置の中で両樹脂系の粘度が大きく違う
ため、均一な成形材料が得にくい。そこで、特に限定す
るものではないが、（Ａ）のエポキシ樹脂と（Ｂ）の化
合物をあらかじめ加熱混合した後、硬化促進剤、充填剤
などを添加し、混練を行うことで製造することが好まし
い。加熱混合の条件としては、（Ａ）のエポキシ樹脂の
粘度が十分低くなる80℃以上で、エポキシ基とフェノー
ル基の反応が比較的穏やかな140℃以下が好ましく、加
熱混合の時間は（Ａ）（Ｂ）の両樹脂が均一に相溶する
必要最少限が好ましい。

本発明においては（Ｂ）成分の他に、１分子中に２個
以上のフェノール性水酸基を有する化合物を併用して用
いることができる。ここで、併用可能な樹脂としては、
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
ルアルデヒドなどのアルデヒド類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、ポリ
パラビニルフェノール樹脂などがあり、単独又は２種類
以上併用してもよい。

本発明に用いられる、（Ａ）に代表されるエポキシ樹
脂と（Ｂ）に代表されるフェノール性水酸基を有する化
合物の当量比は、特に限定するものではないが硬化性、
耐熱性等の点から、0.6〜1.4の範囲が望ましい。

また、エポキシ樹値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、本発明の目的でありリフロー時のクラックに
対し鋭意検討した結果、1,8−ジアザービシクロ（5,4,
0）ウンデセン−７および、そのフェノール類の誘導体
また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
を見いだした。さらに、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−ジアザービシクロ（5,4,0）ウンデセン−
７および、そのフェノール類の誘導体またはテトラ置換
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。

また、充填剤としては吸湿性低減および強度向上の観
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、ジルコニア、ジルコン、フェステラ
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、またはこれらを球形化したビーズなどが上げ
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、60容量％以上が必要であり、
さらには、65容量％以上が好ましい。

その他の添加剤として高級脂肪酸、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お
よ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およ
び素子やリードフレームと樹脂界面の剥離を生じる。従
って、リフローに強い樹脂としては、吸水率が低いこ
と、高温で強度が高いこと、および接着力が高いことが
要求される。

本発明の主成分となるエポキシ樹脂はテトラメチルビ
フェノールをベースにしたジエポキシ樹脂であり、硬化
剤は骨格にナフタレン環を有するため、ベース樹脂骨格
の剛直性、疎水性により、耐熱性、吸湿特性、接着性に
優れた組成物を得ることができたと推察できる。この効
果により、耐リフロークラック性が向上したと考えられ
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。

構造式 を主成分とするエポキシ当量188のエポキシ樹脂80重量
部と 構造式 （n:m＝35:65、重量平均分子量750） で示される水酸基当量127、軟化点110℃の水酸基当量10
6、重量平均分子量1020のβナフトール／フェノール共
縮合ノボラック樹脂59重量部を120℃、30分の条件で溶
融混合し、冷却後に得られた均一な固形樹脂と、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、1,8−ジアザビシクロ（5,
4,0）ウンデセン−７（３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（75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
分の条件で実施例（１）のエポキシ樹脂成形材料を作製
した。実施例（２）は実施例（１）のβナフトール／フ
ェノール共縮合ノボラック樹脂を 構造式 を主成分とする、水酸基当量140、軟化点115℃の樹脂65
重量部に置き換えた以外は実施例（１）と同様に作製し
た。

実施例（３）は実施例（１）のβナフトール／フェノ
ール共縮合ノボラック樹脂を で示される水酸基当量220、軟化点108℃の樹脂102重量
部に置き換えた以外は実施例（１）と同様に作製した。

比較例（１）は実施例（１）のβナフトール／フェノ
ール共縮合ノボラック樹脂を水酸基当量106、重量平均
分子量660、軟化点85℃のフェノールノボラック樹脂63
重量部をベース樹脂とし、予め溶融混合せずに使用した
以外は実施例（１）と同様に作製した。

比較例（２）は比較例（１）のビフェニル骨格のジエ
ポキシ樹脂をエポキシ当量200、軟化点73℃のオルソク
レゾールノボラック型エポキシ樹脂80重量部に置き換え
た以外は比較例（１）と同様に作製した。

実施例（１）〜（３）および比較例（１）〜（２）の
特性を表１に、試験法の詳細を表２に示す。実施例は比
較例と比べ、吸水率が小さく、接着強度に優れることが
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およ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の金線を用いた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。

表３にリフロー時の耐クラック性およびリフロー後の
耐湿性の結果を示す。表３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お
よ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およ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、とく
にFP（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 (72)発明者 市村 茂樹 茨城県下館市大字小川1500番地 日立化 成工業株式会社下館研究所内 (56)参考文献 特開 平４−173830（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−285909（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−218735（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−91966（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−91965（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−268711（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−87616（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−167318（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−40515（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−152158（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C10G 59/24 C10G 59/62 H01L 23/30

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主たる成分として（Ａ）構造式が で示されるエポキシ樹脂および （Ｂ）骨格中にナフタレン環を20重量％以上含み、なお
   かつ１分子中に２個以上のフェノール性水酸基を有する
   化合物（但し、構造式が （ｌは０〜５の整数）で示される化合物を除く）および （Ｃ）60体積％以上の無機充填剤 を含有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。
2. 【請求項２】（Ｂ）の化合物の軟化点が100℃以上であ
   る請求項１に記載の電子部品封止用エポキシ樹脂成形材
   料。
3. 【請求項３】（Ａ）のエポキシ樹脂と（Ｂ）の化合物を
   あらかじめ加熱混合した後、硬化促進剤、充填剤などを
   添加し、混練を行うことで製造することを特徴とする請
   求項１および２に記載の電子部品封止用エポキシ樹脂成
   形材料。