JPH05235212A - 耐熱性が向上された半導体素子密封用樹脂組成物 - Google Patents
耐熱性が向上された半導体素子密封用樹脂組成物Info
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- JPH05235212A JPH05235212A JP4180778A JP18077892A JPH05235212A JP H05235212 A JPH05235212 A JP H05235212A JP 4180778 A JP4180778 A JP 4180778A JP 18077892 A JP18077892 A JP 18077892A JP H05235212 A JPH05235212 A JP H05235212A
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- C08L83/08—Polysiloxanes containing silicon bound to organic groups containing atoms other than carbon, hydrogen and oxygen
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【目的】 耐熱性、成形性の向上した半導体素子密封用
樹脂組成物を提供する。 【構成】 エポキシ樹脂に式(1)のマレイン酸イミド
変性シロキサン改質剤と、式(2)のアリルフェノール
ノボラック樹脂を硬化剤として使用した半導体素子密封
用樹脂組成物。 (1) R1:メチレン基 、(置換)フェニレン基;R2:
メチル基 、(置換)フェニール基;n : R1
が(置換)フェニレン基の場合は1 R1 がメチレン基の場合は3または4;m : 1〜1
00)
樹脂組成物を提供する。 【構成】 エポキシ樹脂に式(1)のマレイン酸イミド
変性シロキサン改質剤と、式(2)のアリルフェノール
ノボラック樹脂を硬化剤として使用した半導体素子密封
用樹脂組成物。 (1) R1:メチレン基 、(置換)フェニレン基;R2:
メチル基 、(置換)フェニール基;n : R1
が(置換)フェニレン基の場合は1 R1 がメチレン基の場合は3または4;m : 1〜1
00)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、新規のシロキサン改質
剤を含むエポキシ樹脂組成物に関し、更に詳しくはマレ
イン酸イミド基を導入したシロキサン系改質剤を使用す
ることにより、低応力化と同時に耐熱性および成形性を
向上させた半導体素子密封用エポキシ樹脂組成物に関す
る。
剤を含むエポキシ樹脂組成物に関し、更に詳しくはマレ
イン酸イミド基を導入したシロキサン系改質剤を使用す
ることにより、低応力化と同時に耐熱性および成形性を
向上させた半導体素子密封用エポキシ樹脂組成物に関す
る。
【0002】
【従来の技術】エポキシ樹脂とその他の添加物を使用し
て硬化させた物質は、一般的に、熱的、力学的、電気的
性質及び接着性等において優れた特性を示している為
に、現在各種産業分野で広く用いられている。特に、エ
ポキシ樹脂と各種の充填剤を配合させた成形材料は電
子、電気機器の接着や絶縁材料または構造材料として広
範囲に使用されており、装置の小型化、信頼性と生産性
の向上等の要求を充足させてくれる重要な役割を果たし
ている。
て硬化させた物質は、一般的に、熱的、力学的、電気的
性質及び接着性等において優れた特性を示している為
に、現在各種産業分野で広く用いられている。特に、エ
ポキシ樹脂と各種の充填剤を配合させた成形材料は電
子、電気機器の接着や絶縁材料または構造材料として広
範囲に使用されており、装置の小型化、信頼性と生産性
の向上等の要求を充足させてくれる重要な役割を果たし
ている。
【0003】近来に至っては、電気、電子分野、航空
機、車両等の輸送機分野等においても機器の高性能化、
小型化に伴って耐熱性と耐応力性がより優れた材料が必
要となり、また半導体産業の絶え間ない成長に伴い、半
導体素子を外部の湿気、衝撃等から保護する為のパッケ
ージ素材に対しても多大なる研究が進行されているが、
一般的にパッケージ方式においてはセラミックと金属を
使用する場合と、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等を使
用する場合とに大別される。
機、車両等の輸送機分野等においても機器の高性能化、
小型化に伴って耐熱性と耐応力性がより優れた材料が必
要となり、また半導体産業の絶え間ない成長に伴い、半
導体素子を外部の湿気、衝撃等から保護する為のパッケ
ージ素材に対しても多大なる研究が進行されているが、
一般的にパッケージ方式においてはセラミックと金属を
使用する場合と、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等を使
用する場合とに大別される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな製品はその生産や価格等の面から見るとき、エポキ
シ樹脂を使用するプラスチックパッケージ方式が主流と
なっているのが実状である。一方、近年に入って、半導
体が高集積化するにつれて半導体チップの大きさが大き
くなり、配線の幅が狭くなったので、製品を使用した時
に発生する熱応力を低減させてリフロー(reflo
w)特性を向上させる耐応力性が要求されている。
うな製品はその生産や価格等の面から見るとき、エポキ
シ樹脂を使用するプラスチックパッケージ方式が主流と
なっているのが実状である。一方、近年に入って、半導
体が高集積化するにつれて半導体チップの大きさが大き
くなり、配線の幅が狭くなったので、製品を使用した時
に発生する熱応力を低減させてリフロー(reflo
w)特性を向上させる耐応力性が要求されている。
【0005】特に表面実装化の趨勢につれて、半導体チ
ップは従来のDIP(Dual In-line Package) 方式とは異な
り、パッケージ全体が215℃以上の高温で行われる半
田付け工程に耐えなければならないので、耐熱性に対す
る要求が一層厳しくなっている。
ップは従来のDIP(Dual In-line Package) 方式とは異な
り、パッケージ全体が215℃以上の高温で行われる半
田付け工程に耐えなければならないので、耐熱性に対す
る要求が一層厳しくなっている。
【0006】このような要求から見るとき、従来のエポ
キシ樹脂は機械的、電気的特性が優れており、生産性お
よび価格等の面でも有利であるが、耐熱性が充分でない
という問題点があった。
キシ樹脂は機械的、電気的特性が優れており、生産性お
よび価格等の面でも有利であるが、耐熱性が充分でない
という問題点があった。
【0007】このような問題点を解決する為の方法とし
てエポキシ樹脂の代わりに耐熱性が優れたポリイミドを
使用する方法が提案されたが、不溶不融に依って成形が
困難であり、価格面でも使用上困難性があった。また、
高い熱安定性を持つN,N'4ー4'- ジフェニールメタンビス
マレイン酸イミドにて代表されるビスマレイン酸イミド
は完全に硬化するには長時間の高温条件が必要であると
いう問題がある。
てエポキシ樹脂の代わりに耐熱性が優れたポリイミドを
使用する方法が提案されたが、不溶不融に依って成形が
困難であり、価格面でも使用上困難性があった。また、
高い熱安定性を持つN,N'4ー4'- ジフェニールメタンビス
マレイン酸イミドにて代表されるビスマレイン酸イミド
は完全に硬化するには長時間の高温条件が必要であると
いう問題がある。
【0008】一方、公知の耐熱性向上方法としては、日
本国特開昭54−142298号公報、特開昭62−5
3324号公報及び特開昭62−270618号公報等
にてイミドの骨格末端に−COOH、−OH、−NH2
等の官能基を有する反応開始剤を使用してエポキシ樹脂
を硬化させて樹脂造成物の熱的性質の向上を図ったり、
又は他の方法としてパラ−メタアミノフェノールやジア
ミノジフェニールメタンの様なアミノ基を末端に持つ物
質を既存商品化されているマレイン酸イミド類と予め反
応させて製造した後、これを樹脂造成物のなかに添加し
て残ったアミノ基と樹脂造成物中のエポキシ基を反応さ
せる方法も日本国特開昭58−215452号公報、特
開昭58−89619号公報、特開昭59−64660
号公報、特開昭59−227924号公報及び特開昭6
2−227917号公報等に言及されているが、反応程
度の調節とイミド増量に限界があり熱的特性改善剤であ
るマレイン酸イミド類の添加に依る応力増加により樹脂
造成物の耐応力性が減少する。
本国特開昭54−142298号公報、特開昭62−5
3324号公報及び特開昭62−270618号公報等
にてイミドの骨格末端に−COOH、−OH、−NH2
等の官能基を有する反応開始剤を使用してエポキシ樹脂
を硬化させて樹脂造成物の熱的性質の向上を図ったり、
又は他の方法としてパラ−メタアミノフェノールやジア
ミノジフェニールメタンの様なアミノ基を末端に持つ物
質を既存商品化されているマレイン酸イミド類と予め反
応させて製造した後、これを樹脂造成物のなかに添加し
て残ったアミノ基と樹脂造成物中のエポキシ基を反応さ
せる方法も日本国特開昭58−215452号公報、特
開昭58−89619号公報、特開昭59−64660
号公報、特開昭59−227924号公報及び特開昭6
2−227917号公報等に言及されているが、反応程
度の調節とイミド増量に限界があり熱的特性改善剤であ
るマレイン酸イミド類の添加に依る応力増加により樹脂
造成物の耐応力性が減少する。
【0009】又、日本国特開昭63−35626号公報
においては、シロキサンジアミン類とピロメリチックジ
アンハイドライド、ビフェニールテトラカルボキシリッ
クジアンハイドライドの様な酸無水物を反応させるか、
アンハイドライドを末端に持つシロキサンと簡単な形態
のジアミン系硬化剤を反応させて新しい熱的、機械的特
性改善剤の製造に関して言及があるが、樹脂封止剤製造
上の取扱いと価格面において難点がある。
においては、シロキサンジアミン類とピロメリチックジ
アンハイドライド、ビフェニールテトラカルボキシリッ
クジアンハイドライドの様な酸無水物を反応させるか、
アンハイドライドを末端に持つシロキサンと簡単な形態
のジアミン系硬化剤を反応させて新しい熱的、機械的特
性改善剤の製造に関して言及があるが、樹脂封止剤製造
上の取扱いと価格面において難点がある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような問題
を解決する為に、エポキシ樹脂を主成分とし、エポキシ
樹脂のエポキシ基と新規のマレイン酸イミド変性シロキ
サン改質剤のマレイン酸イミド基に同時に反応する特定
硬化剤を使用することにより耐熱性、耐応力性、作業
性、適応性が優れたエポキシ樹脂組成物を提供すること
を特徴とする。
を解決する為に、エポキシ樹脂を主成分とし、エポキシ
樹脂のエポキシ基と新規のマレイン酸イミド変性シロキ
サン改質剤のマレイン酸イミド基に同時に反応する特定
硬化剤を使用することにより耐熱性、耐応力性、作業
性、適応性が優れたエポキシ樹脂組成物を提供すること
を特徴とする。
【0011】即ち、本発明はエポキシ樹脂、硬化剤、改
質剤、硬化促進剤、カップリング剤等を含む半導体素子
密封用樹脂組成物において、改質剤として下記一般式
(1)により表すことができる新規のマレイン酸イミド
変性シロキサン化合物を使用し、硬化剤として下記一般
式(2)にて表し得るアリルフェノールノボラック樹脂
を使用することを特徴とする耐熱性が向上された半導体
素子密封用樹脂組成物を提供することを目的とする。
質剤、硬化促進剤、カップリング剤等を含む半導体素子
密封用樹脂組成物において、改質剤として下記一般式
(1)により表すことができる新規のマレイン酸イミド
変性シロキサン化合物を使用し、硬化剤として下記一般
式(2)にて表し得るアリルフェノールノボラック樹脂
を使用することを特徴とする耐熱性が向上された半導体
素子密封用樹脂組成物を提供することを目的とする。
【0012】
【化3】
【0013】 但し、R1: メチレン基、フェニレン基、置換フェニ
レン基 R2: メチル基、フェニール基、置換フェニール基 n : R1 がフェニレン基あるいは置換フェニレン基
の場合は1 R1 がメチレン基の場合は3または4 m : 1乃至100の整数
レン基 R2: メチル基、フェニール基、置換フェニール基 n : R1 がフェニレン基あるいは置換フェニレン基
の場合は1 R1 がメチレン基の場合は3または4 m : 1乃至100の整数
【0014】
【化4】
【0015】但し、l=1乃至100の整数 k=1乃至100の整数
【0016】
【作用】本発明の組成物の望ましい組成は次の通りであ
る。
る。
【0017】 エポキシ樹脂 0.1〜15 wt% マレイン酸イミド変性シロキサン改質剤 1.0〜15 wt% アリルフェノールノボラック樹脂硬化剤 4〜10 wt% 硬化促進剤 0.1〜0.8wt% カップリング剤 0.1〜2.0wt% 着色剤 0.1〜0.5wt% 充填剤 70〜85 wt% 離型剤 0.1〜1.0wt% 難燃剤 0.5〜3.0wt% 本発明の樹脂組成物は上記のような組成とするのがもっ
とも好ましいが、熱的特性を補完する為、上記材料中に
1乃至5wt%程度のマレイン酸イミド類を添加するの
も好ましい。
とも好ましいが、熱的特性を補完する為、上記材料中に
1乃至5wt%程度のマレイン酸イミド類を添加するの
も好ましい。
【0018】本発明にて使用されるエポキシ樹脂として
は、耐熱性が優秀なオルソ−クレゾールノボラック型樹
脂を使用し、特にエポキシ当量が190乃至220であ
り、不純物の含量が10ppm以下の高純度エポキシ樹
脂でなければならない。
は、耐熱性が優秀なオルソ−クレゾールノボラック型樹
脂を使用し、特にエポキシ当量が190乃至220であ
り、不純物の含量が10ppm以下の高純度エポキシ樹
脂でなければならない。
【0019】本発明にて使用される上記一般式(1)の
マレイン酸イミド変性シロキサン改質剤は次の様な反応
経路を通じて製造される。
マレイン酸イミド変性シロキサン改質剤は次の様な反応
経路を通じて製造される。
【0020】
【化5】
【0021】但し、
【0022】
【化6】
【0023】 R1: メチレン基、フェニレン基、置換フェニレン基 R2: メチル基、フェニール基、置換フェニール基 n : R1 がフェニレン基あるいは置換フェニレン基の
場合は1 R1 がメチレン基の場合は3または4 m : 1乃至100の整数 即ち、アミノ基を持つジアミンシロキサンをN−メチル
−2−ピロリドン等の溶媒中にて同じ当量の無水マレイ
ン酸を滴下させながらN2 気流中で15℃以下にて3乃
至10時間反応させる。生成したマレインアミキサンは
無水酢酸と酢酸ナトリウムを使用して40乃至50℃に
て数時間攪拌して脱水環化し、氷水にて処理乾燥させて
褐色粘性を持つマレイン酸イミド変性シロキサンの改質
体を得る。
場合は1 R1 がメチレン基の場合は3または4 m : 1乃至100の整数 即ち、アミノ基を持つジアミンシロキサンをN−メチル
−2−ピロリドン等の溶媒中にて同じ当量の無水マレイ
ン酸を滴下させながらN2 気流中で15℃以下にて3乃
至10時間反応させる。生成したマレインアミキサンは
無水酢酸と酢酸ナトリウムを使用して40乃至50℃に
て数時間攪拌して脱水環化し、氷水にて処理乾燥させて
褐色粘性を持つマレイン酸イミド変性シロキサンの改質
体を得る。
【0024】本発明における硬化剤としては、部分的に
アリルエーテル化した置換フェノール類ノボラック樹脂
を使用するが、これはエポキシ樹脂の硬化剤であると同
時にマレイン酸イミド変性シロキサン改質剤との反応結
合剤に使用する為である。
アリルエーテル化した置換フェノール類ノボラック樹脂
を使用するが、これはエポキシ樹脂の硬化剤であると同
時にマレイン酸イミド変性シロキサン改質剤との反応結
合剤に使用する為である。
【0025】このようなアリルフェノールノボラック樹
脂は次のようにして合成する。即ち、軟化点10℃内外
のオルソ−クレゾールノボラック樹脂を完全に溶解させ
た後アリルブロマイドを加えて充分に攪拌する。これを
60℃に維持させながらNaOH水溶液を2時間滴下し
た後、再び8時間程度反応させる。水層を分液除去して
未反応アリルブロマイドとアセトンを除去した後、トル
エンを加えて樹脂を溶解させ、水洗濾過して精製するこ
とにより、部分的に置換したアリルフェノールノボラッ
ク樹脂を合成完了させるが、これは次の一般式にて表す
ことができる。
脂は次のようにして合成する。即ち、軟化点10℃内外
のオルソ−クレゾールノボラック樹脂を完全に溶解させ
た後アリルブロマイドを加えて充分に攪拌する。これを
60℃に維持させながらNaOH水溶液を2時間滴下し
た後、再び8時間程度反応させる。水層を分液除去して
未反応アリルブロマイドとアセトンを除去した後、トル
エンを加えて樹脂を溶解させ、水洗濾過して精製するこ
とにより、部分的に置換したアリルフェノールノボラッ
ク樹脂を合成完了させるが、これは次の一般式にて表す
ことができる。
【0026】
【化7】
【0027】但し、lおよびm=1乃至100の整数 k=1乃至100の整数 本発明にて使用される充填剤としては高純度溶融シリカ
を使用するが、平均粒子の大きさが10乃至30μmの
範囲で使用するのが好ましい。又、硬化促進剤としては
有機ホスフィン系化合物としてトリフェニールホスフィ
ンが、イミダゾール誘導体として2−メチルイミダゾー
ル、2−メチル−4エチルイミダゾール等が好ましく使
用することができる。
を使用するが、平均粒子の大きさが10乃至30μmの
範囲で使用するのが好ましい。又、硬化促進剤としては
有機ホスフィン系化合物としてトリフェニールホスフィ
ンが、イミダゾール誘導体として2−メチルイミダゾー
ル、2−メチル−4エチルイミダゾール等が好ましく使
用することができる。
【0028】本発明において、無機充填剤の表面処理に
使用されるカップリング剤としてはシラン系カップリン
グ剤を使用するが、特にγ−グリシトキシプロピルトリ
メトキシシランを使用するのが好ましい。その他、離型
剤としてはカルナウバワックスまたはモンタンワックス
0.1乃至1.0wt%を、着色剤としてはカーボンブ
ラック0.1乃至0.5wt%を各々使用し、難燃剤と
してはブロム化エポキシ樹脂とSb2 O3 を使用した。
使用されるカップリング剤としてはシラン系カップリン
グ剤を使用するが、特にγ−グリシトキシプロピルトリ
メトキシシランを使用するのが好ましい。その他、離型
剤としてはカルナウバワックスまたはモンタンワックス
0.1乃至1.0wt%を、着色剤としてはカーボンブ
ラック0.1乃至0.5wt%を各々使用し、難燃剤と
してはブロム化エポキシ樹脂とSb2 O3 を使用した。
【0029】上記のような本発明の造成物を製造する為
には、まず無機充填剤をカップリング剤にて処理した
後、残りをラジゲミキサーに均一に混入してニーダーを
使用して90乃至120℃にて相互溶融して混合させた
後、冷却粉砕して粉末に造る。
には、まず無機充填剤をカップリング剤にて処理した
後、残りをラジゲミキサーに均一に混入してニーダーを
使用して90乃至120℃にて相互溶融して混合させた
後、冷却粉砕して粉末に造る。
【0030】これを打錠機にて打錠し、このように製造
されたタブレット形態の樹脂造成物を170乃至180
℃にて90乃至120秒の間トランスファーモールダー
にて成形すれば半導体素子を密封することができる。
されたタブレット形態の樹脂造成物を170乃至180
℃にて90乃至120秒の間トランスファーモールダー
にて成形すれば半導体素子を密封することができる。
【0031】
【実施例】以下、本発明を実施例をあげながら具体的に
説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものでな
いことは勿論である。
説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものでな
いことは勿論である。
【0032】[実施例1〜5]次の表−1にて表した組
成の通り、組成成分をラジゲミキサーにて均一に混合し
て粉末状態の一次造成物を作る。これをニーダーを使用
して100℃にて10分間混練させた後粉砕してエポキ
シ樹脂成形材料を製造した。このようにして得られたエ
ポキシ樹脂組成物による成形材料に対して次の方法にて
物性を評価してその特性を表−2に表した。
成の通り、組成成分をラジゲミキサーにて均一に混合し
て粉末状態の一次造成物を作る。これをニーダーを使用
して100℃にて10分間混練させた後粉砕してエポキ
シ樹脂成形材料を製造した。このようにして得られたエ
ポキシ樹脂組成物による成形材料に対して次の方法にて
物性を評価してその特性を表−2に表した。
【0033】 1)スパイラルフロー(spiral flow) :EMMI規格に
準じて金型を製作し、成形温度175℃、圧力70kg
f/cm2 にて測定 2)ガラス転移温度(Tg):TMA測定設備を用いて
測定 3)弾性率 E(kgf/mm2 ):UTM利用 AS
TM D190に基づき測定 4)曲げ強度F(kgf/mm2 ):UTM利用 AS
TM D190に基づき測定 5)熱膨 係数α(℃-1):ASTM D696に基づ
き測定 6)VPSに依る蝋付け耐熱試験:215℃蒸気蝋付け
槽にて1分間放置後クラック(crack) 観察 7)金型汚染度:モールディングクリーナ未使用時、最
高モールディング可能回数測定[比較例1〜3]次の表
−1にて表した組成にて上記実施例と同一に実施し、そ
の物性も又、同一に測定してその特性を表−2に表し
た。
準じて金型を製作し、成形温度175℃、圧力70kg
f/cm2 にて測定 2)ガラス転移温度(Tg):TMA測定設備を用いて
測定 3)弾性率 E(kgf/mm2 ):UTM利用 AS
TM D190に基づき測定 4)曲げ強度F(kgf/mm2 ):UTM利用 AS
TM D190に基づき測定 5)熱膨 係数α(℃-1):ASTM D696に基づ
き測定 6)VPSに依る蝋付け耐熱試験:215℃蒸気蝋付け
槽にて1分間放置後クラック(crack) 観察 7)金型汚染度:モールディングクリーナ未使用時、最
高モールディング可能回数測定[比較例1〜3]次の表
−1にて表した組成にて上記実施例と同一に実施し、そ
の物性も又、同一に測定してその特性を表−2に表し
た。
【0034】
【表1】
【0035】
【表2】
【0036】
【発明の効果】本発明によれば、低応力化と同時に耐熱
性および成形性が向上した半導体素子密封用樹脂組成物
を提供することができる。
性および成形性が向上した半導体素子密封用樹脂組成物
を提供することができる。
Claims (2)
- 【請求項1】 オルソ−クレゾールノボラック型エポキ
シ樹脂、硬化剤、改質剤、硬化促進剤、無機充填剤から
成る半導体素子密封用樹脂組成物において、改質剤とし
て下記式(1)にて表されるマレイン酸イミド変性シロ
キサン系化合物を使用し、硬化剤として下記式(2)に
て表されるアリルエーテル化されたフェノール類ノボラ
ック樹脂を使用することを特徴とする耐熱性が向上され
た半導体素子密封用樹脂組成物。 【化1】 但し、R1: メチレン基、フェニレン基、置換フェニ
レン基 R2: メチル基、フェニール基、置換フェニール基 n : R1 がフェニレン基あるいは置換フェニレン基
の場合は1 R1 がメチレン基の場合は3または4 m : 1乃至100の整数 【化2】 但し、l=1乃至100の整数 k=1乃至100の整数 - 【請求項2】 マレイン酸イミド変性シロキサン系改質
剤が1.0乃至15重量%、アリルエーテル化したフェ
ノール類ノボラック樹脂が4乃至10重量%含まれるこ
とを特徴とする請求項1記載の耐熱性が向上された半導
体素子密封用樹脂組成物。
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