JPH07258385A

JPH07258385A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物

Info

Publication number: JPH07258385A
Application number: JP5062294A
Authority: JP
Inventors: Masato Ohira; 正人大平; Yoshihisa Sone; 嘉久曽根
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd; Sumikin Chemical Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp; Air Water Inc
Priority date: 1994-03-22
Filing date: 1994-03-22
Publication date: 1995-10-09

Abstract

(57)【要約】【目的】半田付け工程でのパッケージクラックが防止
できる半田耐熱性を示し、かつ作業性、成形性 (流動
性、硬化性、離型性) 、耐湿性、耐熱性にも優れた、表
面実装方式の半導体パッケージの製造に適した半導体封
止用エポキシ樹脂組成物。【構成】 (Ａ) ビフェニル型エポキシ樹脂、 (Ｂ) フ
ェノール化合物 (例、フェノール) と芳香族アルデヒド
(例、ベンズアルデヒド) と (Ｃ) キシリレングリコー
ルまたはその低級アルキルエーテルもしくはエステル
(例、キシリレングリコールジメチルエーテル) とを縮
合反応させて得られるフェノール系化合物、(Ｃ) ジシ
クロペンタジエン・フェノールおよび／またはナフトー
ル重合体からなるフェノール系樹脂、および (Ｄ) 無機
充填剤を必須成分として含有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半田耐熱性に優れ、成
形性 (成形時の流動性、硬化性、離型性) 、可撓性、耐
湿性、耐熱性、作業性も良好な、半導体封止用エポキシ
樹脂組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣパッケージなどの電子回路部品（以
下、半導体パッケージまたは単にパッケージという）に
対して、環境変化からの保護と機械的振動や衝撃による
破損および特性変化の防止を目的として、その外側を被
覆密封する封止が行われている。封止方法としては、金
属やセラミックスによる気密封止と樹脂封止とがある
が、コスト面から大半は樹脂封止が採用されている。

【０００３】樹脂封止用の樹脂材料としては、一部にシ
リコーン樹脂が使用されているが、そのほとんどはエポ
キシ樹脂である。エポキシ樹脂は、一般に耐熱性、耐湿
性、電気特性 (絶縁性) 、接着性、成形性といった封止
材料に必要な物性の多くを有している上、シリコーン樹
脂に比べて安価であるためである。

【０００４】半導体封止用のエポキシ樹脂組成物は、一
般に、エポキシ樹脂（例、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）、硬化剤（例、フェノールノボラ
ックなど）、硬化促進剤（例、有機ホスフィン類、イミ
ダゾール類など）、無機微粉末からなる充填材（例、シ
リカ、アルミナなど）、シランカップリング剤、離型剤
（例、カルナウバワックス、パラフィンワックスな
ど）、着色剤（例、カーボンブラックなど）などの成分
から構成され、一般に全体の60重量％以上を無機充填材
が占める。

【０００５】最近、半導体パッケージの基板への実装方
法が、従来のリードピンを基板の穴に挿入する「挿入実
装方式」に代わって、生産性に優れた、基板表面に部品
を半田付けする「表面実装方式」へと移行してきた。そ
れに伴い、パッケージも、従来のＤＩＰ (デュアル・イ
ンライン・パッケージ) から、高密度実装、表面実装に
適した薄型のＴＳＯＰ (シン・スモール・アウトライン
・パッケージ) やＱＦＰ (クワッド・フラット・パッケ
ージ) に移行しつつある。

【０００６】表面実装方式への移行やパッケージの薄型
化に伴い、従来はあまり問題にならなかった半田付け工
程でのパッケージクラックが大きな問題になってきた。
従来のピン挿入実装方式では、半田付け工程ではリード
部が部分的に加熱されるだけであったが、表面実装方式
ではパッケージ全体が熱媒に浸され、加熱されるからで
ある。

【０００７】表面実装方式における半田付け方法として
は、半田浴浸漬、不活性液体の飽和蒸気によって加熱す
るＶＰＳリフロー法、赤外線によって加熱する赤外リフ
ロー法などが用いられているが、いずれの方法でもパッ
ケージ全体が 210〜270 ℃の高温に加熱されることにな
る。そのため、上述した従来のエポキシ樹脂系封止用樹
脂組成物により封止したパッケージは、半田付け時に樹
脂部分にクラックが発生し、信頼性が低下して、製品と
して使用できないという問題がおきていた。

【０００８】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した水分が、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
因するといわれており、その対策として封止用のエポキ
シ樹脂組成物の半田耐熱性改良が種々検討されている。

【０００９】例えば、硬化剤にトリス (ヒドロキシフ
ェニル) メタンとフェノールアラルキル樹脂とを組み合
わせて用いた組成物 (特開平１−292029号公報) 、エ
ポキシ樹脂としてビフェニル型エポキシ樹脂を用いた組
成物 (特開平１−108256号公報) 、エポキシ樹脂ある
いはフェノール系硬化剤をシリコーン変性した組成物
(特開平２−127417号公報、特開平２−202914号公報)
、硬化剤として、キシリレン化合物などの２官能性
芳香族化合物とフェノールとの重縮合で得られるフェノ
ールアラルキル樹脂とジシクロペンタジエン・フェノー
ル樹脂との混合物を用いた組成物 (特開平４−359013号
公報) 、硬化剤にフェノールアラルキル樹脂を、エポ
キシ樹脂にビフェニル骨格またはナフタレン骨格を有す
るエポキシ樹脂を用いた組成物 (特開平４−325517号公
報) 、硬化剤としてフェノールアラルキル樹脂を、エ
ポキシ樹脂としては、このフェノールアラルキル樹脂を
エポキシ化して得た樹脂を用いた組成物 (特開平５−97
967 号公報) 、エポキシ樹脂として側鎖ベンゼン環を
有するビスフェノール型骨格のものを使用したエポキシ
樹脂組成物 (特開平５−78451 号公報) 、ビフェニル
骨格を有するエポキシ樹脂に、ジシクロペンタジエン・
フェノール樹脂とナフトール・フェノール樹脂の２種類
の硬化剤を組合わせた組成物（特開平５−25251 号公
報) 、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂に、ジシ
クロペンタジエン・ナフトール樹脂からなる硬化剤を組
合わせた組成物 (特開平５−1210号公報) などが提案さ
れている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これら種々の
方法で改良された樹脂も、薄型表面実装用の封止材料と
して要求される特性を十分に満足するには至っていな
い。例えば、のように、トリス (ヒドロキシフェニ
ル) メタンとフェノールアラルキル樹脂との混合物を硬
化剤として用いても、エポキシ樹脂が従来通りのオルソ
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂では、硬化物の架
橋密度が高く、耐熱性 (ガラス転移温度) は向上するも
のの、吸湿率が高く、硬化物自体も硬く、脆くなるの
で、半田耐熱性の程度は低い。

【００１１】同様に、、のように、ビフェニル骨格
などの特殊な骨格を持った改善されたエポキシ樹脂を用
いても、硬化剤が従来のノボラック型フェノール樹脂で
は、耐湿性に劣り、ひいては十分な半田耐熱性が得られ
ない。

【００１２】のエポキシ樹脂またはフェノール系硬化
剤をシリコーン変性する方法は、シリコーン化合物とエ
ポキシ樹脂またはフェノール樹脂との相溶性が悪いた
め、シリコーン変性樹脂中に未反応のシリコーン化合物
が多量に残り、強度が低下するばかりでなく、耐湿性、
半田耐熱性の向上効果も不十分であった。

【００１３】一方、のフェノールアラルキル樹脂とジ
シクロペンタジエン・フェノール重合体との混合物を硬
化剤とした組成物は、耐湿性に優れ、ガラス転移温度も
高い値を示すが、従来のノボラック型フェノール樹脂硬
化剤に比べて軟化点が高いため、配合、混練等の作業性
に問題があり、さらに成形時の離型性に劣るという欠点
もある。

【００１４】また、、の硬化剤にフェノールアラル
キル樹脂を、エポキシ樹脂にビフェニルまたはナフタレ
ン骨格のエポキシ樹脂か、硬化剤をエポキシ化したエポ
キシ樹脂を用いると、半田耐熱性はかなり向上するが、
成形時の流動性・硬化性・離型性が低下し、ガラス転移
温度 (耐熱性) も低下する。また、高粘度で流動性が低
く、充填材の配合量が制限されることから、コスト、耐
湿性、半田耐熱性の点で不利である。

【００１５】さらに、、のように、エポキシ樹脂が
ビフェニル骨格を有し、硬化剤としてジシクロペンタジ
エン・フェノールまたはナフトール樹脂を使用した場合
にも、半田耐熱性は向上し、耐熱性も良好となる。しか
し、の場合には、併用する第二の硬化剤が、溶融粘度
が高いナフトール・フェノール樹脂であるため、成形
性、作業性が十分でなく、またこの硬化剤の水酸基数が
多いために、架橋密度が高く、吸湿率が大きくなるとい
う欠点がある。一方、では、硬化剤が溶融粘度の高い
ジシクロペンタジエン・ナフトール樹脂単独であるた
め、成形性や作業性に劣る。

【００１６】本発明の目的は、かかる半田付け工程で生
じるパッケージクラックの問題を解消できる優れた半田
耐熱性を示し、かつ作業性 (ハンドリング性) 、成形性
(成形時の流動性、硬化性、離型性) 、耐湿性、耐熱性
（耐熱信頼性）にも優れた、半導体封止用エポキシ樹脂
組成物を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、特定のエ
ポキシ樹脂と特定の硬化剤とを組み合わせることによ
り、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成
するに至った。

【００１８】本発明は、下記 (Ａ) 〜 (Ｄ) を必須成分
として含有することを特徴とする半導体封止用樹脂組成
物である。 (Ａ) 下記一般式(1) で表されるビフェニル型エポキシ
樹脂

【００１９】

【化５】

【００２０】（式中、R₁〜R₈は同一でも異別でもよく、
それぞれ水素原子、C₁〜C₄低級アルキル基およびハロゲ
ン原子から選ばれ、ｎは０または１以上の整数を表
す）、(Ｂ) フェノール化合物を芳香族アルデヒドおよ
び下記一般式(2)

【００２１】

【化６】

【００２２】（式中、R₉およびR₁₀は同一でも異別でも
よく、それぞれ水素原子、C₁〜C₄低級アルキル基および
C₂〜C₄低級アシル基から選ばれる) で表されるキシリレ
ン化合物と反応させて得られるフェノール系化合物、
(Ｃ) 下記一般式(3) で表されるジシクロペンタジエン
・フェノール重合体

【００２３】

【化７】

【００２４】（式中、R₁₁〜R₁₃は同一でも異別でもよ
く、それぞれ水素原子、C₁〜C₄低級アルキル基及びハロ
ゲン原子から選ばれ、ｎは０または１以上の整数を表
す) および／または下記一般式(4) で表されるジシクロ
ペンタジエン・ナフトール重合体

【００２５】

【化８】

【００２６】(式中、ｎは０または１以上の整数を表す)
からなるフェノール系樹脂、ならびに(Ｄ) 無機充填
剤。

【００２７】以下、本発明の構成を詳述する。

【００２８】本発明の樹脂組成物で用いるエポキシ樹脂
(Ａ) は、上記一般式(1)(式中、R₁〜R₈はそれぞれ上記
と同じ意味) で表されるビフェニル型エポキシ樹脂であ
る。このエポキシ樹脂は、一般式(1) からわかるよう
に、剛直なビフェニル骨格を持つため、弾性率が低く、
熱時強度 (高温強度) に優れている。さらに、フェニル
骨格に置換基R₁〜R₈の少なくとも１つとして疎水性のア
ルキル基を有する場合には、吸湿率が小さくなるという
特徴を持つ。

【００２９】一般式(1) の繰り返し単位数ｎの上限は特
に制限されないが、ｎが大きくなると、耐熱性の指標で
あるTg (ガラス転移温度) が低下するばかりでなく、溶
融粘度が上昇し、成形性が悪くなる。その意味で、ｎは
５以下であることが好ましく、特に０または１であるこ
とが好ましい。ｎが０または１であると耐熱性および流
動性 (成形性) が特に良好となる。

【００３０】本発明で用いる、上記一般式(1) で示され
るエポキシ樹脂 (Ａ) の好ましい具体例としては、4,4'
−ビス (2,3 −エポキシプロポキシ) ビフェニル、4,4'
−ビス(2,3−エポキシプロポキシ) −3,3',5,5' −テト
ラメチルビフェニル、4,4'−ビス(2,3−エポキシプロポ
キシ) −3,3',5,5' −テトラメチル−２−ブロモビフェ
ニル、4,4'−ビス(2,3−エポキシプロポキシ) −3,3',
5,5' −テトラエチルビフェニル、4,4'−ビス(2,3−エ
ポキシプロポキシ)-3,3',5,5' −テトラブチルビフェニ
ルなどが挙げられ、１種もしくは２種以上を使用でき
る。中でも、4,4'−ビス(2,3−エポキシプロポキシ) ビ
フェニル、4,4'−ビス(2,3−エポキシプロポキシ) −3,
3',5,5' −テトラメチルビフェニルが特に好ましい。

【００３１】本発明において、一般式 (1)で表されるビ
フェニル型エポキシ樹脂に加えて、他のエポキシ樹脂を
併用することもできる。併用するのに適したエポキシ樹
脂の具体例としては、オルソクレゾールノボラック型エ
ポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フェノールノ
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、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ハロゲン化エ
ポキシ樹脂などが挙げられる。また、フェノールアラル
キル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂等をエポキシ化し
て得られるエポキシ樹脂も使用できる。この場合、本発
明の効果を十分に発揮させるためには、一般式(1) のビ
フェニル型エポキシ樹脂を、全エポキシ樹脂中に50重量
％以上含有させることが好ましい。

【００３２】本発明の樹脂組成物の第２の必須成分は、
上記エポキシ樹脂に対する硬化剤として作用するフェノ
ール系化合物 (Ｂ) である。このフェノール系化合物
は、フェノール化合物を芳香族アルデヒドおよび上記一
般式(2)(式中、R₉、R₁₀はそれぞれ上記と同じ意味) で
表されるキシリレン化合物とを反応させて得られる。こ
の反応は常法により行うことができるが、通常は酸触媒
(ルイス酸および酸性触媒も含む) の存在下で行われ
る。

【００３３】フェノール系化合物 (Ｂ) の原料となるフ
ェノール化合物としては、芳香環に結合したヒドロキシ
ル基を１個または２個以上有する各種の単環型、多核
型、または縮合多環型芳香族化合物が使用できる。具体
例としては、フェノール；クレゾール、キシレノール、
エチルフェノール、ブチルフェノール、ハロゲン化フェ
ノールなどの置換フェノール類；レゾルシン、ビスフェ
ノールＡ、ビスフェノールＳ、ビスフェノールＦなどの
２価フェノール類；α−ナフトール、β−ナフトール、
アントラセノール、ナフタレンジオールなどの縮合多環
型フェノール類が挙げられる。これらのフェノール類の
うち原料として好ましいのは、フェノール、クレゾー
ル、α−またはβ−ナフトールである。

【００３４】フェノール化合物 (Ｂ) の第二の原料は芳
香族アルデヒドである。芳香族アルデヒドは、芳香環に
結合した１個のアルデヒド基を持った芳香族化合物であ
り、これも単環型および多環型のいずれでもよい。その
具体例としては、ベンズアルデヒド、メチルベンズアル
デヒド、エチルベンズアルデヒド、tert−ブチルベンズ
アルデヒド、ナフトアルデヒド、メチルナフトアルデヒ
ド、アントラセンアルデヒドなどが挙げられる。好まし
い芳香族アルデヒドは、ベンズアルデヒドおよびナフト
アルデヒドである。

【００３５】フェノール系化合物 (Ｂ) の第三の原料
は、上記一般式(2) で示されるキシリレン化合物であ
る。この化合物の具体例としては、キシリレングリコー
ル、キシリレングリコールジメチルエーテル、キシリレ
ングリコールジエチルエーテル、キシリレングリコール
ジアセトキシエステル、キシリレングリコールジプロピ
オキシエステル、キシリレングリコールモノメチルエー
テル、キシリレングリコールモノアセトキシエステル等
が挙げられる。特にキシリレングリコール、キシリレン
グリコールジメチルエーテルが好適である。R₁とR₂の置
換位置は一般にパラ位が好ましい。

【００３６】上記の３種類の原料はいずれも、１種づつ
使用しても、或いは２種以上の混合物を使用してもよ
い。

【００３７】フェノール系化合物 (Ｂ) の製造に用いる
酸触媒としては、リン酸、硫酸、塩酸などの無機酸、お
よびシュウ酸、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン
酸、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸
などの有機酸、さらにはフリーデル・クラフツ触媒とし
て使用されている塩化亜鉛、塩化第二錫、塩化第二鉄な
どのルイス酸や、ジエチル硫酸などの酸性触媒が挙げら
れる。酸触媒も、１種のみ、または２種以上併用して使
用できる。

【００３８】各原料の使用割合は、フェノール化合物に
対する芳香族アルデヒドとキシリレン化合物の合計量
が、モル比で 0.1〜0.8 、特に 0.2〜0.7 となることが
好ましい。このモル比が0.1 未満では、未反応フェノー
ルが多くなり、収率が下がる。一方、0.8 を越えると、
生成樹脂の分子量が増大し、軟化温度が上昇して成形時
の流動性の低下を招き易い。

【００３９】一方、芳香族アルデヒドに対するキシリレ
ン化合物のモル比は、 0.1〜10の範囲が適当であり、好
ましくは 0.2〜５である。このモル比が0.1 未満では、
エポキシ樹脂を加えて硬化させた硬化物が、やや堅く、
脆くなる傾向がある。一方、このモル比が10より大きく
なると、ガラス転移点が低くなり、流動性や離型性も低
下する傾向がある。

【００４０】酸触媒の使用量には特に制限はないが、触
媒の種類により、上記３種類の原料の合計量に対して
0.003〜５重量％の範囲内で適正量を添加すればよい。
フェノール化合物と芳香族アルデヒド及びキシリレン化
合物との反応は、通常は 100〜180 ℃の温度範囲で行
う。反応時間は一般に１〜10時間である。反応成分の添
加順序にも特に制限はなく、例えば、フェノール化合物
に対して芳香族アルデヒドとキシリレン化合物とを同時
に加えて反応を進めてもよく、またいずれか一方を先に
加えてフェノール化合物と反応させ、次いで他方を加え
て反応を更に継続させることもできる。

【００４１】上記の反応は、縮合によって生成する水の
他に、使用するキシリレン化合物の種類によっては、ア
ルコールまたはカルボン酸を生成しながら進行する。縮
合反応終了後、系内に残留した未反応のフェノール化合
物を減圧蒸留または水蒸気蒸留などの適当な方法で留去
させることにより、本発明で硬化剤として作用するフェ
ノール系化合物 (Ｂ) が得られる。

【００４２】得られたフェノール系化合物は、フェノ
ール化合物とキシリレン化合物との縮合物およびフェ
ノール化合物と芳香族アルデヒドとの縮合物がランダム
に結合した共重合体である。その代表的構造を下記の式
(5) 、式(6) および式(7) に示す。ただし、〔〕内の
構造単位は共重合体中にランダムに分布および連鎖して
いる。

【００４３】

【化９】

【００４４】

【化１０】

【００４５】

【化１１】

【００４６】（上記式中、R₁₄〜R₁₉は同一でも異なる
ものでもよく、それぞれ水素原子、C₁〜C₄低級アルキル
基およびハロゲン原子から選ばれ、ｍおよびｎはそれぞ
れ１〜10の整数である。）ｍ、ｎの値は、フェノール化合物、芳香族アルデヒド、
キシリレン化合物の３種類の原料の配合比を変えること
により、目的とする物性となるように任意に調整でき
る。なお、上記の式(5) 、式(6) および式(7) は単に例
示にすぎず、本発明で用いるフェノール系化合物はこれ
らに限定されるものではない。

【００４７】本発明の樹脂組成物において、フェノール
系化合物 (Ｂ) を硬化剤として用いることにより、樹脂
組成物の軟化点および溶融粘度が下がり、流動性・硬化
性等の成形性が向上するばかりでなく、硬化物の耐熱性
(ガラス転移温度) も向上する。

【００４８】本発明の第三の必須成分は、上記一般式
(3) で示されるジシクロペンタジエン・フェノール重合
体および上記一般式(4) で示されるジシクロペンタジエ
ン・ナフトール重合体の一方または両方からなるフェノ
ール系樹脂 (Ｃ) である。このフェノール系樹脂もエポ
キシ硬化剤として作用する。即ち、本発明においては、
上記フェノール系化合物 (Ｂ) とフェノール系樹脂
(Ｃ) の２種類の硬化剤を併用する。フェノール系樹脂
(Ｃ) を硬化剤として併用することにより、硬化物の吸
湿性が極めて小さくなり、封止樹脂の耐湿信頼性を大幅
に向上させることができるようになる。

【００４９】一般式(3) で示される重合体は、ジシクロ
ペンタジエンとフェノールもしくは置換フェノールと
を、フリーデル・クラフツ触媒または強酸触媒の存在下
で反応させることにより製造される。フェノールに代え
てナフトールを使用すると、一般式(4) の重合体が得ら
れる。

【００５０】一般式(3) および(4) における繰り返し単
位数ｎは０以上であればよく、その上限は特に制限され
ないが、耐熱性および耐湿性の改善を十分に得るために
は、ｎが10以下であることが好ましく、５以下がより好
ましい。一般式(3) のジシクロペンタジエン・フェノー
ル重合体として好ましいのは、R₁₁〜R₁₃がいずれも水
素である化合物である。

【００５１】硬化剤として、上記のフェノール系化合物
(Ｂ) とフェノール系樹脂 (Ｃ) 以外に他の１種もしく
は２種以上のエポキシ硬化剤を併用してもよい。他のエ
ポキシ硬化剤を併用する場合、その量 (２種以上の他の
硬化剤を使用する場合はその合計量) は、必須の硬化剤
である (Ｂ) と (Ｃ) の合計量に対して50重量％以下で
あることが好ましい。

【００５２】併用可能な硬化剤の例に、上記 (Ｃ) 以外
の他のフェノール系樹脂がある。他のフェノール系樹脂
は、エポキシ樹脂 (Ａ) と反応して、これを硬化させる
ものであれば特に限定されない。併用可能なフェノール
系樹脂の好ましい具体例としては、フェノールノボラッ
ク樹脂、クレゾールノボラック樹脂、フェノールアラル
キル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、トリス (ヒドロ
キシフェニル) メタン、1,1,2 −トリス (ヒドロキシフ
ェニル) エタン、1,1,3 −トリス (ヒドロキシフェニ
ル) プロパン、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、
ジヒドロキシビフェニルなどが挙げられる。

【００５３】上記２種類のフェノール系硬化剤 (Ｂ) と
(Ｃ) との混合比は、特に限定されないが、たとえば水
酸基当量比で、 (Ｂ) ／[(Ｂ) ＋ (Ｃ)]＝ 0.1〜0.9 の
範囲内が好ましく、 0.3〜0.7 の範囲がさらに好まし
い。この当量比は、小さすぎると成形性と耐熱性が低下
し、大きすぎると吸湿性が改善されず、半田付け工程に
おけるクラックが発生し易くなる傾向がある。

【００５４】本発明の樹脂組成物において、ビフェニル
型エポキシ樹脂 (Ａ) に対するフェノール系硬化剤
(Ｂ) および (Ｃ) の配合比は、機械的性質や耐湿性の
点から、[(Ｂ) と (Ｃ) の水酸基数の合計] ／[(Ａ) の
エポキシ基数] ＝0.5 〜1.5 の範囲にあることが好まし
く、特に0.8 〜1.2 の範囲にあることがより好ましい。

【００５５】他のエポキシ樹脂および／または硬化剤を
併用する場合には、好ましくは (硬化剤全体の水酸基数
合計) ／ (エポキシ樹脂全体のエポキシ基数合計) ＝
0.5〜1.5 、より好ましくは 0.8〜1.2 の範囲内とすれ
ばよい。

【００５６】本発明の樹脂組成物に用いる無機充填材
(Ｄ) は、従来より半導体封止用に用いられてきた任意
の１種もしくは２種以上の充填材でよい。このような無
機充填材の具体例としては、非晶性シリカ、結晶性シリ
カ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、炭酸カルシウム、炭酸マ
グネシウム、アルミナ、マグネシア、クレー、タルク、
ケイ酸カルシウム、酸化チタン、ガラス繊維などが挙げ
られるが、中でも低応力性 (低熱膨張性) の点から結晶
性シリカが好ましく用いられる。

【００５７】本発明において、無機充填材 (Ｄ) の配合
割合は、成形性および低応力性の点から、組成物全体の
60〜95重量％の範囲とすることが好ましく、より好まし
くは60〜90重量％の範囲内である。成形性 (溶融粘度、
流動性) を損なわない限り、低応力性、低吸湿性の点か
ら、充填材量は多い方が好ましい。このためには、最密
充填が容易となるように、粒度分布が広く球形の充填材
を用いることが好ましい。

【００５８】本発明の封止用エポキシ樹脂組成物は、上
記必須成分 (Ａ) 〜 (Ｄ) に加えて、必要に応じて適当
な添加剤、特に半導体封止用エポキシ樹脂組成物に従来
より使用されてきた添加剤をさらに含有することができ
る。このような添加剤の例としては、硬化促進剤、カッ
プリング剤、難燃剤・難燃助剤、離型剤、着色剤、低応
力化剤などが挙げられ、いずれも１種もしくは２種以上
を使用できる。

【００５９】硬化促進剤としては、エポキシ樹脂とフェ
ノール系硬化剤との硬化反応 (水酸基によるエポキシ基
の開環・縮合反応) を促進させるものであれば、任意の
化合物が使用できる。好適な硬化促進剤の例には、２−
メチルイミダゾール、 2,4−ジ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化合物；
トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、ベンジルジ
メチルアミン、2,4,6 −トリス (ジメチルアミノメチ
ル) フェノール、1,8 −ジアザビシクロ (5,4,0)ウンデ
セン−７等の３級アミン；トリフェニルホスフィン、ト
リメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリブチ
ルホスフィン、トリ(p−メチルフェニル) ホスフィン、
トリ (ノニルフェニル) ホスフィン等の有機ホスフィン
化合物；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
ルボレート等のテトラフェニルボロン塩等が挙げられ
る。中でも耐湿性の点から、有機ホスフィン化合物が好
ましく、トリフェニルホスフィンが特に好ましい。硬化
促進剤の添加量は、エポキシ樹脂100 重量部に対して
0.1〜５重量部の範囲が好ましい。

【００６０】カップリング剤は、無機充填材の表面処理
に用いる。無機充填剤をシランカップリング剤、チタネ
ートカップリング剤などのカップリング剤であらかじめ
表面処理しておくと、さらに耐湿信頼性が向上する点で
好ましい。カップリング剤としてはエポキシシラン類、
アミノシラン類、アクリルシラン類、ビニルシラン類な
どのシランカップリング剤が好ましい。

【００６１】難燃剤の例としては、ハロゲン化エポキシ
樹脂、ハロゲン化合物、リン化合物などが挙げられ、難
燃助剤の例には、三酸化アンチモンなどがある。離型剤
の例としては、カルナウバワックス、パラフィンワック
ス、ステアリン酸、モンタン酸、カルボキシル基含有ポ
リオレフィンなどがあり、着色剤の例にはカーボンブラ
ックなどがある。低応力化剤としては、例えば、シリコ
ーンゴム、変性ニトリルゴム、変性ポリブタジエンゴ
ム、変性シリコーンオイルなどが使用できる。これらの
添加剤の添加量は、従来のエポキシ樹脂系半導体封止用
樹脂組成物と同様でよい。

【００６２】本発明のエポキシ樹脂組成物に任意に用い
ることができる硬化促進剤、カップリング剤、難燃剤・
難燃助剤、離型剤、着色剤、低応力化剤などは、ここに
例示したものに限定されるものではない。

【００６３】本発明の半導体封止用樹脂組成物は、必須
成分 (Ａ) 〜 (Ｄ) と、必要に応じて配合される添加剤
とを、常法により混合・混練することにより製造するこ
とができる。例えば、前述のエポキシ樹脂、２種類のフ
ェノール系硬化剤、無機充填材およびその他添加剤をミ
キサー等によって物理的に十分均一に混合した後、さら
にエポキシ樹脂および各硬化剤の軟化温度より高温で熱
ロール、ニーダー、押出機などにより混練処理を行い、
次いで冷却固化後に適当な大きさに粉砕して、半導体封
止のための成形作業にそのまま使用できる本発明の樹脂
組成物を得ることができる。

【００６４】こうして得た樹脂組成物は、低圧トランス
ファー成形法、射出成形法、圧縮成形法、注型などの成
形法により半導体封止用に使用することができる。成形
後の後硬化は、例えば、 140〜220 ℃で１〜10時間程度
の加熱により行われる。

【００６５】

【作用】本発明によれば、ビフェニル型エポキシ樹脂
(Ａ) と、特定のフェノール系化合物 (Ｂ) およびフェ
ノール系樹脂 (Ｃ) とからなる２種類の硬化剤とを組合
わせた樹脂系により半導体封止用の充填材含有樹脂組成
物を構成することにより、耐半田リフロー性 (半田付け
時の耐クラック性) が良好で、かつ耐湿性、耐熱性、金
型離型性 (成形作業性) 、混練作業性 (低溶融粘度) に
優れているという、半導体封止用に最適の特性を具備し
た樹脂組成物を得ることができる。

【００６６】その理由は次のように推察されるが、ただ
しこの推察に本発明が拘束されるものではない。ビフェ
ニル型エポキシ樹脂 (Ａ) は、疎水性のメチル基を有し
ていてもよい剛直なビフェニル骨格を持つため、低吸
湿、高耐熱さらに低弾性率の特徴を発揮する。

【００６７】さらに、硬化剤として使用するフェノール
系化合物 (Ｂ) は、ペンダント型の剛直な構造を有し、
かつ水酸基当量が大きいため、硬化物の架橋密度を上げ
ずに耐熱性 (ガラス転移温度) の向上が可能である。一
般には架橋密度に比例して吸湿率が上がるため、架橋密
度の上昇は好ましくない。しかも、フェノール系化合物
(Ｂ) は低軟化点、低粘度であるため、混練作業性に優
れ、かつ充填材を多く配合できる点でも好ましい。さら
に硬化性 (成形直後の硬度) にも極めて優れ、金型離型
性も良好である。

【００６８】一方、別の硬化剤として併用するジシクロ
ペンタジエン・フェノール重合体および／またはジシク
ロペンタジエン・ナフトール重合体からなるフェノール
系樹脂 (Ｃ) は、この重合体構造中のジシクロペンタジ
エン骨格により、極めて低吸湿の特徴を発揮するととも
に、リードフレームやシリコンチップとの密着性を高め
る。

【００６９】このように、成分 (Ａ) 〜 (Ｃ) を組合わ
せて存在させることにより、上述した半導体封止用に最
適の各種の特性が同時に得られるのであり、いずれか１
成分が欠けても少なくとも１つの特性が著しく低下す
る。

【００７０】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。

【００７１】[製造例１](フェノール系化合物Ｂ-1の製
造) 攪拌装置、温度計、コンデンサー、および窒素ガス導入
管を備えた四つ口フラスコに、フェノール 800重量部、
ベンズアルデヒド 230重量部、ｐ−キシリレングリコー
ルジメチルエーテル 350重量部、ｐ−トルエンスルホン
酸 (１水和物)２重量部を加え、100 〜150 ℃に加熱
し、縮合反応で副生した水およびメタノールを系外に留
去しながら、これらの縮合副生物の発生が認められなく
なるまで反応を行った (約３時間) 。この時のフェノー
ル／アルデヒド／キシリレン化合物のモル比は約４／１
／１であった。その後、系内の未反応フェノールを減圧
蒸留によって除去することにより、縮合反応物として上
記の式(5) の構造 (R₁₄=R₁₅=R₁₆=Ｈ) を有する目的のフ
ェノール系化合物を得た。このフェノール系化合物は軟
化点が72℃、150 ℃での溶融粘度が820 cps 、水酸基当
量が165 g/eqであった。このフェノール系化合物をＢ-1
とする。

【００７２】[製造例２](フェノール系化合物Ｂ-2の製
造) 製造例１で用いた装置にオルソクレゾール 740重量部、
ベンズアルデヒド 220重量部、ｐ−キシリレングリコー
ルジメチルエーテル 340重量部、ｐ−トルエンスルホン
酸 (１水和物) ２重量部を加え、製造例１と同様に縮合
反応させた。この時のクレゾール／アルデヒド／キシリ
レン化合物のモル比は約20／６／６であった。その後、
反応物をメチルイソブチルケトンに溶解し、分液ロート
で水洗した後、有機層から溶媒および未反応クレゾール
を減圧蒸留によって除去することにより上記の式(5) の
構造 (R₁₄=R₁₅=メチル、R₁₆=Ｈ) を有する目的のフェノ
ール系化合物を得た。このフェノール系化合物は軟化点
が70℃、150 ℃での溶融粘度が730 cps 、水酸基当量が
178 g/eqであった。このフェノール系化合物をＢ-2とす
る。

【００７３】[製造例３](フェノール系化合物Ｂ-3の製
造) 製造例１で用いた装置に、１−ナフトール 640重量部、
ベンズアルデヒド 120重量部、ｐ−キシリレングリコー
ル 160重量部、ｐ−トルエンスルホン酸 (１水和物) １
重量部を加え、 100〜165 ℃に加熱し、縮合反応で副生
した水を系外に除去しながら、縮合水の発生が認められ
なくなるまで反応を行った。この時のナフタレン／アル
デヒド／キシリレン化合物のモル比は約４／１／１であ
った。その後、未反応の１−ナフトールを減圧下水蒸気
蒸留によって除去することにより、上記の式(6) で示さ
れる構造 (R₁₇=Ｈ) を有する目的のフェノール系化合物
を得た。この化合物は、軟化点が77℃、150 ℃での溶融
粘度が880 cps 、水酸基当量が196 g/eqであった。この
フェノール系化合物をＢ-3とする。

【００７４】[製造例４](フェノール系化合物Ｂ-4の製
造) 製造例１で用いた装置に、フェノール 620重量部、２−
ナフトアルデヒド 340重量部、ｐ−キシリレングリコー
ルジメチルエーテル 350重量部、ｐ−トルエンスルホン
酸 (１水和物) ２重量部を加え、 100〜160 ℃に加熱し
ながら、製造例１と同様に反応を行った。その後、反応
物を製造例２と同様に処理して、上記の式(7) で示され
る構造 (R₁₈=R₁₉=Ｈ) を有する目的のフェノール系化合
物を得た。このフェノール系化合物は軟化点が80℃、15
0 ℃での溶融粘度が690 cps 、水酸基当量が182 g/eqで
あった。このフェノール系化合物をＢ-4とする。

【００７５】[実施例１〜７]表１に示したエポキシ樹脂
ならびに硬化剤のフェノール系化合物 (上の製造例１〜
４で得たもの) 、フェノール系樹脂、およびその他の硬
化剤を使用し、これらを表２に示す配合割合で各種添加
剤と配合し、ミキサーで十分に予備混合した後、加熱ロ
ールを用いて温度80〜120 ℃で約８分間混練した。その
後、得られたシート状の混練物を冷却し、粉砕して、充
填材含有エポキシ樹脂組成物を得た。得られたエポキシ
樹脂組成物について、各種物性を後述する要領で測定評
価した。結果を表４に示す。

【００７６】[比較例１〜４]表１に示したエポキシ樹脂
と硬化剤１種類のみを使用して、これらを表３に示す配
合割合で各種添加剤と配合することによって、実施例１
〜７と同様に、比較用の充填材含有エポキシ樹脂組成物
を得た。得られたエポキシ樹脂組成物の各種物性の測定
結果も表４に併せて示す。物性の測定評価方法は次の通
りである。

【００７７】(1) スパイラルフロー樹脂組成物を用いて、175 ℃の金型で70 kgf/cm²の圧力
をかけてスパイラルの流動距離を測定した。

【００７８】(2) 硬化性樹脂組成物を175 ℃×120 秒の条件でトランスファー成
形し、脱型後10秒経過した時点での硬さを測定すること
により、硬化性を◎ (優) ←→ (劣) ×として評価し
た。

【００７９】(3) ガラス転移温度樹脂組成物をトランスファー成形機を用いて、175 ℃×
120 秒の条件で成形した後、150 ℃で２時間、さらに18
0 ℃で６時間、後硬化させた成形品から、適当な大きさ
の試験片を切り出し、ＴＭＡ法によりガラス転移温度を
測定した。

【００８０】(4) 吸湿率ＱＦＰパッケージ (パッケージサイズ: 17×17×1.8 m
m、チップサイズ: ８×８×0.5 mm) を、トランスファ
ー成形機を用いて175 ℃×120 秒の条件で成形した後、
150 ℃で２時間、さらに180 ℃で６時間、後硬化させ
た。このパッケージを85℃、85％ＲＨ雰囲気下で 168時
間吸湿させた後の重量変化から、吸湿率を測定した。

【００８１】(5) 半田耐熱性吸湿率を測定した直後の試験用パッケージ20個を、260
℃の半田浴に20秒間浸漬してクラックが発生したパッケ
ージの個数を求めた。

【００８２】

【表１】

【００８３】

【表２】

【００８４】

【表３】

【００８５】

【表４】

【００８６】表４に示した結果から明らかなように、本
発明のエポキシ樹脂組成物 (実施例１〜７) は、硬化
性、離型性に優れしかも低吸湿率、高ガラス転移温度を
示した。また半田浴浸漬後のクラックの発生も非常に少
ないか、完全に防止できた。

【００８７】これに対し、硬化剤のフェノール系樹脂
(Ｃ) がジシクロペンタジエン・フェノールもしくはナ
フトール重合体を含有しない比較例１、比較例３および
比較例４では、吸湿率および半田耐熱性が劣っていた。
一方、この重合体を含有していても、第二の硬化剤を含
有していない比較例２では、硬化性、離型性および混練
性が劣っており、第二の硬化剤がフェノール系化合物
(Ｂ) 以外のものである比較例６および７では、それぞ
れ硬化性および耐湿性・半田耐熱性が大きく劣化した。
また、硬化剤が本発明の２種類の組合わせからなるもの
であっても、エポキシ樹脂が (Ａ) 以外のものである比
較例５では、成形性 (流動性) が低く、耐湿性・半田耐
熱性にも劣っていた。

【００８８】

【発明の効果】本発明のエポキシ樹脂組成物は、 (Ａ)
剛直なビフェニル骨格を持ったエポキシ樹脂に、 (Ｂ)
ペンダント型の剛直な構造を持ち、水酸基当量の大きな
フェノール系化合物と、 (Ｃ) ジシクロペンタジエン骨
格を有する極めて低吸湿性のフェノール系樹脂という２
種類の硬化剤を組合わせることにより、低吸湿率でかつ
成形性と耐熱性 (高ガラス転移温度) を兼ね備えている
ので、半導体デバイスの封止材料として用いた場合に、
パッケージクラックが防止され、半田耐熱性と信頼性の
面で非常に優れた半導体を得ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── 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 23/31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記 (Ａ) 〜 (Ｄ) を必須成分として含
有することを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。 (Ａ) 下記一般式(1) で表されるビフェニル型エポキシ
樹脂【化１】（式中、R₁〜R₈は同一でも異別でもよく、それぞれ水素
原子、C₁〜C₄低級アルキル基およびハロゲン原子から選
ばれ、ｎは０または１以上の整数を表す）、(Ｂ) フェ
ノール化合物を芳香族アルデヒドおよび下記一般式(2) 【化２】（式中、R₉およびR₁₀は同一でも異別でもよく、それぞ
れ水素原子、C₁〜C₄低級アルキル基およびC₂〜C₄低級ア
シル基から選ばれる) で表されるキシリレン化合物と反
応させて得られるフェノール系化合物、(Ｃ) 下記一般
式(3) で表されるジシクロペンタジエン・フェノール重
合体【化３】（式中、R₁₁〜R₁₃は同一でも異別でもよく、それぞれ
水素原子、C₁〜C₄低級アルキル基及びハロゲン原子から
選ばれ、ｎは０または１以上の整数を表す) および／ま
たは下記一般式(4) で表されるジシクロペンタジエン・
ナフトール重合体【化４】 (式中、ｎは０または１以上の整数を表す) からなるフ
ェノール系樹脂、ならびに(Ｄ) 無機充填剤。