JPH04202522A - 半導体封止用エポキシ系樹脂組成物 - 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、半田耐熱性および熱伝導性に優れる半導体封
止用エポキシ系樹脂組成物に関するものである。

〈従来の技術〉 従来より、半導体などの電子回路部品の封止は、経済性
、生産性、物性および信頼性のバランスの点から、エポ
キシ樹脂による樹脂封止が中心になっている。

一方、最近はプリント基板への部品実装においても高密
度化、自動化が進められており、従来のリードピンを基
板の穴に挿入する“挿入実装方式”に代り、基板表面に
部品を半田付けする“表面実装方式”が盛んになってき
た。それに伴い、パッケージも従来のＤＩＰＣデュアル
・インライン・パッケージ）から高密度実装、表面実装
に適した薄型のＰＰＰ　（フラット・プラスチック・パ
ック−ジ）に移行しつつある。

表面実装方式への移行に伴い、従来あまり間頭にならな
かった半田付は工程が大きな問題になってきた。従来の
ピン挿入実装方式では半田付は工程はリード部が部分的
に加熱されるだけであったが、表面実装方式ではパッケ
ージ全体が熱媒に浸され加熱される。表面実装方式にお
ける半田付は方法としては半田浴浸漬、不活性ガスの飽
和蒸気による加熱（ペーパーフェイズ法）や赤外線リフ
ロー法などが用いられるが、いずれの方法でもパッケー
ジ全体が２１０〜２７０°Ｃの高温に加熱されることに
なる。そのため従来の封止樹脂で封止したパッケージは
、半田付は時に樹脂部分にクラックが発生し、信頼性が
低下して製品として使用できないという問題がおきる。

半田付は工程におけるクラックの発生は、後硬化してか
ら実装工程の間までに吸湿した水分が半田付は加熱時に
爆発的に水蒸気化、膨張することに起因するといわれて
おり、その対策として後硬化したパッケージを完全に乾
燥し密封した容器に収納して出荷する方法が用いちれて
いる。

封止用樹脂の改良ら種々検討されている。たとえば、ビ
フェニル骨格を有するエポキシ樹脂とゴム成分を添加す
る方法〈特開昭６３−２５１４１９号公報）、ビフェニ
ル骨格を有するエポキシ樹脂と粒子径１４μｍ以下の微
粉末粒子を添加する方法（特開平１−８７６１６号公報
）などがあけられる。

一方、近年、半導体の高集積化、高密度実装化の進展が
著しく、半導体の発生する熱の影響が問題になってきた
。このため、樹脂封止半導体に替わってセラミックス封
止半導体の使用、樹脂封止半導体に金属板を埋め込み、
熱の放散性を向上するなどの半導体の構造上の工夫、あ
るいは半導体を実装した機器の冷却などが行われてきた
。また、封止用樹脂の熱伝導性の向上も検討されてきた
。

たとえば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、フェノー
ルノボラック型エポキシ樹脂などに窒化ケイ素を添加す
る方法（特開昭６１−２２１２２０号公報）、フェノー
ルノボラック型エポキシ樹脂に炭化ケイ素を添加する方
法（特開昭５５−２５４６１号公報）などがあげられる
。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかるに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繁雑になるうえ、製品価格が
高価になる欠点がある。

また、種々の方法で改良された樹脂も、それぞれ少しづ
つ効果をあげてきているが、ビフェニル骨格を有するエ
ポキシ樹脂とゴム成分を添加する方法（特開昭６３−２
５１４１９号公報）やビフェニル骨格を有するエポキシ
樹脂と粒子径１４μｍ以下の微粉末粒子を添加する方法
（特開平１−８７６１６号公報）は、ＳＯＰ、ＱＦＰな
との比較的厚型のパッケージには有効であるが、ｖＳＯ
Ｐ、ＴＳＯＰ、ＶＱＦＰ、ＴＱＦＰなどの比較的薄型の
パッケージに対しての半田耐熱性は不十分であった。　
一方、半導体の熱の放散性を向上するために行われてき
た種々の手法も効果はあるものの、高価で生産性の低い
セラミックスパッケージを使ったり、半導体の組み立て
工程が繁雑になったり−ＩＩ器の冷１ｆＪ装置が必要で
あるなどの閉頭があり、封止用樹脂の熱伝導率の向上が
最も有効であった。　封止用樹脂の熱伝導率の向上のた
めに、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、フェノールノ
ボラック型エポキシ樹脂などに窒化ケイ素や炭化ケイ素
などの高熱伝導性フィラーを添加する方法は有効である
が、半田耐熱性が低下するため、表面実装方式への適用
は困難であった。

本発明の目的は、かかる半田付は工程で生じるクラック
の問題を解消し、特にＶＳＯＰ、ＴＳＣ）Ｐ、ＶＱＦＰ
、ＴＱＦＰなどの比較的薄型のパッケージでクラックが
発生せず、しかも熱伝導率の高い、すなわち半田耐熱性
および熱伝導性に優れる半導体封止用エポキシ系樹脂組
成物を提供することにある。

く課題を解決するための手段〉 本発明者らは、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂に
、窒化ケイ素および／または炭化ケイ素を添加すること
により、上記の課題を達成し、目的に合致した半導体封
止用エポキシ系樹脂組成物が得られることを見出し０本
発明に到達した。

すなわち本発明は、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）
、窒化ケイ素および／、４たは炭化ケイ素（Ｃ）を含有
してなる半導体封止用エポキシ系樹脂組成物であって、
エポキシ樹脂（Ａ）が下記一般式（Ｉ） ＲＩ　　　Ｒ５Ｒ８Ｒ２ （ただし、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ−
Ｒ８は各々水素原子、０１〜Ｃ４の低級アルキル基また
はハロゲン原子から選ばれた基を示す、）で表される骨
格を有するエポキシ樹脂（ａ＞を必須成分として含有す
る半導体封止用エポキシ系樹脂組成物を提供するもので
ある。

以下、本発明の構成を詳述する。

本発明におけるエポキシ樹脂（Ａ）は、上記一般式（Ｉ
）で表される骨格を有するエポキシ樹脂（ａ）を必須成
分として含有することが重要である。

エポキシ樹脂（ａ）を含有しない場合は半田付は工程に
おけるクラ・・ｌりの発生防止効果は発揮されない。

上記式（Ｉ）において、Ｒ１、Ｒ−５Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５
、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８は各々水素原子、ノ飄ロゲン原子、
または炭素数１〜４のアルキル基から選ばれた基を示す
か、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８
の好ましい具体例としては、水素原子、メチル基、エチ
ル基、プロピル基、ｉ−プロピル基、ｎ−ブチル基、５
ｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、塩素原子、臭素
原子などがあげられる。

本発明におけるエポキシ樹脂（ａ）の好ましい具体例と
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、４．４−一ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−
３，３−，５゜５″−テトラメチル−２−クロロビフェ
ニル、４゜４−一ビス（２，３−エポキシプロポキシ）
−３゜３−．５．５−−テトラメチル−２−ブロモビフ
ェニル、４．４−一ビス（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−−テトラブチルビフェニルなどがあげられ
る。

本発明におけるエポキシ樹脂（Ａ）は上記のエポキシ樹
脂（ａ）とともに該エポキシ樹脂（ａ）以外の他のエポ
キシ樹脂をも併用して含有することができる。併用でき
る他のエポキシ樹脂としては、例えば、クレゾールノボ
ラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキ
シ樹脂、ビスフェノールＡやレゾルシンなどから合成さ
れる各種ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ
型エポキシ樹脂、線状脂肪族エポキシ樹脂、脂環式エポ
キシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂、ハロゲン化エポキシ
樹脂などがあげられる。

エポキシ樹脂（Ａ）中に含有されるエポキシ樹脂（ａ）
の割合に関しては特に制唱かなく必須成分としてエポキ
シ樹脂（ａ）か含有されれば本発明の効果は発揮される
か、より十分な効果を発揮させるためには、エポキシ樹
脂（ａ）をエポキシ樹脂（Ａ＞中に通常５０重量％以上
、好ましくは７０重量％以上含有せしめる必要がある。

本発明において、エポキシ樹脂（Ａ）の配合量は通常４
〜２０１１量％、好ましくは６〜１８重量％である。

本発明における硬化剤（Ｂ）は、エポキシ樹脂（Ａ）と
反応して硬化させるものであれば特に限定されず、それ
らの具体例としては、たとえばフェノールノボラック樹
脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールＡやレ
ゾルシンから合成される各種ノボラック樹脂、各種多価
フェノール化合物、無水マレイン酸、無水フタル酸、無
水ピロメリット酸などの酸無水物およびメタフェニレン
ジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェ
ニルスルホンなどの芳香族アミンなどがあげられる。半
導体封止用としては、耐熱性、耐湿性および保存性の点
かへ−フェノール系硬化荊が好ましく用いられ、用途に
よっては二種以上の硬化剤を併用してもよい。

本発明において、硬化剤（Ｂ）の配合量は通常２〜１５
重量％、好ましくは３〜１０重量％である。さらには、
エポキシ樹脂（Ａ）と硬化剤（Ｂ）の配合比は、機械的
性質および耐湿性の点から＜Ａ）に対する（Ｂ）の化学
当量比が０，７〜１゜３、特に０．８〜１．２の範囲に
あることが好ましい。

また、本発明においてエポキシ樹脂（Ａ）と硬化剤（Ｂ
）の硬化反応を促進するため硬化触媒を用いてもよい。

硬化触媒は硬化反応を促進するものならば特に限定され
ず、たとえば２−メチルイミダゾール、２．４−ジメチ
ルイミダゾール、２−エチル−４−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
イミダゾール化合物、トリエチルアミン、ベンジルジメ
チルアミン、α−メチルベンジルジメチルアミン、２−
（ジメチルアミノメチル）フェノール、２，４．６−）
リス（ジメチルアミノメチル）フェノール、１．８−ジ
アザビシクロ＜５．４゜０）ウンデセン−７などの３級
アミン化合物、ジルコニウムテトラメトキシド、ジルコ
ニウムテト・ラブロボキシド、テトラキス（アセチルア
セトナト）ジルコニウム、トリ（アセチルアセトナト）
アルミニウムなどの有機金属化合物およびトリフェニル
ホスフィン、トリメチルホスフィン、トリエチルホスフ
ィン、トリブチルホスフィン、トリ（Ｐ−メチルフェニ
ル）ホスフィン、トリ（ノニルフェニル）ホスフィンな
どの有機ホスフィン化合物があげられる。なかでも耐湿
性の点から、有機ホスフィン化合物が好ましく、トリフ
ェニルホスフィンが特に好ましく用いられる。　これら
の硬化触媒は、用途によっては二種以上を併用してもよ
く、その添加量はエポキシ樹脂（Ａ）１００重量部に対
して０．５〜１０重量部の範囲が好ましい。

本発明における窒化ケイ素および／または炭化ケイ素（
Ｃ）は−高熱伝導性の充填剤として添加するものである
。その形態は、たとえば粉末状、繊維状、ウィスカー状
などがあげられるが、特にこれらに限定されるものでは
ない。

本発明において、窒化ケイ素および／または炭化ケイ素
（Ｃ）の全体に対する割合は、好ましくは１〜９５重量
％、特に好ましくは５〜９０重量％である。窒化ケイ素
および／または炭化ケイ素（Ｃ）の全体に対する割合が
１重量％未満では、半田耐熱性および熱伝導性が不十分
であり、９５重量％を越えると、流動性が低下して成形
が困難になる。

本発明の半導体封止用エポキシ系樹脂組成物には、充填
剤として窒化ケイ素および／または炭化ケイ素（Ｃ）以
外に、溶融シリカ、結晶性シリカ、炭酸カルシウム、炭
酸マグネシウム、アルミナ、マグネシア、クレー、タル
ク、ケイ酸カルシウム、酸化チタン、酸化アンチモン、
アスベスト、ガラス繊維などを添加することができる。

本発明において、窒化ケイ素および／または炭化ケイ素
（Ｃ）の全体に対する割合が、６０重量％未満の場合は
、半田耐熱性、熱伝導性および流動性の点から、窒化ケ
イ素および／または炭化ケイ素（Ｃ）以外の充填剤を添
加して、充填剤の全体に対する割合を、６０〜９５重量
％にすること・が好ましく、７５〜９０重量％にするこ
とが特に好ましい。

本発明においては、スチレン系ブロック共重合体（Ｄ）
を添加することが、半田耐熱性の点で好ましい。スチレ
ン系１０ツク共重合体＜Ｄ）は、ガラス転移温度が通常
２５℃以上、好ましくは５０°Ｃ以上の芳香族ビニル炭
化水素重合体ブロックとガラス転移温度が０℃以下、好
ましくは一２５℃以下の共役ジエン重合体ブロックから
なる線状、放射状、分岐状のブロック共重合体が含まれ
る。

前記の芳香族ビニル炭化水素としては、スチレン、α−
メチルスチレン、０−メチルスチレン、ｐ　−メチルス
チレン、１．３−ジメチルスチレン、ビニルナフタレン
などがあり、中でもスチレンが好ましく使用できる。

前記の共役ジエンとしては、ブタジェン（１゜３−ブタ
ジェン）、イソプレン（２−メチル−１゜３−ブタジェ
ン）、メチルイソグレン＜２．３−ジメチル−１，３−
ブタジェン）、１．３−ペンタジェンなどがあり中でも
ブタジェン、イソプレンが好ましく使用できる。スチレ
ン系ブロック共重合体（Ｄ）中に占めるガラス相ブロッ
クである芳香族ビニル炭化水素重合体ブロックの割合は
１０〜５０重量％、ゴム相ブロックである共役ジエン重
合体ブロックの割合は９０〜５０重量％が好ましい。ガ
ラス相ブロックとゴム相ブロックとの組み合せは多数あ
りそのいずれでも良いか、中間のゴム相ブロックの両端
にガラス相ブロックが結合したトリブロック共重合体が
好ましい、この場合のガラス相ブロックの数平均分子量
は好ましくは５，０００〜１５０，０００、特に好まし
くは７．０００〜６０．０００である。また、ゴム相ブ
ロックの数平均分子量は好ましくは１０．０００〜３０
０，０００、特に好ましくは３０，０００〜１５０，０
００である。

スチレン系ブロック共重合体（Ｄ）は公知のリビングア
ニオン重合法を用いて製造できるか、特にこれに限定さ
れることなく、カチオン重合法、ラジカル重合法によっ
ても製造することができる。

スチレン系ブロック共重合体（Ｄ）には、上記説・明し
たブロック共重合体の不飽和結合の一部が水素添加によ
り還元された、水添ブロック共重合体　　・も含まれる
。ここで、芳香族ビニル炭化水素重合体ブロックの芳香
族二重結合の２５％以下および共役ジエン重合体ブロッ
クの脂肪族二重結合の８０％以上が水添されていること
が好ましい、スチレン系ブロック共重合体（Ｄ）の好ま
しい具体例としては、ポリスチレン／ポリブタジェン／
ポリスチレントリブロック共重合体（ＳＢＳ）、ポリス
チレン／ポリイソプレン／ポリスチレントリブロック共
重合体（ＳＩＳ）、ＳＢＳの水添共重合体（ＳＥＢＳ）
およびＳＩＳの水添共重合体があげられる。中でも耐熱
性の点からＳＢＳの水添共重合体（ＳＥＢＳ）およびＳ
ＩＳの水添共重合体が特に好ましく用いられる。

本発明において−スチレン系ブロック共重合体（Ｄ）の
添加量は、半田耐熱性および流動性の点から、全体の０
．１〜２０重量％であり、好ましくは０．５〜１０重量
％、特に好ましくは１〜７重量％である。

本発明において、窒化ケイ素および／または炭化ケイ素
（Ｃ）をシランカップリング剤、チタネートカップリン
グ剤などのカップリング剤であらかじめ表面処理するこ
とが、信頼性の点で好ましい。カップリング剤としてエ
ポキシシラン、アミノシラン、メルカプトシランなどの
シランカップリング剤か好ましく用いられる。

本発明の半導体封止用エポキシ系樹脂組成物には、カー
ボンブラックなどの着色剤、シリコーンゴム、変性ニト
リルゴム、変性ポリブタジェンゴムなどのエラストマー
、ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂、長鎖脂肪酸、長鎖
脂肪酸の金属塩、長鎖脂肪酸のエステル、長鎖脂肪酸の
アミド、パラフィンワックスなどの離型剤および有機過
酸化物などの架橋剤を任意に添加することができる。

本発明の半導体封止用エポキシ系樹脂組成物は溶融混練
することが好ましく、たとえばバンバリーミキサ−、ニ
ーター、ロール、単軸もしくは二軸の押出機およびコニ
ーターなどの公知の混線方法を用いて溶融混練すること
により、製造される。

・〈実施例〉 以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

実施例１〜６、比較例１〜４ 表１および表２に示した組成比で原料をミキサーにより
トライブレンドした。これを、バレル設定温度９０℃の
二輪の押出機を用いて溶融混練後、冷却・粉砕して半導
体封止用エポキシ系樹脂組成物を製造した。

この組成物を用い、低圧トランスファー成形法により１
７５°ＣＸ２分の条件で成形し、１８０℃Ｘ５時間の条
件でポストキュアして次の物性測定法により各組成物の
物性を測定した。

半田耐熱性：２４ｐｉｎ　　ＴＳＯＰ２０個を成形、ポ
ストキュアし、３５’Ｃ／８５％ＲＨで５０時間加湿後
、２６０℃に加熱した半田浴に１０秒間浸漬して　封止
樹脂の表面にクラツクの発生したＴＳＯＰの割合を調べ
、半田耐熱性不良率を求めた。

熱伝導率：１０ｍｍφＸ１ｍｍｔの円盤を成形、ポスト
キュアし、レーザーフラッシュ法により熱伝導率を求め
た。

これらの結果を合せて表２に示す。

表２にみられるように、本発明の半導体封止用エポキシ
系樹脂組成物（実施例１〜６）は半田耐熱性不良率が３
０％以下と低く、熱伝導率が６０ｘｌ　Ｏ−’ｃａｌ／
ｃｍ−ｓ　−’Ｃ以上と高く半田耐熱性および熱伝導性
に優れている。特にスチレン・系ブロック共重合体（Ｄ
＞を添加した実施例６では、半田耐熱性不良率が０％と
、際だって優れている。

これに対して、充填剤としてアルミナを用いた比較例１
は、熱伝導率は高いが、半田耐熱性不良率が８０％と高
い、また、充填剤として溶融シリカを用いた比較例２で
は、半田耐熱性不良率が１００％と高く、熱伝導率は１
９Ｘ１０−’ｃａｌ／ｃｍ−ｓ・℃と低い、さらに、充
填剤として窒化ケイ素および／または炭化ケイ素（Ｃ）
を用い、エポキシ樹脂としてオルソクレゾールノボラッ
ク型エポキシ樹脂を用いた比較例３および４では、熱伝
導率は高いが、半田耐熱性不良率が１００％と高い。

〈発明の効果〉 本発明の半導体封止用エポキシ系樹脂組成物は、特定構
造のエポキシ樹脂、硬化剤および窒化ケイ素および／ま
たは炭化ケイ素を配合したために、半田耐熱性および熱
伝導性に優れている。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、窒化ケイ素
   および／または炭化ケイ素（Ｃ）を含有してなる半導体
   封止用エポキシ系樹脂組成物であつて、エポキシ樹脂（
   Ａ）が下記一般式（ I ）▲数式、化学式、表等があり
   ます▼・・・（ I ） （ただし、Ｒ＾１、Ｒ＾２、Ｒ＾３、Ｒ＾４、Ｒ＾５、
   Ｒ＾６、Ｒ７＾、Ｒ＾８は各々水素原子、Ｃ＿１〜Ｃ＿
   ４の低級アルキル基またはハロゲン原子から選ばれた基
   を示す。）で表される骨格を有するエポキシ樹脂（ａ）
   を必須成分として含有する半導体封止用エポキシ系樹脂
   組成物。
2. （２）スチレン系ブロック共重合体（Ｄ）を全体の０．
   １〜２０重量％含有する請求項（１）記載の半導体封止
   用エポキシ系樹脂組成物。