JPH0645740B2

JPH0645740B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物

Info

Publication number: JPH0645740B2
Application number: JP1050695A
Authority: JP
Inventors: 和俊富吉; 利夫塩原; 初二白石; 浩二二ツ森
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1989-03-01
Filing date: 1989-03-01
Publication date: 1994-06-15
Anticipated expiration: 2009-06-15
Also published as: JPH02228354A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、成形時の流動性が良好である上、吸湿後の半
田耐湿性、耐クラック性に優れた低応力性の硬化物を与
える半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びその硬化物に
関する。

従来の技術及び発明が解決しようとする課題従来、エポキシ樹脂、硬化剤及び無機質充填剤を配合し
たエポキシ樹脂組成物は、半導体封止用として広く用い
られているが、最近、このエポキシ樹脂組成物に低応力
性を付与することを目的として、シリコーン系改質剤、
ポリブタジエン系改質剤を添加したり、更には膨張係数
を下げるために無機質充填剤添加量を増量することが検
討されている。

しかしながら、このような方法では、組成物の応力性は
低くなるものの、無機質充填剤添加量を増量すると成形
時の流動性や硬化剤の吸湿後の半田耐湿性が悪くなる傾
向があり、低応力性と吸湿後の半田耐湿性及び流動性と
いった封止剤にとって重要な性能を両立させることが難
しいという重大な欠点があった。

また、最近の動向として、フラットパッケージ、ＳＯＪ
パッケージに代表されるように半導体装置は薄型化が進
んでいるが、薄型の半導体装置をプリント基板へ装着す
る際、パッケージ内に水分が存在すると水蒸気爆発が起
こり、この爆発でパッケージにクラックが入ったり、Ｓ
ｉチップの表面に隙間が生じるなどの問題が発生してき
ている。

このため、硬化物が低応力で、しかも半田特性、特に吸
湿後の耐湿性、耐クラック性に優れ、かつ成形時の流動
性が良好な半導体封止用エポキシ樹脂組成物の開発が望
まれていた。

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、成形時の流動
性が良好である上、吸湿後に半田処理等の複合処理をし
た際の耐湿性、耐クラック性が良好で、吸湿後の半田特
性に優れた低応力性の硬化剤を与える半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物及びその硬化物を提供することを目的と
する。

課題を解決するための手段及び作用本発明者は、上記目的を達成するため、半導体封止用エ
ポキシ樹脂組成物用の無機質充填剤について鋭意検討を
重ねた結果、エポキシ樹脂と硬化剤と無機質充填剤とを
含有してなるエポキシ樹脂組成物において、無機質充填
剤として（イ）平均粒径５〜３５μｍの球状シリカと、
（ロ）平均粒径０．１〜２μｍの球状シリカと、（ハ）
球状シリカを粉砕することにより得られる平均粒径２〜
１５μｍの破砕シリカとを、無機質充填剤の配合量全体
に対して（イ）の球状シリカを２０〜８０％（重量％、
以下同様）、（ロ）の球状シリカを１〜２０％、（ハ）
の破砕シリカを２０〜８０％の割合で併用した場合、前
記（イ）や（ロ）の球状シリカ単独使用では硬化物の半
田特性が非常に悪く、また、（イ）の球状シリカと
（ハ）の破砕シリカとを併用した場合には硬化物の吸湿
後の半田特性は改良されるものの成形時の流動性が損な
われるという問題を解決して、成形時の流動性が良好で
あると共に、吸湿後の半田特性に優れた低応力性の硬化
物を与える半導体封止用エポキシ樹脂組成物が得られる
ことを知見し、本発明をなすに至った。

従って、本発明は、エポキシ樹脂と硬化剤と無機質充填
剤とを含有してなるエポキシ樹脂組成物において、無機
質充填剤として平均粒径５〜３５μｍの球状シリカを２
０〜８０重量％と、平均粒径０．１〜２μｍの球状シリ
カを１〜２０重量％と、球状シリカを粉砕することによ
り得られる平均粒径２〜１５μｍの破砕シリカ20〜80重
量％とからなるものを使用したことを特徴とする半導体
封止用エポキシ樹脂組成物を提供する。

以下、本発明につき更に詳述する。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ
樹脂と硬化剤と無機質充填剤とを含有する。

この場合、本発明に使用するエポキシ樹脂は１分子中に
２個以上のエポキシ基を有するものであれば特に制限は
なく、例えばオルソ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，脂環式エポ
キシ樹脂，ビスフェノール型エポキシ樹脂，置換又は非
置換のトリフェノールアルカン型エポキシ樹脂，上記エ
ポキシ樹脂類のハロゲン化物などを挙げることができ、
これらの１種又は２種以上が適宜選択して使用される。

また、硬化剤はエポキシ樹脂に応じたものが使用され、
例えばアミン系硬化剤，酸無水物系硬化剤，フェノール
ノボラック型硬化剤などが用いられるが、中でもフェノ
ールノボラック型硬化剤が組成物の成形性、耐湿性とい
った面でより望ましい。なお、フェノールノボラック型
硬化剤として、具体的にはフェノールノボラック樹脂，
クレゾールノボラック樹脂等が例示される。

ここで、硬化剤の配合量は別に制限されないが、フェノ
ールノボラック型硬化剤を使用する場合は、エポキシ樹
脂中のエポキシ基と硬化剤中のフェノール性水酸基との
モル比を０．５〜１．５の範囲にすることが好適であ
る。

更に、本発明組成物には、エポキシ樹脂と硬化剤との反
応を促進させるために硬化促進剤を配合することが好ま
しい。硬化促進剤としてはイミダゾール化合物，１，８
−ジアザビシクロ（５．４．０）ウンデセン−７（ＤＢ
Ｕ）等のウンデンセン化合物、トリフェニルホスフィン
等のホスフィン化合物、三級アミン類などの１種又は２
種以上が用いられる。なお、硬化促進剤の使用量は特に
制限されず、通常の使用量でよい。

更に、本発明では、エポキシ樹脂組成物の応力を低下さ
せる目的でシリコーン系ポリマーを配合することが好ま
しく、シリコーン系ポリマーを添加すると、熱衝撃テス
トにおけるパッケージクラックの発生が著しく少なくな
る。

ここで、シリコーン系ポリマーとしては、例えばエポキ
シ基，アミノ基，カルボキシル基，水酸基，ヒドロシリ
ル基，ビニル基等を有するシリコーンオイル、シリコー
ンレジン又はシリコーンゴム、更にはこれらシリコーン
ポリマーとフェノールノボラック樹脂，エポキシ化フェ
ノールノボラック樹脂等の有機重合体との共重合体を用
いることができる。

なお、シリコーン系ポリマーの配合量は、エポキシ樹脂
と硬化剤との合計量１００部に対して１〜５０部とする
ことが好ましい。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、上述のよ
うなエポキシ樹脂、硬化剤を必須成分とし、更には硬化
促進剤を必要により配合して得るものであるが、本発明
においては、これら成分と共に無機質充填剤として特定
のシリカ混合物を使用する。

この場合、本発明に無機質充填剤として用いるシリカ混
合物は、（イ）平均粒径５〜３５μｍ、好ましくは８〜
３０μｍの球状シリカと、（ロ）平均粒径０．１〜２μ
ｍ、好ましくは０．５〜１．５μｍの球状シリカと、
（ハ）球状シリカを粉砕することにより得られる平均粒
径２〜１５μｍ、好ましくは３〜１２μｍの破砕シリカ
の混合物であり、これら３種のシリカを併用することに
より、流動性と硬化物の吸湿後の半田特性との両方を満
足し、かつ低応力性の硬化物を与えるエポキシ樹脂組成
物を得ることができる。

ここで、（イ）の球状シリカは、その比表面積には特に
制限はないが、比表面積が２．５ｍ^２／ｇ以下、特に
１．４ｍ^２／ｇ以下であることが組成物の流動性向上の
点から好ましく、また、その配合量は全無機質充填剤量
の２０〜８０％とする。配合量が２０％に満たないと組
成物の流動性が損なわれる場合があり、、８０％を越え
ると吸湿後の半田特性が悪くなる場合がある。

また、（ロ）の球状シリカは、（イ）の球状シリカとの
併用で組成物の流動性をより向上させる効果を発揮する
もので、その比表面積は１５ｍ^２／ｇ以下、特に１０ｍ
^２／ｇ以下であることが組成物の流動性向上の点から望
ましい。なお、（ロ）の球状シリカの配合量は全無機質
充填剤量の１〜２０％、特に５〜１５％とするもので、
１％より少ないと組成物の流動性が十分でない場合があ
り、２０％を越えると吸湿後の半田特性が悪くなる場合
がある。

更に、（ハ）の破砕シリカは、平均粒径２〜１５μｍの
ものであれば特に制限されないが、球状シリカを粉砕す
ることにより得られるもので、組成物の流動性を損なわ
ずにその硬化物の吸湿後の半田特性を向上させる効果を
有する。

ここで、（ハ）の破砕シリカの原料として好適に使用さ
れる球状シリカは特に限定されないが、平均粒径２０〜
５０μｍの球状シリカや粒径７５μｍ以上の球状シリカ
が好適に使用でき、また、これら球状シリカの粉砕方法
は別に制限されず、通常の方法を採用し得るが、中でも
ボールミル粉砕が好ましく採用できる。なお、このよう
に球状シリカを粉砕して得られるシリカは、球状シリカ
表面が粗化されたものや粉砕されて半球状になったも
の、あるいは半球状のエッヂ部が丸くなったものなどを
含むものである。

この場合、（ハ）の破砕シリカの配合量は、全無機質充
填剤量の２０〜８０％とするもので配合量が２０％に満
たないと、硬化物の吸湿後の半田特性改質効果が十分で
ない場合があり、８０％を越えると組成物の流動性が低
下する場合がある。

なお、上記特定のシリカに加えて、本発明の目的を損な
わない範囲でヒュームドシリカ，ガラス繊維等のその他
の無機質充填剤を配合することができる。

また更に、上記（イ）〜（ハ）のシリカ及び他の無機質
充填剤は、予めそれらの表面をγ−グリシドキシプロピ
ルトリメトキシシラン等のカップリング剤を用い、通常
の方法で表面処理した後に使用することができる。

本発明組成物において、無機質充填剤の配合量は、無機
質充填剤を除く組成物全体１００部に対して２５０〜６
００部、特に３００〜５５０部であることが好ましい。

本発明の組成物には、更に必要により各種の添加剤を添
加することができ、例えばカルナバワックス等のワック
ス類、ステアリン酸等の脂肪酸やその金属塩などの離型
剤、カーボンブラック，コバルトブルー，ベンガラ等の
顔料、酸化アンチモン，ハロゲン化合物等の難燃化剤、
エポキシシラン，ビニルシラン，ほう素化合物，アルキ
ルチタネート等のカップリング剤、老化防止剤、その他
の添加剤の１種又は２種以上を配合することができる。

なお、本発明のエポキシ樹脂組成物は、その製造に際
し、上述した成分の所定量を均一に撹拌、混合し、ニー
ダー、ロール、エクストルーダーなどで混練、冷却し、
粉砕するなどの方法で得ることができるが、ミキシング
ロール、押出機を用いた溶融混合法が好適に採用され
る。ここで、成分の配合順序に特に制限はない。

本発明のエポキシ樹脂組成物はＩＣ，ＬＳＩ，トランジ
スタ，サイリスタ，ダイオード等の半導体装置の封止用
に使用するものであり、プリント回路板の製造などにも
有効に使用できる。ここで、半導体装置の封止を行なう
場合は、従来より採用されている成形法、例えばトラン
スファ成形、インジェクション成形、注型法などを採用
して行なうことができる。この場合、エポキシ樹脂組成
物の成形温度は１５０〜１８０℃、ポストキュアーは１
５０〜１８０℃で２〜１６時間行なうことが好ましい。

発明の効果本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、無機質充
填剤として特定の球状シリカ及び破砕シリカ混合物を配
合したことにより、成形時の流動性に優れていると共
に、吸湿後においても半田で処理後の耐湿性、耐クラッ
ク性が良く、半田特性に優れた低応力性の硬化剤を与え
るものである。

以下、実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明
するが、本発明は下記実施例に制限されるものではな
い。

なお、以下の例において部はいずれも重量部である。

〔実施例１〜５、比較例１〜６〕エポキシ当量２００，軟化点６５℃のエポキシ化クレゾ
ールノボラック樹脂５８部、エポキシ当量２８０の臭素
化エポキシ化フェノールノボラック樹脂６部、フェノー
ル当量１１０，軟化点８０℃のフェノールノボラック樹
脂３６部、トリフェニルホスフィン０．７部、三酸化ア
ンチモン１０部、カルナバワックス１．５部、γ−グリ
シドキシプロピルトリメトキシシラン１．６部、カーボ
ン１部をベースとして使用し、このベースに第１表に示
すシリカ混合物を配合し、８０℃のミキシングロールで
５分間溶融混合した後、シート状にして取り出して冷却
し、粉砕してエポキシ樹脂組成物を作製した。

得られた組成物について、以下の諸試験を行なった。

結果を第１表に併記する。

（イ）スパイラルフロー値ＥＭＭＩ規格に準じた金型を使用して１７５℃，７０kg
／cm²の条件で測定した。

（ロ）膨張係数、ガラス転移温度１７５℃，１２分で成形し、１８０℃，４時間でポスト
キュアーした５×５×１５mmの試験片を用い、アグネ
（真空理工社製）を使用して昇温スピード５℃／分で測
定した。

（ハ）曲げ強度ＪＩＳＫ６９１１に準じて１７５℃，７０kg／cm²，
成形時間２分の条件で１０×４×１００mmの抗折棒を成
形し、１８０℃で４時間ポストキュアーしたものの室温
での曲げ強度を測定した。更に、１２１℃／１００％の
プレッシャークッカーに２４時間放置したもの（ＰＣＴ
後と略す）についても曲げ強度を測定した。

（ニ）吸湿後の耐半田クラック性１７５℃，２分で成形し、１８０℃，４時間でポストキ
ュアーしたパッケージサイズ１４×２０×２．３mm，ア
イランド面積８×１０mmのフラットパッケージを８５℃
／８５％ＲＨの恒温恒湿槽に４８時間放置した後、２６
０℃の半田浴に入れた時、パッケージクラックが発生す
るまでの時間を測定した。

第１表の結果より、本発明に係る３種の球状シリカ及び
破砕シリカのどれかを欠く組成物は流動性、ＰＣＴ後の
曲げ強度、耐半田クラック性のいずれかに劣るものであ
るが、本発明の組成物はこれら特性のすべてが優れてお
り、低応力性でかつ成形時の流動性及び吸湿後の半田特
性が優れていることが確認された。

即ち、本発明の球状シリカ（イ）単独或いは球状シリカ
（イ）と（ロ）とを併用しただけのもの（比較例１，
２）はＰＣＴ後の曲げ強度が十分でなく、また耐半田ク
ラック性が悪いものであり、本発明の球状シリカ（イ）
と球状シリカの破砕シリカ（ハ）とを併用しただけのも
の（比較例３）は、耐半田クラック性は向上するが、ス
パイラルフローが著しく低下し、ＰＣＴ後の曲げ強度も
十分でない。更に、通常の破砕シリカを単独使用したも
の（比較例４）は耐半田クラック性が十分でなく、特に
スパイラルフローが悪い。この通常の破砕シリカに本発
明の球状シリカ（イ）及び（ロ）を併用しても（比較例
５，６）、耐半田クラック性、スパイラルフローは十分
向上しない。ところが、球状シリカの破砕シリカ（ハ）
と平均粒径の大きい球状シリカ（イ）及び平均粒径の小
さい球状シリカ（ロ）を併用することにより、スパイラ
ルフローが向上し、かつＰＣＴ後の曲げ強度も大きく、
耐半田クラック性も向上した硬化物を与えることが認め
られる。

〔実施例６〜１０、比較例７〜１０〕実施例１と同様のベース及び製造方法で第２表に示すシ
リカを用いてエポキシ樹脂組成物を作製し、諸試験を行
なった。

結果を第２表に併記する。

第２表の結果からも、本発明の組成物は優れた流動性、
ＰＣＴ後の曲げ強度、耐半田クラック性を有することが
確認された。

フロントページの続き (72)発明者白石初二群馬県安中市磯部２丁目13番１号信越化学工業株式会社シリコーン電子材料技術研究所内 (72)発明者二ツ森浩二群馬県安中市磯部２丁目13番１号信越化学工業株式会社シリコーン電子材料技術研究所内 (56)参考文献特開昭61−268750（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−97320（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−74924（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−156345（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−254619（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−130626（ＪＰ，Ａ) 特開平２−227451（ＪＰ，Ａ) 特開平２−99552（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エポキシ樹脂と硬化剤と無機質充填剤とを
含有してなるエポキシ樹脂組成物において、無機質充填
剤として、平均粒径５〜３５μｍの球状シリカを２０〜
８０重量％と、平均粒径０．１〜２μｍの球状シリカを
１〜２０重量％と、球状シリカを粉砕することにより得
られる平均粒径２〜１５μｍの破砕シリカ20〜80重量％
とからなるものを使用したことを特徴とする半導体封止
用エポキシ樹脂組成物。