JPH0489818A - 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、とくに、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、オルソク
レゾールノボラック型エポキシ樹脂とフェノールノボラ
ック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、電子部品は従来のビン挿入型の
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。ＩＣ，ＬＳＩ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、パッケージの向岸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ビン挿入型
のものと実装方法が異なっている。即ち、ビン挿入型パ
ッケージはビンを配線板に挿入した後、配線板裏面から
はんた付けを行うため、パッケージが直接高温にさらさ
れることがながった。

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、パッケージをフラッグさせてしまう７現在、二の
現象が表面実装型ＩＣ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ＩＣ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（７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、配線板への
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、ベース樹脂としてナフタレン骨格を有する特定
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 （式中、Ｒは水素、メチル、ｔｅｒｔ−ブチルなどのア
ルキル基）で示されるエポキシ樹脂、（Ｂ）］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、 （Ｃ）５５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ナフタ
レン環を有するものであり、ナフトールとフェノール類
をホルムアルデヒドを用いて共縮合した化合物を原料と
して、エビグロルヒドリンを用いてエポキシ化した樹脂
などがある。

本発明の（Ａ）の代表的なものとしては、ナフトールと
クレゾールのホルムアルデヒドによる酸触媒下での共縮
合物を原料としたエポキシ樹脂がある。この場合、厳密
には請求項］記載の構造式だけではなくさらに二量体お
よび多核体が生成するが、主として上記（Ａ）で示され
る構造のエポキシ樹脂である必要がある。この理由とし
ては、ナフタレン環の比率は高い方が吸水率の低減に効
果があるが、分子量が大きくなると成形材料として必要
な流動性が損なわれるためである。すなわち、吸水率と
流動性を同時に満足するためには、（Ａ）の構造式が主
成分として必要になる。また、特に限定するものではな
いが、αナフトールとパラクレゾールを原料とした樹脂
がβナフトールまたはオルソクレゾールを用いた場合と
比較して成形材料の流動性については有利となる。

本発明の（Ａ）の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５００ｐｐｍ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３０ｍ１に溶解し、ＩＮ−ＫＯＨメタノール溶液
５ｍ５奢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。

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、オルソゲ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
グロ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。

本発明において用いられる（Ｂ）成分の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としては、フ
ェノール、クレゾール、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、ビスフェノールＡ１ビスフエ
ノールＦ１ポリパラビニルフエノール樹脂、レゾルシン
、カテコール、ハイドロキノンなどの多価フェノールな
どがあり、単独又は２種類以上併用してもよい。また、
（Ａ）のエポキシ樹脂との当量比（（Ｂ）の水酸基数／
（Ａ）のエポキシ基数）は、特に限定はされないが、０
．５〜１．５が好ましい。

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
ザービシグロ（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。

二こで、本発明の目的であるリフロー時のクラックに対
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（５，４，０）
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クラックが発生
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、溶融シリカ、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、へりリア、マグネシア、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種類以上用いることがで
きる。充填剤の配合量としては同様の理由から、５５容
量％以上が必要であり、さらには、６０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、ウレイドシ
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
によって混練し、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、インジェクション成形法、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がリフロー時に急激に膨張する
ことが原因であり、この結果、パッケージのクラックお
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、および高温で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骨格にナフタレン
環を有するため、従来のブレゾールノボラック型エポキ
シ樹脂と比較して、官能基濃度が小さくなる（エポキシ
当量が大きくなる）。すなわち、極性の高い官能基が少
なくなることで、吸水率を低減できたと推察できる。一
般に、エポキシ当量が大きくなると耐熱性が低下するが
、本発明のエポキシ樹脂は剛直なナフタレン環を有する
ために、高温強度も良好なレベルを維持できたと推察で
きる。

〔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２２０のエポキシ樹脂８０
重量部、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、水酸
基当量１０６、軟化点８３℃のフェノールノボラッグ樹
脂４４重量部、１，８−ジアザビシクロ（５，４，Ｏ）
ウンデセン−７（１，５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）、γ−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（７０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。また、実施例（２）は硬化促進剤を１，
８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７から
テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート
（５重量部）に変更した以外は実施例（１）と同様に作
製した。比較として、エポキシ当量２２０、軟化点７８
℃のタレゾールノボラック型エポキシ樹脂（８０重量部
）をベース樹脂とした以外は実施例衣１ 表２ 例（１）および実施例（２）と同様に作製し、比較例（
１）および比較例（２）とした。

実施例（１）、（２）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、高温強度、Ｔ
ｇ（ガラス転移温度）が高く、耐熱性に優れることがわ
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
りフロー時の耐グ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、８Ｘ１０Ｘ０．４（ｍｍ）の素子を搭載した８０ビ
ン、４２７０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、パッケージグラツクの有無
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幅、２
８ビンのスモールアウトラインパッケージであり、１０
μｍ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
ボンディングしたものである。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、１２１℃、１
００％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
ｋｇｆ／ｃｍ２の条件で行い、成形後１８０℃、５時間
の後硬化を行った。

表３にリフロー時の耐グ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）（２）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（不良数
／試験数） はリ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。

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▼ （式中、Ｒは水素、メチル、ｔｅｒｔ−ブチルなどのア
   ルキル基）で示されるエポキシ樹脂および （Ｂ）１分子中に２個以上のフェノール性水酸基を有す
   る化合物及び （Ｃ）５５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、（Ａ）のエポキシ樹脂において構造式中のＲがパラ
   位のメチル基であり、なお且つナフタレン環のα位にグ
   リシドキシ基がある請求項１に記載の電子部品封止用エ
   ポキシ樹脂成形材料。 ３、硬化促進剤として１、８−ジアザビシクロ（５、４
   、０）ウンデセン−７またはその誘導体を添加すること
   を特徴とする請求項１または２に記載の電子部品封止用
   エポキシ樹脂成形材料。 ４、硬化促進剤としてテトラ置換ホスホニウムテトラ置
   換ボレートを添加することを特徴とする請求項１または
   ２に記載の電子部品封止用エポキシ樹脂成形材料。