JPH06184280A - エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

エポキシ樹脂組成物

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JPH06184280A
JPH06184280A JP33926392A JP33926392A JPH06184280A JP H06184280 A JPH06184280 A JP H06184280A JP 33926392 A JP33926392 A JP 33926392A JP 33926392 A JP33926392 A JP 33926392A JP H06184280 A JPH06184280 A JP H06184280A
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  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 3,3′,5,5′−テトラメチル−4,
4′−ジヒドロキシビフェニルグリシジルエーテル、式
(1)の可撓性フェノール樹脂硬化剤とトリフェニルホ
スフィンとの溶融混合物及び溶融シリカ粉末からなるエ
ポキシ樹脂組成物。 【化1】 【効果】 耐半田クラック性に非常に優れ、かつ耐湿
性、成形性、硬化性にも優れており、表面実装パッケー
ジに搭載された高集積大型チップICに好適である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイスの表面
実装化における耐半田ストレス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。
【0002】
【従来の技術】従来、ダイオード、トランジスタ、集積
回路等の電子部品を熱硬化性樹脂で封止しているが、特
に集積回路では耐熱性、耐湿性に優れたオルソクレゾー
ルノボラックエポキシ樹脂をノボラック型フェノール樹
脂で硬化させたエポキシ樹脂組成物が用いられている。
ところが近年、集積回路の高集積化に伴いチップがだん
だん大型化し、かつパッケージは従来のDIPタイプか
ら表面実装化された小型、薄型のフラットパッケージ、
SOP,SOJ,PLCCに変わってきている。即ち大
型チップを小型で薄いパッケージに封入することにな
り、応力によりクラック発生、これらのクラックによる
耐湿性の低下等の問題が大きくクローズアップされてき
ている。特に半田付けの工程において急激に200℃以
上の高温にさらされることによりパッケージの割れや樹
脂とチップの剥離により耐湿性が劣化してしまうといっ
た問題点がでてきている。従ってこれらの大型チップを
封止するのに適した、信頼性の高い封止用樹脂組成物の
開発が望まれてきている。
【0003】これらの問題を解決するためにエポキシ樹
脂として式(1)で示されるエポキシ樹脂の使用(特開
昭64−65116号公報)が
【0004】
【化4】 (式中のR1〜R8は水素、ハロゲン、アルキル基の中か
ら選択される同一もしくは異なる原子または基)
【0005】検討されてきた。式(1)で示されるエポ
キシ樹脂の使用によりレジン系の低粘度化が図られ、従
って溶融シリカ粉末を更に多く配合することにより組成
物の成形後の低熱膨張化及び低吸水化により耐半田スト
レス性の向上が図られた。ただし、溶融シリカ粉末を多
く配合することによる弾性率の増加も一方の弊害であ
り、更なる耐半田ストレス性の向上が必要である。この
問題を解決するために近年、式(2)、式(3)で示さ
れる可撓性フェノール樹脂硬化剤の使用が検討されてき
ている。しかしながら、式(2)、式(3)で示される
フェノール樹脂硬化剤はエポキシ樹脂との反応性に劣
り、ゲルタイムが長い、バリが発生しやすい、熱時硬度
が低い、離型性が劣る、成形品表面に未反応成分による
白色斑点が存在する等の問題があり、改良の必要があっ
た。
【0006】これらの問題を解決する手段として、硬化
促進剤の添加量の増加があるが、一般に硬化促進剤の添
加量を増加させると、硬化性は促進され上記の問題は解
決されるが、それに伴いエポキシ樹脂組成物の耐湿性が
低下する。従って、硬化促進剤の添加量を可能な限り少
なくし、かつ硬化性を上げる手段の開発が必要となって
きた。この手段としてノボラック型フェノール樹脂と硬
化促進剤の溶融が提案されている(特開昭60−425
3号公報)。しかしながら、式(2)、式(3)の可撓
性フェノール樹脂硬化剤を併用したエポキシ樹脂組成物
では充分な硬化性の改良に至らず、更に改良が必要とな
ってきている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は半田付け工程
における急激な温度変化による熱ストレスを受けたとき
の耐クラック性に非常に優れ、かつ耐湿性、成形時の反
応性の違いから生じるバリ、白色斑点、離型性等の諸問
題の改良されたエポキシ樹脂組成物を提供することにあ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、(A)式
(1)で示されるエポキシ樹脂
【0009】
【化5】 (式中のR1〜R8は水素、ハロゲン、アルキル基の中か
ら選択される同一もしくは異なる原子または基)
【0010】を総エポキシ樹脂量に対して50〜100
重量%含むエポキシ樹脂、(B)式(2)及び/または
式(3)で示される可撓性フェノール樹脂硬化剤と硬化
促進剤とを予め加熱溶融されてなる溶融混合物及び
【0011】
【化6】 (式中のRはパラキシリレン、nの値は1〜5)
【0012】
【化7】 (式中のRはジシクロペンタジエン、テルペン類、シク
ロペンタジエン、シクロヘキサノンの各々の水素の2個
を除いた残基の中から選択され、nの値は0〜4)
【0013】(C)無機充填材を必須成分とする半導体
封止用エポキシ樹脂組成物である。
【0014】本発明に用いる式(1)の構造で示される
ビフェニル型エポキシ樹脂は1分子中に2個のエポキシ
基を有する2官能性エポキシ樹脂で、従来の多官能性エ
ポキシ樹脂に比べ溶融粘度が低く、トランスファー成形
時の流動性に優れる。従って組成物の溶融シリカ粉末を
多く配合することができ、低熱膨張化及び低吸水化が図
られ、耐半田ストレス性に優れるエポキシ樹脂組成物を
得ることができる。
【0015】このビフェニル型エポキシ樹脂の使用量
は、これを調節することにより耐半田ストレス性を最大
限に引き出すことができる。耐半田ストレス性の効果を
出すためには、式(1)で示されるビフェニル型エポキ
シ樹脂を総エポキシ樹脂量の50重量%以上、好ましく
は70重量%以上使用するのが望ましい。50重量%未
満だと低熱膨張化及び低吸水性が得られず、耐半田スト
レス性が不充分である。更に式中のR1〜R4はメチル
基、R5〜R8は水素原子が好ましい。
【0016】式(1)で示されるビフェニル型エポキシ
樹脂以外に他のエポキシ樹脂を併用する場合、用いるエ
ポキシ樹脂とはエポキシ基を有するポリマー全般をい
う。例えばビスフェノール型エポキシ樹脂、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、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂及び
アルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂等の
3官能型エポキシ樹脂、トリアジン核含有エポキシ樹脂
等のことをいう。
【0017】本発明に用いる溶融混合物は式(2)及び
/または式(3)の可撓性フェノール樹脂硬化剤と硬化
促進剤からなる。式(2)及び式(3)の構造で示され
るフェノール樹脂硬化剤は分子構造中に比較的柔軟な構
造を有する可撓性フェノール樹脂硬化剤であり、フェノ
ールノボラック樹脂硬化剤に比べ半田処理温度近辺での
弾性率の低下とリードフレーム及び半導体チップとの密
着力を向上せしめことができる。従って半田付け時の発
生応力の低下と、それに伴なう半導体チップ等との剥離
不良の防止に有効である。
【0018】更に式(2)中のRはパラキシリレンで、
nの値は1〜5である。nが5を越えるとトランスファ
ー成形時での流動性が低下し、成形性が劣る傾向があ
る。また式(3)中のRはジシクロペンタジエン、テル
ペン類、シクロペンタジエン、シクロヘキサノンの各々
の水素の2個を除いた残基で、これらの中ではテルペン
類の水素の2個を除いた残基が好ましい。nの値は0〜
4である。nが4を越えるとトランスファー成形時での
流動性が低下し、成形性が劣る傾向がある。
【0019】本発明に用いる硬化促進剤はエポキシ基と
水酸基との反応を促進するものであればよく、一般に封
止用材料に使用されているものを広く使用することがで
き、例えばジアザビシクロウンデセン(DBU)、トリ
フェニルホスフィン(TPP)、ジメチルベンジルアミ
ン(BDMA)や2−メチルイミダゾール(2MZ)等
が単独もしくは2種類以上混合して用いられる。硬化促
進剤の添加量は、樹脂組成物中に0.1〜0.5重量%
であることが好ましい。
【0020】本発明の特徴は、式(2)及び/または式
(3)で示される可撓性フェノール樹脂硬化剤に硬化促
進剤を予め溶融混合した溶融混合物を用いることであ
る。可撓性フェノール樹脂硬化剤と硬化促進剤の溶融混
合手順は、例えば以下のようなものであるが、これに限
定されるものではない。予め加熱溶融させた可撓性フェ
ノール樹脂硬化剤を撹拌しながら、徐々に硬化促進剤を
添加し溶融混合物を得る。この際溶融混合温度は可撓性
フェノール樹脂硬化剤の軟化点及び硬化促進剤の融点を
越える温度で行うことが好ましい。溶融混合時間は、特
に限定するものではないが溶融混合系が透明になってか
ら、30分間程度であれば通常充分である。
【0021】この溶融混合物はフェノールノボラック樹
脂硬化剤と併用してもよい。併用するフェノールノボラ
ック樹脂硬化剤は、フェノール類とホルムアルデヒド等
のアルデヒド源との重縮合反応により合成される1分子
中に2個以上のフェノール性水酸基を有する通常の樹
脂、例えばフェノールノボラック樹脂、クレゾールノボ
ラック樹脂である。
【0022】この溶融混合物の量を調節することによ
り、耐半田ストレス性を最大限に引き出すことができ
る。耐半田ストレス性の効果を引き出すためには、溶融
混合物中の式(2)及び/または式(3)で示される可
撓性フェノール樹脂硬化剤を総フェノール樹脂硬化剤量
に対して30重量%以上、更に好ましくは50重量%以
上使用するのが望ましい。使用量が30重量%未満だと
低弾性及びリードフレーム、半導体チップとの密着力が
不充分で耐半田ストレス性の向上が望めない。
【0023】フェノールノボラック樹脂硬化剤に比べ
て、エポキシ樹脂との反応速度が遅い可撓性フェノール
樹脂硬化剤に硬化促進剤を溶融混合して得られる溶融混
合物を用いることにより、フェノールノボラック樹脂硬
化剤と同等の反応速度を得ることができる。これにより
フェノールノボラック樹脂と併用しても、反応速度の差
による硬化後のエポキシ樹脂組成物中の未反応の可撓性
フェノール樹脂硬化剤の残留を防ぐことができ、成形品
表面に未反応成分による白色斑点の存在、熱時硬度が低
下等の諸問題を解決することができる。溶融混合物の使
用として、別々に製造した2種以上の溶融混合物をエポ
キシ樹脂組成物の製造時に用いてもよい。
【0024】本発明で用いる無機充填材としては、溶融
シリカ粉末、球状シリカ粉末、結晶シリカ粉末、2次凝
集シリカ粉末、多孔質シリカ粉末、2次凝集シリカ粉末
または多孔質シリカ粉末を粉砕したシリカ粉末、アルミ
ナ等が挙げられ、特に溶融シリカ粉末、球状シリカ粉
末、及び溶融シリカ粉末と球状シリカ粉末との混合物が
好ましい。また無機充填材の配合量としては耐半田スト
レス性と成形性のバランスから組成物総量に対して70
〜90重量%が好ましい。
【0025】本発明の封止用エポキシ樹脂組成物はエポ
キシ樹脂、可撓性フェノール硬化剤と硬化促進剤との溶
融混合物および無機充填材を必須成分とするが、これ以
外に必要に応じて、シランカップリング剤、ブロム化エ
ポキシ樹脂、三酸化アンチモン、ヘキサブロムベンゼン
等の難燃剤、カーボンブラック、ベンガラ等の着色剤、
天然ワックス、合成ワックス等の離型剤及びシリコーン
オイル、ゴム等の低応力添加剤等の種々の添加剤を適宜
配合しても差し支えがない。
【0026】また、本発明の封止用エポキシ樹脂組成物
を成形材料として製造するには、エポキシ樹脂、溶融混
合物、無機充填材、その他の添加剤をミキサー等によっ
て充分に均一に混合した後、さらに熱ロール又はニーダ
ー等で溶融混練し、冷却後粉砕して成形材料とすること
ができる。これらの成形材料は電子部品あるいは電気部
品の封止、被覆、絶縁等に適用することができる。
【0027】溶融混合物の製造例 溶融混合物1 式(4)で示される可撓性フェノール樹脂硬化剤(軟化
点75℃、水酸基当量175g/eq、nが1から4の
混合物であり、重量割合でn=1が20、n=2が4
0、n=3が30、n=4が10)600重量部とトリ
フェニルホスフィン20重量部を120℃で5分間溶融
混合した(以下溶融混合Aとする)。
【0028】
【化8】
【0029】溶融混合物2 式(5)で示される可撓性フェノール樹脂硬化剤(軟化
点120℃、水酸基当量17g/eq、nが0から3の
混合物であり、重量割合でn=0が10、n=1が4
0、n=2が30、n=3が20)600重量部とトリ
フェニルホスフィン20重量部を170℃で5分間溶融
混合した(以下溶融混合Bとする)。
【0030】
【化9】
【0031】溶融混合物3 フェノールノボラック樹脂硬化剤(軟化点105℃、水
酸基当量104g/eq)600重量部に、トリフェニ
ルホスフィン60重量部を120℃で5分間溶融混合し
た(以下溶融混合物Cとする)。
【0032】
【実施例】以下本発明を実施例で具体的に説明する。 実施例1 下記組成物 式(6)で示されるエポキシ樹脂(軟化点107℃、エポキシ当量190g/ eq) 12重量部
【0033】
【化10】
【0034】 溶融混合物A 6.2重量部 フェノールノボラック樹脂硬化剤(軟化点105℃、水酸基当量104g/e q) 2重量部 溶融シリカ粉末 78.8重量部 カーボンブラック 0.5重量部 カルナバワックス 0.5重量部 を、ミキサーで常温で混合し、70〜100℃で2軸ロ
ールにより混練し、冷却後粉砕した成形材料とした。得
られた成形材料を、タブレット化し、低圧トランスファ
ー成形機にて175℃、70kg/cm2、120秒の
条件で半田クラック試験用として6×6mmのチップを
52pパッケージに封止し、また半田耐湿性試験用とし
て3×6mmのチップを16pSOPパッケージに封止
した。封止したテスト用素子について下記の半田クラッ
ク試験及び半田耐湿性試験を行った。評価結果を表1に
示す。
【0035】評価試験 半田クラック試験:封止したテスト用素子を85℃、8
5%RHの環境下で48Hr及び72Hr処理し、その
後260℃の半田槽に10秒間浸漬後、顕微鏡で外部ク
ラックを観察した。 半田耐湿性試験:封止したテスト用素子を85℃、85
%RHの環境下で72Hr処理し、その後260℃の半
田槽に10秒間浸漬後、プレッシャークッカー試験(1
25℃、100%RH)を行い回路のオープン不良を測
定した。 成形性試験:175℃、70Kg/cm2でトランスフ
ァー成形機を用いて、16pDIPを成形し、離型10
秒後にバコール硬度を測定した。得られた成形品によ
り、ベンド、バリ、離型性、外観のチェックを行った。 ゲルタイム:175℃の熱板上で測定した。
【0036】実施例2、3 表1の処方に従って配合し、実施例1と同様にして成形
材料を得た。この成形材料で試験用の封止した成形品を
得、この成形品を用いて実施例1と同様に半田クラック
試験及び半田耐湿性試験を行った。試験結果を表1に示
す。
【0037】比較例1〜4 表1の処方に従って配合し、実施例1と同様にして成形
材料を得た。比較例1、3、4に用いる可撓性フェノー
ル樹脂硬化剤は式(4)で示されるものである(軟化点
75℃、水酸基当量175g/eq、nが1から4の混
合物であり、重量割合でn=1が20、n=2が40、
n=3が30、n=4が10)。比較例1、3、4に用
いる可撓性フェノール樹脂硬化剤は式(5)で示される
ものである(軟化点120℃、水酸基当量17g/e
q、nが0から3の混合物であり、重量割合でn=0が
10、n=1が40、n=2が30、n=3が20)。
この成形材料で試験用の封止した成形品を得、この成形
品を用いて実施例1と同様に半田クラック試験及び半田
耐湿性試験を行った。試験結果を表1に示す。
【0038】
【表1】
【0039】
【発明の効果】本発明に従うと従来技術では得ることの
できなかった可撓性フェノール樹脂硬化剤及びエポキシ
樹脂よりなる組成物の成形性、硬化性の改良が達成で
き、半田付け工程における急激な温度変化による熱スト
レスを受けた時の耐クラック性に非常に優れ、更に耐湿
性が良好なことから電子、電気部品の封止用、被覆用、
絶縁用等に用いた場合、特に表面実装パッケージに搭載
された高集積大型チップICにおいて信頼性が非常に必
要とする製品について好適である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)式(1)で示されるエポキシ樹脂 【化1】 (式中のR1〜R8は水素、ハロゲン、アルキル基の中か
    ら選択される同一もしくは異なる原子または基)を総エ
    ポキシ樹脂量に対して50〜100重量%含むエポキシ
    樹脂、 (B)式(2)及び/または式(3)で示される可撓性
    フェノール樹脂硬化剤と硬化促進剤とを予め加熱溶融さ
    れてなる溶融混合物及び 【化2】 (式中のRはパラキシリレン、nの値は1〜5) 【化3】 (式中のRはジシクロペンタジエン、テルペン類、シク
    ロペンタジエン、シクロヘキサノンの各々の水素の2個
    を除いた残基の中から選択され、nの値は0〜4) (C)無機充填材を必須成分とすることを特徴とする半
    導体封止用エポキシ樹脂組成物。
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JP2001192532A (ja) * 2000-01-11 2001-07-17 Sumitomo Bakelite Co Ltd エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001192532A (ja) * 2000-01-11 2001-07-17 Sumitomo Bakelite Co Ltd エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP4491884B2 (ja) * 2000-01-11 2010-06-30 住友ベークライト株式会社 エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

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