JPH0778108B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、半田耐熱性、耐湿信頼性および成形性に優れ
る半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関するものであ
る。

〈従来の技術〉 エポキシ樹脂は耐熱性、耐湿性、電気特性、接着性など
に優れており、さらに配合処方により種々の特性が付与
できるため、塗料、接着剤および電気絶縁材料など工業
材料として利用されている。

たとえば、半導体装置などの電子回路部品の封止方法と
して従来より金属やセラミックスによるハーメチックシ
ールとフェノール樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂
などによる樹脂封止が提案されている。しかし、経済
性、生産性、物性のバランスの点からエポキシ樹脂によ
る樹脂封止が中心になっている。

一方、最近はプリント基板への部品実装においても高密
度化、自動化が進められており、従来のリードピンを基
板の穴に挿入する“挿入実装方式”に代り、基板表面に
部品を半田付けする“表面実装方式”が盛んになってき
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FPP（フラット・プラスチック・パッケー
ジ）に移行しつつある。

表面実装方式への移行に伴い、従来あまり問題にならな
かった半田付け工程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。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、不活性ガスの飽
和蒸気による加熱（ベーパーフェイズ法）や赤外線リフ
ロー法などが用いられるが、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
のため従来の封止樹脂で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る。

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、膨脹することに起因するといわれて
おり、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。

封止用樹脂の改良も種々検討されている。ビフェニル骨
格を有するエポキシ樹脂と粒子径14μｍ以下の微粉末粒
子を添加する方法（特開平1-87616号公報）などが挙げ
られる。

一方、封止用樹脂の流動性を改良するため、球状溶融シ
リカ微粒子の添加が提案されている（特開昭53-102361
号公報、特開昭58-138740号公報、特開昭59-84937号公
報）。

また、封止樹脂の耐湿性を向上するために、通常シラン
カップリング剤が添加されており、具体的には、１級の
アミノ基を有するアミノシランを添加する方法（特開昭
57-155753号公報）などが提案されている。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかるに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繁雑になるうえ、製品価格が
高価になる欠点がある。

また、種々の方法で改良された樹脂も、それぞれ少しづ
つ効果を上げてきているが、まだ十分ではない。ビフェ
ニル骨格を有するエポキシ樹脂と粒子径14μｍ以下の微
粉末粒子を添加する方法（特開平1-87616号公報）は半
田耐熱性のレベルは高いが流動性、耐湿信頼性が十分で
なかった。

そこで、流動性を向上するため通常使用される平均粒径
５μｍ以上の球状溶融シリカを添加すると、流動性は改
良されるものの半田耐熱性が低下するため、半田耐熱性
と流動性のともに優れた組成物を得るのは困難であっ
た。また、同様の目的で平均粒径５μｍ以下の球状溶融
シリカを添加した場合には厚バリが大きく、低圧トラン
スファー成形機により成形を行うとプランジャーの作動
性が悪くなり作業性が低下するという問題があり実用的
ではなかった。

また、耐湿信頼性を向上するため、従来用いられている
１級のアミノ基を有するアミノシランを添加する方法
は、耐湿信頼性を改良すると同時に樹脂の機械的強度を
向上するなどの効果も発現するが、逆に流動性が低下す
るために実用的ではなかった。

本発明の目的は、かかる半田付け工程で生じるクラック
の問題を解消し、成形時の流動性が良好で厚バリの発生
しない、半田耐熱性、耐湿信頼性および成形性に優れる
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。

〈課題を解決するための手段〉 本発明者らは、エポキシ樹脂に、特定の粒径の破砕シリ
カと球状シリカを添加することに加えて、２級のアミノ
基を含有するアミノシランカップリング剤を添加するこ
とにより、上記の課題を達成し、目的に合致した半導体
封止用エポキシ樹脂組成物が得られることを見出し本発
明に到達した。

すなわち本発明は、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤
（Ｂ）、溶融シリカ（Ｃ）およびシランカップリング剤
（Ｄ）含有してなる樹脂組成物であって、前記溶融シリ
カ（Ｃ）が平均粒径10μｍ以下の破砕溶融シリカ99〜50
重量％と平均粒径４μｍ以下の球状溶融シリカ１〜50重
量％からなり、球状溶融シリカの平均粒径が破砕溶融シ
リカの平均粒径より小さく、かつ溶融シリカ（Ｃ）の割
合が全体の75〜90重量％であり、かつ前記シランカップ
リング剤（Ｄ）が２級のアミノ基を含有しかつそのアミ
ノ基がすべて２級のアミノ基であるアミノシラン化合物
であることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成
物である。

以下、本発明の構成を詳述する。

本発明におけるエポキシ樹脂（Ａ）は、１分子中にエポ
キシ基を２個以上有するものであれば特に限定されず、
これらの具体例としては、たとえばクレゾールノボラッ
ク型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフ
ェノールＡ型エポキシ樹脂、線状脂肪族型エポキシ樹
脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂、ハロ
ゲン化エポキシ樹脂およびスピロ環含有エポキシ樹脂な
どが挙げられる。

用途によっては２種以上のエポキシ樹脂を併用してもよ
いが、半導体装置封止用としては耐熱性、耐湿性の点か
らクレゾールノボラック型エポキシ樹脂およびビフェニ
ル型エポキシ樹脂が好ましく、特に、半田耐熱性の点か
らビフェニル型のエポキシ樹脂が好ましい。

本発明において、エポキシ樹脂（Ａ）の配合量は通常３
〜30重量％、好ましくは５〜25重量％である。

本発明における硬化剤（Ｂ）は、エポキシ樹脂（Ａ）と
反応して硬化させるものであれば特に限定されず、それ
らの具体例としては、たとえばフェノールノボラック、
クレゾールノボラックなどのノボラック樹脂、ビスフェ
ノールＡやレゾルシンから合成される各種ノボラック樹
脂、各種多価フェノール化合物、無水マレイン酸、無水
マレイン酸、無水フタル酸、無水ピロメリット酸などの
酸無水物およびメタフェニレンジアミン、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などの芳香
族アミンなどが挙げられる。半導体装置封止用として
は、耐熱性、耐湿信頼性および保存性の点から、フェノ
ールノボラック、クレゾールノボラックなどのノボラッ
ク樹脂が好ましく用いられ、用途によっては２種以上の
硬化剤を併用してもよい。

本発明において、硬化剤（Ｂ）の配合量は通常１〜20重
量％、好ましくは２〜15重量％である。さらには、エポ
キシ樹脂（Ａ）と硬化剤（Ｂ）の配合比は、機械的性質
および耐湿性の点から（Ａ）に対する（Ｂ）の化学当量
比が0.5〜1.6、特に0.8〜1.3の範囲にあることが好まし
い。

また、本発明においてエポキシ樹脂（Ａ）と硬化剤
（Ｂ）の硬化反応を促進するため硬化触媒を用いてもよ
い。硬化触媒は硬化反応を促進するものならば特に限定
されず、たとえば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など
のイミダゾール化合物、トリエチルアミン、ベンジルジ
メチルアミン、α−メチルベンジルジメチルアミン、２
−（ジメチルアミノメチル）フェノール、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などの３級アミン化
合物、ジルコニウムテトラメトキシド、ジルコニウムテ
トラプロポキシド、テトラキス（アセチルアセトナト）
ジルコニウム、トリ（アセチルアセトナト）アルミニウ
ムなどの有機金属化合物およびトリフェノールホスフィ
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）ホスフィンなどの有機
ホスフィン化合物が挙げられる。なかでも耐湿性の点か
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く用いられる。

これらの硬化触媒は、用途によっては２種以上を併用し
てもよく、その添加量はエポキシ樹脂（Ａ）100重量部
に対して0.1〜10重量部の範囲が好ましい。

本発明における溶融シリカ（Ｃ）は平均粒径10μｍ以下
の破砕溶融シリカ99〜50重量％と平均粒径４μｍ以下の
球状溶融シリカ１〜50重量％からなり、球状溶融シリカ
の平均粒径が破砕シリカの平均粒径より小さいものであ
る。溶融シリカ（Ｃ）は平均粒径10μｍ以下の破砕溶融
シリカ97〜70重量％と平均粒径４μｍ以下の球状溶融シ
リカ３〜30重量％からなり球状溶融シリカの平均粒径が
破砕シリカの平均粒径より小さいものが特に好ましい。
破砕溶融シリカの平均粒径は10μｍを越えると半田耐熱
性が不十分であり、10μｍ以下であれば特に制限を加え
るものではないが、流動性の点から３μｍ以上10μｍ以
下のものが好ましく用いられる。ここで、破砕溶融シリ
カは平均粒径が10μｍ以下になれば、平均粒径が異なる
２種類以上の破砕溶融シリカを併用してもよい。また、
球状溶融シリカの平均粒径は４μｍを越えると半田耐熱
性および流動性が不十分になり、４μｍ以下であれば特
に制限を加えるものではないが流動性の点から0.1μｍ
以上４μｍ以下のものが好ましく用いられる。ここで、
球状溶融シリカは平均粒径が４μｍ以下になれば、平均
粒径が異なる２種類以上の球状溶融シリカを併用しても
よい。ここで平均粒径は、累積重量50％になる粒径（メ
ジアン径）を意味する。また、溶融シリカ（Ｃ）におい
ては球状溶融シリカの平均粒径が破砕溶融シリカの平均
粒径より小さいことが重要である。球状溶融シリカの平
均粒径が破砕溶融シリカの平均粒径より大きくなるとそ
の流動性改善効果が大幅に低下する。球状溶融シリカの
平均粒径は破砕溶融シリカの平均粒径より小さければよ
いが、好ましくは、球状溶融シリカの平均粒径は破砕溶
融シリカの平均粒径の2/3以下であり、特に好ましくは1
/2以下である。さらに、破砕溶融シリカと球状溶融シリ
カの比率が上記の範囲にない場合は半田耐熱性および成
形性に優れた組成物は得られない。本発明において溶融
シリカ（Ｃ）の割合は全体の75〜90重量％であり、さら
に好ましくは77〜88重量％である。溶融シリカ（Ｃ）が
75重量％未満では半田耐熱性が不十分であり、90重量％
を越えると流動性が不十分である。ここでいう溶融シリ
カは真比重2.3以下の非晶性シリカを意味する。その製
造方法は必ずしも溶融状態を経る必要はなく、任意の製
造法を用いることができる。たとえば結晶性シリカを溶
融する方法、各種原料から合成する方法などが挙げられ
る。

本発明のエポキシ樹脂組成物には充填剤として溶融シリ
カ（Ｃ）以外に結晶性シリカ、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、酸化アンチモン、アス
ベスト、ガラス繊維などを添加することができる。

本発明で用いられるシランカップリング剤（Ｄ）として
は、アミノ基を含有しかつそのアミノ基がすべて２級ア
ミノ基であるアミノシラン化合物であることが重要であ
る。２級のアミノ基を含有しない場合は、半田耐熱性の
向上効果、厚バリの低減効果が発現しないばかりか、耐
湿信頼性の向上効果も低減する。

これらシランカップリング剤はアミノ基を含有しかつそ
のアミノ基がすべて２級のアミノ基であるアミノシラン
化合物であれば特に限定されないが、封止樹脂のライフ
の点から立体障害の大きい基、たとえばイソプロピル
基、ｔ−ブチル基、ジフェニルメタン基、トリフェニル
メタン基やフェニル基などがアミンに結合しているもの
が好ましい、なかでもフェニル基が結合しているＮ−フ
ェニルアミノプロピルトリメトキシシランがライフの点
で最も好ましい。

本発明で用いられるシランカップリング剤（Ｄ）の添加
方法は特に限定されないが、溶融シリカ（Ｃ）などの充
填剤を予めシランカップリング剤（Ｄ）で表面処理する
ことにより添加する方法が、耐湿信頼性向上の点で最も
好ましい。また、シランカップリング剤（Ｄ）の添加量
は、通常慣用される量を用いればよい。

本発明のエポキシ樹脂組成物にはハロゲン化エポキシ樹
脂などのハロゲン化合物、リン化合物などの難燃剤、三
酸化アンチモンなどの難燃助剤、カーボンブラック、酸
化鉄などの着色剤、シリコーンゴム、スチレン系ブロッ
ク共重合体、オレフィン系共重合体、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
どのエラストマー、ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂、
長鎖脂肪酸、長鎖脂肪酸の金属塩、長鎖脂肪酸のエステ
ル、長鎖脂肪酸のアミド、パラフィンワックスなどの離
型剤および有機過酸化物などの架橋剤を任意に添加する
ことができる。

本発明のエポキシ樹脂組成物は溶融混練することが好ま
しく、たとえばバンバリーミキサー、ニーダー、ロー
ル、単軸もしくは二軸の押出機およびコニーダーなどの
公知の混練方法を用いて溶融混練することにより製造さ
れる。

〈実施例〉 以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

実施例１〜７、比較例１〜４ 表１に示した配合組成で試薬をミキサーによりドライブ
レンドした。これをロール表面温度90℃のミキシングロ
ールを用いて５分間加熱混練後、冷却、粉砕してエポキ
シ樹脂組成物を製造した。

この組成物を用い、低圧トランスファー成形法により17
5℃×２分の条件で成形して次の物性、成形性測定法に
より各組成物の物性および成形性を測定した。

半田耐熱性：模擬素子をのせた80pin QFP 20個を成形、
180℃で５時間ポストキュアし、85℃/85％RHで72時間加
湿後、260℃に加熱した半田浴に10秒間浸漬し、クラッ
クの発生しないQFPの個数の割合を求めた。

耐湿信頼性：半田浴浸漬後の80pin QFPを用い、120℃/1
00％RHでPCTを行い、累積故障率50％になる時間を求め
た。

厚バリ：低圧トランスファー成形法によりフラッシュ測
定金型を用いて175℃×90秒の条件で成形し、厚バリを
測定した。

表２にみられるように、本発明のエポキシ樹脂組成物
（実施例１〜７）は半田耐熱性、耐湿信頼性および厚み
バリなどの成形性に優れている。これに対して溶融シリ
カ（Ｃ）の割合が全体の75重量％未満の比較例２は半田
耐熱性の点で劣っている。また、本発明の溶融シリカを
用いない比較例４は半田耐熱性、耐湿信頼性の点で劣っ
ている。

式（Ｉ）のシランカップリング剤を用いない比較例１、
３は半田耐熱性、耐湿信頼性および成形性の点で劣って
いる。

〈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、特定の溶
融シリカおよび特定のアミノシラン化合物を配合したた
めに、半田耐熱性、耐湿信頼性および成形性に優れてい
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 63/00 ＮＬＣ Ｈ０１Ｌ 23/29 23/31 (56)参考文献 特開 昭62−74924（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−99514（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−99552（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−218736（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−117936（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−251419（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−155753（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、溶融
   シリカ（Ｃ）およびシランカップリング剤（Ｄ）を含有
   してなる樹脂組成物であって、前記溶融シリカ（Ｃ）が
   平均粒径10μｍ以下の破砕溶融シリカ99〜50重量％と平
   均粒径４μｍ以下の球状溶融シリカ１〜50重量％からな
   り、球状溶融シリカの平均粒径が破砕溶融シリカの平均
   粒径より小さく、かつ溶融シリカ（Ｃ）の割合が全体の
   75〜90重量％であり、かつ前記シランカップリング剤
   （Ｄ）が２級のアミノ基を含有しかつそのアミノ基がす
   べて２級のアミノ基であるアミノシラン化合物であるこ
   とを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。