JPH0321576B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔技術分野〕 この発明は、半導体素子などの電子部品の封止
用に適したエポキシ樹脂成形材料に関する。 〔背景技術〕 コンデンサ，ダイオード，トランジスタ，サイ
リスタ，ホール素子などの個別半導体またはIC，
LSIなどの集積回路においては、内部素子を機械
的，電気的に外的環境から保護するために、しば
しば封止が行われる。封止方法としては、気密封
止，セラミツク封止，プラスチツク封止等が行わ
れているが、量産性にも優れ、安価なプラスチツ
ク封止が最近の主流である。プラスチツクの種類
についていえば、エポキシ樹脂封止がプラスチツ
ク封止の主流である。 ところが、近時、半導体パツケージの小型，薄
肉化、あるいは、半導体素子の大型化にともなつ
て、内部応力の発生や耐湿性の低下がエポキシ樹
脂封止の問題点として、取りあげられるようにな
つてきた。 内部応力には、 エポキシ樹脂の硬化時の収縮にともなうもの、 エポキシ樹脂と、封止される半導体素子、リー
ドフレーム等との線膨張係数の違いに起因して発
生するもの、等がある。このような内部応力が発
生すると、半導体素子の配線やボンデイングワイ
ヤにズレ、変形あるいは断線等が発生したり、ひ
どい場合には、半導体素子自体にキズや割れ、ク
ラツク等が発生する恐れが増大する。 また、耐湿性の低下は、ハンダ処理時の熱衝撃
によつて発生することが多く、半導体パツケージ
の小型，薄肉化によつて、エポキシ樹脂がハンダ
処理の熱をうけやすくなるほど、その低下率が増
加する傾向にある。そこで、以上のような内部応
力の発生や、耐湿性の低下を防ぐために、エポキ
シ樹脂に種々の添加剤を添加することが試みられ
ている。 内部応力は、一般に封止エポキシ樹脂の線膨張
係数と弾性率、さらにはガラス転移温度などによ
つて影響されることがわかつている。線膨張係数
を小さくするために無機充填材を添加することが
行われる。しかし、多量に添加して線膨張係数を
小さくすると、弾性率が大きくなるばかりでな
く、耐湿性も低下する。 熱可塑性エラストマーや変性ブタジエン液状ゴ
ム等をエポキシ樹脂に添加すると、それによつて
内部応力を低下させることができるようになる。
ところが、このようなエポキシ樹脂では、ガラス
転移温度が低下するため、かえつて、耐湿性の
（低下）がおこりやすくなる。 エポキシ樹脂にシリコーンオイルを添加する
と、内部応力を低下できるが、エポキシ樹脂とシ
リコーンオイルとの相溶性が良くないため、封止
成形時にシリコーンオイルがブリードし、それに
よつて、リードフレームや半導体素子とエポキシ
樹脂との密着性が悪くなり、耐湿性の（低下）が
発生しやすくなる。そこで、エポキシ樹脂との相
溶性を高めるため、シリコーンオイルを変性し
て、種々の官能基を結合させることが試みられて
いる。しかしながら、耐湿性の劣化防止に充分な
効果を得るまでには至つておらず、しかも、この
ようなシリコーンオイルが配合されたエポキシ樹
脂では、成形時にバリが発生しやすいため、実用
化されるまでには至つていない。 以上のように、現在考えられ、あるいは、試み
られている添加剤配合のエポキシ樹脂成形材料で
は、その内部応力の緩和と耐湿性（低下）の防止
とをともに実現することはできないのが現状であ
る。 〔発明の目的〕 この発明は、以上の事情に鑑みてなされたもの
であつて、内部応力が充分に緩和され、かつ、耐
湿性が（低下）することのないエポキシ樹脂成形
材料を提供することを目的としている。 〔発明の開示〕 以上の目的を達成するため、この発明は、エポ
キシ基、アミノ基、水酸基およびカルボキシル基
よりなる群から選ばれた少なくとも２つである互
いに異なる官能基を有する複数のシリコーン化合
物を前記官能基同士の反応によつて結合させてな
るシリコーン反応物が配合されていることを特徴
とするエポキシ樹脂成形材料を要旨とする。 以下に、この発明を、くわしく説明する。 主材料としてのエポキシ樹脂成形材料の構成そ
のものは、従来と同様である。混練，粉砕等も、
ヘンシエルミキサ，ライカイ機，回転混合機等の
混合装置や、加熱ロール，ニーダー等の混練装置
を用いて、従来と同様に行われる。 エポキシ樹脂としては、通常、この用途に使用
されるものを、そのまま用いることができる。こ
のようなエポキシ樹脂としては、１分子中に少な
くとも２個のエポキシ基を有する、以下の化合物
があげられるが、それ以外のものを用いることも
可能である。 フエノールノボラツク型エポキシ樹脂，クレゾ
ールノボラツク型エポキシ樹脂，ビスフエノール
Ａ型エポキシ樹脂，脂環式エポキシ樹脂。 そして、以上の中でも、エポキシ当量が300以
下で、かつ、半導体素子等を腐食させるNa⁺，
C1^-等の不純物イオンをできるだけ除去した、フ
エノールノボラツク型クレゾールノボラツク型等
のノボラツク型エポキシ樹脂が、耐湿性等の点
で、最も好ましい。 エポキシ樹脂を硬化させる硬化剤としても、通
常用いられている、アミン類，酸無水物，フエノ
ール樹脂等を単独で、あるいは、複数混合して用
いることができる。そして、その中でも、フエノ
ールノボラツク型樹脂が、耐湿性，成形性等に優
れているため、好ましい。 以上の成分に、さらに、必要に応じて、結晶シ
リカ，溶融シリカ，アルミナ，酸化マグネシウ
ム，三酸化アンチモン等の無充填材や、カーボン
ブラツク，フタロシアニングリーン，フタロシア
ニンブルー等の着色剤、 カルナバワツクス，ポリエチレンワツクス，モ
ンタン酸ワツクス，アマイド系ワツクス，エステ
ル系ワツクス等の離型剤、 イミダゾール類，第３級アミミン類，リン化合
物等の硬化助剤、 β−（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，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，Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−
アミノプロピルトリメトキシシラン，γ−ユレイ
ドプロピルトリエトキシシラン等のシランカツプ
リング剤、 等を配合することもできる。 以上のような成分が配合されたエポキシ樹脂成
形材料に、さらに、シリコーン反応物が配合され
ることで、この発明は構成されている。 ここでいう、シリコーン反応物とは、互いに異
なる官能基を有する、少なくとも２種のシリコー
ン化合物を、前記官能基同士を反応させること
で、結合させてなるものである。 シリコーン化合物としては、これに限定される
ものではないが、たとえば、以下の一般式（）
または（）であらわされた基を、その分子中
に、少なくとも１個（より好ましくは10〜1000）
含有するものがあげられる。 ただし、式中Ｒは水素または１価の炭化水素
基、R′は２価の炭化水素基、Ｘは前述したシリ
コーン化合物同士の架橋を行うための少なくとも
２種の官能基を、それぞれ、あらわしている。Ｒ
に好ましい基としては、メチル基，エチル基，プ
ロピル基，ビニル基，ベンジル基，水素等があげ
られ、R′に好ましい基としては、メチレン基，
エチレン基，プロピレン基，ブチレン基等炭素数
２〜15の脂肪族基があげられる。炭素数16以上の
基は、ガラス転移温度が低下して耐湿性が低下す
るため、好ましくない。また、前記式中の官能基
Ｘの数は特に限定されないが、シリコーン化合物
１分子中に２〜100含まれているものが、反応性
等の点からも好ましい。式中の１，ｍ，ｎも特に
限定されないが、１＝50〜500，ｍ＝２〜100，ｎ
＝50〜500であることが好ましい。 以上のような官能基Ｘを有する基R′−Ｘとし
ては、これに限定されるものではないが、たとえ
ば、次のようなものがあげられる。 −OCH₂CH₂OH〔末端カルビノール〕 −CH₂CH₂CH₂OH〔γヒドロキシプロピル〕 −CH₂CH₂CH₂NH₂〔γアミノプロピル〕 −CH₂CH₂CH₂NHCH₂CH₂NH₂〔Ｎ−β（アミノ
エチル）γアミノプロピル〕 −CH₂CH₂CH₂COOH〔γカルボキシプロピル〕

【式】〔γグリシ ドキシプロピル

【式】〔β （３，４エポキシシクロヘキシル）エチル〕 以上のようなシリコーン化合物を結合させてシ
リコーン反応物を得る方法も種々考えられるが、
その中でも、以下の方法がこの発明に好ましいも
のとしてあげられる。 すなわち、前記官能基Ｘとして、アミノ基，水
酸基，カルボキシル基およびエポキシ基のいずれ
かを有するシリコーン化合物少なくとも２種を混
合する。そして、前記少なくとも２種のシリコー
ン化合物を以下に示すような反応で結合させて、
両シリコーン化合物の間に結合を形成し、シリコ
ーン反応物を得るのである。 シリコーン反応物を得るための反応条件は特に
限定されないが、シリコーン化合物として、以上
のような官能基を有するものを使用する場合に
は、たとえば、上記少なくとも２種のシリコーン
化合物をニーダー等に投入して、60〜150℃，３
〜18時間の撹拌混合を行えば、粘稠なオイル状ま
たはゲル状のシリコーン反応物が得られる。 なお、この反応においては、シリコーン反応物
中に残留する未反応官能基の量がなるべく少なく
なるように、反応させることが好ましい。なぜな
ら、未反応の官能基が多く残留しているシリコー
ン反応物をエポキシ樹脂に配合すると、ガラス転
移温度が低下したり、加熱時の体積抵抗率が低下
する恐れがある。また、このようなシリコーン反
応物では、耐湿性の劣化を防ぐこともできなくな
つてしまう。しかも、このような未反応官能基
は、前述したように、その多くが極性基であるた
め、半導体素子等を腐食する恐れもある。したが
つて、シリコーン反応物中に残留する未反応官能
基の量は少ない方が好ましいのである。 このような、シリコーン反応物中に残留する未
反応官能基の量を少なくするためには、反応に使
用される少なくとも２種のシリコーン化合物の各
官能基当量を考慮して、それぞれの配合量を決定
すればよい。 以上のようにして合成されたシリコーン反応物
が配合されることで、この発明のエポキシ樹脂成
形材料は構成されるのであるが、この発明では、
前記シリコーン反応物の樹脂分100重量部（以下、
「部」と記す）に対する配合量が、0.5〜30部であ
ることが好ましく、３〜20部であることがより好
ましい。なぜなら、配合量が0.5部未満では内部
応力低下の効果が充分に得られず、30部を越える
と機械的強度が低下してしまう恐れがあるからで
ある。 また、以上の各成分が配合されたこの発明のエ
ポキシ樹脂成形材料は、煮沸抽出したときに、抽
出水の電気伝導度が200μV／cm以下であることが
好ましく、100μV／cm以下であることがより好ま
しい。これは、前述したような、エポキシ樹脂中
に含まれるNa⁺，CI^-等の不純物イオンや、シリ
コーン反応物に含まれている未反応官能基の量を
規定する上で重要な数値であつて、たとえば、以
下の方法によつて測定することができる。すなわ
ち、以上のような各成分が配合されたエポキシ樹
脂成形材料を、175℃，５時間の加熱によつて硬
化させたあと、これを乳鉢で粉砕し、微粉砕物を
得る。これを10ｇ秤量してフラスコ中に入れ、メ
タノール10c.c.を加え、さらに、純水100c.c.をも加
える。そして、これを加熱して煮沸状態とし、
100時間の還流をおこなう。還流終了後これを濾
過して濾液を得、その電気伝導度を測定する。 以上のように、この発明のエポキシ樹脂成形材
料には、シリコーン化合物を反応させて得られた
高分子量のシリコーン反応物が配合されているた
め、内部応力が充分に緩和されており、しかも、
このシリコーン反応物は前述したように高分子量
であるため、従来のシリコーン化合物のようにブ
リードすることがなく、耐湿性が劣化することの
ないものとなつている。 つぎに、この発明の実施例について、比較例と
あわせて、説明する。 （実施例１〜３） シリコーン化合物として、官能基がエポキシ基
であるエポキシ変性シリコーン化合物(a)200ｇ と、官能基がアミノ基であるアミノ変性シリコー
ン化合物(b)100ｇとを使用し、これをニーダー中
に投入して、150℃，５時間の反応を行い、淡黄
色のゲル状シリコーン反応物を得た。これを、第
１表に示した各成分と、第２表に示した割合で配
合して、エポキシ樹脂成形材料を作成した。 （実施例４） シリコーン化合物として、官能基がエポキシ基
であるエポキシ変性シリコーン化合物(c)100ｇと、 官能基がアミノ基であるアミノ変性シリコーン化
合物(d)10ｇおよび官能基がカルボキシル基である
シリコーン化合物(e)100ｇとを使用し、これをニ
ーダー中に投入して、120℃，10時間の反応を行
い、淡黄色のゲル状シリコーン反応物を得た。こ
れを、第１表に示した各成分と、第２表に示した
割合で配合して、エポキシ樹脂成形材料を作成し
た。 （比較例１） シリコーン反応物を配合しなかつた以外は、実
施例１〜３と同様にして、エポキシ樹脂成形材料
を作成した。 （比較例２） シリコーン反応物のかわりに、液状のアクリロ
ニトリルブタジエンゴム（カルボキシ当量1800，
粘度150000CPS，アクリロニトリルコンテント
17.5％）を配合した以外は、実施例１〜３と同様
にして、エポキシ樹脂成形材料を作成した。 （比較例３） シリコーン反応物のかわりに、反応させていな
い前記アミノ変性シリコーン化合物(b)を配合した
以外は、実施例１〜３と同様にして、エポキシ樹
脂成形材料を作成した。 （比較例４） シリコーン反応物のかわりに、固形のアクリロ
ニトリルブタジエンゴム（ムーニー粘度ML₁₊₄
（100℃）50，アクリロニトリルコンテント35.0
％）と、反応させていない前記アミノ変性シリコ
ーン化合物(b)とを混合して配合した以外は、実施
例１〜３と同様にして、エポキシ樹脂成形材料を
作成した。

【表】

【表】

【表】 なお、以上の実施例１〜４ならびに比較例１〜
４のエポキシ樹脂成形材料は、第１表ならびに第
２表に示した量の各成分をヘンシエルミキサーで
２〜５分混合した後、加熱ロールを用いて溶融混
練して作成した。 以上の実施例ならびに比較例で得られたエポキ
シ樹脂成形材料を用いて、以下の評価を行つた。
なお、内部応力および耐湿性の評価は、低圧トラ
ンスフアープレスによつて、18SOPの封止をし
て行つた。 内部応力の測定：ピエゾ抵抗素子が形成された
評価用素子を使用し、封止前後におけるピエゾ抵
抗値の変化から、応力を算出した。 はんだ浸漬後のクラツクの有無の観察および耐
湿性の評価：クシ型アルミパターンが形成された
評価用素子を使用し、封止後の試料を260℃のハ
ンダ槽に５秒間浸漬したのち、パツケージにクラ
ツクが発生してるかどうかを観察した後で、133
℃，３気圧，相対湿度100％の条件下でプレツシ
ヤークツカーテストを行い、断線不良発生の有無
を調べた。 煮沸抽出水の電気伝導度の測定：前記方法によ
り、電気伝導度の測定を行つた。 以上の結果を第３表に示す。

〔発明の効果〕

この発明のエポキシ樹脂成形材料は、以上のよ
うであり、互いに異なる官能基を有する少なくと
も２種のシリコーン化合物を前記官能基同士の反
応によつて架橋させてなるシリコーン反応物が配
合されているため、内部応力が充分に緩和され、
かつ、耐湿性が（低下）することのないものとな
つている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ エポキシ基、アミノ基、水酸基およびカルボ
   キシル基よりなる群から選ばれた少なくとも２つ
   である互いに異なる官能基を有する複数のシリコ
   ーン化合物を前記官能基同士の反応によつて結合
   さてなるシリコーン反応物が配合されていること
   を特徴とするエポキシ樹脂成形材料。 ２ シリコーン反応物の樹脂分100重量部に対す
   る配合量が0.5〜30重量部である特許請求の範囲
   第１項記載のエポキシ樹脂成形材料。