JPH02219814A - 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、耐半田ストレス性および成形性に優れた半導
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バフ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通した、信頼性の高
い対土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６２４３６８６０号公報コなどの手法で対
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６１４６８６２０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５、これらの手法により高温（２
００〜２５０℃）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問題点があった。

更に、本発明者らは、下記式ＣＩり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Ｒ，〜Ｒ。

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）と２次凝集シリカおよび／または多孔質シ
リカを粉砕したシリカ粉末の使用を既に提案しているが
、この手法により流動性を低下させることな（高温時の
耐半田ストレス性に優れたエポキシ樹脂を得ることがで
きたが、上記式〔［Ｉ）で示される構造の多官能エポキ
シ樹脂を使用すると硬化性が低下し、成形性が悪くなる
傾向があるという問題点があった。

〔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。

〔問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（＋）で示される多官能エポキシ樹脂 （ｎおよびｍは整数であり、ｎ、ｍ−１〜９、ｎ＋ｒｎ
−２〜１０、式中Ｒ＋　、Ｒｔ　、Ａ　＋〜Ａｓ、Ｂ　
＋　−Ｂ−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、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上記式（１）で示される多官能エポ
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
、また構造式中にアルキル基を導入することにより吸水
性と硬化性のバランスに優れ、半田ストレス性および成
形性が向上する。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粉砕したシリカ粉
末を使用すると、流動性を低下させることなく半田浸漬
時に発生する応力を緩和する効果が得られる。

即ち本発明のエポキシ樹脂組成物は、耐熱性、低吸水性
、および半田浸漬時の応力を緩和する効果が得られ、非
常に優れた耐半田ストレス性を有し、且つ硬化性が良好
であり、優れた成形加工性を有したものである。

（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下
記式（１）で示される構造の多官能エポキシ樹脂 （ｎおよびｍは整数であり、ｎ、ｍ＝１〜９、ｎ＋ｍ＝
２〜１０、式中Ｒｉ　、Ｒｔ　、Ａ＋−Ａ６、Ｂ　ｌ−
８４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５０〜１
００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３〜２０ＩＩｍ、見掛
は密度が０．１〜０．８　ｇ　／ｃｃ、比表面積がｌ〜
２０ボ／ｇであり、かつ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
５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Ｒ２、Ａ４、Ｂ４、はメチル基、Ｒヨ、Ａｓ
はｔ−ブチル基、Ａ１、Ａｍ、Ｂ１、Ｂ８、は水素原子
、Ａ１、Ｂ、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＋ｍの値は２〜１０の範囲のものを用いる必要がある
。ｎ＋ｍ＝ｏまたは１の場合には硬化性が低下し、成形
性が悪くなり、またｎ＋ｍの値が、ｌＯより大きい場合
流動性が低下し、成形性が悪くなる。

更に、ｎとｍの比率は、ｎ＋１　：ｍ−３：　１のもの
が硬化性と吸水性のバランスに優れており、好ましい、
ｎ＋１の比率が大きくなると硬化性が低下し、成形性が
悪くなり、ｎ＋１の比率が小さくなると吸水率が増加し
、耐半田ストレス性が低下してしまう。

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（１）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、トリアジン核含有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
フェノールノボラック樹脂、タレゾールノボラック樹脂
、ジシク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３〜２０ａｍ、見掛は密度が０、１　＝０．８　ｇ
　／ｃｃ、比表面積が１〜２０ｒｒｆ／ｇであり、かつ
煮あまに油の吸油量が０．２〜１．２ａｄ／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
する傾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３μｍ未満であ
ると、半田熱ストレスによるクランクが発生し、２０ｕ
ｍを超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〜ｌｏｌＪｍＯ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、
０．８ｇ／ＣＣを超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１イ／
ｇ未満の場合、成形品の強度が低下してしまい、半田付
は工程でのクランクが発生し、２０ｎｆ／ｇを超えると
流動性が低下する。また、魚あまに油の吸油量が１．２
ａｄ／ｇを超えると流動性が低下し成形性が悪くなり、
０．２ｍ／ｇ未満であると半田熱ストレスによるクラン
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材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、合成ワックス等の雌型剤及びシリコ
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、さらに熱口・−ルまたはニーダ−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。

〔実施例〕

実施例１ 下記組成物 式（［［ｌ）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１２重量部 （ｎ−２の２きｍ＝１の化合物が８、ｎ−５のときｍ＝
２の化合物が２の割合で混合なされているもの） オルトクレゾールノボラックエポキシ樹脂８重量部 ２次凝集シリカ粉末を粉砕したシリカ粉末（平均粒径６
μｍ、見掛は密度０．５ｇ／ｃｃ、比表面積１４イ／ｇ
、煮あまに油の吸油量０．７ｄ／ｇ）ａ５重量部 溶融シリカ粉末　　　　　　　　６５．３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　　　　　０．２重１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輪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／ｄ、１２０秒の条件
で半田クランク試験用として６×６閣のチップを５２ｐ
パツケージに封止し、又半田耐湿性試験用として３×６
−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
、半田耐湿性試験および硬化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℃、８
５％ＲＨの環境下で４８Ｈｒおよび７２Ｈｒ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７２Ｈｒ処理し、その後２５０℃の
半田槽に１０秒間浸漬後、プレッシャークシカー試験（
１２５℃、１００％ＲＨ）を行い回路のオーブン不良を
測定した。

硬化性試験：バーコール高度９３５にて成形時に硬度を
測定した。

試験結果を第１表に示す。

実験例２ 下記組成物 実施例１に記載の式（ＩＩＩ）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重量部多孔質シリカ粉末を粉
砕したシリカ粉末（平均粒径５μｍ、見掛は密度０．６
　ｇ　／ｃｃ、比表面積１０ａｉ／ｇ、煮あまに油の吸
油量０．６ａｄ／ｇ）６８．８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　　　　　０．２１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、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、半田耐湿性試験および硬化性試験を行なった。

試験結果を第１表に示す。

実施例３〜６ 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と同様に半田クラッ
ク試験半田耐湿性試験、および硬化性試験を行った。試
験結果を第１表に示す。

比較例１ 式（ＩＶ）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１ｎ−３が１の割合で混合なされてなるもの） 多孔質シリカ粉末を粉砕したシリカ粉末（平均粒径５μ
ｍ、見掛は密度０．５　ｇ　／ｃｃ、比表面積１６ボ／
ｇ、煮あまに油の吸油量０．７ｄ／ｇ）６８．８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　　　　　０．２重１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、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、半田耐湿性試験および硬化性試験を行なった。

試験結果を第１表に示す。

比較例２〜７ 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、低吸水性を有し、且つ成形加工性に優れたエ
ポキシ樹脂組成物を得ることがきるので、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において信鯨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〔Ｉ〕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およびｍは整数であり、ｎ、ｍ＝１〜９、ｎ＋ｍ＝
   ２〜１０、式中Ｒ＿１、Ｒ＿２、Ａ＿１〜Ａ＿５、Ｂ＿
   １〜Ｂ＿４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５
   ０〜１００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エポキシ樹脂組成物