JPH09316304A

JPH09316304A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物

Info

Publication number: JPH09316304A
Application number: JP13910496A
Authority: JP
Inventors: Masaru Ota; 賢太田
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 1996-05-31
Filing date: 1996-05-31
Publication date: 1997-12-09

Abstract

(57)【要約】【課題】成形性と耐半田性に優れ、且つボイドの少な
い表面実装用エポキシ樹脂組成物を提供すること。【解決手段】エポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、
硬化促進剤、及び特定構造の変性シリコーンオイルから
なる表面処理剤により表面処理された無機充填材からな
る樹脂組成物において、全組成物中の変性シリコーンオ
イルの配合量が０．０２〜５重量％で、且つ表面処理剤
の反応率が７０％以上であるエポキシ樹脂組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成形性と耐半田性
に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】半導体封止用エポキシ樹脂組成物（以
下、樹脂組成物という）は、ＩＣ本体を機械的、化学的
作用から保護するために開発、生産されてきた。これら
の樹脂組成物に要求される性能は、封止されるＩＣパッ
ケージの構造によって様々である。近年、ＩＣパッケー
ジの表面実装化が進み、これに対応するため耐半田性の
高い樹脂組成物が強く求められる様になってきた。耐半
田性を向上させるためには、樹脂組成物の低吸水化が必
要であり、そのためには無機充填材の配合量を増加する
必要がある。しかし無機充填材の量が多くなると、無機
充填材と樹脂との均一分散が不充分となり、その結果流
動性に問題が起きボイドが多発するという欠点があっ
た。

【０００３】無機充填材と樹脂を均一分散させる従来技
術として界面活性剤の添加がある。界面活性剤の添加に
より、樹脂よりも強い親水性を持つ無機充填材の表面が
疎水化されるため、樹脂と無機充填材とがなじみ易くな
るので均一分散が可能となる。よく用いられる界面活性
剤としては、例えば、ポリエチレンオキサイドとシリコ
ーンとのコポリマーのオイル等が挙げられる。これを用
いることにより、ボイド低減の効果はあるが、一方、ブ
リードし易いため各種基材の界面との密着性を低下させ
る傾向にある。即ち界面活性剤の添加という方法は、ボ
イド低減の効果はあっても、各種基材の界面との密着性
を低下させてしまうので、耐半田性に優れた樹脂組成物
にこの手法を適用するには難点があった。又、特開昭６
０−１３８１号公報にはシリコーンオイルを用いる方法
が記載されているが、ボイドは低減できても耐半田性が
低下する傾向にあり、この点からボイド低減と耐半田性
の両立が望まれていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、成形性と耐
半田性に優れ、且つボイドの少ない表面実装用樹脂組成
物を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、（Ａ）
エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤、（Ｃ）硬
化促進剤、及び（Ｄ）式（１）の表面処理剤により表面
処理された無機充填材からなる樹脂組成物において、全
樹脂組成物中の式（１）の配合量が０．０２〜５重量％
で、且つ表面処理剤の反応率が７０％以上であることを
特徴とするエポキシ樹脂組成物、更に（Ａ）エポキシ樹
脂、（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤及
び（Ｄ）式（１）の表面処理剤と式（２）の表面処理剤
及び／又は式（３）の表面処理剤により表面処理された
無機充填材からなるエポキシ樹脂組成物において、全樹
脂組成物中の式（１）の配合量が０．０２〜５重量％
で、式（２）及び／又は式（３）の配合量が０．０２〜
３重量％で、且つ表面処理剤の合計の反応率が７０％以
上であることを特徴とするエポキシ樹脂組成物である。

【０００６】

【化４】

【０００７】

【化５】

【０００８】

【化６】

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に各成分について説明する。
本発明で用いるエポキシ樹脂は、分子中にエポキシ基を
有する樹脂であり、例えば、オルソクレゾールノボラッ
ク型エポキシ、ビスフェノールＡ型エポキシ、ビスフェ
ノールＦ型エポキシ、トリフェノールメタン型エポキ
シ、ナフタレン型エポキシ、ビフェニル型エポキシ、シ
クロペンタジエン変性エポキシ樹脂等が挙げられる。
又、これらの樹脂の重合度、エポキシ当量については特
に限定しない。ただし、表面実装対応の樹脂組成物の場
合、無機充填材の配合量が多いので、溶融時の粘度が極
力小さいエポキシ樹脂が望ましい。例えば、ビフェニル
型エポキシ樹脂等が最適である。更に、耐湿信頼性向上
のため、これらのエポキシ樹脂中に含有される塩素イオ
ン、ナトリウムイオン、その他フリーのイオンは極力少
ないことが望ましい。

【００１０】本発明で用いるフェノール樹脂硬化剤は、
分子中にフェノール性水酸基を含有する樹脂であり、例
えば、フェノールノボラック、パラキシリレン変性フェ
ノール、トリフェノールメタン型フェノール、ビスフェ
ノールＡ、ジシクロペンタジエン変性フェノール、テル
ペン変性フェノール樹脂等が挙げられる。又、これらの
樹脂の重合度、水酸基当量については特に限定されな
い。エポキシ樹脂と同様に、フェノール樹脂硬化剤も比
較的低粘度のものが表面実装用樹脂組成物には適してい
る。例えば、パラキシリレン変性フェノール樹脂等が好
適に用いられる。更に、耐湿信頼性向上のため、これら
のフェノール樹脂中に不純物として含有される塩素イオ
ン、ナトリウムイオン、その他フリーのイオンは極力少
ないことが望ましい。

【００１１】本発明で用いる硬化促進剤は、エポキシ基
とフェノール性水酸基との化学反応を促進させるもので
あれば良い。例えば、１，８−ジアザビシクロ（５，
４，０）ウンデセン−７、２−メチルイミダゾール、ト
リフェニルホスフィン、テトラフェニルホスフォニウム
・テトラフェニルボレート等が挙げられる。低粘度のエ
ポキシ樹脂とフェノール樹脂硬化剤を配合した樹脂組成
物の場合、硬化促進剤の反応性が高くなければ、成形後
の硬度が低くなり離型不良が発生するので、成形条件に
おいて十分硬化反応を進ませることの出来る硬化促進剤
の種類と量を適宜選択することが望ましい。

【００１２】本発明で用いる無機充填材としては、溶融
シリカ粉末、球状シリカ粉末、結晶シリカ粉末、２次凝
集シリカ粉末、アルミナ等が挙げられ、特に樹脂組成物
の流動性の向上という観点から、球状シリカ粉末が望ま
しい。球状シリカ粉末の形状は、流動性改善のために、
粒子自体の形状は限りなく真球状であることが望まし
く、更に粒度分布がブロードであることが望ましい。無
機充填材の配合量については特に制限するものではな
い。

【００１３】本発明で用いる表面処理剤の式（１）は変
性シリコーンオイルであり、式（２）はアミノシランカ
ップリング剤、式（３）はエポキシシランカップリング
剤である。本発明は、親水性を持つ無機充填材の表面を
予め前記表面処理剤で処理し、無機充填材の表面を疎水
化し、且つ表面処理剤の反応率を７０％以上とすること
により、樹脂とのなじみを改良し、無機充填材と樹脂を
均一分散させることにより、ボイドを低減し、耐半田性
を向上させるものである。

【００１４】以下本発明で用いる表面処理剤について詳
細に述べる。式（１）のシリコーンオイルのｌ＋ｍ＋ｎ
＋２（シリコーン重合度）は、３〜３００が望ましい。
３未満であると疎水化効果が充分ではなく、ボイド低減
効果が発現しない。一方３００を越えると、無機充填材
と反応する官能基が少ないので、無機充填材の表面との
反応が殆どなく、疎水化効果が不充分になるので、ボイ
ド低減効果がなく、又、未反応のシリコーンオイルが樹
脂中に遊離するため耐半田性も低減する。官能基Ｒ
₁は、フェニル基又はフェネチル基のいずれか又は両者
が混在していても良い。この官能基Ｒ₁は樹脂とのなじ
みの改善には有効であるが、ｌが０であっても、シリコ
ーン構造自体に本来疎水化効果があるため、大きな欠点
にはならない。ただし、重合度３〜３００という上記の
条件から考えて、ｌが１００を越えるシリコーンオイル
は合成困難であり、望ましくない。Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄はメ
チル基、水酸基、メトキシ基、エトキシ基、式（４）、
又は式（５）のいずれかであるが、シリコーンオイルの
１分子中には、水酸基、メトキシ基、エトキシ基、式
（４）、又は式（５）の群から選ばれる１個以上を含
む。

【００１５】

【化７】

【００１６】

【化８】

【００１７】Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄のいずれかが水酸基の場
合、本発明においてはシリコーンオイルはシラノール基
を持つことになる。又、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄がメトキシ基、
エトキシ基、式（４）、又は式（５）のいずれかである
場合も、アルコキシシラン基を有するシリコーンオイル
になる。シラノール基やアルコキシシラン基は、無機充
填材、例えばシリカの場合、表面のシラノール基と容易
に反応し、シリコーンオイルをシリカ表面に固定する作
用をする。シリコーンオイルを固定化するためには、シ
ラノール基又はアルコキシシラン基がシリコーンオイル
１分子中に１個以上含まれる必要がある。シラノール
基、アルコキシシラン基の数については特に限定しな
い。シリコーンオイルによる無機充填材の表面処理法に
ついては特に限定しないが、一般的には、無機充填材と
シリコーンオイルを高速ミキサーで撹拌した後、１００
℃で４時間加熱処理することによって行われる。又、シ
ラノール基同士の縮合反応を促進する触媒を用いること
も一般的に行われているが、必要により適宜選択すれば
よい。

【００１８】本発明において、表面処理条件については
特に限定しないが、シリコーンオイル単独の場合には、
無機充填材に対する反応率が７０％以上であることが必
要である。７０％未満の反応率だと、未反応のシリコー
ンオイルが樹脂組成物中に分散し成形時にブリードアウ
トするため、各種基材の界面との密着力が低減して耐半
田性が低下する。本発明での反応率の測定方法は下記の
通りである。表面処理した無機充填材をアセトンで洗浄
して未反応の表面処理剤を除去した後に濾過、乾燥させ
る。この状態の無機充填材を元素分析機を用いて、無機
充填材表面に存在する処理剤に起因する炭素を分析す
る。元素分析によって測定された無機充填材表面に存在
する炭素の量（Ａ重量％）。添加した表面処理剤中の炭
素理論量（Ｂ重量％）。反応率（％）＝Ａ／Ｂ×１００（％）

【００１９】本発明におけるシリコーンオイルの添加量
は、全樹脂組成物中に０．０２〜５重量％である。０．
０２重量％未満であるとシリコーンオイルの疎水化効果
が発現せずボイドが発生する。一方、５重量％を越える
と吸水率が増加して耐半田性が低下する。又、上記のシ
リコーンオイルと、式（２）及び／又は式（３）のシラ
ンカップリング剤とを併用し、無機充填材表面を処理し
てもよい。この場合の無機充填材に対する反応率は、シ
リコーンオイルと、式（２）及び／又は式（３）のシラ
ンカップリング剤の合計量の７０％以上であればよい。
なお、無機充填材表面をシリコーンオイル単独で処理し
た場合、樹脂とのなじみは改善されるが、樹脂との反応
性は改善されないため、硬化した樹脂組成物の強度が低
下する可能性がある。従って、エポキシ樹脂又はフェノ
ール樹脂硬化剤との反応性のあるシランカップリング剤
を併用して表面処理すれば、硬化した樹脂組成物の強度
改善につながり、ひいては耐半田性の向上が可能となる
のでより好ましい。

【００２０】エポキシ樹脂等との高い反応性をもつカッ
プリング剤は種々あるが、アミノシランカップリング剤
又はエポキシシランカップリング剤を用いると、他のカ
ップリング剤に較べ、硬化した樹脂組成物の強度が大幅
に改善し、且つ耐半田性が大きく向上する傾向があるこ
とを確認した。アミノシランカップリング剤の場合、１
級アミンであっても２級アミンであっても問題ない。
又、エポキシシランカップリング剤の場合、グリシジル
型であってもシクロヘキシル型であってもかまわない。
更に、アルコキシシラン部は、メトキシ型であってもエ
トキシ型であっても大きな差はない。本発明で用いるカ
ップリング剤の添加量は、全樹脂組成物中に０．０２〜
３重量％が望ましい。０．０２重量％未満であると、無
機充填材と樹脂とのなじみが改善せず、硬化した樹脂組
成物の強度の向上が見られない。一方、３重量％を越え
ると無機充填材表面と反応しなかった未反応のシランカ
ップリング剤がブリードアウトし型汚れの原因になる。

【００２１】シリコーンオイルと併用するアミノシラン
カップリング剤又はエポキシシランカップリング剤を無
機充填材表面に反応させる表面処理方法は特に限定しな
いが、前述したシリコーンオイルの場合と同じ手法が一
般的である。本発明の樹脂組成物は上述の各成分以外
に、必要に応じて、カーボンブラック等の着色剤、ブロ
ム化エポキシ樹脂、三酸化アンチモン等の難燃剤、ゴム
等の低応力成分を添加することが出来る。本発明の樹脂
組成物は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、無機
充填材、硬化促進剤、その他の添加剤をミキサーで常温
混合し、ロール、押し出し機等の一般混練機を用いて混
練し、冷却後粉砕し成形材料とすることが出来る。

【００２２】以下本発明を実施例で具体的に説明する。実施例１下記組成物ビフェニル型エポキシ樹脂（ＹＸ４０００（油化シェルエポキシ（株）））（Ｅ１）（融点１０７℃、エポキシ当量１９０）５．８重量部臭素化フェノールノボラック型エポキシ樹脂（Ｅ２）１．０重量部パラキシリレン変性フェノール樹脂（Ｐ１）（ＸＬ−２２５ＬＬ（三井東圧( 株)））（軟化点７５℃ 、水酸基当量１７５）５．７重量部１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（ＤＢＵ）０．２重量部処理シリカ１８５．５重量部カルナバワックス０．５重量部カーボンブラック０．３重量部三酸化アンチモン１．０重量部を、ミキサーで常温混合し、１００℃で二軸ロールを用
いて混練し、冷却後粉砕し成形材料とした。得られた成
形材料を評価した。評価結果を表４に示す。なお、処理
シリカ１〜２７の処理は、各成分を高速ミキサーで３分
間撹拌後、１２５℃で４時間反応させた。処理シリカ２
８は、高速ミキサーで３分間撹拌後、１００℃で１０分
処理した。シリカを処理する場合の添加量は重量部であ
る。シリカの処理に用いた式（１）の構造及びカップリ
ング剤の種類、各々の添加量を表１〜３に示す。なお、
シリカの処理に用いたカップリング剤を式（６）〜式
（１０）に示す。

【００２３】

【化９】

【００２４】評価方法ボイド評価：低圧トランスファ成形機を用いて、成形温
度１７５℃、圧力７０ｋｇ／ｃｍ²、硬化時間２分で１
６０ｐＱＦＰを成形した。成形したパッケージの内部ボ
イドを超音波探傷機で観察した。１パッケージ当たりの
ボイド（直径０．３ｍｍ以上）の数。耐半田性評価：成形温度１７５℃、圧力７０ｋｇ／ｃｍ
²、硬化時間２分で８０ｐＱＦＰ（１．５ｍｍ厚）の成
形品を得、１７５℃、８時間のポストキュアを行ってサ
ンプルとした。サンプルの数は６。各成形材料毎に６パ
ッケージずつ得た。８５℃、８５％の恒温恒湿槽内に１
６８時間投入した後、２４０℃のＩＲリフロー処理を行
った。処理後のパッケージ内部の剥離を超音波探傷機で
観察し、チップ表面の剥離とパッド裏面の剥離があるパ
ッケージの個数で耐半田性（及び密着性）評価を行っ
た。実施例２〜２１表４、５の処方に従って配合し、実施例１と同様にして
成形材料を得、同様に評価した。比較例１〜７表６の処方に従って配合し、実施例１と同様にして成形
材料を得、同様に評価した。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】

【表３】

【００２８】

【表４】

【００２９】

【表５】

【００３０】

【表６】

【００３１】

【発明の効果】本発明に従うと、成形性に優れ、耐半田
性が良好で、且つボイドが少なく極めて信頼性の高い半
導体封止用エポキシ樹脂組成物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】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール
樹脂硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤、及び（Ｄ）式（１）の
表面処理剤により表面処理された無機充填材からなる樹
脂組成物において、全樹脂組成物中の式（１）の配合量
が０．０２〜５重量％で、且つ表面処理剤の反応率が７
０％以上であることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。【化１】
【請求項２】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール
樹脂硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤、及び（Ｄ）式（１）の
表面処理剤と式（２）の表面処理剤及び／又は式（３）
の表面処理剤により表面処理された無機充填材からなる
エポキシ樹脂組成物において、全樹脂組成物中の式
（１）の配合量が０．０２〜５重量％で、式（２）及び
／又は式（３）の配合量が０．０２〜３重量％で、且つ
表面処理剤の合計の反応率が７０％以上であることを特
徴とするエポキシ樹脂組成物。【化２】【化３】