JPH05247180A - 電子部品封止用エポキシ樹脂成形材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 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リフロー時の耐
クラック性及びリフロー後の耐湿性が改善された電子部
品封止用エポキシ樹脂成形材料を提供する。 【構成】（Ａ）１分子中に２個以上のエポキシ基を持つ
エポキシ樹脂、（Ｂ）ナフトール類のメチロール化物と
フェノール類を酸触媒下で反応させて得られる変性フェ
ノール樹脂及び（Ｃ）材料全体に対して６０体積％以上
の無機充填剤を含有する電子部品封止用エポキシ樹脂成
形材料。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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、特に、表面実装用プラス
チックパッケージを対象とした電子部品封止用エポキシ
樹脂成形材料に関する。

【０００２】

【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。特
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。

【０００３】

【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、電子部品は従来のピン挿入型のパッケージから、表
面実装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
ケージの肉厚は非常に薄くなってきた。更に、これらの
パッケージは従来のピン挿入型のものと実装方法が異な
っている。即ち、ピン挿入型パッケージはピンを配線板
に挿入した後、配線板裏面からはんだ付けを行うため、
パッケージが直接高温にさらされることがなかった。し
かし、表面実装型ＩＣは配線板表面に仮止めを行い、は
んだバスやリフロー装置などで処理されるため、直接は
んだ付け温度にさらされる。この結果、ＩＣパッケージ
が吸湿した場合、はんだ付け時に吸湿水分が急激に膨張
し、パッケージをクラックさせてしまう。現在、この現
象が表面実装型ＩＣに係わる大きな問題となっている。

【０００４】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
湿梱包して出荷したり、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。

【０００５】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リフロー時の耐クラ
ック性及びリフロー後の耐湿性が改善された電子部品封
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。

【０００６】

【課題が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、エポキシ樹脂の
硬化剤として、特定のフェノール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、この知見
に基づいて本発明を完成するに至った。

【０００７】即ち、本発明は（Ａ）１分子中に２個以上
のエポキシ基を持つエポキシ樹脂、（Ｂ）ナフトール類
のメチロール化物とフェノール類を酸触媒下で反応させ
て得られる変性フェノール樹脂及び（Ｃ）材料全体に対
して６０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を提供する
ものである。

【０００８】本発明において用いられる（Ａ）のエポキ
シ樹脂としては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で、それを例示すればフェノ
ールノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボ
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、グ
リシジルアミン型エポキシ樹脂、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。

【０００９】本発明の（Ｂ）の変性フェノール樹脂は、
ナフトール類とアルデヒド類の反応により得られるナフ
トール類のメチロール化物とフェノール類を酸触媒下で
反応して得られる。（Ｂ）のナフトールのメチロール化
の工程については、特に限定するものではないが、エタ
ノール等のアルコール類、ケトン類、水これらの中から
選ばれた少なくとも１種類の溶媒中で、水酸化リチウ
ム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金
属水酸化物の存在下で反応させることが好ましい。

【００１０】ナフトール類としては、１−ナフトール、
２−ナフトール、２，７−ナフトール、１，６−ナフト
ール、２，３−ナフトール及びこれらの２〜４核体など
が用いられる。

【００１１】アルデヒド類としてはホルムアルデヒド、
パラホルム、ホルマリン等が用いられる。

【００１２】反応温度は、−３０〜５０℃で行うのが好
ましく、望ましくは−１０〜３０℃の温度範囲がよい。
上記の範囲より反応温度が低い場合、メチロール化反応
が遅く、５０℃以上では重合反応が起こってしまう。こ
の反応溶液を中和するために酸、例えば酢酸、議酸、ク
エン酸、アジピン酸、安息香酸などのカルボン酸が好ま
しく用いられる。塩酸、硫酸などの強酸を用いた場合に
は生成したナフトール類メチロール化物が重合してしま
うことがある。

【００１３】ナフトール類のメチロール化物とフェノー
ル類の縮合反応についても特に限定するものではない
が、塩酸、硫酸、ｐ−トルエンスルホン酸、蓚酸などの
酸触媒下で行われる。酸触媒の使用量はフェノール類に
対し０．００１〜０．１倍モル使用することが好まし
い。

【００１４】フェノール類は特に限定されるものではな
く、フェノール、ｐ−クレゾール、ノニ、ｏ−クレゾー
ル、ノニルフェノール、ｔｅｒｔ−ブチルフェノール、
キシレノールなど通常のフェノール樹脂合成に用いられ
るものであれば使用できる。

【００１５】反応は好ましくはアセトン等の溶媒中で行
われる。反応は溶媒のリフラックス温度で行うことが好
ましい。

【００１６】本発明に用いられる、（Ａ）のエポキシ樹
脂と（Ｂ）の変性フェノール樹脂の当量比は、硬化性、
耐熱性等の点から、０．８〜１．３の範囲が望ましい。

【００１７】また、本発明のエポキシ樹脂成形材料中に
は、エポキシ樹脂とフェノール樹脂の硬化反応を促進す
る硬化促進剤を配合することができる。この硬化促進剤
としては、例えば、１，８−ジアザビシクロ（５，４，
０）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。

【００１８】硬化促進剤は好ましくは、エポキシ樹脂に
対して０．１〜１０重量％用いられる。

【００１９】また、本発明のエポキシ樹脂成形材料には
充填剤としては吸湿性低減及び強度向上の観点から
（Ｃ）の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、またはこれら
を球形化したビーズなどが挙げられ、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、熱膨張係数の
低減、高温強度向上の観点から材料全体の６０容量％以
上とすることが必要である。

【００２０】本発明のエポキシ樹脂成形材料には、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及び難
燃剤などを配合することができる。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】

【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
ラック及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、高温で強度が高いこと、及び接着力が高いこ
とが要求される。

【００２４】本発明の特徴である、エポキシ樹脂の硬化
剤は、骨格の剛直性、疎水性に優れたナフタレン骨格を
有するフェノール樹脂であり、これにより耐熱性、吸湿
特性に優れたエポキシ樹脂成形材料を得ることができた
と推察され、その結果、耐リフロークラック性が向上し
たと考えられる。

【００２５】

【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。

【００２６】変性フェノール樹脂の合成 攪拌機、冷却器、温度計を備えた２リットルのフラスコ
にエタノール２００ｍｌ、水５０ｍｌ、水酸化ナトリウ
ム４０ｇを均一に溶解する。そこへ１−ナフトール１４
４ｇを溶解する。氷冷し２時間攪拌を続ける。ここへ３
７％ホルマリン２４３ｇを滴下する。その後２時間氷
冷、攪拌を続け、酢酸で中和する。１−ナフトールのジ
メチロール化物の収率は７２％であった。次にｐ−クレ
ゾール８６４ｇをアセトン４００ｍｌに溶解し１２規定
塩酸４ｍｌを触媒として加え還流する。そこへ先に合成
した１−ナフトールのジメチロール化物２００ｇ及びア
セトン１００ｍｌの混合物を滴下する。滴下終了後、２
時間還流攪拌を続け、その後アセトンを留去し、減圧下
未反応ｐ−クレゾールを取り除く。収量４００ｇ、水酸
基当量１１６、軟化点８９℃、数平均分子量４０３、分
散度（Ｍｗ／Ｍｎ）１．２５の極めて狭分散度のフェノ
ール樹脂が得られた。ここで得られた化合物を変性フェ
ノール樹脂［１］とした。

【００２７】また、ｏ−クレゾール８６４ｇをアセトン
４００ｍｌに溶解し、１２規定塩酸４ｍｌを触媒として
加え還流し、前述の１−ナフトールのジメチロール化物
２００ｇ及びアセトン１００ｍｌの混合物を滴下する。
滴下終了後、１時間還流攪拌を続け、その後アセトンを
留去し、減圧下未反応ｏ−クレゾールを取り除く。収量
３９０ｇ、水酸基当量１１６、軟化点８３℃、数平均分
子量３１４、分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）１．３１の極めて狭
分散度のフェノール樹脂が得られた。ここで得られた化
合物を変性フェノール樹脂［２］とした。

【００２８】エポキシ樹脂成形材料の作製 実施例１ エポキシ当量２００、軟化点７３℃のオルソクレゾール
ノボラック型エポキシ樹脂８０重量部と変性フェノール
樹脂［１］ ５３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、トリフェニルホスフィン １．８重量
部、カルナバワックス ３重量部、カーボンブラック
１重量部、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラ
ン ４重量部、石英ガラス粉 ７５重量％を配合し、１
０インチ径の加熱ロールを使用して、混練温度８０〜９
０℃、混練時間７〜１０分の条件でエポキシ樹脂成形材
料を作製した。

【００２９】実施例２ 実施例１の変性フェノール樹脂［１］を変性フェノール
樹脂［２］に置き換えた以外は実施例１と同様にしてエ
ポキシ樹脂成形材料を作製した。

【００３０】実施例３ 実施例１のオルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂
をエポキシ当量１９０のテトラメチルビフェニル型ジエ
ポキシ樹脂（ＹＸ−４０００Ｈ：油化シェルエポキシ株
式会社製商品名）に置き換え、変性フェノール樹脂
［１］の配合量を５６重量部とした以外は実施例１と同
様にしてエポキシ樹脂成形材料を作製した。

【００３１】実施例４ 実施例２のオルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂
をエポキシ当量１９０のテトラメチルビフェニル型ジエ
ポキシ樹脂（ＹＸ−４０００Ｈ：油化シェルエポキシ株
式会社製商品名）に置き換え、変性フェノール樹脂
［２］の配合量を５６重量部とした以外は実施例２と同
様にしてエポキシ樹脂成形材料を作製した。

【００３２】比較例 実施例１の変性フェノール樹脂を水酸基当量１０６、軟
化点８２℃のフェノールノボラック樹脂４８重量部に置
き換えた以外は実施例１と同様にしてエポキシ樹脂成形
材料を作製した。

【００３３】実施例１〜４及び比較例の特性を表１に、
試験法の詳細を表２に示す。

【００３４】本発明の効果を明確にするために、評価用
ＩＣを用いたリフロー時の耐クラック性及びリフロー後
の耐湿性の結果を示す。耐クラック性評価に用いたＩＣ
は外形が１９×１４×２．０（ｍｍ）のフラットパッケ
ージであり、８×１０×０．４（ｍｍ）の素子を搭載し
た８０ピン、４２アロ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、パッケージクラック
の有無を判定することにより行った。

【００３５】なお、ＩＣパッケージの成形は１８０℃、
９０秒、７０ｋｇｆ／ｃｍ²の条件で行い、成形後１８
０℃、５時間の後硬化を行った。

【００３６】表３にリフロー時の耐クラック試験の結果
を示す。表３に示すように実施例１〜４の材料は比較例
の材料と比較して、良好なリフロー性を示した。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【表２】

【００３９】

【表３】

【００４０】

【発明の効果】本発明によって得られたエポキシ樹脂成
形材料はリフロー時の耐クラック性及びリフロー後の耐
湿性が従来のものと比べ大きく改善でき、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。

【００４１】電子部品の分野、特にＦＰ（フラットパッ
ケージ）、ＳＯＰ（スモールアルトラインパッケージ）
などのＩＣではパッケージが薄型、小型になり、素子の
大型下と相まって耐パッケージクラック性が強く要求さ
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。

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｈ０１Ｌ 23/31

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（Ａ）１分子中に２個以上のエポキシ基を
   持つエポキシ樹脂、（Ｂ）ナフトール類のノチロール化
   物とフェノール類を酸触媒下で反応させて得られる変性
   フェノール樹脂及び（Ｃ）材料全体に対して６０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。