JPH0465419A - 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〉 本発明は、半田耐熱性、難燃性および高温信頼性に優れ
た半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関するものである
。

〈従来の技術〉 半導体素子は外部環境や機械的衝撃から保護するため、
あるいは電気的に絶縁するため各種封止材料で封止され
る。

その封止材料、封止方法として従来より金属やセラミッ
クスによるハーメチックシールとフェノール樹脂、シリ
コーン樹脂、エポキシ樹脂などによる樹脂封止が提案さ
れている。しかし、経済性、生産性、物性のバランスの
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
。

近年、電子部品の小型化、薄型化が進み、半導体の実装
方式は従来のピン挿入方式に代って表面実装方式が盛ん
になってきている。この場合、半導体は実装の際に半田
浴浸漬されるなど高温で処理されるが、かかる高温条件
においては、封止樹脂にクラックが生じたり、耐湿性が
低下するなどの問題が指摘されていた。したがって、従
来の封止樹脂よりもさらに半田耐熱性の優れた樹脂組成
物の実現が望まれている。

封止樹脂自体の改良による半田耐熱性向上も種々検討さ
れており、たとえば、ビフェニル骨格を有するエポキシ
樹脂を配合する方法（特開昭６３−２５１４１９号公報
）などが提案されている。

一方、電子部品の難燃性は、アメリカの火災保険業界に
より設立されたＬｉｎｄｅｒｗｒｉｔｅｒｓ　Ｌａｂｏ
ｒａｔｏｒｉｅｓ　Ｉｎｃ、により設定された規格（Ｕ
Ｌ規格）により義務づけられている。半導体封止樹脂に
は一般的に臭素化エポキシ樹脂と三酸化アンチモン（Ｓ
ｂ２０３　）などのアンチモン酸化物の併用系が用いら
れている。りん系難燃剤なと非ハロゲン系難燃剤の検討
もなされてきたが、耐湿性や成形性が劣るといった問題
があり、実用化されていない。

また、自動車のアンダーフードなと耐熱性の要求される
用途では、たとえば、１５０℃以上の高温にさらされる
ことになる。この際、難燃材として用いている臭素化エ
ポキシ樹脂が分解してＨＢｒなどが生じ、これが最終的
に素子の導通不良を引き起こし、信頼性低下を招く。こ
のような問題も指摘されているため、より一層の高温信
頼性が要求されている。

上述したように、難燃性を満足するためには現段階では
臭素化エポキシ樹脂は不可欠たが、高温信頼性を悪化さ
せるという弊害か生じるため、これら二つの特性を同時
に満足する技術の開発が強く望まれている。

したがって、添加剤による信頼性向上も検討されており
、たとえば、無機イオン交換体を配合することによる耐
湿性の向上（特開昭６２２１２４２２号公報）などが提
案されている。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂を
用いると、従来がら用いられてきたオルソクレゾールノ
ボラック型エポキシ樹脂に比べ高温信頼性が劣るといっ
た問題があった。

また、無機イオン交換体を添加する方法は、従来のエポ
キシ樹脂系において半田耐熱性を悪化させるといった問
題があった。

したがって、本発明の課題は一上述したエポキシ樹脂組
成物が有する問題を解決し、半田耐熱性、難燃性、高温
信頼性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供
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、上記目的を達成するために鋭意検討した
結果、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂を必須成分
として用いるとともに、３〜５価の遷移金属を含む無機
イオン交換体を使用することにより、上記目的に合致し
たエポキシ樹脂組成物が得られることを見出し、本発明
に到達した。

すなわち本発明は、下記一般式（Ｉ） ＲＩ　　　　Ｒ５Ｒ８Ｒ２ （ただし、Ｒ１−Ｒ８は水素原子、Ｃ０〜Ｃ４の低級ア
ルキル基またはハロゲン原子を示す。）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むエ
ポキシ樹脂（＾）、硬化剤（Ｂ）、充填剤（Ｃ）および
下記一般式■ ＭｚＯｙ　（ＮＯ３）　Ｘ　（ＯＨ）　ｗ−ｎＨ２０・
・・■（Ｍは１種あるいは２種以上の３〜５価の遷移金
属、ｘ−１〜５、Ｙ＝１〜７、ｚ　−０，２〜３、Ｗ　
−０，２〜３、ｎ−０〜２を示す。）て表される無機イ
オン交換体（Ｄ）からなり、前記無機イオン交換体を０
．０２〜３０重量％含むことを特徴とする半導体封止用
エポキシ樹脂組成物を提供するものである。

本発明におけるエポキシ樹脂（＾）は、上記式（Ｉ）で
表されるエポキシ樹脂（ａ）を必須成分として含有する
。エポキシ樹脂（ａ）を含有しない場合は、半田付は工
程時におけるクラックの発生防止効果が不十分である。

上記式■において、Ｒ１−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、５ｅｃ−ブチル基、ｔｅｒ
ｔ−ブチル基、塩素原子および臭素原子などが挙げられ
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
フヱニル、４．４’−ビス（２３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’ビス（２，３−エポキシプ
ロポキシ）−３，３’５５′−テトラメチル−２−ブロ
モビフェニル、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
ルおよび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
が挙げられる。

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、−分子中にエポキシ基
を２個以上有するものであれば特に限定されず、たとえ
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、複素環式エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂お
よびハロゲン化エポキシ樹脂などが挙げられる。

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限はなく、必須成分としてエポ
キシ樹脂（ａ）が含有されれば本発明の効果は発揮でき
るが、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３０重量％以
上、好ましくは５０重量％以上含有せしめる必要がある
。

なお、用途によってはエポキシ樹脂（ａ）以外に２種以
上のエポキシ樹脂を併用してもよいが、半導体装置封止
用としては耐熱性、耐湿性の点からクレゾールノボラッ
ク型エポキシ樹脂が好ましい。

本発明において、エポキシ樹脂（Ａ）の配合量は５〜２
５重量％の範囲が好ましい。

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、
クレゾールノボラックなどのノボラック樹脂、ビスフェ
ノールＡなとのビスフェノール化合物、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
どが挙げられる。半導体装置封止用としては、耐熱性、
耐湿性および保存性の点から、フェノールノボラック、
クレゾールノボラックなどのノボラック樹脂が好ましく
用いられ、用途によっては２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％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熱性の点から（
Ａ）に対する（Ｂ）の化学当量比が０．６〜１．５、特
に０．８〜１．３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，Ｏ）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
ニウムテトラプロポキシド、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挙げられる。なかでも信頼性
および成形性の点から、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２種以上を併用し
てもよ（、その配合量はエポキシ樹脂（Ａ）１００重量
部に対して０．１〜１０重量部の範囲が好ましい。

本発明における充填剤（Ｃ）としては、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、アスベスト、ガラス繊維などが挙げられる
。なかでも溶融シリカは線膨張係数を低下させる効果が
大きく、低応力化に有効なため好ましく用いられる。

これら充填剤（Ｃ）の添加量は、全体の７０〜９０重量
％が、成形性、低応力の点て好ましい。

本発明における無機イオン交換体（Ｄ）は、下記式■で
表されるものである。

ＭｘＯｙ　（ＮＯ３）　ｚ　（ＯＨ）　Ｗ−ｎＨ２０−
−−−−−■ここで式■中、Ｍは３〜５価の遷移金属で
あり、１種単独であるいは２種以上を併用することかで
きる。また式■中Ｘは１〜５、ｙは１〜７．２は０．２
〜３、Ｗは０．２−３、ｎは０〜２である。ここで遷移
金属としてはたとえば、リン、ひ素、アンチモン、ビス
マス、アルミニウム、ガリウム、インジウムなどを挙げ
ることができ、特に好ましいのはアンチモンとビスマス
の組合せである。

この無機イオン交換体の配合量は０．０２〜３０重量％
の範囲が好ましく、さらに好ましくは０．０５〜５重量
％の範囲である。

無機イオン交換体の配合量が０．０２重量％未満では、
高温信頼性が低下し、一方、３０重量％を越えると半田
耐熱性に悪影響を与えるため、好ましくない。

その他、本発明のエポキシ樹脂組成物には離型剤、カッ
プリング剤、難燃剤および着色剤を用いる二とカーでき
る。離型剤としては、天然ワックス類、合成７ノクス類
εよび長鎖脂肪酸の金属塩類ｔとを用いる二とかできる
。

本発明Ｃエポキシ樹脂組成物は溶融混練する二とが好ま
しく、たとえばバンバリーミキサニーダ−ロール、単軸
もしくは二軸の押出機およびコニーダーなどの公知の混
練方法を用いて溶融混練する二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１〜４、比較例１〜５ 原料を表１に示した組成比で室温で混合した後、９０〜
９５℃で混練し、冷却、粉砕してエポキシ樹脂組成物を
得な。

この樹脂組成物を用い、低圧トランスファー成形法によ
り、１７５℃×４分間の条件で成形し、４４ｐ　ｉ　ｎ
ＱＦＰ、ＴＥＧを搭載した１６ｐｉｎＤＩＰおよび難燃
性試験片（５”×１／２”　Ｘｉ／１６”　）を得た。

その後、１７５℃×５時間ポストキュアした。

ボストキュア後、次の測定法により、各組成物の物性を
測定した。

半田耐熱性：　４４ｐ　ｉ　ｎＱＦＰ３２個を、８５℃
／８５％ＲＨの加湿器に７２時 間放置後、２１５℃のｖＰＳ（ベ ーパー・フェーズ・ソルダリング） で９０秒、または２６０℃の半田 浴で１０秒加熱し、クラックの発 生しないＱＦＰの個数の割合を求 めた。

高温信頼性：１６ｐｉｎＤＩＰを用い、２１０℃の高温
下放置試験を行い、抵抗 値が１Ωを越えたものを故障とし て扱い、その累積故障率が５０％ になる時間を求めた。

難　燃　性：難燃性試験片１０本を用い、ＵＬ−９４規
格にしたがい測定した。

これらの結果を表２に示す。

表 半田耐熱性、離燃性および高温信頼性に優れた半導体装
置を与えることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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＾８は水素原子、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
   含有するエポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、充填剤（
   Ｃ）および下記一般式（II）Ｍ＿ｘＯ＿ｙ（ＮＯ＿３）
   ＿ｚ（ＯＨ）＿ｗ・ｎＨ＿２Ｏ・・・・・・（II）（Ｍ
   は１種あるいは２種以上の３〜５価の遷移金属、ｘ＝１
   〜５、ｙ＝１〜７、ｚ＝０．２〜３、ｗ＝０．２〜３、
   ｎ＝０〜２を示す。） で表される無機イオン交換体（Ｄ）からなり、前記無機
   イオン交換体を０．０２〜３０重量％含むことを特徴と
   する半導体封止用エポキシ樹脂組成物。