JPH01292029A - 半導体封止用エポキシ樹脂成形材料 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は半導体封止用エポキシ樹脂成形材料に関し、特
に耐熱衝撃性、耐湿性に優れたものである。

（従来の技術） 近年、電子部品の小形化や半導体素子の大型化、集積度
の増大等に伴い、耐熱衝撃性、耐湿性に債れた封止用樹
脂の開発が望まれている。特に、チップ面積が大きい大
型素子をＦＰ（フラットパッケージ）、ＳＯ（スモール
アウトラインパッケージ）などの薄形パッケージ化した
場合の信頼性の確保が重要な課題となっている。つまり
、ＦＰタイプやＳｏタイプの樹脂封止パッケージを高温
ハンダで表面実装する際に、パッケージ内部に吸湿され
た水分が一気にガス化してパッケージクラックを生じた
り、素子と樹脂がひきはがされて水分が侵入しやすくな
り、耐湿性が急激に劣化することが問題となっている。

従来、電子部品の封止用樹脂としては、フェノ−レノボ
ラック樹脂を硬化剤とするエポキシ樹脂成形材料が使用
されてきた。しかし、こうしたエポキシ樹脂成形材料は
半導体の封止樹脂として要求される上記特性を満足する
ものではなかった。

そこで、フェノールノボラック硬化タイプのエポキシ樹
脂成形材料を耐熱化することにより、上記問題点の解決
を図ることが試みられてきた０例えば、硬化促進剤の変
更、エポキシ樹脂及びフェノール樹脂の高分子量化や低
当量化によるガラス転移温度の向上や高温破断強度の改
善が検討されたが、上記問題点の解決までには至ってい
ない。

また、フェノ−）レノボラック樹脂の代わりに、トリス
（ヒドロキシフェニル）メタンのような低ＯＨ当量のフ
ェノール性化合物を用いて耐熱性を向上させる試み（特
開昭８２−１８４０１２号）がすでになされている。こ
うしたエポキシ樹脂成形材料では、確かにガラス転移温
度や高温での破断強度は向上する。しかし、実際に表面
実装後の耐湿信頼性を調べてみると、その向上はほとん
ど認められなかった。この理由として、従来のフェノー
ルノボラック硬化タイプのエポキシ樹脂成形材料と比べ
て吸湿率が高い、電気絶縁特性が低い、接着力が低いな
どが考えられる。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は上記問題点を解決するためになされたものであ
り、半導体封止用成形材料として要求される耐熱衝撃性
やその他の特性、特に表面実装時の高温半田に耐えて高
い耐湿性を保証できる高信頼性のエポキシ樹脂成形材料
を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段と作用） 本発明の半導体封止用エポキシ樹脂成形材料は、（ａ）
エポキシ樹脂、（ｂ）以下の構造式で示されるフェノー
ル性化合物 ｌｎ １ｌＪ （式中、Ｒは水素、アリール基又はアルキル基を表わし
、それらの基は同一でも、それぞれ異なっていてもよい
）　、　（Ｃ）フェノールアラルキル樹脂、（ｄ）硬化
促進剤、及び（ｅ）無機質充填剤を必須成分とすること
を特徴とするものである。

本発明のエポキシ樹脂成形材料では、硬化剤として（ｂ
）のフェノール性化合物と（Ｃ）のフェノールアラルキ
ル樹脂を併用することにより、ガラス転移温度の向上、
高温破断強度の向上、吸湿率の低減、破断時の伸び量の
向上、接着性の向上が達成でき、その結果本発明のエポ
キシ樹脂成形材料で封止した半導体デバイスでは耐熱衝
撃性と耐湿性を大幅に改善できる。

以下、本発明に係るエポキシ樹脂成形材料の構成成分に
ついて詳細に説明する。

本発明に係る成形材料中の一成分である（ａ）エポキシ
樹脂としては、１分子中に２個以上のエポキシ基を有す
るものであればいかなるものでもよい、ただし、耐熱性
の面からはエポキシ当量が２５０以下のエポキシ樹脂が
好ましい。エポキシ樹脂としては、例えばフェノールノ
ボラック形エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック
形エポキシ樹脂、ナフトールタイプのノボラック形エポ
キシ樹脂、メタクレゾールノボラック形エポキシ樹脂、
各種の耐熱エポキシ樹脂（例えばトリス（ヒドロキシフ
ェニル）メタンのエポキシ化物）が挙げられる。なお、
本発明の効果は以上に例示したエポキシ樹脂を使用した
場合に限られるものではなく、あらゆるエポキシ樹脂を
（ｂ）及び（Ｃ）の硬化剤系との組合せで使用できる。

こうしたエポキシ樹脂を具体的に例示すると、ＥＳＣ：
Ｎ−１９５ＸＬ　（住友化学■、軟化点７９℃、エポキ
シ当量１９７）、ＥＳＸ−２２０（住友化学■、軟化点
８７°Ｃ、エポキシ当量２１４）、ＥＳＭＮ−２２０（
住友化学■、軟化点７０℃、エポキシ当量１９７）、Ｅ
ＰＰＮ−５０２Ｎ　（日本化薬■、軟化点７１℃、エポ
キシ当量１６７）、ＥＰＰＮ−２０２（日本化薬■、軟
化点７７℃、エポキシ当量１８８）、ＹＬ−９３３（油
化シェルエポキシ株、軟化点５９℃、エポキシ当量１８
９）などが挙げられる。

本発明に係る成形材料中の一成分である（ｂ）フェノー
ル性化合物としては、以下の構造式で示される化合物で
あればいかなるものでもよい。

ｕｎ ＩＪ （式中、Ｒは水素、アリール基又はアルキル基を表わし
、それらの基は同一でも、それぞれ異なっていてもよい
） この場合、Ｒ又はＯＨ基はフェニル基のどの位置に結合
していてもよい。

このようなフェノール性化合物としては、以下に示す構
造の化合物を例示できる。

［工１【則 フェノール性化合物の具体例としては、［Ｉ］の構造を
有するものとして、　ＹＬ−６０Ｅｉ５（油化シェルエ
ポキシ■、軟化点　１１０℃、ＯＨ当ｉ　１００）が挙
げられる。

本発明に係る成形材料中の一成分である（Ｃ）フェノー
ルアラルキル樹脂は、アラルキルエーテルとフェノール
とをフリーゾルタラフッ触媒で反応させた樹脂で、フリ
ーデルクラフッ形樹脂とも呼ばれる。このフェノールア
ラルキル樹脂としては、以下の構造を宥する２、２−ジ
メトキシ−ｐ−キシレンとフェノールモノマーとの縮合
重合化合物がよく知られている。

フェノールアラルキル樹脂の具体例としては、ＸＬ−２
２５（三井東圧化学■、軟化点９０〜９３℃、ＯＨ当量
約１９８）、ＸＹＬＯＫ−２２５（７ルブライト・アン
ド畢ウィルソン■、軟化点８５〜１０５℃）などがある
。

以上の樹脂成分（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）の配合
比は、（ａ）のエポキシ基と（ｂ）　＋（Ｃ）のフェノ
ール性水酸基との当量比が、フェノール性水酸基／エポ
キシ基＝０．７〜１，２となることが好ましい、これは
、当量比が０．７未満ではガラス転移温度が低くなり、
一方１．２を超えると耐湿性が低下する傾向があるため
である。

また、（ｂ）フェノール性化合物と（Ｃ）フェノールア
ラルキル樹脂との配合比は、重量比で（ｃ）　／　（ｂ
）　＝　　５／　９５〜５０／　５０となることが好ま
しい。これは、フェノールアラルキル樹脂の配合率が５
重量％未満では耐湿性の向上効果が少なく、一方５０重
量％を超えるとガラス転移温度が低下し、耐熱性が低下
する傾向があるためである。

本発明に係る成形材料の一成分である（ｄ）硬化促進剤
としては、エポキシ基とフェノール性水酸基との反応を
促進するものであればいかなるものであってもよく、例
えば各種のアミン類、各種のイミダゾール類、ジアザビ
シクロアルケン類、有機ホスフィン類などが挙げられる
。

こうした硬化促進剤を具体的に例示すると、２−エチル
イミダゾール、２−フェニルイミダゾール。

ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホ
ン、ヘプタデシルイミダゾール、ジメチルアミノメチル
フェノール、ベンジルジメチルアミン、１．８−ジアザ
ビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（ＤＢＵ）　、
’ＤＢＵ　ノフ、　／−ル塩（例エバ、　Ｕ−ＣＡＴ　
５ＡＮｏ１．サンアボット［）、）リフェニルホスフィ
ンなどが挙げられる。これらの硬化促進剤のうちでは、
電気特性の点から、ＤＢＵ　、　ＤＢＵのフェノール塩
、トリフェニルホスフィンなどが好ましい。

このような硬化促進剤は、それぞれの触媒によって触媒
活性が異な乞ため、添加量の好適範囲は一概に決められ
ないが、（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）の総量に対し
て０．１〜５重量％の範囲で加えることが好ましい。こ
れは、０．１重量％未満では硬化性能が劣化し、一方５
重量％を超えると耐湿性が劣化する傾向があるためであ
る。

本発明に係る成形材料中の一成分である（ｅ）無機充填
剤としては、例えば溶融シリカ粉末、結晶性シリカ粉末
、球状シリカ粉末、球状ガラス粉末に代表される各種の
ガラス粉末、タルク、アルミナ粉末、ケイ酸カルシウム
粉末、炭酸カルシウム粉末、各種のセラミックス粉末、
ガラス繊維、低ソーダガラス繊維、セラミックスＦａ維
などが挙げられる。

これらのうちでも、電気特性や半導体封止用途としての
特殊性を°考慮すると、溶融シリカ粉末、球状シリカ粉
末、低ソーダガラス繊維、セラミックス繊維が好ましい
。なお、メモリーデバイスを封止する用途では、Ｕ、Ｔ
ｈ等から発生するα線によるソフトエラーを防止するた
め、Ｕ、ＴｈがＩ　ＰＰｂ以下の溶融シリカ粉末や球状
シリカ粉末を使用することが好ましい。

こうした無機充填剤の使用量は、比重によって好ましい
添加範囲が異なるが、エポキシ樹脂成形材料中の７０〜
８２重量％の範囲が好ましい。これは、７０重量％未満
では成形材料の熱膨張係数が大きくなるため耐熱衝撃性
が劣化する傾向にあり、一方８２重量％を超えると流動
性が低下し、その結果成形性が低下する傾向にあるため
である。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂成形材料を構成する
成分としては、上記の各必須成分の他にも、例えばブロ
ム化エポキシ樹脂、二酸化アンチモンなどの難燃剤；例
えば天然ワックス類、合成ワックス類、直鎖脂肪酸やそ
の金属塩、酸アミド類、エステル類、パラフィン類など
の雛形剤；例えばカーボンブラック、二酸化チタンなど
の顔料；シランカップリング剤などのフィラーの表面処
理剤；シリコーンオイル、シリコーンゴム、各種プラス
チックス粉末、各種エンジニアリングプラスチックス粉
末、ＡＢＳ樹脂やＭＢＳ樹脂の粉末などの低応力化剤な
どを適宜添加してもよい。

本発明に係るエポキシ樹脂成形材料は、原料成分を例え
ばヘンシェルミキサーなどのミキサーによって充分混合
し、更に熱ロールによる溶融処理又は二軸の押し出し機
などによる溶融混合処理を加えた後、冷却、粉砕するこ
とにより調製することができる。そして、こうして得ら
れた成形材料は粉末のまま、又はタブレット化した状態
で、コンプレッション成形、トランスファー成形、イン
ジェクション成形などに供され、半導体デバイスの封止
が行われる。

（実施例） 以下、本発明を実施例に基づき更に具体的に説明するが
、本発明の技術的思想を逸脱しない限り、本発明はこれ
ら実施例に何ら限定されるものではない。

実施例１〜７及び比較例１〜６ 以下に示す成分を第２表に示す配合割合（重量％）で配
合し、ミキサーで混合した後、二軸ロールで加熱混練し
、冷却・粉砕してエポキシ樹脂成形材料を調製した。

エポキシ樹脂Ａ　：　ＥＳＣ：Ｎ−１９５ＸＬ　（住友
化学■、軟化点７９℃、エポキシ当量１９７） エポキシ樹脂Ｂ　：　ＹＬ−！３３２Ｈ（油化シェルエ
ポキシ鞠、軟化点８３℃、エポキシ当量１８６〕エポキ
シ樹脂Ｃ：　ＥＳＸ−２２０（住友化学■、軟化点８７
℃、エポキシ当量２１４） フェノール樹脂：　ＢＲＧ−５５８（昭和高分子■、軟
化点９７℃、ＯＨ当量１０５・・・フェノールノボラッ
ク樹脂） フェノール性化合物：　ＹＬ−８０８５（油化シェルエ
ポキシ株、軟化点　１１０℃、ＯＨ当量　１００・・・
トリス（ヒドロキシフェニル）メタン） フェノールアラルキル樹脂Ａ　：　ＸＬ−２２５（三井
東圧化学■、軟化点９０℃、ＯＨ当量約１９６）フェノ
ールアラルキル樹脂Ｂ　：　ＸＬ−２２５Ｌ（三井東圧
化学■、軟化点８３℃、ＯＨ当量約１９８）硬化促進剤
Ａニトリフェニルホスフィン硬化促進剤Ｂ　：　１．８
−ジアザビシクロ（５、４、０）ウンデセン−７ 硬化促進剤Ｃ：２−メチルイミダゾール無機質充填剤Ａ
　：　ＧＲ−８０７（東芝セラミックス株、平均粒径２
２．６ルｍ） 無機質充填剤Ｂ　：　５ＧＡ（東芝セラミックス■、平
均粒径５．２５終ｍ） 難燃エポキシ樹脂：　ＢＲＥＮ−５（日本化薬■、軟化
点８４℃、エポキシ当量２７８、Ｂｒ含有量３５．７％
）難燃助剤：三酸化アンチモン 離形剤：カルナバワックス 顔料二カーボンブラック 表面処理剤：エポキシシラン系カップリング剤以上のよ
うにして得られた実施例１〜７及び比較例１〜６のエポ
キシ樹脂成形材料を用い、１７５°Ｃ１３分の成形条件
でトランスファー成形により試験片を作製し、体積抵抗
率、曲げ強さ、曲げ弾性率、ガラス転移゛温度、熱膨張
係数、吸水率、接着力の測定を行った。なお、吸水率は
８５℃、８５％ＲＨ雰囲気中に　１８８時間保持した後
の値を測定した。また、接着力は半導体フレームとして
使用される４２Ａｌｌｏ２　との接着力である。

また、各エポキシ樹脂成形材料を用い、上記成形条件で
耐熱衝撃性試験用の半導体素子（８，７Ｘ６．７ｍｍ２
）を封止し、１７５℃×４時間のアフターキュア後、得
られたモールドデバイスを一６５℃（３０分）→２５℃
（５分）→　１５０℃（３０分）→２５℃（５分）を１
サイクルとして冷熱サイクルテス）　（ＴＣＴ）を行い
、不良の発生を調べた。

更に、各エポキシ樹脂成形材料を用い、上記成形条件で
耐湿性評価用素子（６，７Ｘ　６．７ｍｍ２）を封止し
、１７５℃×４時間のアフターキュア後、１３５”０Ｘ
８５％ＲＨの高温高湿雰囲気中に４８時間投入し、その
後２１５℃×２分のＶＰＳ（ペーパーフェーズリフロー
）処理を実施し、テストデバイスを作製した。この時点
で成形品の破裂不良を調べた０次いで、１２７℃×２．
５気圧のＰＣＴ　（プレー２シヤークツカテスト）を行
い、不良の発生を調べた。

これらの結果を第２表に示す。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明のエポキシ樹脂成形材料は、
従来のエポキシ樹脂成形材料と比べて、耐熱衝撃性、耐
半田浸漬性等が極めて優れており、特に半導体デバイス
の封正に用いた場合に高信頼性を保証でき、工業的価値
が極めて大きい。

出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ａ）エポキシ樹脂、 （ｂ）以下の構造式で示されるフェノール性化合物 ▲数式、化学式、表等があります▼ （式中、Ｒは水素、アリール基又はアルキル基を表わし
   、それらの基は同一でも、それぞれ異なっていてもよい
   ）、 （ｃ）フェノールアラルキル樹脂、 （ｄ）硬化促進剤、及び （ｅ）無機質充填剤 を必須成分とすることを特徴とする半導体封止用エポキ
   シ樹脂成形材料。