JPH05152467A - 表面マウント適用のためのエポキシ成形組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２１５℃で高い曲げ強さを有し、ハンダによ
り生じるパッケージのき裂を最小にし、低い吸湿性と熱
膨張率を生じるエポキシ成形コンパウンド配合物を提供
する。 【構成】 エポキシ成形コンパウンド配合物は、トリス
−フェノールメタン誘導体からなる多官能エポキシ樹脂
および多官能硬化剤と共にシリコーンゴム粒子、有機官
能シリコーン流体および高充填率のシリカを含有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の背景】本発明は、表面マウントＩＣパッケージ
に対し高度の信頼性およびパッケージき裂抵抗を提供す
るエポキシ成形コンパウンド組成物に関する。伝統的
に、ＩＣパッケージは標準的なエポキシ成形コンパウン
ド配合物によってカプセルに包まれてきた。回路盤への
取付けはパッケージピンを回路盤内の孔を貫いて挿入
し、非常に高い温度（２１５〜２６０℃）で突き出るピ
ンをハンダ付けすることを包含する。回路盤はカプセル
に包まれたデバイスに対する熱流出量を限定する；それ
ゆえパッケージは熱ハンダ付け応力を少ししか経験しな
く、パッケージのき裂に関して高度の信頼性を有する。

【０００２】現在、ＩＣパッケージの傾向は表面マウン
ト型に向けられている。これらのパッケージは盤内の孔
を貫いて挿入されるのではなくて、むしろ盤に直接取付
けられる。これらのパッケージは典型的に従来のパッケ
ージよりも薄く；更にこの表面マウント技術はパッケー
ジに関して回路盤の両面にハンダ付けすること、したが
って利用できる空間を２倍にすることを可能にする。こ
のハンダ付け工程において、全パッケージおよび回路盤
は高温に曝される。この曝露はパッケージにより経験さ
れる熱的なハンダ付け応力を増加させる；それらが経験
する高温に加えてこれらのパッケージの薄さは、パッケ
ージのき裂の確立を大きく増大する。プラスチック封入
剤により吸収されたどのような水分もパッケージき裂の
問題を悪化させる。このハンダ誘起パッケージき裂を防
止し、それだけでなくプラスチック封入剤から予期され
る他の性質（低い応力、良好な成形性、低いイオン性、
など）を与えるエポキシ成形コンパウンド配合物の開発
が必要とされる。

【０００３】特開平１−２７６６５３号は多官能エポキ
シ、多官能硬化剤および液体シリコーンゴムを含有する
表面マウントエポキシ封入剤を開示している。

【０００４】特開平２−６９５１４号は、大きさが３μ
ｍ以下であることが必要とされるシリカ粒子と組合せて
使用される多官能エポキシを開示している。

【０００５】特開昭６３−２２６９５１号はノボラック
−有機ポリシロキサン、多官能エポキシ、多官能硬化剤
およびシリカのブロック共重合体を開示している。

【０００６】

【発明の目的】本発明の目的は、表面マウント適用にお
いて直面するハンダ−誘起パッケージき裂を最小化する
ために２１５℃で高い曲げ強さを持ち、また良好な小さ
な応力特性を与えるエポキシ成形コンパウンド配合物を
提供することである。

【０００７】また本発明の目的は、低い吸湿を与え、成
形組成物の熱膨張率を低下するために高充填のシリカ粒
子を含有し、依然成形条件下に十分に流動するエポキシ
成形組成物を提供することである。

【０００８】

【発明の概要】一実施態様において本発明は、表面マウ
ント適用のための低応力エポキシ封入剤を提供する。表
面マウントエポキシ封入剤は、(A) 多官能エポキシ樹
脂、５〜１５％、(B) 多官能フェノール系硬化剤、２．
５〜８％、(C) 溶融シリカ充填剤、７０〜８５％、(D)
シリコーンゴム粉体、０．２５〜３％、および(E) シリ
コーン粒体、０．２５〜３％を含有する。この組成物は
低い応力特性、ハンダ−誘起パッケージき裂に対する抵
抗、および低い吸湿を与える。

【０００９】別の実施態様において本発明は、組成物中
のシリカの高い充填によって良好な成形特性を与えるエ
ポキシ成形組成物を提供する。

【００１０】

【好ましい実施態様の説明】(A) 本発明に使用されるエ
ポキシ樹脂は多官能型、好ましくはトリスフェノールメ
タン誘導樹脂である。多官能樹脂は単独で、または従来
のＥＯＣＮ樹脂、疎水性炭化水素エポキシ樹脂、ビフェ
ノール誘導エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ樹脂などと
組合せて使用できる。多官能樹脂は組成物に高温曲げ強
さを付与し、ハンダ誘起き裂を減少する。

【００１１】(B) 本発明に使用される硬化剤は多官能
型、好ましくはトリスフェノールメタン誘導体である。
樹脂は単独でまたは従来のフェノールノボラック硬化
剤、疎水性炭化水素フェノールノボラック、キシロック
ノボラックなどと組合せて使用できる。多官能硬化剤は
高温曲げ強さを付与し、ハンダ誘起き裂を減少する。

【００１２】(C) 溶融シリカは本発明において高い重量
％充填で使用されて成形コンパウンド配合物の吸湿を低
下し、熱膨張率を低下する。溶融シリカの量は一般に配
合物の約７０〜約８５重量％であり、好ましくは配合物
の７５〜８５％である。約７９重量％より大きい充填は
低い吸湿、および低い熱膨張率のために最も好ましい。
溶融シリカは粉砕された角ばった形または球形の形、あ
るいは二者の混合物であり得る。大きさ、形状および充
填の適切な選定は、低い吸湿および低い膨張率に加え
て、優れた成形性を付与する。好ましい溶融シリカは６
５〜８５％の球形のシリカと約３５〜１５％の粉砕シリ
カの混合物である。

【００１３】(D) 本発明に使用されるシリコーンゴム
粉体は形状が球形で大きさが５０μｍよりも小さい。ゴ
ム粒子の使用は熱膨張率の低下およびモジュラスの低下
に効果的である。粉砕された角ばった形状の、大きさが
５０μｍより大きいシリコンゴムは使用できるが、熱膨
張率およびモジュラスの低下には効果的ではない。

【００１４】本発明に使用されるシリコーン流体は、好
ましくは有機官能基を含有する液体である。好ましいシ
リコーン流体はエポキシおよびポリアルキレンオキシ官
能基の両方を含有するものである。これらの流体は成形
コンパウンド配合物の粘度を低下し、モジュラスを低下
することに非常に効果的である。唯一つのまたは他の官
能基を含有する流体の使用は本発明において可能な改良
を制限する。

【００１５】

【組成物の製造方法】材料を、たとえばボールミル中で
混ぜ合わせて混合し、その混合物を場合によっては取扱
いの便利のために圧縮した。望むならば、混合物を押出
機中で予備軟化または溶融混合できる。混合物は一般に
コンベヤのような、任意の適当な手段により、その長さ
に沿って１〜６mmの間隔をあけた熱ローラと常温ローラ
からなる差動ロールミルへ供給する。この分離はニップ
として知られている。ニップは所望の寸法のシートを得
るために調節できる。

【００１６】差動ロールミルは本質的にその技術分野に
おいて知られているどのようなミルであっても良い。一
般に、ミルのローラは、おおよそ水平に配置されている
それぞれの長軸のまわりに異なる表面速度で反対方向に
回転する。一般に、ローラの相対的な回転速度は１．
１：１〜１．３：１の比にあり、熱ローラの回転速度は
一般に約１０〜３０rpm である。ローラは適当なささえ
に対し任意の適当なベアリング手段により回転自在に据
え付けられる。

【００１７】そのような適当なベアリング手段の例はロ
ーラベアリング、ボールベアリングおよびスリーブベア
リングである。支持手段は建物または土地にはり付けら
れたフレームまたはどのような構造的な構成要素であっ
ても良い。ローラは、チェーン、ベルトまたはギアのよ
うな任意の適当な手段によりローラの中心軸に接続され
た、電動機または蒸気機関のような任意の適当な回転手
段により回転させる。一般に、チェーンまたはギアのよ
うな確実伝動機構が好ましい。

【００１８】一般にホットローラの表面温度は混合物中
の樹脂の溶融温度の近く、すなわち樹脂の溶融温度の約
２０℃以内であるが、ミルの熱ローラ上の混合物の滞留
時間内に樹脂を硬化するには不十分な温度である。通
常、熱ロールの表面温度は６５〜１２０℃であり、熱ロ
ーラを循環する熱湯または電熱要素のような任意の適当
な加熱手段または機構により保持する。熱ロール温度は
いくつかの特別の樹脂に対しては１３０℃と同じほどの
高さであって良い。

【００１９】次の実施例は本発明のいくつかの実施態様
を説明するために提供する。それらを本発明の範囲を限
定するものとして解釈されるべきではなく、本発明の範
囲は明細書および特許請求の範囲により完全に記述され
ている。

【００２０】

【実施例】試験方法 エポキシ成形コンパウンドのスパイラルフロー（ＥＭＭ
Ｉ） この方法は、直径１．７５インチのトランスファーポッ
トおよびＥＭＭＩスパイラルフロー型を装備したトラン
スファー成形機を使用する熱硬化性樹脂の流動特性を測
定する。

【００２１】定盤温度制御機を１７５±３℃の成形温度
を生じるように設定し、トランスファーラム圧を１００
０psiaに設定した。トランスファーラム速度を１〜４イ
ンチ／秒の範囲に設定した。顆粒状の試料を厚さ０．１
２〜０．１４インチのカルを生じるようにトランスファ
ーポットに添加し、トランスファーサイクルを活性化し
た。試料を少なくとも９０秒間硬化させた。型を開き、
最大限の連続流の部分を測定した。スパイラルフローデ
ータを“スパイラルフロー”と示された表の列に示す
が、報告された数値は測定されたフローのインチ数を示
す。

【００２２】熱力学分析−ＣＴＥの測定 ４個の円筒状の、成形され、後硬化されたペレット（５
mm×５mm）を炉内で徐冷したが、そのペレットは１０℃
／分の温度上昇速度で２５℃から２４０℃まで加熱され
た。冷却後、膨張曲線を１０℃／分の速度で２５℃〜２
５０℃にて測定した。Ｔｇ以下の熱膨張率（ＣＴＥ）を
Ｔｇ以前の膨張曲線に対して引いた接線の傾斜から測定
した。データを“ＣＴＥ”と示された列にて表中に示す
が、その数値はppm ／Ｋで報告している。

【００２３】吸湿 ２″×１／８″の円盤を成形して後硬化した。後硬化炉
から取り出してデシケーター中で硬化させた。次いで試
料を８５℃／８５％相対湿度の小室中に１６８時間入れ
た。円盤を小室から取り出して冷却させた。湿気の捕集
を重量法で測定し、吸湿を重量増加％として“吸湿”と
示された列に報告する。吸湿値は式（Ｗ ₁₆₈ −Ｗ₀ ／Ｗ
₀ ）×１００により計算したが、式中Ｗ₀ は時間０にお
ける重量であり、Ｗ₁₆₈ は室内での１６８時間の終りで
の重量である。

【００２４】曲げ特性 試料を５″×１／２″×１／４″の寸法に成形して後硬
化した。次いで試料を関心をそそる温度でＡＳＴＭ Ｄ
７９０によって試験して下表に報告するデータを得た。
２１５℃での曲げ強さ（表１中の“Ｆ１×Ｓｔｒ．２１
５℃”）および室温曲げモジュラス（表１中の“ＲＴ
Ｆｌｅｘ．Ｍｏｄ”）を測定に先立ってデシケーター中
に貯蔵した標本を使用して測定した。２１５℃での湿潤
曲げ強さ（表１中の“Ｗｅｔ Ｆ１×２１５℃”）を測
定に先立って８５℃／８５％相対湿度の小室中で１６８
時間完全に浸された標本を使用して測定した。モジュラ
ス値はＭｐｓｉで強度値はｐｓｉで報告した。

【００２５】略語 次の略語は本出願明細書に使用されるとき指摘された意
味を有する。 ＦＳ７６２ 粉砕溶融シリカＦＳ７６２、平均粒径
１３．４μｍ（電気化学工業株式会社製） ＦＢ７４ 球形溶融シリカＦＢ７４、平均粒径３
１．５μｍ（電気化学工業株式会社製） ＦＳ２０ 粉砕溶融シリカＦＳ２０、平均粒径
５．６μｍ（電気化学工業株式会社製） ゴム 球形シリコーンゴムＡＹ４９−２８
１、粒度分布３〜３０μｍ（東レ／ダウコーニングシリ
コーン） 流体 反応性シリコーン流体Ｑ２−８３４７
（ダウコーニング社製） ＥＯＣＮ エポキシ樹脂ＥＣＮ１９５ＸＬ−２５
（住友化学工業株式会社製） ＰＮ フェノールノボラック樹脂、Ｔａｍａ
ｎｏｌ ７５８（荒川化学工業株式会社製） ＥＰＰＮ エポキシ樹脂ＥＰＰＮ５０２Ｈ（日本
化薬株式会社製） ＭＥＨ フェノール樹脂ＭＥＨ７５００（明和
化成株式会社） ＥＤＭＡ ベンジルジメチルアミン（アルドリッ
チケミカル社製） ＴＰＰ トリフェニルホスフィン（アルドリッ
チケミカル社製） Ｄｉｃｙａｎｄ ジシアンジアミド−Ｇ（ＳＫＷ Ｔｒ
ｏｓｔｂｅｒｇ社製） Ｓｂ₂ Ｏ₅ 五酸化アンチモン、ＮａなしＮｙａｃ
ｏｌ １５９０（ＰＱ社製） Ｂｉｓ Ａ テトラブロモビスフェノールＡ ＢＡ
５９Ｐ（グレート レークスケミカル製） Ｃ Ｂｌａｃｋ Ｐｒｉｎｔｅｘ カーボンブラック
（デグッサ社製） ＵＬ Ｗａｘ ＵＬ Ｗａｘ（ヘキスト−セラニース
コーポレーション製） ＯＰ Ｗａｘ ＯＰ Ｗａｘ（ヘキスト−セラニース
コーポレーション製） ｐｓｉ ポンド／平方インチ ｐｐｍ １００万当りの部数

【００２６】実験手順 ６００ｇバッチの実験試料を次の手順によって製造し
た：各成分の量はバッチ全体の％として表中に報告し
た。各材料のｇ表示重量は表中に報告されている％値に
６００を掛けることにより算出できる。シリカ、シラン
およびＢＤＭＡをアルミナ摩砕媒体を含有するセラミッ
クボールミル中に仕込み、１５分間すりつぶした。処理
されたシリカを取り出し、それと液体シリコーン（Ｑ２
−８３４７）を混合した。その材料を配合物中の他の成
分と共にボールミル中へ再度仕込み、さらに２時間すり
つぶした。その結果生じた粉体をミルから取り出した。

【００２７】微細粉体を、前ロールが加熱され、後ロー
ルが冷却されている差動２本ロールミルによって処理し
た。実施例１については、前ロールの平均温度は９５℃
で、前ロールには９０℃よりも低かったり１００℃より
も高い部分は無かった。他の実施例については、前ロー
ルの平均温度は１０５℃で、前ロールには１００℃より
も低かったり１１０℃よりも高い部分は無かった。ロー
ル間の間隙は１．０２mmであった。樹脂による充填剤の
湿潤が完了後２〜３分間材料をミルによってこねた。こ
の２〜３分の時間枠の間に、成形コンパウンドのシート
を１０回切り取り、混合を向上するためにミルに戻し
た。

【００２８】ロール練り完了後、材料をロールから切り
取り、冷却して粒状にした。材料は使用のために準備し
た。材料はそのまま使用するか、または試験手順におい
て述べたように、使用に先立って予備成形した。

【００２９】

【表１】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０８Ｌ 63/00 ＮＫＢ 8830−4Ｊ Ｈ０５Ｋ 1/18 Ｆ 9154−4Ｅ // Ｈ０１Ｃ 1/02 Ｍ 7161−5Ｅ (72)発明者 マイクル アンソニー ペツテイ アメリカ合衆国ペンシルバニア州ノース ウエールズ，ホワイト オーク ロード 129

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 次の組成： a) 約５％〜１５％の多官能エポキシ樹脂； b) 約２．５％〜約８％の多官能硬化剤； c) 球形および破砕された粒子の両方を含む混合物中の
   約７０〜約８５％の溶融シリカ； d) 約０．２５〜約３％の球形シリコーンゴム粒子；お
   よび e) 約０．２５〜約３％の有機官能性シリコーン流体 からなる表面マウント集積回路のための低応力エポキシ
   成形組成物。
2. 【請求項２】 多官能性エポキシ樹脂がトリス−フェノ
   ールメタン誘導体である請求項１に記載の表面マウント
   集積回路のための低応力エポキシ成形組成物。
3. 【請求項３】 多官能性硬化剤がトリス−フェノールメ
   タン誘導体である請求項１に記載の表面マウント集積回
   路のための低応力エポキシ成形組成物。
4. 【請求項４】 溶融シリカの量が組成物の少なくとも７
   ５重量％であり、溶融シリカが６５〜８５％の球形シリ
   カと約３５〜１５％の破砕シリカの混合物である請求項
   １に記載の表面マウント集積回路のための低応力エポキ
   シ成形組成物。
5. 【請求項５】 シリコン粉体がエポキシおよびポリアル
   キレンオキシ−官能基の両方を有する請求項１に記載の
   低応力エポキシ成形組成物。
6. 【請求項６】 請求項１に記載の組成物によってカプセ
   ルに包まれた集積回路。
7. 【請求項７】 請求項２に記載の組成物によってカプセ
   ルに包まれた集積回路。
8. 【請求項８】 請求項３に記載の組成物によってカプセ
   ルに包まれた集積回路。
9. 【請求項９】 請求項４に記載の組成物によってカプセ
   ルに包まれた集積回路。
10. 【請求項１０】 請求項５に記載の組成物によってカプ
    セルに包まれた集積回路。