JPH02173033A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物 - 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、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。

〔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０−タ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、薄型のフラットパッケージ、
ＳＯＰ、ＳＯＪ、、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、応力によるクランク発生、これらのクランクに
よる耐湿性の低下等の問題が大きくクローズアンプされ
てきている。

特に半田づ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間層点
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半田付は時の熱衝撃を緩
和する目的で、熱可塑性オリゴマーの添加（特開昭６２
−１１５８４９号公報）や各種シリコーン化合物の添加
（特開昭６２−１１５８５号公報、６２−１１６６５４
号公報６２−１２８１６２号公報）、更にはシリコーン
変性（特開昭６２−１３６８６０号公報）などの手法で
対処しているがいずれも半田付は時にパッケージにクラ
ンクが生じてしまい信頼性の優れた半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物を得るまでには至らなかった。

一方、耐半田ストレス性に優れた耐熱性エポキシ樹脂組
成物を得る為に、樹脂系としては多官能エポキシ樹脂の
使用（特開昭６１−１６８６２０号公報）等、が検討さ
れてきたが、多官能エポキシ樹脂の使用により架橋密度
が上がり耐熱性が向上するが、特に２００℃〜３００℃
のような高温にさらされた場合においては耐半田ストレ
ス性が不充分であった。

更に本発明者らは、多官能エポキシ樹脂と２次凝集シリ
カの使用、多官能エポキシ樹脂と多孔質シリカの使用等
を既に提案しているが、これらの手法により高温（２０
０〜２５０°Ｃ）時の耐半田ストレス性に優れたエポキ
シ樹脂組成物を得ることができたが、２次凝集シリカ又
は多孔質シリカを添加すると流動性が低下し成形性が悪
化する傾向があるという間順点があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明はこのような問題に対してエポキシ樹脂として多
官能エポキシ樹脂を充填材として、２次凝集シリカ粉末
および／または多孔質シリカ粉末を粉砕したシリカ粉末
を用いることにより、成形加工性を劣化させることなく
、耐半田ストレス性が著しく優れ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。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂として、
下記式（１）で示される構造の多官能エポキシ樹脂 （ｎは整数でありｎ−１−１０式中Ｒｌ−Ｒｙは、水素
、ハロゲン、アルキル基の中から選択される原子または
Ｍ）を総エポキシ樹脂量に対して５０１００重量％を含
むエポキシ樹脂と充填材として２次凝集シリカ粉末およ
び／または多孔質シリカ粉末を粉砕することにより得ら
れる、平均粒径が３〜２０μｍ、見掛は密度が０．１”
０．８　ｇ　／　ｃｃ、比表面積が１〜２０ｍ／ｇであ
り、かっ煮あまに油の吸油量が０．２〜１．２ｄ／ｇで
あるシリカ粉末を併用することを特徴とし、従来の封止
用樹脂組成物に比べて、成形加工性を劣化させることな
く、非常に優れた耐半田ストレス性を有したものである
。

式（１）で示される構造のエポキシ樹脂は、１分子中に
３個以上のエポキシ基を有する多官能エポキシ樹脂であ
る。

このような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為には、式（１）
で示される多官能エポキシ樹脂を総エポキシ樹脂量の５
０重量％以上、好ましくは７０重量％以上の使用が望ま
しい、５０重量％以下だと架橋密度が、上がらず耐半田
ストレス性が不充分である。

更に式中のＲ１，Ｒ４はメチル基、Ｒ２、Ｒｔはｔブチ
ル基、Ｒ１、Ｒ４は水素原子、Ｒ２はメチル基または水
素原子が好ましい。

式中にアルキル基を導入することにより、低吸水化の効
果が得られ耐半田ストレス性が向上する。

ｎの値は１〜１０の範囲のものを用いる必要がある。ｎ
＝ｏの場合には単官能エポキシとなってしまい硬化性が
低下し、成形性が悪くなり、またｎの値が、１０より大
きい場合流動性が低下し、成形性が悪くなる。

また、２官能以下のエポキシ樹脂では架橋密度が上がら
ず、耐熱性が劣り、耐半田ストレス性の効果が得られな
い。

式（［）で示される多官能エポキシ樹脂と併用するエポ
キシ樹脂とは、エポキシ基を有するもの全般をいう、た
とえばビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エ
ポキシ樹脂、トリアジン核含をエポキシ樹脂等のことを
いう。

本発明で用いるフェノール樹脂硬化剤としては、例えば
フェノールノボランク樹脂、クレゾールノボラック樹脂
、ジクロロペンタジェン変性フェノール樹脂等を用いる
ことができる。

充填材としては、２次凝集シリカ粉末および／または多
孔質シリカ粉末を粉砕することにより得られる、平均粒
径が３〜２０μｍ、見掛は密度が０．１〜Ｑ、１３ｇ／
ｃｃ、比表面積が１〜２０ポ／ｇであり、かつ煮あまに
油の吸油量が０．２〜１．２ＩＲ１／ｇであるシリカ粉
末を総充填材量に対して５〜１００重量％の範囲のもの
を用いる必要がある。

５重量％未満では、半田浸漬時の応力を緩和する事がで
きず、半田ストレス性が不十分である。

充填材として２次凝集シリカ粉末および／または多孔質
シリカ粉末を使用すると、流動性が低下し成形性が悪化
する１頃向があるという問題点があるが、２次凝集シリ
カ粉末および／または多孔質シリカ粉末を粉砕し、煮あ
まに油の吸油量を減少させることにより、流動性を確保
することができる。

２次凝集シリカ粉末および／または多孔質シリカ粉末を
粉砕したシリカ粉末は、その平均粒径が３ｐｍ未満であ
ると、半田熱ストレスによるクラックが発生し、２０μ
ｍを越えると流動性が低下するため、平均粒径としては
３〜２０μｍのものを用いる必要がある。また、好まし
くは平均粒径が３〜１０μｍのものが望ましい、見掛は
密度が０．１ｇ／ｃｃ未満であると流動性が低下し、０
．８　ｇ　／ｃｃを越えると半田熱ストレスによるクラ
ックが発生し、耐湿性が低下する。更に比表面積が１ｒ
ｒｆ／ｇ未満の場合、成形品の強度が低下してしまい、
半田付は工程でのクラックが発生し、２０ｒｒｆ／ｇを
越えると流動性が低下する。また、煮あまに油の吸油量
が１．２ｄ／ｇを越えると流動性が低下し成形性が悪く
なり、０．２ｄ／ｇ未満であると半田熱ストレスによる
クラックが発生する。耐半田ストレス性の効果を出す為
には、粉砕したシリカ粉末を総充填材量の５重量％以上
、好ましくは２０重量％以上の使用が望ましい。

また、粉砕したシリカ粉末以外の充填材としては、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、アルミナ等が挙げら
れ、特に溶融シリカが好ましい。

本発明に使用される硬化促進剤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、二酸化アンチモン、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。

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、さらに熱ロールまたはニーグー等で溶融
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。

〔作　用〕

本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂として多
官能エポキシ樹脂を、充填材として２次凝集シリカ粉末
および／または多孔質シリカ粉末を粉砕したシリカ粉末
を用いることを特徴とするものである。

エポキシ樹脂として多官能エポキシ樹脂を使用すると架
橋密度が上がり耐熱性が向上し、また充填材として２次
凝集シリカ粉末および／または多孔質シリカ粉末を使用
すると、半田浸漬時に発生する応力を緩和する効果が得
られる。しかし、２次凝集シリカ粉末および／または多
孔質シリカ粉末を使用すると、流動性が低下する傾向が
あるという問題点がある。

そこで本発明者らは、２次凝集シリカ粉末および／また
は多孔質シリカ粉末を粉砕したものは、煮あまに油の吸
油量が減少するため、流動性が良好であり、かつ半田浸
漬時に発生する応力を緩和する能力を有することを見い
出した。即ち、本発明のエポキシ樹脂組成物は、多官能
エポキシ樹脂と、２次凝集シリカ粉末および／または多
孔質シリカ粉末を粉砕したシリカ粉末を併用することに
より、耐熱性の向上と、半田浸漬時の応力を緩和する効
果を得ることができ、非常に優れた耐半田ストレス性お
よび成形加工性を有したものである。

〔実施例〕

実施例１ 下記組成物 式（ｎ）で示されるトリス（ヒドロキシアルキルフェニ
ル）メタントリグリシジルエーテル２０重量部 （ｎ−１，２，３であり、その混合比がｎ−１が８、ｎ
＝２が１．ｎ＝３が１の割合で混合なされてなるもの） ２次凝集シリカ粉末を粉砕したシリカ粉末（平均粒径５
μｍ、見掛は密度０．５ｇ／ｃｃ、比表面積フェノール
ノボラック樹脂　　　　　１０重量部トリフェニルホス
フィン　　　　　　ｏ、２重を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″Ｃ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／ｃｊ、１２０秒の条
件で半田クランク試験用として６×６鵬のチップを５２
Ｐパツケージに封止し、又半田耐湿性試験用として３重
６ｍのチップを１６ＰＳＯＰパツケージに封止した。

封止したテスト用素子について下記の半田クランク試験
及び半田耐湿性試験をおこなった。

半田クランク試験：封止したテスト用素子を８５°Ｃ１
Ｂ５％ＲＨの環境下で４８Ｈｒおよび７２Ｈ「処理し、
その後２５０℃の半田槽に１０秒間浸漬後、顕微鏡で外
部クランクを観察した。

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？２Ｈｒ処理し、その後２５０℃の
半田槽に１０秒間浸漬後、プレッシャークツカー試験（
１２５°Ｃ，１００％Ｒ１（）を行い回路のオープン不
良を測定した。

試験結果を第１表に示す。

実施例２ 下記組成物 実施例１に記載の式（ＩＩ）で示されるトリス（ヒドロ
キシアルキルフェニル）メタントリグリシジルエーテル
　　　　　　　　　　１０重量部多孔質シリカ粉末を粉
砕したシリカ粉末（平均粒径６ｕｍ、見掛は密度０．５
ｇ／ＣＣ１比表面積１０ｃｆｆｌ／ｇ、煮あまに油の吸
油量０．６ａｆｆｉ／ｇ）　　　　　３４．４重量部溶
融シリカ粉末　　　　　　　　　　３４６４重量部フェ
ノールノボラック樹脂　　　　　１０重量部トリフェニ
ルホスフィン　　　　　　０．２ｆｔ１１カーボンブラ
ツク　　　　　　　　　０・５重量部カルナバワックス
　　　　　　　　　０．５重量部を、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
クランク試験及び半田耐湿性試験を行なった。試験結果
を第１表に示す。

実施例３〜５ 第１表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なった。試験結果を第１
表に示す。

比較例１〜６ 第１表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と同様に半田クラン
ク試験及び半田耐湿性試験を行った。試験結果を第１表
に示す。

〔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
熱性及び、低吸水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、半田付は工程による急激な温度変化
による熱ストレスを受けたときの耐クランク性に非常に
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
頬性が非常に必要とする製品について好適である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）（Ａ）下記式〔１〕で示される構造の多官能エポ
   キシ樹脂 ▲数式、化学式、表等があります▼ （ｎは整数でありｎ＝１〜１０式中Ｒ＿１〜Ｒ＿７は、
   水素、ハロゲン、アルキル基の中から選択される原子ま
   たは基）を総エポキシ樹脂量に対して５０〜１００重量
   ％含むエポキシ樹脂 （Ｂ）フェノール樹脂硬化剤 （Ｃ）２次凝集シリカ粉末および／または多孔質シリカ
   粉末を粉砕することにより得られる、平均粒径が３〜２
   ０μｍ、見掛け密度が０．１〜０．８ｇ／ｃｃ、比表面
   積が１〜２０ｍ＾２／ｇであり、かつ煮あまに油の吸油
   量が０．２〜１．２ｍｌ／ｇであるシリカ粉末を総充填
   材量に対して５〜１００重量％含む充填材 （Ｄ）硬化促進剤 を必須成分とする半導体封止用のエポキシ樹脂組成物