JPH04173828A - 電子部品封止用エポキシ樹脂成形材料 - 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〕 本発明は電子部品封止用エポキシ樹脂成形材料に関する
もので、どくに、表面実装用プラスチックパッケージＩ
Ｃが対象となる。

〔従来の技術〕

従来から、トランジスタ、ＩＣなどの電子部品封止の分
野ではエポキシ樹脂成形材料が広く用いられている。こ
の理由としては、エポキシ樹脂が電気特性、耐湿性、耐
熱性、機械特性、インサート品との接着性などの諸特性
にバランスがとれているためである。とくに、オルソゲ
レゾールノボラッグ型エポキシ樹脂とフェノールノボラ
ッグ硬化剤の組み合わせはこれらのバランスに優れてお
り、ＩＣ封止用成形材料のベース樹脂として主流になっ
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

近年、電子部品のプリント配線板への高密度実装化が進
んでいる。これに伴い、電子部品は従来のピン挿入型の
パッケージから、表面実装型のパッケージが主流になっ
ている。ＩＣ１ＬＳＩなどの表面実装型ＩＣは実装密度
を高くし、実装高さを低くするために薄型、小型のパッ
ケージになっており、素子のパッケージに対する占有体
積が大きくなり、パッケージの肉厚は非常に薄くなって
きた。さらに、これらのパッケージは従来のピン挿入型
のものと実装方法が異なっている。即ち、ピン挿入型パ
ッケージはピンを配線板に挿入した後、配線板裏面から
はんだ付けを行うため、パッケージが直接高温にさらさ
れることがなかった。

しかし、表面実装型ＩＣは配線板表面に仮止めを行い、
はんだバスやりフロー装置などで処理されるため、直接
はんだ付は温度にさらされる。この結果、ＩＣパッケー
ジが吸湿した場合、はんだ付は時に吸湿水分が急激に膨
張し、パッケージをブラッグさせてしまう。現在、この
現象が表面実装型ｒＣに係わる大きな問題となっている
。

現行のベース樹脂組成で封止した工Ｃパッケージでは、
上記の問題が避けられないため、ＩＣを防湿梱包して出
荷するしたり、配線板へ実装する前に予めＩＣを十分乾
燥して使用するなどの方法がとられている。しかし、こ
れらの方法は手間がかかり、コストも高くなる。

本発明はかかる状況に鑑みなされたもので、配線板ｌ＼
の実装の際、特定の前処理をすることなく、はんだ付け
を行うことができる電子部品封止用エポキシ樹脂成形材
料を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

発明者らは上記の課題を解決するために鋭意検討を重ね
た結果、ベース樹脂としてビフェニル骨格を有する特定
のエポキシ樹脂を配合することにより上記の目的を達成
しうることを見いだし、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の電子部品封止用エポキシ樹脂成形材
料は主成分として （Ａ）構造式が で示されるエポキシ樹脂、 （Ｂ）構造式 ここで、Ａはフェノール、クレゾール、レゾルシンなど
のフェノール類またはナフトール類であり、ｎは正の実
数 で示されるフェノール性水酸基を２個以上有する化合物
および （Ｃ）６０体積％以上の無機充填剤からなることを特徴
とする。

本発明における（Ａ）のエポキシ樹脂は骨格中にビフェ
ニル骨格を有するものであり、エポキシ樹脂の純度、特
に加水分解性塩素量はＩＣなど素子上のアルミ配線腐食
に係わるため少ない方がよく、耐湿性の優れた電子部品
封止用エポキシ樹脂成形材料を得るためには５００ｐｐ
ｍ以下であることが好ましいが、特に限定するものでは
ない。

ここで、加水分解性塩素量とは試料のエポキシ樹脂１ｇ
をジオキサン３０　ｍ　ｌに溶離し、Ｉ　Ｎ−ＫＯＨメ
タノール溶液５ｍ５含ｌ加して３０分間リフラッグス後
、電位差滴定により求めた値を尺度としたものである。

　　（Ａ）のエポキシ樹脂は、４．４゛−ビスヒドロキ
シ３．３’　、５．５”−テトラメチルビフェニルをエ
ビグロルヒドリンを用いてエポキシ化することで得るこ
とができる。

本発明においてもちいられるエポキシ樹脂としては上記
（Ａ）の構造式で示されるものの他に、電子部品封止用
エポキシ樹脂成形材料で一般に使用されているものと組
合せて使用してもよい。それを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
樹脂をはじめとするフェノール類とアルデヒド類のノボ
ラック樹脂をエポキシ化したもの、ビスフェノールＡ、
ビスフェノールＢ１ビスフェノールＦ１ビスフエノール
Ｓなどのジグリシジルエーテル、フタル酸、ダイマー酸
などの多塩基酸とエビグロルヒドリンの反応により得ら
れるグリシジルエステル型エポキシ樹脂、ジアミノジフ
ェニルメタン、イソシアヌル酸などのポリアミンとエビ
クゴルヒドリンの反応により得られるグリシジルアミン
型エポキシ樹脂、オレフィン結合を過酢酸などの過酸で
酸化して得られる線状脂肪族エポキシ樹脂、及び脂環族
エポキシ樹脂などがあり、これらを適宜何種類でも併用
することができる。

これらのエポキシ樹脂を併用する場合、特に限定するも
のではないが本発明の（Ａ）エポキシ樹脂の配合比は、
エポキシ樹脂全体の３０重量％以上が好ましく、さらに
は５０重量％以上が好ましい。この理由としては、３０
重量％未満では本発明の目的である耐リフロー性に対し
て効果が少なく、特に有効な効果を発揮するためには５
０重量％以上が必要となるためである。

さらに、本発明の（Ｂ）の化合物としては、例えば構造
式 で示されるような、フェノール類またはナフトール類と
ジメトキシパラキシレンから合成され、るキシリレン基
を有するフェノール・アラルキル樹脂またはナフトール
・アラルキル樹脂などがある。

また、（Ａ）のエポキシ樹脂は結晶性であるため、単独
では常温固形であるが、硬化剤など他の化合物と相溶す
ると低粘度化するため、得られた成形材料が半固形状態
であったり、プロ・ソキングしやすいといった問題が生
じ易い。そこで、このような不都合を生じないためには
軟化点の高い（Ｂ）の化合物を使用することが好ましい
。この場合、軟化点は１００℃以上が好ましいが、高す
ぎると成形時の流動性に支障が生じるため、上限は１５
０℃以下が適当である。さらに、これらの軟化点の高い
（Ｂ）の化合物と（Ａ）のエポキシ樹脂を配合して混練
した場合、混練装置の中で両樹脂系の粘度が大きく違う
ため、均一な成形材料が得にくい。そこで、特に限定す
るものではないが、（Ａ）のエポキシ樹脂と（Ｂ）の化
合物をあらかじめ加熱混合した後、硬化促進剤、充填剤
などを添加し、混練を行うことで製造することが好まし
い。加熱混合の条件としては、（Ａ）のエポキシ樹脂の
粘度が十分低くなる８０℃以上で、エポキシ基とフェノ
ール基の反応が比較的槽やかな１４０℃以下が好ましく
、加熱混合の時間は（Ａ）（Ｂ）の両樹脂が均一に相溶
する必要最小限が好ましい。

本発明においては（Ｂ）成分の他に、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併用して用い
ることができる。ここで、併用可能な樹脂としては、フ
ェノール、ブレゾール、キシレノール、レゾルシン、カ
テコール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦなどの
フェノール類とホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、
プロピオンアルデヒド、ベンズアルデヒド、サリチルア
ルデヒドなどのアルデヒド類とを酸性触媒下で縮合反応
させて得られるノボラック型フェノール樹脂、ポリパラ
ビニルフェノール樹脂などがあり、単独又５は２種類以
上併用してもよい。

本発明に用いられる、（Ａ）に代表されるエポキシ樹脂
と（Ｂ）に代表されるフェノール性水酸基を有する化合
物の当量比は、特に限定するものではないが硬化性、耐
熱性等の点から、０．６〜１．４の範囲が望ましい。

また、エポキシ樹脂とフェノール性水酸基を有する化合
物の硬化反応を促進する硬化促進剤を使用することがで
きる。この硬化促進剤としては、例えば、１，８−ジア
ザビシグロ（５，４，Ｏ）ウンデセン−７、トリエチレ
ンジアミン、ベンジルジメチルアミン、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（ジメーチ
ルアミノメチル）フェノールなどの三級アミン類、２−
メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−
フェニル−４−メチルイミダゾール、２−ヘプタデシル
イミダゾールなどのイミダゾール類、トリブチルホスフ
ィン、メチルジフェニルホスフィン、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な
どの有機ホスフィン類、テトラフェニルホスホニウム・
テトラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウム
・エチルトリフェニルボレート、テトラブチルホスホニ
ウム・テトラブチルボレートなどのテトラ置換ホスホニ
ウム・テトラ置換ボレート、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などのテトラフェニル
ボロン塩などがある。

ここで、本発明の目的であるリフロー時のグラツクに対
し鋭意検討した結果、１，８−ジアザービシグロ（５，
４，０）ウンデセン−７および、そのフェノール類の誘
導体またはテトラ置換ホスホニウム・テトラ置換ボレー
ト類を硬化促進剤として使用することが特に有効である
ことを見いだした。さらに、テトラ置換ホスホニウム・
テトラ置換ボレートとしては、テトラフェニルホスホニ
ウム・テトラフェニルボレートが好ましい。この理由と
しては、硬化促進剤が硬化物特性に及ぼす影響は大きな
ものであり、１，８−ジアザービシグロ（５，４，Ｏ）
ウンデセン−７および、そのフェノール類の誘導体また
はテトラ置換ホスホニウム・テトラ置換ボレート類を用
いた場合、耐熱性の指標であるＴｇ（ガラス転移温度）
が比較的高く、吸水率が小さくなるため、一定時間加湿
したＩＣパッケージをはんだ処理してもグラツクが発生
しなくなったと推察できる。したがって、本発明の樹脂
系の効果を有効に発現するためには、上記硬化促進剤と
の組み合わせが好ましいが、特に限定するものではない
。

また、充填剤としては吸湿性低減および強度向上の観点
から無機充填剤を用いることが必要である。無機充填剤
としては結晶シリカ、４融シリカ、アルミナ、ジルコン
、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭化珪素、窒化珪
素、窒化ホウ素、ジルコニア、ジルコン、フォステライ
ト、ステアタイト、スピネル、ムライト、チタニアなど
の粉体、またはこれらを球形化したビーズなどが上げら
れ、１種類共り用いることができる。充填剤の配合量と
しては同様の理由から、６０容量％以上が必要であり、
さらには、６５容量％以上が好ましい。

その他の添加剤として高級脂肪酸、高級脂酸金属塩、エ
ステル系ワックスなどの離型剤、カーボンブラックなど
の着色剤、エポキシシラン、アミノシラン、ウレ・ｆド
シラン、ビニルシラン、アルキルシラン、有機チタネー
ト、アルミニウムアルコレートなどのカップリング剤お
よび難燃剤などを用いることができる。

以上のような原材料を用いて成形材料を作製する一般的
な方法としては、所定の配合量の原材料をミキサー等に
よって十分混合した後、ミキシングロール、押出機など
によって昆潰し、冷却、粉砕することによって、成形材
料を得ることができる。

本発明で得られる成形材料を用いて、電子部品を封止す
る方法としては、低圧トランスファー成形法が最も一般
的であるが、インジェグション成形法、圧縮成形法によ
っても可能である。

〔作用〕

ＩＣパッケージがリフロー時に受けるダメージは、ＩＣ
の保管時に吸湿した水分かりフロー時に急激に膨張する
ことが原因であり、この結果、パッケージのグラツクお
よび素子やリードフレームと樹脂界面の剥離を生じる。

従って、リフローに強い樹脂としては、吸水率が低いこ
と、および接着強度が高いことが要求される。

本発明の主成分となるエポキシ樹脂はテトラメチルビフ
ェノールをベースにしたジェポキシ樹脂であり、硬化剤
は骨格にキシリレン基を有するため、ベース樹脂骨格の
疎水性、可撓性により吸湿特性、接着性に優れた組成物
を得ること力折・きたと推察できる。この効果により耐
リフロークラック性が向上したと考えられる。

〔実施例〕

以下実施例により本発明を説明するが、本発明の範囲は
これらの実施例に限定されるものではない。

構造式 を主成分とするエポキシ当量１８８のエポキシ樹脂８０
重量部と 量平均分子量１７９０のフェノール・アラルキル樹脂８
５重量部を１２０℃、３０分の条件で溶融混合し、冷却
後に得られた均一な餅形樹脂と、臭素比率５０重量％、
エポキシ当量３７５の臭素化ビスフェノールＡ型エポキ
シ樹脂２０重量部、１゜８−ジアザビシグロ（５，４，
Ｏ）ウンデセン−７（３重量部）、カルナバワックス（
２重量部）、カーボンブラック（１重量部）、了−グリ
シドキシプロビルトリメトキシシラン（２重量部）、石
英ガラス粉（７５重量％）を配合し、１０インチ径の加
熱ロールを使用して、混練温度８０〜９０℃、混練時間
７〜１０分の条件で実施例（１）のエポキシ樹脂成形材
料を作製した。　実施例（２）は実施例（１）のフェノ
ール・アラルキル樹脂をで現される、水酸基当量１１１
、軟化点９５℃の樹脂５３重量部に置き換えた以外は実
施例（１）と同様に作製した。

実施例（３）は実施例（１）のフェノール・アラルキル
樹脂を で示される水酸基当量２２０、軟化点１０８℃の樹脂１
０５重量部に置き換えた以外は実施例（１）と同様に作
製した。

比較例（１）は実施例（１）のフェノール・アラルキル
樹脂を水酸基当量１０６、重量平均分子量６６０、軟化
点８５℃のフェノールノボラック樹脂６３重量部をベー
ス樹脂とし、予め溶融混合せずに使用した以外は実施例
（１）と同様に作製した。

比較例（２）は比較例（１）のビフェニル骨格のジェポ
キシ樹脂をエポキシ当量２００、軟化点７３℃のオルソ
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂８０重量部に置き
換えた以外は比較例（１）と同様に作製した。

実施例（１）〜（４）および比較例（１）〜（２）の特
性を表１に、試験法の詳細を表２に示す。

実施例は比較例と比べ、吸水率が小さく、接着強度に優
れることがわかる。

本発明の効果を明確にするために、評価用ＩＣを用いた
りフロー時の耐クラツク性およびリフロー後の耐湿性の
結果を示す。耐クラツク性評価に用いたＩＣは外形が１
９Ｘ１４Ｘ２．０　（ｍｍ）のフラットパッケージであ
り、８Ｘ１ｏＸｏ、４（ｍｍ）の素子を搭載した８０ビ
ン、４２アロイリードのものである。試験条件は８５℃
、８５％ＲＨで所定時間加湿した後、２１５℃のペーパ
ーフェーズリフロー炉で９０秒加熱するものである。

評価は外観を顕微鏡観察し、パッケージブラッグの有無
を判定することにより行った。

また、耐湿性の評価に用いたＩＣは３５０ｍ１１申畠、
２８ピンのスモールアウトラインパ・ソケージであり、
１０　ｐ、ｍ幅のアルミ配線を施した５×１０Ｘ０．４
　（ｍｍ）テスト素子を搭載し、２５μｍの金線を用い
てワイヤボンディングしたちのである。試験条件は８５
℃、８５％ＲＨで７２時間加湿し、２１５℃のペーパー
フェーズリフロー炉で９０秒加熱した後、２気圧、１２
１℃、１００％ＲＨの条件で所定時間加湿し、アルミ配
線腐食による断線不良を調べたものである。

なお、ＩＣパッケージの成形は１８０℃、９０秒、７０
　ｋ　ｇ　ｆ　／　ｃ　ｍ　２の条件で行い、成形後１
８０℃、５時間の後硬化を行った。

表３にリフロー時の耐クラツク性およびリフロー後の耐
湿性の結果を示す。表３から実施例（１）〜（４）に示
すように、本発明のエポキシ樹脂を用いることにより、
従来樹脂系と比較してリフロー時の耐クラツク性および
リフロー後の耐湿性を大幅に改善できる。

〔発明の効果〕

本発明によって得られたエポキシ樹脂成形材料はりフロ
ー時の耐クラツク性およびリフロー後の耐湿性が従来の
ものと比べ大きく改善できる。電子部品の分野、とくに
ＦＰ（フラットパッケージ）、ＳＯＰ　（スモールアウ
トラインパッケージ）などのＩＣではパッケージが薄形
、小形になり、素子の大形化と相俟って耐パッケージク
ラッグ性が強く要求されており、これらの製品へ広く適
用でき、その工業的価値は大きい。

＼１、−こ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、主たる成分として （Ａ）構造式が ▲数式、化学式、表等があります▼ で示されるエポキシ樹脂および （Ｂ）構造式 ▲数式、化学式、表等があります▼ ここで、Ａはフェノール、クレゾール、レゾルシンなど
   のフェノール類またはナフトール類であり、ｎは正の実
   数 で示されるフェノール性水酸基を２個以上有する化合物
   および （Ｃ）６０体積％以上の無機充填剤 を含有することを特徴とする電子部品封止用エポキシ樹
   脂成形材料。 ２、（Ｂ）の化合物の軟化点が１００℃以上である請求
   項１に記載の電子部品封止用エポキシ樹脂成形材料。 ３、（Ａ）のエポキシ樹脂と（Ｂ）の化合物をあらかじ
   め加熱混合した後、硬化促進剤、充填剤などを添加し、
   混練を行うことで製造することを特徴とする請求項１お
   よび２に記載の電子部品封止用エポキシ樹脂成形材料。