JPH03167251A - 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） この発明は、樹脂封止型半導体装置を実装する時の半田
付け工程において封止樹脂にクラソクが発生するのが防
止され、さらに、耐湿性および耐熱性に優れ、か゛つ、
金型との離型性を大きく向上させて作業性を改良した半
導体封止用エポキシ樹脂組威物に関する． 〔従来の技術〕 従来より半導体等の電子部品を熱硬化性樹脂を用いて封
止する方法がよく行われてきた。熱硬化性樹脂としては
、エポキシ樹脂組或物が最も一般的に用いられている。

このエポキシ樹脂組成物は、たとえば、タレゾールノボ
ランク型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹
脂、脂肪族環状エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂：フェ
ノールノボラソクなどの硬化剤；三級ア主ンやイミダゾ
ールなどの硬化促進剤；シリカやアルミナなどの無機微
粉末からなる無機質充填材；シランカソプリング剤など
のカンプリング剤；カルナウバワックスやステアリン酸
なとの離型剤；カーボンプラックなどの着色剤などから
構成されている。

最近では、電子部品の小型化、薄型化のため、半導体の
実装方式が従来のビン挿入方式（ＤＩＰ：デュアル・イ
ンライン・パッケージ等）から表面実装方式（ＳＯＰ：
スモール・アウトライン・パソケージ、ＱＦＰ：クオフ
ド・フラット・パフケージ等〉へと移行しつつある。こ
れらの表面実装方式の場合、半導体パッケージは、実装
の際に半田浴に浸漬されるなど高温（たとえば２１０〜
２７０℃）で処理され、その際パフケージ全体に高温の
熱が加わる。この工程で従来の封止用樹脂で封止したパ
ンケージは、樹脂部分にクランクが発仕したり、大幅に
耐湿性が低下したりするなどの問題を生じ、製品として
使用できない。

半田付け工程におけるクラソクの発生は、後硬化してか
ら実装工程の間までに吸湿された水分が半田付け加熱時
に爆発的に水蒸気化し、膨張することに起因するといわ
れている。その対策として、後硬化したパソケージを完
全に乾燥し、密封した容器に収納して出荷する方法が用
いられているまた、封止用樹脂の改良も種々検討されて
いる．たとえば、特開昭６４−８７６１６号公報、特開
平１−１０８’２５６号公報などには、エポキシ樹脂と
してビフェニル型エポキシ樹脂を用い、硬化剤として一
般の硬化剤を用いた封止樹脂が提案されている。また、
特開昭６２−１８４０２０号公報、特開昭６２＝１０４
８３０号公報などには、硬化剤としてシンクロペンタジ
エン・フェノール重合体を用い、一般のエポキシ樹脂を
用いた封止樹脂が提案されている。しかし、これらの公
報で提案されている樹脂では未だ充分な効果が得られて
おらず、改良の余地があった。

乾燥パッケージを容器に封入する方法は、製造工程およ
び製品の取扱作業が煩雑になるという欠点がある。従っ
て、表面実装化技術の伸展に対応した封止用樹脂の開発
が望まれているのが現代である。

この発明は、上述の半田付け工程など高温にさらされた
ときにクラックが発生しにくく、これにより表面実装が
できる樹脂封止半導体装置を可能にし、さらに戒形後の
金型離型性を向上させることにより威形作業性を大きく
改良した半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供するこ
とを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、この発明にかかる半導体封
止用エポキシ樹脂組或物は、離型剤としてカルボキシル
基含有のポリオレフィン（Ｏを必須威分することを特徴
とし、下記一般式（１）で表されるビフエニル型エポキ
シ樹脂（４）および下記一般式（２）で表されるシンク
ロペンタジエン・フェノール重合体（Ｂｌを必須成分と
する。

この発明にかかる半導体封止用エポキシ樹脂紐成物は、
上記特定のビフエニル型エポキシ樹脂（自）およびシン
クロペンタジエン・フェノール重合体（Ｂ）を必須戒分
として含有するので、吸湿率を低減することができ、実
装時の温度で高強度を維持することができ、さらに、半
導体装置（たとえば、半導体チップなど）およびリード
フレームとの密着強度を向上できる。このため、実装時
の半田付け工程などにおける耐クランク性を大幅に向上
させることが可能になった。また、離型剤としてカルボ
キシル基含有のポリオレフィン（Ｑを必須成分として含
むので、金型との離型性を向上させ、威形作業性を改良
させることができる． この発明の半導体封止用樹脂組威物の必須戒分の１つで
ある上記エポキシ樹脂（自）は、剛直なビフェニル骨格
を持つため、低弾性率であって、熱時強度に優れている
。さらに、フエニル骨格に疎水性のメチル基を有するた
めに、吸湿性が小さくなるという特徴を持つ。上記一般
式（構造式〉■中の繰り返し単位数ｍは０〜１．　０の
範囲であることが必要であり、この範囲内で有効な耐熱
性を示す。望ましくはｍは０が良い。ｍが大きくなると
、耐熱性の指標であるＴｇ　（ガラス転移温度〉が低下
し、高温時強度も低下する。

第２の必須戊分である上記ジシクロペンタジェン・フェ
ノール重合体くジシクロペンタジェンとフェノールの重
合体）（Ｂ）は硬化剤であり、上記一般式（２）で表さ
れるものである。このような硬化剤を必須成分とするこ
とにより、硬化物の吸湿性が極めて小さくなり、その上
一般のフェノールノボラック硬化剤と同等の耐熱性を持
つ。一般式■中の繰り返し単位数ｌは、０以上の整数で
あればよく、有効な耐熱性および／または吸湿性を示す
と言う点からは、Ｏ〜１５の範囲が好ましく、０〜５．
０がさらに好′ましい．また、一般式■中のＲは、Ｈま
たはｌ価の炭化水素基であり、同炭化水素基の炭素数は
特に限定されない。

さらに、離型剤としての必須成分は、その骨格にカルポ
キシル基を有するポリオレフィン（Ｑである。このよう
なポリオレフィン（ａは、特殊な構造を有する（自）と
（Ｂ）の組成物威形品に対し、特異的に金型離型効果を
示す離型剤である。このカルボキシル基含有のポリオレ
フィン《Ｑの分子量は、特に限定されるものではないが
、有効な離型性を示すという点からは、１０００以上が
好ましく、より好ましくは２０００以上、さらに好まし
くは５０００以上が良く、また、３００００以下が望ま
しく、さらに望ましくは１２０００以下である．一方、
このカルボキシル基含有のポリオレフィン（Ｑの酸価は
、特に限定されるものではないが、有効な離型性を示す
という点からは、０．５以上が好ましく、より望ましく
は５以上であり、さらに望ましくは１３以上が良く、ま
た、５０以下が好ましく、より望ましくは３０以下、さ
らに望ましくは２０以下が良い。

前記ポリオレフィン０に含まれるカルボキシル基の量は
、特に限定されないが、該ポリオレフイン《Ｑに対し、
通常０．　１〜５０重量％とされ、好ましくは０．２〜
３０重量％である。０．１重量％未満では、エポキシ樹
脂および硬化剤との親和性が悪くなることがあり、また
、５０重量％を越えると、樹脂組成物の耐熱性、吸湿性
等の諸物性に悪影響が生じることがある。

この発明で用いられるポリオレフィン（ａとしては、た
とえば、エチレン、プロピレン、Ｉ−ペンテン、２−ペ
ンテン、■−ヘキセン、２−ヘキセンなどの１種または
２種以上の重合体が挙げられる。好ましくは、ポリエチ
レン、ボリプロビレン、および、エチレンープロピレン
共重合体の少なくとも１つである。また、ポリオレフィ
ン（０に含有されるカルボキシル基（またはその酸無水
物基も含む）としては、たとえば、不飽和カルボン酸の
残基などが挙げられる。不飽和カルボン酸としては、ア
クリル酸、゛メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、
ブマル酸、イタコンｍｌ！ｌｋマレイン酸、無水イタコ
ン酸などが挙げられる。好ましくは、無水マレイン酸で
ある。また、この発明で用いるポリオレフィン｛Ｏには
、他のビニル化合物が共重合されていてもよく、このよ
うなビニル化合物としては、たとえば、ブタジェン、イ
ソプレン、ネオプレンなどのジエン系ビニル化合物；ス
チレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、その他
各種の置換スチレンなどの芳香族ビニル化合物；アクリ
ル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、
メタクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸
ブチル、アクリル酸２一エチルヘキシル、メタクリル酸
２−エチルヘキシルなどの不飽和カルボン酸エステル化
合物：塩化ヒニル、塩化ビニリデンなどのハロゲン化ビ
ニル；酢酸ビニル、プロビオン酸ビニルなどのカルボン
酸ビニルエステル；アクリロニトリル、メタクリロニト
リルなどのニトリル基含有ビニル化合物などが挙げられ
、１種または２種以上で使用される。なお、カルボキシ
ル基含有のポリオレフィン（Ｑは、ポリエチレンなどを
酸化（部分酸化も含む）してカルボン酸の状態にしたも
の、いわゆる酸化ポリエチレンなどであってもよい。

以上のビフェニル型エポキシ樹脂（自）とシンクロペン
タジエン・フェノール重合体（自）とカルボキシル基含
有のポリオレフィン（Ｑを必須威分として含んだエポキ
シ樹脂組成物を封止材用の樹脂として用いる。上記（〜
および（Ｂ）のうちのいずれか一方を必須戒分として欠
いた場合、半田付け時の耐クラック性の大幅な向上は期
待できない。また、（Ｑを欠いた場合、成形時の金型と
威形品の離型性は大幅に悪化し、作業能率が悪くなる。

この発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、上記
の必須威分以外にも、必要に応じて適当な硬化促進剤、
無機充填材、カップリング剤、着色剤などを加えること
ができる。硬化促進剤としては、たとえば、１，８−ジ
アザービシクロ（５４．０）ウンデセン−７、トリエチ
レンジアミン、ペンジルジメチルアさン、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
ルア尖ノメチ゜ル）フェノール等の三級アミン類；２−
メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイ主ダゾ
ール、２−フエニルイ主ダゾール、２−フェニルー４−
メチルイ主ダゾール、２−ヘブタデシルイミダゾール等
のイミダゾール類；トリブチルホスフィン、メチルジフ
エニルホスフィン、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等の有機ホスフィン
類（リン系硬化促進剤）；テトラフエニルホスホニウム
テトラフェニルボレート、トリフェニルホスフィンテト
ラフェニルボレート、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等のテトラフエニルボロン塩等があ
る。無機充填材としては、たとえば、シリカやアルミナ
など通常の樹脂封止材に用いられるものが挙げられる。

カップリング剤としては、たとえば、γ−グリシドキシ
プロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリ
エトキシシランなどのシランカップリング剤が挙げられ
る。着色剤としては、たとえば、カーボンブラックなど
がある。しかし、ここに例示したものに限定されない。

この発明において、上記ビフェニル型エポキシ樹脂幌）
を必須威分として含んでいれば、エポキシ樹脂（４）以
外のエポキシ樹脂を併用しても良い．たとえば、一般に
使用されている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などのエポ
キシ樹脂を、この発明の効果を阻害しない範囲で適宜何
ｆ！ＩＩＩでもエポキシ樹脂（自）と併用することがで
きる。また、硬化剤についても、上記シンクロペンタジ
エン・フェノール正合体（Ｂ）を必須戒分として含んで
いれば、（自）以外の硬化剤を併用しても良い。このよ
うなの）以外の硬化剤としては、たとえば、一般に使用
されているフェノールノボラック、クレゾールノボラッ
ク等がある。さらに、離型剤についても、上記ポリオレ
フィン（ａを必須成分として含んでいれば、（Ｏ以外の
離型剤を併用しても良好な離型性を得ることができる。

（Ｏ以外の離型剤としては、たとえば、モンタン酸、カ
ルナウバワックス、ステアリン酸などがある。

なお、ビフェニル型エポキシ樹脂（４）とシンクロペン
タジエン・フェノール重合体（自）との当量比は、特に
限定はないが、（自）の水酸基数／（Ａ》のエポキシ基
数＝０．７〜１．３が望ましく、さらに、０．９〜１．
１が望ましい。また、他のエポキシ樹脂、硬化剤を併用
する時は、硬化剤の全水酸基数／エポキシ樹脂の全エポ
キシ基数が０．７〜１．３が望ましく、０．９〜１．１
がさらに望ましい。

また、上記ポリオレフィン（Ｏの離型剤の添加量は、特
に限定されないが、エポキシ樹脂と硬化剤の総重量に対
して、０．２０重量％以上で離型性が得られ、望ましく
は０．５０ｆｆｌ量％以上で良好な離型性が得られる。

さらに、リードフレームや封止する半導体素子との密着
を阻害せず、半田実装時のパンケージクラックを生じさ
せないためには１０．０重量％以下が望ましく、５．０
重量％以下がさらに望ましい。

〔作　　　用〕

この発明によれば、ビフェニル型エポキシ樹脂（自）と
シンクロペンタジエン・フェノール重合体（Ｂ）とカル
ボキシル基含有のポリオレフィン（０とを用いるので、
耐リフロー性（半田付け時の耐クランク性）の良好な耐
湿性・耐熱性・金型離型性（成形作業性）の優れた半導
体封止用エポキシ樹脂組戒物が得られる． （４）のエポキシ樹脂は、疎水性のメチル基を有する剛
直なビフエニル骨格により、低吸湿、高耐熱さらに低弾
性率の特徴を発揮する。

（自）のシンクロペンタジエン・フェノールｉｌ体の硬
化剤は、その構造中にジシクロペンタジェン骨格を有す
るため、極めて低吸湿で、さらにリードフレーム、半導
体装置等との密着性を高めるものと推察される． したがって、この発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成
物で封止したパソケージは、半田付け時に発生するパン
ケージクランク等の原因の１つである水分の侵入を少な
くし、さらに低弾性率かつ高密着性であるため、リード
フレームや半導体装置と封止樹脂の界面剥離をおさえ、
また、高温時の強度が高いた′め、実装時の水蒸気圧に
耐えるものと推察される． また、（Ｑの離型剤を用いた際に、金型との離型性が向
上するのは、（Ｏのポリオレフィン部の非極性とカルボ
キシル基による樹脂との相熔性が混在するために、成形
時、樹脂組成物成形品と金型との界面に（Ｏの離型剤が
存在しやすいからであると思われる。

〔実　施　例〕

以下に、この発明の具体的な実施例および比較例を示す
が、この発明は下記実施例に限定されない。以下、カル
ボキシル基含有のポリオレフィン（Ｏを酸化ポリオレフ
ィンと称する。

実施例ｌ一 ビフエニル型エポキシ樹脂（自）として構造式；で示さ
れ、エポキシ当量１９０、融点１０５℃のエポキシ樹脂
ｒＹＸ４０００ＨＪ　　（油化シェルエポキシ株式会社
の商品名）を用いた。シンクロペンタジエン・フェノー
ル重合体（Ｂ）として構造式；で示され、平均分子量５
５０、ＯＨ当量１７７、融点１１０℃のフェノール系硬
化剤ｒＤＣ　１　０　０ＬＬＪ　　（山陽国策パルプ株
式会社の商品名）を用いた．また、酸化ポリオレフィン
として、カルボキシル基（−　Ｃ　Ｏ　Ｏ　Ｈ）含有量
約１．　５重量％（ポリエチレン１００ユニットに約１
個のカルボキシル基）、分子量９０００、酸価１５〜ｌ
７の酸化ポリエチレン離型剤ｒＰＥＤ１９１Ｊ　　（ヘ
キストジャバン株式会社の商品名〉を用いた。

第１表に示した原材料を同表に示す重量部で配合し、加
熱ロールを使用して混練温度７０〜１２０℃で約８分間
の条件で混練した。その後、約５■ｌφに粉砕し、半導
体封止用エポキシ樹脂組成物〈エポキシ樹脂′威形材料
〉を作製した。

−実施例２〜５および比較例１〜９一 第１表に示した原材料を同表に示す重量部で実施例ｌと
同様に配合して混練を行い、粉砕して半導体封止用エポ
キシ樹脂組或物（エポキシ樹脂成形材料）を作製した。

（Ｑ以外の離型剤として、モンクン酸カルシウム塩離型
剤ｒＷａｘ　　ＯＰＪ　　（ヘキストジャパン株式会社
の商品名）、モンクン酸エチレンビスアマイド離型剤ｒ
Ｊ−９００Ｊ　　（伊藤製油株式会社の商品名〉、分子
量約９０００のポリエチレン離型剤ｒＰＥ１９０Ｊ（ヘ
キストジャパン株式会社の商品名）、カルナウバワック
ス、ステアリン酸離型剤ｒＧ２０」　（ヘンケル（ｌｌ
［ＥＮＫＥＬ）白水株式会社の商品名）、フフ化アルキ
ルエステル離型剤「ＦＣ４３０Ｊ　　（住友スリーエム
（３Ｍ）株式会社の商品名）を用いた。

上記実施例および比較例で得られた成形材料をトランス
ファー戊形機にて１７０−１７５℃で９０秒間成形し、
１７５℃で６時間後硬化し、下記の吸湿率、耐半田クラ
ック性、曲げ強度、曲げ弾性率の各評価用サンプルを得
た。リード密着強度および金型離型強度のサンプルは、
下に示す通りの作製法で作った。

各種特性は、次に示す方法により測定、評価し、結果を
第１表に示した。

（１１　　吸湿率 ６９ｓｍφ、２．０　ａｍ厚の円板を成形し、８５℃、
８５％Ｒ　Ｈで７２時間吸湿させ、重量変化より吸湿率
を求めた。

（２）耐半田クランク性 ７．６車×７．６闘Ｘ　Ｏ．　４　ｍｍ厚の半導体素子
をグイパッド寸法８．２１一×８．２■一の４２７ロイ
リートフレームに銀ペーストで実装し、外形寸法１９＠
ｍｘ１５ｍ＠ｘ厚み１．８一ｍの６０ビンフラットパソ
ケージ型ＩＣ金型にて成形し、その後、８５℃、８５％
Ｒ　Ｈで７２時間吸湿した後、２６０℃の半田槽に浸漬
した。このときのパンケージクラソク発生時間を秒数で
求めた。

（３）　　フラットパッケージ（ＦＰ）戊形品のリード
フレームと封′止樹脂界面剥離の有無上記耐半田クラッ
ク性の評価用ＦＰの成形後、超音波深傷装置により、リ
ードフレームと封止樹脂界面に剥離があるか否かにより
、リードフレームと封止樹脂の密着性を調べた。

（４）　　リード密着強度 第１図に示す治具を用いて低圧（５〜６ｋｇ　／　ｃｕ
ｔ）で１７５℃で威形し、１７５℃で６時間後硬化し、
円柱＜ａ＝φ１２關、ｂ＝７關厚み）の戒形品３を４２
アロイ板２上に得た．第１図中、■は、ポリテトラフ口
口エチレン樹脂製スペーサである。第２図に示す万能引
張試験器を用いて、前記４２７ロイ板２と成形品３との
剪断強度をオートグラフで測定した。第２図中、第１図
と同じものには同じ番号を付しており、４は上部引張治
具、５は下部チャックである。４２アロイ板２と戒形品
３の接触面積は、（０．６ｃｓａ）”π＃１．１３ｃｄ
であった。

（５）金型離型強度 上記リードフレーム密着強度の測定において、４２７ロ
イ板をクロムメッキ板に変えて同様に成形し、成形品の
後硬化を行わずにクロムメッキ板と戒形品の剪断強度を
測定し、金型離型強度とした。

第１表より明らかなように、実施例１〜５は、比較例１
〜９に比べて、金型離型強度が小さく　（すなわち、離
型性が良＜）、かつ、耐半田クランク性も良好である。

また、離型剤として酸化ポリエチレンを加えても、吸湿
率、リードフレームとの密着姓等の諸物性に大きく影響
を与えない。

〔発明の効果〕

この発明にかかる半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、
以上に述べたように、上記特定のビフェニル型エポキシ
樹脂（Ａ）およびジシクロペンタジェン・フェノール重
合体の）を必須戊分として含有するものにおいて、離型
剤として酸化ポリオレフィンを必須成分とするので、従
来の封止樹脂に比較して低吸湿であり、リードフレーム
との密着が良好であり、さらに、金型離型性が良好であ
る。このため、成形作業性、吸？ａ後の耐半田クラソク
性に優れており、その工業的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、密着強度の評価に用いた治具の斜視図、第２
図は、密着強度の評価方法を表す側面図である。 ３・・・半導体封止用エポキシ樹脂組威物の硬化物であ
る成形品

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　下記一般式（１）で表されるビフェニル型エポキシ
   樹脂（Ａ）および下記一般式（２）で表されるシンクロ
   ペンタジエン・フェノール重合体（Ｂ）を必須成分とす
   る半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、離型剤と
   してカルボキシル基含有のポリオレフィン（Ｃ）をも必
   須成分することを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂
   組成物。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（１） ［式（１）中、ｍは繰り返し単位 の数を示す０〜１．０の数〕 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（２） 〔式（２）中、ＲはＨまたはＣｎＨ＿２＿ｎ＿＋＿１、
   ｎは０以上の整数、ｌは０以上の整数〕