JPH0811778B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂成形材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） この発明は、半導体封止用エポキシ樹脂成形材に関す
るものである。さらに詳しくは、この発明は、低応力性
とともに、耐湿性および成形性にも優れた半導体封止用
のエポキシ樹脂成形材に関するものである。

（背景技術） 半導体デバイスの高性能化によるペレットサイズの増
加、さらには素子高機能化にともなう多層配線化などに
より、半導体デバイスは、応力に対して敏感になり、ま
た、その実装もディップを中心としたものから表面実装
に移行しているため、熱ストレスに対する安定性が求め
られている。

このような応力に対する耐性とともに、半導体の封止
材には耐湿性と、成形性の良好なことが求められてもい
る。

しかしながら、従来の封止材には、このような低応力
性と、耐湿性、および成形性のバランスに優れた成形材
はなく、低応力性を向上させると耐湿性および成形性が
低下し、成形性を向上させると低応力性および耐湿性が
低下するという矛盾を解消できないでいた。

これまでに、低応力性については変性シリコンオイ
ル、シリコンレジン、シリコンゴム、合成ゴム、長鎖ア
ルキル化合物などの充填材や変性材を樹脂に添加するこ
とによりかなり改善されてきているが、これらの充填材
や変性材の添加によって、封止剤の成形性が低下すると
いう大きな問題をかかえていた。このために、封止剤樹
脂と充填剤もしくは変性材との親和性を向上させ、成形
性を改善することが試みられているが、実用的なものは
いまだ実現されていないのが実情である。

半導体封止剤としては、最も一般的にはエポキシ樹脂
が用いられており、この樹脂の充填剤としてシリカが使
用されてきている。このエポキシ樹脂成形材の場合に
は、成形性の向上のために、エポキシ基を有するエポキ
シシランを主とするアルコキシシラン類が添加使用され
てきているが、このエポキシシランは反応性が遅いため
に、成形の最にバリが出るという欠点があった。また、
耐湿性もあまり良好ではない。さらに、速硬化のために
硬化促進剤を増量すると、逆に、耐湿性、低応力性が低
下するという問題がある。

（発明の目的） この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたもの
であり、従来の半導体封止材の欠点を克服し、低応力性
とともに耐湿性を向上させ、バリの発生、粘度増大、離
型性の低下等の問題のない成形性に優れた半導体封止用
成形材を提供することを目的としている。

さらに詳しくは、この発明は、耐湿性、成形性にも優
れた半導体封止用のエポキシ樹脂成形材を提供すること
を目的としている。

（発明の開示） この発明の半導体封止用エポキシ樹脂成形材は、上記
の目的を実現するために、最大粒径30μｍ以下で、平均
粒径0.1〜５μｍのシリコンゴムを、アミノ基、エポキ
シ基、およびメルカプト基のうちの少くとも１種の反応
性基と加水分解可能なアルコキシ基とを有する１種以上
のアルコキシシラン類で表面処理し、得られた表面処理
シリコンゴムをエポキシ樹脂と予備反応させたシリコン
ゴム変性エポキシ樹脂を配合してなることを特徴として
いる。

以下、詳しくこの発明の成形材について説明する。

シリコンゴムは、この発明においては低応力付与材と
して用いるものである。このシリコンゴムを封止用樹脂
中にミクロに、しかも均一に高分散化させ、しかも、こ
のミクロ分散したゴムの界面がエポキシ樹脂、あるいは
フェノール樹脂のマトリックス界面との相互作用によっ
て応力を均一に分散させて応力の低減、吸収を図ること
がこの発明の特徴の一つである。

この発明に用いるシリコンゴムとしてはその種類に特
段の限定はないが、純度および耐熱性が許容範囲のもの
であることが必要となる。また、その粒径については、
最大粒径は30μｍ以下で、好ましくは10μｍ以下のもの
で、かつ、その平均粒径が0.1〜５μｍの範囲のものを
用いる。0.1μｍ以下の場合については、もともとこの
ように微細化することが困難であるばかりでなく、樹脂
中への均一分散が難しくなり、成形姓が低下する。ま
た、最大粒径が30μｍを超える場合、平均粒径が５μｍ
以上の場合には低応力に対する効果は低減してくる。

より好ましい平均粒径の範囲は0.3〜３μｍである。

また、シリコンゴムの構造については、部分的に官能
基を導入したものの方が分散性、均一姓、反応性の面で
より好ましい。このような官能基としては、エポキシ
基、アミノ基などが好適なものとして例示することがで
きる。なお、その含有量は、シリコンに対して0.1〜10
％程度とすることができる。

このようなシリコンゴムは、この発明においてはアル
コキシシラン類によって表面処理される。これは、シリ
コンゴムの界面にアルコキシシランの反応生成物である
シリコンゲルを生成させ、または、アルコキシシランに
よる反応点をゴム界面に導入することで低応力性を向上
させることをねらっている。

この発明で使用するアルコキシシラン類は、前記の通
り、アミノ基、エポキシ基、およびメルカプト基のうち
の少くとも１種の反応性基と、化水分解可能なメトキシ
基、エトキシ基等のアルコキシ基とを有するものであ
る。反応性基の相互の反応や、ゴム界面への作用、さら
には、メトキシ基やエトキシ基等と充填材としてのシリ
カとの反応が起こることになる。

表面処理に際して添加するアルコキシシラン類の量
は、通常は、シリコンゴムに対して、１〜10重量％の範
囲となるようにするのが好ましい。１重量％以下の場合
には、この発明の所期の効果はなく、また10重量％以上
の場合には、それ程の効果の増大は見られない。もちろ
ん、前記のこの発明のアルコキシシラン類は、１種、も
しくは２種以上のものを単独で、または複合化して用い
てもよい。複合化としては、エポキシアルコキシシラン
とアミノアルコキシシラン、エポキシアルコキシシラン
とメルカプトアルコキシシランとの併用などが好ましい
例として示される。

この発明でのアルコキシシランによるシリコンゴムの
表面処理は、たとえば、シリコンゴムの一定量をヘンシ
ェルミキサーで高速撹拌しながら前記のアルコキシシラ
ンと混合することによって表現される。アルコキシシラ
ンは、１〜50μｍの微小な粒子として噴霧するのが好ま
しいが、インテグラルブレンドしても特にさしつかえな
い。混合は、５〜30分間、50〜150℃の温度で、１〜10
時間行うのが好ましい。

表面処理したシリコンゴムは、この発明においては、
あらかじめエポキシ樹脂成形材を構成する全部または一
部のエポキシ樹脂と予備反応させる。次いで、得られた
シリコンゴム変性エポキシ樹脂は、所要の組成割合で配
合されてこの発明の半導体封止用エポキシ樹脂成形材を
構成する。

上記の予備反応は、この発明においてはシリコンゴム
の分散性の向上とともに、成形材の低応力性、耐湿性お
よび成形性を向上させるための必須の手段である。表面
処理したシリコンゴムをそのまま封止用エポキシ樹脂に
配合する場合には、このような特性の向上が実用的に充
分なものとはならない。

予備反応は、エポキシ樹脂の溶融温度の近傍で、それ
以上の温度で適宜に実施される。

予備反応は、通常は、樹脂を100〜180℃の温度で溶融
し、その中に表面処理したシリコンゴムを添加し、混
合、分散させた後、冷却、粉砕することにより実施する
ことができる。この場合の樹脂とシリンコンゴムとの比
率は、100:10〜50の重量比とすることができる。

表面処理したシリコンゴムと予備反応させて得られた
シリコンゴム変性エポキシ樹脂は、目的とする半導体封
止用成形材のエポキシ樹脂に対して５〜50重量％（シリ
コンゴム換算で１〜10％程度）添加するのが好ましい。
５％以下の場合には、この発明の効果は低く、また、50
％以上としても、効果の飛躍は期待できない。

もちろん、この発明においては、封止用樹脂成形材の
成分として、適宜に充填材、着色材、難燃材などを配合
することができる。たとえば、シリカ、アルミナ、タル
ク、クレー、石英ガラス粉などの無機充填材が用いられ
る。

また、この発明に使用することのできるエポキシ樹脂
については特に限定されるものではなく、公知のエポキ
シ樹脂が広く用いられる。たとえば、フェノールノボラ
ック型エポキシ樹脂、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、グリシジル
エーテル型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキ
シ樹脂、ハロゲン化エポキシ樹脂等の適宜なもの、さら
には適宜なフェノール樹脂等が用いられる。

次にこの発明の実施例を示し、さらに詳しくこの発明
の封止用成形材とその優れた低応力性、耐湿性、成形性
の効果について説明する。もちろん、この発明は、以下
の実施例によって限定されるものではない。

（実施例） 実施例１〜４ ビスフェノール−Ａ型エポキシ樹脂100重量部を120〜
130℃に溶融し、その中に、次の（Ａ）〜（Ｄ）の、ア
ルコキシシランによって表面処理したシリコンゴムの各
々を20重量部添加し、130〜150℃で１時間分散処理し
た。次いで冷却して粉砕し、表面処理シリコンゴムと予
備反応させた変性エポキシ樹脂を得た。

このシリコンゴム変性エポキシ樹脂の各々を、次の組
成： ビスフェノール−Ａ型エポキシ樹脂（30重量部）、フ
ェノールノボラック硬化剤（10重量部）、リン系助剤
（助剤）（１重量部）、溶融シリカ（充填剤）（60重量
部）、合成ワックス（離型材）（0.5重量部）、カーボ
ンブラック（顔料）（２重量部）、および臭素化エポキ
シ樹脂（５重量部）、三酸化アンチモン（難燃剤）（２
重量部） からなる配合系に、シリコンゴム換算で、３％の割合で
添加した。

（Ａ）最大粒径７μｍ、平均粒径１μｍのシリコンゴム
100重量部に対して、アミノアルコキシシラン３重量部
を高速で分散・撹拌したものを、120℃/2Hr処理した。

（Ｂ）最大粒径10μｍ、平均粒径３μｍのシリコンゴム
に上記（Ａ）と同じ処理をした。

（Ｃ）最大粒径10μｍ、平均粒径３μｍのシリコンゴム
100重量部に、アミノアルコキシシラン３重量部、エポ
キシシラン３重量部を添加して高速で分散・撹拌したも
のを、120℃/2Hr処理した。

（Ｄ）最大粒径15μｍ、平均粒径３μｍのシリコンゴム
100重量部にエポキシアルコキシシラン３重量部、メル
カプトアルコキシシラン３重量部を添加して高速で分散
・撹拌したものを、120℃/2Hr処理した。

得られた各々の封止用エポキシ樹脂成形材について、
低応力性、耐湿性およびバリ発生にみる成形性について
特性を評価した。

その結果を示したものが表−１である。

この表に示した結果からも明らかなように、この発明
の成形材（実施例１〜４）の場合には、表面処理してい
ないシリコンゴムを配合した次の比較例１および２に比
べて、低応力性、耐湿性および成形性のいずれにおいて
もバランスよく、良好なものとなることがわかる。

比較例１〜２ 実施例１〜４と同様にして、次の（Ｅ）（Ｆ）のシリ
コンゴム（表面処理していない）をエポキシ樹脂に混合
し、予備処理した。

得られたシリコンゴム変性エポキシ樹脂の各々を、実
施例１〜４と同様の配合系に、シリコンゴム換算で３％
の割合で添加した。

（Ｅ）最大粒径10μｍ、平均粒径３μｍのシリコンゴム
を未処理で使用した。

（Ｆ）最大粒径60μｍ、平均粒径10μｍのシリコンゴム
を未処理で使用した。

得られたエポキシ樹脂成形材について、実施例１〜４
と同様にその性能を評価し、表１に示した結果を得た。
実施例１〜４に比べて、その性能が劣っていることが明
らかである。

比較例３〜５ 実施例１、３、４の（Ａ）（Ｃ）（Ｄ）のシリコンゴ
ムをエポキシ樹脂と予備反応させることがなく、各々、
そのまま実施例１〜４と同様の所要量のエポキシ樹脂組
成物に配合した。

この配合により得られた成形材について、同様にして
低応力性、耐湿性およびバリの発生を評価した。

その結果、表−２に示した通り、いずれの特性も、実
施例１〜４に比べて劣っていた。

比較例６〜８ 次の（Ｇ）（Ｈ）（Ｆ）の最大粒径、平均粒径がこの
発明の範囲外のシリコンゴムを実施例１〜４と同様に予
備反応させて配合した。

得られた成形材の特性は、表−３に示した通り、実施
例１〜４に比べて劣っていた。

（Ｇ）最大粒径40μｍ、平均粒径５μｍのシリコンゴム
100重量部に対して、アミノアルコキシシラン３重量部
を高速で分散・撹拌したものを、120℃/2Hr処理した。

（Ｈ）最大粒径20μｍ、平均粒径10μｍのシリコンゴム
を上記（Ｇ）と同様に処理した。

（Ｉ）最大粒径２μｍ、平均粒径0.08μｍのシリコンゴ
ム100重量部にエポキシアルコキシシラン３重量部、メ
ルカプトアルコキシシラン３重量部を添加して高速で分
散・撹拌したものを120℃/2Hr処理した。

（発明の効果） この発明により、以上詳しく説明した通り、低応力性
とともに、耐湿性および成形性ともに優れた半導体封止
用エポキシ樹脂成形材が提供される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 市川 雅哉 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電工 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−168619（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−283649（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−250026（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−65254（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】最大粒径が30μｍ以下で平均粒径が0.1〜
   ５μｍのシリコンゴムを、アミノ基、エポキシ基および
   メルカプト基のうちの少くとも１種の反応性基と加水分
   解可能なアルコキシ基とを有する１種以上のアルコキシ
   シラン類で表面処理し、得られた表面処理シリコンゴム
   をエポキシ樹脂と予備反応させたシリコンゴム変性エポ
   キシ樹脂を配合してなることを特徴とする半導体封止用
   エポキシ樹脂成形材。