JPH07118367A - 半導体封止用固形エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 表面実装の際の半田付け工程などで高温にさ
らされたときにクラックの発生がしにくい半導体封止用
固形エポキシ樹脂組成物を提供する。 【構成】 エポキシ樹脂、硬化剤及び無機充填材を含ん
でなる半導体樹脂組成物において、硬化剤として分子内
にフェノール性水酸基を２個以上と下記式化１で表され
る骨格を有するアリル化フェノールノボラック樹脂を硬
化剤全量に対し１０重量％以上含むことを特徴とする半
導体封止用固形エポキシ樹脂組成物。 【化１】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体封止用固形エポ
キシ樹脂組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体を封止する方法としてエポキシ樹
脂等の熱硬化性樹脂を含有する樹脂組成物を使用する方
法が一般的である。半導体封止用エポキシ樹脂組成物と
しては液状タイプと固形タイプがあり、固形タイプはト
ランスファー成形が可能であり広く使用されている。従
来の半導体封止用固形エポキシ樹脂組成物はクレゾール
ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ
樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂と、
フェノールノボラック等の硬化剤と、シリカ等の無機粉
末からなる無機充填材を含んでいて、その他に必要に応
じて三級アミン、イミダゾール、ホスフィン類等の硬化
促進剤やシランカップリング剤等のカップリング剤やカ
ルナバワックス、ステアリン酸等の離型剤やカーボンブ
ラック等の着色剤を含有する構成となっている。

【０００３】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、Ｑ
ＦＰ：クオッド・フラット・パッケージ等）へと移行し
つつある。表面実装方式の場合、半導体パッケージは実
装の際に半田リフローなどの工程で高温（例えば２１０
〜２７０℃）で処理され、その際にはパッケージ全体に
高温の熱が加わる。

【０００４】上述の従来の半導体封止用固形エポキシ樹
脂組成物を用いて封止した半導体パッケージは、前記の
半田リフロー工程（半田付け工程）で樹脂部分にクラッ
クが発生し、パッケージとしての耐湿性等の性能が低下
してしまうという問題が生じていた。

【０００５】この半田付け工程におけるクラックの発生
は、封止後の後硬化工程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言われている。そこで、その対策
として後硬化したパッケージを密封した容器に収納して
吸湿を防止する対策が取られている。一方、樹脂組成物
自体の改良も種々検討されている。例えば、特開昭64-8
7616号及び特開平1-108256号等にはビフェニル型エポキ
シ樹脂を使用する方法が、また、特開昭62-184020 号及
び特開昭62-184020 号等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使用する方法が提案され
ている。しかしこれらの方法では未だ十分な解決方法と
は言えないのが実情である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述の、パッケージを
防湿容器に封入する方法は、製造工程及び製品の取扱い
作業が品雑になるという欠点があるため、半田付け工程
におけるクラックの発生を防止できる樹脂組成物の開発
が強く望まれている。

【０００７】この発明は、このような事情に鑑みて、表
面実装の際の半田付け工程などで高温にさらされたとき
にクラックの発生がしにくい半導体封止用固形エポキシ
樹脂組成物を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体封
止用固形エポキシ樹脂組成物はエポキシ樹脂、硬化剤及
び無機充填材を含んでなる半導体樹脂組成物において、
硬化剤として分子内にフェノール性水酸基を２個以上と
下記式化４で表される骨格を有するアリル化フェノール
ノボラック樹脂を硬化剤全量に対し１０重量％以上含む
ことを特徴とする。

【０００９】

【化４】

【００１０】この発明で使用するアリル化フェノールノ
ボラック樹脂はアリル基を有しており、このアリル基は
疎水効果を有するため、硬化物の吸湿量を低減させるこ
とが可能となる。

【００１１】加えて、アリル化フェノールノボラック樹
脂はアリル化されていないフェノールノボラック樹脂に
比べ低粘度である。この理由はフェノール性水酸基の主
としてオルソ位がアリル化されており、そのため従来の
フェノールノボラック樹脂の高粘度の原因であった分子
間の水素結合が緩和されて低粘度化されると考えられ
る。従って、アリル化フェノールノボラック樹脂を硬化
剤として使用することにより、エポキシ樹脂組成物の溶
融粘度を低く保つことができるようになる。そのため、
成形性を損なうことなく、エポキシ樹脂組成物中の無機
充填剤の含有量を増し、吸湿性を固有の性質として有す
る有機成分の含有量を減らすことが可能となり、硬化物
の吸湿量を低減させることが可能となる。

【００１２】上記の２つの理由で、前記式化４で表され
る骨格を有するアリル化フェノールノボラック樹脂を硬
化剤として使用したエポキシ樹脂組成物によれば、硬化
物である封止成形したパッケージの吸湿量を少なくする
ことが可能となり、実装工程の半田付け時のパッケージ
クラックが大幅に抑ることが可能になる。

【００１３】このアリル化フェノールノボラック樹脂
は、下記式化５でモデル的に表される構造であり、アリ
ル化割合によってはアリル化されていない骨格をも有す
るものである。

【００１４】

【化５】

【００１５】（式中のｋは０を含む正の整数を示し、ｍ
は正の整数を示している。）

【００１６】また、アリル化フェノールノボラック樹脂
中のフェノール基の総数（アリル化されているものとア
リル化されていないものの合計数）に対するアリル化さ
れているフェノール基の数の割合は０．２以上であるこ
とが好ましい。０．２未満であるとアリル基による低粘
度化効果及び低吸湿化効果が少なくなり、パッケージク
ラックの抑制効果が顕著でなくなるからである。前記の
割合のさらに好ましい範囲は０．３〜０．８である。ま
た、アリル化フェノールノボラック樹脂中のフェノール
基の総数については１分子当たりの平均値で１０個以下
であることが好ましい。１０個を越えるとエポキシ樹脂
組成物の溶融粘度が高くなって成形不良が発生しやすく
なるかである。また、アリル化フェノールノボラック樹
脂は前記式化４で表される骨格を有しておればよく、単
一構造のものであっても、あるいは異なる構造のものの
混在物であってもよい。

【００１７】また、この発明で使用するアリル化フェノ
ールノボラック樹脂は分子内にフェノール性水酸基を２
個以上有するが、この個数はアリル化されてフェノール
基及びアリル化されていないフェノール基が有するフェ
ノール性水酸基の総個数を示していて、２個未満の場
合、得られる硬化物の耐熱性の低下を招くという不具合
が生じる。

【００１８】そして、アリル化フェノールノボラック樹
脂のエポキシ樹脂組成物中の含有割合については、硬化
剤全量に対し１０重量％以上の割合で含むことが重要で
あり、５０重量％以上の割合で含むことがより好まし
い。なぜなら、１０重量％未満では前記の実装工程の半
田付け時のパッケージクラックの抑制効果が顕著でなく
なるからである。

【００１９】次に、この発明で使用するエポキシ樹脂に
ついては、特に限定はなく、例えば従来から使用されて
いる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、ビフェニル型エポキシ樹脂等を
使用することができるが、これらの中で、下記式化６で
表されるテトラメチルビフェニル骨格を有するビフェニ
ル型エポキシ樹脂をエポキシ樹脂全量に対し４０重量％
以上含むように使用することが好ましい。なぜなら、下
記式化６で表されるテトラメチルビフェニル骨格を有す
るエポキシ樹脂はクレゾールノボラック型エポキシ樹脂
等の他のエポキシ樹脂に比べて低粘度でありエポキシ樹
脂組成物の溶融粘度を下げる効果を有し、また、硬化物
に靱性を付与する効果を有するのでこの発明の目的を達
成するために好都合であるからである。なお、エポキシ
樹脂全量に対し４０重量％未満しか含まない場合には前
記の効果が顕著でなくなる傾向にある。

【００２０】

【化６】

【００２１】（式中ａは繰り返し単位の数を示す０〜
１．０の数）

【００２２】また．この発明では、前記したようにアリ
ル化フェノールノボラック樹脂と共に他の硬化剤を併用
することができるが、なかでも、フェノールノボラック
樹脂又は下記式化７で表されるナフタレン基含有化合物
と併用することが好ましい。なぜなら、フェノールノボ
ラック樹脂及び前記のナフタレン基含有化合物は併用し
た時の悪影響がその他の硬化剤より少ないので、この発
明の効果を損なわない範囲でアリル化フェノールノボラ
ック樹脂と併用する硬化剤として適している。

【００２３】

【化７】

【００２４】この発明のエポキシ樹脂組成物は無機充填
材を必須成分として含んでいる。この無機充填材の種類
については、特に限定するものではないが、例えばシリ
カ、アルミナ等を使用することができる。含有量につい
ても、特に限定するものではないが、エポキシ樹脂組成
物の全体量に対して７０〜９３重量％であることが好ま
しく、この発明の必須の硬化剤であるアリル化フェノー
ルノボラック樹脂の特徴を生かすには８０〜９３重量％
であることがより好ましい。この含有量が７０重量％未
満であると、得られる硬化物の吸湿率が大きくなり、ク
ラックが発生しやすくなり、９３重量％を越えるとエポ
キシ樹脂組成物の溶融粘度が高くなりパッケージを成形
する際の成形性が悪くなり好ましくない。

【００２５】この発明のエポキシ樹脂組成物には上記成
分以外にも、必要に応じて、硬化促進剤、カップリング
剤、離型剤、着色剤、低応力化剤や難燃剤等を含有させ
ることができる。硬化促進剤としては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等の三級アミン類、イミダゾー
ル類、トリブチルホスフィン、トリ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）等が例示で
きる。また、カップリング剤としては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
エトキシシラン等のシランカップリング剤等が例示でき
る。なお、このカップリング剤は予め前記の無機充填材
の表面に処理した状態でエポキシ樹脂組成物中に含有さ
せることが好ましい。また、離型剤としてはカルナバワ
ックス、ステアリン酸、モンタン酸、カルボキシル基含
有ポリオレフィン等が例示できる。また、着色剤として
はカーボンブラック等が例示できる。また、低応力化剤
としてはシリコーンゲル、シリコーンゴム、シリコーン
オイル等が例示できる。また、難燃剤としては難燃性エ
ポキシ樹脂等の有機系難燃剤、三酸化アンチモン等の無
機系難燃剤を例示できる。

【００２６】

【実施例】以下、この発明の実施例及び比較例に基づい
て本発明を説明する。

【００２７】表１及び表２に示す原材料を、表１及び表
２に示す割合（重量部）で配合した。表１及び表２に示
す原材料について以下に説明する。前記式化６で表され
るビフェニル型エポキシ樹脂としてはエポキシ当量が１
９５であるテトラメチルビフェニル骨格を有するエポキ
シ樹脂〔油化シェルエポキシ（株）製の品番ＹＸ４００
Ｈ〕を使用した。クレゾールノボラック型エポキシ樹脂
としてはエポキシ当量が１９５であるエポキシ樹脂〔住
友化学工業（株）製の品番１９５ＸＬ４〕を使用した。
難燃性エポキシ樹脂としてはエポキシ当量が４００であ
るブロム化エポキシ樹脂〔住友化学工業（株）製の品番
ＥＳＢ４００Ｔ〕を使用した。前記式化４で表される骨
格を有するアリル化フェノールノボラック樹脂としては
ＯＨ当量が１３０の住友化学工業（株）製の品番ＡＣＲ
５０を使用した。なお、この品番ＡＣＲ５０（アリル化
フェノールノボラック樹脂）中のフェノール基の総数
（アリル化されているものとアリル化されていないもの
の合計数）に対するアリル化されているフェノール基の
数の割合は０．５であった。そして、フェノールノボラ
ック樹脂としてはＯＨ当量が１０５の荒川化学工業
（株）製の品番ＡＣＲ５０を使用した。前記式化７で表
されるナフタレン基含有化合物として日本化薬（株）製
の商品名「カヤハードＮＨＮ」を使用した。硬化促進剤
としてはトリフェニルホスフィン（ＴＰＰと略す）を使
用し、カップリング剤としてはγ−グリシドキシプロピ
ルトリメトキシシランを使用し、離型剤としてはモンタ
ン酸を使用し、着色剤としてはカーボンブラックを使用
し、難燃剤としては難燃性エポキシ樹脂の他に三酸化ア
ンチモンを使用した。なお、溶融シリカ粉末は表１及び
表２に示す割合（重量部）でカップリング剤により予め
表面処理したものを配合した。

【００２８】次いで得られた配合物を加熱ロールを使用
して温度８５℃で５分間混練した。その後、混練物を粉
砕して約５ｍｍφの固形エポキシ樹脂組成物を得た。得
られた固形エポキシ樹脂組成物（成形材料）の１７５℃
の溶融粘度を高化式フローテスタを用いて評価しその結
果を表１及び表２に示す。

【００２９】得られた固形エポキシ樹脂組成物（成形材
料）を、トランスファー成形機を用いて、７０kg/cm²、
１７５℃。９０秒間の条件で成形し、その後１７５℃で
６時間の後硬化をした。得られた硬化物（評価用サンプ
ル）を用いて吸湿率、成形性及び耐半田クラック性を評
価した結果を表１及び表２に示す。

【００３０】吸湿率については、前記のトランスファー
成形で５０ｍｍφ、厚み３ｍｍの円盤を成形し、後硬化
したものを、８５℃、相対湿度８５％の雰囲気中で７２
時間吸湿させた時の重量変化より吸湿率を求めた。

【００３１】成形性及び耐半田クラック性については、
トランスファー成形条件及び後硬化条件は前記の通りと
して、７．６ｍｍ×７．６ｍｍ×０．４ｍｍの半導体素
子をダイパッド寸法が８．２ｍｍ×８．２ｍｍの４２ア
ロイリードフレーム上に銀ペーストで実装したものを内
包させた、外形寸法１９ｍｍ×１５ｍｍ×１．８ｍｍの
フラットパッケージ型の成形品を作製し、これを評価用
サンプルとして使用した。成形性は評価用サンプルにつ
いて目視検査で未充填部分の有無を調べ、未充填部分が
あれば成形性は不良とした。また、耐半田クラック性は
評価用サンプルを８５℃、相対湿度８５％の雰囲気中で
７２時間吸湿させた後、２６０℃の半田槽に１０秒浸漬
する操作を２回繰り返し、この処理を終えたものの外観
を観察し、パッケージにクラックの発生したサンプルの
個数を調べた。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【００３４】表１及び表２の結果から明らかなように、
この発明の実施例は比較例に比べ吸湿率が小さく、耐半
田クラック性に優れている。

【００３５】

【発明の効果】この発明の半導体封止用固形エポキシ樹
脂組成物は上記のように構成されているので、表面実装
の際の半田付け工程などで高温にさらされたときにクラ
ックの発生がしにくいという効果を奏する。

【００３６】また、請求項２記載の発明によれば、エポ
キシ樹脂組成物の溶融粘度を下げる効果を奏するので、
成形性を損なわずに無機充填材の含有量を増すことが可
能となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 23/29 23/31

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エポキシ樹脂、硬化剤及び無機充填材を
   含んでなる半導体樹脂組成物において、硬化剤として分
   子内にフェノール性水酸基を２個以上と下記式化１で表
   される骨格を有するアリル化フェノールノボラック樹脂
   を硬化剤全量に対し１０重量％以上含むことを特徴とす
   る半導体封止用固形エポキシ樹脂組成物。 【化１】
2. 【請求項２】 エポキシ樹脂として下記式化２で表され
   るビフェニル型エポキシ樹脂をエポキシ樹脂全量に対し
   ４０重量％以上含む請求項１記載の半導体封止用固形エ
   ポキシ樹脂組成物。 【化２】 （式中ａは繰り返し単位の数を示す０〜１．０の数）
3. 【請求項３】 硬化剤としてフェノールノボラック樹脂
   をも含んでいる請求項１又は２記載の半導体封止用固形
   エポキシ樹脂組成物。
4. 【請求項４】 硬化剤として下記式化３で表されるナフ
   タレン基含有化合物をも含んでいる請求項１又は２記載
   の半導体封止用固形エポキシ樹脂組成物。 【化３】