JPH06240111A - 電子部品封止用エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】一般式 【化１】 で示されるジヒドロキシビフェニール誘導体とベンズア
ルデヒドとを付加縮合重合させて得られるポリフェノー
ル類と、１分子中に２個以上のエポキシ基を有するエポ
キシ樹脂と、無機充填剤とが配合されてなる電子部品封
止用エポキシ樹脂組成物。 【効果】ポリフェノール類は剛直性と疎水性とを備えた
骨格を有するので、エポキシ樹脂組成物につき高度の低
応力化と耐湿性とが達成される。

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
シ樹脂組成物に関し、さらに詳しくは低応力化され、耐
湿性、はんだ耐熱性に優れた電子部品封止用エポキシ樹
脂組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】ダイオード、トランジスタ、集積回路な
どの電子部品は、主に熱硬化性樹脂組成物を用いて封止
する樹脂封止法がこれまで採られてきた。この熱硬化性
樹脂組成物を用いた樹脂封止法は、金属やセラミックを
用いたハーメチックシール方式をはじめとする気密封止
法に比較して低コストで大量生産が可能なため、広く実
用化されている。樹脂封止法において用いられる樹脂組
成物の中では、成形性、密着性、電気特性、機械的特性
等に優れているエポキシ樹脂が最も一般的にかつ最も多
く用いられている。エポキシ樹脂は単独では成型物とな
りえず、硬化剤を配合し、硬化剤とエポキシ樹脂との熱
硬化反応により３次元架橋構造をとることで成型物とし
ての機能を発揮する。

【０００３】エポキシ樹脂組成物に用いられる硬化剤に
は、有機二塩基酸無水物、ダイマー酸、脂肪族アミン、
芳香族アミン、ノボラック型フェノ−ル樹脂等があげら
れるが、電子部品封止用途には成形性と耐湿性等のバラ
ンスからノボラック型フェノ−ル樹脂が多用されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、電子
部品、とくに集積回路等の半導体素子は樹脂封止された
全体形状が小形化、薄型化しており、これに対応して電
子部品封止用樹脂成形物にも小形化、薄型化が要求され
ている。一方、集積回路が搭載された半導体素子（シリ
コンチップ）のチップサイズはますます大型化しつつあ
る。このため、従来のノボラック型フェノ−ル樹脂を硬
化剤に用いるエポキシ樹脂成型材料では、解決できない
問題点が表面化してきた。

【０００５】第１に、半導体素子（シリコンチップ）の
線膨脹係数と該チップをパッケ−ジするエポキシ樹脂組
成物の線膨脹係数には大きな差がある。このため、表面
実装時や内部発熱による温度変化により半導体素子に応
力がかかり半導体の信頼性が低下するという問題点が明
らかになってきた。この応力の問題は、チップサイズが
大きくなるほど、また、パッケ−ジが小形化、薄型化す
るほど深刻になり、封止済みの集積回路に、冷熱サイク
ルを加えると、リードフレームと素子をつなぐボンディ
ングワイヤーの断線、チップクラックやパッケージクラ
ックの発生といった問題を引き起こしていた。このた
め、エポキシ樹脂組成物に対して低応力化が要求され
る。

【０００６】第２に、このような線膨張率の大きな差に
より、半導体素子と封止樹脂間に剥離が生じる。薄型化
されたパッケ−ジではこの剥離部分を介して外界雰囲気
から水分が進入しやすく、不純物イオンを媒介して半導
体素子上の微細なアルミ配線を腐食・断線させ、半導体
装置の耐湿信頼性が著しく低下する。上記第１および第
２の問題が発生すると、半導体装置はその機能が消滅す
るか、信頼性が大きく低下する。

【０００７】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であって、電子部品の小形化、薄型化に対応して、電子
部品用エポキシ樹脂組成物について、高度の低応力化と
耐湿信頼性とを達成することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の問
題を解決すべく、ベース樹脂系に着目し検討を行った結
果、硬化剤として特定のポリフェノール類を用いること
によりエポキシ樹脂組成物の低応力化と耐湿性向上とを
達成できることを見いだし、本発明を完成させるにいた
った。

【０００９】本発明の電子部品封止用エポキシ樹脂組成
物は、一般式

【化２】 で示されるジヒドロキシビフェニール誘導体とベンズア
ルデヒドとを付加縮合重合させて得られるポリフェノー
ル類と、１分子中に２個以上のエポキシ基を有するエポ
キシ樹脂と、無機充填剤とが配合された構成とする。

【００１０】本発明のエポキシ樹脂組成物によって封止
される電子部品としては、ダイオード、トランジスタ、
サイリスタ、コイル、コンデンサ等の個別部品、各種集
積度の集積回路が搭載された半導体素子（シリコンチッ
プ）があげられる。

【００１１】本発明におけるエポキシ樹脂の硬化剤であ
るポリフェノール類は、ジヒドロキシビフェニール誘導
体とベンズアルデヒドを酸性触媒存在下に付加縮合重合
させることによって得られる。

【００１２】ジヒドロキシビフェニール誘導体は、次の
一般式で示される。

【００１３】

【化３】

【００１４】式中、(R)mおよび(R)nの各Ｒは、炭素数１
から８のアルキル基、アリル基およびアリール基のうち
のいずれかの基、又はハロゲン原子である。ｍは、０≦
ｍ≦４の範囲である。ｎは、０≦ｎ≦４の範囲である。
(R)mおよび(R)nの各Ｒは、同一であっても異なっていて
もよい。

【００１５】ジヒドロキシビフェニール類の具体的とし
ては、４，４’−ジヒドロキシビフェニールと４，４’
−ジヒドロキシ３、３’、５、５’−テトラメチルビフ
ェニ−ル等があげられ、これら又はその他のジヒドロキ
シビフェニール類の一種又は二種以上を混合して使用す
ることができる。

【００１６】本発明に用いられるポリフェノール類にお
いて、上記式中における(R)K，(R)L，(R)Mおよび(R)Nの
各Ｒは、炭素数１から８のアルキル基、アリル基および
アリール基のうちのいずれかの基、又はハロゲン原子で
ある。Ｋ，Ｌ，ＭおよびＮは、０≦Ｋ≦４，０≦Ｌ≦
４，０≦Ｍ≦４，０≦Ｎ≦４の範囲における整数を表
す。各Ｒは、同一であっても異なっていてもよい。

【００１７】ポリフェノール類の具体的としては、４，
４’−ジヒドロキシビフェニールとベンズアルデヒドと
の付加縮合重合反応によって得られた樹脂があげられ
る。

【００１８】ポリフェノール類は、剛直性と疎水性とを
備えたビフェニール骨格を有するフェノール誘導体であ
り、剛直性がエポキシ樹脂組成物の線膨脹係数の低下お
よび耐熱性の向上を、疎水性が吸湿量の低下をそれぞれ
高いレベルで達成する。

【００１９】ポリフェノール類の重合反応において、ノ
ボラック樹脂の合成に用いるものと同じ酸性触媒を用い
る。具体的に、酸性触媒としては、塩酸、硫酸、ｐ−ト
ルエンスルホン酸、シュウ酸等があげられるが、２００
℃前後で熱分解し、残存イオンを残さない点からしゅう
酸の使用が好ましい。

【００２０】本発明に用いられるエポキシ樹脂は、１分
子中に２個以上のエポキシ基を有する樹脂であって、電
子部品封止用エポキシ樹脂成型材料に通常用いられるも
のであれば特に制限はない。該エポキシ樹脂としては、
例えば、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、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から得られるノボラック樹脂をエポ
キシ化したノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール
Ａ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、
ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ
型エポキシ樹脂、ビフェニール型エポキシ樹脂をはじめ
とする芳香族２価フェノール類から得られるエポキシ樹
脂、フタル酸、ダイマー酸等の多塩基酸とエピハロヒド
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、イソシアヌール酸
等のポリアミンとエピハロ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等があげられるが、
耐熱性の点からエポキシ当量２３０以下のノボラック型
エポキシ樹脂またはビフェニール型エポキシ樹脂が好ま
しい。

【００２１】本発明のエポキシ樹脂組成物においては、
エポキシ樹脂中のエポキシ基のモル量に対するフェノー
ル性水酸基のモル量を０．８から１．２になるようにエ
ポキシ樹脂と硬化剤を配合することが好ましい。

【００２２】本発明に用いられる無機充填剤の具体例と
しては、溶融シリカ、結晶シリカ、合成シリカ、アルミ
ナ、けい酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭化けい素、
窒化けい素、窒化ホウ素、ベンガラ、マイカ、タルク、
クレー、バライタ、カオリン、ガラス繊維、ガラスビー
ズ、三酸化アンチモン、チタンホワイト等があげられ
る。これらの中でも、シリカ粉末やアルミナが好まし
く、その配合割合は樹脂組成物全体に対し５０重量％か
ら９２重量％が好ましい。５０重量％未満では硬化物の
線膨張係数および硬化収縮を低下させる効果が少なくな
り好ましくない。９２重量％を超えると、成形時の流動
性が悪くなりトランスファー成形が困難になるので好ま
しくない。

【００２３】本発明のエポキシ樹脂組成物には、エポキ
シ基とフェノール性水酸基の硬化反応を促進する硬化促
進剤を、必要に応じて用いることができる。この硬化促
進剤としては、例えば、トリス（ジメチルアミノ）フェ
ノール、１，８−ジアザービシクロ（５，４，０）ウン
デセン−７、トリエタノールアミン、ベンジルジメチル
アミン等の三級アミン、２−メチルイミダゾール、２−
フェニルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダ
ゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、等の
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等の有機ホスフィン
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、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、トリフェニルホスフィンテトラフェニルボ
レート、Ｎ−メチルモルホリンテトラフェニルボレート
等のテトラフェニルボロン塩、テトラメチルグアニジン
等があげられる。これらの硬化促進剤の使用量は、上述
のエポキシ樹脂１００重量部に対し０．０１から１０重
量部がよく、好ましくは０．１から３．０重量部がよ
い。

【００２４】本発明のエポキシ樹脂組成物には必要に応
じて、ゴム成分を配合することができる。たとえば天然
ゴムやポリブタジエン、ポリイソプレン、スチレンーブ
タジエン共重合体などの汎用の合成ゴム、ポリエチレン
グリコール、ポリプロピレングリコールなどのアルキレ
ングリコール類、その他キシレン樹脂、ポリビニールア
ルコール、熱可塑性エラストマー、ＡＴＢＮ、ＣＴＢ
Ｎ、フッ素ゴムまたは、ジメチルシロキサン、メチルフ
ェニルシロキサンなどのオルガノシロキサンおよびこれ
らの分子末端に、ヒドロキシ基、カルボキシル基、アミ
ノ基、エポキシ基、メルカプト基等の官能基をもつ化合
物があげられる。これらのゴム成分は、エポキシ樹脂組
成物に１０重量％を超えない範囲で添加することができ
る。これらのゴム成分は単独で用いてもよいし、２種以
上を組み合わせて用いてもよい。

【００２５】本発明の組成物には、上記成分以外にブロ
ム化エポキシ樹脂に代表される公知の難燃化剤、高級脂
肪酸、エステル系ワックスに代表される公知の離型剤、
エポキシシラン、ビニルシラン、アミノシラン、ボラン
化合物アルコキシチタネート化合物、アルミキレート化
合物に代表される公知のカップリング剤、カーボンブラ
ックに代表される公知の顔料を配合することができる。

【００２６】本発明の組成物は、ポリフェノール類と、
エポキシ樹脂と、無機充填剤と、必要に応じて用いられ
る他の成分とを、ロール、エクストルーダー、連続ニー
ダー、ヘンシェルミキサーなどの混合装置を用いて均一
に混練することにより容易に製造される。

【００２７】なお、各成分のうちゴム成分は一般にエポ
キシ樹脂や硬化剤であるポリフェノールとの相溶性が低
く、ゴム成分を均一に分散させるためには、あらかじめ
エポキシ樹脂、硬化剤、あるいは無機充填剤と予備混合
する方法や、加熱処理により、一部反応させる方法など
を採用することが好ましい。また、無機充填剤とエポキ
シ樹脂との密着性を良好にするため、該無機充填剤を上
記カップリング剤により、あらかじめ処理することも可
能である。

【００２８】

【実施例】次に、本発明の実施例および比較例を説明す
るが、本発明は以下の実施例に限定されるものではな
い。

【００２９】本発明にかかるエポキシ樹脂の硬化剤であ
るポリフェノール類は以下に示す方法で合成し、ポリフ
ェノール類の樹脂試料Ａを得た。

【００３０】（樹脂試料Ａの調製）ベンズアルデヒドと
付加縮合反応を行うジヒドロキシビフェニール誘導体に
は、４，４’ージヒドロキシビフェニールを用いた。セ
パラブルフラスコに、温度計、リフラックスコンデンサ
ー、かくはん器、およびマントルヒーターを取り付けて
おく。このセパラブルフラスコに、ベンズアルデヒド１
８８重量部、４，４’ージヒドロキシビフェニール１８
６０重量部、メチルイソブチルケトン６００重量部およ
びシュウ酸６４重量部を仕込み、温度８０℃に保ちつつ
各成分を溶解した。溶解終了後、還流温度で１８時間反
応させた。反応終了後、反応生成水を共沸蒸留により系
内から除去し、さらに減圧下温度１９０℃にてメチルイ
ソブチルケトンを留去し、淡黄色透明のポリフェノール
の樹脂試料Ａを得た。

【００３１】（エポキシ樹脂組成物の配合成分）硬化剤
として上記樹脂試料Ａを用い、エポキシ樹脂としてビフ
ェニール型エポキシ樹脂（ＹＸ−４０００、油化シェル
エポキシ（株）製）を、無機充填剤として合成シリカ粉
末を用い、さらに、表１に示すようなその他の添加剤を
用いた。そして、以下の（１）〜（６）に説明するよう
に、樹脂組成物の調製と評価とをそれぞれ行った。

【００３２】

【表１】

【００３３】（１）エポキシ樹脂組成物の調製 実験番号１〜５について、表１に示す配合割合で合成シ
リカ粉末、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、その他
の成分をミルでドライブレンドして、粉末状の配合物を
得た。

【００３４】この配合物を温度１００℃にて、連続ニー
ダーで加熱混練した。混練後、すみやかに５℃に冷却
し、ミルで微粉砕し粉末状の熱硬化性樹脂組成物（粉末
状試料）を得た。この粉末状試料の一部を錠剤成形器で
打錠し、タブレット化された錠剤状試料を得た。

【００３５】（２）成形物試料の耐湿信頼性 ２本のアルミニウム配線をシリコンチップ上に有するテ
ストチップを、上記（１）で調製した錠剤状試料を用い
て、金型温度１８０℃、硬化時間９０秒で低圧トランス
ファー成形を行った後、１７５℃で７時間のポストキュ
ア（後硬化）処理を行い、成形物試料を得た。なお、シ
リコンチップの外形寸法は幅５．１ｍｍ，長さ１４．１
ｍｍ，厚み０．４ｍｍ、成形物試料の外形寸法は幅８ｍ
ｍ，長さ１６ｍｍ，厚み２．５ｍｍである。

【００３６】得られた成形物試料１００個について、シ
リコンチップ上のアルミニウム配線間に１５ボルトのバ
イアス電圧を印加した状態で、温度１３３℃、相対湿度
１００％に設定された環境試験装置内に収容しておき、
アルミニウム配線の断線率が５０％になる時間を求め、
成形物試料の耐湿信頼性を評価した。

【００３７】（３）はんだ耐熱性 上記（２）の成形物試料２０個について、温度８５℃、
相対湿度８５％に設定された環境試験装置内で１６８時
間の吸湿処理を行った後、温度２６０℃のはんだ浴に１
０秒間浸漬し、クラックの発生数ではんだ耐熱性を評価
した。

【００３８】（４）エポキシ樹脂組成物の溶融粘度測定 溶融粘度は、高化式フローテスターを用い、以下に記述
する方法で測定した。上記（１）で調製した粉末状試料
２ｇを天秤で精秤し、錠剤成形器で打錠することによっ
て直径１０．３ｍｍのペレット状試料を得た。このペレ
ット状試料について、シリンダー温度１７５℃、ノズル
寸法１ｍｍφ×１０ｍｍ、荷重１０ｋｇの条件にて測定
を行った。溶融粘度は、フローカーブの最大勾配から算
出した。

【００３９】（５）成形物試料の線膨張係数測定 上記（２）の成形物試料について、封止樹脂のガラス転
移点以前における線膨張係数を、熱機械分析（ＴＭＡ）
法により測定した。

【００４０】（６）成形物試料の吸湿量測定 上記（２）の成形物試料５０個を吸湿量測定サンプルに
供した。これらサンプルは、１０個ずつ５ロットに区分
しておき、あらかじめ１２５℃のオーブン内で１５時間
の排湿処理を行った後、温度８５℃、相対湿度８５％に
設定された環境試験装置内で１６８時間の吸湿処理を行
った。吸湿前後の重量を測定して重量増加率を求め、こ
の重量増加率より封止樹脂における吸湿量を算出した。

【００４１】（比較例）硬化剤としてノボラック型フェ
ノール樹脂（ＭＰ−１２０、群栄化学（株）製）を用い
た。比較例の実験番号１〜３のすべてについて、硬化剤
以外の配合成分として本発明の実施例と同じものを用い
た。比較例についても、表３に示す配合割合にしたがっ
て、本発明の実施例と同様の方法でエポキシ樹脂組成物
試料の調製と評価とを行った。

【００４２】本発明の実施例および比較例の評価結果
は、表２に示す通りであった。

【００４３】

【表２】

【００４４】表２から明らかなように、本発明の実施例
に係るエポキシ樹脂組成物は、比較例よりも封止樹脂の
線膨脹係数が小さく低応力化が図れると共に、成形物試
料について高い耐湿信頼性と低い吸湿量とを示すことが
分かった。また、はんだ耐熱性にも優れていることが分
かった。

【００４５】

【発明の効果】本発明のポリフェノール類は、剛直性と
疎水性を備え、剛直性がエポキシ樹脂組成物の線膨脹係
数の低下および耐熱性の向上を、疎水性が吸湿量の低下
をそれぞれ高いレベルで達成するので、ポリフェノール
類を硬化剤として用いる電子部品封止用エポキシ樹脂組
成物は、耐湿性、はんだ耐熱性および線膨脹係数の低下
による低応力化が高いレベルで達成される。高度の低応
力化により、使用時における応力の発生、はんだ浸漬時
における熱応力の緩和が可能になる。

【００４６】しかも、例えば本発明の電磁部品封止用エ
ポキシ樹脂組成物を半導体封止用組成物として用いる場
合には、半導体の耐湿信頼性低下の大きな原因となるは
んだ浴浸漬時における応力の発生を緩和することができ
ると共に、材料自体のはんだ耐熱性が向上するので、エ
ポキシ樹脂材料の耐湿性を大幅に改善することもでき
る。

【００４７】その結果、半導体の耐湿信頼性を向上する
と共に、低応力化によって、半導体チップと封止材料と
の剥離、半導体チップ表面の損傷防止、チップクラッ
ク、パッケージクラック等を防止することができる。

───────────────────────────────────────────────────── 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 (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一般式 【化１】 で示されるジヒドロキシビフェニール誘導体とベンズア
   ルデヒドとを付加縮合重合させて得られるポリフェノー
   ル類と、 １分子中に２個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂
   と、 無機充填剤とが配合されてなることを特徴とする電子部
   品封止用エポキシ樹脂組成物。
2. 【請求項２】 上記エポキシ樹脂は、少なくともノボラ
   ック型エポキシ樹脂を含むことを特徴とする請求項１記
   載の電子部品封止用エポキシ樹脂組成物。
3. 【請求項３】 上記エポキシ樹脂は、少なくともビフェ
   ニ−ル型エポキシ樹脂を含むことを特徴とする請求項１
   記載の電子部品封止用エポキシ樹脂組成物。