JPH01198659A - 半導体封止用樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、低弾性率、低熱膨張率で、なおかつ耐熱性を
損なうことなく、耐熱衝撃性、半田耐熱性に優れた、高
信輔性を要求される半導体等電子部品の封止用に適した
半導体封止用樹脂組成物に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、半導体を封止する方法としてエポキシ樹脂に代表
される熱硬化性樹脂を使用したいわゆるプラスチック封
止が原料の低廉、大量生産に適するといった経済的利点
をいかして広く実用化されている。特に多官能エポキシ
樹脂、ノボラック型フェノール樹脂、無機質充填材を主
成分とした樹脂組成物が耐熱性、成形性、電気特性に優
れているため封止樹脂の主流となっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

一方、半導体チップの高集積化が進み、それに伴いチッ
プサイズが大型化してきた。またパッケージの形状は基
板への高密度実装化、表面実装化に伴い、チップの大型
化とは逆にフラットパッケージに見られる如く小型化・
薄型化の傾向にある。このため従来の封止樹脂では見ら
れなかった不良現象が派生するようになった。すなわち
、封止樹脂とチップの熱膨張率の差に起因する樹脂の応
力がチップの大型化、樹脂層の薄肉化のため、熱衝撃に
よりバンシベーション膜のクラック、あるいは封止樹脂
のクラックといった破壊現象を引き起こし、又表面実装
化に伴いパッケージそのものが半田浴温度にさらされる
ため、パッケージ内の水分が急激に膨張し、パッケージ
にクラックといった破壊現象を引き起こし、半導体の耐
湿性を低下させ、ひいては信頼性を低下させる原因とな
っている。従って、封止樹脂としてはこの応力の小さく
、半田耐熱性の優れた封止樹脂の開発が望まれている。

応力を小さくする方法としては、樹脂の熱膨張率を小さ
くしてチップのそれとの差を小さくする事が考えられる
が、樹脂の熱膨張率とチップのそれとの差は大きく、こ
れを縮めるためには熱膨張率の小さい無機質充填材を樹
脂中に多量に使用しなければならないが、現在すでにか
なり多量の無機質充填材が使用されていて、更にこれを
増量する事は成形性の悪化の原因となる。一方、樹脂の
弾性率を下げて応力を小さくするという目的で可塑材を
添加したり、可撓性を有したエポキシ樹脂あるいはフェ
ノール樹脂を用いたりする事が試みられたが、この方法
により得られた硬化物は耐熱性の点で問題があった。

また特開昭５８−１０８２２０に代表される如くゴム粒
子を封止樹脂中に分散させる事により耐熱性を保持しつ
つ、耐クラツク性を付与する方法等も発明されているが
、これらの方法では半田浴の如き封止樹脂のガラス転移
温度を超える高温における耐衝撃性に劣る等いくつかの
問題点があった。

本発明は、高集積回路等の高い信頼性を要求される半導
体の封止用樹脂に対して要求されている応力が小さく耐
熱衝撃性、更に半田耐熱性等に優れた半導体封止用樹脂
組成物を提供することを目的とする。

〔問題点を解決する為の手段〕

本発明者等は種々検討した結果、付加反応型のシリコー
ンポリマーが反応してなるシリコーンゴムの微粒子を樹
脂組成物中に均一に分散させる事が応力を小さくし、耐
熱衝撃性に有効であること、又特定の構造を有するエポ
キシ樹脂が半田耐熱性に有効であることを見出し、本発
明に達した。

即ち本発明は、 （ａ）−数式（りで示されるエポキシ樹脂とビニルポリ
マーとのグラフト重合体中に、付加反応型のシリコーン
ポリマーが反応してなる、シリコーンゴムが１．０μ以
下の粒子径で均一に分散された変性エポキシ樹脂、 （ただしｎは１〜１０の整数） （ｂ）硬化剤 （ｃ）無機充填剤 を必須成分することを特徴とする半導体封止用樹“脂組
成物である。

本発明の（ａ）に使用されるエポキシ樹脂はレゾルシン
とジメトキシパラキシレンを酸性触媒下で脱メタノール
反応させて得られる反応物とエピクロルヒドリンを反応
させることにより得られる。

本発明の（ａ）に於ける一般式（１）で示されるエポキ
シ樹脂とビニルポリマーとのグラフト重合体は、−Ｇ式
（１）で示されるエポキシ樹脂の存在下に前記ビニルポ
リマーを生成させるべくビニルモノマーを重合する事に
より製造する方法が代表的である。ここでグラフト重合
体なる語は通常ブロック重合体と呼ぶものを含む、ここ
でビニルポリマーをつくるために用いるビニルモノマー
としては、スチレン、ビニルトルエン等の如きアルケニ
ル芳香族類、メチルメタアクリレート、ドデシルメタア
クリレート、ブトキシエチルメタアクリレート、グリシ
ジルメタアクリレート、メチルアクリレート、ブチルア
クリレート、２−エチルへキシルアクリレート、ヒドロ
キシエチルアクリレート、トリメチロールプロパントリ
アクリレート等の如きアクリルエステル類、アクリルニ
トリル、アクリル酸、ブトキシメチルアクリルアミド、
メタアクリルアミド等の如きエステル基を持たないアク
リル化合物、ビニルアセテート、ビニルラウレート、ビ
ニルパーサテート、ビニルクロライド、ビニルデンクロ
ライド、エチレン、アリルアセテート等の如き非共役性
ビニル化合物、ブタジェン、イソプレン、クロロブレン
の如き共役ジエン化合物が代表的で、その他、ビニルシ
リコーン、ジブチルフマレート、モノメチルマレート、
ジエチルイタコネート、メタクリル酸トリフロロエチル
、メタクリル酸テトラフロロプロピル等のメタクリル酸
、アクリル酸の弗素化合物等の如き重合性ビニル化合物
を用いることもできる。前記したビニルモノマーを重合
してビニルポリマーとするには、通常ラジカル開始剤、
例えばラウロイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキ
サイド、ターシャリブチルパーベンゾエート、ジメチル
ジベンゾイルパーオキシヘキサン、ターシャリブチルパ
ービバレート、ジターシ中リプチルパーオキサイド、１
．１−ビスターシャリブチルパーオキシ３゜３．５−ト
リメチルシクロヘキサン、ジメチルジターシャリブチル
パーオキシヘキサン、ターシャリブチルクミルパーオキ
サイド、メチルエチルケトンパーオキサイド、シクロヘ
キサノンパーオキサイド、キュメンハイドロパーオキサ
イド、ターシャリブチルパーオキシアリルカーボネート
、ジオクチルパーオキシジカーボネート、ターシャリブ
チルパーオキシマレイン酸、琥珀酸パーオキサイド、タ
ーシャリブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、
過酸化水素の如きパーオキサイド、アゾビスイソブチロ
ニトリル、アゾビスジメチルバレロニトリルの如きアゾ
化合物を用いてラジカル重合するのが代表的である。

又、必要に応じて還元剤を併用していわゆるレドックス
重合をさせてもよく、ハイドロキノンの如き重合禁止剤
、ドデシルメルカプタンの如き連鎖移動剤を使用しても
よい。

又、グラフト化促進の為に、エポキシ樹脂に重合性二重
結合やグラフト可能な化学結合を導入してお（方法が有
効である０重合性二重結合の導入方法には、例えばアク
リル酸、アクリルアミド、メチロールアクリルアミド、
ブトキシメチルアクリルアミド、ヒドロキシエチルメタ
アクリレート、グリシジルメタアクリレート、無水マレ
イン酸、モノエチルイタコネート、モツプチルフマレー
ト、クロルメチルスチレン、ホスホキシエチルメタアク
リレート、クロルヒドロキシプロピルメタアクリレート
、パラヒドロキシスチレン、ジメチルアミノエチルメタ
アクリレートの如き官能基と重合性二重結合とを有する
化合物を、エポキシ樹脂とあらかじめ反応させておく方
法が代表的である。

なお、本発明に於いて前記グラフト重合体中には前記エ
ポキシ樹脂や前記ビニルポリマーがグラフトしないでフ
リーのまま残っていてもかまわない。

（ａ）の変性エポキシ樹脂は前記した一般式（Ｉ）で示
されるエポキシ樹脂とビニルポリマーとのグラフト重合
体の存在下に付加反応型のシリコーンポリマーを常法に
より付加反応することにより得られる。即ち、（ａ）に
おけるシリコーンゴムは分子内にビニル基を有するビニ
ル変性シリコーンポリマーと分子内に活性水素を有する
ハイドロジエン変性シリコーンポリマーがシリル化反応
による付加反応により生成するゴムであり、その粒子径
は１．０μ以下、好ましくは０．５μ以下、更に好まし
くは０．０１μ以上０．２μ以下である。シリコーンゴ
ムの粒子径が１．０μを超えると本発明の目的である低
応力化を果たせず、耐熱衝撃性も改良されない。ビニル
変性シリコーンポリマーとは分子の末端あるいは内部に
５ｉ−ＣＩ（・ＣＨＩ結合をすくなくとも１個以上もっ
たポリシロキサンをいい、ハイドロジエン変性シリコー
ンポリマーとは分子の末端あるいは内部に５ｔ−Ｈ結合
を少なくとも２個以上もったポリシロキサンをいう１両
者は通常は組み合わせで市販されており、これらの例と
しては例えば東レシリコーン株式会社の５Ｅ−１８２１
、信越化学株式会社のＫＥ−１２０４等があげられる。

付加反応によって得るシリコーンゴムの粒径はエポキシ
樹脂に導入する二重結合の量によってもコントロールす
る事ができる。

又、付加反応によって得るシリコーンゴムは使用される
エポキシ樹脂の合計に対して５重量％以上必要であり、
特に１０〜２０重量％が好ましい、５重量％未満では低
応力化が達成されない。又、２０重量％を超えると強度
の低下が著しく実用に供し難い。

本発明に用いられるｂ）の硬化剤としては、フェノール
、アルキルフェノール等のフェノール類とホルムアルデ
ヒドあるいはパラホルムアルデヒドを反応させて得られ
るノボラック型フェノール樹脂が一般的であるが、その
他に変性ノボラック型フェノール樹脂、アラルキル系の
フェノール樹脂及び−船釣に用いられるアミン系硬化剤
や酸無水物等を単独または混合して使用する事ができる
。

その配合量については特に制限はないが、エポキシ樹脂
のエポキシ基と硬化剤の官能基の化学論量の８０〜１２
０％が好ましい。

本発明に用いられるＣ）の無機質充填材としては例えば
結晶性シリカ、溶融シリカ、アルミナ、タルク、ケイ酸
カルシウム、炭酸カルシウム、マイカ、クレー、チタン
ホワイト等の粉体、あるいはガラス繊維、炭素繊維等の
単独または混合物が挙げられるが、熱膨張率、熱伝導率
等の点から通常は結晶性、溶融性等のシリカ粉末が用い
られる。

その配合量は上記エポキシ樹脂１００重量部に対して２
００〜８００重量部が好ましく、２００重量部未満では
熱膨張率が大きく、良好な耐衝撃性は得られない、また
８００重量部を超えると樹脂の流動性が低下し成形性が
悪く実用に供し難い。

本発明の半導体封止用樹脂組成物はａ）−数式（Ｉ）で
示されるエポキシ樹脂とビニルポリマーとのグラフト重
合体中に付加反応型のシリコーンポリマーが反応してな
るシリコーンゴムが１．０μ以下の粒子径で均一に分散
された変性エポキシ樹脂、ｂ）硬化材、Ｃ）無機質充填
剤を必須成分とするが、実用に際してはイミダゾール類
、三級アミン類、フェノール類、有機金属化合物類、有
機ホスフィン類等の硬化促進剤、脂肪酸アミド、脂肪酸
塩、ワックス等の離型剤、ブロム化合物、アンチモン、
リン等の難燃剤、カーボンブラック等の着色剤、シラン
カップリング剤等を適宜配合することも可能である。

本発明の半導体封止用樹脂組成物は、ミキサー等によっ
て十分プレミックスした後、熱ロール、あるいはニーグ
ーの如き溶融混合機で混練し、次いで冷却粉砕を行うこ
とにより、成形材料として容易に得ることが出来る。

このようにして得られた本発明の半導体封止用樹脂組成
物は弾性率が低く、熱膨張率が小さく、優れた耐熱衝撃
性を示すことから、この樹脂組成物を集積度の高い半導
体、あるいはフラットパッケージの如き小型・薄型の半
導体の封止に用いた場合、優れた信頼性を得ることが出
来る。

〔実施例〕

本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明は
実施例に限定されるものではない。以下において部は特
記せぬ限り重量部を意味する。

（変性エポキシ樹脂の製造） 製造例１ 一般式（１）で示されるエポキシ樹脂（レゾルシンザイ
ロックエボキシ：三井東圧化学株式会社製、エポキシ当
量１６５）　１００部、トルエン１０部、メタクリル酸
１部を３級アミンの存在下で１２０〜１２５℃で２時間
反応させた後、ブチルアクリレート５部、メタアクリロ
キシプロピルシリコーンオリゴマー（信越化学株式会社
製）　１０部、アゾビスイソバレロニトリル０．４部、
酢酸エチル１００部を７５℃で４時間反応させる。更に
付加反応型シリコーンポリマーとして、ビニル変性ポリ
シロキサン１０部とハイドロジエン変性ポリシロキサン
１０部（いずれも信越化学株式会社製にＥ−１２０４）
を加え激しく撹拌し２時間反応させた。その後更に１３
０’Ｃにおいて減圧にて脱溶剤し、粒径０．２〜０．５
μのシリコーンゴムが分散した変性エポキシ樹脂（ａ−
１）（エポキシ当量２２５）を得た。

比較製造例１ オルソクレゾールノボラックエポキシ樹脂（エポキシ当
量２１７）　１００部、トルエン１０部、メタクリル酸
１部を３級アミンの存在下で１２０〜１２５℃で２時間
反応させた後、ブチルアクリレート５部、メタアクリロ
キシプロピルシリコーンオリゴマー（信越化学株式会社
製）　１０部、アゾビスイソバレロニトリル０．４部、
酢酸エチル１００部を７５°Ｃで４時間反応させる。更
に付加反応型シリコーンポリマーとして、ビニル変性ポ
リシロキサン１０部とハイドロジエン変性ポリシロキサ
７１０部（いずれも信越化学株式会社製にＥ−１２０４
）を加え激しく撹拌し２時間反応させた。その後更に１
３０″Ｃにおいて減圧にて脱溶剤し、粒径０．２〜０．
５μのシリコーンゴムが分散した変性エポキシ樹脂（ａ
−２）　（エポキシ当量２９５）を得た。

実施例１および比較例１〜２ １１０〜１２０°Ｃの熱ロールにて５分間溶融部合後、
冷却粉砕し打錠した成形用樹脂粗成物を得た。

この粗成物を用い、トランスファー成形（１８５°Ｃ１
３０ｋｇ／ｄ、３分間）により、試験用の１００ピンフ
ラツトパツケージ（２０ｗＸ３０ｍｍＸ２．５ａａ、　
１０ｍＸ　１０ｍの試験用素子搭載）、及び物性測定用
の試験片を成形し、１８０°Ｃで６時間後硬化した。

試験結果を表−２に示す。

表−１ ＊１）レゾルシンザイロックエポキシ　三井東圧化学寧
２）オルソクレソ゛−ルノボラ・ンクエボキシ日本化薬
ＥＯＣＮ　１０２０　　　エポキシ当量２１７宰３）フ
ェノールノボラック　日本化薬ＰＮ表−２ アルミスライド 一６５’Ｃ（３６）　〜１５０　”Ｃ（Ｍ）の冷熱繰り
返しを１０００回行った後の試験素子の隅のボンディン
グバット部（１００μ×１ｏＯμ）のずれｌ　Ｖ、Ｐ、
Ｓテスト パッケージを１２１℃、２気圧のプレッシャークツカー
テスターに２４時間保ち、ただちに２１５”Ｃのフロリ
ーナート（住友３１＋　ＦＣ−７０）に投入しクシツク
の発生数を数える。

〔発明の効果〕

実施例及び比較例にて説明した来た如く、本発明による
半導体封止用樹脂組成物は弾性率が低く、熱膨張率が小
さく、応力が小さく、優れた半田耐熱性を示すことから
、この樹脂組成物を集積度の高い半導体あるいはフラッ
トパッケージの如き小型・薄型の半導体の封止に用いた
場合、優れた信転性を得ることが出来、工業的に有益な
発明であるといえる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ａ）一般式（ I ）で示されるエポキシ樹脂とビニル
   ポリマーとのグラフト重合体中に、付加反応型のシリコ
   ーンポリマーが反応してなる、シリコーンゴムが１．０
   μ以下の粒子径で均一に分散された変性エポキシ樹脂、 ▲数式、化学式、表等があります▼（ I ） （ただしｎは１〜１０の整数） （ｂ）硬化剤 （ｃ）無機充填剤 を必須成分することを特徴とする半導体封止用樹脂組成
   物。