JPH093168A

JPH093168A - エポキシ樹脂組成物及びその製造方法

Info

Publication number: JPH093168A
Application number: JP15755395A
Authority: JP
Inventors: Masashi Nakamura; 正志中村; Ikuo Nakasuji; 郁雄中筋; Masaaki Otsu; 正明大津
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1995-06-23
Filing date: 1995-06-23
Publication date: 1997-01-07

Abstract

(57)【要約】【目的】低応力性、高流動性を維持しながら、硬化物
の強度低下が少なく、耐ヒートショック性、耐半田クラ
ック性に優れた半導体封止用のエポキシ樹脂組成物及び
その製造方法を提供する。【構成】エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤及び無機
充填材を含有するエポキシ樹脂組成物において、メチル
メタクリレート・ブタジエン・スチレン共重合体をフェ
ノール樹脂に分散させた混合樹脂をも含有する。前記メ
チルメタクリレート・ブタジエン・スチレン共重合体の
含有量がエポキシ樹脂組成物全量に対して、０．０１〜
５重量％である。前記無機充填材の含有量がエポキシ樹
脂組成物全量に対して６０〜９３重量％である。前記メ
チルメタクリレート・ブタジエン・スチレン共重合体と
フェノール樹脂とを溶融混合した予備混合品を、無機充
填材を含有したエポキシ樹脂組成物の残りの原料ととも
に混合、混練する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気部品、電子部品、
半導体素子等を封止するためのエポキシ樹脂組成物及び
その製造方法に関し、詳しくは、低応力性、高流動、高
密着性に優れ、吸湿後の耐リフロー性に優れた半導体封
止用のエポキシ樹脂組成物及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体等の電子部品を熱硬化性樹
脂を用いて封止する方法が一般に行なわれている。この
場合、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂組成物が最
も一般的に用いられている。

【０００３】このエポキシ樹脂組成物は、例えば、オル
ソ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、ビフェニル型エポキシ樹脂等のエ
ポキシ樹脂主剤、フェノールノボラック等の硬化剤、三
級アミンやイミダゾール、ホスフィン類等の硬化促進
剤、シリカ等の無機粉末からなる無機充填材、シランカ
ップリング剤等のカップリング剤、カルナバワックスや
ステアリン酸等の離型剤、カーボンブラック等の着色剤
等から構成されている。

【０００４】最近では、電子部品の小型化、薄型化のた
め、半導体の実装方式が、従来のピン挿入方式（ＤＩ
Ｐ：デュアル・インライン・パッケージ等）から表面実
装方式（ＳＯＰ：スモール・アウトライン・パッケー
ジ、ＱＦＰ：クオッド・フラット・パッケージ等）へと
移行しつつある。表面実装方式の場合、半導体パッケー
ジは、実装の際に半田リフロー等高温（例えば２１０℃
〜２６０℃）で処理され、その際パッケージ全体に高温
の熱が加わる。前述の従来の封止用樹脂組成物を用いて
封止したパッケージは、この工程で、封止樹脂部分にク
ラックが発生したり、大幅に耐湿性が低下したりする等
の問題が生じ、製品として使用できないことがあった。

【０００５】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された水分が半
田付け加熱時に爆発的に水蒸気化して膨張することに起
因すると言われている。

【０００６】そこで、その対策として、後硬化したパッ
ケージを、密封した容器に収納して出荷する方法が用い
られていた。

【０００７】以上の不良を軽減するために、封止用樹脂
組成物自体の改良も種々検討されている。例えば、特開
昭６４−８７６１６号公報、特開平１−１０８２５６号
公報等には、エポキシ樹脂としてビフェニル型エポキシ
樹脂を用い、硬化剤としては一般の硬化剤を用いた封止
樹脂組成物が提案されている。また、特開昭６２−１８
４０２０号公報、特開昭６２−１０４８３０号公報等に
は、硬化剤としてジシクロペンタジエン・フェノール重
合体を用い、エポキシ樹脂としては一般のエポキシ樹脂
を用いた封止樹脂組成物が提案されている。

【０００８】一方、チップの大型化に対応するために、
封止材料の低応力化も鋭意検討されており、大きくは、
シリコーンオイルを樹脂中に微細分散させる方法やシリ
コーン樹脂微粒子を樹脂中に分散させる等の方法が行わ
れている。しかし、これらの方法では、分散が不十分で
強度低下が起こる問題やシリコーン成分のブリードによ
る密着不良、金型汚れ等の問題が今だ完全には解決され
ていない。さらに、これらの欠点に加えて、シリコーン
オイルまたは樹脂で変性した封止材料は、耐半田クラッ
ク性に劣るという欠点を有していた。これらの問題を解
決するために特開昭６３−２２５６１７、特開平６−９
７５４に示されているように、メチルメタクリレート・
ブタジエン・スチレン共重合体等の熱可塑ポリマーをエ
ポキシ樹脂中に分散させるという検討がされている。し
かしこの場合も熱可塑ポリマーのエポキシ樹脂への分散
性が悪いという欠点があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記の事情に
鑑みてなされたもので、その目的とするところは、低応
力性、高流動性を維持しながら、硬化物の強度低下が少
なく、耐ヒートショック性、耐半田クラック性に優れた
半導体封止用のエポキシ樹脂組成物及びその製造方法を
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促
進剤及び無機充填材を含有するエポキシ樹脂組成物にお
いて、メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン共
重合体をフェノール樹脂に分散させた混合樹脂をも含有
することを特徴とする。

【００１１】本発明の請求項２に係るエポキシ樹脂組成
物は、前記メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレ
ン共重合体の含有量がエポキシ樹脂組成物全量に対し
て、０．０１〜５重量％であることを特徴とする。

【００１２】本発明の請求項３に係るエポキシ樹脂組成
物は、前記無機充填材の含有量がエポキシ樹脂組成物全
量に対して６０〜９３重量％であることを特徴とする。

【００１３】本発明の請求項４に係るエポキシ樹脂組成
物の製造方法は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記
載のエポキシ樹脂組成物を製造するエポキシ樹脂組成物
の製造方法において、前記メチルメタクリレート・ブタ
ジエン・スチレン共重合体とフェノール樹脂とを溶融混
合した予備混合品を、無機充填材を含有したエポキシ樹
脂組成物の残りの原料とともに混合、混練することを特
徴とする。

【００１４】以下、本発明を詳しく説明する。本発明に
用いるエポキシ樹脂は、１分子中に少なくとも２個のエ
ポキシ基を有するエポキシ樹脂であり、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、
ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン環を有するエポ
キシ樹脂、ブロム含有エポキシ樹脂及びグリシジルエス
テル型エポキシ樹脂等のようなエポキシ樹脂を例示でき
る。本発明で用いるエポキシ樹脂については、特に限定
はないが溶融粘度が低粘度のものが好ましく、例えば樹
脂の基本骨格にビフェニル骨格、ナフタレン骨格を有す
る２官能型または３官能型のエポキシ樹脂を使用するこ
とができる。

【００１５】本発明に用いる硬化剤としては、特に限定
がなくフェノール系硬化剤、アミン系硬化剤、酸無水物
硬化剤等を使用できるが、吸湿率が小さくて信頼性の高
いエポキシ樹脂組成物とするにはフェノール性水酸基を
分子内に２個以上含み、溶融粘度の低いフェノール系硬
化剤を使用することが望ましく、例えば、フェノールノ
ボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、多官能フェ
ノール樹脂、ナフトールノボラック樹脂及びアラルキル
型フェノール樹脂等がある。

【００１６】本発明では、硬化促進剤として、例えば、
１，８−ジアザ−ビシクロ（５，４，０）ウンデセン−
７、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン等
の三級アミン類；２−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等のイミダ
ゾール類；トリブチルホスフィン、トリフェニルホスフ
ィン等の有機ホスフィン類（リン系硬化促進剤）等があ
る。

【００１７】本発明に係るエポキシ樹脂組成物は、メチ
ルメタクリレート・ブタジエン・スチレン共重合体をフ
ェノール樹脂に分散させた混合樹脂をも含有することが
必須である。メチルメタクリレート・ブタジエン・スチ
レン共重合体は、エポキシ樹脂中への分散性が悪く、か
つ均一に分散させるのに長時間を要する。したがって、
メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン共重合体
の微粒子をフェノール樹脂に分散させた混合樹脂と無機
充填材とを必須成分として配合することにより分散性を
向上させ、耐半田クラック性に優れたエポキシ樹脂組成
物が得られる。メチルメタクリレート・ブタジエン・ス
チレン共重合体をフェノール樹脂に分散させることの利
点は、一般に、フェノール樹脂の方がエポキシ樹脂より
も軟化温度が高く、溶融混合して冷却した後の耐ブロッ
キング性に優れ、粉砕が容易であることである。特に、
表面実装用の封止材料に多く用いられているビフェニル
型エポキシ樹脂は、その結晶性のために、前記メチルメ
タクリレート・ブタジエン・スチレン共重合体との溶融
混合物を冷却固化させる場合、非常に長時間を要し、製
造効率が悪いという欠点があり、好ましくない。

【００１８】前記メチルメタクリレート・ブタジエン・
スチレン共重合体の含有量がエポキシ樹脂組成物全量に
対して、０．０１〜５重量％であることが好ましく、さ
らに好ましくは、０．０５〜３重量％である。すなわ
ち、前記メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン
共重合体の含有量がエポキシ樹脂組成物全量に対して、
０．０１重量％未満の場合には、低応力化の効果が小さ
く、５重量％を越える場合には、本来の熱硬化性の特徴
が失われ、強度、耐熱性等の重要物性が低下する傾向に
ある。

【００１９】本発明で用いる無機充填材の材質について
は特に制限はないが溶融シリカ等の非晶質シリカ、結晶
シリカ、アルミナ及び窒化ケイ素等が例示できる。前記
無機充填材の含有量がエポキシ樹脂組成物全量に対して
６０〜９３重量％であることが好ましく、低粘度、低吸
湿率を生かすためには８４〜９３重量％であることがさ
らに好ましい。すなわち、前記無機充填材の含有量がエ
ポキシ樹脂組成物全量に対して６０重量％未満の場合に
は、得られる成形体の吸湿率が大きく、クラックが発生
し易くなり、９３重量％を越える場合には、成形時の溶
融粘度が高くなってパッケージを成形する際の成形性が
大幅に低下するため、好ましくない。

【００２０】このような無機充填剤の表面処理に用いる
カップリング剤としては、例えば、γ−グリシドキシプ
ロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエ
トキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリ
メトキシシラン等のシランカップリング剤が挙げられ
る。離型剤としては、例えば、カルナバワックス、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
ィン等があり、着色剤としては、例えば、カーボンブラ
ック等がある。低応力化剤としては、例えば、シリコー
ンゲル、シリコーンゴム、シリコーンオイル等がある。

【００２１】本発明に係るエポキシ樹脂組成物の製造方
法は、前記メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレ
ン共重合体とフェノール樹脂とを溶融混合した予備混合
品を、無機充填材を含有したエポキシ樹脂組成物の残り
の原料とともに混合、混練することが好ましい。つま
り、エポキシ樹脂組成物の中で、例えば、エポキシ樹脂
組成物の原料の一部である硬化剤及びメチルメタクリレ
ート・ブタジエン・スチレン共重合体のみを、加熱ロー
ル等を用いて、予め、例えば、８５℃で１０分間程度混
練して溶融し、均一に混合処理した予備混合品を冷却し
て固形化して粉砕した後、無機充填材を含有したエポキ
シ樹脂組成物の残りの原料に添加し、混合、混練してエ
ポキシ樹脂組成物を得ることにより、熱可塑性エラスト
マーであるメチルメタクリレート・ブタジエン・スチレ
ン共重合体がエポキシ樹脂組成物中に均一に分散し、そ
の結果耐半田クラック性の良好な成形体が得られるエポ
キシ樹脂組成物を得ることができる。すなわち、メチル
メタクリレート・ブタジエン・スチレン共重合体がエポ
キシ樹脂組成物中に均一に分散することによって、硬化
物の強度低下が少なく、密着性が良好となり、耐半田ク
ラック性に優れたエポキシ樹脂組成物が得られる。

【００２２】

【作用】本発明の請求項１及び請求項２に係るエポキシ
樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤及び
無機充填材を含有するエポキシ樹脂組成物において、メ
チルメタクリレート・ブタジエン・スチレン共重合体を
フェノール樹脂に分散させた混合樹脂をも含有するの
で、溶融混合して冷却した後の耐ブロッキング性に優
れ、粉砕が容易であり分散性が向上し、低応力化にな
る。

【００２３】本発明の請求項３に係るエポキシ樹脂組成
物は、前記無機充填材の含有量がエポキシ樹脂組成物全
量に対して６０〜９３重量％であるので、溶融粘度が小
さく、得られる成形体の吸湿率が小さく、クラックが発
生し難い。

【００２４】本発明の請求項４に係るエポキシ樹脂組成
物の製造方法は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記
載のエポキシ樹脂組成物を製造するエポキシ樹脂組成物
の製造方法において、前記メチルメタクリレート・ブタ
ジエン・スチレン共重合体とフェノール樹脂とを溶融混
合した予備混合品を、無機充填材を含有したエポキシ樹
脂組成物の残りの原料とともに混合、混練するので、熱
可塑性エラストマーであるメチルメタクリレート・ブタ
ジエン・スチレン共重合体がエポキシ樹脂組成物中に均
一に分散し、硬化物の強度低下が少なく、密着性が良好
となり、耐半田クラック性に優れる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明を実施例によって具体的に説明
する。

【００２６】（実施例１〜実施例６及び比較例１〜比較
例４）以下に示す原料を表１に示す配合量で用いた。エ
ポキシ樹脂として、エポキシ当量１９０、１５０℃での
溶融粘度０．２ポイズの、２官能ビフェニル型エポキシ
樹脂（油化シェルエポキシ社製；品番ＹＸ−４０００
Ｈ）又はエポキシ当量１７２、融点（軟化点）が１１１
℃のビフェニル型エポキシ樹脂混合物（油化シェルエポ
キシ社製；品番ＹＬ６１２１）を、硬化剤として、水酸
基当量１０４、融点８２℃のフェノールノボラック（荒
川化学工業社製；商品名タマノール７５２）又は水酸基
当量１７５、１５０℃での溶融粘度２ポイズのフェノー
ルアラルキル型硬化剤（三井東圧ファイン社製；商品名
ミレックス２２５−３Ｌ）を、硬化促進剤としては、北
興化学社製のトリフェニルフォスフィン（以下ＴＰＰと
称する）を、カップリング剤として、γ- グリシドキシ
プロピルトリメトキシシランを用いた。

【００２７】また無機充填材としては、溶融シリカを使
用した。溶融シリカ微粉末は、表１に示した重量部の溶
融シリカに対しγ−グリシドキシプロピルシランを表１
に示した重量部で表面処理して得られたものである。難
燃剤としては、エポキシ当量４００のブロム化エポキシ
樹脂及び三酸化二アンチモン（三菱マテリアル社製；品
番Ｓｂ₂Ｏ₃−ＬＳ）を、離型剤としては、天然カルナ
バワックスを、顔料としては、カーボンブラック（三菱
マテリアル社製；品番７５０−Ｂ）を用いた。

【００２８】メチルメタクリレート・ブタジエン・スチ
レン共重合体（以下ＭＢＳと称する）をフェノール樹脂
に分散させた混合樹脂については、ＭＢＳ（呉羽化学工
業社製；品番ＥＸＬ−２６５５）を１重量部に対して、
フェノール樹脂を２重量部の割合で添加して、２本ロー
ルを用いて８５℃で１０分間混練し、室温に冷却して粉
砕したものを用いた。

【００２９】シリコーン樹脂（東レ・ダウコーニング社
製；商品名トレフィルＥ−５００）を１重量部に対し
て、フェノールノボラックを２重量部の割合で添加し
て、２本ロールを用いて８５℃で１０分間混練し、室温
に冷却して粉砕した混合樹脂を用いた。

【００３０】前記各原料を表１に示す重量部の割合で配
合し、得られた配合物を混合し、さらに、ミキシングロ
ールを用いて、９０℃で６分間混練して、冷却後に粉砕
し、封止用のエポキシ樹脂組成物を得た。

【００３１】また、得られた封止用のエポキシ樹脂組成
物をトランスファー成形機を用いて、１７０〜１７５℃
に加熱した金型内にトランスファー注入して９０秒成形
して１７７℃で６時間、後硬化して評価サンプル成形品
を得た。

【００３２】以上で得た各封止用のエポキシ樹脂組成物
及び成形品を用いて、溶融粘度、常温曲げ弾性率、高温
強度、耐ヒートショック性、耐半田性クラック性を測定
し、その結果を表１の評価欄に示した。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１において記載した測定値は、次の方法
によった。（１）溶融粘度フローテスター（島津製作所社製；商品名ＣＦＴ５００
Ａ型）を用い、温度１７５℃、荷重１０ｋｇｆ、ノズル
サイズφ１ｍｍ×１０ｍｍで、最低溶融粘度を求めた。（２）常温曲げ弾性率、高温強度１０×４×１００ｍｍのサンプルをトランスファー成形
し、３点曲げ試験機により測定した。高温強度はサンプ
ル温度が２４０℃の強度を測定した。（３）耐ヒートショック性６．０×１５．０×０．４ｍｍ厚の半導体素子を銅フレ
ーム上に銀ペーストで実装し、外形寸法８．３９×１
７．４×２．７ｍｍ厚の２６ピンＳＯＰパッケージ型Ｉ
Ｃ成形機で成形し、−６０℃〜１５０℃（各５分）のヒ
ートショック試験機でパッケージにクラックの発生する
までのサイクル数を求めた。（４）耐半田クラック性７．６ｍｍ×７．６ｍｍ×０．４ｍｍ厚の半導体素子を
ダイパッド寸法８．２ｍｍ×８．２ｍｍの４２アロイリ
ードフレームに銀ペーストで実装し、外形寸法１９ｍｍ
×１５ｍｍ×厚み１．８ｍｍの６０ピンフラットパッケ
ージ型ＩＣ金型で成形し、その後、８５℃、８５％ＲＨ
で７２時間吸湿した後、２６０℃の半田槽に１０秒浸漬
する操作を２回繰り返した。このとき、パッケージにク
ラックの発生したサンプル個数を調べた。

【００３５】表１の結果、実施例１〜実施例６のように
本発明によると、比較例１〜比較例４に比べて、低応力
性、高流動性を維持しながら、硬化物の高温強度の低下
が少なく、耐ヒートショック性、耐半田クラック性に優
れた半導体封止用のエポキシ樹脂組成物及びその製造方
法であることが確認できた。

【００３６】

【発明の効果】本発明の請求項１及び請求項２に係るエ
ポキシ樹脂組成物によると、メチルメタクリレート・ブ
タジエン・スチレン共重合体をフェノール樹脂に分散さ
せた混合樹脂をも含有するので、溶融混合して冷却した
後の耐ブロッキング性に優れ、粉砕が容易であり分散性
が向上し、低応力化になるので、低応力性、高流動性を
維持しながら、硬化物の高温強度の低下が少なく、耐ヒ
ートショック性、耐半田クラック性に優れた成形品が得
られる。

【００３７】本発明の請求項３に係るエポキシ樹脂組成
物によると、前記無機充填材の含有量がエポキシ樹脂組
成物全量に対して６０〜９３重量％であるので、溶融粘
度が小さく、得られる成形体の吸湿率が小さく、クラッ
クが発生し難いので、耐ヒートショック性、耐半田クラ
ック性に優れた成形品が得られる。

【００３８】本発明の請求項４に係るエポキシ樹脂組成
物の製造方法は、メチルメタクリレート・ブタジエン・
スチレン共重合体とフェノール樹脂とを溶融混合した予
備混合品を、無機充填材を含有したエポキシ樹脂組成物
の残りの原料とともに混合、混練するので、熱可塑性エ
ラストマーであるメチルメタクリレート・ブタジエン・
スチレン共重合体がエポキシ樹脂組成物中に均一に分散
し、硬化物の強度低下が少なく、密着性が良好となるた
め、耐ヒートショック性、耐半田クラック性に優れたエ
ポキシ樹脂組成物が得られる。

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Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤及び
無機充填材を含有するエポキシ樹脂組成物において、メ
チルメタクリレート・ブタジエン・スチレン共重合体を
フェノール樹脂に分散させた混合樹脂をも含有すること
を特徴とするエポキシ樹脂組成物。
【請求項２】前記メチルメタクリレート・ブタジエン
・スチレン共重合体の含有量がエポキシ樹脂組成物全量
に対して、０．０１〜５重量％であることを特徴とする
請求項１記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項３】前記無機充填材の含有量がエポキシ樹脂
組成物全量に対して６０〜９３重量％であることを特徴
とする請求項１又は請求項２記載のエポキシ樹脂組成
物。
【請求項４】請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
のエポキシ樹脂組成物を製造するエポキシ樹脂組成物の
製造方法において、前記メチルメタクリレート・ブタジ
エン・スチレン共重合体とフェノール樹脂とを溶融混合
した予備混合品を、無機充填材を含有したエポキシ樹脂
組成物の残りの原料とともに混合、混練することを特徴
とするエポキシ樹脂組成物の製造方法。