JPH0689113B2

JPH0689113B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物

Info

Publication number: JPH0689113B2
Application number: JP1308789A
Authority: JP
Inventors: 善彦中村; 正志中村; 正明大津
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1989-11-27
Filing date: 1989-11-27
Publication date: 1994-11-09
Anticipated expiration: 2009-11-09
Also published as: JPH03167251A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、樹脂封止型半導体装置を実装する時の半田
付け工程において封止樹脂にクラックが発生するのが防
止され、さらに、耐湿性および耐熱性に優れ、かつ、金
型との離型性を大きく向上させて作業性を改良した半導
体封止用エポキシ樹脂組成物に関する。

〔従来の技術〕

従来より半導体等の電子部品を熱硬化性樹脂を用いて封
止する方法がよく行われてきた。熱硬化性樹脂として
は、エポキシ樹脂組成物が最も一般的に用いられてい
る。

このエポキシ樹脂組成物は、たとえば、クレゾールノボ
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、脂肪族環状エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂；フェ
ノールノボラックなどの硬化剤；三級アミンやイミダゾ
ールなどの硬化促進剤；シリカやアルミナなどの無機微
粉末からなる無機質充填材；シランカップリング剤など
のカップリング剤；カルナウバワックスやステアリン酸
などの離型剤；カーボンブラックなどの着色剤などから
構成されている。

最近では、電子部品の小型化、薄型化のため、半導体の
実装方式が従来のピン挿入方式（DIP:デュアル・インラ
イン・パッケージ等）から表面実装方式（SOP:スモール
・アウトライン・パッケージ、QFP:クォッド・フラット
・パッケージ等）へと移行しつつある。これらの表面実
装方式の場合、半導体パッケージは、実装の際に半田浴
に浸漬されるなど高温（たとえば210〜270℃）で処理さ
れ、その際パッケージ全体に高温の熱が加わる。この工
程で従来の封止用樹脂で封止したパッケージは、樹脂部
分にクラックが発生したり、大幅に耐湿性が低下したり
するなどの問題を生じ、製品として使用できない。

半田付け工程におけるクラックの発生は、後硬化してか
ら実装工程の間までに吸湿された水分が半田付け加熱時
に爆発的に水蒸気化し、膨張することに起因するといわ
れている。その対策として、後硬化したパッケージを完
全に乾燥し、密封した容器に収納して出荷する方法が用
いられている。

また、封止用樹脂の改良も種々検討されている。たとえ
ば、特開昭64−87616号公報、特開平１−108256号公報
などには、エポキシ樹脂としてビフェニル型エポキシ樹
脂を用い、硬化剤として一般の硬化剤を用いた封止樹脂
が提案されている。また、特開昭62−184020号公報、特
開昭62−104830号公報などには、硬化剤としてジシクロ
ペンタジエン・フェノール重合体を用い、一般のエポキ
シ樹脂を用いた封止樹脂が提案されている。しかし、こ
れらの公報で提案されている樹脂では未だ充分な効果が
得られておらず、改良の余地があった。

乾燥パッケージを容器に封入する方法は、製造工程およ
び製品の取扱作業が煩雑になるという欠点がある。従っ
て、表面実装化技術の伸展に対応した封止用樹脂の開発
が望まれているのが現状である。

この発明は、上述の半田付け工程など高温にさらされた
ときにクラックが発生しにくく、これにより表面実装が
できる樹脂封止半導体装置を可能にし、さらに成形後の
金型離型性を向上させることにより成形作業性を大きく
改良した半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供するこ
とを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、この発明にかかる半導体封
止用エポキシ樹脂組成物は、離型剤としてカルボキシル
基含有のポリオレフィン(C)を必須成分とすることを特
徴とし、下記一般式で表されるビフェニル型エポキシ
樹脂(A)および下記一般式で表されるジシクロペンタ
ジエン・フェノール重合体(B)を必須成分とする。

この発明にかかる半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、
上記特定のビフェニル型エポキシ樹脂(A)およびジシク
ロペンタジエン・フェノール重合体(B)を必須成分とし
て含有するので、吸湿率を低減することができ、実装時
の温度で高強度を維持することができ、さらに、半導体
装置（たとえば、半導体チップなど）およびリードフレ
ームとの密着強度を向上できる。このため、実装時の半
田付け工程などにおける耐クラック性を大幅に向上させ
ることが可能になった。また、離型剤としてカルボキシ
ル基含有のポリオレフィン(C)を必須成分として含むの
で、金型との離型性を向上させ、成形作業性を改良させ
ることができる。

この発明の半導体封止用樹脂組成物の必須成分の１つで
ある上記エポキシ樹脂(A)は、剛直なビフェニル骨格を
持つため、低弾性率であって、熱時強度に優れている。
さらに、フェニル骨格に疎水性のメチル基を有するため
に、吸湿性が小さくなるという特徴を持つ。上記一般式
（構造式）中の繰り返し単位数ｍは０〜1.0の範囲で
あることが必要であり、この範囲内で有効な耐熱性を示
す。望ましくはｍは０が良い。ｍが大きくなると、耐熱
性の指標であるTg（ガラス転移温度）が低下し、高温時
強度も低下する。

第２の必須成分である上記ジシクロペンタジエン・フェ
ノール重合体（ジシクロペンタジエンとフェノールの重
合体）(B)は硬化剤であり、上記一般式で表されるも
のである。このような硬化剤を必須成分とすることによ
り、硬化剤の吸湿性が極めて小さくなり、その上一般の
フェノールノボラック硬化剤と同等の耐熱性を持つ。一
般式中の繰り返し単位数ｌは、０以上の整数であれば
よく、有効な耐熱性および／または吸湿性を示すと言う
点からは、０〜15の範囲が好ましく、０〜5.0がさらに
好ましい。また、一般式中のＲは、Ｈまたは１価の炭
化水素基であり、同炭化水素基の炭素数は特に限定され
ない。

さらに、離型剤としての必須成分は、その骨格にカルボ
キシル基を有するポリオレフィン(C)である。このよう
なポリオレフィン(C)は、特殊な構造を有する(A)と(B)
の組成物成形品に対し、特異的に金型離型効果を示す離
型剤である。このカルボキシル基含有のポリオレフィン
(C)の分子量は、特に限定されるものではないが、有効
な離型性を示すという点からは、1000以上が好ましく、
より好ましくは2000以上、さらに好ましくは5000以上が
良く、また、30000以下が望ましく、さらに望ましくは1
2000以下である。一方、このカルボキシル基含有のポリ
オレフィン(C)の酸価は、特に限定されるものではない
が、有効な離型性を示すという点からは、0.5以上が好
ましく、より望ましくは５以上であり、さらに望ましく
は13以上が良く、また、50以下が好ましく、より望まし
くは30以下、さらに望ましくは20以下が良い。

前記ポリオレフィン(C)に含まれるカルボキシル基の量
は、特に限定されないが、該ポリオレフィン(C)に対
し、通常0.1〜50重量％とされ、好ましくは0.2〜30重量
％である。0.1重量％未満では、エポキシ樹脂および硬
化剤との親和性が悪くなることがあり、また、50重量％
を越えると、樹脂組成物の耐熱性、吸湿性等の諸物性に
悪影響が生じることがある。

この発明で用いられるポリオレフィン(C)としては、た
とえば、エチレン、プロピレン、１−ペンテン、２−ペ
ンテン、１−ヘキセン、２−ヘキセンなどの１種または
２種以上の重合体が挙げられる。好ましくは、ポリエチ
レン、ポリプロピレン、および、エチレン−プロピレン
共重合体の少なくとも１つである。また、ポリオレフィ
ン(C)に含有されるカルボキシル基（またはその酸無水
物基も含む）としては、たとえば、不飽和カルボン酸の
残基などが挙げられる。不飽和カルボン酸としては、ア
クリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、フ
マル酸、イタコン酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸
などが挙げられる。好ましくは、無水マレイン酸であ
る。また、この発明で用いるポリオレフィン(C)には、
他のビニル化合物が共重合されていてもよく、このよう
なビニル化合物としては、たとえば、ブタジエン、イソ
プレン、ネオプレンなどのジエン系ビニル化合物；スチ
レン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、その他各
種の置換スチレンなどの芳香族ビニル化合物；アクリル
酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メ
タクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸ブ
チル、アクリル酸２−エチルヘキシル、メタクリル酸２
−エチルヘキシルなどの不飽和カルボン酸エステル化合
物；塩化ビニル、塩化ビニリデンなどのハロゲン化ビニ
ル；酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルなどのカルボン酸
ビニルエステル；アクリロニトリル、メタクリロニトリ
ルなどのニトリル基含有ビニル化合物などが挙げられ、
１種または２種以上で使用される。なお、カルボキシル
基含有のポリオレフィン(C)は、ポリエチレンなどを酸
化（部分酸化も含む）してカルボン酸の状態にしたも
の、いわゆる酸化ポリエチレンなどであってもよい。

以上のビフェニル型エポキシ樹脂(A)とジシクロペンタ
ジエン・フェノール重合体(B)とカルボキシル基含有の
ポリオレフィン(C)を必須成分として含んだエポキシ樹
脂組成物を封止材用の樹脂として用いる。上記(A)およ
び(B)のうちのいずれか一方を必須成分として欠いた場
合、半田付け時の耐クラック性の大幅な向上は期待でき
ない。また、(C)を欠いた場合、成形時の金型と成形品
の離型性は大幅に悪化し、作業能率が悪くなる。

この発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、上記
の必須成分以外にも、必要に応じて適当な硬化促進剤、
無機充填材、カップリング剤、着色剤などを加えること
ができる。硬化促進剤としては、たとえば、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）フェノール等の三級アミン類;2−メチルイ
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（リン
系硬化促進剤）；テトラフェニルホスホニウムテトラフ
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、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
ニルボレート等のテトラフェニルボロン塩等がある。無
機充填材としては、たとえば、シリカやアルミナなど通
常の樹脂封止材に用いられるものが挙げられる。カップ
リング剤としては、たとえば、γ−グリシドキシプロピ
ルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキ
シシランなどのシランカップリング剤が挙げられる。着
色剤としては、たとえば、カーボンブラックなどがあ
る。しかし、ここに例示したものに限定されない。

この発明において、上記ビフェニル型エポキシ樹脂(A)
を必須成分として含んでいれば、エポキシ樹脂(A)以外
のエポキシ樹脂を併用しても良い。たとえば、一般に使
用されている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などのエポキ
シ樹脂を、この発明の効果を阻害しない範囲で適宜何種
類でもエポキシ樹脂(A)と併用することができる。ま
た、硬化剤についても、上記ジシクロペンタジエン・フ
ェノール重合体(B)を必須成分として含んでいれば、(B)
以外の硬化剤を併用しても良い。このような(B)以外の
硬化剤としては、たとえば、一般に使用されているフェ
ノールノボラック、クレゾールノボラック等がある。さ
らに、離型剤についても、上記ポリオレフィン(C)を必
須成分として含んでいれば、(C)以外の離型剤を併用し
ても良好な離型性を得ることができる。(C)以外の離型
剤としては、たとえば、モンタン酸、カルナウバワック
ス、ステアリン酸などがある。

なお、ビフェニル型エポキシ樹脂(A)とジシクロペンタ
ジエン・フェノール重合体(B)との当量比は、特に限定
はないが、(B)の水酸基数／(A)のエポキシ基数＝0.7〜
1.3が望ましく、さらに、0.9〜1.1が望ましい。また、
他のエポキシ樹脂、硬化剤を併用する時は、硬化剤の全
水酸基数／エポキシ樹脂の全エポキシ基数が0.7〜1.3が
望ましく、0.9〜1.1がさらに望ましい。

また、上記ポリオレフィン(C)の離型剤の添加量は、特
に限定されないが、エポキシ樹脂と硬化剤の総重量に対
して、0.20重量％以上で離型性が得られ、望ましくは0.
50重量％以上で良好な離型性が得られる。さらに、リー
ドフレームや封止する半導体素子との密着を阻害せず、
半田実装時のパッケージクラックを生じさせないために
は10.0重量％以下が望ましく、5.0重量％以下がさらに
望ましい。

〔作用〕

この発明によれば、ビフェニル型エポキシ樹脂(A)とジ
シクロペンタジエン・フェノール重合体(B)とカルボキ
シル基含有のポリオレフィン(C)とを用いるので、耐リ
フロー性（半田付け時の耐クラック性）の良好な耐湿性
・耐熱性・金型離型性（成型作業性）の優れた半導体封
止用エポキシ樹脂組成物が得られる。

(A)のエポキシ樹脂は、疎水性のメチル基を有する剛直
なビフェニル骨格により、低吸湿、高耐熱さらに低弾性
率の特徴を発揮する。

(B)のジシクロペンタジエン・フェノール重合体の硬化
剤は、その構造中にジシクロペンタジエン骨格を有する
ため、極めて低吸湿で、さらにリードフレーム、半導体
装置等との密着性を高めるものと推察される。

したがって、この発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成
物で封止したパッケージは、半田付け時に発生するパッ
ケージクラック等の原因の１つである水分の侵入を少な
くし、さらに低弾性率かつ高密着性であるため、リード
フレームや半導体装置と封止樹脂の界面剥離をおさえ、
また、高温時の強度が高いため、実装時の水蒸気圧に耐
えるものと推察される。

また、(C)の離型剤を用いた際に、金型との離型性が向
上するのは、(C)のポリオレフィン部の非極性とカルボ
キシル基による樹脂との相溶性が混在するために、成形
時、樹脂組成物成形品と金型との界面に(C)の離型剤が
存在しやすいからであると思われる。

〔実施例〕

以下に、この発明の具体的な実施例および比較例を示す
が、この発明は下記実施例に限定されない。以下、カル
ボキシル基含有のポリオレフィン(C)を酸化ポリオレフ
ィンと称する。

−実施例−１ビフェニル型エポキシ樹脂(A)として構造式；で示され、エポキシ当量190、融点105℃のエポキシ樹脂
「YX4000H」（油化シェルエポキシ株式会社の商品名）
を用いた。ジシクロペンタジエン・フェノール重合体
(B)として構造式；で示され、平均分子量550、OH当量177、融点110℃フェ
ノール系硬化剤「DC100LL」（山陽国策パルプ株式会社
の商品名）を用いた。また、酸化ポリオレフィンとし
て、カルボキシル基（−COOH）含有量約1.5重量％（ポ
リエチレン100ユニットに約１個のカルボキシル基）、
分子量9000、酸価15〜17の酸化ポリエチレン離型剤「PE
D191」（ヘキストジャパン株式会社の商品名）を用い
た。

第１表に示した原材料を同表に示す重量部で配合し、加
熱ロールを使用して混練温度70〜120℃で約８分間の条
件で混練した。その後、約5mmφに粉砕し、半導体封止
用エポキシ樹脂組成物（エポキシ樹脂成形材料）を作製
した。

−実施例２〜５および比較例１〜９− 第１表に示した原材料を同表に示す重量部で実施例１と
同様に配合して混練を行い、粉砕して半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物（エポキシ樹脂成形材料）を作製した。

(C)以外の離型剤として、モンタン酸カルシウム塩離型
剤「Wax OP」（ヘキストジャパン株式会社の商品
名）、モンタン酸エチレンビスアマイド離型剤「Ｊ−90
0」（伊藤製油株式会社の商品名）、分子量約9000のポ
リエチレン離型剤「PE190」（ヘキストジャパン株式会
社の商品名）、カルナウバワックス、ステアリン酸離型
剤「G20」（ヘンケル（HENKEL）白水株式会社の商品
名）、フッ化アルキルエステル離型剤「FC430」（住友
スリーエム（3M）株式会社の商品名）を用いた。

上記実施例および比較例で得られた成形材料をトランス
ファー成形機にて170〜175℃で90秒間成形し、175℃で
６時間後硬化し、下記の吸湿率、耐半田クラック性、曲
げ強度、曲げ弾性率の各評価用サンプルを得た。リード
密着強度および金型離型強度のサンプルは、下に示す通
りの作製法で作った。

各種特性は、次に示す方法により測定、評価し、結果を
第１表に示した。

(1) 吸湿率 60mmφ、2.0mm厚の円板を成形し、85℃、85％RHで72時
間吸湿させ、重量変化より吸湿率を求めた。

(2) 耐半田クラック性 7.6mm×7.6mm×0.4mm厚の半導体素子をダイパッド寸法
8.2mm×8.2mmの42アロイリードフレームに銀ペーストで
実装し、外形寸法19mm×15mm×厚み1.8mmの60ピンフラ
ットパッケージ型IC金型にて成形し、その後、85℃、85
％RHで72時間吸湿した後、260℃の半田槽に浸漬した。
このときのパッケージクラック発生時間を秒数で求め
た。

(3) フラットパッケージ（FP）成形品のリードフレー
ムと封止樹脂界面剥離の有無上記耐半田クラック性の評価用FPの成形後、超音波探傷
装置により、リードフレームと封止樹脂界面に剥離があ
るか否かにより、リードフレームと封止樹脂の密着性を
調べた。

(4) リード密着強度第１図に示す治具を用いて低圧（５〜6kg/cm²）で175℃
で成形し、175℃で６時間後硬化し、円柱（ａ＝φ12m
m、ｂ＝7mm厚み）の成形品３を42アロイ板２上に得た。
第１図中、１は、ポリテトラフロロエチレン樹脂製スペ
ーサである。第２図に示す万能引張試験器を用いて、前
記42アロイ板２と成形品３との剪断強度を測定した。第
２図中、第１図と同じものには同じ番号を付しており、
４は上部引張治具、５は下部チャックである。42アロイ
板２と成形品３の接触面積は、(0.6cm)²π≒1.13cm²で
あった。

(5) 金型離型強度上記リードフレーム密着強度の測定において、42アロイ
板をクロムメッキ板に変えて同様に成形し、成形品の後
硬化を行わずにクロムメッキ板と成形品の剪断強度を測
定し、金型離型強度とした。

第１表より明らかなように、実施例１〜５は、比較例１
〜９に比べて、金型離型強度が小さく（すなわち、離型
性が良く）、かつ、耐半田クラック性も良好である。ま
た、離型剤として酸化ポリエチレンを加えても、吸湿
率、リードフレームとの密着性等の諸物性に大きく影響
を与えない。

〔発明の効果〕

この発明にかかる半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、
以上に述べたように、上記特定のビフェニル型エポキシ
樹脂(A)およびジシクロペンタジエン・フェノール重合
体(B)を必須成分として含有するものにおいて、離型剤
として酸化ポリオレフィンを必須成分とするので、従来
の封止樹脂に比較して低吸湿であり、リードフレームと
の密着が良好であり、さらに、金型離型性が良好であ
る。このため、成形作業性、吸湿後の耐半田クラック性
に優れており、その工業的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、密着強度の評価に用いた治具の斜視図、第２
図は、密着強度の評価方法を表す側面図である。３……半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物である
成形品

───────────────────────────────────────────────────── 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 (56)参考文献特開昭63−251419（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−65116（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−87616（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−184020（ＪＰ，Ａ) 特開平１−105562（ＪＰ，Ａ) 特開平１−268711（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記一般式で表されるビフェニル型エポ
キシ樹脂(A)および下記一般式で表されるジシクロペ
ンタジエン・フェノール重合体(B)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って、離型剤として
カルボキシル基含有のポリオレフィン(C)をも必須成分
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。