JPH0721057B2 - 熱硬化性樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

熱硬化性樹脂組成物及び半導体装置

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JPH0721057B2
JPH0721057B2 JP63149781A JP14978188A JPH0721057B2 JP H0721057 B2 JPH0721057 B2 JP H0721057B2 JP 63149781 A JP63149781 A JP 63149781A JP 14978188 A JP14978188 A JP 14978188A JP H0721057 B2 JPH0721057 B2 JP H0721057B2
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邦雄 伊藤
利夫 塩原
浩二 二ッ森
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹
脂を主成分とし、成形材料、粉体塗装用材料、半導体の
封止材等として好適に用いられる熱硬化性樹脂組成物及
び該組成物の硬化物で封止された半導体装置に関する。
従来の技術及び発明が解決しようとする課題 ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に無機
質充填剤などを配合した組成物は、従来より各種成形材
料、電気絶縁材料などとして広く利用され、特に最近に
おいては、半導体の封止材、ポッティング材、コーティ
ング材として注目されている。
しかしながら、従来のポリイミド樹脂組成物やエポキシ
樹脂組成物等は硬化時にクラックが入り易く、そのため
成形、塗装面の外観が損なわれたり、半導体等の素子や
装置に欠陥を生じさせるものが多い。
このため、例えばエポキシ樹脂組成物においては、芳香
族重合体とオルガノポリシロキサンとの共重合体を配合
することが提案されており(特開昭58−21417号公
報)、特に芳香族重合体としてアルケニル基含有ノボラ
ック型エポキシ樹脂を用いることも知られている(特開
昭62−84147号公報)が、更にエポキシ樹脂組成物はも
とより、ポリイミド樹脂組成物等の他の熱硬化性樹脂組
成物において、その硬化物の耐クラック性、耐湿性を向
上させる方法の開発が望まれる。
課題を解決するための手段及び作用 本発明者らは、上記要望に応えるべく更に検討を続けた
結果、下記式に示すビニル基を含有するポリイミド樹脂
を用い、そのビニル基にオルガノハイドロジエンポリシ
ロキサンのSiH基を付加することによって得られる共
重合体をポリイミド樹脂組成物やエポキシ樹脂組成物等
の熱硬化性樹脂組成物に配合することにより、該共重合
体のミクロ分散が可能で、スパイラルフロー値を適度な
ものにすることができて成形性に優れ、しかも曲げ強
度、曲げ弾性率等によって代表される該熱硬化性組成物
の硬化物本来の機械的強度を損なうことがなく、低膨張
係数、高ガラス転移温度を有する上、耐クラック性、耐
湿性が顕著に増大した硬化物を与えることができ、従っ
てこの組成物は各種用途に有効に使用し得るが、特に半
導体の封止材として好適であることを知見し、本発明を
なすに至ったものである。
従って、本発明は、熱硬化性樹脂を含有する熱硬化性樹
脂組成物に、下記式 で示されるいずれかのビニル基含有ポリイミド樹脂のビ
ニル基と下記式 (式中、Rは炭素数1〜8の1価炭化水素基、γ−グリ
シジルオキシプロピル基又は炭素数1〜4のアルコキシ
基を示し、a,bは1.8<a<2.2,0.01≦b≦0.5,1.81<a
+b<2.3である。但し、1分子中に少なくとも1個の
SiH基を含有し、1分子中のけい素原子の数は5〜300
である) で示されるオルガノハイドロジエンポリシロキサンの
Si基との付加反応によって得られる共重合体を熱硬化性
樹脂100重量部に対し1〜100重量部配合してなることを
特徴とする熱硬化性樹脂組成物、及び該組成物の硬化物
で封止された半導体装置を提供する。
以下、本発明につき更に詳しく説明する。
まず、本発明の組成物を構成する熱硬化性樹脂として
は、従来公知の各種のものが使用されるが、特に硬化性
ポリイミド樹脂及び硬化性エポキシ樹脂が好適に用いら
れる。
ここで硬化性ポリイミド樹脂としては、ビスマレイミド
プレポリマー及びそのオリゴマーやビスマレイミド・ト
リアジン樹脂等が好ましく使用される。
一方、硬化性エポキシ樹脂は1分子中に2個以上のエポ
キシ基を有するエポキシ樹脂であって、このエポキシ樹
脂は従来公知の各種硬化剤によって硬化させることが可
能な限り分子構造、分子量等に特に制限はなく、従来か
ら知られている種々のものを使用することができ、これ
には例えばエピクロルヒドリンとビスフェノールをはじ
めとする各種ノボラック樹脂とから合成されるエポキシ
樹脂、脂環式エポキシ樹脂或いは塩素や臭素原子等のハ
ロゲン原子を導入したエポキシ樹脂などを挙げることが
できるが、特にエポキシ化ノボラック樹脂が好ましい。
本発明の組成物には、上記熱硬化性樹脂の種類に応じ、
硬化剤や硬化促進剤を配合することができる。
例えば、硬化性ポリイミド樹脂を用いる場合は、過酸化
物やホスフィン化合物を硬化促進剤として配合し得る。
また、硬化性エポキシ樹脂を用いる場合、硬化剤とし
て、ジアミノジフェニルメタン,ジアミノジフェニルス
ルホン,メタフェニレンジアミン等のアミン系硬化剤,
無水フタル酸,無水ピロメリット酸,無水ベンゾフェノ
ンテトラカルボン酸等の酸無水物系硬化剤、或いはフェ
ノールノボラック,クレゾールノボラック等の1分子中
に2個以上の水酸基を有するフェノールノボラック硬化
剤などが使用でき、硬化促進剤として、イミダゾール
類,第三級アミン類,ホスフィン類,シクロアミジン類
などが使用できる。
なお、上記硬化剤,硬化促進剤の使用量は通常の範囲と
することができる。
本発明の組成物は、上述したように、ビニル基含有ポリ
イミド樹脂のビニル基と下記式(1) (式中、Rは炭素数1〜8の1価炭化水素基、γ−グリ
シジルオキシプロピル基又は炭素数1〜4のアルコキシ
基を示し、a,bは1.8<a<2.2,0.01≦b≦0.5,1.81<a
+b<2.3である。但し、1分子中に少なくとも1個の
SiH基を含有し、1分子中のけい素原子の数は5〜300
である) で示されるオルガノハイドロジエンポリシロキサンの
Si基との付加反応によって得られる共重合体を含有す
る。
この場合、この共重合体を構成するビニル基含有ポリイ
ミド樹脂は、下記式から選ばれるものである。
一方、オルガノハイドロジエンポリシロキサンは、上記
式(1)で示されるものであるが、この式(1)におい
て、Rとしては、メチル基,エチル基等の低級アルキル
基,フェニル基,γ−グリシジルオキシプロピル基,メ
トキシ基,エトキシ基等の低級アルコキシ基などが例示
される。また、a,bの好適範囲は、1.9≦a≦2.0,0.02≦
b≦0.3,1.9≦a+b≦2.2である。なお、このオルガノ
ハイドロジエンポリシロキサン一分子中のけい素原子の
数は5〜300、好ましくは30〜200であり、けい素原子数
が5に満たないと、得られる共重合体を組成物に配合し
ても耐クラック性向上効果が十分達成されず、300より
多いと、得られる共重合体の溶融粘度が高くなり、配合
性が低下する。
このオルガノハイドロジエンポリシロキサンとして、具
体的には後述する実施例に示した化合物i〜iiiが挙げ
られるほか、 等を例示することができる。
上記ビニル基含有ポリイミド樹脂とオルガノハイドロジ
エンポリシロキサンとの付加反応による共重合体は、例
えば下記反応式 CH2=CH−+SiH→Si−CH2−CH2− に示すように、ポリイミド樹脂のビニル基とオルガノポ
リシロキサンのSiH基との付加反応により得られる
が、この場合付加反応に当っては白金,パラジウム,ロ
ジウム又はこれらの化合物、特に塩化白金酸やその誘導
体等の白金含有化合物を触媒として使用することができ
る。なお、これら触媒の使用量はビニル基含有ポリイミ
ド樹脂とオルガノハイドロジエンポリシロキサンとの合
計量に対して10ppm以上、特に白金含有化合物の場合は
白金として10〜1000ppmとすることが好ましい。
上記共重合体の配合量は種々選定されるが、耐クラック
性、耐湿性向上効果及びガラス転移温度、機械的強度等
の点から、熱硬化性樹脂とその硬化剤との合計量(従っ
て硬化剤を使用しない場合は樹脂の総量)100部(重量
部、以下同じ)に対し1〜100部、特に2〜60部とする
ことが好ましい。
本発明の組成物には、更に必要に応じ結晶性シリカ,非
結晶性シリカ等の天然シリカ,合成高純度シリカ,合成
球状シリカ,タルク,マイカ,窒化けい素,ボロンナイ
トライド,アルミナ,炭酸カルシウム等の無機質充填剤
を熱硬化性樹脂と硬化剤との総量100部に対し1000部以
下、好適には100〜600部配合し得るほか、プロパギルア
ルコール等の反応抑制剤,接着向上用炭素官能性シラ
ン,ワックス類、ステアリン酸などの脂肪酸及びその金
属塩等の離型剤,カーボンブラック等の顔料,染料,酸
化防止剤,表面処理剤(γ−グリシドキシプロピルトリ
メトキシシラン等),モノエポキシ化合物,その他の添
加剤を配合することは差支えない。
本発明の組成物は、上述した成分の所定量を均一に撹
拌、混合し、予め70〜90℃に加熱してあるニーダー,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。なお、成分の配合順序
に特に制限はない。
本発明に係る熱硬化性樹脂組成物は、成形材料、粉体塗
装用材料として好適に使用し得るほか、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
材,プリント回路板の製造などにも有効に使用できる。
なお、半導体装置の封止を行なう場合には、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、成形温度は150〜220℃、ポストキュア
は150〜220℃で2〜16時間行なうことが好ましい。
発明の効果 本発明の熱硬化性樹脂組成物は、成形性が良好であると
共に、その硬化物は機械的強度、膨張係数、ガラス転移
温度等の諸特性が良好である上、優れた耐クラック性、
耐湿性を示す。従って、この硬化物で封止された半導体
装置は信頼性の高いものである。
以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体的に説明す
るが、本発明は下記の実施例に制限されるものではな
い。
なお、実施例、比較例の説明に先立ち、同例で用いる硬
化性ポリイミド樹脂及び共重合体の合成例を示す。
〔合成例1〕 硬化性ポリイミド樹脂の合成 2の四ツ口フラスコに4,4′−ジアミノジフェニルメ
タン198gとN−メチル−2−ピロリドン200gを仕込み、
撹拌した。その溶液を120℃に加熱し、更に1時間撹拌
を続けた。次に、N,N′−4,4′−ジフェニルメタンビス
マレイミドのN−メチル−2−ピロリドン50%溶液860g
を30分かけて滴下した。その後、20分間反応させ、次い
で撹拌下にある水中にこの反応溶液を滴下し、ポリイミ
ド樹脂を沈降させた。得られた沈澱物を過して採取
し、水洗し、減圧乾燥して、530gの硬化性ポリイミド樹
脂を得た。
この硬化性ポリイミド樹脂の性状は下記の通りである。
外 観 褐色固体 溶融粘度 5.6ポイズ(150℃) 加熱減量 0.42%(150℃,1時間) 〔合成例2〕 共重合体の合成 ビニル基含有ポリイミド樹脂Iの合成 リフラックスコンデンサー,温度計,撹拌機を装備した
1の四ツ口フラスコに、無水トリメリ酸アリル ット49.6g、4,4′−ジアミノジフェニルメタン 19.8g及びN−メチルピロリドン300gを仕込み、室温で
1日混合した後、150℃で3時間加熱混合した。その
後、N−メチルピロリドンを減圧下で留去することによ
り、下記の性状及び構造式(IR及び元素分析により確
認)を有するビニル基含有ポリイミド樹脂I 63.2gを得
た。
外 観 褐色半透明固体 溶融粘度 2.5ポイズ(150℃) 加熱減量 0.52%(150℃,1時間) 構造式 ビニル基含有ポリイミド樹脂IIの合成 リフラックスコンデンサー,温度計,撹拌機を装備した
1の四ツ口フラスコに、1,1−ジメチル−2−プロペ
ニル−無水コハク酸 33.6g,m−ジアミノベンゼン 21.6g,無水ピロメリット酸 17.0g及びN−メチルピロリドン300gを仕込み、室温で
2日間混合した後、150℃で6時間加熱混合した。その
後、N−メチルピロリドンを減圧下で留去することによ
り、下記の性状及び構造式(IR及び元素分析により確
認)を有するビニル基含有ポリイミド樹脂II62.7gを得
た。
外 観 褐色半透明固体 溶融粘度 6.2ポイズ(150℃) 加熱減量 0.35%(150℃,1時間) 構造式 共重合体の合成 リフラックスコンデンサー,温度計,撹拌機を装備した
1の四ツ口フラスコに第1表に示すビニル基含有ポリ
イミド樹脂300gとオルガノポリシロキサン200gを仕込
み、150℃で溶融混合した後、2%白金濃度の2−エチ
ルヘキサノール変性塩化白金酸0.2gを加え、150℃で2
時間撹拌することにより、第1表に示す共重合体A〜E
を得た。
化合物i: 化合物ii: 化合物iii: 〔実施例1〜3,比較列1〕 合成例1で得られた硬化性ポリイミド樹脂又はBestlex
−A4Lと合成例2で得られた共重合体とを第2表に示す
割合で使用し、更に平均粒径12μmの溶融石英230部、
γ−アミノプロピルトリエトキシシラン0.7部、カーボ
ンブラック1部、トリフェニルホスフィン2部、カルナ
バワックス1部を配合し、熱ロールにより均一に混合し
て、実施例1〜3及び比較例1の熱硬化性組成物を製造
した。
次に、これらの組成物につき(イ)〜(ニ)の諸試験を
行なった。その結果を第2表に示す。
(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)機械的強度(曲げ強度及び曲げ弾性率) JIS K−6911に準じて、175℃,70kg/cm2,5分の成形条件
で10×4×100mmの抗折棒を成形し、200℃で4時間ポス
トキュアしたものについて測定した。
(ハ)膨張係数及びガラス転移温度 (ロ)と同様にして成形、ポストキュアした4mmφ×15m
mの試験片を用いて、ディラトメーターにより毎分5℃
の速さで昇温した時の値を測定した。
(ニ)耐クラック性 9.0×4.5×0.5mmの大きさのシリコンチップを14PIN IC
フレーム(42アロイ)に接着し、これを上記組成物によ
り180℃,2分の成形条件で成形封止し、180℃で4時間ポ
ストキュアした後、−196℃×1分〜260℃×30秒の熱サ
イクルを繰返して加え、20サイクル後の樹脂クラック発
生率を測定した。なお、測定数は各サンプル50個であ
る。
〔実施例4〜9,比較例2〕 エポキシ当量200のエポキシ化クレゾールノボラック樹
脂、フェノール当量110のフェノールノボラック樹脂、
合成例2で得られた共重合体を第3表に示す割合で使用
し、更にこれに臭素化エポキシノボラック樹脂10部、ト
リフェニルホスフィン1部、石英粉末260部、γ−グリ
シドキシプロピルトリメトキシシラン1.5部、ワックスE
1.5部、カーボンブラック1.0部を配合し、熱ロールによ
り均一に混合して、実施例4〜9及び比較例2の熱硬化
性組成物を製造した。
次に、これらの組成物につき上記(イ)〜(ニ)及び下
記(ホ)の諸試験を行なった。但し、(ロ),(ハ)の
成形条件は175℃,70kg/cm2,2分,キュア条件は180℃,4
時間とした。結果を第3表に示す。
(ホ)LSIの耐湿性 256KビットDRAMメモリーLSI150個を上記組成物により17
5℃,2分の成形条件で成形封止し、180℃で4時間ポスト
キュアした後、この半導体装置を260℃の半田浴に15秒
浸漬し、次いで121℃,2気圧の飽和水蒸気中に100時間及
び200時間放置し、その時のLSIの電気的動作の不良発生
率を測定した。
第2,3表の結果より、ビニル基含有ポリイミド樹脂とオ
ルガノポリシロキサンとの反応により得られた共重合体
を配合した熱硬化性樹脂組成物は、曲げ強度,曲げ弾性
率といった機械的強度や膨張係数が良好である上、耐ク
ラック性、耐湿性に優れた硬化物を与えることが認めら
れる。
───────────────────────────────────────────────────── 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 C08L 101/00 LTA H01L 23/29 23/31

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】熱硬化性樹脂を含有する熱硬化性樹脂組成
    物に、下記式 から選ばれるいずれかのビニル基含有ポリイミド樹脂の
    ビニル基と下記式 (式中、Rは炭素数1〜8の1価炭化水素基、γ−グリ
    シジルオキシプロピル基又は炭素数1〜4のアルコキシ
    基を示し、a,bは1.8<a<2.2,0.01≦b≦0.5,1.81<a
    +b<2.3である。但し、1分子中に少なくとも1個の
    ≡SiH基を含有し、1分子中のけい素原子の数は5〜300
    である) で示されるオルガノハイドロジェンポリシロキサンの≡
    Si基との付加反応によって得られる共重合体を熱硬化性
    樹脂100重量部に対し1〜100重量部配合してなることを
    特徴とする熱硬化性樹脂組成物。
  2. 【請求項2】請求項1記載の組成物の硬化物により封止
    された半導体装置。
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