JPH03192113A - 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〕 本発明は半導体封止用の樹脂組成物に関わり、特に、表
面実装型の半導体装置のように半田耐熱性を要求される
半導体装置を封止するのに適した樹脂組成物に関する。

〔従来の技術〕

電気機器、電子部品、とりわけ半導体の分野では、高密
度実装化、多機能化の傾向にあり、これを封止する材料
には、実装工程における高温半田に対して、耐熱性に優
れた樹脂組成物の開発が強く望まれている。

従来、半導体封止用樹脂組成物としては、０−クレゾー
ルノボラック型エポキシ樹脂に代表されるエポキシ樹脂
、その硬化剤およびシリカを主成分とする樹脂組成物が
成形性、信鯨性の点で優れているため、主流となってい
る。

〔発明が解決しようとする！ＩＮ） 最近の傾向として樹脂封止型半導体装置については、前
述の高密度実装化の流れにより、表面実装型の半導体装
置に変わりつつある。このような表面実装型の半導体装
置においては、従来の挿入型半導体装置と違って、基盤
への半田付は工程において半導体装置全体が２００℃以
上の半田付は温度に曝される。この際、封止樹脂にクラ
ンクが発生し、半導体装置の信転性を大幅に低下させる
という問題が生じて来た。この点から、樹脂強度の向上
を目的として耐熱性に優れたイミド系の樹脂を使用する
研究が多くなされて来たが、イミド樹脂の硬化物は、可
撓性、成形性の点で問題があり、エポキシ樹脂と併用す
ることにより成形性と耐熱性のバランスを取ることが検
討されて来た。

しかしながらイミド樹脂とエポキシ樹脂は、相溶性が悪
く、必ずしも安定した性能が得られ難いのが実情であっ
た。

本発明の目的は、半田耐熱性を要求される樹脂封止型半
導体装置に適用できる封止用樹脂組成物を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者等は、エポキシ樹脂とイミド樹脂を併用するこ
とで樹脂組成物の耐熱性を向上させる目的で鋭意研究を
重ねた結果、イミド樹脂に剛直なビフェニル骨格を持つ
ビスマレイミドを使用し、さらに、このビスマレイミド
と同じビフェニル骨格を分子鎖中に持つエポキシ樹脂を
使用することにより、優れた耐熱性を得られることを見
出し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、ビスマレイミド（Ａ）、エポキシ樹
脂（Ｂ）、エポキシ硬化剤（Ｃ）および無機充填剤（Ｄ
）から本質的になる樹脂組成物において、前記ビスマレ
イミド（Ａ）が−数式（）： （Ｒｓ””Ｒｍは水素原子または炭素数１〜４のアルキ
ル基を表わす、） で表わされるエポキシ樹脂を５〜５０重量％含有するこ
とを特徴とする半導体封止用樹脂組成物である。

本発明で使用されるビスマレイミド（Ａ）は、一般式（
Ｉ）： （Ｒ１−Ｒ４は水素原子または炭素数１〜４のアルキル
基を表わす、） で表わされるビスマレイミドを必須成分として含有し、
かつエポキシ樹脂（Ｂ）が−数式（■）：（Ｒ１−Ｒ４
は水素原子または炭素数１〜４のアルキル基を表わす、
） で表わされるビスマレイミドで、このようなビスマレイ
ミドは、通常公知の方法により一般式（）： （Ｒ１−Ｒ４は水素原子または炭素数１〜４のアルキル
基を表わす、） で表わされるジアミンと無水マレイン酸を縮合・脱水反
応させて容易に製造できる。

かかるジアミンの具体例としては、４，４′−ビス（４
−アミノフェノキシ）ビフェニル、４．４“−ビス（３
−アミノフェノキシ）ビフェニル、４．４’　−ビス（
４−アミノフェノキシ）　−３，３’、５．５’−テト
ラメチルビフェニル、４，４°−ビス（３−アミノフェ
ノキシ）　−３，３”、５．５’　　−テトラメチルビ
フェニル、４．４°−ビス（４−アミノフェノキシ）３
．３’　、５，５°　−テトラエチルビフェニル、４．
４゛−ビス（３−アミノフェノキシ）　−３，３’、５
．５°−テトラエチルビフェニル、４，４°−ビス（４
−アミノフェ／−１−シ）　−３，３°、５．５’　　
−テトラプロピルビフェニル、４．４′−ビス（３−ア
ミノフェノキシ）−３，３’、５．５’−テトラプロピ
ルビフェニル、４．４’　−ビス（４−アミノフェノキ
シ）　−３，３°、５，５°−テトラブチルビフェニル
、４．４”−ビス（３−アミノフェノキシ）　−３，３
°、５．５°−テトラブチルビフェニル等が挙げられる
。

これらのジアミンから誘導されるビスマレイミドは、各
４，４．４’−ビス（４−マレイミドフェノキシ）ビフ
ェニル、４．４’−ビス（３−マレイミドフェノキシ）
ビフェニル、４．４°−ビス（４−マレイミドフェノキ
シ）　−３，３“、５．５’−テトラメチルビフェニル
、４．４’−ビス（３−マレイミドフェノキシ）　−３
，３”、５．５’−テトラメチルビフェニル、４．４°
−ビス（４−マレイミドフェノキシ）−３，３”、５．
５’−テトラエチルビフェニル、４．４°−ビス（３−
マレイミドフェノキシ）　−３，３°、５，５°−テト
ラエチルビフェニル、４．４’−ビス（４−マレイミド
フェノキシ）　−３，３°、５．５’−テトラプロピル
ビフェニル、４，４°−ビス（３−マレイミドフェノキ
シ）　−３，３’、５．５°−テトラプロピルビフェニ
ル、４．４′−ビス（４−マレイミドフェノキシ）−３
，３”、５．５’−テトラブチルビフェニル、４．４’
−ビス（３−マレイミドフェノキシ）　−３，３°、５
．５’−テトラブチルビフェニル等であり、これらの１
種類または２種類以上が使用される。

また適宜、前記以外のビスマレイミドを混合して使用す
ることができるが、その使用割合は、全ビスマレイミド
中の２０重量％以下が好ましい。

前記以外のビスマレイミドとしては、例えば、Ｎ、Ｎ’
−エチレンビスマレイミド、Ｎ、Ｎ’−ヘキサメチレン
ビスマレイミド、Ｎ、Ｎ’−（１，３−フェニレン）ビ
スマレイミド、Ｎ、Ｎ’−（１，４−フェニレン）ビス
マレイミド、ビス（４−マレイミドフェニル）メタン、
ビス（４−マレイミドフェニル）エーテル、ビス（３−
クロロ−４−マレイミドフェニル）メタン、ビス（４−
マレイミドフェニル）スルホン、ビス（４−マレイミド
シクロヘキシル）メタン、１．４−ビス（マレイミドメ
チル）シクロヘキサン、１．４−ビス（マレイミドフェ
ニル）シクロヘキサン、１．４−ビス（マレイミドメチ
ル）ベンゼン、１．３−ビス（３−マレイミドフェノキ
シ）ベンゼン、ビス（４−（３−マレイミドフェノキシ
）フェニルコメタン、１．１−ビス（４−（３マレイミ
ドフエノキシ）フェニル〕エタン、１．２−ビス（４−
（３−マレイミドフェノキシ）フェニル〕エタン、２，
２−ビス（４−（３−マレイミドフェノキシ）フェニル
）プロパン、２．２−ビス（４−（３−マレイミドフェ
ノキシ）フェニルコブタン、２，２−ビス（４−（３−
マレイミドフェノキシ）フェニル）−１，１，Ｌ、３．
３．３−へキサフルオロプロパン、ビス（４−（３−マ
レイミドフェノキシ）フェニルコケトン、ビス（４−（
３−マレイミドフェノキシ）フェニル〕スルフィド、ビ
ス（４−（３−マレイミドフェノキシ）フェニル〕スル
ホキシド、ビス（４−（３−マレイミドフェノキシ）フ
ェニル〕スルホン、ビス〔４−（３−マレイミドフェノ
キシ）フェニル〕エーテル等が挙げられる。

エポキシ樹脂（Ｂ）は、１分子中に少なくとも２個のエ
ポキシ基を有するものであれば全て使用可能である。

これらについて、以下に例示する。

フェノール、クレゾール、レゾルシノール等のフェノー
ル類とアルデヒド類との反応生成物であるノボラック樹
脂から誘導されるノボラック型エポキシ樹脂、および上
記のフェノール類とアラルキルエーテル類との反応生成
物であるアラルキル樹脂から誘導されるアラルキル型エ
ポキシ樹脂が耐熱性、電気特性の点から好ましい。

その他、１分子中に２個以上の活性水素を有する化合物
から誘導されるエポキシ樹脂、例えば、ビスフェノール
Ａ１ビスフェノールＦルゾルシン、ビスヒドロキシジフ
ェニルエーテル、テトラブロムビスフェノールＡ、）リ
ヒドロキシフェニルメタン、テトラヒドロキシフェニル
エタン、アルカンテトラキスフェノール等の多価フェノ
ール類；エチレングリコール、ネオペンチルグリコール
、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリス
リトール、ジエチレングリコール、ポリプロピレングリ
コール等の多価アルコール類；エチレンジアミン、アニ
リン、ビス（４−アミノフェニル）メタン等のアミン類
；アジピン酸、フタル酸、イソフタル酸等の多価カルボ
ン酸類とエピクロルヒドリンまたは２−メチルエピクロ
ルヒドリンを反応させて得られるエポキシ樹脂があり、
これらのエポキシ樹脂の１種類または２種類以上が使用
される。

また、前記エポキシ樹脂（Ｂ）として、オイル状、ゴム
状等のシリコーン化合物で変性したエポキシ樹脂を使用
することもできる。

例えば、特開昭６２−２７０６１７号、特開昭６２−２
７３２２２号に開示された方法により製造されるシリコ
ーン変性エポキシ樹脂等がある。

しかしながら、エポキシ樹脂と前記ビスマレイミドとの
相溶性を改良し、樹脂組成物の成形性、耐熱性を向上さ
せるためには、エポキシ樹脂中に、−数式（■）： （Ｒｓ＝Ｒ＊は水素原子または炭素数１〜４のアルキル
基を表わす、） で表わされるエポキシ樹脂を５〜５０重量％、好ましく
は１０〜３０重量％使用することが必要である。

−数式（ｎ）で表わされるエポキシ樹脂が、５重量％未
満ではイミド樹脂とエポキシ樹脂の間に良好な相溶性が
得られず、また５０重量％を趨えて使用すると耐熱性が
急速に低下する。

上記−数式（１１）で表わされるエポキシ樹脂の具体例
としては、４．４”−ビス（２，３−エポキシプロポキ
シ）ビフェニル、４．４°−ビス（２，３−エポキシプ
ロポキシ）　−３，３’、５．５’−テトラメチルビフ
ェニル、４．４°−ビス（２，３−エポキシプロポキシ
）−３，３’、５，５°−テトラエチルビフェニル、４
．４”−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）　−３，
３’、５．５’−テトラプロピルビフェニル、４．４°
−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）　−３，３’、
５．５’−テトラブチルビフェニル　等であり、これら
の１種類または２種類以上が使用される。

エポキシ硬化剤（Ｃ）については、１分子中に２個以上
のフェノール性水酸基を有する化合物を必須成分として
含有する。

具体的には、フェノール、クレゾール、レゾルシノール
等のフェノール類とアルデヒド類との反応生成物である
ノボラックフェノール樹脂、上記のフェノール類とアラ
ルキルエーテル類との反応生成物であるアラルキルフェ
ノール樹脂、トリヒドロキシフェニルメタン、テトラヒ
ドロキシフェニルエタン、アルカンテトラキスフェノー
ル等の多価フェノール類等が挙げられ、これらの１種類
または２種類以上が使用される。

また、上記化合物にアミン類、酸無水物を併用すること
もできる。

ビスマレイミド（Ａ）、エポキシ樹脂（Ｂ）およびエポ
キシ硬化剤（Ｃ）の配合量は、ビスマレイミド（Ａ）　
　１００重量部に対して、エポキシ樹脂（Ｂ）とエポキ
シ硬化剤（Ｃ）の合計量は、１０〜５００重量部、好ま
しくは２５〜３００重量部である。

また、エポキシ樹脂（Ｂ）とエポキシ硬化剤（Ｃ）の割
合は、エポキシ樹脂（Ｂ）に対してエポキシ硬化剤（Ｃ
）が当量比で０．１〜１０の範囲、好ましくは０．５〜
２の範囲である。

無機充填剤（Ｄ）としてはシリカ、アルミナ、窒素ケイ
素、炭化ケイ素、“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；
ガラス繊維、カーボン繊維等の繊維体が例示される。

これらの中で熱膨張率と熱伝導率の点から、結晶性シリ
カおよび／または溶融性シリカが好ましい。

さらに、樹脂組成物の成形時の流動性を考えると、その
形状は球形、または球形と不定形の混合物が好ましい。

無機充填剤（Ｄ）の配合量は、ビスマレイミド（Ａ）、
エポキシ樹脂（Ｂ）およびエポキシ硬化剤（Ｃ）の合計
Ｗ　１００重量部に対して１００〜９００重量部である
ことが必要であり、好ましくは２００〜６００重量部で
ある。

また上記無機充填剤（Ｄ）は、機械的強度、耐熱性等の
点から、樹脂との接着性向上の目的でカップリング剤を
併用することが好ましく、かかるカップリング剤として
は、シラン系、チタネート系、アルミネート系およびジ
ルコアルミネート系等のカップリング剤が使用できるが
、中でもシラン系カップリング剤が好ましく、特に、熱
硬化性樹脂と反応する官能基を有するシラン系カップリ
ング剤が最も好ましい。

かかるシラン系カップリング剤の例としては、ビニルト
リメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、Ｎ−（
２−アミノエチル）３−アミノプロピルメチルジメトキ
シシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）３−アミノプロピ
ルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキ
シシラン、３−アニリノプロピルトリメトキシシラン、
３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グ
リシドキシプロビルメチルジメトキシシラン、２−（３
，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシ
ラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン
、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン　等を挙
げることができ、これらの１種類または２種類以上が使
用される。

本発明において、樹脂組成物を硬化するにあたっては、
硬化促進剤を使用することが望ましい。

かかる硬化促進剤としては、２−メチルイミダゾール、
２−メチル−４−エチルイミダゾール等のイミダゾール
頬；トリエタノールアミン、トリエチレンジアミン、Ｎ
−メチルモルホリン等のアミン類；トリブチルホスフィ
ン、トリフェニルホスフィン、トリトリルホスフィン等
の有機ホスフィン類；テトラフェニルホスホニウムテト
ラフェニルポレート、トリエチルアンモニウムテトラフ
ェニルボレート等のテトラフェニルボロン塩類；１．８
−ジアザ−ビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７およ
びその誘導体がある。

上記硬化促進剤は、単独で用いても２種類以上を併用し
てもよく、また、を機過酸化物やアゾ化合物等のラジカ
ル開始剤を併用することもできる。

これら硬化促進剤の使用量はビスマレイミド（Ａ）、エ
ポキシ樹脂（Ｂ）およびエポキシ硬化剤（Ｃ）の合計量
１００重量部に対して０．０１〜１０重量部の範囲で用
いられる。

該樹脂組成物には、上記各成分の他、必要に応じて、脂
肪酸、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、各種シリコーンオイル等を配合し、混合・混練し
、成形材料とすることができる。

〔実施例〕

以下、本発明を合成例、実施例および比較例により具体
的に説明する。

合成例（ビスマレイミド） 本発明におけるビスマレイミドを次のように合成した。

攪拌機、温度計を装着した反応容器に、無水マレイン酸
４３．２ｇ　（０，４４モル）とアセトン１３０　ｇを
投入し、溶解する。これに４，４゛−ビス（３−アミノ
フェノキシ）ビフェニル７３．６ｇ（０，２モル）をア
セトン５１５　ｇに溶解した溶液を室温で滴下し、さら
に、２３〜２７℃で３時間攪拌する０反応終了後、乾燥
してビスマレアミド酸を黄色結晶として得た。

このようにして得られたビスマレアミド＃　１１２ｇを
アセトン３００　ｇに懸濁させ、トリエチルアミン９．
６ｇを添加し、室温で３０分間攪拌する。

酸化マグネシウム（ＩＩ　）　０．４ｇ、酢酸コバルト
（ＩＩ）　・４ＴＡｘ００．０４ｇを添加後、無水酢酸
５２ｇを２５℃で３０分間かけて滴下し、さらに３時間
攪拌する。

反応終了後、生成した結晶を濾過、洗浄後、乾燥してビ
スマレイミドを得た。

収量は８４．５　ｇで、理論収量に対する割合は８０％
、融点は１９５〜２００°Ｃてあった。

実施例１〜３および比較例１．　２ 合成例で得られたビスマレイミド、エポキシ樹ｙＩ′ａ
（ｏ−タレゾールノボラック型エポキシ樹脂；ＥＯＣＮ
−１０２０、日本北東−製）、−数式　（ＩＩ）で表わ
されるエポキシ樹脂として４，４°−ビス（２，３−エ
ポキシプロポキシ）　−３，３’、５．５’−テトラメ
チルビフェニル（ＹＸ−４０００、油化シェルエポキシ
■製）およびエポキシ硬化剤（ノボラックフェノール樹
脂；　　ＰＨ−８０、日本化薬鱒製）を第１表に示す割
合（重量部）で攪拌機付きフラスコに装入し、２００℃
で１０分間溶溶融金した後、ステンレス製のバットに広
げ、急冷し、樹脂組成物（１）〜（５）を得た。

以上の樹脂組成物（１）〜（５）を１３０℃に！１１ｗ
１シたホットプレート上に置いたスライドガラスの上に
少量取り、さらに上からカバーガラスを被せ、３分間放
置する。この後、ホットプレート上よりスライドガラス
を取り、室温にて徐冷し、溶解状態を観察した。

その結果を第１表に示す。

実施例４〜６および比較例３．４ 上記樹脂組成物（１）〜（５）およびその他、第２表に
示す組成（重量部）の配合物をヘンシェルミキサーで混
合し、さらに１００〜１３０℃の熱ロールにて３分間溶
融・混練した。

この混合物を冷却、粉砕し、打錠して成形用樹脂組成物
を得た。

これらの成形用樹脂組成物を用いてトランスファー成形
（１８０℃、３０ｋｇ／ｃｊ、３分間）により、物性測
定用の試験片を成形した。

また、フラットパッケージ型半導体装置用リードフレー
ムの素子搭載部に、試験用素子（１０閣×１０ｍ角）を
搭載し、トランスファー成形（１８０°Ｃ１３０ｋｇ／
ｄ、３分間）により、試験用の半導体装置を得た。

これらの試験用成形物は、各試験を行なう前に、１８０
℃で６時間、後硬化を行なった。

試験結果を第３表に示す。

なお、試験方法は次の通りである。

・ガラス転移温度　：　　ＴＭＡ法 ・曲げ強度　　　　：　　ＪＩＳ　Ｋ−６９１トスパイ
ラルフロ−：　　　ＥＭＭＩ　１−６６・ｖ、ｐ、ｓ、
テスト　　：試験用の半導体装置を１２１°Ｃ１２気圧
のプレッシャークツカーテスターに２４時間放置した後
、直ちに２６０℃の溶融半田浴に投入し、パッケージ樹
脂にクランクの発生した半導体装置の数を数えた。　試
験値を分数で示し、分子はクランクの発生した半導体装
置の数、分母は試験に供した半導体装置の総数である。

〔発明の効果〕

実施例および比較例にて説明したごとく、本発明による
半導体封止用樹脂組成物は、イミド樹脂の耐熱性とエポ
キシ樹脂の成形性を効率良く付与することのできるもの
で、この樹脂組成物でリフローおよびフロー半田付は方
法が適用される表面実装型の半導体装置を封止した場合
、優れた半田耐熱性と成形性を示し、信鯨性の高い樹脂
封止型半導体装置を得ることができ、工業的に有益な発
明である。

第１表 （重量部） 第２表 配合物の組成 （重量部） 熔解状態：Ｏ・・・透明、 ×・　・　・析圧ｐ引１す ＊１ ＊２ ＊３ 熔融シリカ：ハリミック５−Ｃｏ　（■マイクロン恥Ｔ
ＰＰ　　　：）リフェニルホスフィン（ＪＩＪＩ（Ｈ同
嘲■ＴＥＡ−に：　）リエチルアンモニウム・テトラフ
ェニルボレートｑυ町イσｍ 第３表

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）、ビスマレイミド（Ａ）、エポキシ樹脂（Ｂ）、
   エポキシ硬化剤（Ｃ）および無機充填剤（Ｄ）から本質
   的になる樹脂組成物において、前記ビスマレイミド（Ａ
   ）が一般式（ I ）： ▲数式、化学式、表等があります▼（ I ） （Ｒ＿１〜Ｒ＿４は水素原子または炭素数１〜４のアル
   キル基を表わす。） で表わされるビスマレイミドを必須成分として含有し、
   かつエポキシ樹脂（Ｂ）が一般式（II）：▲数式、化学
   式、表等があります▼（II） （Ｒ＿５〜Ｒ＿８は水素原子または炭素数１〜４のアル
   キル基を表わす。） で表わされるエポキシ樹脂を５〜５０重量％含有するこ
   とを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。
2. （２）、エポキシ硬化剤（Ｃ）が１分子中に２個以上の
   フェノール性水酸基を有する化合物を必須成分として含
   有することを特徴とする請求項１記載の半導体封止用樹
   脂組成物。
3. （３）、無機充填剤（Ｄ）が球形シリカ、または球形シ
   リカと不定形シリカの混合物である請求項１記載の半導
   体封止用樹脂組成物。